諧波齒輪是一種獨特的機械齒輪系統，在緊湊輕便的包裝中允許很高的減速比。與傳統的齒輪系統（例如斜齒輪或行星齒輪）相比，它在相同的空間內可實現高達30倍的更高減速比。除此之外，它還具有零齒隙特性，高扭矩，準確性和可靠性。因此，該齒輪系統可用于許多應用，包括機器人技術、航空航天、醫療機器、銑床和制造設備等。

諧波傳動是1957年由沃爾頓·穆塞發明的。

它是如何工作的？

諧波傳動有三個關鍵部件，一個波形發生器，一個撓性花鍵和一個圓形花鍵。



波形發生器為橢圓形，由一個橢圓形輪轂和一個特殊的薄壁軸承組成，軸承遵循輪轂的橢圓形。這是齒輪組的輸入，它連接到電機軸上。

當波形發生器旋轉時，它產生波浪運動。

撓性花鍵有一個圓柱形的杯狀結構，由柔韌但抗扭的合金鋼材料制成。杯子的側面很薄，但是底部又厚又硬。

杯子的開口端是柔性的，但是封閉端是相當剛性的，因此我們可以將它用作輸出端，并將輸出法蘭連接到其上。撓性花鍵在杯的開口端有外齒。另一方面，圓形花鍵是一個內部有齒的剛性環。圓弧花鍵比柔輪花鍵多兩個齒，這實際上是應諧波傳動系統的關鍵設計。

因此，當我們將波形發生器插入Flex樣條曲線時，Flex樣條曲線將采用波形發生器的形狀。

當波形發生器旋轉時，它會使撓性花鍵的開口端徑向變形。波形發生器和撓性花鍵然后被放置在圓形花鍵內，將齒嚙合在一起。

由于彈性花鍵的橢圓形狀，牙齒僅在彈性花鍵的相對兩側的兩個區域嚙合，并且這兩個區域跨越波發生器橢圓的主軸。

現在，隨著波形發生器的旋轉，與圓形花鍵嚙合的撓性花鍵齒將慢慢改變位置。由于柔性花鍵和圓形花鍵之間的齒數不同，對于波形發生器每旋轉180度，齒嚙合將導致撓性花鍵相對于波形發生器向后少量旋轉。換句話說，隨著波形發生器每旋轉180度，與圓形花鍵嚙合的撓性花鍵齒將僅前進一個齒。

因此，波形發生器旋轉360度時，撓性花鍵將改變位置或前進兩個齒。

例如，如果撓性花鍵有200個齒，波形發生器必須旋轉100圈，柔輪花鍵才能前進200個齒，或者柔輪花鍵只能旋轉一圈。這是100：1的比例。在這種情況下，圓弧花鍵將有202個齒，因為圓弧花鍵的齒數總是比撓性花鍵的齒數多兩個。

我們可以用下面的公式很容易地計算出減速比。該比率等于撓性花鍵齒–圓形花鍵齒除以撓性花鍵齒。

因此，以撓性花鍵上的200個齒和圓形花鍵上的202個齒為例，減速比為-0.01。這是波發生器速度的1/100，減號表示輸出方向相反。

通過改變齒數，我們可以得到不同的減速比。

來源：視頻作者：Jetpack Academy；視頻翻譯：@一碗洲；文章作者：How To Mechatronics；文章翻譯：直觀學機械