谐波齿轮减速器工作原理

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1、谐波齿轮减速器工作原理谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，谐波齿轮减速机是齿轮减速机中的一种新型传动结构，它是利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力 和运动。这种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别，在啮合理论、集合计算 和结构设计方面具有特殊性。谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力等优点，和 普通减速器相比，由于使用的材料要少 50%，其体积及重量至少减少1/3。Flexsphne图1.谐波齿轮减速器组成与结构谐波齿轮减速机由刚轮、柔轮、和波发生器三个主要构件组成。其中，波发 生器是主动件，刚轮和柔轮之一为从动件。

2、固定刚轮是一个刚性的内齿轮，柔轮 是一个容易变形的薄壁圆筒外齿轮，它们一同具有三角形（或渐开线）的齿形， 且两者的周节相等，但刚轮比柔轮多几个齿（通常为两齿）。波发生器由一个椭 圆盘和一个柔性球轴承组成，或者由一个两端均带有 滚子的转臂组成。通常波发 生器为原动体，柔轮和刚轮之一为从动体，另一个为固定件。图2.谐波齿轮减速器的结构组成工作原理在未装配前，柔轮及其内孔呈圆形，当波发生器装入柔轮的内孔后，由于波 发生器的长度略大于柔轮的内孔直径， 柔轮撑成椭圆形，迫使柔轮在椭圆的长轴 方向与固定的刚轮完全啮合，在短轴方向完全分离，其余各处的齿视柔轮回转位 置的不同，或者处于 啮入”犬态，或者处于

3、啮出”犬态。由于刚轮固定，波发生 器逆时针转动时，柔轮作顺时针转动。当波发生器连续回转时，柔轮长轴和短轴 及啮入”啮出”的位置随之不断变化，柔轮齿由啮入转向啮出，又啮合转向啮 出，由啮出转向脱开，如此，啮入、啮合、啮出、脱开、啮入、啮合 往复循 环，迫使柔轮连续转动。柔轮随着波发生器转动过程中，其中一个齿从与刚轮的一个齿啮合到再一次 与刚轮上的这个齿相啮合时，柔轮恰好旋转一周，而此时波发生器旋转了很多圈， 波发生器的旋转圈数与柔轮旋转圈数（1圈）之比，即为谐波齿轮减速器的减速 比，故其减速比很大。在整个运动过程中，柔轮的变形在柔轮圆周的展开图上是 连续的简谐波形，因此，这一传动称之为谐波齿轮传

4、动。谐波齿轮减速器按其机械波数目的多少可分为：单波、双波及三波，其中最 常用的是双波传达。在谐波传动中，刚轮与柔轮的齿数差应等于机械波数的整数 倍，通常取其等于波数。图3.谐波齿轮减速器轮齿啮合状态示意图优点1、 传动速比大。单级谐波齿轮传动速比范围为 70320，在某些装置中可 达到1000,多级传动速比可达30000以上。它不仅可用于减速，也可用于增速 的场合。2、承载能力高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，双波传动同 时啮合的齿数可达总齿数的30 %以上，而且柔轮采用了高强度材料，齿与齿之 间是面接触。3、 传动精度高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多， 误差平均化， 即多

5、齿啮合对误差有相互补偿作用，故传动精度高。在齿轮精度等级相同的情况 下，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。同时可采用微量改变波发生器 的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小， 甚至能做到无侧隙啮合，故谐波齿轮减速 机传动空程小，适用于反向转动。4、传动效率高、运动平稳。由于柔轮轮齿在传动过程中作均匀的径向移动，因此，即使输入速度很高，轮齿的相对滑移速度仍是极低（故为普通渐开线齿轮传动的百分之一），所以，轮齿磨损小，效率高（可达69%96 %）。又由于啮入和 啮出时，齿轮的两侧都参加工作，因而无冲击现象，运动平稳。5、结构简单、零件数少、安装方便。仅有三个基本构件，且输入与输出轴 同轴线，所以

6、结构简单，安装方便。6、体积小、重量轻。与一般减速机比较，输出力矩相同时，谐波齿轮减速 机的体积可减小2 /3，重量可减轻1 /2。7、可向密闭空间传递运动。利用柔轮的柔性特点，轮传动的这一可贵优点 是现有其他传动无法比拟的。缺点1、柔轮周期性地发生变形，因而产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏。2、转动惯量和起动力矩大，不宜用于小功率的跟踪传动。3、不能用于传动速比小于35的场合。4、采用滚子波发生器（自由变形波）的谐波传动，其瞬时传动比不是常数。5、散热条件差。应用场合谐波齿轮减速机在航空、航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械、 机床、仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织 机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用， 特别是在高动态性能 的伺服系统中，采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到 几十千瓦，但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场合。枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。夕阳西下，断肠人在天涯。