harmonic gear drive諧波減速器的特點和應(yīng)用

傳動原理圖示出一種最簡單的諧波傳動減速器基本結(jié)構(gòu)

最簡單的諧波減速器它主要由三個基本構(gòu)件組成：（1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪； （2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪；（3）波發(fā)生器H，它相當于行星架。作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、鋼輪固定、柔輪輸出形式。 波發(fā)生器H是一個桿狀部件，其兩端裝有滾動軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件。當波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與鋼輪的齒輪完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與鋼輪完全脫開。周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與鋼輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復(fù)始地進行，從而實現(xiàn)柔輪相對鋼輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。 工作時，固定鋼輪，由電機帶動波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，柔輪作為從動輪，輸出轉(zhuǎn)動，帶動負載運動。 在傳動過程中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，柔輪上某點變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù)，以 n 表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動的柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于獲得大的傳動比。故為目前應(yīng)用最廣的一種。 諧波齒輪傳動的柔輪和鋼輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等，通常采用鋼輪與柔輪齒數(shù)差等于波數(shù)，即z2－z1=n式中 z2、z1--分別為鋼輪與柔輪的齒數(shù)。 當鋼輪固定、發(fā)生器主動、柔輪從動時，諧波齒輪傳動的傳動比為 i=-z1/(z2-z1)雙波傳動中，z2－z1=2，柔輪齒數(shù)很多。上式負號表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。由此可看出，諧波減速器可獲得很大的傳動比。

諧波減速機特點

1.結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。

諧波齒輪傳動的主要構(gòu)件只有三個，波發(fā)生器、柔輪、剛輪。它與傳動比相當?shù)钠胀?span style=";color: black">減速器比較，其零件減少50%，體積和重量均減少1/3左右或更多。

2.傳動比范圍大

單級諧波減速器傳動比可在50—300之間，優(yōu)選在75—250之間

雙級諧波減速器傳動比可在3000—60000之間

復(fù)波諧波減速器傳動比可在200—140000之間。

3.同時嚙合的齒數(shù)多。

雙波諧波減速器同時嚙合的齒數(shù)可達30%甚至更多些。而在普通齒輪傳動中，同時嚙合的齒數(shù)只有2—7%，對于直齒圓柱漸開線齒輪同時嚙合的齒數(shù)只有1—2對。正是由于同時嚙合齒數(shù)多這一獨特的優(yōu)點，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，進而實現(xiàn)大速比、小體積。

4.承載能力大。

諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦。

5.運動精度高。

由于多齒嚙合，一般情況下，諧波齒輪與相同精度的普通齒輪相比，其運動精度能提高四倍左右。

6.運動平穩(wěn)

無沖擊、噪聲小。齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，且無突然變化。

7.齒側(cè)間隙可以調(diào)整。

諧波齒輪傳動在嚙合中，柔輪和剛輪齒之間主要取決于波發(fā)生器外形的最大尺寸，及兩齒輪的齒形尺寸，因此可以使傳動的回差很小，某些情況甚至可以是零側(cè)間隙。

8.傳動效率高。

與相同速比的其它傳動相比，諧波傳動由于運動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面的速度很低，因此效率很高，隨速比的不同（u=60-250)，效率約在65—96%左右（諧波復(fù)波傳動效率較低）齒面的磨損很小。

9.同軸性好。

諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線上。

10.可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。

采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅(qū)動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機構(gòu)，諧波傳動這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構(gòu)難于達到的。

11.可實現(xiàn)高增速運動。

由于諧波齒輪傳動的效率高及機構(gòu)本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，因此是理想的高增速裝置。12.方便的實現(xiàn)差速傳動。

由于諧波齒輪傳動的三個基本構(gòu)件中，可以任意兩個主動、第三個從動，那么如果讓波發(fā)生器、鋼輪主動，柔輪從動，就可以構(gòu)成一個差動傳動機構(gòu)，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。

目前應(yīng)用于機器人領(lǐng)域的減速機主要有兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機器人中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置，而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。對于高精度機器人減速器，日本具備絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，目前全球機器人行業(yè)75%的精密減速機被日本的Nabtesco和Harmonic Drive兩家壟斷（業(yè)界俗稱RV減速機和諧波減速機），包括ABB、FANUC、KUKA等國際主流機器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

相對高精度RV減速機而言，國內(nèi)諧波減速機研究、產(chǎn)業(yè)化有所看點，盡管與日本產(chǎn)品在輸入轉(zhuǎn)速、傳動精度、傳動效率等方面存在較大差距，但國內(nèi)已有可替代產(chǎn)品，如北京諧波傳動所、蘇州綠的、中技克美等，目前中技克美對國內(nèi)部分整機廠家（如廣州數(shù)控）提供產(chǎn)品

諧波齒輪減速機廣泛應(yīng)用于機器人，航空航天、能源、航海、造船、仿生機械、常用軍械、數(shù)控機床、儀表儀器、電子設(shè)備、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)療器械等裝備行業(yè)。