RV传动是新兴起的一种传动,它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的,不仅克服了一般针摆传动的缺点,而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点,日益受到国内外的广泛关注。[1]
它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命,而且回差精度稳定,不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低,故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器,因此,该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
RV传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成,主动的太阳轮1与输入轴相连,如果渐开线中心轮1顺时针方向旋转,它将带动三个呈120°布置的行星轮2在绕中心轮轴心公转的同时还有逆时针方向自转,三个曲柄轴3与行星轮2相固连而同速转动,两片相位差180°的摆线轮4铰接在三个曲柄轴上,并与固定的针轮相啮合,在其轴线绕针轮轴线公转的同时,还将反方向自转,即顺时针转动。输出机构(即行星架)6由装在其上的三对曲柄轴支撑轴承来推动,把摆线轮上的自转矢量以1:1的速比传递出来。1、传动比范围大;
2、扭转刚度大,输出机构即为两端支承的行星架,用行星架左端的刚性大圆盘输出,大圆盘与工作机构用螺栓联结,其扭转刚度远大于一般摆线针轮行星减速器的输出机构。在额定转矩下,弹性回差小;
3、只要设计合理,制造装配精度保证,就可获得高精度和小间隙回差;
4、传动效率高;
5、传递同样转矩与功率时的体积小(或者说单位体积的承载能力小),RV减速器由于第一级用了三个行星轮,特别是第二级,摆线针轮为硬齿面多齿啮合,这本身就决定了它可以用小的体积传递大的转矩,又加上在结构设计中,让传动机构置于行星架的支承主轴承内,使轴向尺寸大大缩小,所有上述因素使传动总体积大为减小。
(1)带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮),它相当于行星系中的中心轮;
(2)带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮),它相当于行星齿轮;
(3)波发生器H,它相当于行星架。
虽然这个RV减速机只有是三个重要组成部件但是在能完美制作这个谐波减速机的厂商只有日本的Nabtesco和Harmonic Drive虽然并不是只有他们会制作,而是他们的谐波减速机制作工艺和掌握的技术含量比其他厂家多太多了。就目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和Harmonic Drive两家垄断(业界俗称RV减速机和谐波减速机),包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。其中Harmonic Drive在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率。
二、新宝RV减速机介绍
RV减速机可作为减速器使用,通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
波发生器H是一个杆状部件,其两端装有滚动轴承构成滚轮,与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮,其内孔直径略小于波发生器的总长。
波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。
当波发生器装入柔轮后,迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形,其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合,而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。
当波发生器沿图示方向连续转动时,柔轮的变形不断改变,使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变,由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……,周而复始地进行,从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。
工作时,固定刚轮,由电机带动波发生器转动,柔轮作为从动轮,输出转动,带动负载运动。在传动过程中,波发生器转一周,柔轮上某点变形的循环次数称为波数,以 n 表示。常用的是双波和三波两种。
双波传动的柔轮应力较小,结构比较简单,易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。