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諧波傳動技術及諧波減速機的工作原理分析

[ 發布日期:2018-04-04 09:12:34 點擊:8045 來源:洛陽亚游集团AG精密軸承有限公司 【打印此文】 【關閉窗口】]
  五十年代中期,由于空間技術的發展,航天飛行器控制系統的機構和儀表對機械傳動提出了新的要求。例如,要求傳動比大、體積小、重量輕;傳動精度高;回差小,甚至要求達到零回差;在某些場合下,要求通過密封傳遞運動和具有高真空狀態下工作的能力,等等.對于上述這些要求,現有的般傳動裝置已經不能滿足,“諧波傳動”技術則是項新的突破。
    “北京諧波傳動技術研究所”是我門從事諧波傳動技術研究的業化所。十年來,該所先后研制成功了機器人用“高精度諧波傳動減速器R系列”產品、“單諧波齒輪減速器XB系列”產品。
    諧波齒輪傳動的工作原理
    所謂諧波齒輪傳動是種靠中間撓性構件彈性變形來實現運動或動力傳遞的裝置的總稱。由于中間撓性構件的變形過程基本上是個對稱的諧波,故而得名。諧波齒輪傳動由三個基本構件組成:
    l)諧波發生器(簡稱波發生器)是由凸輪(通常為橢圓形)及薄壁軸承組成,隨著凸輪轉動,薄壁軸承的外環作橢圓形變形運動(彈性范圍內)。
    2)剛輪是剛性的內齒輪。
    3)柔輪是薄殼形元件,具有彈性的外齒輪。
    以上三個構件可以任意固定個,成為減速傳動及增速傳動,或者波發生器,剛輪主動,柔輪從動,成為差動機構(即轉動的代數合成)。

亚游集团AG     諧波傳動工作過程如下圖:



諧波傳動原理示意圖



    當波發生器為主動時,凸輪在柔輪內轉動,就迫使柔輪及薄壁軸承發生變形(可控的彈性變形),這時柔輪的齒就在變形的過程中進人(嚙合)或退出(嚙出)剛輪的齒間,在波發生器的長軸處處于完嚙合,而短軸方向的齒就處在完的脫開(見圖).
    波發生器通常成橢圓形的凸輪,將凸輪裝人薄壁軸承內,再將它們裝人柔輪內。此時柔輪由原來的圓形而變成橢圓形,橢圓長軸兩的柔輪齒與之相配合的剛輪齒則處于完嚙合狀態,即柔輪的外齒與剛輪的內齒沿齒高相嚙合。這是嚙合區,般有30%左右的齒處在嚙合狀態;橢圓短軸兩的柔輪齒與剛輪齒處于完脫開狀態,簡稱脫開;在波發生器長軸和短軸之間的柔輪齒,沿柔輪周長的不同區段內,有的逐漸進人剛輪齒間,處于半嚙合狀態,稱之為嚙人;有的逐漸退出剛輪齒間,處于半脫開狀態,稱之為嚙出。
    波發生器在柔輪內轉動時,迫使柔輪產生連續的彈性變形,此時波發生器的連續轉動,就使柔輪齒的嚙人嚙合嚙出脫開這四種狀態循環往復不斷地改變各自原來的嚙合狀態。這種現象稱之錯齒運動,正是這錯齒運動,作為減速機就可將輸人的高速轉動變為輸出的低速轉動.
    對于雙波發生器的諧波齒輪傳動,當波發生器順時針轉動1/8周時,柔輪齒與剛輪齒就由原來的嚙人狀態而成嚙合狀態,而原來脫開狀態就成為嚙人狀態。同樣道理,嚙出變為脫開,嚙合變為嚙出,這樣柔輪相對剛輪轉動(角位移)了1/4齒;同理,波發生器再轉動1/8周時,重復上述過程,這時柔輪相對剛輪轉過1/2齒;當波發生器相對柔輪轉過半周時,則剛輪位移個齒距。波發生器相對剛輪轉動周時,柔輪相對剛輪的位移為兩個齒距。
    柔輪齒和剛輪齒在節圓處嚙合過程就如同兩個純滾動(無滑動)的圓環樣,兩者在任何瞬間,在節圓上轉過的弧長必須相等。由于柔輪比剛輪在節圓周長上少了兩個齒距,所以柔輪在嚙合過程中,就必須相對剛輪轉過兩個齒距的角位移,這個角位移正是減速機愉出軸的轉動,從而實現了減速的目的。
    波發生器的連續轉動,迫使柔輪上的點不斷地改變位置,這時在柔輪的節圓的任點,隨著波發生器角位移的過程,形成個上下左右對稱的和諧波,故稱之為“諧波’。
    目前各的諧波齒輪傳動裝置及減速機,多數為雙波內發生器形式,因此剛輪的齒數比柔輪的齒數多兩個,即Zg=Zr+2或者Zr=Zg2,因此,減速器的速比為:
    l)當剛輪固定,波發生器主動,柔輪圍出時:速比λ1=Zr/2,輸人輸出相反轉動。
    2)當柔輪固定,波發生器主動,剛輪輸出時:速比λ2=Zg/2=(Zr+2)/2=λ1+1,輸出轉動方向同發生器致。
    3)當波發生器固定,柔輪主動,剛輪輸出時:速比λ3=Zg/Zr,λ3=1.0166~1.004左右。
    4)當波發生器固定,剛輪主動,柔輪摘出時:速比λ4=Zr/Zg,λ4=0.9836~0.9960左右。
    后兩種情況可視為速比近似為l,即齒嚙聯軸節工作狀況。

諧波減速器類型

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