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技术知识

谐波减速机的原理

2021-11-26 16:42:22 Wwwl 1

谐波减速机

    英文:harmonic gear drive 定义:主要由波发生器、柔性齿轮、柔性轴承、刚性齿轮四个基本构件组成,谐波传动减速器,是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。 应用学科:机械工程(一级学科);传动(二级学科);齿轮传动(三级学科)谐波齿轮传动减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动(简称谐波传动)。

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);

(2)带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮);

(3)波发生器H。

作为减速器使用,通常采用波发生器主动、刚轮固定、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刚轮的齿完全啮合,而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。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,使柔轮与刚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,从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。工作时,固定刚轮,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。故为应用最广的一种。

谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的齿距相同,但齿数不等,通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数,即

z2-z1=n

式中 z2、z1--分别为刚轮与柔轮的齿数。

当刚轮固定、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。

波发生器使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状。为此,椭圆的长轴部分与刚轮完全啮合,而短轴部分两轮轮齿处于完全脱开状态。

使刚轮固定,波发生器顺时针旋转,柔轮产生弹性变形,与刚轮轮齿啮合的部位顺次移动。

波发生器顺时针旋转180度,钢轮逆时针移动一个轮齿。

波发生器旋转一周(360度),由于柔轮的齿数比刚轮少两个,因此逆时针移动两个轮齿。通常将该运动传递作为输出。

1.减速比高

单级同轴可获得1/30~1/320的高减速比。结构、构造简单,却能实现高减速比装置。

2.齿隙小

Harmonic Drive®不同于与普通的齿轮啮合,齿隙极小,该特长对于控制器领域而言是不可或缺的要素。

3.精度高

多齿同时啮合,并且有两个180度对称的齿轮啮合,因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均,使位置精度和旋转精度达到极高的水准。

4.零部件少、安装简便

三个基本零部件实现高减速比,而且它们都在同轴上,所以套件安装简便,造型简捷。

5.体积小、重量轻

与以往的齿轮装置相比,体积为1/3,重量为1/2,却能获得相同的转矩容量和减速比,实现小型轻量化。

6.转矩容量高

柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢。与普通的传动装置不同,同时啮合的齿数占总齿数的约30%,而且是面接触,因此使得每个齿轮所承受的压力变小,可获得很高的转矩容量。

7.效率高

轮齿啮合部位滑动甚小,减少了摩擦产生的动力损失,因此在获得高减速比的同时,得以维持高效率,并实现驱动马达的小型化。

8.噪音小

轮齿啮合周速低,传递运动力量平衡,因此运转安静,且振动极小。