諧波傳動是50年代中期隨著空間科學技術的發(fā)展在薄殼彈性變形理論基礎上發(fā)展起來的一種新型傳動。該傳動的基本原理由美國聯合制鞋公司研究顧問C.WaltMusser(1909~1998)于1955年提出。1960年，C.WaltMusser在發(fā)表于美國機械設計雜志的論文中使用了HarmonicDrive一詞，中文翻譯為諧波傳動或諧波齒輪傳動。

諧波減速器的基本概念

    諧波減速器主要由波發(fā)生器、柔性齒輪、剛性齒輪、柔性軸承、交叉滾子軸承等五個基本構件組成，是一種靠波發(fā)生器裝配上柔性軸承使柔性齒輪產生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。諧波齒輪傳動減速器是利用行星齒輪傳動原理發(fā)展起來的一種新型減速器。

    一般來說，諧波減速器生產廠家主要生產三個基本構件：

（1）帶有內齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪；

（2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪；

（3）波發(fā)生器，它相當于行星架。

    作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。

    波發(fā)生器是一個桿狀部件，其兩端裝有滾動軸承構成滾輪，與柔輪1的內壁相互壓緊。柔輪為可產生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。波發(fā)生器是使柔輪產生可控彈性變形的構件。當波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復始地進行，從而實現柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉。工作時，固定剛輪，由電機帶動波發(fā)生器轉動，柔輪作為從動輪，輸出轉動，帶動負載運動。在傳動過程中，波發(fā)生器轉一周，柔輪上某點變形的循環(huán)次數稱為波數，以n表示。常用的是雙波，雙波傳動的柔輪應力較小，結構比較簡單，易于獲得大的傳動比。故為目前應用最廣的一種。

    諧波齒輪傳動的柔輪和剛輪的齒距相同，但齒數不等，通常采用剛輪與柔輪齒數差等于波數，即z2－z1=n，式中z2、z1--分別為剛輪與柔輪的齒數。

    當剛輪固定、發(fā)生器主動、柔輪從動時，諧波齒輪傳動的傳動比為i=-z1/(z2-z1)，雙波傳動中，z2－z1=2，柔輪齒數很多。由此可看出，諧波減速器可獲得很大的傳動比，其主要特點如下：

    1．承載能力高諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數（重疊系數）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高。

    2．傳動比大，雙級諧波齒輪傳動的傳動比，可達i=30～320。

    3．體積小、重量輕。

    4．傳動效率高、壽命長。

    5．傳動平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，運動精度高。

    6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝復雜。

    下圖展示了山卓諧波減速器（標準筒結構）的技術參數：

    在第二屆國際機器人檢測認證高峰論壇上，山卓諧波減速器成為經過國家機器人檢測與評定中心（廣州）認定的唯一一家傳動誤差達到國標A級的諧波減速器生產廠家。

柔輪及剛輪齒形設計

    諧波齒輪在角度傳動精度、強度、剛度等方面具有極高要求，而要實現這些高性能要求，齒形設計至關重要，首先需要建立共軛齒廓模型，可以采用曲線映射理論來建模，如下圖所示。

    由于計算復雜，同時需要考慮到復雜的受力情況，山卓諧波減速器引入了國際知名諧波減速器齒輪設計軟件，從而加速了產品研發(fā)，縮短了產品定型時間。

    山卓諧波減速器SZ-HS-4-50-I柔輪剛輪齒形如下：

    同時，也可計算剛輪柔輪的受力情況。

    山卓諧波減速器SZ-HS-32-100-I剛輪FEM分析如下圖：

    山卓諧波減速器SZ-HS-32-100-I柔輪FEM分析如下圖：

    綜上所述，國際知名諧波減速器齒輪設計軟件的引進可以減少設計風險，加快了國產諧波減速器追趕國際領先品牌的速度。在此同時，也大大降低了諧波減速器設計工程師的工作量，使其有更多時間做一些前瞻性的研發(fā)。

關鍵生產工藝的控制

    山卓諧波減速器主要生產工藝有：1.澆鑄毛坯件2.熱處理時效3.粗車4.旋壓5.熱處理6.精車7.熱處理8.精車9.研磨10.齒形加工11.齒形修形12.清洗13.特殊熱處理14.去應力15.清洗16.組裝17.測試。主要需求設備：車床，旋壓機，真空爐，滾齒機，磨齒機，插齒機，熱處理爐，諧波專業(yè)測試臺等。其中，主要機加工設備全部由日本進口，選用的是日本哈默那科使用的同款加工機型。

    如何保證生產出來的諧波減速器品質的一致性，是擺在各諧波減速器生產廠商的一大難題，山卓諧波減速器特別引進了諧波專業(yè)測試臺，每一批次的產品會抽檢，如果有產品技術數據超出了廠標范圍，則會封存此批產品，甚至報廢處理。

    諧波專業(yè)測試臺如下：

    專業(yè)的檢測設備，能夠長期追蹤每一批次產品的技術數據，從而提高產品的質量水平，山卓諧波減速器SZ-HS-20-50-I的傳動精度如下圖：

    通過引進先進的生產設備和檢測設備，深圳市山卓諧波傳動科技有限公司能夠提供穩(wěn)定的傳動精度國標A級諧波減速器，從而成為具有強大競爭力的國產工業(yè)機器人核心零部件供應廠商。

安裝及售后服務的重點

    國產諧波減速器由于發(fā)展時間短，客戶認可度不高，導致各廠家的安裝及售后服務負擔重，任務緊，我們認為要加強對用戶的引導。

    選型，除了對扭矩的計算，連接方式的選擇外，還要針對客戶的一些特殊要求做出調整，下面以山卓諧波減速器對某大型光伏設備生產商就某機器的諧波減速器選型建議：

    此機器軸向負載為400-600KGF，以前選用的為類似HD的CSD-32-50-2UH,軸向負載Fa為3210N，無法達到要求，應該選用CSD-32-100-2UF才能滿足該機器的要求，HD技術數據如下：

    另外，我們也應該對諧波減速器的安裝向用戶提出具體的指導意見，如山卓諧波減速器對某大型光伏設備生產商提出的安裝意見：如果因為現場條件困難，無法旋轉裝入波發(fā)生器，請接好伺服馬達電源線，在機器上設置轉速為30RPM左右，手持馬達后部均勻裝入波發(fā)生器。從而避免因用戶安裝不當引起的功能故障。

參考文獻：

沈允文，葉慶泰．諧波齒輪傳動的理論和設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1985

M．H．伊萬諾夫，沈允文，李克美．諧波齒輪傳動[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1987

HarmonicDriveReducerforprecisioncontrolGeneralcatalog,2017