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项目6减速器的装配与调试 主讲教师 钟健 项目6谐波齿轮减速器的装配与调试 教学内容 一 谐波齿轮传动的结构组成二 谐波齿轮传动的工作原理三 谐波齿轮传动机构的选用四 RV传动机构的特点 学习目标 1掌握谐波齿轮传动的工作原理2掌握谐波齿轮传动机构的选用3掌握机械设备中减速器的装配与调试的方法重点 1谐波齿轮传动的工作原理2减速器的选用难点 谐波齿轮传动工作原理 项目6谐波齿轮减速器的装配与调试 引导问题 减速器的应用减速器的作用 减速器的作用 大动力的传输 交通工具的船舶 汽车 机车 建筑用的重型机具 机械工业所用的加工机具及自动化生产设备 小负荷 精确的角度传输 家电 钟表 减速机具有减速及增加转矩功能 减速机常用术语 满载效率 在最大负载情况下 故障停止输出扭矩 减速机的传递效率 工作寿命 减速机在额定负载 额定输入转速下正常工作时累计工作时间 额定扭矩 是额定寿命允许的长时间运转的扭矩 减速机常用术语 噪音 单位分贝dB A 此数值实在输入转速3000转 分 不带负载 距离减速机1米距离时测量值 回差 将输入端固定 是输出端顺时针和逆时针方向旋转 当输出端承受正负2 额定扭矩时 减速机输出端由一个微小的角位移 此角位移即为回程间隙 1 减速器种类 按照传动类型分 齿轮减速器 蜗杆减速器 行星齿轮减速器 减速器种类 按照传动级数分 单级减速器多级减速器 减速器种类 按照齿轮形状可分为 圆柱齿轮减速器 圆锥齿轮减速器和圆锥 圆柱齿轮减速器 减速器种类 4 按照传动的布置形式又可分为展开式 分流式和同轴式减速器 减速器种类 普通齿轮减速器蜗轮蜗杆减速器行星减速器 行星齿轮减速箱 减速器种类 行星减速器行星减速器谐波齿轮减速器RV机构减速器 减速机速比 速比 也称 传动比 常常用i表示 速比 电机输出转数 减速机输出转数 i ni noi 1 减速机扭矩计算公式 P 减速机功率T 减速机输出扭矩no 减速机输出转数 减速机扭矩计算公式 减速机功率 电机功率 使用效率 60 96 i ni no 减速机安装使用时的三大注意事项 1 严禁锤击减速机的输出轴上加装 联轴器 皮带轮 链轮等联结件时不可采用直接锤击的方法 因减速机的输出轴结构不能承受轴向锤击 可用轴端螺孔旋入螺钉打压入联结件 2 一定要安装通气帽 排气螺塞 使用前应将最高位处的堵塞换上排气螺塞 保证减速机运行时排出体内气体 如果未及时更换 减速机长时间运行 而致使减速机内的气体将油封胀坏 以至减速机漏油 减速机安装使用时的三大注意事项 3 及时更换润滑油 特别注意第一次 应该特别注意的是第一次换油 减速机在第一次运行300 400小时后应及时更换润滑油 以后每隔1500 2000小时更换润滑油 另外在工作环境恶劣 温度高 粉尘大的工作场合下应每隔半个月对润滑油进行一次检查 发现润滑油有污物即更换润滑油 以保持润滑油清洁 延长减速机的使用寿命 提高经济效益 更换润滑油意思为 将之前的润滑油全部放掉 冲洗干净 然后重新加入新的润滑油 齿轮减速机安装使用及保养与维护 一 安装前的注意事项 1 本机在使用前应对安装轴进行清洗 并检查安装轴是否有碰伤 污物 若有应全部清除干净 2 减速机的使用温度为0 40 3 检查与减速机联接的孔 或轴 的配合尺寸是否符合要求 孔的公差应为H7 轴的公差为h6 4 使用前应将最高位处的堵塞换上排气螺塞 保证减速机运行时排出体内气体 齿轮减速机安装使用及保养与维护 二 减速机的安装1 减速机只能安装在平的 减震的 抗扭的支撑结构上 2 在任何情况下 不允许用锤子将皮带轮 联轴器 小齿轮或链轮等敲入输出轴上 这样会损坏轴承和轴 齿轮减速机安装使用及保养与维护 三 使用和维护1 减速机安装后 检查是否灵活 正式使用请必须进行空载试验 在运转正常的情况下 在逐步加载运转 2 减速机严禁超过额定载荷使用 3 减速机在使用前和工作中应检查油位是否正常 本机在出厂前已加注润滑油 润滑油名称 中负荷工业齿轮油GB5903 86220 四 换油制度 首次换油本机运行300 400小时 以后每隔1500 2000小时更换润滑油 工作环境恶劣工作场合下应每隔半个月检查 有污物即更换 换油时要冷却下来无燃烧危险为止 但仍应保持温热 避免油的粘度增大 放油困难 注意 要切断传动装置电源 防止无意间通电 一 谐波齿轮传动的基本构成及特点 谐波齿轮传动是谐波齿轮行星传动的简称 是一种少齿差行星传动 通常由刚性圆柱齿轮G 柔性圆柱齿轮R 波发生器H和柔性轴承等零部件构成 柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和渐开线齿形两种 以后者应用较多 1 构成 谐波齿轮传动构成图例 结构简单 体积小 重量轻谐波齿轮传动的主要构件只有三个 波发生器 柔轮 刚轮 它与传动比相当的普通减速器比较 其零件减少50 体积和重量均减少1 3左右或更多传动比大单级谐波减速器传动比可在50 300之间 优选在75 250之间 双级谐波减速器传动比可在3000 60000之间 复波谐波减速器传动比可在200 140000之间 传动效率高效率高达92 96 特点 2 特点 1 2 特点 2 承载能力较高 柔轮和刚轮之间为面接触多齿啮合 且滑动速度小 齿面摩损均匀 柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调 当柔轮的扭转刚度较高时 可实现无侧隙的高精度啮合 可实现向密闭空间传递运动及动力采用密封柔轮谐波传动减速装置 可以驱动工作在高真空 有腐蚀性及其它有害介质空间的机构 谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的 运动精度高由于多齿啮合 一般情况下 谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比 其运动精度能提高四倍左右 运动平稳 无冲击 噪声小齿的啮入 啮出是随着柔轮的变形 逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的 啮合过程中齿面接触 滑移速度小 且无突然变化 同轴性好 谐波齿轮减速器的高速轴 低速轴位于同一轴线上 可实现高增速运动由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点 加之体积小 重量轻的优点 因此是理想的高增速装置 2 特点 3 谐波减速器类型 单级谐波减速器双级谐波减速器复波谐波减速器 二 工作原理 1 齿差 谐波齿轮传动中 刚轮的齿数zG略大于柔轮的齿数zR 其齿数差要根据波发生器转一周柔轮变形时与刚轮同时啮合区域数目来决定 即zG zR u 目前多用双波和三波传动 错齿是运动产生的原因 ZG ZR 2 变形 波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大 当波发生器装入柔轮内圆时 迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状 使其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内 成为完全啮合状态 而其短轴处两轮轮齿完全不接触 处于脱开状态 由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态 工作原理图例 波发生器的旋转方向与柔轮的转动方向相反 谐波齿轮传动原理 根据波发生器转一转使柔轮上某点变形的循环次数不同 谐波齿轮传动可分为双波 三波传动等 波发生器的旋转方向与柔轮的转动方向相反 谐波齿轮传动原理 谐波齿轮传动原理 波发生器在柔轮内转动时 迫使柔轮产生连续的弹性变形 此时波发生器的连续转动 就使柔轮齿的啮入 啮合 啮出 脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态 这种现象称之错齿运动 正是这一错齿运动 作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动 谐波齿轮传动原理 柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动 无滑动 的圆环一样 两者在任何瞬间 在节圆上转过的弧长必须相等 由于柔轮比刚轮在节圆周长上少了两个齿距 所以柔轮在啮合过程中 就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移 这个角位移正是减速器输出轴的转动 从而实现了减速的目的 柔轮与刚轮齿面的啮合过程 刚轮 柔轮 波发生器 波发生器的连续转动 迫使柔轮上的一点不断的改变位置 这时在柔轮的节圆的任一点 随着波发生器角位移的过程 形成一个上下左右相对称的和谐波 故称之为 谐波 3 谐波传动主要零件常用材料 柔轮 30CrMnSi 35CrMnSiA 40CrNiMoA刚轮45 40Cr凸轮或偏心盘45 选型 确定以下三项参数 1 传动比或输出转速 r min 2 减速机输入功率 kw 3 额定输入转速 r min 1 刚轮固定 柔轮输出 波发生器主动 单级减速 结构简单 传动比范围较大 效率较高 应用极广 i 75 500 三 单级谐波齿轮常见的传动形式和应用 2 柔轮固定 刚轮输出 波发生器主动 单级减速 结构简单 传动比范围较大 效率较高 可用于中小型减速器 i 75 500 3 波发生器固定 刚轮输出 柔轮主动 单级微小减速 传动比准确 适用于高精度微调传动装置 i 1 002 1 015 1 公式推导 1 以刚轮固定 柔轮输出为例 推导传动比的计算公式 四 谐波发生器传动比的计算 实际上 运动是从波发生器输入的 减速器的传动比为 1 公式推导 2 练习 以刚轮固定 柔轮输出 Zb 322 Zg 320 n 2 求 Hg解 由得 Hg 160 1 柔轮常见的结构型式 柔轮的结构型式与谐波传动的结构类型选择有关 柔轮和输出轴的联结方式直接影响谐波传动的稳定性和工作性能 常见的结构型式 筒形底端联接式筒形花键联接式筒形销轴联接式 五 柔轮 波发生器常见的结构型式 筒形底端联接式图例 筒形底端联接式 结构简单 联接方便 制造容易 刚性较大 应用较普遍 筒形花键联接式图例 筒形花键联接式 轴向尺寸较小 扭转刚性好 传动精度较高 联接方便 承载能力较大 筒形销轴联接式图例 筒形销轴联接式 轴向尺寸较小 结构简单 制造方便 但载荷沿齿宽分布不均匀 2 波发生器常见的结构型 1 波发生器是迫使柔轮发生弹性变形的重要元件 按变形的波数不同 常用的有双波和三波两种 双波发生器的结构型式主要有滚轮式 凸轮式 偏心盘式和行星式 波发生器种类图例 1 凸轮式 滚轮式 偏心盘式 2 波发生器常见的结构型 2 双滚轮式 结构简单 制造方便 形成波峰容易 但柔轮变形未被积极控制 承载能力较低 多用于不重要的低精度轻载传动 多滚轮式 柔轮变形全周被积极控制 承载能力较高 多用于不宜采用偏心盘式或凸轮式波发生器的特大型传动 波发生器种类图例 2 XB1单级谐波减速器 XB1 2谐波减速器 XB3型谐波齿轮减速器 四自度机器人用到减速器 谐波齿轮传动的应用 应用 由于谐波齿轮传动有其独特优点 因而在军工 航天航空 造船 矿山 机械 医疗器械等部门中得到广泛应用 XB1谐波减速机整机及组件技术参数表 一 谐波减速器与其它类型减速器比较 谐波减速器与其它类型减速器比较 谐波齿轮减速机安装使用与维护 1 谐波齿轮减速机可适用于24小时连续工作 可正反两向运转 起动或运转中短时最大尖峰负荷不超过额定负荷的1 5倍 2 本减速机输入与输出同轴 单级减速机 XB1型 输出轴与输入轴转向相反 内啮复波式减速机 XB2 输出轴与输入轴转向相同 3 本减速机无自锁功能 如用在可能出现逆旋转 增速时的场合必须严格限制低速轴的转速和扭矩以免发生过载损坏机件 4 本减速机的输入轴和输出轴不能承受较大的轴向力和径向力 当使用在有较大轴向力和径向力的场合时应采取适当措施 谐波齿轮减速机安装使用与维护 5 与本减速机配套的传动装置采用联轴器联接时同轴度不得超过联轴器允许的范围 6 当使用三角皮带轮进行传动时 三角皮带安装不能过紧以免造成轴承损坏 7 当使用链轮进行传动时链轮安装不得过松 否则在起动时会产生冲击 8 在减速机输入轴 输出轴上安装联轴器 齿轮 链轮 皮带轮等传动件时不允许直接用铁锤敲击 可用木槌 橡皮槌 紫铜 铅块等轻轻打入 也可利用轴端螺栓通过压板压入 9 减速机安装使用时 必须注入润滑油 脂润滑除外 油位高度以油标显示部位为准 在正常情况下润滑油可采用20 号机油 谐波齿轮减速机安装使用与维护 10 各系列谐波减速机 从25 80机型均采用零零号半流体脂润滑 出厂时已加好 从100 250机型均采用20 号机油或粘度相当 润滑更好的润滑油 11 减速机在正常工作情况下第一次工作500小时需更换新润滑油 以后可在工作3000 4000小时更换一次 若工作在高温 多尘 有害气体及潮湿的恶劣条件下 则要适当缩短润滑油更换周期 XB3型谐波齿轮组件的安装与使用 1 XB3型谐波齿轮组件是由柔轮 输入刚轮 输出刚轮和波发生器组成 通常的安装使用方式是将输入刚轮固定 波发生器为输入运动 主动件 柔轮与输出刚轮组成输出运动 从动件 2 由于柔轮与输出刚轮是采用零齿差的啮合传动方式 所以在安装时要与输入刚轮区别开 区别方法如下 1 输入刚轮端面打有字头 S 输出刚轮为 D 2 输入刚轮与输出刚轮的齿数有差别 齿数差为2 齿数少的是输出刚轮 XB3型谐波齿轮组件的安装与使用 3 安装时要求输入刚轮 输出刚轮及波发生器相互位置的同轴度 垂直度为IT7级 4 输入刚轮与输出刚轮安装时相邻的两端不得相接触 应有1毫米间隙 避免传动中产生干涉摩擦 5 使用中要保证润滑良好 作业 1 什么叫谐波发生器 参考 谐波发生器 简称波发生器 是凸轮 通常为椭圆形 及薄壁轴承组成 随着凸轮转动 薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动 弹性范围内 作业 教材第六章中的6 11 6 12 6 16 教材第七章中的7 3 7 4 7 7 二 RV RotaryVector 传动机构的特点 RV RotaryVector 传动是由准ZK H型渐开线直齿轮和摆线针轮行星传动所组成的一种新型传动 RV减速器的特点 焊接机器人多数都有采用RV减速器 谐波减速器三组件 刚轮 柔轮 波发生器 谐波减速器体积小 重量轻 承载能力大 运动精度高 单级传动比大 而RV减速器可长期使用不需再加润滑剂 寿命长 刚度好 减速比大 低振动 高精度等优点 适用于在机器人上应用 RV减速器的缺点重量重 外形尺寸较大 RV减速器的拆解图片1 RV减速器的拆解图片2 RV减速器的拆解图片3 RV减速器的拆解图片4 RV减速器的拆解图片5 RV减速器的拆解图片6 减速器型号为RV 6A 用于120kg点焊机器人上其额定工况是输入转速500r min 负载为58N m 主要由齿轮轴 行星轮 曲柄轴 转臂轴承 摆线轮 针轮 刚性盘及输出盘等零部件组成 RV减速器的结构分析 RV减速器结构 零部件介绍 齿轮轴 齿轮轴用来传递输入功率 且与渐开线行星轮互相啮合 行星轮 它与转臂 曲柄轴 固联 两个行星轮均匀地分布在一个圆周上 起功率分流的作用 即将输入功率分成两路传递给摆线针轮行星机构 转臂 曲柄轴 H 转臂是摆线轮的旋转轴 它的一端与行星轮相联接 另一端与支撑圆盘相联接 它可以带动摆线轮产生公转 而且又支撑摆线轮产生自转 零部件介绍 摆线轮 RV齿轮 为了实现径向力的平衡在该传动机构中 一般应采用两个完全相同的摆线轮 分别安装在曲柄轴上 且两摆线轮的偏心位置相互成180 针轮 针轮与机架固连在一起而成为针轮壳体 在针轮上安装有30个针齿 刚性盘与输出盘 输出盘是RV型传动机构与外界从动工作机相联接的构件 输出盘与刚性盘相互联接成为一个整体 而输出运动或动力 在刚性盘上均匀分布两个转臂的轴承孔 而转臂的输出端借助于轴承安装在这个刚性盘上 传动原理 RV传动结构图 RV传动过程剖析 1 第一级减速的形成执行电机的旋转运动由齿轮轴传递给两个渐开线行星轮 进行第一级减速 2 第二级减速的形成行星轮的旋转通过曲柄轴带动相距180 的摆线轮 从而生成摆线轮的公转 同时由于摆线轮在公转过程中会受到固定于针齿壳上的针齿的作用力而形成与摆线轮公转方向相反的力矩 也造就了摆线轮的自转运动 这样完成了第二级减速 3 运动的输出通过两个曲柄轴使摆线轮与刚性盘构成平行四边形的等角速度输出机构 将摆线轮的转动等速传递给刚性盘及输出盘 作业 1 RV传动机构的结构特点 参考 RV减速器可长期使用不需再加润滑剂 寿命长 刚度好 减速比大 低振动 高精度等优