日本HarmonicDrive哈默纳科谐波减速机的三大技术创新优势

北京北成新控 2023-08-10 1940

描述

减速机是一种精密的动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，增加转矩。

在减速机市场，号称“机器人的心脏”的精密减速器主要被日本厂商所垄断。其中最具代表性的就是哈默纳科，其生产的Harmonic Drive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。

一、哈默纳科谐波减速机三大技术创新优势

1.齿形的设计

在微型谐波传动领域，哈默纳科于2005年向市场推出了“P”齿形，目前开发出了MHD8和MHD10两个系列的产品，外径最小为8mm，采用行星齿轮传动式波发生器，传动比为160、500和1000，质量最小为2.2g，重复精度可达10弧秒。

在谐波齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。哈默纳科的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但是到1990年代初期已经基本完善。目前，哈默纳科的谐波产品有十几个类型，二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。

2.柔轮的设计和处理工艺

柔轮的成型工艺是整个谐波减速器的中技术难点最大的，是影响波发生器性能的因素，日本哈默纳科来谐波减速机在柔轮材料上使用疲劳强度大的特殊钢，与普通的传动装置不同，同时啮合的齿数占总齿数的约30%，而且是面接触，因此使得每个齿轮所承受的压力变小，可获得很高的转矩容量。其超短杯型号CSD和SHD，柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。

此外，哈默纳科采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻，其轻量化谐波传动产品系列在航空航天和机器人领域的应用日益广泛。

3.波发生器的疲劳性能

由谐波齿轮减速机工作原理及组成可知，波发生器是谐波齿轮减速机中的关键部件之一，其主要元件包括柔性薄壁轴承和波发生器凸轮。柔性轴承是波发生器的核心部件，在工作中，柔性轴承通过其弹性变形使减速机达到高减速比的性能要求，在循环交变载荷作用下极易发生疲劳失效，其疲劳寿命决定着波发生器的寿命，进而决定着整个减速机的使用寿命。

影响零部件疲劳性能的因素有很多，主要包括尺寸、表面形状、平均应力等。通常可通过选择合适的材料、结构的改进、尺寸大小的优化、表面强化处理、表面防护措施的添加、改进加工方式等方法提高零部件的疲劳性能。

据悉，凸轮式柔性波发生器能全面控制柔轮变形，承载能力大，刚度好，适于标准化批量生产，日本哈默纳科就是采用IH齿形谐波减速机就是采用了余弦凸轮波发生器；而双滚轮式波发生器结构简单，但承载能力低，适于单件生产。