【正文】 形式 柔輪的結構形式與諧波傳動的結構方案選擇有關。由此便成了一個自由度W=1 的組合式諧波齒輪機構，稱為封閉諧波齒輪機構。通常，有徑向串聯(lián)式雙級諧波機構和軸向串聯(lián)式雙級諧波機構兩種形式。其結構簡 單、傳動范圍廣。因此，該諧波傳動屬于空間嚙合的齒輪機構。 按輪齒的嚙合類型可分為 a. 徑向嚙合式諧波齒輪傳動 其特點是：嚙合齒 輪副的輪齒是沿著圓柱形柔輪和剛輪的母線方向分布，即其輪齒方向與傳動的回轉軸線相平行，因此，該諧波傳動屬于平面嚙合的齒輪機構。 b. 具有外波發(fā)生器的諧波齒輪傳動 該結構的外形尺寸較大，轉動慣量也大；因而，它不適用于高速的傳動。 按波發(fā)生器相對于柔輪的配置可分為 a. 具有內(nèi)波發(fā)生器的諧波齒輪傳動 能充分利用空間，徑向尺寸小，結構緊湊，制造安裝方便。而且，其結構 較為復雜。該諧波傳動的特點是徑向力較小，內(nèi)力較平衡，對中性能好；偏心誤差較小。因而，雙波傳動應較廣泛。 b. 雙波傳動 其齒數(shù)差為 2。 諧波齒輪傳動的結構分類 按變形波數(shù) 可分為 a. 單波傳動 其齒數(shù)差為 1。 應該指出，盡管柔輪上各點與起始長軸的相對位置不同，即各點的起始相位角不同，而其中線上各點的運動軌跡都相同。而固連于 A 點的柔輪的齒將隨 A點一起運動，從而，推動剛輪沿著與波發(fā)生器相同的方向旋轉。若取 ? =0（即 A點），則當波發(fā)生器的轉角 ? H =00 ～ 1800 時，柔輪中線上的 A點將沿著 A、 A1 、 A2 、 A3 、 A的封閉環(huán)行軌跡運動。 根據(jù)柔輪中線不伸長的假設條件（因柔輪受載荷變形后，其中線伸長量極微?。瑒t可使得切向的位移為 ? =? ?wd =?2 (? ) (2) 對于雙波傳動（ u=2） ，當波發(fā)生器以角速度 ω H 順時針旋轉時，其角位移為 ? H =wH t，則柔輪中線上的點相對于長軸位置的角位移量為 ? ? H =? wH t； t 為波發(fā)生器旋轉的時諧波齒輪傳動 第 5 頁 共 22 頁 間。 當忽略柔輪壁厚 δ 的影響，波發(fā)生器可使柔輪按預定的形狀產(chǎn)生變形，即有 ω =?1 (? ) (1) 式中， ? 為自變形長軸開始的未變形柔輪中線上點的角位移。如下圖所示： 在彈性力學理論中，通常應研究殼體中面上點 的位移，即圓周切向的位移 v、徑向方向的位移 w 和軸向位移 u。而垂直于圓柱殼體軸線的截面與中面的交線，稱為柔輪的中線；以符號rm 表示未變形時的中線半徑。 通過未變形柔輪壁厚中間線的圓柱面，稱為柔輪的原始中面。對于雙波傳動（ u=2）的運動規(guī)律是：波發(fā)生器 H 旋轉一周（周長 2? rH ），柔輪相對于剛輪在圓周方向轉過兩個齒矩 2p 的弧長；若 H 旋轉二分之一圈時，柔輪就轉過一個齒矩 p 的弧長；若 H旋轉四分之一圈時，則柔輪便轉過 p/2（ p為齒矩）的弧長；依次類推。正是由于存在著這種相互的錯齒運動，才能把輸入運動變成為輸出運動。而處于波發(fā)生器長軸與短軸之間（如 45o 方向）的輪齒，沿柔輪軸長的不同區(qū)段內(nèi)，有的輪齒逐漸進入剛輪的齒間，而處于半嚙合狀態(tài)，稱為嚙入；有的齒江南大學畢業(yè)設計 第 4 頁 共 22 頁 輪則逐漸退出剛輪的齒間，而處于半脫開狀態(tài)，稱為嚙出。當剛輪固定，波發(fā)生器為輸入件，柔輪為輸出件時，其傳動原理為： 如下圖所示： 當波發(fā)生器在原動機的驅(qū)動下于柔輪內(nèi)旋轉時，就迫使柔輪不斷地產(chǎn)生變形，于是，柔輪的輪齒就在變形的過程中逐漸進入或退出剛輪的齒間。柔輪和剛輪的齒矩 p（周節(jié)）相等，但剛輪的齒數(shù)比柔輪的齒數(shù)要多。在航天飛行方面，可用諧波傳動馬達代替火箭中的液體原動機和人造衛(wèi)星儀器上的諧波馬達等。在機械自動化方面，可用于數(shù)控機床的傳動裝置，回轉機構的減速器。 由上述可見，諧波齒輪傳動與普通齒輪傳動、蝸桿蝸輪傳動等比較，具有許多獨 特的優(yōu)點，而且日益得到人們的重視和廣泛應用。但是，在專業(yè)化的工廠中，進行大批量的生產(chǎn)時，由于采用專門的工裝夾具和新的工藝，則可使諧波齒輪機構的制造成本比行星齒輪機構的制造成本低。但是，其單級傳動比的上限值又受到嚙合輪齒的最小模數(shù)值和輪齒嚙入深度的限制，故其傳動比的上限值為： 350～ 400。因為，其傳動比的下限值受到柔輪工作時的最大應力σ max 的限制。它的缺點如下： a. 諧波齒輪傳動的傳動比下限值較高，當采用剛制柔輪時，其單級傳動比不得小于60。這是現(xiàn)有的其它傳動機構所不能及的。由于柔輪被固定后，它既可用作為封閉傳動裝置的殼體，又可以產(chǎn)生彈性變形，即完成錯齒運動，從而達到傳遞運動或動力的目的。由于諧波機構中的輸入軸與輸出軸大都位于同一軸線上，所以，該傳動的同軸性能良好。而且，柔輪的嚙入和嚙出是隨著其本身的變形而逐漸進入和退出剛輪齒槽間的，因此，其運動平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象。 h. 運動平穩(wěn)，無沖擊。在諧波齒輪機構的傳動過程中，由于輪齒的相互摩擦而致使其產(chǎn)生空回量。一般，諧波機構本身是不能自鎖的，故它既可作為減速器，又可作為增速器。諧波齒輪機構的傳動效率與其結構、加工精度、表面粗糙度和潤滑有關。因此，在諧波機構的傳動過程中，輪齒工作面磨損小，而且均勻。此時，輪齒 間的相對滑動速度要比剛性齒輪傳動小許多倍。 e. 齒面磨損小而且均勻。由于諧波機構同時嚙合的齒數(shù)較多，其輪齒誤差能相互補償一部分。由于諧波齒輪傳動同時參與嚙合的輪齒數(shù)目多，即可承受載荷的輪齒數(shù)目也多，故其傳動平穩(wěn)，承載能力大。而普通圓柱齒輪同時嚙合齒數(shù)一般為兩對左右，即重合度ε =1～ 2。 c. 同時參與嚙合的齒數(shù)多。一般單級諧波齒輪機構的傳動比為 i=60～ 100。零件數(shù)約少一半 ,結構簡單、重量也減少了許多。 諧波齒輪機構的主要特點 由于諧波齒輪傳動中具有一個柔性構件 (柔輪 g),所以 ,與具有剛性構件的行星齒輪傳動相比較 ,諧波齒輪機構具有以下幾個主要特點 : a. 結構簡單 ,重量輕 ,體積小 .由于諧波齒輪機構的零件數(shù)目較少 ,其主要零件只有剛輪 b、柔輪 g 和波發(fā)生器 H 三個。 當變形波數(shù) u=2，而齒數(shù)差 Zp =Zb Zg =0 (零齒差 )時 ,這種零齒差的齒輪副嚙合也是完全可以實現(xiàn)的 .在這種情況下 ,諧波齒輪減速器便轉化為諧波齒輪連軸器 。對于傳動比 i80 的剛制柔輪 g，采用變形波數(shù) u=2 和齒數(shù)差 Zp =︱ Zb Zg ︱ =2 較為合理。而剛輪 b 和柔輪 g 的齒數(shù)差，一般應取為柔輪 g的變形波數(shù) u，即 Zb Zg =u；或者在某寫情況下取成 u的倍數(shù)。在一般情況下，可以采用單波（ u=1）、雙波（ u=2）、三波（ u=3）、四波（ u=4）傳動。 諧波齒輪機構的結構組成 諧波齒輪機構通常由波發(fā)生器 H、柔輪 g 和剛輪 b（采用具有剛性齒輪的行星機構相類似的符號來表示）三個基本構件所組成。經(jīng)過約 5 年時間的研究試制，于 1985 年制訂了中小功率的通用諧波齒輪減速器的標準系列。 70年代末，我國許多的工業(yè)部門、機械研究所和有關的工科院校都先后對諧波齒輪傳動進行了理論和試驗研究以及設計試制等工作，研制出了一些性能較好的諧波齒輪減速器。此外，諧波齒輪還包括：諧波摩擦傳動、諧波螺旋傳動和諧波無級變速傳動等結構類型。因為，由波發(fā)生器的作用迫使柔性齒輪所產(chǎn)生的變形波是一個基本對稱的簡諧波，故稱這種機械傳動形式為諧波傳動。諧波齒輪傳動 第 1 頁 共 22 頁