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。
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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。
机电一体化~谐波齿轮
优点： (1)结构简单，体积小，重量轻 3, 50%, 1/3 (2)传动比范围大 50~300, 3000~60000 (3)同时啮合的齿数多 30%,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。 (4)承载能力大 (5)运动精度高 (6)运动平稳，无冲击，噪声小 (7)齿侧间隙可以调整 (8)齿面磨损小而均匀，传动效率高 (9)同轴性好 (10)可实现向密闭空间传递运动及动力
缺点：
(1)柔轮周期性变形，易于疲劳损坏 (2)柔轮和波发生器的制造难度较大 (3)传动比的下限值高，齿数不能太少 (4)起动力矩大，且速比越小越严重； (5)谐波齿轮传动没有中间轴，因而不能获得中间速度 (6)如果结构参数选择不当或结构时机不良，发热过大， 降低传动承载能力
五、谐波齿轮的应用：
机电一体化
谐波齿轮
制作人：陈延文
一、什么是谐波齿轮？
所谓谐波传动是一种靠中间柔性构件弹性变形来实现 运动和动力件：
三、谐波齿轮的传动原理：
在柔性齿轮构件中，通过波发生器的作用，产生 一个移动变形波，并与刚轮齿相啮合，从而达到传动 目的。
四、谐波齿轮的特点：
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
谐波齿轮减速器工作原理
谐波齿轮减速器工作原理谐波齿轮减速器是一种常用的机械传动装置，它采用了独特的工作原理，通过谐波效应实现高效的速度减小。
本文将详细介绍谐波齿轮减速器的工作原理。
一、谐波齿轮减速器的构造谐波齿轮减速器主要由柔性轮、输出轴和输入轴组成。
其中，柔性轮由内外两层齿轮组成，它们之间有一定间隙，这样就形成了柔性。
输入轴由传动梁和活动插销组成，通过运动学性质与柔性轮相连。
输出轴连接到柔性轮的外滚筒上，负责输出转动力。
二、谐波齿轮减速器的工作原理1. 输入转动当输入轴开始转动时，传动梁和活动插销会向外移动，使得活动插销与内层柔性轮的齿轮嵌合，传递输入轴的转动力。
2. 谐波效应内层柔性轮的齿轮齿数通常比外层柔性轮的齿轮齿数多一个。
当输入轴以一定的角度转动时，活动插销会导致内层柔性轮发生弹性形变，这种变形以谐波的形式传递到外层柔性轮上。
谐波效应的出现使得速度比例不再是线性的，而是非线性的。
这样就实现了速度的减小。
3. 输出转动谐波效应使得柔性轮的外层齿轮与输出轴的齿轮嵌合，将内层柔性轮的转动力传递到输出轴上，实现输出转动。
三、谐波齿轮减速器的特点1. 大传动比谐波齿轮减速器的传动比可以达到几十甚至上百，这使得它在需要大速度减小的应用领域中起到了关键作用。
2. 紧凑结构谐波齿轮减速器的特殊结构使得它非常紧凑，相对于其他传动装置，节省了很大的空间。
这使得它在机械设计中具有一定的优势。
3. 平稳传动谐波齿轮减速器传动过程中没有间隙和冲击，实现了平稳的传动，减小了机械部件的磨损和噪音。
4. 高精度谐波齿轮减速器具有较高的精度，在需要精确定位和控制的应用中非常重要。
综上所述，谐波齿轮减速器采用谐波效应实现高效的速度减小，具有传动比大、结构紧凑、传动平稳和高精度等特点。
它在机械工程领域中有着广泛的应用，尤其适用于对精度要求较高的机械传动系统。
通过深入了解和研究谐波齿轮减速器的工作原理，可以更好地应用于实际生产和设计中，为机械传动领域的发展做出贡献。
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。
谐波齿轮传动比计算公式(一)
谐波齿轮传动比计算公式(一)
谐波齿轮传动比的计算公式与解释说明
什么是谐波齿轮传动比？
谐波齿轮传动比是指谐波齿轮传动系统中，输出轴的转速与输入轴的转速之比。
谐波齿轮传动可以将输入轴的旋转运动转换为输出轴的谐波振动。
谐波齿轮传动比的计算公式
谐波齿轮传动比可以通过下面的计算公式来求得：
谐波齿轮传动比 = 谐波发生器的齿轮齿数 / 齿轮泵的齿轮齿数其中，谐波发生器是指谐波传动系统中的一个重要部件，它通过不断变形的柔性组件将输入轴的旋转运动转化为齿轮的往复运动。
齿轮泵则是谐波传动系统中的另一个关键组件，它通过齿轮的往复运动将谐波发生器的运动传递给输出轴。
谐波齿轮传动比的举例说明
假设谐波发生器的齿轮齿数为30，齿轮泵的齿轮齿数为15，我们可以通过上述的计算公式来计算谐波齿轮传动比。
谐波齿轮传动比 = 30 / 15 = 2
根据上述计算结果，我们可以得出结论：在这个谐波齿轮传动系统中，输出轴的转速是输入轴的2倍。
总结
谐波齿轮传动比是谐波齿轮传动系统中一个重要的参数，它描述了输入轴和输出轴之间的速度关系。
通过计算公式，我们可以很方便地计算出谐波齿轮传动比，并且通过举例说明，我们可以更加清晰地理解谐波齿轮传动比的概念和计算方法。
谐波齿轮传动
谐波齿轮传动谐波齿轮传动是利用行星轮系传动的原理发展起来的一种新型传动，它由三个基本构件组成：即波发生器、刚轮和作为柔轮的中间挠性体，由于在传动过程中，柔轮产生的弹性变形波近似于谐波，故称之为谐波齿轮传动，常用的是双波和三波两种，其波发生器如下图：1.工作原理若刚轮１固定，外装柔性轴承4、波发生器3装入柔轮2，使原为圆环形的柔轮产生弹性变形。
柔轮长轴两端的齿与刚轮齿槽完全啮合，而柔轮短轴两端的齿与刚轮齿完全脱开，长轴与短轴间的齿则逐步啮入和啮出。
当高速轴带动相当于系杆Ｈ的波发生器凸轮和柔性轴承连续转动时，柔轮上原来与刚轮啮合的齿对逐渐啮出、脱开、啮入、啮合，这样柔轮就相对刚轮沿着与波发生器相反的转向低速旋转自转，通过低速轴输出运动。
若将柔轮固定，由刚轮输出运动，其工作原理相同，只是刚轮输出运动的转向与波发生器的转向相同。
2.谐波齿轮传动特点１）传动比大：单级谐振动波齿轮传动的传动比为50～500，多级和复式传动的传动比更大，可达30000以上。
２）承载能力大：传递额定输出转矩时，谐波齿轮传动同时接触的齿对数可达总对数的３０％～４０％以上。
３）传动精度高：在同样制造条件下，谐振动波齿轮的传动精度比一般齿轮的传动精度对至少高一级。
齿侧间隙可调整到最小，以减少传动回差。
４）传动平稳：基本上无冲击振动。
5）传动效率高：单级传动的效率为65%～90%。
6）结构简单、体积小，重量轻：在传动比承载能力相同的条件下，谐波齿轮减速器比一般齿轮减速器的体积和重量减少1／2～1／3。
７）成本高：柔轮材料能要求高，制造较困难，精度高。
3.单级谐波齿轮传动比计算谐波齿轮传动是行星传动的一种变型。
波发生器相当于行星轮系的转臂（Ｈ），柔轮（Ｒ）相当于行星轮，而刚轮（Ｇ）相当于中心轮内齿圈。
单级谐波齿轮传动比计算有两种基本情况：1）一种是刚轮固定，波发生器输入、柔轮输出，传动比为：2）二种是柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出，传动比为：4.谐波齿轮传动机构参数选择1)传动比的选择目前我国谐波齿轮减速器的传动比标准化系列有：100、125、160、200、250、315、400等。
谐波传动技术
谐波传动技术
1. 高减速比
通过利用精密加工的柔性金属齿轮和刚性环形齿轮之间的啮合,谐波传动可实现高达100:1的减速比,并且能够在紧凑的体积内实现。
2.零间隙、无反作用力
柔性金属齿轮与刚性环形齿轮之间采用预紧力的特殊结构,保证在任意工作状态下均能保持啮合,从而避免了传统齿轮传动存在的反作用力和间隙问题。
3.高精度
优秀的材料和加工工艺确保了谐波传动具有极高的重复定位精度,可达±20弧秒。
4.高承载能力
齿圈采用特殊发酵的合金钢制造,经过精密机加工和热处理,具有优异的机械强度和耐磨性,能够传递较大的扭矩和轴向载荷。
5.长使用寿命
波发生器和挠性齿轮均采用特殊耐磨耐高温的材料,结构紧凑且无需额外润滑,使用寿命可达数十亿周期。
6.自锁性
静止时因接触面的预紧作用可实现自锁,无需对静止状态输出端施加任何锁紧装置。
由于上述优点,谐波传动广泛应用于工业机器人、仪器仪表、高精密装置等需要紧凑尺寸和高精度的场合。
同时,它也逐渐被用于航空航天、半导体生产和医疗器械等高可靠性要求较高的领域。
《谐波齿轮传动》课件
切削加工
齿轮和轴类零件需通过切削加 工，确保各部分尺寸和形状精 度。
装配调试
所有零件装配完成后，需进行 严格的调试和测试，确保传动 性能达到设计要求。
质量检测
对成品进行质量检测，确保各 项性能指标符合标准。
04
谐波齿轮传动的性能分析
性能评价指标
传动效率
衡量谐波齿轮传动系统在传递功率时 的效率，通常以百分比表示。
振动与噪声测量
通过测量和分析传动过程中的振动和噪声， 评估其工作平稳性和可靠性。
温升与热性能测试
检测谐波齿轮在长时间工作过程中的温升和 热稳定性。
动态特性分析
利用动态测试技术分析谐波齿轮的动态响应 和稳定性。
性能优化与改进
材料选择与处理
选用高强度、耐磨、耐腐蚀的材料，并进行 适当的热处理以提高其机械性能。
智能化控制
多学科交叉
随着人工智能和物联网技术 的发展，未来谐波齿轮传动 将更加智能化，能够实现自
适应控制和远程监控。
未来谐波齿轮传动的研究将 涉及更多学科领域，如机械 工程、控制工程、材料科学
等。
绿色环保
拓展应用领域
未来谐波齿轮传动将更加注 重环保和节能，采用更加高 效、低能耗的设计和制造工
艺。
随着技术的不断进步和应用 需求的增加，谐波齿轮传动 将在更多领域得到应用和推
谐波齿轮传动的特点与优势
结构紧凑
由于采用弹性元件传递动力，谐 波齿轮传动装置体积小、重量轻 。
传动比大
通过调整波发生器和柔轮的尺寸 ，可以实现较大的传动比。
谐波齿轮传动的特点与优势
承载能力强
谐波齿轮传动具有较高的承载能力和较长的使用寿命。
无摩擦传动
谐波齿轮应用场景
谐波齿轮应用场景
谐波齿轮是一种常见的机械传动装置，具有许多广泛的应用场景。
下面我们就以人类的视角来叙述一些典型的谐波齿轮应用场景。
1. 机器人手臂
谐波齿轮在机器人领域中被广泛应用于机器人手臂的关节传动系统中。
机器人手臂需要具备高精度、高速度和高扭矩的特点，而谐波齿轮正好能够满足这些要求。
通过谐波齿轮的传动，机器人手臂能够实现复杂的运动轨迹，并且具有较高的精度和稳定性。
2. 航空航天领域
谐波齿轮在航空航天领域中也有广泛的应用。
例如，飞机起落架的收放系统中使用了谐波齿轮，它能够提供足够的扭矩和精确的位置控制，确保起落架的安全可靠。
此外，航天器中的太阳能电池板调整机构、卫星天线的指向机构等也常常采用谐波齿轮作为传动装置。
3. 医疗设备
谐波齿轮在医疗设备中扮演着重要的角色。
例如，手术机器人中的关节传动系统、医用CT设备的旋转机构等都采用了谐波齿轮。
谐波齿轮的高精度和稳定性能保证了医疗设备的操作精确度和安全性，使得医生能够更加准确地进行手术或诊断。
4. 工业自动化
在工业自动化领域，谐波齿轮广泛应用于各种机械装置中。
例如，
自动化生产线上的传送带、包装机械中的输送装置、工业机器人的关节传动系统等。
谐波齿轮的高精度、高扭矩和高速度使得这些机械装置能够高效地完成各种任务，提高生产效率。
谐波齿轮在机器人、航空航天、医疗设备和工业自动化等领域都有广泛的应用。
它的高精度、高扭矩和高速度等特点使得谐波齿轮成为这些领域中不可或缺的传动装置。
通过谐波齿轮的应用，各种机械装置能够实现更加精确、高效、安全的运动控制，推动了现代工业的发展。
谐波齿轮传动技术与应用
❖ 我国谐波齿轮传动装置尺寸大，承载 能力反而小
❖ 相同外径的产品，国外谐波齿轮传动 装置的体积仅是我国产品的30％左右 ，而承载能力（转矩）却是我国产品 的1.39～2倍
ZRIME
四、国内外产品现状
4. 国内外柔轮比较
a 我国生产的杯形柔轮
b 美国HD Systems公司生产 的短筒柔轮
国内外柔轮比较示意图
ZRIME
三、谐波齿轮传动的应用
在机器人中的应用
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％
日本东京大学设计的服务机器人
ZRIME
三、谐波齿轮传动的应用
在其他机器人中的应用
ZRIME
三、谐波齿轮传动的应用
在 空间技术领域的应用
神州号飞船
美国设计的火星探测装置
ZRIME
传动效率、承载能力提高，结构尺寸缩小
ZRIME
五、重点研究方向和内容
5. 制造工艺研究
❖谐波齿轮传动装置中，波发生器和具有几百个轮齿 的柔轮加工最为复杂
❖ 国际上开发了柔轮滚轧加工技术，刚轮内齿滚压 加工工艺及净成形加工方法等
❖ 用“转化啮合再现法” 来加工柔轮轮齿，是使柔轮 处在与刚轮空载啮合时相同的变形条件下进行范成加 工，消除了啮合干涉，缩短了跑合时间
4. 结构参数及优化设计
结构参数设计方法：
➢常规方法
➢ 在给定传动比、输出扭矩后，为了得到各轮齿数、 模数、齿宽等一系列参数，往往采用类比法或事先选定其 中的几个参数，给出各种误差值后，再求出其它参数。采 用这种方法，难以得到最优方案
➢优化设计方法
➢ 是针对啮合参数和结构参数进行综合性的优化设
计，避免了单一参数优化设计中存在的某些缺陷，可使
第2章 谐波齿轮传动.
一、谐波齿轮传动的基本构成及特点
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等零部件构成。柔轮、刚轮和波发生 器，任一固定，另外两个可以形成输入和输出。 • 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 。
2．特点：
• 1 ）传动比大而且范围宽。谐波齿轮传动单 级传动比在1.002—500,而采用复式传动,可 达107数量级。 • 2 ）同时啮合的齿数多。双波传动啮合齿数 可达总齿数的30%～40%，三波传动则更多。 • 3）输出轴和输入轴位于同一轴心线上。 • 4 ）体积小。在相同的工作条件下，这种传 动机构的体积可比普通齿轮减速器的体积减 小20一50％左右，零件数约少一半。
• 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。
五．谐波传动主要零件常用材料：
• 柔轮（应具有较高的疲劳强度）：
– GGr9、GGr15、30CrMnSi、30CrMnSiA、40CrNiMoA等，对于小功率 的传动装置，有时还可以选用尼龙1010、尼龙6和含氟塑料等材料 来制作柔轮。
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。
i
R HG
ZG ZG Z R
3．波发生器固定—刚轮输出：
谐波减速器
谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。
谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。
∙谐波传动减速器harmonic gear drive∙原理:波发生器主动、刚轮固定柔轮输出∙特点:速比大精度高效率高它主要由三个基本构件组成:(1)带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮)，它相当于行星系中的中心轮;(2)带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)，它相当于行星齿轮;(3)波发生器H，它相当于行星架。
作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。
柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。
波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。
当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。
周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。
当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。
工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。
在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以 n 表示。
常用的是双波和三波两种。
双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。
故为目前应用最广的一种。
谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的齿距相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即z2-z1=n式中 z2、z1--分别为刚轮与柔轮的齿数。
当刚轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为i=-z1/(z2-z1)双波传动中，z2-z1=2，柔轮齿数很多。
上式负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。
谐波齿轮传动比计算公式
谐波齿轮传动比计算公式
谐波齿轮传动比计算公式是用于计算谐波齿轮传动系统中输出轴速度与输入轴速度之间的比值。
谐波齿轮传动是一种基于弹性变形原理的传动机构，由柔性齿轮和刚性齿轮构成。
谐波齿轮传动比的计算公式如下：
传动比 = （Z2 × Z3）/（Z1 × Z0）
其中，Z0表示谐波发生器的齿数，通常固定为2；
Z1表示柔性齿轮的齿数；
Z2表示柔性齿轮与刚性齿轮相贴合的刚性齿轮的齿数；
Z3表示刚性齿轮的齿数。
通过插入刚性齿轮，谐波齿轮传动系统可以实现较大的传动比，具有高扭矩密度和紧凑的结构。
这种传动系统通常应用于机械领域中对精度和传动效率要求较高的场合，如机器人、航天器、自动化设备等。
然而，在实际应用中，由于谐波齿轮传动的特殊结构和运动方式，会存在一些因素对传动效率产生影响，例如摩擦损失、变形损失等。
因此，在设计和应用谐波齿轮传动时，除了计算传动比外，还需要考虑这些因素对实际传动性能的影响。
综上所述，谐波齿轮传动比计算公式是用于计算谐波齿轮传动系统传动比的数学公式。
它是谐波齿轮传动设计和应用的基础，可以帮助工程师精确地确定所需的传动比，以满足特定的传动要求。
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一、谐波齿轮传动的基本构成及特点
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 。
谐波齿轮传动构成图例：
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。
波发生器种类图例（2）：
3．谐波传动主要零件常用材料：
柔轮：
30CrMnSi、35CrMnSiA、40CrNiMoA 45、40Cr
刚轮
凸轮或偏心盘
45
六、谐波发生器的典型结构
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。
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。
四、谐波发生器传动比的计算
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：
1、公式推导（2）：
i
H gb
ng nH nb n H
Zb Zg
ng nH 0 nH
i gH 1
Zb Zg Zg
Zb Zg
i gH 1
Zg Zb Zg
实际上，运动是从波发生器输入的，减速器的传 动比为：
i Hg 1 Zg i gH Zb Zg
五、柔轮、波发生器 常见的结构型式
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：
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。
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。
筒形销轴联接式：
筒形底端联接式图例：
筒形花键联接式图例：
筒形销轴联接式图例：
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。
柔轮与刚轮齿面的啮合过程：
三、单级谐波齿轮常见的 传动形式和应用
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。
i
G HR
ZR ZG ZR
2．柔轮固定—刚轮输出：
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。
波发生器种类图例（1）：
凸轮式
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。
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。
二、工作原理
1．齿差：
谐波齿轮传动中，刚轮 的 齿 数 zG 略 大 于 柔 轮 的 齿 数 z R， 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
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 之间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 了主动波发生器与柔轮的运动传递。
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。
i
R HG
ZG ZG ZR
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。
i
H RG
ZG ZR