諧波齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計

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1、諧波齒輪傳動第1章諧波齒輪概述1.1概述1.1.1諧波齒輪技術(shù)的發(fā)展概況諧波齒輪傳動的傳動原理與普通齒輪傳動不同，它是利用控制柔性齒輪的彈性變形來實現(xiàn)傳遞運(yùn)動和動力的。諧波齒輪傳動一般有波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個基本構(gòu)件。因為，由波發(fā)生器的作用迫使柔性齒輪所產(chǎn)生的變形波是一個基本對稱的簡諧波，故稱這種機(jī)械傳動形式為諧波傳動。諧波齒輪傳動是諧波傳動中的一種主要結(jié)構(gòu)類型；它是以齒輪作為基本元件的諧波傳動形式。此外，諧波齒輪還包括：諧波摩擦傳動、諧波螺旋傳動和諧波無級變速傳動等結(jié)構(gòu)類型。我過于60年代中期，國內(nèi)有關(guān)的研究機(jī)構(gòu)開始引進(jìn)了諧波傳動這項新技術(shù)，并開展了該項目的研究工作。70年

2、代末，我國許多的工業(yè)部門、機(jī)械研究所和有關(guān)的工科院校都先后對諧波齒輪傳動進(jìn)行了理論和試驗研究以及設(shè)計試制等工作，研制出了一些性能較好的諧波齒輪減速器。自1980年起，我國也開始了諧波齒輪的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化工作。經(jīng)過約5年時間的研究試制，于1985年制訂了中小功率的通用諧波齒輪減速器的標(biāo)準(zhǔn)系列。從而，使我國成為世界上具有通用諧波齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)的第四個國家。1.1.2諧波齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成諧波齒輪機(jī)構(gòu)通常由波發(fā)生器H、柔輪g和剛輪b（采用具有剛性齒輪的行星機(jī)構(gòu)相類似的符號來表示）三個基本構(gòu)件所組成。如下圖所示：1-波發(fā)生器2-柔輪3-剛輪在諧波傳動中，波發(fā)生器H旋轉(zhuǎn)一圈，柔輪上某一點變形的循

3、環(huán)次數(shù)，叫做柔輪的變形波數(shù)，用符號u表示；即變形波數(shù)u應(yīng)按柔輪g與剛輪b同時嚙合的區(qū)域數(shù)目來確定。在一般情況下，可以采用單波（u=1）、雙波（u=2）、三波（u=3）、四波（u=4）傳動。但由于受到柔輪g材料許用應(yīng)力的限制，通常大都采用的是雙波（u=2）和三波（u=3）傳動；目前，應(yīng)用較廣泛的仍然是雙波（u=2）傳動。而剛輪b和柔輪g的齒數(shù)差，一般應(yīng)取為柔輪g的變形波數(shù)u，即Z-Z=u；或者在某寫情況下取成u的倍數(shù)。柔輪的變形波數(shù)u和剛輪b與柔輪g的齒數(shù)差Z=Z-Z的選擇應(yīng)按柔輪的強(qiáng)度條件和傳動比的大小確定。對于傳動比i>80的剛制柔輪g，采用變形波數(shù)u=2和齒數(shù)差Z=︱Z-Z︱=2較

4、為合理。對于傳動比i>120的情況，當(dāng)齒數(shù)差Z=︱Z-Z第21頁共22頁諧波齒輪傳動︱=3時，則了采用柔輪的變形波數(shù)u=3。當(dāng)變形波數(shù)u=2，而齒數(shù)差Z=Z-Z=0(零齒差)時,這種零齒差的齒輪副嚙合也是完全可以實現(xiàn)的.在這種情況下,諧波齒輪減速器便轉(zhuǎn)化為諧波齒輪連軸器;即成為柔輪g與輸出剛輪b的輪齒相互嚙合的連接方式。1.2諧波齒輪機(jī)構(gòu)的主要特點由于諧波齒輪傳動中具有一個柔性構(gòu)件(柔輪g),所以,與具有剛性構(gòu)件的行星齒輪傳動相比較,諧波齒輪機(jī)構(gòu)具有以下幾個主要特點:a.結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,體積小.由于諧波齒輪機(jī)構(gòu)的零件數(shù)目較少,其主要零件只有剛輪b、柔輪g和波發(fā)生器H三個。所以，在相同

5、的工作條件下，諧波齒輪傳動的體積約為普通齒輪傳動體積的1/3～1/2左右。零件數(shù)約少一半,結(jié)構(gòu)簡單、重量也減少了許多。b.單級傳動比大，且傳動比范圍寬。一般單級諧波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比為i=60～100。當(dāng)采用行星式波發(fā)生器H時，其傳動比為150～4000；而采用雙級或復(fù)波諧波傳動時，則其傳動比i可達(dá)106。c.同時參與嚙合的齒數(shù)多。在承受載荷情況下，雙波傳動同時嚙合齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30%～50%；采用三波傳動則更多。而普通圓柱齒輪同時嚙合齒數(shù)一般為兩對左右，即重合度ε=1～2。不過，應(yīng)該指出：諧波齒輪機(jī)構(gòu)工作時同時嚙合的齒輪與其所選用的波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)形式、嚙合參數(shù)和所轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，故不

6、能一概而論。由于諧波齒輪傳動同時參與嚙合的輪齒數(shù)目多，即可承受載荷的輪齒數(shù)目也多，故其傳動平穩(wěn)，承載能力大。d.傳動精度高。由于諧波機(jī)構(gòu)同時嚙合的齒數(shù)較多，其輪齒誤差能相互補(bǔ)償一部分。一般情況下，諧波齒輪傳動與相同精度等級的普通齒輪傳動相比，其傳動精度較高，有的精度可達(dá)４倍左右。e.齒面磨損小而且均勻。當(dāng)正確選擇嚙合參數(shù)時，柔輪的輪齒相對于剛輪的輪齒將沿著一條滑動路徑很短的軌跡移動。此時，輪齒間的相對滑動速度要比剛性齒輪傳動小許多倍。另外，兩輪齒的嚙合接近于面接觸。因此，在諧波機(jī)構(gòu)的傳動過程中，輪齒工作面磨損小，而且均勻。f.傳動效率高。諧波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動效率與其結(jié)構(gòu)、加工精度、表面粗

7、糙度和潤滑有關(guān)。當(dāng)傳動比｜i｜=80～300時，其單級的傳動效率約為η=0.7～0.9。一般，諧波機(jī)構(gòu)本身是不能自鎖的，故它既可作為減速器，又可作為增速器。g.空回量小，并可實現(xiàn)無側(cè)隙傳動。在諧波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動過程中，由于輪齒的相互摩擦而致使其產(chǎn)生空回量。但其空回量的大小可借助于調(diào)整波發(fā)生器的尺寸（比如凸輪的長、短軸）來進(jìn)行調(diào)整；甚至可以調(diào)整輪齒間的側(cè)隙為零，以保證獲得無側(cè)隙傳動。h.運(yùn)動平穩(wěn)，無沖擊。由于同時參與嚙合的齒數(shù)多，兩輪齒的嚙合接近