一、諧波減速機(jī)的定義

 

諧波減速機(jī)，又稱為柔性齒輪減速機(jī)或波發(fā)生器減速機(jī)，是一種利用柔性齒輪和剛性齒輪嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的新型傳動(dòng)裝置。其核心部件包括波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪。波發(fā)生器通常呈橢圓形或雙曲線形，其形狀的變化會(huì)導(dǎo)致柔性齒輪產(chǎn)生周期性的彈性變形，進(jìn)而與剛性齒輪產(chǎn)生嚙合和脫開(kāi)的過(guò)程，從而傳遞動(dòng)力。諧波減速機(jī)實(shí)際上是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一種新型減速器，因此在大的分類上，諧波減速機(jī)可歸類為行星減速機(jī)。

 

 

二、諧波減速機(jī)的工作原理

 

諧波減速機(jī)的工作原理基于彈性力學(xué)和齒輪嚙合理論。

 

當(dāng)波發(fā)生器在柔性齒輪內(nèi)部旋轉(zhuǎn)時(shí)，其形狀的變化會(huì)導(dǎo)致柔性齒輪產(chǎn)生周期性的變形。當(dāng)波發(fā)生器的長(zhǎng)軸與柔性齒輪的某一齒對(duì)齊時(shí)，這一齒會(huì)被推向徑向的最大位置，與剛性齒輪形成緊密嚙合；而當(dāng)波發(fā)生器的短軸與柔性齒輪的齒對(duì)齊時(shí)，這一齒則會(huì)徑向收縮，與剛性齒輪脫開(kāi)嚙合。這種周期性的嚙合和脫開(kāi)過(guò)程，使得柔性齒輪和剛性齒輪之間產(chǎn)生減速效果。

 

波發(fā)生器

 

波發(fā)生器，很多人也習(xí)慣稱之為諧波減速機(jī)軸承，其兩端裝有滾動(dòng)軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪的內(nèi)壁相互壓緊。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件。

當(dāng)波發(fā)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(zhǎng)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(kāi)。周長(zhǎng)上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過(guò)渡狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)、再嚙入……，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)剛輪沿波發(fā)生器相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。

 

 

柔性輪：柔輪為可產(chǎn)生較大彈性形變的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的長(zhǎng)軸。工作時(shí)，固定剛輪，由電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪作為從動(dòng)輪，輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。因柔性輪需要有高彈性，所以柔性齒輪的核心材料為聚氨酯，其具有優(yōu)良的彈性、耐磨性、耐候性和耐化學(xué)性能。柔性齒輪的制造工藝主要包括注塑、模壓、擠出等方法，其制造成本較低，形狀多樣化。在精密制造行業(yè)和對(duì)承載力、耐磨性要求特殊的航空航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，多半采用液態(tài)金屬材質(zhì)（非晶合金的俗稱）。

 

 

剛輪：它是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪，一般采用鋼性材質(zhì)，所以也稱為鋼輪。是配合柔性輪傳遞扭矩的內(nèi)齒輪。

 

 

三、諧波減速機(jī)功能特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

1. 高減速比：

 

諧波減速機(jī)具有較高的減速比，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的傳動(dòng)比范圍，滿足不同場(chǎng)合的減速需求。

 

2. 結(jié)構(gòu)緊湊：

 

由于其獨(dú)特的傳動(dòng)方式，諧波減速機(jī)在傳遞相同動(dòng)力的情況下，體積和重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)減速機(jī)，有利于節(jié)省安裝空間。

 

3. 傳動(dòng)平穩(wěn)：

 

由于嚙合過(guò)程中柔性齒輪的彈性變形，使得傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，沖擊和振動(dòng)較小。

 

4. 高精度：

 

諧波減速機(jī)具有較高的傳動(dòng)精度，能夠滿足精密傳動(dòng)的要求。

 

5. 壽命長(zhǎng)：

 

采用高強(qiáng)度材料和精密加工技術(shù)，使得諧波減速機(jī)具有較長(zhǎng)的使用壽命。

 

 

四、諧波減速機(jī)缺點(diǎn)

 

1. 承載能力有限：由于柔性齒輪的彈性變形，其承載能力相對(duì)有限，不適合傳遞過(guò)大的扭矩。

 

2. 對(duì)潤(rùn)滑要求較高：為保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性和效率，諧波減速機(jī)對(duì)潤(rùn)滑的要求較高，需要定期更換潤(rùn)滑油。

 

3. 成本較高：由于制造精度和材料的要求較高，使得諧波減速機(jī)的成本相對(duì)較高。

 

 

五、諧波減速機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景和范圍

 

諧波減速機(jī)因其獨(dú)特的傳動(dòng)方式和優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各種需要高精度、高減速比、結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)場(chǎng)合，如：

 

1. 機(jī)器人領(lǐng)域：諧波減速機(jī)是工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的核心部件，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的高精度、快速、平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。

 

 

2. 精密加工設(shè)備：如數(shù)控機(jī)床、磨床等，需要高精度、高穩(wěn)定性的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)保證加工質(zhì)量。

 

3. 航空航天：由于結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，諧波減速機(jī)在航空航天領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。

 

4. 醫(yī)療設(shè)備：如CT機(jī)、X光機(jī)等醫(yī)療設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分，需要高精度的傳動(dòng)來(lái)保證成像質(zhì)量。

 

5. 其他領(lǐng)域：如測(cè)量?jī)x器、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等，也常采用諧波減速機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的傳動(dòng)和控制。