諧波減速器的工作原理

諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，諧波齒輪減速機(jī)是齒輪減速機(jī)中的一種新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。

諧波齒輪減速器傳動(dòng)方法

同行星齒輪傳動(dòng)一樣，諧波齒輪傳動(dòng)也是由三個(gè)基本構(gòu)件所組成：固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、（即其基體與從動(dòng)軸相連的彈性薄壁套杯“在柔輪開(kāi)端的母線上做出齒圈”）和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器。在剛輪和柔輪上切出模數(shù)相同的輪齒，但齒數(shù)不同，即柔輪的齒數(shù)比剛輪的齒數(shù)少兩個(gè)。諧波傳動(dòng)的齒數(shù)差表征柔輪的變形波數(shù)。最常見(jiàn)的是波數(shù)w-2的諧波傳動(dòng)。在自由狀態(tài)（無(wú)發(fā)生器）下，兩輪處于同心位置，而剛輪和柔輪的各齒間隙均勻。裝在柔輪內(nèi)的發(fā)生器使柔輪發(fā)生徑向變形而成為橢圓形。

這時(shí)，在橢圓的長(zhǎng)軸上，齒沿整個(gè)工作高度嚙合，而在短軸上，齒頂之間形成了徑向間隙。在發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，柔輪的形狀始終接近于上述的形狀。

諧波減速器的原理

作為諧波減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。

當(dāng)諧波發(fā)生器為主動(dòng)時(shí)，凸輪在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，就近使柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形（可控的彈性變形），這時(shí)柔輪的齒就在變形的過(guò)程中進(jìn)入（嚙合）或退出（嚙離）剛輪的齒間，在波發(fā)生器的長(zhǎng)軸處處于完全嚙合，而短軸方向的齒就處在完全的脫開(kāi)。

波發(fā)生器通常成橢圓形的凸輪，將凸輪裝入薄壁軸承內(nèi)，再將它們裝入柔輪內(nèi)。此時(shí)柔輪由原來(lái)的圓形而變成橢圓形，橢圓長(zhǎng)軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙合狀態(tài)，即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合。這是嚙合區(qū)，一般有30%左右的齒處在嚙合狀態(tài)；橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開(kāi)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)脫開(kāi)；在波發(fā)生器長(zhǎng)軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長(zhǎng)的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開(kāi)狀態(tài)，稱(chēng)之為嚙出。

波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時(shí)波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開(kāi)這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來(lái)的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱(chēng)之錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動(dòng)。

在未裝配前，柔輪及其內(nèi)孔呈圓形，當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)孔后，由于波發(fā)生器的長(zhǎng)度略大于柔輪的內(nèi)孔直徑，柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長(zhǎng)軸方向與固定的剛輪完全嚙合，在短軸方向完全分離，其余各處的齒視柔輪回轉(zhuǎn)位置的不同，或者處于“嚙入”狀態(tài)，或者處于“嚙出”狀態(tài)。由于剛輪固定，波發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪長(zhǎng)軸和短軸及“嚙入”、“嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉(zhuǎn)向嚙出，又嚙合轉(zhuǎn)向嚙出，由嚙出轉(zhuǎn)向脫開(kāi)，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)、嚙入、嚙合……往復(fù)循環(huán)，迫使柔輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

柔輪隨著波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其中一個(gè)齒從與剛輪的一個(gè)齒嚙合到再一次與剛輪上的這個(gè)齒相嚙合時(shí)，柔輪恰好旋轉(zhuǎn)一周，而此時(shí)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)了很多圈，波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與柔輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（1圈）之比，即為諧波齒輪減速器的減速比，故其減速比很大。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開(kāi)圖上是連續(xù)的簡(jiǎn)諧波形，因此，這一傳動(dòng)稱(chēng)之為諧波齒輪傳動(dòng)。

諧波齒輪減速器按其機(jī)械波數(shù)目的多少可分為：?jiǎn)尾?、雙波及三波，其中最常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動(dòng)中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機(jī)械波數(shù)的整數(shù)倍，通常取其等于波數(shù)。