諧波齒輪減速器的工作原理

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，諧波齒輪減速機是齒輪減速機中的一種新型傳動結構，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錯齒來傳遞動力和運動。這種傳動與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計算和結構設計方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點，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方法

同行星齒輪傳動一樣，諧波齒輪傳動也是由三個基本構件所組成：固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、（即其基體與從動軸相連的彈性薄壁套杯“在柔輪開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。諧波傳動的齒數(shù)差表征柔輪的變形波數(shù)。最常見的是波數(shù)w-2的諧波傳動。在自由狀態(tài)（無發(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，在橢圓的長軸上，齒沿整個工作高度嚙合，而在短軸上，齒頂之間形成了徑向間隙。在發(fā)生器的旋轉過程中，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、剛輪固定、柔輪輸出形式。

當諧波發(fā)生器為主動時，凸輪在柔輪內(nèi)轉動，就近使柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形（可控的彈性變形），這時柔輪的齒就在變形的過程中進入（嚙合）或退出（嚙離）剛輪的齒間，在波發(fā)生器的長軸處處于完全嚙合，而短軸方向的齒就處在完全的脫開。

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)。此時柔輪由原來的圓形而變成橢圓形，橢圓長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狀態(tài)，簡稱脫開；在波發(fā)生器長軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開狀態(tài)，稱之為嚙出。

波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉動時，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時波發(fā)生器的連續(xù)轉動，就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱之錯齒運動，正是這一錯齒運動，作為減速器就可將輸入的高速轉動變?yōu)檩敵龅牡退俎D動。

在未裝配前，柔輪及其內(nèi)孔呈圓形，當波發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)孔后，由于波發(fā)生器的長度略大于柔輪的內(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)生器逆時針轉動時，柔輪作順時針轉動。當波發(fā)生器連續(xù)回轉時，柔輪長軸和短軸及“嚙入”、“嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉向嚙出，又嚙合轉向嚙出，由嚙出轉向脫開，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開、嚙入、嚙合……往復循環(huán)，迫使柔輪連續(xù)轉動。

柔輪隨著波發(fā)生器轉動過程中，其中一個齒從與剛輪的一個齒嚙合到再一次與剛輪上的這個齒相嚙合時，柔輪恰好旋轉一周，而此時波發(fā)生器旋轉了很多圈，波發(fā)生器的旋轉圈數(shù)與柔輪旋轉圈數(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。在整個運動過程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開圖上是連續(xù)的簡諧波形，因此，這一傳動稱之為諧波齒輪傳動。

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

諧波齒輪傳動起源

諧波齒輪傳動是美國發(fā)明家C.W.Musser于1955年發(fā)明創(chuàng)造的，它是一種利用柔性工作構件的彈性形變進行運動或動力傳遞的一種新型傳動方式，它突破了機械傳動采用剛性構件機構的模式，使用了一個柔性構件來實現(xiàn)機械傳動，從而獲得了一系列其他傳動所難以達到的特殊功能。由于中間柔性構件的變形過程基本上是一個對稱的諧波，故而得名。除前蘇聯(lián)把這種傳動稱為波形傳動或柔性輪傳動外，美、英、 德、日等國均稱為“諧波傳動”。