諧波齒輪
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
諧波齒輪的實例教程
應變波齒輪傳動也被稱為諧波齒輪傳動(Harmonic Gearing)。應變波齒輪利用橢圓形變形的柔性輪 (Flex Spline)和圓形Circular Spline之間的齒數差異，能在非常小、輕的結構中達到很高的減速比，多用于機器人等小型、高精度產品。應變波齒輪是在高速工作的過程中，柔性輪變形為橢圓形，從而使齒輪齒間發生接觸的機制，因此很難通過現有的有限元方法(FEA)再現問題。在本案例中，利用RecurDyn的MFBD技術對應變波齒輪減速器進行了建模，從而掌握了應變波齒輪的動態行為和各種特性，并根據仿真結果改善設計。
展開 圖13(a)中，當傳動軸A靜止，離心軸B為輸入端，外轉子C為輸出端時，齒輪的傳動比為22∶1；圖13(b)中，離心軸B靜止，傳動軸A為輸入端，外轉子C為輸出端時，齒輪的傳動比為22∶21；圖13(c)中，當外轉子C靜止，離心軸B為輸入端，傳動軸A為輸出端時，齒輪的傳動比為-21∶1。
圖13 擺線式磁性齒輪
浙江工業大學的郝偉娜副教授對擺線式磁性齒輪進行了有限元分析與樣機實驗[32-34]，其樣機實物圖如圖14所示。永磁體采用Halbach充磁方式，其最大轉矩密度可以達到283 kN·m/m3。
圖14 擺線式磁性齒輪樣機
擺線式磁性齒輪存在3種工作模式，具有相對靈活的傳動比，轉矩密度可以達到較高的水平。然而，由于離心軸是偏心結構的，所以在轉動時會受到較大不對稱的徑向力，影響其使用壽命，在工程實際應用中要考慮這個問題。
3.3 磁性諧波齒輪
磁性諧波齒輪最早由英國謝菲爾德大學的Rens J提出[35]，Rens J發現當兩個轉子間的氣隙長度呈現時變的正弦變化時，會產生磁場調制效應，調制后的磁場諧波相互耦合，實現兩個轉子間轉矩的傳遞，單級諧波齒輪的轉矩密度可以達到150 kN·m/m3。在圖15(a)中，內轉子為圓形時，正弦波周期數Pw=1；在圖15(b)中，內轉子為橢圓形時，正弦波周期數Pw=2；在圖15(c)中，其正弦波周期數Pw=3。
圖15 磁性諧波齒輪結構圖
Li Kang研究了采用聚磁式轉子結構的磁場諧波齒輪[36]，傳動比為25∶1。經諧波分析與有限元仿真驗證，其轉矩密度可以達到291 kN·m/m3。
展開 諧波發生器4具有橢圓形輪廓，裝在其上的滾珠用于支承柔性齒輪，諧波發生器驅動柔性齒輪旋轉并使之發生塑性變形。轉動時，柔性齒輪的橢圓形端部只有少數齒與剛性齒輪嚙合，只有這樣，柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自由地轉過一定的角度。通常剛性齒輪固定，諧波發生器作為輸入端，柔性齒輪與輸出 軸相連。
式中：z1為柔性齒輪的齒數；z2為剛性齒輪的齒數。假設剛性齒輪有100個齒，柔性齒輪比它少兩個齒，則當諧波發生器轉50圈時，柔性齒輪轉1圈，這樣只占用很小的空間就可以得到1∶50的減速比。通常將諧波發生器裝在輸入軸，把柔性齒輪裝在輸出軸，以獲得較大的齒輪減速比。
4、 擺線針輪傳動減速器
擺線針輪傳動是在針擺傳動基礎上發展起來的一種新型傳動方式，20世紀80年代日本研制出了用于機器人關節的擺線針輪傳動減速器，圖2-21所示為擺線針輪傳動簡圖。
它由漸開線圓柱齒輪行星減速機構和擺線針輪行星減速機構兩部分組成。漸開線行星輪6與曲柄軸 5連成一體，作為擺線針輪傳動部分的輸入。
如果漸開線中心輪7順時針旋轉，那么，漸開線行星齒輪在公轉 的同時還逆時針自轉，并通過曲柄軸帶動擺線輪做平面運動。此時，擺線輪因受與之嚙合的針輪的約束，在其軸線繞針輪軸線公轉的同時，還將反方向自轉，即順時針轉動。同時，它通過曲柄軸推動行星架輸出機構順時針轉動。
來源：機械前沿，版權歸原作者所有！
展開 諧波發生器4具有橢圓形輪廓，裝在其上的滾珠用于支承柔性齒輪，諧波發生器驅動柔性齒輪旋轉并使之發生塑性變形。轉動時，柔性齒輪的橢圓形端部只有少數齒與剛性齒輪嚙合，只有這樣，柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自由地轉過一定的角度。通常剛性齒輪固定，諧波發生器作為輸入端，柔性齒輪與輸出 軸相連。
式中：z1 為柔性齒輪的齒數；z2 為剛性齒輪的齒數。假設剛性齒輪有100個齒，柔性齒輪比它少兩個齒，則當諧波發生器轉50圈時，柔性齒輪轉1圈，這樣只占用很小的空間就可以得到1∶50的減速比。通常將諧波發生器裝在輸入軸，把柔性齒輪裝在輸出軸，以獲得較大的齒輪減速比。
4、 擺線針輪傳動減速器
擺線針輪傳動是在針擺傳動基礎上發展起來的一種新型傳動方式，20世紀80年代日本研制出了用于機器人關節的擺線針輪傳動減速器，圖2-21所示為擺線針輪傳動簡圖。
它由漸開線圓柱齒輪行星減速機構和擺線針輪行星減速機構兩部分組成。漸開線行星輪6與曲柄軸 5連成一體，作為擺線針輪傳動部分的輸入。
如果漸開線中心輪7順時針旋轉，那么，漸開線行星齒輪在公轉 的同時還逆時針自轉，并通過曲柄軸帶動擺線輪做平面運動。此時，擺線輪因受與之嚙合的針輪的約束，在其軸線繞針輪軸線公轉的同時，還將反方向自轉，即順時針轉動。同時，它通過曲柄軸推動行星架輸出機構順時針轉動。
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展開 RV減速機一般用于低轉速大扭矩的傳動設備，把電動機.內燃機或其它高速運轉的動力通過減速機的輸入軸上的齒數少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果，大小齒輪的齒數之比，就是傳動比。減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。
RV減速機的輸入形式分為：孔輸入、軸輸入、延伸蝸桿軸型；
RV減速機輸出型形式分為：孔輸出、單向軸輸出、雙向軸輸出。
03
什么是諧波減速機
主要由波發生器、柔性齒輪、柔性軸承、剛性齒輪四個基本構件組成，諧波傳動減速器，是一種靠波發生器裝配上柔性軸承使柔性齒輪產生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。應用學科：機械工程（一級學科）；傳動（二級學科）；齒輪傳動（三級學科）諧波齒輪傳動減速器是利用行星齒輪傳動原理發展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動）。作為減速器使用，通常采用波發生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。
諧波減速機的基本特點
1．承載能力高 諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數（重疊系數）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高。
2．傳動比大 單級諧波齒輪傳動的傳動比，可達 i=70～500。
3．體積小、重量輕。
4．傳動效率高、壽命長。
5．傳動平穩、無沖擊，無噪音，運動精度高。
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例如機器人精密傳動部件——諧波齒輪，RecurDyn可將柔輪作為非線性柔性體進行建模，并采用高精度的接觸算法，從而高效、真實地再現其在實際嚙合中的復雜彈性變形行為。
應變波齒輪傳動也被稱為諧波齒輪傳動(Harmonic Gearing)。應變波齒輪利用橢圓形變形的柔性輪 (Flex Spline)和圓形Circular Spline之間的齒數差異，能在非常小、輕的結構中達到很高的減速比，多用于機器人等小型、高精度產品。
什么是諧波齒輪？
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。
劉蓉暉博士對磁性諧波齒輪進行了理論分析并搭建了兩級偏心式磁性諧波齒輪的實驗平臺[37-39]，經實驗驗證，單級磁性諧波齒輪的轉矩密度達到86 kN·m/m3，兩級磁性諧波齒輪的轉矩密度達到43 kN·m/m3，其實驗平臺如圖16所示。
常用減速器的特點：
▲一級斜齒圓柱齒輪減速器
▲一級圓柱蝸桿減速器
▲二級斜齒圓柱齒輪減速器
▲二級圓柱齒輪電動機減速器（同軸式）
▲二級斜齒圓柱齒輪減速器（軸裝式）
▲擺線針輪減速器
▲諧波齒輪減速器
▲行星減速器
減速器裝配一般步驟：
安裝底座→輸入軸軸部裝配→中間軸軸部裝配→輸出軸軸部裝配→安裝各軸
3、 諧波齒輪
目前工業機器人的旋轉關節有60%~70%都使用諧波齒輪傳動。
諧波齒輪傳動由剛性齒輪、諧波發生器和柔性齒輪三個主要零件組成。
工作時，剛性齒輪6固定安裝，各齒均布于圓周上，具有外齒圈2的柔性齒輪5沿剛性齒輪的內齒圈3轉動。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個齒，所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉一圈就反向轉過兩個齒的相應轉角。
，諧波齒輪傳動更是顯示出其優越性。
3、諧波齒輪
諧波齒輪由剛性齒輪、諧波發生器和柔性齒輪三個主要零件組成，一般剛性齒輪固定，諧波發生器驅動柔性齒輪旋轉。主要特點：
(1)、傳動比大，單級為50—300。
(2)、傳動平穩，承載能力高。
(3)、傳動效率高,可達70%—90%。
(4)、傳動精度高,比普通齒輪傳動高3—4倍。
(5)、回差小，可小于3’。
(6)、不能獲得中間輸出，柔輪剛度較低。
其主要受到電機定子電磁脈動諧波以及齒輪嚙合傳遞誤差振動等，傳遞給對殼體產生輻射噪音。其問題來源如下圖所示。
圖6 振動激勵與噪音關系
傳播路徑優化，一般從車架和懸置的剛度與阻尼的動力特性設計及匹配方面實現。
應用學科：機械工程（一級學科）；傳動（二級學科）；齒輪傳動（三級學科）諧波齒輪傳動減速器是利用行星齒輪傳動原理發展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動）。作為減速器使用，通常采用波發生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。
