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今天咱们展示一下谐波减速机的原理,并3D打印制作一个:

什么是谐波齿轮?

谐波齿轮是一种独特的机械齿轮系统,在紧凑轻便的包装中允许很高的减速比。与传统的齿轮系统(例如斜齿轮或行星齿轮)相比,它在相同的空间内可实现高达30倍的更高减速比。除此之外,它还具有零齿隙特性,高扭矩,准确性和可靠性。因此,该齿轮系统可用于许多应用,包括机器人技术,航空航天,医疗机器,铣床,制造设备等。

谐波传动是1957年由沃尔顿·穆塞发明的。

它是如何工作的

谐波传动有三个关键部件,一个波形发生器,一个挠性花键和一个圆形花键。

波形发生器为椭圆形,由一个椭圆形轮毂和一个特殊的薄壁轴承组成,轴承遵循轮毂的椭圆形。这是齿轮组的输入,它连接到电机轴上。

当波形发生器旋转时,它产生波浪运动。

挠性花键有一个圆柱形的杯状结构,由柔韧但抗扭的合金钢材料制成。杯子的侧面很薄,但是底部又厚又硬。

杯子的开口端是柔性的,但是封闭端是相当刚性的,因此我们可以将它用作输出端,并将输出法兰连接到其上。挠性花键在杯的开口端有外齿。另一方面,圆形花键是一个内部有齿的刚性环。圆弧花键比柔轮花键多两个齿,这实际上是应谐波传动系统的关键设计。

因此,当我们将波形发生器插入Flex样条曲线时,Flex样条曲线将采用波形发生器的形状。

当波形发生器旋转时,它会使挠性花键的开口端径向变形。波形发生器和挠性花键然后被放置在圆形花键内,将齿啮合在一起。

由于弹性花键的椭圆形状,牙齿仅在弹性花键的相对两侧的两个区域啮合,并且这两个区域跨越波发生器椭圆的主轴。

现在,随着波形发生器的旋转,与圆形花键啮合的挠性花键齿将慢慢改变位置。由于柔性花键和圆形花键之间的齿数不同,对于波形发生器每旋转180度,齿啮合将导致挠性花键相对于波形发生器向后少量旋转。换句话说,随着波形发生器每旋转180度,与圆形花键啮合的挠性花键齿将仅前进一个齿。

因此,波形发生器旋转360度时,挠性花键将改变位置或前进两个齿。

例如,如果挠性花键有200个齿,波形发生器必须旋转100圈,柔轮花键才能前进200个齿,或者柔轮花键只能旋转一圈。这是100:1的比例。在这种情况下,圆弧花键将有202个齿,因为圆弧花键的齿数总是比挠性花键的齿数多两个。

我们可以用下面的公式很容易地计算出减速比。该比率等于挠性花键齿–圆形花键齿除以挠性花键齿。

因此,以挠性花键上的200个齿和圆形花键上的202个齿为例,减速比为-0.01。这是波发生器速度的1/100,减号表示输出方向相反。

通过改变齿数,我们可以得到不同的减速比。