谐波齿轮传动概述
谐波齿轮节圆直径
谐波齿轮节圆直径
摘要：
一、谐波齿轮简介
二、谐波齿轮的节圆直径与分度圆直径的关系
三、谐波齿轮的应用
四、如何选择合适的谐波齿轮
正文：
一、谐波齿轮简介
谐波齿轮是一种新型齿轮传动装置，具有高传动精度、高承载能力、紧凑结构等特点。
它主要由波发生器、齿轮和柔性轴承组成，通过波发生器带动齿轮旋转，实现动力传递。
二、谐波齿轮的节圆直径与分度圆直径的关系
谐波齿轮的节圆直径与分度圆直径并不一定相等。
在标准中心距为安装距时，一对标准齿轮或高度变位的齿轮（总变位系数为0）的节圆直径与分度圆相等。
然而，当齿轮不是标准中心距为安装距时，节圆直径与分度圆直径不相等。
三、谐波齿轮的应用
谐波齿轮广泛应用于航空航天、机床、汽车、船舶等领域的传动系统。
它能在高速、大扭矩、高精度等工况下稳定工作，满足各种复杂工况的需求。
四、如何选择合适的谐波齿轮
选择合适的谐波齿轮应考虑以下因素：
1.传动比：根据实际应用需求，选择合适的传动比。
2.齿轮尺寸：根据负载能力和传动速度，选择合适的齿轮尺寸。
3.材料：根据齿轮的工作环境，选择耐磨、抗疲劳的材料。
4.中心距：根据安装空间，选择合适中心距的谐波齿轮。
5.变位系数：根据齿轮的负载能力和传动比，选择合适的变位系数。
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。
谐波齿轮传动特点
14运动平稳性中好好中好
15力的平衡好好不好好好
16外形尺寸高CM33.135.640.658.818.5
17外形尺寸长CM38.150.843.29116
18外形尺寸宽CM33.125.425.434.616.5
19体积1000CM340146441855.5
20质量Kg11112792.532525
9.同轴性好。
谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上。
10.可实现向密闭空间传递运动及动力。
采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。
11.可实现高增速运动。
由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。对于手摇发电机、风力发电机等需要高增速的设备有广阔的应用前景。
谐波传动还是有些弱点的
刀具不能和普通的通用，要定做
如果传动系统调试，需要手工盘车。这时由于自锁，需要想办法可调
。。。。。。
谐波齿轮传动特点
谐波齿轮
1.结构简单，体积小，重量轻。
谐波齿轮传动的主要构件只有三个：波发生器、柔轮、刚轮。它与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。
2.传动比范围大
单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优先选在75—250之间；
双级谐波减速器传动比可在3000—60000之间；
复波谐波减速器传动比可在200—140000之间。
3.同时啮合的齿数多。
双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%，甚至更多些。而在普通齿轮传动中，同时啮合的齿数只有2—7%，对于直齿圆柱渐开线齿轮同时啮合的齿数只有1—2对。正是由于同时啮合齿数多这一独特的优点，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积。
谐波齿轮传动
谐波齿轮传动是建立在弹性变形理论基础上的一种新型传动,它的出现为机械传动技术上带来了重大突破.图为谐波齿轮传动的示意图,它由三个主要构件组成,即具有内齿轮的刚轮1、具有外齿的柔轮2和波发生器3。
这三个构件和少齿差行星齿轮传动中的中心内齿轮、行星轮、和系杆相当。
通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。
当波发生器装入内孔时，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮与刚轮的两个局部啮合区；同时在椭圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。
至于其余各处则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非啮合状态。
当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的位置不断变化，从而使轮齿的啮合和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮和刚轮之间就产生了相对位移，从而传递运动。
当波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形的循环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的，称为波数。
常用的有两波和三波两种。
为了有利于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮的齿数差应等于波发生器波数（波发生器上的滚轮数）的整倍数，通常取等于波数。
由于谐波齿轮传动过程中，柔轮和刚轮的啮合过程与行星齿轮传动类似，故其传动比可按周转轮系求得。
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。
谐波齿轮传动与滚珠螺旋传动课件
制造工艺优化
总结词
制造工艺的优化是实现谐波齿轮和滚珠螺旋传动高性 能的关键，涉及加工方法、工艺参数和装配精度等方 面。
详细描述
制造工艺的优化包括选择合适的加工方法和工艺参数， 以确保零件的加工精度和表面质量。对于谐波齿轮，关 键的制造工艺包括齿轮切削、磨削和装配；对于滚珠螺 旋，则涉及丝杠加工、滚珠装配和预紧调整等工艺。此 外，还应关注工艺过程的稳定性和质量控制，以确保批 量生产的可靠性和一致性。通过不断改进制造工艺，可 以提高谐波齿轮和滚珠螺旋传动的性能指标和使用寿命 。
详细描述
在材料选择方面，应综合考虑材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性等性能，以确保传动的可靠 性和持久性。常用的材料包括优质合金钢、不锈钢和铜合金等。热处理对于提高材料的机械性能和耐 久性至关重要，包括淬火、回火、表面处理等工艺，以优化材料的硬度和耐磨损性能。
结构设计优化
总结词
结构设计是谐波齿轮和滚珠螺旋传动优化设计的核心，合理的结构设计可以显著提高传 动的效率和寿命。
滚珠螺旋传动
具有传动效率高、传动比准确、摩擦阻力小、使用寿命长 等特点。
特点比较
滚珠螺旋传动的特点是摩擦阻力小，适用于大功率、高精 度场合；而谐波齿轮传动的特点是结构紧凑，适用于空间 受限的场合。
应用场景的比较
谐波齿轮传动
01
广泛应用于航空航天、机器人、医疗器械等领域，用于传递小
扭矩、大速比的动力。
05
谐波齿轮与滚珠螺旋传动 的未来发展
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维、钛合金等，以减小传动装置的 重量，提高其性能。
耐高温材料
针对高温环境下的应用，开发具有优异耐热性能的材料，以保持传 动的稳定性和可靠性。
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。
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10 孙瑞涛, 辛洪兵, 丁熙 元等. 谐 波齿轮 传动系 统的各 误差 分量及 其 综合. 北京工商大学学报( 自然科学版) , 2002, 1: 49~ 53
11 姜世平, 陈谌闻等. 谐 波齿轮 传动中 Байду номын сангаас轮载 荷分 布规律 分析研 究. 燕山大学学报, 2001, 25( 1) : 29~ 32
19 阳培, 张立勇, 王长 路等. 谐 波齿轮 传动技 术发展 概述. 机械传 动, 2005, 3: 69~ 72
收稿日期: 20060224 作者简介: 王长明( 1949- ) , 男, 河南襄城县人, 研究员
( 上接第 78 页) 需保证高刚度和有一定的悬伸量。翻 转力矩为夹具和工件自重产生的翻转力矩与切削载荷 产生的翻转力矩之和。
16 韩健华, 范祖尧. 谐波传动中杯形柔轮的应力分析. 机械传动, 1987, 11( 5) : 6~ 9
17 穆塔里夫, 阿赫迈德等. 谐波齿轮传动 柔轮应力解析的 数值模型 分 析. 新疆工学院学报, 2000, 21( 4) : 317~ 321
18 辛洪兵. 研 究谐 波齿轮 传动 啮合 原理的 一种 新方 法. 中 国机 械 工 程, 2002, 13( 3) : 7~ 9
虽然谐波齿轮传动的 研究已经取得 了很大的进 展, 但仍然需要进一步研究解决如下问题: 1) 短筒柔轮 的变形力和应力随着筒长的减小而急剧增加的问题; 2) 高强度短筒柔轮材料试验研究及尺寸限制条件下 短筒柔轮的优化设计问题; 3) 研究新齿形, 解决制齿方
88
机械传动
2006 年
法和工艺问题; 4) 超小模数短筒柔轮和刚轮的制造问 题等。这些问题的解决, 必将使谐波齿轮传动产品得 到更广泛的应用。
随着军事装备的现代化, 谐波齿轮传动更加广泛 地应用于航空、航天、船舶潜艇、宇宙飞船、导弹导引 头、导航控制、光电火控系统、单兵作战系统等军事装 备中, 如在战机的舵机和惯导系统中, 在卫星和航天飞 船的天线和太阳能帆板展开驱动机构中都得到应用。 另外, 精确打击武器和微小型武器是未来军事高科技 的发展趋势之一。先后出现了微型飞机、便携式侦察 机器人、微小型水下航行器、精确打击武器及灵巧武器 和智能武器等新概念微小型武器系统。它们具有尺寸 小、成本低、隐蔽性好、机动灵活等特征, 在未来信息化 战争、城市和狭小地区以及反恐斗争中将占据重要的 位置和发挥不可替代的作 用。为进一步 提高打击精 度, 提高可靠性, 降低成本, 武器系统的关键功能部件 正在向小型化方向发展, 超小体积谐波齿轮传动装置 常用来构成相关部件的传动装置, 以提高武器系统的 打击精确性。
4 姜世平, 陈谌闻, 宋延 辉等. 谐波齿轮传动中柔轮载荷分布规律 分析 研究. 燕山大学学报, 2001, 1
5 王桥医, 谐波传动柔轮结构的优化设计. 包装工程, 1998, 1( 1) : 42~ 45
6 张佑林, 李峰, 刘文波等. 活齿端面 谐波齿轮 的传动原 理与传动 比. 武汉理工大学学报, 2004, 6
国外
70
外径/ mm
国内
70
国外
14
长度/ mm
国内
50
国外
57
转矩/ N. m
国内
33
85
110
85
110
17
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55
70
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233
55
132
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170
135
170
27
33
95
110
398
686
265
495
由表 1 可知, 我国谐波齿轮减速器尺寸大, 承载能 力反而小。国外短筒柔轮谐波齿轮减速器的体积仅是 我国相同外径产品的 30% 左右, 而承载能力( 转矩) 却 是我国相同外径产品的 1. 39~ 2 倍。
12 Han Su Jeon, Se Hoon Oh. A study on stress and vibration analysis of a st eel and hybrid flexspline for harmonic drive. Composite Struct ures 47 ( 1999) 827~ 833
谐波齿轮一般都是小模数齿轮, 谐波齿轮传动装 置一般都具有小体积和超小体积传动装置的特征。谐 波齿轮传动在机器人领域的应用最多, 在该领域的应 用数量超过总量的 60% 。谐波齿轮传动还在化工立 式搅拌机、矿山隧道运输用的井下转辙机、高速灵巧的 修牙机以及精密测试设备的微小位移机构、精密分度 机构、小侧隙传动系统中得到应用。
7 范又功. 高精度伺服系统中的谐波齿轮传动. 制造技术与机床, 1994, 2: 19~ 20
8 佟士懋. 按转化啮合再现法设计加工谐波传动柔轮. 机械传动, 1995, 4: 38~ 40
9 Jeong Kwang- Seop. A Study on t he Composite Flexspl ine for a Harmonic Drive : Design, Manufacturing and Evaluat ion. Ph. D. Thesis, 1995
关键词 谐波齿轮传动 发展趋势
1 谐波齿轮传动的发展历史
谐波齿轮传动技术是上世纪 50 年代随航天技术 的发展而产生的一种新的传动技术。在谐波传动出现 后短短的几十年中, 世界各工业比较发达的国家都集 中了一批研究力量致力于这类新型传动技术的研究。 如美国就有国家航空航天管理局路易斯研究中心、空 间技术实验室、USM 公司、贝尔航空空间公司、卡曼飞 机公司、本迪克斯航空公司、波音航空公司、肯尼迪空 间中心( KSC) 、麻省理工学院( MIT) 、通用电气( GE) 公 司等几十个大型公司和研究中心从事这方面的研究工 作。前苏联从上世纪 60 年代初期开始, 也大力开展了 这方面的研究工作, 如前苏联机械研究所、莫斯科鲍曼 工业大学、列宁格勒光学精密机械研究所、全苏减速器 研究所、基也夫减速器厂和莫斯科建筑工程学院等单 位都大力开展了谐波传动的研究工作。他们在该领域 进行了较系统、深入的基础理论和试验研究, 在谐波传 动的类型、结构、应用等方面有较大发展。日本长谷川 齿轮株式会社等有关企业, 自 1970 年开始, 从美国引 进 USM 公司的全套技术资料, 成立了谐波传动株式会 社, 目前除能大批生产各种类型的谐波传动装置外, 还 完成了通用谐波传动装置的标准化、系列化工作。值 得注意的是西欧一些国家, 如德国、法国、英国、瑞士、 瑞典及意大利等国, 都开展了谐波传动的研究工作并 推广应用研究成果, 他们不但对谐波传动的基础理论 进行系统的研究, 而且把谐波 传动应用在卫星、机器 人、数控机床等领域。
( 4) 起动力矩大。
第 30 卷 第 4 期
谐波齿轮传动概述
87
3 谐波齿轮传动的应用
由于谐波传动具有许多独特的优点, 近几十年来, 谐波齿轮传动技术和传动装置已被广泛应用于空间技 术、雷达通讯、能源、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造 船、纺织、冶金、常规武器、精密光学设备、印刷包装机 械以及医疗器械等领域。国内外的应用实践证明, 无 论是作为高灵敏度随动系统的精密谐波传动, 还是作 为传递大转矩的动力谐波传动, 都表现出了良好的性 能; 作为空间传动装置和用于操纵高温、高压管路以及 在有原子辐射或其它有害介质条件下工作的机构, 更 显示了一些其他传动装置难以比拟的优越性。
( 4) 谐波齿轮传动的回差较小, 齿侧间隙可以调 整, 甚至可实现零侧隙传动。
( 5) 在采用如电磁波发生器或圆盘波发生器等结 构型式时, 可获得较小转动惯量。
( 6) 谐波齿轮传动还可以向密封空间传递运动和 动力, 采用密封柔轮谐波传动减速装置, 可以驱动工作 在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构。
参考文献
1 沈允文, 叶庆泰. 谐波齿轮传 动的理 论和设 计. 北京: 机械 工业出 版 社, 1985
2 M. H. 伊万诺夫著, 沈 允文, 李克美 译, 王洪 星校. 谐 波齿轮 传动, 北 京: 国防工业出版社, 1987
3 范又功, 曹炳和编著. 谐波齿 轮传动 技术手 册, 北京: 国防 工业出 版 社, 1995
从图 1 可以很直观地看到, 我国杯形柔轮的轴向 尺寸比国外短筒柔轮的轴向尺寸要大得多。要在承载 能力不变的情况下减小装置的体积, 就应该下功夫研 究短筒柔轮及其传动装置。
另外, 国外小模数谐波齿轮传动装置中的齿轮精 度一般比我国的齿轮精度高 2 级, 运动精度和回差能 够小于 3 , 而我国产品的回差一般都在 6 以上。
13 辛洪兵. 谐波传动技术及 其研究动 向. 北京轻 工业学院 学报, 1999, 17( 1) : 30~ 36
14 姜世平, 陈谌闻等. 谐 波齿轮 传动中 柔轮载 荷分 布规律 分析研 究. 机械设计, 2001( 6) : 11~ 13
15 乐可锡, 全永昕, 周桂 如. 谐波 齿轮传 动中空 间动态 啮合 力的理 论 计算. 浙江大学学报, 1995, 3( 29) 2: 219~ 229
4 国内外谐波齿轮减速器比较
目前, 国外小模数精密谐波齿轮减速器多采用短 筒柔轮, 其体积小、重量轻、承载能力高; 我国采用的还 是普通杯形柔轮, 还没有生产短筒柔轮谐波齿轮减速 器。几种国外短筒柔轮谐波齿轮减速器与国产精密杯 形谐波齿轮减速器的主要参数见表 1, 国内外柔轮结 构比较见图 1。
表 1 国内外谐波齿轮减速器主要参数比较表( 转速 1500r/ m, 速比 100)
谐波齿轮传动技术于 1961 年由上海纺织科学研 究院的孙伟工程师引入我国。此后, 我国也积极引进 并研究发展 该项 技术, 1983 年成 立了谐 波传动 研究 室, 1984 年 谐波减速器标准系列产品 在北京通过鉴 定, 1993 年制定了 GB/ T 14118- 93 谐波传动减速器标 准, 并且在理论研究、试制和应用方面取得了较大的成 绩, 成为掌握该项技术的国家之一。到目前为止, 我国