谐波齿轮传动
谐波齿轮的结构组成及工作原理
谐波齿轮是一种新型的传动机构，因其结构独特、工作原理先进而备受瞩目。
本文将从谐波齿轮的结构组成及工作原理两个方面进行介绍，帮助读者更好地了解谐波齿轮的特点和应用领域。
一、谐波齿轮的结构组成1. 主轴部分谐波齿轮的主轴部分通常由谐波波发生器、柔性轴和静止波发生器组成。
谐波波发生器是用于产生谐波运动的部件，它与柔性轴紧密连接，能够将谐波波传递给静止波发生器。
静止波发生器的作用是将谐波转化为旋转运动，从而驱动输出轴工作。
2. 输出轴部分输出轴部分包括输出轴、柔性轴和输出轴的定位结构。
柔性轴在谐波齿轮中起到传递力矩和减小震动的作用，能够有效保护输出轴和传动系统。
输出轴的定位结构则保证了输出轴的稳定性和精度。
3. 其他部分谐波齿轮通常还包括壳体、轴承、密封件等辅助部件。
壳体是整个传动系统的保护罩，能够阻挡外部污染物和颗粒，保护内部部件。
轴承和密封件则起到支撑和密封作用，确保谐波齿轮的正常运转和使用寿命。
二、谐波齿轮的工作原理1. 谐波波发生器的作用谐波波发生器是谐波齿轮的核心部件，它通过弹性变形产生谐波振动，将谐波能量传递给静止波发生器。
谐波波发生器通常采用柔性材料制成，其内部结构设计合理，能够确保谐波波的准确产生和传递。
2. 静止波发生器的作用静止波发生器接收谐波波发生器传递过来的谐波能量，通过内部结构的设计和转动运动，将谐波转化为旋转运动。
静止波发生器的设计和加工精度对谐波齿轮的工作效率和精度影响很大，因此在制造过程中需要高度重视。
3. 输出轴的工作原理输出轴是谐波齿轮将谐波运动转化为实际工作输出的部件，它通过接收静止波发生器传递过来的旋转运动，实现输出轴的旋转。
输出轴的设计和加工精度直接影响着谐波齿轮的输出精度和工作效率，因此在制造过程中需要严格控制。
4. 谐波齿轮的优点谐波齿轮相比传统的齿轮传动具有以下几个优点：传动比大、传动效率高、噪音小、结构紧凑、重量轻、精度高等。
这些优点使谐波齿轮在各种精密传动系统中得到广泛应用，例如工业机械、航天航空、机器人、医疗设备等领域。
谐波齿轮工作原理
谐波齿轮工作原理
谐波齿轮是一种新型的传动装置，它是由一个固定在一个圆柱形箱体中的两个对称排列的齿条和一个与齿条啮合的渐开线齿轮组成的。
每个齿都是一组渐开线齿轮，由齿条与谐波齿轮组成的齿廓啮合传动。
谐波齿轮是一种新型传动装置，它具有结构紧凑、传动比大、噪音低、体积小和承载能力大等特点。
它的结构和工作原理都很简单，但是它的工作原理却非常复杂，要想了解它的工作原理，还必须先了解它的结构。
在负载较重或工作环境比较恶劣时，谐波齿轮能正常工作，而普通齿轮不能工作。
在一般情况下，一个齿条和一个渐开线齿轮都处于啮合状态。
当负载较大时，齿轮轴受到较大弯曲应力，渐开线齿轮中产生较大变形量。
—— 1 —1 —。
谐波齿轮传动的工作原理
谐波齿轮传动的工作原理
谐波齿轮传动是一种通过弹性元件（谐波振子）实现力的转换和传递的机械传动装置。
其工作原理如下：
1. 初始状态：谐波齿轮传动由三部分组成：内齿轮、外齿轮和谐波振子。
内齿轮和外齿轮之间有一个嵌套式的结构，即内齿轮咬合在外齿轮上。
谐波振子连接内齿轮和外齿轮，保持其位移与两者之间的咬合一致。
2. 利用弹性变形：当驱动轴旋转时，内齿轮随之转动，由于内齿轮与谐波振子连接，谐波振子也产生相应的转动。
在转动过程中，由于谐波振子的弹性变形，会使得外齿轮发生微小的变形。
3. 谐波振子的特殊设计：谐波振子通常由多个弹性片组成，片与片之间通过轴向铰链连接。
在转动过程中，当内齿轮转动使得谐波振子产生弯曲变形时，弹性片发生相对运动，从而实现了力的传递。
4. 力的传递：由于外齿轮受到外部载荷的作用，会产生反向的转矩。
这个反向转矩通过谐波振子传递给内齿轮，并通过内齿轮传递给驱动轴。
通过上述工作原理，谐波齿轮传动实现了将旋转运动转换为传递力矩的功能。
由于谐波振子在转动过程中产生的弹性变形，其传动效率相对较高，且具有高精度的特点，被广泛应用于机械领域。
谐波齿轮传动的三个主要部件
谐波齿轮传动的三个主要部件谐波齿轮传动是一种先进的机械传动系统，它由三个主要部件组成：柔性齿轮、波发生器和固定齿轮。
这种传动方式具有传动精度高、结构紧凑、传动效率高等优点，因此在目前的机械传动系统中有着广泛的应用。
首先，我们来介绍谐波齿轮传动的第一个主要部件——柔性齿轮。
柔性齿轮是一种非常特殊的齿轮，它具有极高的柔性和弯曲能力。
柔性齿轮一般采用线弹簧制成，可以通过变形来实现传动，具有极高的传动精度和可靠性。
除此之外，柔性齿轮还具有承载能力强、寿命长等特点，是谐波齿轮传动系统中不可或缺的一部分。
其次，我们再来介绍谐波齿轮传动的第二个主要部件——波发生器。
波发生器是谐波齿轮传动的核心部件，它可以将驱动轴旋转的力通过柔性齿轮传递给固定齿轮。
波发生器通常采用椭圆形的形状，具有高度的对称性，可以使力的传递更加均匀。
同时，波发生器的造型也决定了谐波齿轮传动的特殊传动方式，当驱动轴旋转时，波发生器上的椭圆形会发生变形，从而驱动柔性齿轮和固定齿轮之间的传动。
最后，我们再来介绍谐波齿轮传动的第三个主要部件——固定齿轮。
固定齿轮是谐波齿轮传动中负责接收力并将其传递给工作机构的部件，因此在传动系统中起着关键的作用。
固定齿轮的设计有许多技术难点，需要考虑到齿轮的材料、毛坯加工、齿形设计等多方面因素，以保证传动系统的高效和可靠性。
总体而言，谐波齿轮传动是一种高度复杂的机械传动系统，由柔性齿轮、波发生器和固定齿轮三个主要部件组成。
在应用过程中，需要注意柔性齿轮的弯曲度、波发生器的对称性以及固定齿轮的齿形设计等方面的问题，以保证传动系统的高效和可靠性。
在未来的机械制造领域中，谐波齿轮传动将有着广泛的应用前景，并成为机械传动技术领域的重要研究方向。
谐波齿轮传动原理和技术
63V OCATIONAL TECHNOLOGY z yj 技术课堂谐波齿轮传动原理和技术黑龙江王中孚吴广林李洪斌张敏于兴胜职业技术一、谐波齿轮传动的原理谐波齿轮传动由三个基本构件组成:波发生器H 、作为挠性构件的柔轮1和刚轮2。
在未装配之前,柔轮的原始剖面呈圆形;刚轮是一个刚性的内齿轮,柔轮的齿数Z1比刚轮齿数Z2少1至几个齿;波发生器H 由一个椭圆盘,也可由转臂和几个圆盘构成等多种形式,通常有标准椭圆、双偏心圆、余弦闭合曲线、里隆勒曲线(Resal)、偏心盘作用下的和滚轮发生器作用下的闭合曲线等。
波发生器的最大直径比柔轮内径略大。
把波发生器装入柔轮时,迫使柔轮产生变形,在其长轴两端的齿轮恰好与刚轮齿完全啮合,短轴处的齿侧完全脱开。
而处于波发生器长轴和短轴之间沿周长不同区域内的齿,视柔轮回转方向的不同,则处于某些啮合或某些啮合的不同过渡状态,当波发生器回转时,柔轮的长轴和短轴的位置不断改变,这样由波发生器控制的柔轮变形部位随转角φ的不同而改变,从而传递了啮合运动。
在传动的过程中,波发生器转一周,柔轮上某点变形的循环次数称为波数。
如以椭圆形波发生器传递啮合时为例,变形后柔轮上各点相对于未变形柔轮的运动,在以变形长轴为起点展开后,近似呈具有两个全波的余弦曲线的连续简谐波形,称为双波传动。
其余类推,有单波、三波,考虑到柔轮的疲劳寿命,一般波数不大于三,双波是最常用的。
一般情况下,有一个输入运动时,能获得一个确定的输出运动。
在三个构件中,必须有一个固定的,即所谓的行星型机构,三个构件中其余两个一个若为主动,另一个即为从动。
其相互关系根据需要可以互换,有时为了满足某种使用要求,亦可做成三个构件均不固定的差动型的机构,以用于将两个输入运动合成一个确定的输出运动,或将一个输入运动分解为两个不确定的输出运动。
同时,当刚轮固定,波发生器主动,而柔轮从动时,由相对运动原理不难证明,柔轮中线上任一点的轨迹近似呈内摆线,且柔轮转向与波发生器的转向相反;而当柔轮固定,刚轮从动时,波发生器的转向与刚轮的转向相同。
《谐波齿轮传动》课件
具有结构紧凑、传 动比大、传动精度 高等优点
广泛应用于航空航 天、机器人、医疗 器械等领域
柔性齿轮：由薄壁金属材料 制成，具有弹性变形能力
基本原理：通过柔性齿轮的弹 性变形，实现两个齿轮的啮合
刚性齿Байду номын сангаас：与柔性齿轮啮合， 实现动力传递
传动比：通过改变柔性齿轮的 变形程度，实现不同的传动比
传动比大：可以实现大传动比，满足不同场合的需求 传动精度高：具有较高的传动精度，满足精密传动的要求 传动效率高：传动效率高，降低能耗，提高设备性能 结构紧凑：体积小，重量轻，便于安装和维护 寿命长：耐磨损，使用寿命长，降低维护成本 适应性强：适用于各种恶劣环境，如高温、低温、潮湿等
谐波齿轮传动的优 缺点
精度高：传动精度高，适合 精密传动场合
传动比大：可以实现大传动 比，满足不同场合的需求
体积小：结构紧凑，节省空 间
寿命长：使用寿命长，维护 成本低
制造成本高
传动效率低
容易磨损
噪音较大
谐波齿轮传动的未 来发展
提高传动效率： 通过优化设计、 材料选择等方 式提高传动效
率
降低噪音和振 动：通过改进 结构设计、优 化制造工艺等 方式降低噪音
优点：结构简单、体积小、重 量轻、传动精度高
特点：具有两 个波形，可以 传递更大的扭
矩
应用：广泛应 用于航空航天、 机器人、医疗
器械等领域
优点：结构紧 凑、传动比大、 精度高、寿命
长
缺点：制造难 度大、成本高、 需要专用的润 滑油和维护设
备
特点：具有多个波形，可以适应不同的传动比和扭矩需求 应用：广泛应用于航空航天、机器人、医疗器械等领域 优点：传动效率高，噪音低，寿命长 缺点：制造难度大，成本高，需要精确的加工和装配技术
浅谈谐波齿轮传动的设计
Ｋ 考 虑 轮齿 对 柔 轮 弯 曲 刚度影 响而 引起 ｒ 的应 力增 大 系数 设 ｓ＝ ／ Ｓｍ
Hale Waihona Puke Ｋｄ — 动载 系数 Ｋｄ ． １ — ＝１ ￣ ． １ ４ Ｉ —— 考 虑载 荷特 性 和波 发生 器 刚度 对 柔轮 ｃ 畸变 的影 响 而 引起 的应 力 增 大 系 数 。可按 表 ４查
表 ２筒形花键联接式柔 轮结 构各参数 的计算式
花 键 齿 宽 ｂ＝ ．Ｂ ｌ ５ Ｏ
花键齿 对称面至 柔轮齿对称 面的距离 １ ０７ Ｂ ２ ） Ｌ ≥（ ． ＋ Ｃ ５ 花键轮毂凸缘长度 外花键分度 圆齿厚
内花 键 分 度 圆齿 厚
Ｃ＝． １ ０５ Ｃ Ｓ＝ ２ ∞ｌ ｉ／－ ｔｏ ｔ ｇ【
高 等职 业教 育
２１ ０ １年
柔轮壳体壁厚 Ｉ 柔轮简底 壁厚 柔轮筒底 凸缘厚度
柔 轮 筒底 凸缘 直径 柔 轮齿 宽
８： ０５ ０７ ８ （ ．— ．） ８２ ６ ≈ ８３ ８ｌ ≈
ｄ ０ ｄ Ｌ ． ５ Ｂ （．— ．） ＝ ０１ ０２ ｄ
柔 轮 轮齿 过 渡 圆角 半 径 Ｒ （．～ ） ： ０６ １ｍ
２ｒ 。 ｄｘ （ 为柔轮径向最大变形量 ） ］ 其中 ＣＢ 旦里
ｒ１— ． Ｉ ｌ Ｉ ｒ ］＿ ＿ １
ｒｍ
剪应力 ： Ｋ Ｉｃ 下 ＝ ＜ ｄ
ｒ ｍＬ
（） ３
阿三一 为 ＝二ｊ 汀 所应 ［二 上 三 产力 ＝ 三 二 量 生 一 的 剪
简形柔轮 —
Ｌ
；
Ｋ Ｉ ｍｍ ￣
量
承 轮 Ｐ ， 减 装 体箕 【 超 力Ｄ列 仅 了 的 ， ２ １ ． 载 的系 短 大 不 小 置 积 卜 能 柔 且 ｕ ‘
谐波齿轮传动速比的计算
令 J 0 可解得： i1
i12 1 2 i22 0
i2
i14 1 i12
2
2
三、齿轮副间隙的调整
1、刚性调整法
调整中心距法、选择装配法、带锥度齿轮法和斜齿轮法。
调整中心距法结构
带锥度齿轮法结构
斜齿轮法结构
2、柔性调整法
通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合 齿轮的两侧，以消除齿轮的间隙。
b)内循环反向器式
端盖式外循环
三、螺纹滚到型面（法向）的形状
螺纹滚道法向截面形状
四、滚柱丝杠副间隙的消除及预紧方法
双螺母齿差式预紧结构
双螺母螺纹式预紧结构 1、2—螺母 3—丝杠 4—套筒 5—平键 6—圆螺母
a)
双螺母垫片式预紧结构
a)压紧式
b) b)拉紧式
单螺母变位导程自预紧结构
1—螺母 2—丝杠 3—滚球
八、滚珠丝杠副支承方式
单推—单推式
双推—双推式
双推—简支式
九、滚珠丝杠副的密封
防护套示例
4.3 谐波齿轮传动
一、特点
•结构简单、体积小、重量轻； •传动比范围大； •同时啮合的齿数多、运动精度高、承载能力大； •运动平稳、噪声低； •实现差速运动；
二、工作原理
构件1——刚轮， 构件2——柔轮， 3（H）——谐波发生器
4.4 同步带传动
它是一种在带的工作面及带轮的外周上均制有啮 合齿，由带齿与轮齿的相互啮合实现传动 。
1、同步带传动的特点
• 传动比准确，传动效率高； • 工作平稳，能吸收振动； • 不需要润滑、耐油水、耐高温、耐腐蚀，维护保养方便； •中心距要求严格，安装精度要求高； •制造工艺复杂，成本高。
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2．特点（1）：
• 谐波齿轮传动既可用做减速器，也可 用做增速器。柔轮、刚轮、波发生器 三者任何一个均可固定，其余二个一 为主动，另一个为从动。
• 传动比大，且外形轮廓小，零件数目 少，传动效率高。效率高达92％~96％ ，单级传动比可达50~4000。
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2．特点（2）：
• 承载能力较高：柔轮和刚轮之间为面接 触多齿啮合，且滑动速度小，齿面摩损 均匀。
• 柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：当柔轮 的扭转刚度较高时，可实现无侧隙的高 精度啮合。
• 谐波齿轮传动可用来由密封空间向外部 或由外部向密封空间传递运动。
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1．齿差：
• 谐波齿轮传动中，刚轮 的 齿 数 zG 略 大 于 柔 轮 的 齿 数 zR， 其 齿 数 差 要 根 据波发生器转一周柔轮 变形时与刚轮同时啮合 区域数目来决定。即zGzR=u。 目 前 多 用 双 波 和 三波传动。错齿是运动 产生的原因
2020/4/了3 主动波发生器与柔轮的运动传递。
工作原理图例：
波发生器的旋转方 向与柔轮的转动方 向相反。
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柔轮与刚轮齿面的啮合过程：
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1．刚轮固定—柔轮输出：
• 波发生器主动， 单级减速，结构 简单，传动比范 围较大，效率较 高，应用极广， i=75~500。
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1．构成：
• 谐波齿轮传动是谐波齿轮行星传动的 简称。是一种少齿差行星传动。通常 由刚性圆柱齿轮G、柔性圆柱齿轮R、
波发生器H和柔性轴承等零部件构成
。 • 柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和
渐开线齿形两种，以后者应用较多 。
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谐波齿轮传动构成图例：
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2020/4/3
ZG ZR
2．变形：
• 波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径 大：当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔 轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处 柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内，成为完全 啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接 触，处于脱开状态。由啮合到脱开的过程
之பைடு நூலகம்则处于啮出或啮入状态。
• 当波发生器连续转动时：迫使柔轮不断产 生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、 啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作 状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现
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iHGRZGZRZR
2．柔轮固定—刚轮输出：
• 波发生器主动， 单级减速，结构 简单，传动比范 围较大，效率较 高，可用于中小 型减速器， i=75~500。
iHRG
ZG ZG ZR
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3．波发生器固定—刚轮输出：
• 柔轮主动，单 级微小减速， 传动比准确， 适用于高精度 微调传动装置 ， i=1.002~1.015 。
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i
H RG
ZG ZR
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1、公式推导（1）：
• 以刚轮固定，柔轮输出为例，推导传 动比的计算公式。
• 当刚轮固定时，nG=0。如果反过来看 ，即将柔轮当做输入，刚轮当做输出 ，则：
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1、公式推导（2）：
ig Hb n n b g n n H Hn 0 g n n H H ig H 1Z Z b g
滚轮式
偏心盘式
2．波发生器常见的结构型（2）：
• 双滚轮式：
– 结构简单，制造方便，形成波峰容易，但 柔轮变形未被积极控制，承载能力较低，
多用于不重要的低精度轻载传动。
• 多滚轮式：
– 柔轮变形全周被积极控制，承载能力较高 ，多用于不宜采用偏心盘式或凸轮式波发 生器的特大型传动。
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波发生器种类图例（2）：
• 结构简单，联接方便，制造容易，刚性较大，应用较 普遍。
– 筒形花键联接式：
• 轴向尺寸较小，扭转刚性好，传动精度较高，联接方 便，承载能力较大。
– 筒形销轴联接式：
• 轴向尺寸较小，结构简单，制造方便，但载荷沿齿宽 分布不均匀。
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筒形底端联接式图例：
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筒形花键联接式图例：
igH 1Z Zb gZgZ gZbZbZ gZg
实际上，运动是从波发生器输入的，减速器的传
动比为：
iHgig1HZbZgZg
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1．柔轮常见的结构型式：
柔轮的结构型式与谐波传动的结构类型选择 有关。柔轮和输出轴的联结方式直接影响谐 波传动的稳定性和工作性能。
– 筒形底端联接式：
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3．谐波传动主要零件常用材料：
• 柔轮：
– 30CrMnSi、35CrMnSiA、40CrNiMoA
• 刚轮
– 45、40Cr
• 凸轮或偏心盘
– 45
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双波单级谐波齿轮减速器
主要问题：
1、减速器的主要构成； 2、减速器的运动型式（指出哪 个部件固定、主动和从动轴）； 3、波发生器的结构型式； 4、柔轮采用何种输出方式。
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筒形销轴联接式图例：
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2．波发生器常见的结构型（1）：
• 波发生器是迫使柔轮发生弹性变形的 重要元件，按变形的波数不同，常用 的有双波和三波两种。双波发生器的
结构型式主要有滚轮式、凸轮式、偏
心盘式和行星式。
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波发生器种类图例（1）：
凸轮式
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