谐波减速机.pdf

3 4 煤矿机械 1 9 9 4年 第 3期 7 弓 ／ 1 前言 蔽碱童 锶 谐 波 减 速 机 n 北 京谐 波 传动 技术研 究所 谐波 齿轮传 动技术 的出现 是机械传动的 重 大 革命 ， 谐 波 减速 机 以它 的 体积 小 、 重 量 轻、 承载能力大等优点， 在航空、 矿 山、 冶金、 化工等行业 获得越来 越广泛的应用。 2 谐波齿 轮传动的工作原理 2 ． 1 结构特 点 谐波齿轮抟动是利用薄壳元件t 弹性齿 轮 在可控 的弹性 变形 下 进行运动 传递和 动 力传递 。 谐波 齿轮 传动由 3个基 本构 件组 成 1 谐 波发 生 器 由凸 轮 通 常 为椭 圆 形 及薄壁轴承组成 。 2 刚轮 副性的内齿轮 。 3 柔轮薄壳形 弹性 的外 齿轮 。 以上 3个构件 可 以任意固 定一 个 ， 构成 减速传动及增速传动， 或者谐渡发生器、 刚轮 主动 ， 柔轮从 动 ， 构成差动机构 。 2 ． 2 I作 原理 谐波齿轮传韵的工作原理如图所示。当 谐波发生器为主动时 ， 凸轮在柔轮内转动， 追 使柔轮及薄壁轴承作椭圆变形运动 可控的 弹性变形 ， 逮时柔轮的齿就在变形的过程中 进入 啮合 或退出 啮离 刚轮的齿问 凸轮 椭圆长轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全啮 台状态， 即柔轮的步 卜 齿与刚轮酌内齿沿齿高 相啮台 ．这是 啮 合 匿， 一般有 3 0 左 右 的齿 处在啮台状态； 椭 圆短轴两端的柔轮齿与刚 轮齿处于完 全 脱开 j 犬 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 同 、 处 在 半脱开状 态 啮出 。谐波发生器在柔轮 内 连续转动 ． 迫 『 吏柔轮产生连续弹性变形 ， 便 产 生柔轮齿 与刚 轮齿 的啮 入一啮台一啮 出一脱 开这 4种 状态循拜 往复 的现象 ， 称 为错齿运 动 ， 锵 齿运动可将减 速 机输入 的高 速转 动变 为输出的低速 转动 。 谐 担齿轮 传讪 原理 垴 l 啮台2 谐波发生器3 ． 啮出4 ． 柔轮‘ 5 ． 脱开 6 ． 刚轮7 ． 啮 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 台 ， 脱 开变 为啮 入． 啮出变为脱 开， u 旨台变为瞄 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 f ／ z齿； 当谐波发生 器 转讨 1 ／ 2周时 ， 柔轮 相对副 轮转 过 1个 齿 距 ； 当谐波发生器转 1 罔 时 ， 柔轮相对刚轮 转 过 两 个齿 距 。 谐 波发生秣 连 续转 动 ， 迫使 柔轮 上的点 不断改变位置 ， 这时在柔轮节 囡上的任一点 ， Z H T 尼 维普资讯 1 9 9 4年第 3期 煤矿f J 【 械 3 5 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 。 2 ． 3 传 动 比 目前 各国的谐 波 减速机 ， 多数 为双波 发 生器形式 ， 因此刚轮 的齿数 比柔轮 的齿 数 多 2个 ． 即 Z 一 Z ． 2 ， 减速机 的传动 比 1 当刚轮 固定 ， 谐波 发生器 主动 ， 柔轮 输出时 。 一 Z ． ／ z ， 输 入输 出相 反转动 。 2 当柔轮 固定 ， 谐波 发生器 主动 ， 刚轮 输 出时 一 Z ／ e 一 。 l ， 输出转动方 向同 谐波发生 器一致 3 当谐 波发生 器 固定 ． 柔轮 主动 ， 刚轮 输出时 3一 Z ／ z s 一 1 ． O l 6 6～ 1 ． 0 0 4 。 4 当谐 波发l生 器 固定 ， 刚 轮主动 ， 柔 轮 输 出时 丑一 Z ／ z ． 一 0 ． 9 8 3 6～ 0 ． 9 9 6 0 后两 种 情况 可 视 为速 比近 似 为 1 ， 即齿 啮联轴节 工怍状况。 3 谐波减速机的特点 3 ． 1 结构 简单 体 积 一 I 重 量 轻 谐波减速 机 主要构 件 只有 3个 谐 波发 生 器 、 柔轮 、 刚轮 。 它 比传 动 比相 当的齿轮减 速器零 件癌步一 5 o ％ 体积 和重 量均减少 I ／ 以上 。 3 ． 2 传动 比 范 围 大 谐波 减 速机 的传 动 比． 单 级 的 为 5 。～ 3 0 0 ， 优选 为 7 5～ 2 5 0 ； 双 级 的 为 5 0 0 0～ 6 0 0 0 0 。 { 复波 的可达 i 0 0 0 0 0 3 ． 3 啮合的齿数 多 双波谐 波齿 轮传动 受力后 同时l J齿合的 齿数可达 3 0 ％ 以上。 而普通齿轮传动 ， 同时 啮合的齿敬只有 2 ％ ～． 7 ％ 直齿圆柱渐开线 齿轮阿时啮 合的齿数 只有 1～ 2 对 由于谐 波 齿轮 传动同时啮 合齿数 多 ， 使 其传动 精度 高 ． 齿 的承载能力太 ， 进 而窭现 大传动 比、 小 体积。 3 ． 4 承 载 能 力大 谐波 齿轮传动同时啮 合齿数多 即承受载 荷的齿 数多 ． 在材料和速 比相 同的情 况下 ， 受 载 能 力大 大超过其它 传动 传动功率 为几瓦 至 几 十 千 瓦 3 ． 5 运动精度 高 由于多齿啮 合 ， 谐波 齿轮 比精度 相同 的 普通齿轮 的运动精度提高 4倍左右 。 3 ． 6 运 动 平 稳 ， 无 冲 击 ， 噪 音 小 齿的啮入 、 啮 出是随着柔轮的变形 ． 1还渐 进 入和逐 渐退 出刚轮 齿间 ， 啮合过 程中齿 面 接 触 、 滑移速度小 ． 且 无突然变化 。 3 ． 7 齿 侧 问 隙可 以调 整 谐 波齿轮 传动在 啮合过程 中， 柔轮齿和 刚轮齿之间问隙主要 取决于谐 波发 生器外形 的 摄大 尺寸 及两齿 轮 的齿形尺 寸 ． 因此可 以 使传动的 回差很小 ， 甚至可以是零侧 间隙 。 3 ． 8传 动效 率 高 由于谐波 传动运 动部件 步 ． 啮 合齿面 的 速度很低 ． 因此 传动效率高 ， 当俦动 比 一 6 0 ～ 2 5 0 时 ． 传 动效率 6 5 ％ ～ 9 6 ％ 谐波复 波传动效率较低 ， 齿面的磨损很小 。 3 ． 9 同 轴性 好 谐波减速机的高速轴和低速轴 位于同一 轴线上 3 ． 1 0 可实现密封 空间传动 采用密封 柔轮 谐波减速 装 置 ， 可 以驱 动 在 高真空 、 有腐蚀性 及其它 有害介质空 间的 机构 。 ． 3 1 1 可实现 高增遗传动 由于谐波齿轮传动具有效率高 、 体积 小、 重量轻等 优点 ， 可作为手摇 发电机 、 风力发 电 机等设备 的高增速装置 。 3 ． 1 2 可 实 现 差 速传 动 由于谐波齿 轮传动 的 3个 基本构件可任 意 2介主动 ， 第 3 ． 个从动 ， 如果谐 波发生器 、 刚轮主动， 柔轮从动． 就可构成差动传动机 构 ， 从而方便地实现快 慢速工作 状况 。 3 ． 1 3性 能 比较 当输入 转速 为 1 5 0 0 r ／ ml n， 传动 比和输 出力矩相 同 的情况 下 ， 5种普通 减速器 与谐 波减速机的性能比较如附表所示。 维普资讯 3 6 煤矿机械 1 9 9 4年第 3期 减速帆类型 毋 数 行 星 齿 轮 字 齿 轮 回 住 蜗 杆聋 } } 翟 圆 柱 齿 轮 谐 波 齿 轮 传动级数 3 2 2 2 3 i 输出力矩‘ N m 3 9 0 3 0 0 3 9 0 3 9 0 3 9 0 3 9 0 传 谛 比 9 7 4 9 6 1 0 8 1 0 0 9 8 ． 3 1 0 Q 技 率 8 5 8 5 0 7 8 9 3 8 5 齿轮数量‘ 十 i 3 4 2 4 6 2 轴承数量 套 l 7 6 6 6 8 5 节 圆 拽 建 度 m／ s 7 ． 6 2 7 6 Z 7 ． 6 2 7 ． 6 2 7 ． 6 2 0 0 0 { 齿 滑 动 速 度 m／ s i 2 ． 7 i 2 ． 7 7 6 I 2，l Z ． 7 0 ． 1 2 同时 啮旮齿数 ％ 7 5 2 3 3 3 0 齿面接触应力‘ MP a 3 4 5 3 4 5 8 4 3 4 5 3 4 5 4 l 2 齿 的 剪 应 力 MP a 1 7 2 l 7 2 i 0 3 l 7 2 i 7 2 2 0 6 安全系数 3 3 2 2 -j 5 3 6 齿面接触状志 纯 地 线 面 运 动 平 穗 性 中 好 好 好 中 好 力的平衡 好 好 好 好 好 好 外形尺寸 c m 高 3 3 ． 1 3 5 6 5 8 4 4 0 ． 6 5 8 ． 8 1 8 ． 5 长 3 8 ． i 5 0 8 4 8 4 3 ． Z 9 1 j 6 宽 3 3 ． 1 Z 5 4 3 5 ． 6 2 5 ． 4 3 4 6 j 6 ． 5 俸 积 c 4 0 1 4 6 l 0 0 4 4 i 8 5 5 ． 5 质 量‘ k g Uj 2 7 l 0 4 9 2 ． 5 3 2 5 2 5 ⋯0⋯⋯0D ⋯⋯⋯⋯● - t ⋯⋯⋯ _ ’● ● _ 。 ⋯●- 。 ● ‘⋯● | 1、 ●⋯I● ‘‘ ’ ● c 、⋯⋯● -● ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯0 ⋯● ⋯⋯⋯⋯c ⋯D● 上接 2 1页 相位 裕量 与整 个系统中各个环节 的参 数 有较 复杂 的关 系。 它受到移动部件重量 、 油缸 行程长度 、 滑台行程位置 、 油 缸进 回油 腔的面 积、 工作进给 速度 、 粘性 阻尼 系数 、 油 液的 弹 性模数 、 使用阀的特性、 阀的韧始压力、 所 采用的调速 方式 等诸 因素影响。 在系统 中 ， 稳定 裕量越高 ， 它的动态品质 越好。 也就是说在干扰力作用下 ， 运 动速度恢 复到稳 态所用 的时间最短。 通过实际计算可 以表 明液 压系统进 给装 置与稳定 裕量密切相关 1 液压进 给 系统装 置速 度 增加 ， 则 稳 定裕量也 增加 。 2 移动部 件 重量 增 大 ， 则稳 定 裕量 下 降 。 3 粘性 阻尼 系数与稳定裕量 成正 比变 化 。 4 稳 定裕量与油缸结构参 数有关 。 如 当进 、 回油油缸面积之 比 1 ． 4 8时 ， 稳定 r 2 裕量最大 。油缸长度和油缸行程位置也影 响 稳定 裕量 。 在出 口节流调速 系统 中 ， 随着行程 的增加， 系统稳定裕量下降。 5 出 1 3节 流调速 系统 的稳定裕 量大 于 进 口节流调速 系统 。 根据 以上结论可指导液压系统 结构参 数 的设 计选择 ， 为液压 系统的 设计 也提 供 了必 要 的依据 。 参考文献 i ．棘丰仁 ．液 压 滑台速 度 转按 动态 特性 的 理论 分 析 与 实 验研 究中 国机械工程 学 会第三砍机 械传动 年会论 文 ． 2 ． Bn哥 罗鲍奇 盒著 ．机床涟 压 采统动 力学 ． 3王冲选 ．液压传动工作滑台运动稳定性的研究 ． 太愿工 学院论 文集 ． 1 9 6 2 ． 维普资讯