諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)與應(yīng)用主要內(nèi)容一、諧波齒輪傳動(dòng)的發(fā)展歷史二、諧波齒輪傳動(dòng)的原理及特點(diǎn)三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容六、發(fā)展趨勢(shì)及待解決的問(wèn)題ZRIME第2頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、諧波齒輪傳動(dòng)的發(fā)展歷史諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)是50年代隨航天技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的傳動(dòng)技術(shù)在這數(shù)十年中，世界各工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家都集中了一批研究力量致力于這類(lèi)新型傳動(dòng)的研究

美國(guó)、日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，諧波傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速，目前處于世界領(lǐng)先水平我國(guó)在60年代開(kāi)始諧波傳動(dòng)方面的相關(guān)研究，已經(jīng)取得了一系列的研究成果ZRIME第3頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三大構(gòu)件實(shí)物圖傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖（少齒差傳動(dòng)）二、諧波齒輪傳動(dòng)的原理及特點(diǎn)1-剛輪2-柔輪H-波發(fā)生器1.傳動(dòng)原理ZRIME第4頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、諧波齒輪傳動(dòng)的原理及特點(diǎn)2.特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕(零件數(shù)量約減少50%，體積和重量減少1/3以上)

傳動(dòng)比大，傳動(dòng)比范圍廣(單級(jí)傳動(dòng)50～300，雙級(jí)傳動(dòng)3000～60000，復(fù)波可達(dá)100～140000)

承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)且精度高，噪音低(同時(shí)嚙合的齒數(shù)多,材料和速比相同的情況下，承載能力要超過(guò)其它傳動(dòng)方式。其傳遞的功率范圍一般為幾瓦至幾十千瓦)ZRIME優(yōu)點(diǎn)：第5頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、諧波齒輪傳動(dòng)的原理及特點(diǎn)

可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

(可以驅(qū)動(dòng)在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間工作的機(jī)構(gòu))傳動(dòng)效率高,且在傳動(dòng)比很大的情況下，仍具有較高的效率(隨速比的不同（u=60～

250)，效率約在96～65%左右,其中復(fù)波傳動(dòng)效率較低)

傳動(dòng)回差小，齒側(cè)間隙可以調(diào)整,甚至可實(shí)現(xiàn)零側(cè)隙傳動(dòng)2.特點(diǎn)ZRIME優(yōu)點(diǎn)：第6頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二.諧波齒輪傳動(dòng)的原理及特點(diǎn)因柔輪周期性變形，工作情況惡劣，從而易于疲勞損壞柔輪和波發(fā)生器的制造難度較大，需要專(zhuān)門(mén)的制造設(shè)備，給單件生產(chǎn)和維修造成了困難傳動(dòng)比的下限值高，齒數(shù)不能太少，當(dāng)波發(fā)生器為主動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比一般不能小于352.特點(diǎn)

起動(dòng)力矩大ZRIME缺點(diǎn)：第7頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用

機(jī)器人

空間技術(shù)雷達(dá)通訊

醫(yī)療器械汽車(chē)工業(yè)

儀器儀表

現(xiàn)代武器裝備常規(guī)武器印刷包裝機(jī)械數(shù)控機(jī)床精密光學(xué)設(shè)備ZRIME主要應(yīng)用領(lǐng)域：第8頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在機(jī)器人中的應(yīng)用日本東京大學(xué)設(shè)計(jì)的服務(wù)機(jī)器人諧波齒輪傳動(dòng)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用最多，在該領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量超過(guò)總量的60％ZRIME第9頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在其他機(jī)器人中的應(yīng)用ZRIME第10頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在空間技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用神州號(hào)飛船美國(guó)設(shè)計(jì)的火星探測(cè)裝置ZRIME第11頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在武器裝備中的應(yīng)用

廣泛地應(yīng)用于航空、航天、船舶潛艇、宇宙飛船、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、導(dǎo)航控制、光電火控系統(tǒng)、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)等軍事裝備中，如在戰(zhàn)機(jī)的舵機(jī)和慣導(dǎo)系統(tǒng)中，在衛(wèi)星和航天飛船的天線(xiàn)和太陽(yáng)能帆板展開(kāi)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中都得到應(yīng)用已經(jīng)在并將越來(lái)越多地在微型飛機(jī)、便攜式偵察機(jī)器人、微小型水下航行器以及精確打擊武器、靈巧武器和智能武器等新概念微小型武器系統(tǒng)中得到應(yīng)用。ZRIME第12頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在武器裝備中的應(yīng)用空警2000大型預(yù)警機(jī)C-802反艦導(dǎo)彈殲-7ZRIME第13頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用在醫(yī)療器械中的應(yīng)用在口腔醫(yī)療器械中得到應(yīng)用ZRIME第14頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀國(guó)外小模數(shù)精密諧波齒輪傳動(dòng)裝置多采用短筒柔輪，其體積小、重量輕、承載能力高我國(guó)還是采用杯形柔輪，還沒(méi)有生產(chǎn)和應(yīng)用短筒柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置ZRIME日本筒形柔輪的長(zhǎng)徑比為0.5～0.8，我國(guó)為0.7～1.0，美國(guó)已開(kāi)發(fā)并產(chǎn)品化了長(zhǎng)徑比約為0.5的CSF系列和長(zhǎng)徑比約為0.2的CSD系列產(chǎn)品

第15頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀1.國(guó)內(nèi)外諧波齒輪減速器比較（轉(zhuǎn)速1500r/min，速比100）

表1國(guó)內(nèi)外諧波齒輪減速器主要參數(shù)比較表外徑(mm)7085110135170長(zhǎng)度

(mm)國(guó)外1417222733我國(guó)50557095110轉(zhuǎn)矩

(N.m)國(guó)外57110233398686我國(guó)3355132265495ZRIME第16頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀2.柱狀圖國(guó)內(nèi)外諧波齒輪減速器主要參數(shù)比較柱狀圖ZRIME第17頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀3.柱狀圖比較結(jié)果我國(guó)諧波齒輪傳動(dòng)裝置尺寸大，承載能力反而小相同外徑的產(chǎn)品，國(guó)外諧波齒輪傳動(dòng)裝置的體積僅是我國(guó)產(chǎn)品的30％左右，而承載能力（轉(zhuǎn)矩）卻是我國(guó)產(chǎn)品的1.39～2倍ZRIME第18頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天a我國(guó)生產(chǎn)的杯形柔輪b美國(guó)HDSystems公司生產(chǎn)的短筒柔輪

國(guó)內(nèi)外柔輪比較示意圖

四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀4.國(guó)內(nèi)外柔輪比較ZRIME第19頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀5.齒輪精度比較國(guó)外小模數(shù)諧波齒輪傳動(dòng)裝置中的齒輪精度一般比我國(guó)的齒輪精度高1～2級(jí)國(guó)外諧波齒輪傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)精度和回差一般小于3′,我國(guó)產(chǎn)品的回差一般都大于6′

ZRIME第20頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容

嚙合原理及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究齒形研究柔輪變形及應(yīng)力狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)制造工藝研究傳動(dòng)精度研究ZRIME重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容：第21頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容1.嚙合原理及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究研究諧波齒輪嚙合理論主要采用的幾種方法:圖解分析法在確定嚙合齒對(duì)的一個(gè)齒廓后運(yùn)用中性層曲線(xiàn)的變形關(guān)系，用極坐標(biāo)仿射或嚙合運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系圖解法求出另一齒廓

用包絡(luò)理論求共軛齒形的解析法其實(shí)質(zhì)是把柔輪彈性變形轉(zhuǎn)化為共軛運(yùn)動(dòng)的一個(gè)組成部分，并用包絡(luò)理論求解諧波齒輪的共軛齒形

等速曲線(xiàn)法把諧波齒輪傳動(dòng)中一對(duì)齒的嚙合過(guò)程看作是柔輪齒和剛輪齒分別沿著各自的等速曲線(xiàn)以某一相等的速度運(yùn)動(dòng)，剛輪和柔輪的等速曲線(xiàn)長(zhǎng)度之比即為傳動(dòng)比

冪級(jí)數(shù)法把齒廓曲線(xiàn)方程、共軛條件、傳動(dòng)比均用級(jí)數(shù)形式表示，把空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題

ZRIME第22頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容1.嚙合原理及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究諧波傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型可分為兩大類(lèi):摩擦模型

按照無(wú)滑動(dòng)純滾動(dòng)原理，來(lái)分析定義傳動(dòng)比，并將平均角速度積分原理引入研究行星傳動(dòng)模型

將諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)抽象為行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把其看作行星齒輪傳動(dòng)的變形，按照行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性來(lái)研究其運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律ZRIME第23頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容2.齒形研究齒形研究發(fā)展:直線(xiàn)齒形漸開(kāi)線(xiàn)齒形S齒形將柔輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了簡(jiǎn)化，沒(méi)有考慮薄壁彈性變形時(shí)產(chǎn)生的切向位移和法線(xiàn)轉(zhuǎn)角，認(rèn)為只存在徑向位移原蘇聯(lián)學(xué)者用圖解法分析后指出柔輪和剛輪可以近似地采用漸開(kāi)線(xiàn)齒形另外還有圓弧齒廓及擺線(xiàn)齒廓日本學(xué)者從不需變形而保證連續(xù)接觸的角度出發(fā)，提出的基于曲線(xiàn)映射的新齒形，映射基準(zhǔn)曲線(xiàn)為柔輪齒頂相對(duì)剛輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。ZRIME第24頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容2.齒形研究漸開(kāi)線(xiàn)齒形S齒形漸開(kāi)線(xiàn)齒形及修形漸開(kāi)線(xiàn)齒形，由于在工藝上易于加工而得到最廣泛的使用

“S齒形”，對(duì)諧波齒輪嚙合性能、承載能力等有很大的提高，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)這種齒形進(jìn)行研究

ZRIME第25頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容3.柔輪變形及應(yīng)力狀態(tài)分析主要研究方法:理論公式法根據(jù)彈性薄殼體的幾何非線(xiàn)性理論，采用光滑圓柱殼體的簡(jiǎn)化模型，進(jìn)行理論分析，推導(dǎo)應(yīng)力公式常用的有光彈性法和電阻應(yīng)變片法。實(shí)驗(yàn)法直觀，接近實(shí)際，但實(shí)驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)，無(wú)法獲得柔輪內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變情況，常與理論公式法相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)歸納法計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析法

多采用有限元法，可以縮短研究周期，節(jié)省研究費(fèi)用，可以在較理論公式法較少簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，分析柔輪中的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況ZRIME第26頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容4.結(jié)構(gòu)參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)常規(guī)方法

在給定傳動(dòng)比、輸出扭矩后，為了得到各輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬等一系列參數(shù)，往往采用類(lèi)比法或事先選定其中的幾個(gè)參數(shù)，給出各種誤差值后，再求出其它參數(shù)。采用這種方法，難以得到最優(yōu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

是針對(duì)嚙合參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了單一參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的某些缺陷，可使傳動(dòng)效率、承載能力提高，結(jié)構(gòu)尺寸縮小ZRIME結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法：第27頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容5.制造工藝研究諧波齒輪傳動(dòng)裝置中，波發(fā)生器和具有幾百個(gè)輪齒的柔輪加工最為復(fù)雜

國(guó)際上開(kāi)發(fā)了柔輪滾軋加工技術(shù)，剛輪內(nèi)齒滾壓加工工藝及凈成形加工方法等

用“轉(zhuǎn)化嚙合再現(xiàn)法”來(lái)加工柔輪輪齒，是使柔輪處在與剛輪空載嚙合時(shí)相同的變形條件下進(jìn)行范成加工，消除了嚙合干涉，縮短了跑合時(shí)間燕山大學(xué)在滾軋柔輪和剛輪齒形、焊接柔輪、粘接柔輪及柔輪毛坯熱強(qiáng)旋成形等方面做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，取得了較大的進(jìn)展ZRIME第28頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容5.制造工藝研究

另外，采用新材料來(lái)替代傳統(tǒng)柔輪材料也是很有潛力的研究方向如用具有高單位剛度、高比強(qiáng)度與優(yōu)異阻尼性能的碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料來(lái)制造柔輪，柔輪有足夠的扭矩傳遞能力，且其抗扭剛度提高50%，在基本固有頻率下的衰減能力可提高100%ZRIME第29頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、重點(diǎn)研究方向和內(nèi)容6.傳動(dòng)精度研究

由于多對(duì)齒同時(shí)嚙合，因此諧波齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)精度要高于一般齒輪傳動(dòng)的精度孫瑞濤等從系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，按誤差獨(dú)立性作用原理研究了齒輪的切向綜合誤差與基節(jié)誤差、齒輪安裝軸的偏心與配合間隙偏心、輸出軸與軸承孔的偏心和配合間隙、軸承的徑向游隙與徑向跳動(dòng)以及波發(fā)生器部件對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)誤差的影響等結(jié)果表明：柔輪、剛輪和波發(fā)生器等零件的制造誤差及裝配誤