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减速器振动全攻略

摘要减速器振动问题一直是机器人的应用痛点，它不仅影响了机器人的终端用户体检，更为关键的是，它限制了机器人在高端装备制造领域“大展拳脚”；由于减速器的振动会传递到机器人末端，从而使末端出现抖动，大大降低了机器人的轨迹精度、重复定位精度。

　　【机床商务网栏目科技动态】减速器振动问题一直是机器人的应用痛点，它不仅影响了机器人的终端用户体检，更为关键的是，它限制了机器人在高端装备制造领域“大展拳脚”；由于减速器的振动会传递到机器人末端，从而使末端出现抖动，大大降低了机器人的轨迹精度、重复定位精度。

　　例如，在机器人焊接复杂曲面、切割复杂形状时，受减速器振动影响，机器人的运动轨迹会出现不光滑，甚至是运动轨迹不连续的情况，不利于对机器人轨迹进行优化。可以说，如果不能有效解决减速器的振动问题，机器人就无法承担类似的高速、高精生产任务。

　　不仅如此，一旦减速器振动过大，机器人关节运动速度的上限也会大大降低，并且使得定位时间增加，从而影响机器人的工作效率；而减速器的振动也会让机器人在运动过程中产生附加冲击力，从而降低了整机系统的使用寿命。

　　是什么引起了减速器的振动？

　　那么如何才能解决这令人头痛不已的减速器振动问题呢？

　　我们首先需要从原理着手，了解减速器为什么会产生振动。以谐波减速器为例，从齿轮啮合原理来看，当啮合存在干涉或齿面光洁度差时都会导致啮合冲击力增大，从而引起减速器的振动剧烈增大。

　　而从薄壁圆筒机理看，引起谐波减速器振动深层次原因为：

　　1、经过理论研究，减速器振动的大小与材料的密度成正比、与材料的杨氏模量和泊松比成反比。

　　2、结构设计对减速器振动的影响，振动的大小与轮齿的啮合长度成反比，与柔轮的壁厚成反比，与柔轮半径成正比。

谐波减速器振动幅值和轮齿啮合长度的关系

谐波减速器振动幅值和柔轮壁厚之间的关系

　　3、零件加工精度的影响，减速器中的一些关键零部件，例如凸轮轴形位公差齿面表面光洁度的影响，如果同轴度对称度形位公差较大，会使谐波减速器产生偏心力，偏心力就会成为减速器振动的一个激励，从而加剧振动。

　　4、减速器装配的影响，零件选配的不合理，不仅会使得减速器系统出现不平衡力，而且还会产生新的谐波频率，这些不仅会使得系统振动增加，同时增加系统出现共振的概率。

　　减速器振动解决方案

　　基于对以上振动理论的研究，昊志机电在齿形及结构设计方面，正向设计开发SP齿形及凸轮廓曲线，并优化了轮齿的最佳啮合长度和柔轮的最佳壁厚。

此外，改善齿轮加工精度等级、齿面的光洁度，降低摩擦提升传动的平顺性。

　　在材料选用上，昊志机电选择了密度小、弹性模量大的新型合金钢，并通过对加工工艺不断改进，精细化了材料的晶粒，从而进一步提高了材料的弹性模量、泊松比；这些举措都很好地避免了减速器出现过大的振动，下图为改进工艺后材料晶粒的金相图，其晶粒度等级已经达到了1-2级。

试样边缘 500X

　　在零件加工方面，通过改良装夹工装和工艺流程，尽量减少零件在加工时的装夹次数和加工基准的更换，从而提升了零件的加工精度等级；以凸轮轴为例，凸轮对称度严格控制在5μm之内,轮廓度小于2μm。

　　在装配规则方面，将人工智能算法引入到了谐波减速器的装配上来，真正的做到了零件的“智能”选配。智能化选配的流程图如下所示：

　　减速器振动改善效果呈现

　　从频谱分析图对比可以发现，改善振动幅值明显降低，另外，齿轮的啮合频率及边频明显降低，这说明昊志机电减速器齿轮啮合状态良好，运转中受到的冲击较小。

优化前频谱测试效果

优化后频谱测试效果

　　昊志机电始终坚持做优质的国产机器人核心零部件供应商，秉承“立足自主技术创新、服务全球先进制造”的发展战略，不断提升减速器的易用性、稳定性、精度等，助力国产工业机器人在更多更广的领域“开疆拓土”。

减速器振动全攻略

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