全面解析机器人三大减速机技能（二）

来源：安博官网体育竞技发布时间：2023-08-01 18:58:48

　　行星齿轮传动组织首要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成的行星齿轮传动组织。行星齿轮传动结构是传动功率最高的齿轮传动结构。精细行星减速器作业时，一般是等原动机驱动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮发生自转；一起，因为行星轮别的一侧与减速器壳体内壁上的内齿圈啮合，终究行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上翻滚，构成环绕太阳轮旋转的“公转”运动。行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴联接，带动输出轴输出扭矩。一般，每台精细行星减速器都会有多个行星轮，它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动下，一起环绕太阳轮旋转，一起输出动力，带动负载运动。太阳轮和齿圈存在齿数差，然后到达减速意图。

　　因为结构原因，单级行星减速器减速比一般不小于3，最大一般不超越10，常见减速比为3、4、5、6、7、8、9、10；行星减速器一般不超越3级。

　　依据《微电机用齿轮减速器通用技能条件》（GB/T11281—2009），一般传动用减速器空载空程小于等于3°即为精细类减速器，伺服（精细操控）用减速器，传动精度小于等于15′即为精细类减速器。在行星减速器职业中，德国的斯德博、威腾斯坦等企业产品在传动精度、坚持高精度的运用寿命、产品一致性等方面具有抢先优势。世界抢先的单级精细行星减速器的精度可在1′以内，坚持高精度的安稳运用寿命到达2万小时，且产品一致性较高。国内行星减速器企业已具有出产全类型产品的才干，正在向高精度、轻量化、高功率密度、模块化、集成化、智能化方向开展。

　　级数：行星齿轮的套数。因为一套行星齿轮无法满意较大的传动比，有时需求2套或许3套来满意支持较大的传动比的要求。因为添加了行星齿轮的数量，所以2级或3级减速机的长度会有所添加，功率会有所下降。

　　行星减速机因为结构原因，单级减速最小为3，最大一般不超越10，常见减速比为：3、4、5、6、8、10，减速机级数一般不超越3，但有部分大减速比定制减速机有4级减速。

　　回程空隙：将输出端固定，输入端顺时针和逆时针方向旋转，使输入端发生额定扭矩+-2%扭矩时，减速机输入端有一个细小的角位移，此角位移便是回程空隙。单位是“分”，便是一度的六十分之一，也有人称之为背隙。

　　为使各零件的加工精度进步，选用了齿隙去除组织，完结了标准值3分以内的齿隙。齿隙去除组织是将内齿轮及行星齿轮别离配备成上下两段，并将内齿轮朝圆周方向拧动。因而，上段的内齿轮与行星齿轮去除了CW方向的齿隙，而下段的内齿轮与行星齿轮则去除了CCW方向的齿隙。

　　将薄壁弹性齿轮技能运用到行星齿轮减速机内齿轮的行星齿轮减速设备。因而，运用内齿轮的弹性变形，在没有调整组织的情况下完结了小齿隙。

　　行星齿轮减速机是太阳齿轮与行星齿轮、行星齿轮与内齿轮都一起彼此啮合的结构。因而，假如只用零件的尺度精度削减齿隙，则会遭到尺度差错的影响而搅扰啮合部分，或许导致旋转转矩不均匀或发生噪音。为处理此类问题，开发了平缓啮合部分搅扰的功能及兼备满足强度的“薄壁弹性内齿轮”，诞生了划年代性结构的行星齿轮减速机，在减速机的运用寿命规模内几乎没有齿隙改动。

　　RV减速器，简称旋转矢量（RotaryVector）减速器，包含前级的行星齿轮减速器，与后级的摆线针轮减速器，运用场景首要为工业机器人数控机床、医疗检测设备、卫星接纳体系等。

　　(一)榜首级减速设备为行星齿轮减速器，由输入齿轮和行星轮组成。其运动原理如下：

　　榜首，输入齿轮与电机相连，在电机的旋转效果下，输入齿轮随之同步旋转，输入齿轮与电机的转速坚持一致；第二，输入齿轮滚动带动2-3个行星轮一起滚动，因为行星轮的齿数较多、形状较大，因而行星轮的滚动速度慢于输入齿轮，完结榜首级减速，一级减速比为行星轮与输入齿轮的齿数之比；

　　（二）曲柄轴前后端别离与行星轮和摆线轮相连，在行星轮旋转后，曲柄轴以相同的转速旋转；

　　（三）第二级减速设备为摆线针轮减速器，首要由翻滚轴承、摆线轮、针轮组成，其运动原理如下：

　　榜首，如上图所示，曲柄轴上含有偏疼部，偏疼部外嵌滚针轴承，与翻滚轴承相衔接，在曲柄轴的偏疼运动下，摆线轮在翻滚轴承的效果下随之运动；

　　第二，某品牌的RV减速器一般选用“2-3个偏疼部+摆线轮”的规划，摆线个摆线个摆线度，用于抵消运动过程中的径向跳动，进步精度的一起，进步安全系数和抗冲击强度；

　　第三，在外壳内侧仅比摆线轮多一个齿的针轮，以与摆线轮平等的齿距摆放。曲柄轴旋转一圈，摆线轮与针轮触摸的一起,做一次偏疼运动（曲柄运动），在针轮坚持固定的成果上，沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向，摆线轮旋转一个齿轮间隔，因而摆线轮旋转速度慢于曲柄轴的偏疼部，完结第二级减速。

　　机器人RV减速器可接受的扭矩较大、结构刚性好，但精度要低于谐波减速器。因而在工业机器人的运用中，RV减速器一般用在重负载的方位，如机座、大臂、肩部等，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部，其间协作机器人的六轴均为谐波减速器。

　　（1）、传动速比大。行星减速机的齿轮啮合传动有多组，齿轮组数量较多，传动速比相应增大。

　　（2）、承载才干高。这是因为减速机有许多齿一起啮合齿轮传动，齿条运用的资料强度很高。通过精细加工，有用进步了行星减速器的全体承载才干。

　　（3）、传动精度高。齿轮间啮合精度较高，可小于1弧分。相对于其他类型的减速机来说，它归于高精度减速机。

　　因为齿轮减速机中的每组齿轮在减速时只咬合单齿面，因而在传递扭矩持平的情况下，齿面应力要求更大。因而，挡位规划时有必要选用较大的模数及厚度。齿轮模数越大，齿轮间的挠曲公差值就会越大，构成的齿轮空隙就越高，各减速比之间堆集的侧隙就会增大。而精细的行星减速机组合特有的多点均匀紧协作结构和外齿圈圆弧结构，使外齿圈与行星齿轮结合严密，具有较高的齿轮间的严密协作度。除了进步减速机的功率，规划自身还能够完结高精度定位。

　　（5）、行星减速机有三个根本组成部分：结构简略，零件少，设备便利，输入输出轴同轴，所以结构简略，设备便利。

　　这些特色让规划变得更有价值。在传统的齿轮减速设备中，多组巨细齿轮通过偏置交织传动来下降转速。减速比是由两个齿轮的个数倍数发生的，巨细齿轮之间摆开必定间隔。因而变速箱的包容空间巨大。尤其是在高转速比组合的情况下，需求两个以上的减速齿轮箱进行组合衔接。结构强度相对削弱，变速箱长度加长，构成体积特别大，分量也特别大。行星减速机的结构能够依据所需的段数重复衔接，也能够独自完结多段组合。

　　（7）、行星减速机能将动轮传动传递到有限空间的优势，是其他现有传动设备所不能比较的。

　　（8）、高扭矩及抗冲击才干。传统的齿轮仅靠两个齿轮之间的少量触摸面的揉捏来驱动，一切的载荷都会集在少量触摸面上，所以齿轮之间很简单发生冲突，呈现开裂。行星减速机在齿轮触摸面上有6个较大面积的360度均匀载荷，行星减速机的多个齿面一起均匀地接受瞬时冲击载荷，使行星减速机接受扭力更大的冲击，不会因载荷过大而使主体和轴承部件发生损坏或开裂。

　　（1）、一般行星齿轮减速设备选用直齿轮。直齿轮的首要缺陷是作业过程中会有轰动，这是无法防止的。改动规划，制作资料或变形等办法都是防止不了的。一起，渐开线的齿廓沿着整个齿面或许会有一些改动。这就构成了一个规则的无解问题，每颗齿的触摸都会发生。所以发生的轰动会对齿轮发生很大的负荷，一起也会发生噪音。

　　（2）、另一个缺陷是有时通过两对齿啮合而得到的额定强度，在齿对齿触摸的过程中无法被运用。因为应力受制于循环中单个齿的啮合效果，会糟蹋能量。这一问题有望在往后得到改善。

　　（3）、别的，行星减速机相对于一般减速机价格会贵一些，一般对精度没有要求的职业，能够挑选其他类型的减速机。

　　谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮发生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的彼此效果，完结运动和动力传递的传动设备，其结构首要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个根本构件组成。

　　谐波减速器作业时，一般选用波发生器自动、刚轮固定、柔轮输出方式，由电机带动波发生器滚动，柔轮作为从动轮，输出滚动，带动负载运动。

　　当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两头邻近的齿与刚轮的齿彻底啮合，而短轴两头邻近的齿则与刚轮彻底脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状况。当波发生器沿某一方向接连滚动时，柔轮的变形不断改动，使柔轮与刚轮的啮合状况也不断改动，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入„，循环往复地进行，然后完结柔轮相对刚轮，沿波发生器相反方向的缓慢旋转。

　　依据《机器人用谐波齿轮减速器》（GB/T30819-2014）国家标准，谐波减速器的精度等级依据其传动差错分为一般级、精细级和高精细级，详细如下：

　　在作业时，例如假如挠性花键有200个齿，波形发生器有必要旋转100圈，柔轮花键才干行进200个齿，或许柔轮花键只能旋转一圈。这是100：1的份额。在这种情况下，圆弧花键将有202个齿，因为圆弧花键的齿数总是比挠性花键的齿数多两个。

　　咱们能够用下面的公式很简单地核算出减速比。该比率等于挠性花键齿–圆形花键齿除以挠性花键齿。

　　因而，以挠性花键上的200个齿和圆形花键上的202个齿为例，减速比为-0.01。这是波发生器速度的1/100，减号表明输出方向相反。通过改动齿数，咱们能够得到不同的减速比。

　　谐波减速机与运用一般直齿轮的减速机不同，没有齿隙（小齿彼此啮合空隙）。一起，彼此啮合的齿数较多，小齿的齿距差错或累积齿距差错的旋转精度的影响被均匀分散掉，可发挥高定位精度的特性。此外，谐波减速机的减速比较高，因而，在输出轴施加负载转矩时的改动，即便与电动机单体及其它减速电动机比较，也会十分小，且具有高刚性。因为刚性较高，因而，即便负载变化大，也能够十分安稳的定位。对要求较高的定位精度及刚性时，请参阅以下特性。

　　是指从输入脉冲数核算出输出轴的理论旋转视点与实践旋转视点的差错。表明从恣意方位丈量输出轴旋转1次时差错的最小值与最大值的起伏。

　　这是无负载条件下的值（减速机部参阅值）。可是，实践的用途上必定发生冲突负载，呈现与冲突负载相应的变位。当冲突负载必守时，若朝同一方向运转则变位固定，但若从正反两方向运转，则往复间将发生两倍的变位。该变位可通过下面的转矩―改动特性来估测。

　　图表中的转矩―改动特性是将电动机轴进行固定，然后渐渐朝正反方向向输出轴施加或削减负载（转矩）时的变位（改动）图。如上所述，向输出轴施加负载时，会因减速机的绷簧常数的联络而发生变位。

　　该变位在中止时施加外力及在施加了冲突负载的状况下进行驱动的情况下会发生。该倾斜率可依据负载转矩的巨细，运用以下3个区间的绷簧常数算出近似值，或通过核算进行推定。

　　从转矩―改动特功能够看出，朝正反方向施加转矩到容许转矩后，即便将转矩削减为0，改动角也不会彻底变回0，仍残留有一点改动。（图B-B’）这便是磁滞损耗，该磁滞损耗规划在2分以内。中止时施加外力、通过惯性驱动施加加减速转矩、驱动中施加冲突负载等时，即便将负载降为0，在此磁滞损耗效果下，有时仍会残留有稍稍改动。

　　谐波减速机彻底没有齿隙，因而减速机的精度则以空转作为其基准值。空转是减速机输出轴施加容许转矩的约5%的转矩时，所发生变位的算计值。

　　单级谐波齿轮传动速比规模为70~320，在某些设备中可到达1000，多级传动速比可达30000以上。它不仅可用于减速，也可用于增速的场合。

　　这是因为谐波齿轮传动中一起啮合的齿数多，双波传动一起啮合的齿数可达总齿数的30％以上，并且柔轮选用了高强度资料，齿与齿之间是面触摸。

　　这是因为谐波齿轮传动中一起啮合的齿数多，差错均匀化，即多齿啮合对差错有彼此补偿效果，故传动精度高。在齿轮精度等级相同的情况下，传动差错只要一般圆柱齿轮传动的1/4左右。一起可选用微量改动波发生器的半径来添加柔轮的变形使齿隙很小，甚至能做到无侧隙啮合，故谐波齿轮减速机传动空程小，适用于反向滚动。

　　因为柔轮轮齿在传动过程中作均匀的径向移动，因而，即便输入速度很高，轮齿的相对滑移速度仍是极低(故为一般渐开线齿轮传动的百分之—)，所以，轮齿磨损小，功率高(可达69%~96％)。又因为啮入和啮出时，齿轮的两边都参加作业，因而无冲击现象，运动平稳。

　　与一般减速机比较，输出力矩相一起，谐波齿轮减速机的体积可减小2／3，分量可减轻1／2。

　　谐波齿轮减速机在航空、航天、动力、帆海、造船、仿生机械、常用军器、机床、外表、电子设备、矿山冶金、交通运送、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的运用，特别是在高动态功能的伺服体系中，选用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到几十千瓦，但大功率的谐波齿轮传动多用于短期作业场合。

　　在谐波减速器职业中，日本的哈默纳科、日本新宝等企业技能水平处于职业抢先位置。世界抢先的谐波减速器传动精度在30以内，传动功率可到达75%以上，运用寿命在1万小时左右。国内部分企业通过技能攻关、出产工艺的改善，研宣布的产品在功能和安稳性等方面已能够到达世界先进水平，打破了国外的技能独占，对国外品牌进口逐步构成必定的代替。

　　在全球规模内，德国、日本等国家的精细行星减速器产品在资料、规划水平、质量操控、精度、可靠性和运用寿命等方面处于职业抢先位置。精细行星减速器国产品牌阵营以公司、纽氏达特、中大力德为首要代表，国外精细行星减速器首要厂家为日本新宝、纽卡特、威腾斯坦等。在精细行星减速器范畴，因为其技能含量高，出产工艺杂乱，存在较高的进入壁垒，目前商场首要参与者为外资厂商、合资厂商，高端精细行星减速器国产化率很低。以公司为代表的国内精细行星减速器龙头企业，通过多年的技能堆集，已开宣布与世界先进水平适当的高端精细行星减速器产品，国产品牌阵营商场号召力和品牌影响力日积月累。依据QYResearch计算的出售金额数据，日本新宝、纽卡特、威腾斯坦是全球精细行星减速器商场的首要供货商。日本新宝、科峰智能及纽氏达特是我国精细行星减速器商场的首要供货商，2022年商场占有率别离为20.4%、11.7%、9.4%。