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。
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
简述谐波齿轮传动的工作原理
简述谐波齿轮传动的工作原理谐波齿轮传动是一种基于谐波效应的精密机械传动装置，其工作原理主要包括齿轮传动和谐波发生器的相互作用。
谐波齿轮传动由谐波发生器和柔性齿轮组成。
谐波发生器是一种特殊的机构，通常由一个椭圆形外齿轮和两个内齿轮组成。
外齿轮上的齿数为2N，内齿轮的齿数分别为N和(N+1)，其中N为一个正整数。
柔性齿轮是一种由弹性材料制成的齿轮，具有特殊的齿形。
当驱动轴旋转时，谐波发生器的外齿轮也会随之旋转。
由于外齿轮的齿数是内齿轮齿数的两倍，所以外齿轮每转一周，内齿轮只转动半周。
这种不同速度的转动引起了谐波效应。
谐波效应的产生是通过谐波齿轮的齿形变形来实现的。
当外齿轮旋转时，柔性齿轮的齿槽会受到挤压和扭曲的作用，从而形成一种特殊的齿形。
这种齿形具有高度非线性的特点，可以将输入转矩和速度转换为输出转矩和速度。
具体来说，当外齿轮旋转时，柔性齿轮上的齿槽会被挤压，并且在齿槽的两侧形成两个高低不平的隆起。
这些隆起会与内齿轮的齿槽相互作用，在齿轮传动的过程中产生谐波效应。
谐波效应的产生是由于柔性齿轮的弹性变形。
当外齿轮旋转时，柔性齿轮的齿槽会被挤压，从而形成弯曲和扭曲的变形。
这种变形通过内齿轮的齿槽传递，从而引起内齿轮的非线性运动。
这种非线性运动可以将输入的转矩和速度传递给输出端，实现精密的机械传动。
谐波齿轮传动具有很多优点，比如高精度、高刚度、高扭矩密度等。
它广泛应用于机械制造、精密仪器、航空航天等领域。
例如，在机械手臂中，谐波齿轮传动可以实现高精度的运动控制，提高机械手臂的工作效率和精度。
谐波齿轮传动是一种基于谐波效应的精密机械传动装置，通过谐波发生器和柔性齿轮的相互作用，将输入的转矩和速度转换为输出的转矩和速度。
它具有高精度、高刚度等优点，在现代机械制造中得到广泛应用。
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。
谐波齿轮传动设计
第1章谐波齿轮概述1.1 概述1.1.1 谐波齿轮技术的发展概况谐波齿轮传动的传动原理与普通齿轮传动不同，它是利用控制柔性齿轮的弹性变形来实现传递运动和动力的。
谐波齿轮传动一般有波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件。
因为，由波发生器的作用迫使柔性齿轮所产生的变形波是一个基本对称的简谐波，故称这种机械传动形式为谐波传动。
谐波齿轮传动是谐波传动中的一种主要结构类型；它是以齿轮作为基本元件的谐波传动形式。
此外，谐波齿轮还包括：谐波摩擦传动、谐波螺旋传动和谐波无级变速传动等结构类型。
我过于60年代中期，国内有关的研究机构开始引进了谐波传动这项新技术，并开展了该项目的研究工作。
70年代末，我国许多的工业部门、机械研究所和有关的工科院校都先后对谐波齿轮传动进行了理论和试验研究以及设计试制等工作，研制出了一些性能较好的谐波齿轮减速器。
自1980年起，我国也开始了谐波齿轮的标准化和系列化工作。
经过约5年时间的研究试制，于1985年制订了中小功率的通用谐波齿轮减速器的标准系列。
从而，使我国成为世界上具有通用谐波齿轮减速器标准的第四个国家。
1.1.2 谐波齿轮机构的结构组成谐波齿轮机构通常由波发生器H、柔轮g和刚轮b（采用具有刚性齿轮的行星机构相类似的符号来表示）三个基本构件所组成。
如下图所示：1-波发生器2-柔轮3-刚轮在谐波传动中，波发生器H旋转一圈，柔轮上某一点变形的循环次数，叫做柔轮的变形波数，用符号u表示；即变形波数u应按柔轮g与刚轮b同时啮合的区域数目来确定。
在一般情况下，可以采用单波（u=1）、双波（u=2）、三波（u=3）、四波（u=4）传动。
但由于受到柔轮g材料许用应力的限制，通常大都采用的是双波（u=2）和三波（u=3）传动；目前，应用较广泛的仍然是双波（u=2）传动。
而刚轮b和柔轮g的齿数差，一般应取为柔轮g的变形波数u，即Zb - Zg=u；或者在某写情况下取成u的倍数。
柔轮的变形波数u和刚轮b与柔轮g的齿数差Zp =Zb-Zg的选择应按柔轮的强度条件和传动比的大小确定。
《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：
谐波减速器原理及特点
谐波减速器原理及特点1. 概述1.1 产生及发展谐波齿轮传动技术是20世纪50年代末随着航天技术发展而发明的一种具有重大突破的新型传动技术，由美国人C. W.马瑟砖1955年提出专利，1960年在纽约展出实物。
谐波传动的发展是由军事和尖端技术开始的，以后逐渐扩展到民用和一般机械上。
这种传动较一般的齿轮传动具有运动精度高，回差小，传动比大，重量轻，体积小，承载能力大，并能在密闭空间和辐射介质的工况下正常工作等优点，因此美，俄，日等技术先进国家，对这方面地研制工作一直都很重视。
如美国就有国家航空管理局路易斯研究中心，空间技术试验室，USM公司，贝尔航空空间公司，麻省理工学院，通用电器公司等几十个大型公司和研究中心都从事过这方面的研究工作。
前苏联从60年代初期开始，也大力开展这方面的研制工作，如苏联机械研究所，莫斯科褒曼工业大学，列宁格勒光学精密机械研究所，全苏联减速器研究所等都大力开展谐波传动的研究工作。
他们对该领域进行了较系统，较深入的基础理论和试验研究，在谐波传动的类型，结构，应用等方面有较大的发展。
日本长谷齿轮株式会社等有关企业在谐波齿轮传动的研制和标准化、系列化等方面作出了很大贡献。
西欧一些国家除了在卫星，机器人，数控机床等领域采用谐波齿轮传动外，对谐波传动的基础理论也开始进行系统的研究。
谐波齿轮传动技术1970年引入日本，随之诞生了日本第一家整体运动控制的领军企业-日本Harmonic Drive SystemsInc.(简称HDSI)。
目前日本HDSI公司是国际领先的谐波减速器公司，其生产的Harmonic Drive谐波减速器，具有轻量、小型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点，被广泛应用于各种传动系统中。
谐波传动技术于1961年由上海纺织科学研究院的孙伟工程师介绍入我国。
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/T14118-1993谐波传动减速器标准，并在理论研究、试制和应用方面取得较大成绩，成为掌握该项技术的国家之一。
谐波齿轮介绍
柔轮基圆 直径
db1 db1 mz1 cos 0
柔轮分度圆 d1 d1 mz1
直径
柔轮分度圆 s1 s1 0.5m 2x1m tan 0
齿厚
时，柔轮中应力有所减 小
刚轮基圆 直径
db2 db2 mz2 cos 0
刚轮分度圆 d 2 d 2 mz2
直径
刚轮分度圆 s2 s2 0.5m 2x2m tan 0
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传动的装 置的总称。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的研制，几乎对该类传动的整个领 域中的全部问题均进行了程度不同的研究。当然，由于谐波传动本身所涉及问 题的复杂性和广泛性，因而有不少问题目前尚未作最后定论。
即
g
7
(
X
)
s
a1
sa2
0.25m 0.25m
0 0
式中 sa1, sa2 ——分别表示柔轮和刚轮的齿顶厚，可按通常渐开线齿轮的齿厚
2.参数选择
齿形几何参数 传动啮合参数 结构尺寸
表 1 谐波齿轮齿形几何参数计算公式
名称
代号 计算公式
波数
n
波高
d
模数
m md/2
齿距
p p m
柔轮齿数
zR 刚轮固定： zR 2i
备注 双波时，n=2
柔轮固定： zR zG 2
刚轮齿数
zG 刚轮固定： zG zR 2
柔轮固定： zG 2i
齿顶高 齿根高 顶隙 分度圆齿厚
h h 7 d 0.4375d 16
h h 9 d 0.5625d 16
s s 1 d 0.125d 8
谐波齿轮传动与滚珠螺旋传动
（4）定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杆 副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧 进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定 位精度和重复定位精度。
滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循 环二种。
其中内循环又分为固定式内循环和浮动式内循环。 外循环又分为螺旋槽式、插管氏、端盖式。
（1）滚珠循环方式
内循环 滚珠在循环过程中始终与丝杠表面 保持接触，内循环方式的优点是滚 珠循环的回路短，流畅性好，效率 高螺母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方便。
三、谐波齿轮传动
谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十~几百)、 传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力 强、效率高等优点，虽然需要专门设备制造，成本高，但 在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到 广泛的应用。
1 谐波齿轮传动的工作原理
三、谐波齿轮传动
谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿 的刚轮l、具有外齿的柔轮2和波发生器3。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。当波发生器装入柔轮内孔时， 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 轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；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 长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处和 脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之间 就产生了相对位移，从而传递运动。
三、谐波齿轮传动
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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
22
55
70
110
233
55
132
135
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