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1、n n谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大( (几十几十几百几百) ) 、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能 力强、效率高等优点，虽然需要专门设备制造，成本高，力强、效率高等优点，虽然需要专门设备制造，成本高， 但在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得但在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得 到广泛的应用。到广泛的应用。n n1 1 谐波齿轮传动的工作原理谐波齿轮传动的工作原理三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿谐波传动由三个主要构件所组
2、成，即具有内齿 的刚轮的刚轮l l、具有外齿的柔轮、具有外齿的柔轮2 2和波发生器和波发生器3 3。通常。通常 波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件 ，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时 ，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径，故，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径，故 柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了 柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆 短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各处短轴两端，两轮轮
3、齿则完全脱开。至于其余各处 ，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态， 或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔 轮长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处轮长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处 和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之 间就产生了相对位移，从而传递运动。间就产生了相对位移，从而传递运动。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形 的循环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的的循
4、环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的 ，称为波数。常用的有两波和三波两种。为了有，称为波数。常用的有两波和三波两种。为了有 利于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮利于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮 的齿数差应等于波发生器波数的齿数差应等于波发生器波数( (即波发生器上的滚即波发生器上的滚 轮数轮数) )的整倍数，通常取为等于波数。的整倍数，通常取为等于波数。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n2 2 谐波齿轮传动的传动比计算谐波齿轮传动的传动比计算n n式中：式中： 、 、 分别为刚轮、柔轮和波形分别为刚轮、柔轮和波形 发生器的角速度；发生器的角
5、速度；n n、 分别为刚轮和柔轮的齿数。分别为刚轮和柔轮的齿数。n n(1) (1) 当柔轮固定时，当柔轮固定时， ，则，则三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n(2) (2) 当刚轮固定时，当刚轮固定时， ，则，则n n设设 、 n n当柔轮固定时，当柔轮固定时，当柔轮固定时当柔轮固定时三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n3. 3. 谐波齿轮传动机构的选择及计算谐波齿轮传动机构的选择及计算n n常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图n n谐波齿轮传动机构选用说明：谐波齿轮传动机构选用说明：n n(1). (1). 传动比的选择传动比的选择n n目前我国谐波齿轮
6、传动机构的传动比已标准目前我国谐波齿轮传动机构的传动比已标准 化，主要有化，主要有100100、125125、160160、200200、250250、315315、 400400等。允许传动比有正负等。允许传动比有正负5 5的误差。的误差。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n(2). (2). 名义力矩名义力矩 名义力矩是指在谐波齿轮传动的使用期限（一般名义力矩是指在谐波齿轮传动的使用期限（一般 5000h5000h）允许输出的最大力矩。名义力矩也已标准化。）允许输出的最大力矩。名义力矩也已标准化。n n(3). (3). 材料选择材料选择柔轮处在反复变形的状态下工作，需要取强度和抗疲柔轮
7、处在反复变形的状态下工作，需要取强度和抗疲 劳性较好的合金结构钢来制作。对于小功率的传动装置，劳性较好的合金结构钢来制作。对于小功率的传动装置， 有时可以选用尼龙有时可以选用尼龙10101010、尼龙、尼龙6 6和含氟塑料等材料来制和含氟塑料等材料来制 作柔轮。作柔轮。刚轮可采用刚轮可采用4545钢、钢、40Cr40Cr或高强度铸铁或高强度铸铁 、球墨铸铁等、球墨铸铁等 材料。材料。波形发生器一般选用波形发生器一般选用55Si255Si2、60Si260Si2、50CrMn50CrMn等等 材料。材料。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n(4). (4). 减速机构输出轴装有齿轮、链轮、三角
8、皮带减速机构输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带 轮及平皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷轮及平皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷 ，校验公式为，校验公式为n n式中：式中：DD齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径(m)(m)n nFR FR悬臂负荷系数（齿轮悬臂负荷系数（齿轮FR=1.5FR=1.5；链轮；链轮 FR=1.2FR=1.2；三角皮带轮；三角皮带轮FR=2FR=2；平皮带轮；平皮带轮 FR=2.5)FR=2.5)n n当当n n结果安全。结果安全。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动n n滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适 量的
9、滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时 ，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器 ，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠 与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置 预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密 封件。封件。 n n滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动 副相比，有下列特点：副相比，有下列特点：n n（1 1）传动效率高）传动
10、效率高 一般滚珠丝杠副的传动效率达一般滚珠丝杠副的传动效率达 80809595，耗费能量仅为滑动丝杆的，耗费能量仅为滑动丝杆的1/31/3。四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动n n（2 2）运动平稳）运动平稳 滚动摩擦系数接近常数，启动与滚动摩擦系数接近常数，启动与 工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后 可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度 。n n（3 3）工作寿命长）工作寿命长 滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为 高硬度高硬度(HRC58(HRC5862)62)、高精度，具有较长
11、的工、高精度，具有较长的工 作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的 5656倍以上。倍以上。n n（4 4）定位精度和重复定位精度高）定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杆由于滚珠丝杆 副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧 进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定 位精度和重复定位精度。位精度和重复定位精度。n n四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动n n（5 5）同步性好）同步性好 用几套相同的滚珠丝杆副同时传用几套相同的滚珠丝杆副同时传 动几个相同的运动部件，可
12、得到较好的同步运动动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动 。n n（6 6）可靠性高）可靠性高 润滑密封装置结构简单，维修方润滑密封装置结构简单，维修方 便。便。n n（7 7）不能自锁）不能自锁 用于垂直传动时，必须在系统中用于垂直传动时，必须在系统中 附加自锁或制动装置。附加自锁或制动装置。n n（8 8）制造工艺复杂）制造工艺复杂 滚珠丝杆和螺母等零件加工滚珠丝杆和螺母等零件加工 精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动n n1. 1. 工作原理与结构工作原理与结构四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动滚珠丝杆副结构滚
13、珠丝杆副结构端盖循环端盖循环 插管循环插管循环n n丝杠和螺母的螺纹滚道间装有承载滚珠，当丝丝杠和螺母的螺纹滚道间装有承载滚珠，当丝 杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠 与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚 珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程 引导装置，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚引导装置，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚 珠在螺母滚道内循环。珠在螺母滚道内循环。n n滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环内循环和和外循
14、外循 环环二种。二种。uu其中内循环又分为其中内循环又分为固定式内循环固定式内循环和和浮动式内循环浮动式内循环 。n n外循环又分为外循环又分为螺旋槽式螺旋槽式、插管氏插管氏、端盖式端盖式。四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动外循环 滚珠在循环返回时，离开丝杠螺 纹滚道，在螺母或体外作循环运 动。内循环 滚珠在循环过程中始终与丝杠表面 保持接触，内循环方式的优点是滚 珠循环的回路短，流畅性好，效率 高螺母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方便。（1）滚珠循环方式螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸小、易于制造， 但是挡珠器刚性差，易磨损（2）外循环方式a 螺旋槽式b 插管氏插管式结构
15、简单，容易制造，但 是径向尺寸较大，弯管端部比较 容易磨损端盖式结构简单、工艺性好， 但滚道吻接和弯曲处圆角不易 加工准备而影响其性能，故应 用较少。c 端盖式n n2. 2. 滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法n n滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要 求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向 传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠 与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量 和螺母原有间隙的总和。和螺母原有间隙的总和。n n通常采用通常采用双螺母预紧双螺母预紧或或单螺母（大滚珠、大导程单螺母（大滚珠、大导程 ）的方法）的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小，把弹性变形控制在最小限度内，以减小 或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。n n四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动n n4. 4. 滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法n n(1)(1)主要尺寸主要尺寸 标称直径、导程、螺旋升角等标称直径、导程、螺旋升角等 。n n(
