什么是諧波減速器？國(guó)內(nèi)外諧波減速機(jī)關(guān)鍵核心區(qū)別有哪些？

　　諧波齒輪傳動(dòng)是一種出現(xiàn)在彈性薄殼理論基礎(chǔ)上的新型的傳動(dòng)技術(shù)，其傳動(dòng)原理與普通齒輪傳動(dòng)相比有本質(zhì)的區(qū)別，它屬于柔性傳動(dòng)方式，通過(guò)利用機(jī)械波控制柔性齒輪的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

　　與普通減速機(jī)相比，諧波減速機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：相同傳動(dòng)比的減速機(jī)，諧波減速機(jī)的零件減少50%，體積和重量也均減少1/3左右；傳動(dòng)比范圍比普通減速機(jī)大，由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，可達(dá)30-50%，故大大提高了其承載能力及傳動(dòng)平穩(wěn)性；功率范圍從幾瓦至幾十千瓦不等，無(wú)沖擊且噪聲小；同軸性好，運(yùn)動(dòng)精度也較高，具有較高的傳動(dòng)效率，約為65%—96%；諧波減速機(jī)可實(shí)現(xiàn)向密閉空間，如密封諧波傳動(dòng)減速裝置傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)那些工作在真空、含腐蝕性及其它有害介質(zhì)的空間機(jī)構(gòu)，這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難以比擬的優(yōu)勢(shì)；除此之外，諧波傳動(dòng)還可用于實(shí)現(xiàn)諸如手搖發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等高增速運(yùn)動(dòng)，以及方便的實(shí)現(xiàn)差速傳動(dòng)。

　　在減速機(jī)市場(chǎng)，哈默納科占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)的大部分份額，而哈默納科的諧波減速機(jī)系列，不僅暢銷歐美市場(chǎng)，在中國(guó)市場(chǎng)更是擁有廣泛的擁躉，在用戶中頗具口碑，尤其是在對(duì)可靠性要求極高的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用甚廣，并在半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)設(shè)備、醫(yī)療器械、光學(xué)儀器、印刷機(jī)械等諸多行業(yè)盡顯優(yōu)勢(shì)。

　　當(dāng)然，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)也在奮力追趕中，涌現(xiàn)出了像綠的諧波、北京中技克美、北京諧波傳動(dòng)、浙江來(lái)福諧波等企業(yè)，其中，綠的諧波的諧波減速機(jī)在國(guó)內(nèi)機(jī)器人諧波減速機(jī)市場(chǎng)的滲透率超過(guò)80%，市場(chǎng)占有率超過(guò)50%。

　　那么在技術(shù)創(chuàng)新上面，和哈默納科相比較，國(guó)產(chǎn)諧波減速機(jī)都有哪些技術(shù)上的不同？國(guó)內(nèi)外減速機(jī)都有哪些各自的特點(diǎn)？

　　在此之前我們先來(lái)了解一下諧波減速機(jī)的工作原理：諧波減速機(jī)僅由3個(gè)基本部件構(gòu)成：柔輪、波發(fā)生器和剛輪。柔輪的外徑略小于剛輪的內(nèi)徑，通常柔輪比剛輪少2個(gè)齒，波發(fā)生器的橢圓型形狀決定了柔輪和剛輪的齒接觸點(diǎn)分布在介于橢圓中心的兩個(gè)對(duì)立面，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，柔輪和剛輪齒接觸部分開始嚙合，波發(fā)生器每正時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，柔輪就相當(dāng)于鋼輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1個(gè)齒數(shù)差，在180°對(duì)稱的兩處，全部齒數(shù)的30%以上同時(shí)嚙合，這也造就了其高轉(zhuǎn)矩傳送。

　　創(chuàng)新技術(shù)關(guān)鍵詞一：齒形的設(shè)計(jì)

　　通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)的減速器包括綠的和來(lái)福諧波都強(qiáng)調(diào)了齒形的設(shè)計(jì)，據(jù)來(lái)福諧波董事長(zhǎng)張杰介紹齒形是各家都不一樣，這也是諧波減速器的差異化所在。

　　在微型諧波傳動(dòng)領(lǐng)域，哈默納科于2005年向市場(chǎng)推出了“P”齒形，目前開發(fā)出了MHD8和MHD10兩個(gè)系列的產(chǎn)品，外徑最小為8mm，采用行星齒輪傳動(dòng)式波發(fā)生器，傳動(dòng)比為160、500和1000，質(zhì)量最小為2.2g，重復(fù)精度可達(dá)10弧秒。

　　在諧波齒輪傳動(dòng)中采用雙圓弧齒廓，可以有效改善柔輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動(dòng)嚙合質(zhì)量，提高承載能力、扭轉(zhuǎn)剛度和柔輪疲勞壽命，并可降低最小傳動(dòng)比。哈默納科的IH齒形是基于余弦凸輪波發(fā)生器開發(fā)的雙圓弧齒形，由于采用近似方法設(shè)計(jì)，應(yīng)用初期出現(xiàn)了齒廓干涉等問(wèn)題，但是到1990年代初期已經(jīng)基本完善。目前，哈默納科的諧波產(chǎn)品有十幾個(gè)類型，二十多個(gè)系列，最小傳動(dòng)比為30，型號(hào)中帶有字母“S”的，其齒形為雙圓弧齒形，產(chǎn)品壟斷了主要國(guó)際市場(chǎng)。

　　在齒形的設(shè)計(jì)上面，綠的諧波跳出了傳統(tǒng)以Willis定理為基礎(chǔ)的漸開線齒輪設(shè)計(jì)，應(yīng)用全新的齒形設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)出非共軛的諧波嚙合齒形，可以在大幅提高諧波減速機(jī)使用壽命的前提下，提高其輸出效率和扭矩承受能力。與國(guó)外同類產(chǎn)品齒形比較，全新的諧波嚙合齒形“P型齒”克服了以往諧波嚙合齒形的缺點(diǎn)，通過(guò)一系列創(chuàng)新性的改進(jìn)措施，能極大提高柔輪的使用壽命。

　　而浙江來(lái)福諧波諧波減速機(jī)采用的是δ齒形，該齒形是根據(jù)諧波的嚙合傳動(dòng)特點(diǎn)，運(yùn)用特殊的數(shù)學(xué)工具，在雙圓弧齒形的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外其它產(chǎn)品的相關(guān)齒形設(shè)計(jì)而成的。它具有接觸應(yīng)力小、壽命長(zhǎng)、嚙合性能好、噪音低、工作平穩(wěn)的特點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)特定的工作要求，可很方便地設(shè)計(jì)出具有針對(duì)性應(yīng)用的齒形。

　　創(chuàng)新關(guān)鍵詞二：柔輪的設(shè)計(jì)和處理工藝

　　柔輪的成型工藝是整個(gè)諧波減速器的中技術(shù)難點(diǎn)最大的，也是很多企業(yè)攥在手上的技術(shù)機(jī)密；而柔輪和鋼輪的材料、材質(zhì)和熱處理是也是減速機(jī)需要突破的技術(shù)難關(guān)。

　　據(jù)悉，北京中技克美XB1系列(GB/T14118-93)XBI系列是諧波傳動(dòng)減速器中是最常見(jiàn)，也是使用最廣泛的一類，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用杯狀柔輪，剛輪比柔輪多兩個(gè)齒。

　　根據(jù)不同的應(yīng)用需求，北京中技克美還研制出了一系列的諧波減速機(jī)，XB3系列XB3系列為扁平式，采用齒環(huán)柔輪，和兩個(gè)剛輪，其中輸入剛輪比柔輪多兩個(gè)齒，輸出剛輪的齒數(shù)與柔輪的相同，整體軸向尺寸較短，適用于軸向尺寸較受限制的場(chǎng)合；XBF系列XBF系列中包括XBF2和XBF3系列，均為相位調(diào)節(jié)器用諧波傳動(dòng)減速器系列，多用于印刷包裝機(jī)械之中，其結(jié)構(gòu)是采用齒環(huán)柔輪、雙排柔輪軸承；XB2系列XB2系列即速比在2000——100000范圍內(nèi)的內(nèi)嚙復(fù)波諧傳動(dòng)減速器，其主要特點(diǎn)是傳動(dòng)比特別大，采用雙排齒環(huán)形柔輪，雙排柔性軸承結(jié)構(gòu)；R系列R系列諧波傳動(dòng)減速器是高精度諧波傳動(dòng)產(chǎn)品，其外形及安裝與XB1系列相同，但精度較高(空回及運(yùn)動(dòng)誤差均小于3′)。

　　除了形狀之外，柔輪的材料和處理工藝也是影響波發(fā)生器性能的因素，日本哈默納科來(lái)諧波減速機(jī)在柔輪材料上使用疲勞強(qiáng)度大的特殊鋼，與普通的傳動(dòng)裝置不同，同時(shí)嚙合的齒數(shù)占總齒數(shù)的約30%，而且是面接觸，因此使得每個(gè)齒輪所承受的壓力變小，可獲得很高的轉(zhuǎn)矩容量。其超短杯型號(hào)CSD和SHD，柔輪長(zhǎng)度僅有常規(guī)諧波傳動(dòng)柔輪的1/3，既增加傳動(dòng)剛度，又大幅度減輕了諧波減速器重量。

　　此外，哈默納科采用鋁等輕合金材料制造波發(fā)生器與減速器殼體等方式，減薄剛輪外緣以及改進(jìn)連接結(jié)構(gòu)等形式，使整機(jī)重量大幅度減輕，其輕量化諧波傳動(dòng)產(chǎn)品系列在航空航天和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

　　而浙江來(lái)福諧波根據(jù)柔輪的工作特點(diǎn)，研制了特殊的柔輪材料，經(jīng)過(guò)特殊的光整強(qiáng)化處理，處理后的柔輪具有很高的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

　　創(chuàng)新技術(shù)關(guān)鍵詞三：波發(fā)生器的疲勞性能

　　由諧波齒輪減速機(jī)工作原理及組成可知，波發(fā)生器是諧波齒輪減速機(jī)中的關(guān)鍵部件之一，其主要元件包括柔性薄壁軸承和波發(fā)生器凸輪。柔性軸承是波發(fā)生器的核心部件，在工作中，柔性軸承通過(guò)其彈性變形使減速機(jī)達(dá)到高減速比的性能要求，在循環(huán)交變載荷作用下極易發(fā)生疲勞失效，其疲勞壽命決定著波發(fā)生器的壽命，進(jìn)而決定著整個(gè)減速機(jī)的使用壽命。

　　影響零部件疲勞性能的因素有很多，主要包括尺寸、表面形狀、平均應(yīng)力等。通?？赏ㄟ^(guò)選擇合適的材料、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、尺寸大小的優(yōu)化、表面強(qiáng)化處理、表面防護(hù)措施的添加、改進(jìn)加工方式等方法提高零部件的疲勞性能。

　　據(jù)悉，凸輪式柔性波發(fā)生器能全面控制柔輪變形，承載能力大，剛度好，適于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，日本哈默納科就是采用IH齒形諧波減速機(jī)就是采用了余弦凸輪波發(fā)生器；而雙滾輪式波發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但承載能力低，適于單件生產(chǎn)。

　　柔性軸承作為波發(fā)生器的核心部件，其使用壽命決定了減速機(jī)的使用壽命，因此柔性軸承的潤(rùn)滑技術(shù)的創(chuàng)新顯得尤為重要，諧波減速機(jī)是油脂潤(rùn)滑，不像使用油潤(rùn)滑的RV減速機(jī)，只要油換的勤一點(diǎn)，壽命就長(zhǎng)，諧波減速機(jī)可以說(shuō)是一次性產(chǎn)品，使用了之后壞了就是壞了，這也是諧波減速機(jī)相比較其它類型的減速機(jī)的劣勢(shì)所在。

　　來(lái)福諧波根據(jù)諧波減速器的工作特點(diǎn)，研制開發(fā)了特種潤(rùn)滑油脂，它具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性和抗極壓性。

　　而北京中技克美研制成功了世界領(lǐng)先技術(shù)的全固體潤(rùn)滑諧波傳動(dòng)減速機(jī)，在低速輕載傳動(dòng)的固體固體潤(rùn)滑諧波傳動(dòng)取得了成功，解決了在真空環(huán)境下普通的諧波減速機(jī)發(fā)熱引起柔輪斷裂的問(wèn)題。