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谐波轴承减速器如何工作?

发布时间:2025-12-17
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谐波轴承减速器工作原理
一、核心组成
谐波轴承减速器由三大关键部件组成:
波发生器:由椭圆形凸轮和柔性轴承组成,与输入轴连接
柔轮:薄壁弹性杯状零件,外圆周有齿,与输出轴连接
刚轮:固定的刚性内齿圈,内圆周有齿,通常比柔轮多 2 个齿
二、工作过程详解
1. 弹性变形生成
当波发生器装入柔轮内孔时,因椭圆凸轮长轴略大于柔轮内径,迫使柔轮从圆形变成椭圆形
柔性轴承在内圈固定于椭圆凸轮的情况下,外圈随凸轮形状弹性变形,支撑柔轮并减少摩擦
2. 周期性啮合循环
波发生器连续旋转时,柔轮产生周期性弹性变形,形成四种循环状态 :
啮入:柔轮齿开始进入刚轮齿槽
啮合:在椭圆长轴两端,柔轮齿与刚轮齿完全啮合
啮出:柔轮齿开始脱离刚轮齿槽
脱开:在椭圆短轴两端,柔轮齿与刚轮齿完全分离
3. 减速原理:齿数差效应
核心减速机制:刚轮固定,波发生器主动旋转,柔轮从动输出
由于刚轮齿数比柔轮多(通常多 2 个),波发生器每转一周,柔轮会相对刚轮反向旋转一个齿距
例如:刚轮 100 齿,柔轮 98 齿,波发生器转 1 圈,柔轮仅转 2/98 圈(约 7.35 度),实现49:1 的减速比
4. 连续传动形成
波发生器持续旋转时,柔轮变形波沿圆周移动,啮合点位置不断变化,形成连续的简谐波形运动 。柔轮齿从 "啮入→啮合→啮出→脱开→再啮入" 循环往复,使柔轮以波发生器相反方向缓慢旋转输出 。
三、关键技术点:柔性轴承
柔性轴承是谐波减速器的核心元件,其特殊设计使谐波传动成为可能 :
内外圈壁薄,能随椭圆凸轮轮廓弹性变形而不损坏
安装方式:内圈紧配合在椭圆凸轮上,外圈与柔轮固定
作用:支撑柔轮变形、传递扭矩、将滑动摩擦转为滚动摩擦
寿命:谐波减速器寿命主要取决于柔性轴承寿命
四、减速比计算
标准配置(刚轮固定,波发生器输入,柔轮输出)的减速比公式:
i = N₂/(N₂-N₁)
N₂:刚轮齿数
N₁:柔轮齿数
常见减速比:50:1 至 300:1
例:N₂=100,N₁=98,减速比 i=100/2=50
五、谐波传动优势
相比传统减速器,谐波轴承减速器具有:
超高精度:背隙极小(<1 角秒),传动误差 < 1 角分
大减速比:单级可达 50-300
体积小重量轻:结构紧凑,重量比同等传动比传统减速器轻 50%
传动平稳:多齿同时啮合(约 30% 齿数),冲击小、噪音低
高承载:齿面接触面积大,转矩密度高
总结
谐波轴承减速器通过波发生器→柔轮弹性变形→周期性啮合→齿数差减速这一独特原理,实现了高精度、大速比的动力传递。其核心在于利用柔性轴承使柔轮产生可控弹性变形,通过与刚轮的齿数差实现减速,是精密传动领域的重大技术突破,广泛应用于工业机器人、航空航天和医疗器械等高精度领域。
谐波齿轮减速机

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