机械-传动结构-减速机-谐波减速机

摘要：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）。

谐波减速机

传动原理

谐波减速器主要由三个基本构件组成：（三者缺一不可）

• 带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮；
• 带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮；
• 波发生器，它相当于行星架。

谐波减速机实物图

 

结构简图

谐波减速机使用时，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。

其中，刚轮：齿数略大于柔轮的齿数；柔轮：可产生较大弹性变形的薄壁齿轮；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；波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大：当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮的剖面由原先的圆形产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴两端附近的柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴两端附近轮齿完全不接触，处于脱开状态。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。 当波发生器连续转动时：迫使柔轮不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地过程中不断改变各自的工作状态，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。产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。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。故为目前应用最广的一种。

如果不理解上面这段文字，点击这个视频。可以反复多看几遍再回头看上面这段文字。其实谐波减速机实现减速最主要的原因是柔轮和钢轮存在齿数差。通常柔轮的齿数比刚轮少两个。

优缺点

1. 优点

1. 传动速比大。单级谐波齿轮传动速比范围为70~320，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。因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，误差平均化，即多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—)，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。

2. 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。

生产厂家

RV的品牌就是帝人，也叫纳博特斯克。谐波就是哈默纳科，他们几乎垄断了全球的机器人用减速器。日本的新宝现在也进入了谐波领域，国内绿的谐波还有点名气。其他的很多品牌在目前来看还不值一提。

参考链接

https://www.zhihu.com/question/35196603
https://www.zhihu.com/question/35196603/answer/271716755
https://www.zhihu.com/question/35196603/answer/122857913
https://www.bilibili.com/video/av33083459/?p=2
https://www.jianshu.com/p/0ef6a206384a
https://baike.baidu.com/item/%E8%B0%90%E6%B3%A2%E9%BD%BF%E8%BD%AE%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8?fromtitle=%E8%B0%90%E6%B3%A2%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8&fromid=12676232
https://baike.baidu.com/item/%E8%B0%90%E6%B3%A2%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/1194443?fr=aladdin