harmonic gear drive谐波减速器的特点和应用

传动原理图示出一种最简单的谐波传动减速器基本结构

最简单的谐波减速器它主要由三个基本构件组成：（1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮； （2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮；（3）波发生器H，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、钢轮固定、柔轮输出形式。 波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与钢轮的齿轮完全啮合，而短轴两端附近的齿则与钢轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与钢轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对钢轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。 工作时，固定钢轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。 在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以 n 表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。 谐波齿轮传动的柔轮和钢轮的周节相同，但齿数不等，通常采用钢轮与柔轮齿数差等于波数，即z2－z1=n式中 z2、z1--分别为钢轮与柔轮的齿数。 当钢轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为 i=-z1/(z2-z1)双波传动中，z2－z1=2，柔轮齿数很多。上式负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。由此可看出，谐波减速器可获得很大的传动比。

谐波减速机特点

1.结构简单、体积小、重量轻。

谐波齿轮传动的主要构件只有三个，波发生器、柔轮、刚轮。它与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。

2.传动比范围大

单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优选在75—250之间

双级谐波减速器传动比可在3000—60000之间

复波谐波减速器传动比可在200—140000之间。

3.同时啮合的齿数多。

双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%甚至更多些。而在普通齿轮传动中，同时啮合的齿数只有2—7%，对于直齿圆柱渐开线齿轮同时啮合的齿数只有1—2对。正是由于同时啮合齿数多这一独特的优点，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积。

4.承载能力大。

谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。

5.运动精度高。

由于多齿啮合，一般情况下，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右。

6.运动平稳

无冲击、噪声小。齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移速度小，且无突然变化。

7.齿侧间隙可以调整。

谐波齿轮传动在啮合中，柔轮和刚轮齿之间主要取决于波发生器外形的最大尺寸，及两齿轮的齿形尺寸，因此可以使传动的回差很小，某些情况甚至可以是零侧间隙。

8.传动效率高。

与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的速度很低，因此效率很高，随速比的不同（u=60-250)，效率约在65—96%左右（谐波复波传动效率较低）齿面的磨损很小。

9.同轴性好。

谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上。

10.可实现向密闭空间传递运动及动力。

采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。

11.可实现高增速运动。

由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。12.方便的实现差速传动。

由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动、第三个从动，那么如果让波发生器、钢轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。

目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和Harmonic Drive两家垄断（业界俗称RV减速机和谐波减速机），包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。

相对高精度RV减速机而言，国内谐波减速机研究、产业化有所看点，尽管与日本产品在输入转速、传动精度、传动效率等方面存在较大差距，但国内已有可替代产品，如北京谐波传动所、苏州绿的、中技克美等，目前中技克美对国内部分整机厂家（如广州数控）提供产品

谐波齿轮减速机广泛应用于机器人，航空航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械、数控机床、仪表仪器、电子设备、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装备行业。