諧波齒輪介紹

1、諧波齒輪傳動簡介1.概述五十年代，隨著空間科學(xué)、航天技術(shù)的發(fā)展，航天飛行器控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和儀表設(shè)備對機(jī)械傳動提出了新的要求，如：傳動比大、體積小、重量輕、傳動精度高、回差小等。對于上述要求，新出現(xiàn)的諧波傳動滿足了這種要求，它是在薄殼彈性變形的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種傳動技術(shù)。1959，1960，1955，1961所謂諧波傳動是一種靠中間柔性構(gòu)件彈性變形來實現(xiàn)運動和動力傳動的裝置的總稱。在諧波傳動出現(xiàn)后短短的幾十年中，世界各工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家都集中了一批研究力量，致力于這類新型傳動的研制，幾乎對該類傳動的整個領(lǐng)域中的全部問題均進(jìn)行了程度不同的研究。當(dāng)然，由于諧波傳動本身所涉及問題的復(fù)雜性和廣泛性，因

2、而有不少問題目前尚未作最后定論。圖1 諧波齒輪傳動系統(tǒng)諧波齒輪傳動系統(tǒng)有三個基本構(gòu)件組成，如圖2-1所示：剛輪1(Circular Spline)，柔輪2(Flexspline)和波發(fā)生器3(Wave Generator)。諧波齒輪傳動的原理就是在柔性齒輪構(gòu)件中，通過波發(fā)生器的作用，產(chǎn)生一個移動變形波，并與剛輪齒相嚙合，從而達(dá)到傳動目的。插圖2特點：優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕 3, 50%, 1/3(2)傳動比范圍大 50300, 300060000 (3)同時嚙合的齒數(shù)多 30%,正是由于同時嚙合齒數(shù)多這一獨特的優(yōu)點，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，進(jìn)而實現(xiàn)大速比、小體積。(4

3、)承載能力大 (5)運動精度高 (6)運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小 (7)齒側(cè)間隙可以調(diào)整 (8)齒面磨損小而均勻，傳動效率高 (9)同軸性好 (10)可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力 缺點：(1)柔輪周期性變形，易于疲勞損壞(2)柔輪和波發(fā)生器的制造難度較大(3)傳動比的下限值高，齒數(shù)不能太少(4)起動力矩大，且速比越小越嚴(yán)重；(5)諧波齒輪傳動沒有中間軸，因而不能獲得中間速度(6)如果結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)或結(jié)構(gòu)時機(jī)不良，發(fā)熱過大，降低傳動承載能力目前，各國學(xué)者公認(rèn)柔輪筒體的疲勞破壞是諧波傳動最為主要的失效形式。應(yīng)用：由于諧波傳動具有其他傳動無法比擬的諸多獨特優(yōu)點，近幾十年來，它已被迅速推廣到能源、通

4、訊、機(jī)床、儀器儀表、機(jī)器人、汽車、造船、紡織、冶金、常規(guī)武器、精密光學(xué)設(shè)備、印刷機(jī)構(gòu)以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，并獲得了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外的應(yīng)用實踐表明，無論是作為高靈敏度隨動系統(tǒng)的精密諧波傳動，還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動力諧波傳動，都表現(xiàn)出了良好的性能；作為空間傳動裝置和用于操縱高溫、高壓管路以及在有原子輻射或其它有害介質(zhì)條件下工作的機(jī)構(gòu)，更是顯示出一些其他傳動裝置難以比擬的優(yōu)越性。2.參數(shù)選擇齒形幾何參數(shù) 傳動嚙合參數(shù) 結(jié)構(gòu)尺寸表1 諧波齒輪齒形幾何參數(shù)計算公式名稱代號計算公式備注波數(shù)n雙波時，n=2波高d模數(shù)m齒距p柔輪齒數(shù)剛輪固定：柔輪固定：剛輪齒數(shù)剛輪固定： 柔輪固定： 齒頂高齒根高頂隙分度圓齒

5、厚剛輪分度圓直徑剛輪齒頂圓直徑剛輪齒壓力角雙波時，柔輪分度圓直徑柔輪齒頂圓直徑柔輪齒壓力角雙波時，剛輪齒根圓直徑柔輪齒根圓直徑表2 諧波齒輪傳動的嚙合參數(shù)選擇及幾何計算名稱代號計算公式備注齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)柔輪變位系數(shù)對于柔性軸承已按標(biāo)準(zhǔn)選定的，-柔性軸承的外徑；-壁厚；對于動力傳動和傳遞運動的傳動，可按照諧波齒輪傳動的理論和設(shè)計（沈允文.1985）圖4-9選擇剛輪變位系數(shù)大致可取；對于齒嚙式輸出聯(lián)接的剛輪，大致取：； 根據(jù)具體情況可作適當(dāng)調(diào)整柔輪齒根圓直徑為了防止齒頂變尖和嚙入瞬時產(chǎn)生齒頂干涉，因而采用縮短齒頂高的辦法柔輪齒頂圓直徑徑向變形系數(shù)一般可取：最大嚙入深度（又稱齒廓工作段高）從提高

6、傳動承載能力的角度出發(fā)，必須保證對于的傳動，受到齒頂變尖的限制，同時受到用插齒刀能否加工出所需剛輪齒根圓直徑的條件限制剛輪齒頂圓直徑剛輪的齒頂圓和齒根圓直徑是根據(jù)在齒輪嚙入深度處保證有必要的徑向間隙以及消除過度曲線干涉的條件下確定的剛輪齒根圓直徑基準(zhǔn)齒形角當(dāng)時，與相對應(yīng)的柔輪之節(jié)圓壓力角應(yīng)為采用壓力角時，柔輪中應(yīng)力有所減小柔輪基圓直徑柔輪分度圓直徑柔輪分度圓齒厚剛輪基圓直徑剛輪分度圓直徑剛輪分度圓齒厚測量用圓柱直徑柔輪分度圓齒厚改變系數(shù)剛輪分度圓齒厚改變系數(shù)測量柔輪時量柱中心所在遠(yuǎn)上的漸開線壓力角測量剛輪時量柱中心所在遠(yuǎn)上的漸開線壓力角測量柔輪時用的量柱測量距測量剛輪時用的量柱測量距表3 圓柱

7、形柔輪結(jié)構(gòu)尺寸名稱代號參數(shù)計算備注柔輪長度一般，；對于齒式聯(lián)接結(jié)構(gòu)的柔輪，可??；對于短筒柱形柔輪，對于整體式柔輪，取偏大值；輕載時d值可適當(dāng)減小，重載時可適當(dāng)增大；塑性柔輪壁厚為鋼制柔輪的23倍柔輪壁厚或者：柔輪光滑筒體部分的壁厚或者齒圈寬度其中，-齒寬系數(shù)，對于動力傳動，對于傳遞運動的傳動，聯(lián)接齒圈的寬度3.約束條件為保證諧波傳動能正常工作，設(shè)計中必須滿足如下列約束條件為(1)不產(chǎn)生齒廓重疊干涉 要使兩輪在嚙合過程中不產(chǎn)生齒廓重疊干涉，就要使在任意嚙合位置兩齒廓的工作段不相交。當(dāng)嚙合處于第一象限時(如圖4)不發(fā)生干涉的條件顯然為 圖4 齒廓間隙圖 圖5 不產(chǎn)生過渡曲線干涉的條件(2)不產(chǎn)生過

8、渡曲線干涉 為了防止在嚙合過程中產(chǎn)生過渡曲線干涉，所選取的嚙合參數(shù)必須保證：在輪齒最大嚙入深度的位置上的柔輪和剛輪的齒頂均不進(jìn)入配對齒輪輪齒的過渡曲線部分(如圖5)，于是，諧波齒輪傳動不發(fā)生過度曲線干涉的條件為 即 統(tǒng)一寫作 式中 分別為柔輪和剛輪的齒頂圓半徑柔輪齒根圓直徑 柔輪齒頂圓直徑 剛輪齒頂圓直徑 剛輪齒根圓直徑 柔輪齒漸開線起始點和剛輪漸開線終止點處的半徑，可按如下的公式計算式中 機(jī)床嚙合中心距（或切齒中心距），按下式計算機(jī)床嚙合角（或切齒嚙合角），其計算通式為剛輪齒厚改變系數(shù) 刀具分度圓齒厚改變系數(shù) 刀具頂圓半徑 刀具基圓半徑 刀具齒數(shù)刀具是變位系數(shù)(3)最大嚙入深度不應(yīng)小于某一規(guī)

9、定值 為提高傳動的承載能力，并適當(dāng)擴(kuò)大嚙合區(qū)間，因而必須限定不能小于某一規(guī)定值。一般情況下，可取此值等于模數(shù)m。由于最大嚙入深度在柔輪的變形長軸處達(dá)到，為保證最大嚙入深度不小于m，則下面的不等式必須成立所以 (5)最大嚙入深度不應(yīng)超過其允許的極限值 嚙入深度的最大值應(yīng)受刀具所能加工的最大齒高的條件限制，此限制條件可表示為即 (6)保證齒頂和齒根之間有一定的徑向間隙 為了滿足傳動徑向間隙的要求，必須對柔輪齒頂和剛輪齒根間的徑向間隙進(jìn)行驗算即 (7)在短軸方向柔輪齒能順利退出嚙合 如果在設(shè)計時嚙合參數(shù)選擇不當(dāng)，很可能導(dǎo)致柔輪齒在變形短軸方向不能退出嚙合。因此，為滿足條件，必須即 (8)保證柔輪剛輪齒頂不變尖 齒頂不變尖，即滿足 即 式中 分別表示柔輪和剛輪的齒頂厚，可按通常漸開線齒輪的齒厚公式計算；分別為柔輪和剛輪變位后的分度圓齒厚；分別為柔輪和剛輪的齒頂壓力角；(9)取值要合理 根據(jù)國內(nèi)外的使用情況，一般可取，即4.強(qiáng)度校核由彎矩引起的沿母線方向的正應(yīng)力為 由彎矩引起的周向正應(yīng)力為 由扭矩引起的沿方向的剪應(yīng)力為 由力矩引起的剪應(yīng)力亦應(yīng)修正為 正應(yīng)力和剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，則有 因此，安全系數(shù) 其中柔輪材料的彈性模量柔輪材料的泊松比正應(yīng)力系數(shù)，查表剪應(yīng)力系數(shù)，查表柔輪形狀畸變引起的應(yīng)力增長系數(shù)，查表動載系數(shù)，一般取1.11.4剪應(yīng)力分布不