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RV減速器與諧波減速器

[ 發布日期:2019-07-08 17:59:16 點擊:5164 來源:洛陽銳創軸承有限公司 【打印此文】 【關閉窗口】]

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為什么機器人要用RV減速器和諧波減速器?

我們常用的減速大致有下面幾類:擺線減速器、硬齒面圓柱齒輪減速器、行星齒輪減速器、軟齒面減速器。三環減速器、起重減速器。蝸桿減速器。軸裝式硬齒面減速器,無變速器。而RV減速器和諧波減速器與上述減速器的區別在于,RV減速器是行星減速器和擺線減速器的組成個二減速器,諧波減速器則是種靠波發生器使柔性齒輪產生可控彈性變形,并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。這兩種減速器相對與其他減速器而言,具有以下優勢:(1)傳動速比大,(2)承載能力高,(3)傳動精度高,(4)傳動率高、運動平穩,(5)結構簡單。零件數少、安裝方便,(6)體積小、重量輕。傳統的齒輪減速器體積大。重量重。減速比小、傳動率低,別是在無法消除多減速后的雷擊誤差,對于機器人在控制末精度要求甚高的工況下,目前只有RV和諧波減速器可以勝任。

RV減速器和諧波減速器的發展史

RV減速器的誕生

德人勞倫茲·勃朗于1926年創造性地提出了種少齒差行星傳動機構,它是用外擺線作為齒廓曲線的,這就是早期的針擺線行星傳動,由于兩個嚙合齒輪其中之采用了針輪的形式,這種傳動也被稱作擺線針輪行星齒輪傳動。

RV傳動是種新的傳動方式,它是在傳統針擺行星傳動的基礎上發展出來的,不僅克服了般針擺傳動的缺點,而且因為具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩定、率高、傳動平穩等系列有點。

1、1925年德人勞倫茲·勃朗創造性地提出RV減速器原理

2、1931年勞倫茲·勃朗在德慕尼黑創建了“賽古樂”股份有限公司,先開始了擺線減速器的制造和銷售。

3、1939年,日本住友公司和“賽古樂”公司簽訂了技術合作協議,并生產銷售;

4、1944年,日本人帝人精機成立,這個未來的RV減速機霸主,在飛機制造、紡織機械、機床等多個行業碩果累累;

5、1950年-1960年,擺線磨床的出現,解決了擺線齒形精度不高的難題,使擺線傳動得到了進步的發展;

6、1956年,日本納博克公司發售 球個自動門,在市場上嶄露頭角;

7、1980年左右,日本帝人精機提出RV傳動理論,著手應用于機器人行業;

8、1986年,日本帝人精機RV減速器正式大規模生產,取得成功;

9、2003年,帝人精機和納博克合并組成Nabtesco(納博斯克)公司,并取得快速發展,現在已成為RV減速機行業的頭羊,占據了60%以上的市場,別在中/重符合機器人上,其RV減速器市場占有率高達90%.

 

諧波減速器的誕生

20世紀50年代中期,隨著球科學技術的發展,美人馬瑟在薄殼彈性變形理論基礎上,應用金屬的撓性和彈性力學原理發明出來種新型諧波傳動技術,諧波傳動技術主要應用于航空航天、工業機器人、精密設備儀器、雷達通訊設備、印刷機械、紡織機械、半導體工業晶圓傳送裝置。印刷包裝機械、醫療器械、金屬成型機械、儀器儀表、光學制造儀器、核設施及空氣動力實驗研究等域。

諧波傳動這項新型技術的出現便引起了的重視,1970年引入日本,隨之誕生了日本家整體運動的軍企業-日本HarmonicDriveSystemsInc.(簡稱HDSI)。日本HDSI公司生產的HarmonicDrive諧波減速器,具有輕量、小型、傳動率高、減速范圍廣、精度高等點,被廣泛應用于各種傳動系統中,HDSI主要生產和銷售各種精密減速裝置,當之無愧為整體運動控制的軍企業。為了涵蓋諧波減速器不能覆蓋到的低減速比域,HDSI產品還開發了精密行星齒輪減速器HarmonicPlanetary。的內齒圖形變工藝,可使行星齒輪嚙合得更緊、消除背隙,從而將傳動誤差控制在精密范圍內。HDSI初只是在其內發展 ,與之有著長久合作關系的有安川電機、三菱電機及發那科等企業。

近年來,中工業機器人產業進入新的歷時機遇期,以ABB、KUKA、安川、發那科為代表的際機器人企業紛紛大舉進入中,設立工廠,搶占市場份額。在中,如手機制造、半導體、液晶生產機械等行業,對小型機器人的需求也是越來越旺盛,然而對于內的工業機器人而言,別是諧波減速器、伺服電機、控制系統等還需大量依賴進口,這就導致了其競爭力還與外企業的差距,但是這些又是工業機器人的上游部件。關鍵部件。據際機器人聯盟(IFR)統計,2012年中共進口工業機器人約2.2萬臺,中將是球增長快的工業機器人市場。HDSI的諧波減速器是小型工業機器人(20kg以下)或者關節臂上不可取代的部件,這為其拓展中大陸市場帶來了新的契機。2011年1月,HDSI在華成立設立哈默納科(上海)商貿有限公司,該公司為其在華投資設立的資銷售子公司,主要負責HDSI產品在中大陸的銷售、選型等技術支持及售后服務。

HDSI早期的產品主要是減速機等機械產品,時至今日,HDSI的主打產品又加上了眾多的機電體化產品。在減速機方面,HDSI主要有HarmonicDrive(諧波齒輪傳動減速機)和HarmonicPlanetary(行星齒輪減速機)。其生產HarmonicDrive諧波減速機,基本上主導了主要際市場,具有其他減速機也不具備的點:高旋轉精度/高定位精度、小型/輕量、傳動率高。高減速比、減速范圍廣、精度高。高轉矩容量、無齒隙、高率及安靜運行等點,被廣泛應用于各種傳動系統中。為了涵蓋諧波減速機不能覆蓋到的低減速比域,HDSI產品還開發了精密行星齒輪減速機HarmonicPlanetary。的內齒圈形變工藝,可以使得行星齒輪嚙合的更緊、消除背隙,從而將傳動誤差控制在精密范圍內。

 

RV減速器和諧波減速器的機械結構

RV減速器的機械結構

RV減速器可以分為兩部分,部分分為正齒輪減速機構,輸入軸的旋轉從輸入齒輪傳遞到直齒輪,按齒數比進行減速。。二部分為差動齒輪減速機構,直齒輪與曲柄軸相聯接,變位二減速部分的輸入。在曲柄軸的偏心部分,通過滾動軸承安裝RV齒輪。另外,在外殼內側僅比RV齒輪數多個的針齒,以同等的齒距排列。如果固定外殼轉動直齒輪,則RV齒輪由于曲柄軸的偏心運動也進行偏心運動,此時如果曲柄軸轉動周,則RV齒輪就會沿曲柄軸相反的方向轉動個齒。這個轉動輸出到2減速部的軸,將軸固定時,外殼側成為輸出側


諧波減速器的機械結構

諧波減速器主要由三個基本構件組成:

(1)         帶有內齒圈的剛性齒輪(剛輪),它相當于行星系中的中心輪;

(2)         帶有外齒圈的柔性齒輪(柔輪),它相當于行星齒輪;

(3)         波發生器H,它相當于行星架。

作為減速器使用,通常采用波發生器、鋼輪固定、柔輪輸出形式。

波發生器H是個桿狀部件,其兩裝有滾動軸承構成滾輪,與柔輪1的內壁相互壓緊,柔輪為可產生較大彈性變形的薄壁齒輪,其內孔直徑略小于波發生器的總長。波發生器是使柔輪產生可控彈性變形的構件。當波發生器裝入柔輪后,迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形,其長軸兩附近的齒與鋼輪的齒完嚙合,而短軸兩附近的齒則與鋼輪完脫開。

周長上其他區段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態。當波發生器沿圖示方向連續轉動時,柔輪的變形不斷改變,使柔輪與鋼輪的嚙合狀態也不斷改變,由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、在嚙入……,周而復始地進行,從而實現柔輪相對鋼輪沿波發生器H相反方向的緩慢旋轉,工作時,固定鋼輪,由電機帶動波發生器轉動,柔輪作為從動輪,輸出轉動,帶動負載運動,在傳動過程中,波發生器轉周,柔輪上某點變形的循環次數稱為波數,以n表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動的柔輪應力較小,結構比較簡單,易于獲得大的傳動比,故為目前應用廣的種。

(1)         鋼輪固定,柔輪輸出

波發生器主動,單減速,結構簡單,傳動比范圍較大,率較高,應用廣,i=75-500.

(2)         柔輪固定,鋼輪輸出

波發生器主動,單減速,結構簡單,傳動比范圍較大,率較高,可用于中小型減速器,i=75-500

(3)         波發生器固定,鋼輪輸出

柔輪主動,單微小減速,傳動比準確,適用于高精度微調傳動裝置,i=1.002-1.015

RV減速器與諧波減速器的性能對比

RV減速器的性能

主要優點

(1)         傳動比范圍大;

(2)         扭轉鋼度大,輸出機構即為兩支撐的行星架,用行星架左的剛性大圓盤輸出,大圓盤與工作機構用螺栓聯接,其扭轉鋼度遠大于般擺線針輪行星減速器的輸出機構,在額定轉矩下,彈性回差??;

(3)         只要設計合理,制造裝配精度保證,就可獲得高精度和小間隙回差‘

(4)         傳動率高;

(5)         傳遞同樣轉矩與功率時的體積?。ɑ蛘哒f單位體積的承載能力大),RV減速器由于用了三個行星輪,別是二,擺線針輪為硬齒面多齒嚙合,這本身就決定了它可以用小的體積傳遞大的轉矩,又加上結構設計中,讓傳動機構置于行星架的支撐主軸承內,使軸向尺寸大大縮小,所有上述因素使傳動總體積大為 減小。

主要缺點

RV減速器的技術難點在于該部件需要保證傳遞很大的扭矩,承受很大的過載沖擊,并保證預期的工作壽命,因而在設計上使用了過定位結構,這使得零件加工精度要求高,加工十分困難。

應用范圍

RV系列渦輪減速機可廣泛應用于冶金、礦山、輸送、水利、化工、食品、飲料、紡織、煙草、包裝、環保等眾多行業和域工藝裝備的機械減速裝置,深受用戶的好評,是目前現代工業裝備實現大速比低噪音、高穩定機械減速傳動控制裝置的佳選擇。別是對于工業機器人,機床加工臺,焊接定位器,自動托盤,運輸機械手,數控機床刀庫,等需要精密定位又需要傳遞大扭矩的設備,RV減速器更是顯現出來為可比擬的優勢。

諧波減速器的性能

主要優點

(1)         傳動速比大。單諧波齒輪傳動速比范圍為70-320,在某些裝置中可達到1000,多傳動速比可達30000以上。它不僅可用于減速,也可用于增速的場合。

(2)         承載能力高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數多,雙波傳動同時嚙合的齒數可達總齒數的30%以上,而且柔輪采用了高強度材料,齒與齒之間是面接觸。

(3)         傳動精度高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數多,誤差平均化,即多齒嚙合對誤差有相互補償作用,故傳動精度高,在齒輪精度等相同的情況下,傳動誤差只有普通圓柱齒輪傳動的1/4左右。同時可采用微量改變波發生器的半徑來增加柔輪的變形使齒隙很小,甚至能做到無側隙嚙合,故諧波齒輪減速器傳動,空程小,適用于反向轉動。

(4)         傳動率高,運動平穩。由于柔輪齒在傳動過程中作均勻的徑向移動,因此,即使輸入速度很高。輪齒的相對滑移速度仍是低(故為普通漸開線齒輪傳動的百分之),所以,齒輪磨損小,率高(可達69%-96%)又由于嚙入和嚙出時,齒輪的兩側都參加工作,因而無沖擊現象,運動平穩。

(5)         機構簡單、零件數少、安裝方便。僅有三個基本構件,且輸入與輸出同軸線,所以結構簡單,安裝方便。

(6)         體積小、重量輕。與般減速機比較,輸出力矩相同時,諧波齒輪減速機的體積可減小2/3,重量可減輕1/2.

(7)         可向密閉傳遞運動。利用柔輪的柔性點,輪傳動的這可貴優點是現有其他傳動無法比擬的

主要缺點

(1)         柔輪周期性地發生變形,因而產生交變應力,使之易于產生疲勞破壞。

(2)         轉動慣量和起動力矩大,不宜用于小功率的跟蹤傳動。

(3)         不能用于傳動速比小于35的場合。

(4)         采用滾子波發生器(自由變形波)的諧波傳動,其瞬時傳動比不是常數。

(5)         散熱條件差


應用范圍

諧波齒輪減速機在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機械、常用軍械。機床。儀表、電子設備、礦山冶金、交通運輸、起重機械、石油化工機械、紡織機械、農業機械以及醫療器械等方面得到日益廣泛的應用,別是在高動態性能的伺服系統中,采用諧波齒輪傳動更顯示出其優越性能,它傳遞的功率從幾十瓦到幾十千瓦,但大功率的諧波齒輪傳動多用于短期工作場合


作為工業機器人核心零部件的精密減速器,與通用減速器相比,機器人用減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等點。

大量應用在關節型機器人上的減速器主要有兩類:RV減速器和諧波減速器。

1、RV減速器和諧波減速器的原理和優劣勢

RV減速器:

用于轉矩大的機器人腿部腰部和肘部三個關節,負載大的工業機器人,二三軸都是用RV。相比諧波減速機,RV減速機的關鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速機具有更高的疲勞強度、剛度和壽命,不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長,運動精度會顯著降低,其缺點是重量重,外形尺寸較大。


▲RV-E型減速器▲

諧波減速器:

用于負載小的工業機器人或大型機器人末幾個軸,諧波減速器是諧波傳動裝置的種,諧波傳動裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括:剛輪、柔輪、軸承和波發生器三者,四者缺不可。其中,剛輪的齒數略大于柔輪的齒數。諧波減速機用于小型機器人點是體積小、重量輕、承載能力大、運動精度高,單傳動比大。


▲諧波減速器▲

兩者都是少齒差嚙合,不同的是諧波里的種關鍵齒輪是柔性的,它需要反復的高速變形,所以它比較脆弱,承載力和壽命都有限。RV通常是用擺線針輪,諧波以前都是用漸開線齒形,現在有部分廠家使用了雙圓弧齒形,這種齒形比漸開線先進很多。

減速器的兩巨頭是Nabtesco和Hamonica Drive,他們幾乎壟斷了球的機器人用減速器。這兩種減速器都是微米的加工精度,光這條在量產階段可靠性高就很難了,更別說幾千轉的高速運轉,而且還要高壽命。

諧波減速器由“柔輪、波發生器、剛輪、軸承”這四個基本部件構成。

柔輪的外徑略小于剛輪的內徑,通常柔輪比剛輪少2個齒。波發生器的橢圓型形狀決定了柔輪和剛輪的齒接觸點分布在介于橢圓中心的兩個對立面。波發生器轉動的過程中,柔輪和剛輪齒接觸部分開始嚙合。波發生器每正時針旋轉180°,柔輪就相當于剛輪逆時針旋轉1個齒數差。在180°對稱的兩處,部齒數的30%以上同時嚙合,這也造就了其高轉矩傳送。

相比諧波減速器,RV傳動是新興起的種傳動,它是在傳統針擺行星傳動的基礎上發展出來的,不僅克服了般針擺傳動的缺點,還具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩定、率高、傳動平穩等系列優點。

RV減速器是由擺線針輪和行星支架組成,以其體積小、抗沖擊力強、扭矩大、定位精度高、振動小、減速比大等諸多優點被廣泛應用于工業機器人、機床、醫療檢測設備、衛星接收系統等域。

RV減速器的殼體和擺線針輪是通過實體的鋼來發生傳動的,因此承載能力強。而諧波減速器的柔輪可不斷發生變形來傳遞扭矩,這點決定了諧波減速器承受大扭矩和沖擊載荷的能力有限,因此般運用在前。


2、RV減速器和諧波減速器兩者的優劣勢

諧波減速器結構簡單緊湊,適合于小型化、低、中載荷的應用。

RV減速器剛性好、抗沖擊能力強、傳動平穩、精度高,適合中、重載荷的應用,但RV減速器需要傳遞很大的扭矩,承受很大的過載沖擊,保證預期的工作壽命,因而在設計上使用了相對復雜的過定位結構,制造工藝和成本控制難度較大。RV減速器內部沒有彈性形變的受力元件,所以能夠承受定扭矩。RV減速器的軸承是其薄弱環節,受力時很容易突破軸承受力限而導致軸承異常磨損或破裂。在高速運轉時這個問題更突出,所以RV減速機的額定扭矩隨輸入轉速下降非常明顯。

3、減速器之間是否存在取代關系

正方觀點:

RV減速器較機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命,而且回差精度穩定,不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低。所以許多家的高精度機器人傳動多采用RV減速器,因此,RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發展趨勢。

這些產品在某些型號上確實存在替代關系,但這幾類減速器只能實現部分替代。大部分情況下,各類減速器很難實現替換,比如在速比方面,諧波和RV的速比都要遠遠大于行星,所以小速比域是行星的天下。當然行星的速比是可以做大的,但是很難去替換諧波和RV。又比如剛性方面,行星和RV的剛性要好于諧波,在體現剛性的使用工況下,諧波很難有好的表現。

諧波減速器的點是輕和小,在這方面,行星和RV卻很難做到。所以各類減速器只能在部分情況下可實現替換,但是如果種產品方位替換另種產品是不現實的。

反方觀點:

各類減速器之間不能相互取代,而是種互補的關系。

RV和諧波這兩種傳動有互補性,但也不排除結構設計優化和制造工藝突破后,在中低載荷應用域形成局部競爭。

 


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