精密行星减速机

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谐波减速器原理

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谐波减速器原理

发布日期:2017-12-29 作者: 点击:

一、谐波减速器构成:

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。


二、谐波减速器原理:

  1.谐波减速器原理是波发生器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。

  2.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。

  3.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。

  4.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。

  5.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。

  6.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。


三、谐波减速器原理详解:

  1.当谐波发生器为主动时,凸轮在柔轮内转动,迫使柔轮及薄壁轴承作椭圆变形运动(可控的弹性变形),这时柔轮的齿就在变形的过程中进入(啮合)或退出(啮离)刚轮的齿间。

  2.凸轮椭圆长轴两端的柔轮齿与刚轮的内齿沿齿高相啮合。

  3.这是啮合区,一般有30%左右的齿处在啮合状态;椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态(脱开);在谐波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿,沿柔轮周长的不同区段内,有的逐渐进入刚轮齿间,处于半啮合状态(啮入);有的逐渐退出刚轮齿间、处在半脱开状态(啮出)。

  4.谐波发生器在柔轮内连续转动、迫使柔轮产生连续弹性变形、便产生柔轮齿与刚轮齿的啮入-啮合-啮出-脱开这4种状态循环往复的现象,称为错齿运动。错齿运动可将减速机输入的高速转动变为输出地低速转动。    

 谐波减速器                     

      对于双波谐波发生器的谐波齿轮传动,当谐波发生器顺时针转动1/8周时,柔轮齿与刚轮齿就由原来的啮入变为啮合,脱开变为啮入,啮出变为脱开,啮合变为啮出。这时,柔轮相对刚轮转动(角位移)了1/4齿;同理,谐波发生器再转动1/8周时,重复以上过程,这时柔轮相对刚轮转过1/2齿;当谐波发生器转过1/2周时,柔轮相对刚轮转过1个齿距;当谐波发生器转动1周时,柔轮相对刚轮转过两个齿距。

     谐波发生器连续转动、迫使柔轮上的点不断改变位置,这时在柔轮节圆上的任一点,随着谐波发生器角位移的过程,形成一个上下左右对称的和谐波——谐波。

     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。目前,各国的谐波减速机,多为双波内发生器的形式。

     谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同,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。由此可看出,谐波减速机可获得很大的传动比。


四、谐波减速器特点:

 1.减速比高

 单级同轴可获得1/30~1/320的高减速比。结构、构造简单,却能实现高减速比装置。

 2.齿隙小

 不同于与普通的齿轮啮合,齿隙极小,该特长对于控制器领域而言是不可或缺的要素。

 3.精度高

 多齿同时啮合,并且有两个180度对称的齿轮啮合,因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均,使位置精度和旋转精度达到极高的水准。

 4.零部件少、安装简便

 三个基本零部件实现高减速比,而且它们都在同轴上,所以套件安装简便,造型简捷。

 5.体积小、重量轻

 与以往的齿轮装置相比,体积为1/3,重量为1/2,却能获得相同的转矩容量和减速比,实现小型轻量化。

 6.转矩容量高

 柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢。与普通的传动装置不同,同时啮合的齿数占总齿数的约30%,而且是面接触,因此使得每个齿轮所承受的压力变小,可获得很高的转矩容量。

 7.效率高

 轮齿啮合部位滑动甚小,减少了摩擦产生的动力损失,因此在获得高减速比的同时,得以维持高效率,并实现驱动马达的小型化。

 8.噪音小

 轮齿啮合周速低,传递运动力量平衡,因此运转安静,且振动极小。


五、谐波减速器应用:

   谐波齿轮减速机在航空、航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械、机床、仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用,特别是在高动态性能的伺服系统中,采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到几十千瓦,但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场


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