1、5 主编4b-6a5.1谐波减速器结构原理及产品5.2部件型减速器的安装与维护5.3单元型减速器的安装与维护5.4简易单元型减速器的安装与维护5.5齿轮箱型减速器的安装与维护5.6微型减速器的安装与维护4b-6a5.1谐波减速器结构原理及产品4b-6a5.1.1谐波减速器的结构原理4b-6a1.技术起源谐波减速器是谐波齿轮传动装置(Harmonic Gear Drive)的俗称。谐波齿轮传动装置实际上既可用于减速,也可用于升速,但由于其传动比很大(通常为50160),因此,在工业机器人、数控机床等产品上应用时,一般较少用于升速,故习惯上称为谐波减速器。本书在一般场合也将使用这一名称。4b-6a
2、2.基本结构谐波减速器的基本结构如图5.1-1所示,它主要由刚轮(Circular Spline)、柔轮(Flex Spline)、谐波发生器(Wave Generator)3个基本部件构成。刚轮、柔轮、谐波发生器3个基本部件,可任意固定其中的1个,其余2个部件中的一个连接输入轴(主动输入),另一个即可作为输出(从动),实现减速或增速。4b-6a图5.1-1谐波减速器的基本结构1谐波发生器2柔轮3刚轮4b-6a3.变速原理谐波减速器的变速原理如图5.1-2所示。4b-6a图5.1-2谐波减速器变速原理4b-6a4.传动比利用不同的安装形式,谐波齿轮传动装置可有图5.1-3所示的5种不同使用方法
3、,图5.1-3a、图5.1-3b用于减速;图5.1-3c图5.1-3e用于增速。4b-6a图5.1-3谐波齿轮传动装置的使用a)刚轮固定/柔轮输出b)柔轮固定/刚轮输出c)谐波发生器固定/刚轮输出d)刚轮固定/谐波发生器输出e)柔轮固定/谐波发生器输出4b-6a5.主要特点由谐波齿轮传动装置的结构和原理可见,它与其他传动装置相比,主要有以下特点。4b-6a5.1.2谐波减速回转执行器4b-6a1.产品简介机电一体化集成是工业自动化的技术发展方向。为了进一步简化谐波减速器的结构、缩小体积、方便使用,Harmonic Drive System等公司在传统的谐波减速器基础上,推出了新一代的谐波减速器
4、/驱动电机集成一体化的回转执行器(Rotary Actuator)产品,代表了机电一体化技术在谐波减速器领域的最新成果和发展方向。4b-6a图5.1-4回转执行器与驱动器4b-6a图5.1-5回转执行器结构原理1谐波减速器2位置/速度检测编码器3伺服电机4CRB4b-6a2.结构原理Harmonic Drive System回转执行器的结构原理如图5.1-5所示,它是由交流伺服驱动电机、谐波减速器、CRB、位置/速度检测编码器等部件组成的机电一体化回转减速单元,可以直接用于工业机器人的回转轴驱动。4b-6a5.1.3哈默纳科产品与性能日本的Harmonic Drive System(哈默纳科)
5、公司是著名的谐波减速器生产企业,其产品规格齐全,产量占全世界总产量的15%左右,世界著名的工业机器人几乎都使用该公司的产品。4b-6a1.产品简况由于工业机器人的生产时间不同,它所配套的谐波减速器结构、型号、性能有所区别,其中,Harmonic Drive System公司代表性的产品主要有以下几类。4b-6a2.产品分类根据产品的结构形式,工业机器人常用的Harmonic Drive System谐波减速器总体可分为图5.1-6所示的部件型(Component Type)、单元型(Unit Type)、简易单元型(Simple Unit Type)、齿轮箱型(Gear Head Type)、
6、微型5大类;部分产品还可根据柔轮的形状,分水杯形(Cup Type)、礼帽形(Silk Hat Type)、薄饼形(Pancake Type)等不同的类别。4b-6a图5.1-6Harmonic Drive System谐波减速器产品4b-6a3.性能及比较Harmonic Drive System谐波减速器采用了图5.1-7a所示的特殊IH齿形设计,它与图5.1-7b所示的普通梯形齿相比,可使柔轮与刚轮齿的啮合过程连续、渐进,啮合的齿数更多、刚性更高、精度更高;啮合时的冲击和噪声更小,传动更为平稳。同时,圆弧形的齿根设计可避免梯形齿的齿根应力集中,提高产品的使用寿命。4b-6a图5.1-7齿
7、轮啮合过程比较4b-6a4b-6a图5.1-8谐波减速器基本性能比较4b-6a5.2部件型减速器的安装与维护4b-6a5.2.1CSF/CSG系列标准减速器4b-6a1.内部结构Harmonic Drive System部件型CSF通用系列、CSG高转矩系列标准谐波减速器的组成部件及结构示意图如图5.2-1所示,由于其减速器的柔轮呈水杯状,故又称水杯形(Cup Type)减速器。4b-6a图5.2-1CSF/CSG系列减速器的结构1谐波发生器组件2柔轮3刚轮4b-6a2.安装要求CSF/CSG系列标准谐波减速器对安装支承面的公差要求如图5.2-2、表5.2-1所示。减速器更换或重新安装时,需要
8、检查支承件和连接件的形位公差,确保满足表5.2-1的要求。4b-6a图5.2-2CSF/CSG系列标准减速器的安装要求4b-6a表5.2-1CSF/CSG系列标准减速器支承件和连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a图5.2-3柔轮的连接要求4b-6a3.润滑要求工业机器人用的谐波减速器一般都采用脂润滑,使用时需要定期检查润滑情况。CSF/CSG系列标准谐波减速器的润滑脂充填要求如图5.2-4所示。4b-6a图5.2-4CSF/CSG系列标准减速器的润滑脂充填要求4b-6a5.2.2CSD系列超薄型减速器4b-6a1.内部结构采用部件结构的Harmonic Drive System CSD系列
9、超薄谐波减速器的组成部件及结构示意图如图5.2-5所示。CSD系列减速器的柔轮形状仍为水杯形,故属于水杯形(Cup Type)减速器的一种。4b-6a图5.2-5CSD系列超薄型减速器的结构1谐波发生器组件2柔轮3刚轮4b-6a2.安装要求CSD系列超薄谐波减速器对安装支承面的公差要求如图5.2-6、表5.2-2所示。由于谐波发生器输入轴需要直接连接凸轮,因此,它对输入轴的安装公差要求高于CSF/CSG系列。减速器更换或重新安装时,需要检查支承件和连接件的公差,确保满足表5.2-2的要求。4b-6a图5.2-6CSD系列超薄型减速器的安装要求4b-6a表5.2-2CSD系列超薄型减速器支承件和
10、连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a3.润滑要求CSD系列超薄型谐波减速器采用脂润滑时,润滑脂的充填要求如图5.2-7所示。润滑脂的补充和更换时间与减速器的实际工作转速、环境温度有关,实际工作转速、环境温度越高,补充和更换润滑脂的周期就越短。减速器使用时,必须定期检查润滑情况,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。4b-6a图5.2-7CSD系列超薄型减速器的润滑脂充填要求4b-6a5.2.3SHF/SHG系列标准减速器4b-6a1.内部结构采用部件结构的SHF通用系列、SHG高转矩系列Harmonic Drive System谐波减速器是在CSF/CSG系列标准减速器
11、基础上所派生的产品。同规格的SHF和CSF系列、SHG和CSG系列产品的使用性能相同,但SHF系列的产品规格少于CSF系列。4b-6a图5.2-8SHF/SHG系列标准减速器的结构1谐波发生器组件2柔轮3刚轮4b-6a2.安装要求SHF/SHG系列标准谐波减速器的安装支承面的公差要求如图5.2-9及表5.2-3所示。由于柔轮的安装面直径比同规格的CSG/CSF系列减速器要大得多,因此,柔轮连接面的公差要求低于CSG/CSF系列减速器。减速器更换或重新安装时,需要检查支承件和连接件的公差,确保满足表5.2-3的要求。4b-6a图5.2-9SHF/SHG系列标准减速器的安装要求4b-6a表5.2-
12、3SHF/SHG系列标准减速器支承件和连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a图5.2-10SHF/SHG系列标准减速器柔轮的连接要求4b-6a图5.2-11SHF/SHG系列标准减速器谐波发生器的安装4b-6a3.润滑要求采用润滑脂润滑的SHF/SHG系列标准谐波减速器的润滑脂充填要求如图5.2-12所示。润滑脂的补充和更换时间与减速器的实际工作转速、环境温度有关,实际工作转速、环境温度越高,补充和更换润滑脂的周期就越短。减速器使用时,必须定期检查润滑情况,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。4b-6a5.2.4FB/FR系列薄饼形减速器4b-6a1.内部结构采用部件结
13、构的FB通用系列、FR高转矩系列Harmonic Drive Sys-tem谐波减速器的组成部件及结构示意图如图5.2-13所示。FB/FR系列谐波减速器的原理与CSG/CSF系列减速器相同,但外形被扁平化,减速器的柔轮和谐波发生器组合后,形状类似薄饼,故称为薄饼形(Pancake Type)减速器。4b-6a图5.2-12SHF/SHG系列标准减速器的润滑脂充填要求4b-6a图5.2-13FB/FR系列薄饼形减速器的结构1谐波发生器组件2柔轮3刚轮S4刚轮D4b-6a2.安装要求FB/FR系列薄饼形谐波减速器的安装支承面的公差要求如图5.2-14及表5.2-4所示。同规格的FB/FR系列谐波
14、减速器的要求相同。由于结构特殊,FB/FR系列薄饼形谐波减速器对谐波发生器输入轴的公差要求高于其他减速器;减速器更换时,需要检查支承件和连接件的公差,确保达到表5.2-4的要求。4b-6a图5.2-14FB/FR系列薄饼形减速器的安装要求4b-6a图5.2-14FB/FR系列薄饼形减速器的安装要求(续)4b-6a表5.2-4FB/FR系列薄饼形减速器支承件和连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a3.润滑要求FB/FR系列薄饼形谐波减速器的润滑要求高于其他谐波减速器,原则上说,两系列的减速器都需要使用润滑油进行润滑。FB/FR系列薄饼形减速器使用时,必须按照图5.2-16所示的要求,定期检查减
15、速器的润滑油情况,保证润滑油的液面能够浸没轴承内圈;同时还需要保持轴心到液面的距离,以防止油液的渗漏和溢出。4b-6a图5.2-15FB/FR系列减速器安装示例4b-6a图5.2-16FB/FR系列减速器的润滑要求4b-6a5.3单元型减速器的安装与维护4b-6a5.3.1CSF/CSG-2UH系列标准减速器4b-6a1.内部结构Harmonic Drive System单元型(Unit Type)谐波减速器是在部件型谐波减速器的基础上派生出的产品,其中,水杯形(Cup Type)、礼帽形(Silk Hat Type)都有对应的单元型产品;薄饼形(Pancake Type)目前尚未单元化。4b
16、-6a图5.3-1CSF/CSG-2UH系列减速器的结构1谐波发生器组件2刚轮与壳体3柔轮4CRB5连接板4b-6a2.减速器安装要求CSF/CSG-2UH系列单元型谐波减速器对支承面的公差要求如图5.3-2及表5.3-1所示。4b-6a图5.3-2CSF/CSG-2UH系列减速器的安装要求4b-6a表5.3-1CSF/CSG-2UH系列减速器的安装公差要求(单位:mm)4b-6a3.输入轴安装要求单元型CSF/CSG-2UH系列谐波减速器对谐波发生器输入轴的安装公差要求如图5.3-3及表5.3-2所示。减速器更换或重新安装时,要检查并保证谐波发生器输入轴和减速器输入法兰定位基准面的公差要求,
17、避免两者间出现不同轴或倾斜现象。4b-6a图5.3-3CSF/CSG-2UH系列减速器输入轴的安装要求4b-6a表5.3-2CSF/CSG-2UH系列减速器输入轴的安装公差要求(单位:mm)4b-6a图5.3-4CSF/CSG-2UH系列减速器过渡板的安装要求4b-6a4.支承座要求一般而言,单元型CSF/CSG-2UH系列谐波减速器的谐波发生器输入轴通常直接连接驱动电机轴,两者之间需要安装过渡板或安装座。电机过渡板或安装座的推荐尺寸及安装公差要求如图5.3-4及表5.3-3所示,这一要求也适合于其他形式的轴输入。驱动电机更换或重新安装时,要检查并保证过渡板或安装座的公差要求,避免驱动电机和减
18、速器间出现不同轴或倾斜现象。4b-6a表5.3-3CSF/CSG-2UH系列减速器过渡板的尺寸和安装公差要求(单位:mm)4b-6a5.驱动电机拆装单元型CSF/CSG-2UH系列谐波减速器的谐波发生器输入轴使用的是键连接,驱动电机的安装一般如图5.3-5所示。4b-6a图5.3-5CSF/CSG-2UH系列减速器的驱动电机安装1、4、8螺钉2驱动电机3键5过渡板或安装座6减速器7定位块4b-6a图5.3-6驱动电机和减速器的分离4b-6a6.润滑要求单元型谐波减速器为整体单元结构,产品出厂时已充填润滑脂,用户首次使用时无须充填润滑脂。减速器长期使用时,可以根据减速器或机器人生产厂家的要求,定
19、期补充润滑脂,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。此外,为了防止谐波发生器高速运转时润滑脂飞溅,CSF/CSG-2UH系列减速器的安装座上一般都设计有图5.3-7所示的防溅挡板,防溅挡板的尺寸通常见表5.3-4,减速器维护时应保证防溅区内部的清洁。4b-6a图5.3-7防溅挡板推荐尺寸4b-6a表5.3-4CSF/CSG-2UH系列减速器的防溅区的尺寸要求(单位:mm)4b-6a5.3.2CSD-2UH系列超薄型减速器4b-6a1.内部结构CSD-2UH系列超薄单元型减速器是在CSD系列超薄型减速器的基础上,进行单元化设计的产品,减速器的组成部件及结构示意图如图5.3-8
20、所示。4b-6a图5.3-8CSD-2UH系列减速器的结构1刚轮2谐波发生器3柔轮4CRB4b-6a图5.3-9CSD-2UH系列减速器的安装要求4b-6a2.减速器安装要求CSD-2UH系列超薄单元型减速器的安装公差要求如图5.3-9及表5.3-5所示。由于减速器的特殊结构,它对壳体外圆、输出轴连接端面的公差要求很高,减速器更换或重新安装时,要认真检查、严格保证其公差要求。4b-6a表5.3-5CSD-2UH系列减速器安装公差要求(单位:mm)4b-6a3.输入轴安装要求CSD-2UH系列超薄单元型减速器对谐波发生器输入轴的安装公差要求如图5.3-10及表5.3-6所示。同样,该系列减速器对
21、输入轴和谐波发生器连接面的公差要求很高,更换或重新安装时,要认真检查、严格保证公差要求,避免两者倾斜。4b-6a图5.3-10CSD-2UH系列减速器输入轴的安装要求4b-6a表5.3-6CSD-2UH系列减速器支承件和连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a4.润滑要求单元型谐波减速器为整体单元结构,产品出厂时内部已充填润滑脂,用户首次使用时无须充填润滑脂。减速器长期使用时,可以根据减速器或机器人生产厂家的要求,定期补充润滑脂,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。为了防止谐波发生器高速运转时润滑脂飞溅,CSD-2UH系列减速器的安装座上一般都设计有图5.3-11所示的防
22、溅挡板,防溅挡板的尺寸通常见表5.3-7,减速器维护时应保证防溅区内部的清洁。4b-6a图5.3-11防溅挡板推荐尺寸4b-6a表5.3-7CSD-2UH系列减速器防溅区的尺寸要求(单位:mm)4b-6a5.3.3CSG-2UK系列密封型减速器4b-6a1.内部结构CSG-2UK系列密封单元型、高转矩谐波减速器是Harmonic Drive System公司的最新产品,减速器的组成部件及结构示意图如图5.3-12所示。4b-6a图5.3-12CSG-2UK系列减速器的结构1谐波发生器组件2密封端盖3刚轮4CRB5花键套6密封罩4b-6a2.减速器安装要求CSG-2UK系列密封单元型谐波减速器对
23、支承面的公差要求如图5.3-13及表5.3-8所示。4b-6a图5.3-13CSG-2UK系列减速器的安装要求4b-6a表5.3-8CSG-2UK系列减速器的安装公差要求(单位:mm)4b-6a3.输入轴安装要求CSG-2UK系列密封单元型谐波减速器对输入轴的安装公差要求如图5.3-14及表5.3-9所示。减速器更换或重新安装时,要检查并保证谐波发生器输入轴和减速器输入法兰定位基准面的公差要求,避免两者间出现不同轴或倾斜现象。4b-6a表5.3-9CSG-2UK系列减速器输入轴的安装公差要求(单位:mm)4b-6a图5.3-14CSG-2UK系列减速器输入轴的安装要求4b-6a4.润滑要求CS
24、G-2UK系列密封单元型谐波减速器采用整体密封结构,并设计有专门的充脂孔;产品出厂时已充填润滑脂,首次使用时用户无须充填润滑脂。减速器长期使用时,可以根据减速器或机器人生产厂家的要求,定期补充润滑脂,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。4b-6a5.3.4CSD-2UF系列中空轴超薄型减速器4b-6a1.内部结构在手腕后驱结构的机器人、采用RRR/BRR结构手腕的机器人及SCARA结构的机器人上,部分运动轴的减速器内部需要布置其他轴的传动系统,如采用手腕后驱结构的机器人的手腕回转轴R和SCARA结构机器人的中间关节,其内部都有中间传动轴,这就要求谐波减速器的输入轴为中空结
25、构,以便布置其他轴的传动系统。4b-6a2.减速器安装要求CSD-2UF系列中空轴超薄单元型减速器对支承面的公差要求如图5.3-16及表5.3-10所示。减速器对壳体外圆、输出轴连接端面的公差要求较高,更换或重新安装减速器时,要认真检查、严格保证其公差要求。4b-6a图5.3-15CSD-2UF系列减速器的结构1刚轮2谐波发生器3柔轮4中空CRB4b-6a图5.3-16CSD-2UF系列减速器的安装要求4b-6a表5.3-10CSD-2UF系列减速器安装公差要求(单位:mm)4b-6a3.输入轴安装要求CSD-2UF系列中空轴超薄单元型减速器对谐波发生器输入轴的安装公差要求如图5.3-17及表
26、5.3-11所示。减速器对输入轴和谐波发生器连接面的公差要求很高,更换或重新安装时,要认真检查、严格保证公差要求,避免两者倾斜。4b-6a图5.3-17CSD-2UF系列减速器输入轴的安装要求4b-6a表5.3-11CSD-2UF系列减速器支承件和连接件的公差要求(单位:mm)4b-6a4.润滑要求单元型谐波减速器为整体单元结构,产品出厂时内部已充填润滑脂,用户首次使用时无须充填润滑脂。减速器长期使用时,可以根据减速器或机器人生产厂家的要求,定期补充润滑脂,润滑脂的型号、注入量、补充时间,应按照生产厂家的要求进行。为了防止谐波发生器高速运转时润滑脂飞溅,CSD-2UH系列减速器的安装座上一般都
27、设计有图5.3-18所示的防溅挡板,防溅挡板的尺寸通常见表5.3-12,减速器维护时应保证防溅区内部的清洁。4b-6a图5.3-18防溅挡板推荐尺寸4b-6a表5.3-12CSD-2UF系列减速器防溅区的尺寸要求(单位:mm)4b-6a5.3.5礼帽形SHF/SHG-2U系列减速器4b-6a1.结构特点礼帽形谐波减速器的柔轮呈大直径、开口状,输入/输出连接部件的布置灵活,因此,采用单元型结构时,一般使用中空轴、轴输入等连接形式。由于礼帽形减速器的柔轮内部空间大,同规格减速器的中空直径大致可达水杯形CSD-2UF系列中空轴超薄单元型减速器的1.5倍左右,其产品规格也较多。4b-6a图5.3-19
28、SHF/SHG-2UH系列减速器的结构1中空轴2前端盖3CRB4后端盖5柔轮6刚轮4b-6a图5.3-20SHF/SHG-2UJ系列减速器的结构1输入轴2前端盖3CRB4后端盖5柔轮6刚轮7谐波发生器4b-6a2.减速器安装要求SHF/SHG-2UH和SHF/SHG-2UJ系列减速器都可采用柔轮固定或刚轮固定两种安装方式,不同安装方式对支承面的公差要求如下,更换或重新安装减速器时,要检查并保证其公差要求。4b-6a图5.3-21柔轮固定SHF/SHG-2UH、2UJ系列减速器的安装要求4b-6a表5.3-13柔轮固定SHF/SHG-2UH、2UJ系列减速器安装公差要求(单位:mm)4b-6a图
29、5.3-22刚轮固定SHF/SHG-2UH、2UJ系列减速器的安装要求4b-6a表5.3-14刚轮固定SHF/SHG-2UH、2UJ系列减速器安装公差要求(单位:mm)4b-6a3.使用与维护SHF/SHG-2UH和SHF/SHG-2UJ系列减速器为整体完全密封结构,产品出厂时内部已充填润滑脂,在规定的使用时间内,用户无须充填润滑脂。4b-6a5.3.6SHD-2UH系列中空轴超薄型减速器4b-6a1.内部结构SHD-2UH系列中空轴超薄单元型减速器的组成部件及结构示意图如图5.3-23所示。该系列减速器虽然为超薄型结构,但其柔轮为礼帽形,这是它与CSD-2UF系列中空轴超薄型减速器的结构区别。4b-6a4b-6a图5.3-23SHD-2UH系列减速器的结构1输入轴2前端盖3CRB外圈4后端盖5柔轮6CRB内圈(刚轮)4b-6a图5.3-24SHD-2UH系列减速器的尺寸公差4b-6a2.减速器安装要求SHD-2UH系列中空轴超薄单元型减速器同样可采用柔轮固定或刚轮固定两种安装方式,减速器的安装法兰及中空孔的尺寸公差如图5.3-24所示,减速器对安装支承面的公差要求与SHF/SHG-2UH系列中空轴单元型减速器相同,更换或重新安装减速器时,要检查并保证其公差要求。4b-6a3.使用与维护
