諧波傳動減速器

科學知識 9547 595 2016-08-07

諧波齒輪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),它是依靠柔性零件產生彈性機械波來傳遞動力和運動的一種行星齒輪傳動。

基本信息

  • 中文名稱

    諧波傳動減速器

  • 外文名稱

    harmonic gear drive

  • 廠商

    上海伊那機電有限公司

  • 地域

    中國上海

  • 學科

    機械工程 傳動 齒輪傳動

  • 原理

    波發生器主動、剛輪固定柔輪輸出

  • 特點

    nbsp;速比大 精度高 效率高

目錄
1傳動原理
2基本特點
3型號系列
4主要優點
5應用范圍

傳動原理

右圖1示出一種最簡單的諧波傳動減速器基本結構,圖2表示諧波傳動工作原理圖。 最簡單的諧波減速器最簡單的諧波減速器

它主要由三個基本構件組成:

(1)帶有內齒圈的剛性齒輪(剛輪),它相當于行星系中的中心輪;

(2)帶有外齒圈的柔性齒輪(柔輪),它相當于行星齒輪;

(3)波發生器H,它相當于行星架。

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。

波發生器H是一個桿狀部件,其兩端裝有滾動軸承構成滾輪,與柔輪1的內壁相互壓緊。柔輪為可產生較大彈性變形的薄壁齒輪,其內孔直徑略小于波發生器的總長。波發生器是使柔輪產生可控彈性變形的構件。當波發生器裝入柔輪后,迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形,其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合,而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。周長上其他區段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態。當波發生器沿圖示方向連續轉動時,柔輪的變形不斷改變,使柔輪與剛輪的嚙合狀態也不斷改變,由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……,周而復始地進行,從而實現柔輪相對剛輪沿波發生器H相反方向的緩慢旋轉。工作時,固定剛輪,由電機帶動波發生器轉動,柔輪作為從動輪,輸出轉動,帶動負載運動。在傳動過程中,波發生器轉一周,柔輪上某點變形的循環次數稱為波數,以 n 表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動的柔輪應力較小,結構比較簡單,易于獲得大的傳動比。故為目前應用最廣的一種。 諧波傳動減速器

諧波傳動減速器

諧波齒輪傳動的柔輪和剛輪的齒距相同,但齒數不等,通常采用剛輪與柔輪齒數差等于波數,即

z2-z1=n

式中 z2、z1--分別為剛輪與柔輪的齒數。

當剛輪固定、發生器主動、柔輪從動時,諧波齒輪傳動的傳動比為

i=-z1/(z2-z1)

雙波傳動中,z2-z1=2,柔輪齒數很多。上式負號表示柔輪的轉向與波發生器的轉向相反。由此可看出,諧波減速器可獲得很大的傳動比。

波發生器使柔輪產生彈性變形而呈橢圓狀。為此,橢圓的長軸部分與剛輪完全嚙合,而短軸部分兩輪輪齒處于完全脫開狀態。

使剛輪固定,波發生器順時針旋轉,柔輪產生彈性變形,與剛輪輪齒嚙合的部位順次移動。

波發生器順時針旋轉180度,柔輪逆時針移動一個輪齒。

波發生器旋轉一周(360度),由于柔輪的齒數比剛輪少兩個,因此逆時針移動兩個輪齒。通常將該運動傳遞作為輸出。

1.減速比高

單級同軸可獲得1/30~1/320的高減速比。結構、構造簡單,卻能實現高減速比裝置。

2.齒隙小

Harmonic Drive®不同于與普通的齒輪嚙合,齒隙極小,該特長對于控制器領域而言是不可或缺的要素。

3.精度高

多齒同時嚙合,并且有兩個180度對稱的齒輪嚙合,因此齒輪齒距誤差和累積齒距誤差對旋轉精度的影響較為平均,使位置精度和旋轉精度達到極高的水準。

4.零部件少、安裝簡便

三個基本零部件實現高減速比,而且它們都在同軸上,所以套件安裝簡便,造型簡捷。

5.體積小、重量輕

與以往的齒輪裝置相比,體積為1/3,重量為1/2,卻能獲得相同的轉矩容量和減速比,實現小型輕量化。

6.轉矩容量高

柔輪材料使用疲勞強度大的特殊鋼。與普通的傳動裝置不同,同時嚙合的齒數占總齒數的約30%,而且是面接觸,因此使得每個齒輪所承受的壓力變小,可獲得很高的轉矩容量。

7.效率高

輪齒嚙合部位滑動甚小,減少了摩擦產生的動力損失,因此在獲得高減速比的同時,得以維持高效率,并實現驅動馬達的小型化。

8.噪音小

輪齒嚙合周速低,傳遞運動力量平衡,因此運轉安靜,且振動極小。

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。

6.由于柔輪承受較大的交變載荷,因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高,工藝復雜。

諧波減速器在國內于六七十年代才開始研制,已有不少廠家專門生產,并形成系列化。廣泛應用于電子、航天航空、機器人等行業,由于它的獨特優點,在化工行業的應用也逐漸增多。

型號系列

XB系列諧波傳動減速器

主要優點

(1)傳動速比大。單級諧波齒輪傳動速比范圍為70~320,在某些裝置中可達到1000,多級傳動速比可達30000以上。它不僅可用于減速,也可用于增速的場合。

(2)承載能力高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數多,雙波傳動同時嚙合的齒數可達總齒數的30%以上,而且柔輪采用了高強度材料,齒與齒之間是面接觸。

(3)傳動精度高。這是因為諧波齒輪傳動中同時嚙合的齒數多,誤差平均化,即多齒嚙合對誤差有相互補償作用,故傳動精度高。在齒輪精度等級相同的情況下,傳動誤差只有普通圓柱齒輪傳動的1/4左右。同時可采用微量改變波發生器的半徑來增加柔輪的變形使齒隙很小,甚至能做到無側隙嚙合,故諧波齒輪減速機傳動空程小,適用于反向轉動。

(4)傳動效率高、運動平穩。由于柔輪輪齒在傳動過程中作均勻的徑向移動,因此,即使輸入速度很高,輪齒的相對滑移速度仍是極低(故為普通漸開線齒輪傳動的百分之-),所以,輪齒磨損小,效率高(可達69%~96%)。又由于嚙入和嚙出時,齒輪的兩側都參加工作,因而無沖擊現象,運動平穩。

(5)結構簡單、零件數少、安裝方便。僅有三個基本構件,且輸入與輸出軸同軸線,所以結構簡單,安裝方便。

(6)體積小、重量輕。與一般減速機比較,輸出力矩相同時,諧波齒輪減速機的體積可減小2/3,重量可減輕1/2。

(7)可向密閉空間傳遞運動。利用柔輪的柔性特點,輪傳動的這一可貴優點是現有其他傳動無法比擬的。

應用范圍

諧波齒輪減速機在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機械、常用軍械、機床、儀表、電子設備、礦山冶金、交通運輸、起重機械、石油化工機械、紡織機械、農業機械以及醫療器械等方面得到日益廣泛的應用,特別是在高動態性能的伺服系統中,采用諧波齒輪傳動更顯示出其優越性。它傳遞的功率從幾十瓦到幾十千瓦,但大功率的諧波齒輪傳動多用于短期工作場



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