高扭矩精度谐波减速机

谐波传动的学术名称是应变波齿轮传动;根据其物理特性,也可称为谐波减速机或谐波齿轮。谐波传动原理由美国杰出发明家 C.W. Musser 发明,并于1964年在日本投入实际应用。HONPINE 公司于2018年开始生产谐波减速机,并持续优化齿形。20世纪末,中国开始研究相关理论并开展工业化生产。谐波减速机最显著的特点是它仅由三个基本部件组成:刚性齿轮、柔性齿轮和波发生器。这使其易于实现小型化和轻量化设计。由于啮合过程中参与啮合的齿数较多,因此能够实现显著的扭矩传递和精密控制。目前,谐波减速机有20多种类型,扭矩范围从1 Nm到2000 Nm。

标准谐波传动减速机

标准谐波减速齿轮是所有类型谐波减速齿轮中最常用、应用最广泛的类别。标准产品采用批量生产和销售,因此整体成本可控且精度稳定。该主要类别包括 FSG 系列、FHG 系列、FHD 系列、FSD 系列和 FDS 系列。

法兰谐波传动减速机

法兰谐波减速机是所有类型谐波减速齿轮中最常用、应用最广泛的类别。标准产品采用批量生产和销售,因此整体成本可控且精度稳定。该主要类别包括 FSG 系列、FHG 系列、FHD 系列、FSD 系列和 FDS 系列。

大型谐波传动减速机

超大型谐波传动减速机专为在谐波减速机系列中具有特殊扭矩和尺寸要求的客户而设计和制造。这些谐波减速机具有更大的扭矩、更高的刚性和更强的负载能力。本系列包括:

高扭矩杯形柔轮型号:FCG-45-AJ、FCG-50-AJ、FCG-58-AJ、FCG-65-AJ;

高扭矩礼帽形柔轮型号:FHG-45-SJ、FHG-50-SJ、FHG-58-SJ、FHG-65-SJ;

带大中空密封结构的高扭矩礼帽形柔轮型号:FHG-45-AH、FHG-50-AH、FHG-58-AH、FHG-65-AH。

 

微型谐波传动齿轮机

微型谐波传动减速系列专为谐波传动减速机系列中对紧凑尺寸和轻量化有特殊要求的客户而设计和制造。这些减速机具有尺寸更小、重量更轻和高精度的特点。本系列包括采用杯形柔轮结构的 CSF-mini 系列和采用礼帽形柔轮结构的 SHD-mini 系列。CSF-mini 系列提供多种输入/输出配置,如轴输入、孔输入、轴输出和法兰输出。目前,这些产品已实现批量生产和销售,精度稳定可靠。

什么是谐波传动减速机?

谐波传动减速机的结构

谐波传动减速器由三个核心部件组成:

刚轮:
一种刚性的内齿轮,比柔轮多两个齿(例如,102 齿 对 100 齿)。齿形通常为渐开线或双圆弧。
柔轮:
一种薄壁、杯形的带外齿金属部件。它可发生弹性变形,并能够承受反复循环变形。
波发生器:
由椭圆形或多边形凸轮与柔性轴承组合而成,用于驱动柔轮周期性变形。

 

工作原理

当波发生器旋转时,它迫使柔轮由圆形变形成椭圆形。在长轴两端,柔轮的齿与刚轮的齿完全啮合,而在短轴两端,齿则脱开啮合。

随着波发生器持续旋转,柔轮与刚轮之间的啮合区域不断移动,形成“齿差传动”效应。这会导致输出转速降低。

得益于这种独特机构,谐波传动减速器可实现 1/30 至 1/320 的高单级减速比,同时保持极高的传动精度(通常误差小于 1 弧分)。

 

谐波减速机原理

谐波传动减速机的优势

谐波减速机凭借高精度、低背隙和紧凑设计等优势,广泛应用于机器人、CNC 设备、医疗设备、工业自动化和半导体设备等行业。 本部分详细阐述了谐波减速机的优势。

高精度 & 零背隙

谐波传动减速器凭借其近乎零背隙的设计,提供卓越的定位精度。柔轮与刚轮之间独特的弹性啮合消除了机械间隙,确保精确的运动控制和出色的重复精度。这使其非常适用于机器人、CNC 转台和半导体设备等高精度应用。
 

高扭矩密度

谐波传动减速器相较于其尺寸可提供出色的扭矩输出。多齿啮合机构可将负载同时分配到多个齿上,从而在紧凑的结构中实现高扭矩传递。这提高了效率,并使其非常适合需要在有限安装空间内实现高扭矩的应用。

谐波减速机的优点

紧凑 & 轻量化设计

通过单级实现高减速比,谐波传动减速器相比传统齿轮系统提供了显著更紧凑、更轻量的解决方案。其节省空间的设计便于集成到紧凑型机械和机器人关节中,在保持高性能的同时减小整体系统尺寸。

使用寿命长
 

谐波传动减速器专为耐久性和可靠性而设计,采用优化的齿形几何结构和高品质材料,确保较长的运行寿命。其平稳的传动和低磨损特性可降低维护需求,即使在苛刻的工况下,也能在较长周期内保持稳定一致的性能。

谐波齿轮减速器常见问题

谐波传动减速器有哪些应用?

用于工业机器人的谐波传动减速器广泛应用于高精度运动控制系统,在这类系统中,精度是首要要求,其次是使用寿命、传动比和效率。它们通常集成于肩部、肘部和腕部等机器人关节中,可在严苛的工业环境下实现高重复定位精度、平滑轨迹控制以及可靠的长期运行。

 

用于半导体设备的谐波传动减速器在对热稳定性要求极高的超精密系统中发挥关键作用。在这些应用中,温升控制是首要关注点,其次是精度和耐久性。它们广泛用于晶圆搬运、对准和检测系统,以确保稳定性能,并尽量减少可能影响纳米级定位精度的热漂移。

 

用于 CNC 机床的谐波传动减速器正越来越多地应用于转台、分度头和多轴加工系统,这些场景要求高精度和零背隙。其实现平稳运动、高定位精度和紧凑结构的能力,使其成为提升先进 CNC 应用中表面质量和加工一致性的理想选择。

 

用于协作机器人的谐波传动减速器设计重点在于轻量化结构,其次是传动比和成本效益。这些特性使其能够满足人机交互系统的要求,提供紧凑集成、安全运行和平稳运动控制,同时兼顾各种工业任务所需的经济性和灵活性。

 

用于人形机器人的谐波传动减速器正变得越来越重要,因为机器人系统在复杂多关节结构中需要更自然、更接近人类的运动。其紧凑尺寸、高扭矩密度和零背隙特性,使其非常适用于肩部、肘部、腕部和踝部等关节,从而在人形机器人设计中实现平滑的运动协调、高响应性和稳定的动态性能。

 

用于医疗设备的谐波传动减速器广泛应用于手术机器人、成像系统和精密医疗装置,这些场景对精度、平稳运动和低噪音要求很高。其提供高定位精度和稳定运行的能力,确保了在敏感医疗环境中的安全可靠性能,尤其适用于微创手术应用。

 

用于航空航天的谐波传动减速器应用将可靠性置于首位,其次是承载能力和精度。它们用于卫星天线机构、空间机器人手臂和飞行控制执行器等苛刻系统,在这些系统中,必须在极端条件和长运行寿命周期下保持稳定性能。

 

在所有这些应用中,谐波传动减速器都能提供高精度、零背隙、紧凑设计和高扭矩密度的独特组合,使其成为现代先进运动控制系统中的核心解决方案。

 

用于半导体自动化的谐波减速机