諧波齒輪減速器工作原理

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1、諧波齒輪減速器工作原理 諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的 波發(fā)生器組成，諧波齒輪減速機(jī)是齒輪減速機(jī)中的一種新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)， 它是利用 柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力 和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算 和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和 普通減速器相比，由于使用的材料要少 50%，其體積及重量至少減少1/3。 Flexsphne 圖1.諧波齒輪減速器 組成與結(jié)構(gòu) 諧波齒輪減速機(jī)由剛輪、柔輪、和波發(fā)生器三個(gè)主要構(gòu)件組成。其中，波發(fā)

2、生器是主動(dòng)件，剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件。固定剛輪是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪，柔輪 是一個(gè)容易變形的薄壁圓筒外齒輪，它們一同具有三角形（或漸開線）的齒形， 且兩者的周節(jié)相等，但剛輪比柔輪多幾個(gè)齒（通常為兩齒）。波發(fā)生器由一個(gè)橢 圓盤和一個(gè)柔性球軸承組成，或者由一個(gè)兩端均帶有 滾子的轉(zhuǎn)臂組成。通常波發(fā) 生器為原動(dòng)體，柔輪和剛輪之一為從動(dòng)體，另一個(gè)為固定件。 圖2.諧波齒輪減速器的結(jié)構(gòu)組成 工作原理 在未裝配前，柔輪及其內(nèi)孔呈圓形，當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)孔后，由于波 發(fā)生器的長(zhǎng)度略大于柔輪的內(nèi)孔直徑， 柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長(zhǎng)軸 方向與固定的剛輪完全嚙合，在短軸方向完全分離，其余各

3、處的齒視柔輪回轉(zhuǎn)位 置的不同，或者處于 嚙入”犬態(tài)，或者處于 嚙出”犬態(tài)。由于剛輪固定，波發(fā)生 器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪長(zhǎng)軸和短軸 及嚙入”嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉(zhuǎn)向嚙出，又嚙合轉(zhuǎn)向嚙 出，由嚙出轉(zhuǎn)向脫開，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開、嚙入、嚙合 往復(fù)循 環(huán)，迫使柔輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 柔輪隨著波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，其中一個(gè)齒從與剛輪的一個(gè)齒嚙合到再一次 與剛輪上的這個(gè)齒相嚙合時(shí)，柔輪恰好旋轉(zhuǎn)一周，而此時(shí)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)了很多圈， 波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與柔輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（1圈）之比，即為諧波齒輪減速器的減速 比，故其減速比很大。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，柔輪的變形在

4、柔輪圓周的展開圖上是 連續(xù)的簡(jiǎn)諧波形，因此，這一傳動(dòng)稱之為諧波齒輪傳動(dòng)。 諧波齒輪減速器按其機(jī)械波數(shù)目的多少可分為：?jiǎn)尾?、雙波及三波，其中最 常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動(dòng)中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機(jī)械波數(shù)的整數(shù) 倍，通常取其等于波數(shù)。 圖3.諧波齒輪減速器輪齒嚙合狀態(tài)示意圖 優(yōu)點(diǎn) 1、 傳動(dòng)速比大。單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)速比范圍為 70~320，在某些裝置中可 達(dá)到1000,多級(jí)傳動(dòng)速比可達(dá)30000以上。它不僅可用于減速，也可用于增速 的場(chǎng)合。 2、 承載能力高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動(dòng)中同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，雙波傳動(dòng)同 時(shí)嚙合的齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30 %以上，而且柔輪采用了高強(qiáng)度材

5、料，齒與齒之 間是面接觸。 3、 傳動(dòng)精度高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動(dòng)中同時(shí)嚙合的齒數(shù)多， 誤差平均化， 即多齒嚙合對(duì)誤差有相互補(bǔ)償作用，故傳動(dòng)精度高。在齒輪精度等級(jí)相同的情況 下，傳動(dòng)誤差只有普通圓柱齒輪傳動(dòng)的1/4左右。同時(shí)可采用微量改變波發(fā)生器 的半徑來(lái)增加柔輪的變形使齒隙很小， 甚至能做到無(wú)側(cè)隙嚙合，故諧波齒輪減速 機(jī)傳動(dòng)空程小，適用于反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 4、 傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。由于柔輪輪齒在傳動(dòng)過程中作均勻的徑向移動(dòng)， 因此，即使輸入速度很高，輪齒的相對(duì)滑移速度仍是極低 （故為普通漸開線齒輪 傳動(dòng)的百分之一），所以，輪齒磨損小，效率高（可達(dá)69%~96 %）。又由于嚙入和 嚙出時(shí)，齒

6、輪的兩側(cè)都參加工作，因而無(wú)沖擊現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 5、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個(gè)基本構(gòu)件，且輸入與輸出軸 同軸線，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。 6、 體積小、重量輕。與一般減速機(jī)比較，輸出力矩相同時(shí)，諧波齒輪減速 機(jī)的體積可減小2 /3，重量可減輕1 /2。 7、 可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。利用柔輪的柔性特點(diǎn)，輪傳動(dòng)的這一可貴優(yōu)點(diǎn) 是現(xiàn)有其他傳動(dòng)無(wú)法比擬的。 缺點(diǎn) 1、 柔輪周期性地發(fā)生變形，因而產(chǎn)生交變應(yīng)力，使之易于產(chǎn)生疲勞破壞。 2、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和起動(dòng)力矩大，不宜用于小功率的跟蹤傳動(dòng)。 3、 不能用于傳動(dòng)速比小于35的場(chǎng)合。 4、 采用滾子波發(fā)生器（自由變形波）的諧波傳動(dòng)，其瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)。 5、 散熱條件差。 應(yīng)用場(chǎng)合 諧波齒輪減速機(jī)在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、 機(jī)床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織 機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應(yīng)用， 特別是在高動(dòng)態(tài)性能 的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動(dòng)更顯示出其優(yōu)越性。它傳遞的功率從幾十瓦到 幾十千瓦，但大功率的諧波齒輪傳動(dòng)多用于短期工作場(chǎng)合。 枯藤老樹昏鴉，小橋流水人家，古道西風(fēng)瘦馬。夕陽(yáng)西下，斷腸人在天涯。