諧波齒輪減速器-機(jī)床行業(yè)百科-機(jī)床商務(wù)網(wǎng)

1簡(jiǎn)介

2傳動(dòng)方法

3組成結(jié)構(gòu)

4工作原理

1簡(jiǎn)介

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。

2傳動(dòng)方法

同行星齒輪傳動(dòng)一樣，諧波齒輪傳動(dòng)也是由三個(gè)基本構(gòu)件所組成：固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪（即其基體與從動(dòng)軸相連的彈性薄壁套杯“在柔輪開端的母線上做出齒圈”）和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器。在剛輪和柔輪上切出模數(shù)相同的輪齒，但齒數(shù)不同，即柔輪的齒數(shù)比剛輪的齒數(shù)少兩個(gè)。諧波傳動(dòng)的齒數(shù)差表征柔輪的變形波數(shù)。常見的是波數(shù)w-2的諧波傳動(dòng)。在自由狀態(tài)（無發(fā)生器）下，兩輪處于同心位置，而剛輪和柔輪的各齒間隙均勻。裝在柔輪內(nèi)的發(fā)生器使柔輪發(fā)生徑向變形而成為橢圓形。

這時(shí)，在橢圓的長(zhǎng)軸上，齒沿整個(gè)工作高度嚙合，而在短軸上，齒頂之間形成了徑向間隙。在發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)過程中，柔輪的形狀始終接近于上述的形狀。

3組成結(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)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。 [1]

4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*嚙合，在短軸方向*分離，其余各處的齒視柔輪回轉(zhuǎn)位置的不同，或者處于“嚙入”狀態(tài)，或者處于“嚙出”狀態(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ā㈦p波及三波，其中常用的是雙波傳達(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)。

5優(yōu)缺點(diǎn)

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)生器的半徑來增加柔輪的變形使齒隙很小，甚至能做到無側(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—），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)，齒輪的兩側(cè)都參加工作，因而無沖擊現(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)*的。 [2]

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。

6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*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。