谐波传动装置设计

Ⅰ 谐波齿轮传动的谐波齿轮传动简介

五十年代，随着空间科学、航天技术的发展，航天飞行器控制系统的机构和仪表设备对机械传动提出了新的要求，如：传动比大、体积小、重量轻、传动精度高、回差小等。对于上述要求，新出现的谐波传动满足了这种要求，它是在薄壳弹性变形的基础上发展起来的一种传动技术。1959，1960，1955，1961
谐波齿轮传动系统有三个基本构件组成，如图2-1所示：刚轮1(Circular Spline)，柔轮2(Flexspline)和波发生器3(Wave Generator)。谐波齿轮传动的原理就是在柔性齿轮构件中，通过波发生器的作用，产生一个移动变形波，并与刚轮齿相啮合，从而达到传动目的。
特点：
优点：
(1) 3, 50%,
(2)传动比范围大 50~300, 3000~60000
(3)同时啮合的齿数多 30%,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
(5)运动精度高
(6)运动平稳，无冲击，噪声小
(7)齿侧间隙可以调整
(8)齿面磨损小而均匀，传动效率高
(9)同轴性好
(10)可实现向密闭空间传递运动及动力
缺点：
(1)，易于疲劳损坏
(2)柔轮和波发生器的制造难度较大
(3)传动比的下限值高，齿数不能太少
(4)起动力矩大，且速比越小越严重；
(5)谐波齿轮传动没有中间轴，因而不能获得中间速度
(6)如果结构参数选择不当或结构时机不良，发热过大，降低传动承载能力
目前，各国学者公认柔轮筒体的疲劳破坏是谐波传动最为主要的失效形式。
应用：
由于谐波传动具有其他传动无法比拟的诸多独特优点，近几十年来，它已被迅速推广到能源、通讯、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造船、纺织、冶金、常规武器、精密光学设备、印刷机构以及医疗器械等领域，并获得了广泛的应用。国内外的应用实践表明，无论是作为高灵敏度随动系统的精密谐波传动，还是作为传递大转矩的动力谐波传动，都表现出了良好的性能；作为空间传动装置和用于操纵高温、高压管路以及在有原子辐射或其它有害介质条件下工作的机构，更是显示出一些其他传动装置难以比拟的优越性。

Ⅱ 什么是谐波齿轮传动

释义：谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型机构，它使用了一专个柔性构件来属实现机械传动，从而获得了一系列其他传动所难以达到的特殊功能。

原理：

谐波齿轮传动的力矩和运动的传递主要依靠柔轮不断进行弹性变形实现，谐波齿轮传动的原理就是在柔性齿轮构件中，通过波发生器的作用，产生一个移动变形波，并与刚轮齿相啮合，从而达到传动目的。

优点：

1、谐波齿轮传动的回差较小，齿侧间隙可以调整，甚至可实现零侧隙传动。

2、在采用如电磁波发生器或圆盘波发生器等结构型式时，可获得较小转动惯量。

(2)谐波传动装置设计扩展阅读

应用方向：

1、谐波齿轮在航空、航天、能源、仿生机械、军械、电子设备、矿山冶金、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方面得到日益广泛的应用。

2、在高动态性能的伺服系统中，采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到几十千瓦，但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场合。

参考资料来源：网络-谐波齿轮传动

Ⅲ 谐波传动的介绍

由波发生器、柔性件和刚性件 3个基本构件组成的机械传动。这种传动是在波发生器的作用下，
使柔性件产生弹性变形并与刚性件相互作用而达到传递运动或动力的目的。在传动中波发生器回转一周，柔性件上某一点循环变形的次数称波数。柔性件的变形过程是一个基本对称的谐波（图1）,故称为谐波传动。常用的谐波传动是双波传动。
图2为一个外周有许多齿（ 120个以上）的柔轮与一个内周有齿的刚轮相啮合进行传动，称为谐波齿轮传动。假设将齿数无限增多，齿高也无限减小，则成为柔轮外表面和刚轮内表面在波发生器长轴方向上进行接触的谐波摩擦传动。由于这种接触点的摩擦力很小，传递的力矩不大，容易打滑，实际上应用很少。谐波传动也可以设计成由转动改为直线运动,成为谐波螺旋传动。在3种传动中以谐波齿轮传动应用最广。图2中波发生器是机械式波发生器，此外还有电磁式、液力式和气动式的波发生器，其中机械式波发生器应用最普遍。
谐波传动是美国人C.W.马瑟于1955年提出的专利，1959年得到批准，1960年在纽约展出实物。谐波传动的发展是由军事和尖端技术开始的，以后逐渐扩展到民用和一般机械上。一些国家如美国、日本、苏联已有了谐波齿轮减速器的系列化产品，在中国也制定了谐波齿轮的部颁标准。
工作原理 以谐波齿轮传动为例。它是利用柔轮、刚轮和波发生器的相对运动，特别是柔轮的可控弹性变形(形状改变)来实现运动和动力传递的。在这 3个基本构件中可任意固定一个，其余一个为主动件一个为从动件。如果3个都不固定,则成为差动轮系。如以刚轮固定不变，以波发生器为主动件,柔轮为从动件,波发生器内的椭圆形凸轮在柔轮内旋转便使柔轮产生变形。在波发生器的椭圆形凸轮长轴两端处的柔轮轮齿和刚轮轮齿进入啮合时，短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿脱开。对于波发生器长轴和短轴之间的齿，沿柔轮和刚轮周长的不同区段内处于逐渐进入啮合的半啮合状态，称为啮入；处于逐渐退出啮合的半啮合状态，称为啮出。波发生器的连续转动，使啮入、啮合、啮出和脱开四种运动不断改变各自原来的工作状态，这种运动称为错齿运动。错齿运动使输入转动变为输出运动。若刚轮固定不动，柔轮则相对于波发生器作反方向的转动。反之若柔轮固定不动，刚轮则相对于波发生器作同方向的转动。对于双波传动的谐波齿轮传动，它的转动规律是：波发生器转一周，柔轮相对于刚轮在周长方向转过两个齿距的弧长，其转动比计算如下：
当刚轮固定时 当柔轮固定时 柔轮或刚轮的齿数都很多，它们之间的差数又很小，因此可获得很大的传动比。
结构 谐波齿轮传动的结构有多种型式,图3为单级双波谐波齿轮减速器的结构。
谐波传动
① 波发生器:它与输入轴相联，对柔轮的齿圈的变形起产生和控制的作用。它由一个椭圆形凸轮和一个薄壁的柔性轴承组成。柔性轴承不同于普通轴承，它的外环很薄，容易产生径向变形，在未装入凸轮之前环是圆形的，装上之后为椭圆形。
② 柔轮:有薄壁杯形、薄壁圆筒形或平嵌式等多种。薄壁圆筒形柔轮的开口端部外面有齿圈，它随波发生器的转动而变形，筒底部分与输出轴联接。
③ 刚轮:它是一个刚性的内齿轮。双波谐波传动的刚轮通常比柔轮多二齿。谐波齿轮减速器多以刚轮固定，外部与箱体联接。
两个或多个单级谐波齿轮减速器串联起来，可构成复式谐波齿轮减速器,其传动比在106～ 107之间。波发生器、柔轮和刚轮的位置可以反转，即刚轮在里边，波发生器在最外面，这种传动称为外激式谐波齿轮传动。除径向谐波齿轮传动之外，尚有行星式谐波齿轮传动和端面谐波齿轮传动。前者的传动比为150～4000;后者的波发生器、柔轮和刚轮是沿轴向依次排列的，轴向尺寸很短。
谐波传动的特点是：
①传动比大，选择范围广。单级谐波齿轮的传动比一般为60～320,其中以80～200为最常用。
②传递扭矩的同时啮合的齿数多,一般双波传动啮合齿数可占总齿数的30%左右，三波传动则更多。因此传动轮之间的接触为面接触，而齿面上的比压小，因而承载能力高。
③由谐波齿轮构成的减速器重量轻、体积小，传动装置含有的零件少。
④传动平稳，噪声小。
⑤传动效率高。
⑥运动精度高，在起动或反转时，输出轴瞬时跟动，没有空程，可实现零回差转动。
⑦可构成密封传动，因此可在高温、高压、高真空、有害气体或原子能辐射的环境中传递运动。
⑧输出轴和输入轴位于同一轴心线上。
⑨维修方便，便于保养、检查和更换零件。谐波齿轮传动可用于雷达的随动系统、飞行器、机械手、假肢等，还可用于起重运输、化工机械、印刷机械、电动工具中的减速装置和仪器的微调机构上。