諧波減速器全部知識(shí)

一、諧波減速器的定義與結(jié)構(gòu)

諧波減速器是一種減速裝置，主要由柔輪、剛輪及波發(fā)生器三個(gè)構(gòu)件組成，在某些定義下還包括柔性軸承，它是基于諧波傳動(dòng)原理工作的元件，是上世紀(jì)50年代后期發(fā)展出的一種新型齒輪傳動(dòng)方式，依靠波發(fā)生器與柔輪裝配后，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形與剛輪齒圈嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

二、諧波減速器的工作原理

1.結(jié)構(gòu)組成與初始狀態(tài)

諧波減速器由剛輪（帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪）、柔輪（帶有外齒圈的柔性齒輪）和波發(fā)生器三個(gè)主要構(gòu)件組成。波發(fā)生器是主動(dòng)件，剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。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(kāi)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）。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)。

2.轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程與減速實(shí)現(xiàn)

當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（例如波發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），由于剛輪固定，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(kāi)，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)、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(guò)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，所以其減速比很大。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開(kāi)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)。

三、諧波減速器的種類

根據(jù)特殊性能需求，有超薄型、高扭矩型諧波減速器等系列。

四、諧波減速器的精度

1.精度衡量指標(biāo) 諧波減速機(jī)精度等級(jí)主要根據(jù)傳動(dòng)誤差和空程來(lái)衡量。

2.精度等級(jí)分類 傳動(dòng)誤差小于等于30弧秒屬于高精密級(jí)減速器，用大寫字母A表示，屬于A級(jí)；傳動(dòng)誤差大于30弧秒小于等于1弧分屬于精密級(jí)減速器，用大寫字母B表示，屬于B級(jí)；傳動(dòng)誤差大于1弧分小于等于3弧分屬于普通級(jí)減速器，用大寫字母C表示，屬于C級(jí)。

五、諧波減速器的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)

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。 傳動(dòng)精度高：諧波齒輪傳動(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)。 傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)：由于柔輪輪齒在傳動(dòng)過(guò)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(kāi)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(wú)沖擊現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 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。 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。 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。

2.缺點(diǎn)

柔輪易疲勞破壞：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。 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)。 傳動(dòng)速比限制：不能用于傳動(dòng)速比小于35的場(chǎng)合。 瞬時(shí)傳動(dòng)比問(wèn)題：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)。 散熱條件差：在工作過(guò)程中散熱相對(duì)困難。 六、諧波減速器的應(yīng)用范圍 1.工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域 在工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用需求較高，在多關(guān)節(jié)型機(jī)器人和SCARA機(jī)器人對(duì)于諧波減速器需求量高，平均每臺(tái)機(jī)器人需3臺(tái)諧波減速器。在中國(guó)制造2025政策的支持下，我國(guó)機(jī)器人行業(yè)快速發(fā)展，2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量約為23.7萬(wàn)臺(tái)，對(duì)于諧波減速器的需求量約為68.6臺(tái)左右。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年中國(guó)機(jī)器人行業(yè)仍將保持快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)諧波減速器市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆?2.其他高端設(shè)備領(lǐng)域 除了機(jī)器人領(lǐng)域以外，諧波減速器還能夠在數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、航空航天等高端設(shè)備領(lǐng)域得到應(yīng)用，也廣泛應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人、機(jī)械臂、紙箱包裝機(jī)械、測(cè)量/分析/試驗(yàn)機(jī)器、大型望遠(yuǎn)鏡、電纜制造設(shè)備精密包裝機(jī)械、氣象設(shè)備、高級(jí)儀器儀表等，還在航空、航天、能源、航海、造船、仿生器械、常用軍械、器床、儀表、電子設(shè)備。

審核編輯 黃宇