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綠的諧波減速機(jī)在 SCARA 機(jī)器人上的安裝與應(yīng)用

2017.09.12

摘要：本文介紹了一種典型的 SCARA 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。從設(shè)計、加工、裝配等方面，展示了諧波減速機(jī)的安裝與使用，使客戶對諧波減速機(jī)的應(yīng)用有一個全面的認(rèn)識。
0 引言 SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂），是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人。SCARA 機(jī)器人有 3 個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，可在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。還有一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運(yùn)動。這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位和垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。[1]SCARA 系統(tǒng)在 x、y 方向上具有順從性，在 Z 軸方向具有良好的剛度，因此特別適合裝配工作。SCARA 的另一個特點是其串接的兩桿結(jié)構(gòu)類似人的手臂，可以伸進(jìn)有限空間中作業(yè)然后收回，適合搬動和取放物件，如集成電路板、藥品、食品等。
諧波減速機(jī)作為一種精密類減速機(jī)，因其小體積、大速比、大扭矩被廣泛應(yīng)用于 SCARA 機(jī)器人。蘇州綠的諧波傳動科技有限公司是一家從事精密諧波傳動裝置的研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)的專業(yè)化公司，在諧波傳動領(lǐng)域已擁有 12 項國家發(fā)明專利和 19 項實用新型專利，是即將實施的國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)器人用諧波齒輪減速器》的主要編制起草方。[3]蘇州工業(yè)園區(qū)東茂工業(yè)設(shè)備有限公司作為蘇州綠的諧波傳動科技有限公司的戰(zhàn)略合作伙伴，擔(dān)負(fù)著國內(nèi)客戶的銷售服務(wù)工作。在市場銷售的過程中，兩家公司發(fā)現(xiàn)很多客戶對諧波減速機(jī)的應(yīng)用還不太熟悉。本文就一種典型的 SCARA 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計、制造、裝配過程中所采取的措施進(jìn)行探討，展示諧波減速機(jī)的安裝與使用。

1 諧波減速機(jī)1.1 諧波減速機(jī)的傳動原理諧波傳動（Harmonic Drive）由美國發(fā) 明家 C.Walt Musser 馬瑟于上世紀(jì) 50 年代中期發(fā)明創(chuàng)造，具有其他傳動所不具備的特點。諧波傳動應(yīng)用金屬彈性力學(xué)的獨創(chuàng)動作原理和 3 個基本部件（波發(fā)生器、柔輪、剛輪）構(gòu)成精密控制用減速機(jī)。

諧波傳動做為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動，剛輪固定、柔輪輸出的形式。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，其長軸處柔輪輪齒插入剛輪的齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)。從嚙合到脫開的過程則處于嚙出或者嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪不斷發(fā)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯齒運(yùn)動，從而實現(xiàn)了主動波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動傳遞。

1.2 諧波減速機(jī)特點1）精度高。多齒在兩個 180°對稱位置同時嚙合，因此齒輪齒距誤差和累計齒距誤差對旋轉(zhuǎn)精度的影響較為平均，可得到極高的位置精度和旋轉(zhuǎn)精度。2）傳動比大。單級諧波齒輪傳動的傳動比可達(dá) 30-500，且結(jié)構(gòu)簡單，三個在同軸上的基本零部件就可實現(xiàn)高減速比。3）承載能力強(qiáng)。在諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數(shù)比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高。4）體積小、重量輕。相比普通的齒輪裝置，該齒輪結(jié)構(gòu)體積和重量可以大幅降低，實現(xiàn)小型化、輕量化。5）傳動效率高、壽命長。6）傳動平穩(wěn)、無沖擊、噪聲小。

1.3 綠的諧波減速機(jī)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，應(yīng)用全新的齒形設(shè)計理論，設(shè)計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，通過一系列創(chuàng)新性的改進(jìn)措施，能極大提高柔輪的使用壽命。“P 型齒”優(yōu)點包括：1）齒高較低，不需要很深的嚙合距離就可以獲得較大的嚙合量，可承受較大的扭矩；2）齒寬較大，齒根弧度亦大，可減少發(fā)生斷裂失效的風(fēng)險；3）所需柔輪變形量較小，可使柔輪的壽命得到很大提高；4）20%-30% 的齒參與嚙合，齒面比壓較小。

在性能參數(shù)上，綠的諧波減速機(jī)的優(yōu)勢包括：1）承載扭矩大幅提升，是國內(nèi)同類產(chǎn)品的 2 倍以上，極限載荷優(yōu)于國外知名品牌；2）體積小，重量輕，體積是國內(nèi)同類產(chǎn)品的 1/2 以下；3）高效率、低背隙、可實現(xiàn)零誤差精確傳動；4）超長工作壽命，極限載荷壽命是國外知名品牌的4 倍以上；5）可以獲得超穩(wěn)定的低頻輸出特性，對于有精密點位控制要求和穩(wěn)定性的焊接機(jī)器人具有重要意義。[3]

2 一種典型的 SCARA 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)一種典型的 SCARA 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

2.1 細(xì)節(jié)設(shè)計1) 波發(fā)生器軸向定位嚴(yán)密。

如圖 4 所示，波發(fā)生器必須要完全定位：以電機(jī)軸頭為軸向定位基準(zhǔn)。以波發(fā)生器端面距離柔輪端面為定位尺寸（見圖 5）。

2）諧波減速機(jī)應(yīng)注意避免干涉，如圖 6 所示

① 避免柔輪在發(fā)生彈性變形時與相配零件干涉。② 注意安裝螺釘長度，防止因螺釘過長干涉柔輪。3）諧波減速機(jī)本體上的螺釘不能拆卸。4）注意諧波減速機(jī)潤滑與密封。

圖 7 所示的諧波減速機(jī)是一款開式減速機(jī)，減速機(jī)內(nèi)部需要考慮形成一個“密封的腔體”，防止漏油。故此，需要在相應(yīng)的配合零件位置使用 O 型密封圈或者涂抹平面密封劑。電機(jī)必須有軸封密封，防止?jié)櫥托孤哆M(jìn)電機(jī)內(nèi)部。5）注意諧波減速機(jī)相配零件的形位公差。① 與減速機(jī)連接固定的安裝平面形位公差為：平面度0.01mm、垂直度0.01mm，螺紋孔或者通孔位置度0.1mm。② 盡量減少需相配合零件的數(shù)量，防止尺寸鏈過長產(chǎn)生的累計誤差。6）確認(rèn)減速機(jī)齒面及柔性軸承部分始終保持充分潤滑。不建議齒面始終朝上使用，會影響潤滑效果。如果出現(xiàn)齒面始終朝上的情況，腔體內(nèi)的油位必須超過嚙合齒面，保證齒部和柔性軸承的有效潤滑。7）過渡法蘭止口公差配合。減速機(jī)共有 3 處公差配合，如圖 8 中①②③所示。為了防止“過定位”，需要將過渡法蘭止口公差放大。

2.2 加工工藝要求諧波減速機(jī)對回轉(zhuǎn)軸線的傾斜非常敏感，故加工時必須考慮合適的工藝方案，尤其要保證相應(yīng)的形位公差。2.3 裝配工藝要求2.3.1 裝配環(huán)境要求諧波減速機(jī)必須在足夠清潔的環(huán)境下安裝，安裝過程中不能有任何異物進(jìn)入減速機(jī)內(nèi)部，以免使用過程中造成減速機(jī)的損壞。2.3.2 裝配工具包括相應(yīng)規(guī)格的扭矩扳手、定量加油器具、無塵紙、螺紋膠等。2.3.3 裝配要點在柔性軸承、柔輪內(nèi)壁上均勻涂抹綠的諧波專業(yè)潤滑脂，再進(jìn)行安裝。將電機(jī) 以 100r/min 的速度開動，以十字交叉的方式鎖緊電機(jī)過渡法蘭，以 4-5 次均等遞增加力至螺釘對應(yīng)鎖緊。（螺釘對應(yīng)鎖緊力見表 1）

3 結(jié)語諧波減速機(jī)做為一種開式減速機(jī)，其應(yīng)用涉及到產(chǎn)品的設(shè)計、制造、裝配的全過程。它不僅對設(shè)計者、生產(chǎn)制造者，也對裝配者提出了諸多要求。任何一個環(huán)節(jié)如未能得到有效控制，都將影響諧波減速機(jī)的應(yīng)用。
發(fā)布時間:2015-11-17 02:28 來源:萬度減速機(jī)網(wǎng) 作者:匿名

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