諧波減速器全部知識

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方式，依靠波發(fā)生器與柔輪裝配后，在旋轉(zhuǎn)過程中迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形與剛輪齒圈嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。

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)生器三個主要構(gòu)件組成。波發(fā)生器是主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。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）。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，或者處于嚙入狀態(tài)，或者處于嚙出狀態(tài)。

2.轉(zhuǎn)動過程與減速實(shí)現(xiàn)

當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時（例如波發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)動），由于剛輪固定，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，所以其減速比很大。在整個運(yùn)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。

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)精度等級主要根據(jù)傳動誤差和空程來衡量。

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

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(qiáng)度材料，齒與齒之間是面接觸。 傳動精度高：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(bǔ)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(jī)傳動空程小，適用于反向轉(zhuǎn)動。 傳動效率高、運(yùn)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—），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(yùn)動平穩(wěn)。 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。 體積小、重量輕：與一般減速機(jī)比較，輸出力矩相同時，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：利用柔輪的柔性特點(diǎn)，輪傳動的這一可貴優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有其他傳動無法比擬的。

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)動慣量和起動力矩大：不宜用于小功率的跟蹤傳動。 傳動速比限制：不能用于傳動速比小于35的場合。 瞬時傳動比問題：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)。 散熱條件差：在工作過程中散熱相對困難。 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)器人對于諧波減速器需求量高，平均每臺機(jī)器人需3臺諧波減速器。在中國制造2025政策的支持下，我國機(jī)器人行業(yè)快速發(fā)展，2020年我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量約為23.7萬臺，對于諧波減速器的需求量約為68.6臺左右。預(yù)計(jì)未來幾年中國機(jī)器人行業(yè)仍將保持快速發(fā)展，國內(nèi)諧波減速器市場發(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