SHD Baureihe kompakte Units SHD Series Compact Units

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1 SHD Baureihe kompakte Units SHD Series Compact Units

2 Inhalt Content 3 Das Unternehmen The Company 4 Produktbeschreibung Product Description 5 Bestellbezeichnung und Leistungsdaten Ordering Code and Rating Table 6 Abmessungen Dimensions 8 Genauigkeit, Torsionssteifigkeit, Lastfreies Anlaufdrehmoment, Lastfreies Rückdrehmoment Accuracy, Torsional Stiffness, No Load Starting Torque, No Load Back Driving Torque 9 Lastfreies Laufdrehmoment No Load Running Torque 1 Korrekturwerte für Lastfreies Laufmoment und Wirkungsgrad Correction Factor for No Load Running Torque and Efficiency 11 Wirkungsgradberechnung Efficiency Calculations 12 Abtriebslager Output Bearing 13 Montagetoleranzen Assembly Tolerances 14 Schmierung Lubrication 2

3 Das Unternehmen The Company Im Jahr 197 wurde in Langen bei Frankfurt/Main die Harmonic Drive System GmbH gegründet. Die Expansion des Unternehmens führte 1988 zur Verlegung des Firmensitzes nach Limburg/Lahn. Umfangreiche Investitionen in Gebäude, modernste CNC-Maschinen und Personal folgten. Die Produktion kundenspezifischer Antriebssysteme begann konnten weitere erhebliche Investitionen für den Ausbau der Getriebefertigung vorgenommen werden. Im Jahr 2 wurde aus der Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH die Harmonic Drive AG. Im November 26 erfolgte der Umzug in den Neubau eines 24 qm großen Entwicklungszentrums. Damit wurden beste Voraussetzungen für die Verstärkung der Entwicklungsaktivitäten geschaffen. Das einzigartige Funktionsprinzip der Wellgetriebe eröffnet uns, selbst nach langjähriger Erfahrung, noch immer umfangreiche Anwendungsmöglichkeiten in den verschiedensten Bereichen der Technik. Innovative, technologisch ausgereifte Produkte zu entwickeln und diese erfolgreich am Markt anzubieten sehen wir als ein wichtiges Ziel an. Individuelle Systemlösungen werden gemeinsam mit Kunden erarbeitet und auf deren Anforderungen zugeschnitten. Als Technologieführer im Bereich hochpräziser Antriebstechnik insbesondere hochuntersetzender, spielfreier und spielarmer Getriebe wollen wir unsere Marktführerschaft auch in den nächsten Jahren weiter ausbauen. Unsere Kernkompetenz sehen wir nicht nur in der Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von Harmonic Drive Einbausätzen, Units und Getriebeboxen nach dem Wellgetriebeprinzip, sondern auch in Planetengetrieben, Sonderantrieben und Systemlösungen. Darüber hinaus haben wir seit 25 die mechanischen Baureihen mit umfangreichen eigenen Servoantrieben, Servomotoren, Torque Motoren und Reglern ergänzt. Die Kunden der Harmonic Drive AG können aus einer über 4-jährigen Erfahrung in der Antriebstechnik mit umfassendem Produkt-, Anwendungs- und Branchenwissen großen Nutzen ziehen. In 197 the company Harmonic Drive System GmbH was founded in Frankfurt am Main. Owing to the company s expansion the head office relocated in 1988 to Limburg an der Lahn. There then followed extensive investments in buildings, state of the art CNC machinery, personnel and the production of customised actuator systems began. In 1998 considerable investments continued in the expansion of the gear production facilities. In 2 Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH was reformed under the new name Harmonic Drive AG. In November 26 the company moved to its new building, a development centre covering 24 square metres and providing the best conditions for boosting its development activities. Even after we had gained many years of experience, the unique operating principle behind strain wave gears proved to be our key to even more sources of potential applications on the most diverse technology sectors. One of our prime targets is the development and successful market introduction of well-engineered products. Individual system solutions are created jointly with our customers specifically for their needs. As the technology leader in the field of high precision actuator technology, in particular zero and low backlash gears with high reduction ratios, we aim to extend our leadership in the market. We see our core competence not only in the development, production and marketing of Harmonic Drive component sets, units and gearboxes, but also in planetary gears, special actuators and system solutions. In addition we have been supplementing our mechanical products with our own extensive range of servo actuators, servo motors, torque motors and controllers since 25. Harmonic Drive customers can profit from over forty years of drive technology experience that has led to our product, application and industrial know-how. 3

4 Produktbeschreibung Product Description Die Baureihe SHD basiert auf der superkompakten CSD-Technologie kombiniert mit einer sehr großen Hohlwelle. Aufbauend auf den exzellenten Leistungsmerkmalen der Harmonic Drive Getriebe wurde diese Baureihe mit einer zusätzlichen Kreuzrollenlagerung mit hoher Kippsteifigkeit versehen und so eine extrem kompakte und leichte Getriebeeinheit geschaffen. Die Units der Baureihe SHD sind mit sechs verschiedenen Baugrößen erhältlich und eröffnen ganz neue Möglichkeiten für die Anwendung von Untersetzungsgetrieben in Bewegungssteuerungen. Die Baulänge wurde gegenüber der Baureihe HFUC um die Hälfte verringert Die Drehmomentkapazität ist identisch mit derjenigen der Baureihe CSD Die Torsionssteifigkeit ist identisch mit derjenigen der Baureihe CSD Hohlwellenkonstruktion Eingebaute Kreuzrollenlagerung mit hoher Kippsteifigkeit Spielfreier Lauf Harmonic Drive SHD series units are based on the super compact CSD technology combined with the large hollow shaft. Starting with the excellent performance characteristics expected from Harmonic Drive gearing and by adding a cross roller bearing with high tilting stiffness we have created an extremely compact and light weight gear unit. The SHD series units are available in six different sizes, opening up new possibilities for motion control speed reducers. Thickness has been reduced to 1/2 that of the HFUC series Torque capacity is 1 % of the CSD series Torsional rigidity is 1 % of CSD series Hollow shaft construction Incorporating a cross roller bearing with high tilting stiffness No backlash Struktur der Baureihe SHD Structure of SHD Series unit type Abb./Fig. 4.1 Kreuzrollen-Abtriebslager Cross roller output bearing Wave Generator Wave Generator Flexspline Flexspline Circular Spline Circular Spline Vergleich der Länge in Wellenrichtung Comparison of length of shaft direction Abb./Fig. 4.2 HFUS HFUS-2SO Baureihe/series SHD Baureihe/series 4

5 Bestellbezeichnung und Leistungsdaten Ordering Code and Rating Table Bestellbezeichungen Ordering Code Tabelle/Table 5.1 Baureihe Series Baugröße Size Untersetzung 1) Ratio 1) Version Version Sonderausführung Special specification SHD SH Simplicity Unit mit Hohlwelle Simplicity unit with hollow shaft Bestellbezeichnung Ordering Code SHD 2 1 2SH SP Nach Kundenanforderung According to customer requirements Leistungsdaten Rating Table Tabelle/Table 5.2 Baugröße Untersetzung 1) Nenndrehmoment bei Nenndrehzahl 2 min -1 Grenze für wiederholbares Spitzendrehmoment Grenze für Durchschnittsdrehmoment Grenze für Kollisionsdrehmoment Max. Abtriebsdrehzahl [min -1 ] Grenze für mittlere Abtriebsdrehzahl [min -1 ] Massenträgheitsmoment 2) Size Ratio 1) Rated torque at rated speed 2 rpm T N [Nm] Limit for repeated peak torque T R [Nm] Limit for average torque T A [Nm] Limit for momentary peak torque T M [Nm] 5 3,7 12 4, ,4 19 7, Max. input speed [rpm] Fett Grease Limit for average input speed [rpm] Moment of intertia 2) Fett Grease x1-4 [kgm 2 ] 85 35, , , , , ,85 Bemerkungen: 1) Die in der Tabelle aufgeführten Untersetzungsverhältnisse gelten für die Standard An- und Abtriebsanordnung (CS fixiert, WG Antrieb, FS Abtrieb). Andere Anordnungen sind ebenfalls möglich. Die sich dann ergebenden Untersetzungsverhältnisse entnehmen Sie bitte dem Kapitel Projektierung in unserem Gesamtktalog. Bitte geben Sie in Ihrer Bestellbezeichnung unabhängig von der Antriebsanordnung immer eine positive, geradzahlige Untersetzung an (z. B. 1). 2) Das angegebene Massenträgheitsmoment bezieht sich auf die Antriebsseite und gilt für einen Standard Wave Generator. Please Note: 1) The ratios shown here are for a standard driving configuration with the circular spline fixed, the Wave Generator used for the input and the Flexspline attached to the output. Other configurations are possible. Please consult the chapter Engineering Data in our General Cataloque. Please indicate a positive, even-numbered ratio in your ordering code (e.g. 1), unrelated to the configuration you use. 2) The moment of inertia refers to the input side and is valid for a standard Wave Generator. 5

6 Abmessungen Dimensions Abmessungen Dimensions Abb./Fig

7 Abmessungen Dimensions Abmessungen Dimensions Tabelle/Table 7.1 [mm] Baugröße/Size Ø A h6 49 -, , , , , ,25 Ø B1 39,1 +,1 48 +,1 56,8 +,1 7,5 +,1 92 +,1 112,4 +,1 B2,8 +,15 1,1 +,25 1,4 +,25 1,7 +,25 2 +,25 2,2 +,25 Ø C H7 11 +, ,18 2 +, , ,25 4 +,25 D 17,5 ±,1 18,5 ±,1 19 ±,1 22 ±,1 27,9 ±,1 33 ±,1 E 1 15,5 16, ,6 28 E ,3 5 F 2, ,3 3,6 4 G* 1,8 1,6 1,2,4,6,8 H 4 -,1 5 -,1 5,2 -,1 6,35 -,1 8,6 -,1 1,3 -,1 I* 15,7 -,2 16,9 -,2 17,8 -,2 21,6 -,2 27,3 -,2 32,2 -,2 Ø J h7 7 -,3 8 -,3 9 -, , ,4 17 -,4 Ø K H7 5 +, ,3 71 +,3 88 +, , ,4 L Ø M 3,5 3,5 3,5 4,5 5,5 6,6 Ø N,25,25,25,25,25,3 Ø O P P2 M3 M3 M3 M3 M4 M4 P P4 22, Ø Q R R2 M3 M3 M3 M3 M4 M5 Ø S,25,25,25,25,25,25 Ø T , U U2 M3 M3 M3 M4 M5 M6 V 4,5 4,5 4, Ø W,25,25,25,25,25,3 X 1 C,4 C,4 C,5 C,5 C,5 C,5 X2 C,4 C,4 C,5 C,5 C,5 C,5 Y1,4,4,5,5,5,5 Y Y2,4,4,5,5,5,5 RY3 1,2 1,2 1,5 1,5 1,5 1,5 Z1 57 +,1 68,1 +,1 78 +,1 94,8 +, , ,1 Z2 2 +,25 2 +,25 2,7 +,25 2,4 +,25 2,7 +,25 2,7 +,25 Ø a Minimaler 36, b Gehäuseabstand 1 1 1,5 1,5 2 2,5 Ø c Minimum housing d dimensions 1,4 1,8 1,7 1,8 1,8 1,8 e Ø 37,1x,6 Ø 45,4x,8 Ø 53,28x,99 Ø 66,5x1,3 Ø 87,5x1,5 Ø 17,5x1x6 f Ø 54,4x1,19 Ø 64,x1,5 Ø 72,x2, Ø 88,62x1,78 Ø 117,x2, Ø 142x2, g Ø 49x58x5 Ø 59x68x5 Ø 69x78x5 Ø 84x94x5 Ø 11x122x6 Ø 132x146x7 h 1,5 1,5 1,5 1,5 3,3 4 Masse [kg] Mass [kg],33,42,52,91 1,87 3,9 Die folgenden Maße können angepasst werden: Wave Generator: C Flexspline: O und P Circular Spline: X1 und X2 Die mit einem Sternchen gekennzeichneten Maße G und I gelten für die axiale Einbaupositionen der drei Komponenten (Wave Generator, Flexspline und Circular Spline), aus denen das Harmonic Drive Getriebe besteht. Halten Sie diese Maße genau ein, da sie die Leistungsfähigkeit beeinflussen. Der Wave Generator ist bei Auslieferung des Produkts ausgebaut. The following dimensions can be modified: Wave Generator: C Flexspline: O and P Circular Spline: X1 and X2 The G and I dimensions indicated by an asterisk are the axial mounting tolerances for the three parts (Wave Generator, Flexspline, Circular Spline) of the Harmonic Drive Unit. Strictly observe these sizes as they affect the performance. Wave Generator is removed when the product is delivered. 7

8 Genauigkeit, Torsionssteifigkeit, Lastfreies Anlaufdrehmoment, Lastfreies Rückdrehmoment Accuracy, Torsional Stiffness, No Load Starting Torque, No Load Back Driving Torque Genauigkeit Accuracy Tabelle/Table 8.1 [arcmin] Baugröße/Size Übertragungsgenauigkeit / Transmission accuracy < 1,5 < 1,5 < 1 < 1 < 1 < 1 Hystereseverluste Hysteresis losses i=5 2,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 i=1 oder mehr / or more 2, 1, 1, 1, 1, 1, Torsionssteifigkeit Torsional Stiffness Tabelle/Table 8.2 Baugröße/Size T 1 [Nm] 2 3, T 2 [Nm] 6, i = 5 i > 5 K 3 [Nm/rad],47 x 1 4 1,2 x 1 4 2, x 1 4 3,7 x 1 4 8,4 x x 1 4 K 2 [Nm/rad],37 x 1 4,88 x 1 4 1,3 x 1 4 2,7 x 1 4 6,1 x x 1 4 K 1 [Nm/rad],29 x 1 4,67 x 1 4 1,1 x 1 4 2, x 1 4 4,7 x 1 4 8,8 x 1 4 K 3 [Nm/rad],61 x 1 4 1,3 x 1 4 2,5 x 1 4 4,7 x x x 1 4 K 2 [Nm/rad],44 x 1 4,94 x 1 4 1,7 x 1 4 3,7 x 1 4 7,8 x x 1 4 K 1 [Nm/rad],4 x 1 4,84 x 1 4 1,3 x 1 4 2,7 x 1 4 6,1 x x 1 4 Durchschnittswerte Avarage values Lastfreies Anlaufdrehmoment No Load Starting Torque Tabelle/Table 8.3 [Ncm] Baugröße/Size Untersetzung Ratio 5 6, , Lastfreies Rückdrehmoment No Load Back Driving Torque Tabelle/Table 8.4 [Nm] Baugröße/Size Untersetzung Ratio 5 3, ,

9 Lastfreies Laufdrehmoment No Load Running Torque Lastfreies Laufdrehmoment Die Diagramme unten gelten für Harmonic Drive Schmierfett, Standard Schmierstoffmenge und Untersetzung i = 1 Beim Einsatz anderer Untersetzungen sind die Korrekturwerte gemäß Tabelle 1.1 zu berücksichtigen Bei Ölschmierung bitte Rücksprache mit der Harmonic Drive AG No Load Running Torque The curves below are valid for Harmonic Drive grease with standard lubricant quantity and gear ratio i = 1 For other ratios please apply the correction values given in table 1.1. For oil lubrication please contact Harmonic Drive AG Abb./Fig. 9.1 Lastfreies Laufdrehmoment / No Load Running Torque [Ncm] Eingangsdrehzahl / Input Speed = 5 rpm, Baugröße / Size Lastfreies Laufdrehmoment / No Load Running Torque [Ncm] Eingangsdrehzahl / Input Speed = 1 rpm, Baugröße / Size Lastfreies Laufdrehmoment / No Load Running Torque [Ncm] Eingangsdrehzahl / Input Speed = 2 rpm, Baugröße / Size Lastfreies Laufdrehmoment / No Load Running Torque [Ncm] Eingangsdrehzahl / Input Speed = 35 rpm, Baugröße / Size

10 Korrekturwerte für Lastfreies Laufmoment und Wirkungsgrad Correction Factor for No Load Running Torque and Efficiency Korrekturwerte in Abhängigkeit von der Untersetzung Correction value by reduction Das lastfreie Laufdrehmoment der Harmonic Drive Units variiert mit dem Untersetzungsverhältnis. Die Diagramme 9.1 zeigen die Werte für ein Untersetzungsverhältnis von 1. Andere Untersetzungsverhältnisse erhalten Sie durch Addieren des Korrekturwertes in der Tabelle 1.1. The no load running torque of Harmonic Drive gears varies depending the reduction ratio. Graphs 9.1 show the values for a reduction ratio of 1. Obtain other reduction ratios by adding the correction quantity shown in the table (table1.1) Tabelle/Table 1.1 Baugröße/Size Untersetzung/Ratio , ,6-2 +2,4 -, , -1, , -2, , Wirkungsgrad Korrekturfaktor Efficiency correction factor Wirkungsgradtabellen werden auf der Seite 11 gezeigt. Wenn das Lastmoment niedriger als das Nenndrehmoment ist, sinkt der Wert für den Wirkungsgrad. Den Korrekturfaktor Ke können Sie Abb. 1.2 entnehmen. Efficiency tables for rated torque are shown on page 11. The efficiency value decreases when the load torque is lower than the rated torque. Obtain correction coefficient Ke from Fig Abb./Fig , Berechnung des Drehmomentfaktors V Calculation of torque factor V,9,8,7 5 r/min V = T T N Ke,6,5 1 r/min 2 r/min 35 r/min [Gleichung / Equation 1.3],4,3,2,,2,4,6,8 1, V Wenn das Lastmoment höher als das Nenndrehmoment ist, hat der Wirkungsgrad Korrekturfaktor Ke den Wert 1. Efficiency correction value Ke is 1 when the load torque is higher than the rated torque. 1

11 Wirkungsgradberechnung Efficiency Calculations Wirkungsgrad bei Nenndrehmoment Efficiency at rated torque Baugröße/Size 14 Abb./Fig Untersetzung / Ratio = 5 Untersetzung / Ratio = Wirkungsgrad / Efficiency [%] rpm 1 rpm 2 rpm 35 rpm Wirkungsgrad / Efficiency [%] rpm 1 rpm 2 rpm 35 rpm Baugrößen/Sizes 17-4 Abb./Fig Untersetzung / Ratio = 5 9 Untersetzung / Ratio = 1 Wirkungsgrad / Efficiency [%] rpm 1 rpm 2 rpm 35 rpm Wirkungsgrad / Efficiency [%] rpm 1 rpm 2 rpm 35 rpm Baugrößen/Sizes 2-4 Abb./Fig Wirkungsgrad / Efficiency [%] Untersetzung / Ratio = 16 5 rpm 1 rpm 2 rpm 35 rpm

12 Abtriebslager Output Bearing Abtriebslager Output Bearing Die SHD Units sind mit einem hoch belastbaren Kreuzrollenlager am Abtrieb ausgerüstet. Dieses, speziell an die Abmessungen der SHD Einbausätze angepasste Lager, nimmt sowohl hohe Axialund Radialkräfte als auch hohe Kippmomente auf. Dadurch wird das Getriebe von äußeren Belastungen frei gehalten, so dass eine lange Lebensdauer und gleichbleibende Genauigkeit gewährleistet sind. Für den Anwender bedeutet die Integration dieses Abtriebslagers eine erhebliche Reduzierung der Konstruktions-, Fertigungs- und Montagekosten, da zusätzliche externe Lager nicht erforderlich sind. Falls trotz des leistungsfähigen Abtriebslagers in der Konstruktion eine zusätzliche Lagerung des anzutreibenden Maschinenelementes eingesetzt werden soll, ist unbedingt darauf zu achten, dass keine Verspannungen zwischen dem spielfreien Abtriebslager des Getriebes und der Zusatzlagerung auftreten können. Das Getriebelager sollte möglichst als Festlager eingesetzt werden. Die Leistungsdaten des Abtriebslagers sind in Tabelle 12.1 angegeben. SHD units incorporate a high stiffness cross roller bearing to support output loads. This specially developed bearing can withstand high axial and radial forces as well as high tilting moments. The reduction gear is thus protected from external loads, so guaranteeing a long life and constant performance. The integration of an output bearing also serves to reduce subsequent design, production and assembly costs by removing the need for additional output bearings in many applications. If, however, the machine element to be driven requires additional bearing support, please take care to avoid overdetermination of the bearing arrangement. The cross roller bearing of the unit should be used as the fixed bearing, whilst the additional support bearing should be floating. Table 12.1 lists ratings and important dimensions for the output bearings. Spezifikationen des Abtriebslagers Output bearing specifications Tabelle/Table 12.1 Baugröße Teilkreis Abstand Dynamische Tragzahl Statische Tragzahl Zulässiges dynamisches Kippmoment Kippsteifigkeit Size Pitch circle Offset Dynamic load rating Basic static rated load Permissible moment load Tilting moment stiffness dp [mm] R [mm] C [N] C O [N] [Nm] Nm/arcmin 14 5,3 11, , , , , , Die dynamische Grundnennlast ist eine bestimmte statische Radiallast, bei der die dynamische Grundlebensdauer des Rollenlagers eine Million Umdrehungen beträgt. Die statische Grundnennlast ist ist eine statische Last, bei der sich ein bestimmtes Kontaktbelastungsmaß (4 kn/mm 2 ) in der Mitte der Berührungsfläche zwischen dem Wälzkörper, auf den die maximale Last wirkt, und dem Laufbahn einstellt. Der Wert der Kippsteifigekeit ist der Mittelwert. The basic dynamic rated load means a certain static radial load so that the basic dynamic rated life of the roller bearing is one million rotations. The basic static rated load means a static load that gives a certain level of contact stress (4 kn/mm 2 ) in the center of the contact area between the rolling element receiving the maximum load and the raceway. The value of the moment stiffness is the average value. 12

13 Montagetoleranzen Assembly Tolerances Montagetoleranzen Um die Vorteile der SHD Unit auszunutzen, sollten bei der Montage folgende Toleranzen eingehalten werden: Assembly Tolerances In order for the features of SHD units to be fully exploited, it is essential that the following tolerances are observed for the assembly: Abb./Fig Tabelle/Table 13.1 [mm] SHD Baugröße/Size a,16,21,27,35,42,48 Ø b,15,18,19,22,22,24 c,11,12,13,14,16,16 d,8,1,12,12,12,12 Ø e,16,18,19,22,22,24 13

14 Schmierung Lubrication Schmierung für Units und Getriebeboxen Lubrication for Units and Gearboxes Harmonic Drive Units werden einbaufertig geliefert. Sie sind werksseitig mit einer Lebensdauer-Fettschmierung versehen. Das eingesetzte Harmonic Drive Hochleistungsfett ist auf die speziellen Anforderungen der Harmonic Drive Getriebe abgestimmt. Es gewährleistet konstante Genauigkeit der Getriebe über die gesamte Lebensdauer. Nachschmieren der Units ist nicht erforderlich. Harmonic Drive Untis are delivered ready for immediate installation. They are supplied with lifetime lubrication which is a high performance grease that meets the specific requirements of the Harmonic Drive gears. It guarantees constant accuracy of the gears for their whole life. A re-lubrication of the Units is not necessary. 14

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16 Deutschland Germany Harmonic Drive AG Hoenbergstraße Limburg/Lahn Technische Änderungen vorbehalten. We reserve the right to make technical changes and modifications without prior notice. Harmonic Drive ist eine eingetragene Marke der Harmonic Drive AG. Harmonic Drive is a registered trademark of Harmonic Drive AG. Belgien Belgium Brasilien Brazil Bulgarien Bulgaria Finnland Finland Frankreich France Großbritannien UK Niederlande Netherlands Indien India Norwegen Norway Israel Irael Österreich Austria Italien Italy Polen Poland Japan Japan Russland Russia 9/ Schweden Sweden Schweiz Switzerland Slowakei Slovakia Spanien Spain Tschechien Czech Republic Türkei Turkey Ukraine Ukraine USA USA