諧波齒輪減速器工作原理

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，諧波齒輪減速機是齒輪減速機中的一種新型傳動結(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錯齒來傳遞動力 和運動。這種傳動與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計算 和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點，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)諧波齒輪減速機由剛輪、柔輪、和波發(fā)生器三個主要構(gòu)件組成。其中，波發(fā) 生器是主動件，剛輪和柔輪之一為從動件。固定剛輪是一個剛性的內(nèi)齒輪，柔輪 是一個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齒（通常為兩齒）。波發(fā)生器由一個橢 圓盤和一個柔性球軸承組成，或者由一個兩端均帶有 滾子的轉(zhuǎn)臂組成。通常波發(fā) 生器為原動體，柔輪和剛輪之一為從動體，另一個為固定件。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 器逆時針轉(zhuǎn)動時，柔輪作順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時，柔輪長軸和短軸 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。柔輪隨著波發(fā)生器轉(zhuǎn)動過程中，其中一個齒從與剛輪的一個齒嚙合到再一次 與剛輪上的這個齒相嚙合時，柔輪恰好旋轉(zhuǎn)一周，而此時波發(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。在整個運動過程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開圖上是 連續(xù)的簡諧波形，因此，這一傳動稱之為諧波齒輪傳動。諧波齒輪減速器按其機械波數(shù)目的多少可分為：單波、雙波及三波，其中最 常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機械波數(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1、 傳動速比大。單級諧波齒輪傳動速比范圍為 70320，在某些裝置中可 達(dá)到1000,多級傳動速比可達(dá)30000以上。它不僅可用于減速，也可用于增速 的場合。2、承載能力高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數(shù)多，雙波傳動同 時嚙合的齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30 %以上，而且柔輪采用了高強度材料，齒與齒之 間是面接觸。3、 傳動精度高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數(shù)多， 誤差平均化， 即多齒嚙合對誤差有相互補償作用，故傳動精度高。在齒輪精度等級相同的情況 下，傳動誤差只有普通圓柱齒輪傳動的1/4左右。同時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 機傳動空程小，適用于反向轉(zhuǎn)動。4、傳動效率高、運動平穩(wěn)。由于柔輪輪齒在傳動過程中作均勻的徑向移動，因此，即使輸入速度很高，輪齒的相對滑移速度仍是極低（故為普通漸開線齒輪傳動的百分之一），所以，輪齒磨損小，效率高（可達(dá)69%96 %）。又由于嚙入和 嚙出時，齒輪的兩側(cè)都參加工作，因而無沖擊現(xiàn)象，運動平穩(wěn)。5、結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個基本構(gòu)件，且輸入與輸出軸 同軸線，所以結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。6、體積小、重量輕。與一般減速機比較，輸出力矩相同時，諧波齒輪減速 機的體積可減小2 /3，重量可減輕1 /2。7、可向密閉空間傳遞運動。利用柔輪的柔性特點，輪傳動的這一可貴優(yōu)點 是現(xiàn)有其他傳動無法比擬的。缺點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)動慣量和起動力矩大，不宜用于小功率的跟蹤傳動。3、不能用于傳動速比小于35的場合。4、采用滾子波發(fā)生器（自由變形波）的諧波傳動，其瞬時傳動比不是常數(shù)。5、散熱條件差。應(yīng)用場合諧波齒輪減速機在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機械、常用軍械、 機床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運輸、起重機械、石油化工機械、紡織 機械、農(nóng)業(yè)機械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應(yīng)用， 特別是在高動態(tài)性能 的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動更顯示出其優(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多用于短期工作場合?？萏倮蠘浠桫f，小橋流水人家，古道西風(fēng)瘦馬。夕陽西下，斷腸人在天涯。