机器人关键部件——谐波齿轮的原理

时间:2019-07-22 来源: 专栏
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谐波驱动的发明者C.W. Mather

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谐波驱动是由美国发明家马瑟基于一个新概念和一个独特的理论发明创造的。

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马瑟是一位天才发明家,他已经跨越了他所研究的机械工程领域,并在物理,化学和生物学等广泛领域获得了1500多项专利。

到目前为止,为了实现“高速,高精度”,不断改进传动功率的齿轮箱。

在这方面,马瑟的谐波驱动理论,即金属弹性和弹性力学的应用,颠覆了传统常识的动力传递方法,赢得了世界的关注。

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金属弹性力学谐波传动的应用

使用金属弹性力学的谐波传动仅由三个基本部件(波发生器,弯曲轮和刚性轮)组成(由于形状不同,一些由四个基本部件组成,但传动原理不变)。在其啮合中可以看到产生这种高精度驱动的谐波驱动的独特机制。

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波发生器

椭圆形凸轮的外部嵌有薄壁滚珠轴承。轴承的内轮固定在凸轮上,外轮由球弹性变形。通常安装在输入轴上。

软轮

一种具有薄壁杯型的金属弹性体部件。齿轮刻在开口的外圆周上。柔性轮的底部(杯子的底部)称为隔膜,通常安装在输出轴上。

只是围绕

刚体环部件。内圆周上刻有齿轮,比柔性轮齿多两个齿。通常固定在外壳上。

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它是如何工作的

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波发生器使柔性轮弹性变形并具有椭圆形状。为此,椭圆的长轴部分与刚性轮完全接合,而两轮齿的短轴部分处于完全脱离状态。

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当刚性轮固定时,波发生器顺时针旋转,柔性轮弹性变形,与刚性轮齿啮合的部分依次移动。

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波发生器顺时针旋转180度,柔性轮逆时针旋转一个齿。

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波发生器旋转一圈(360度)。由于挠性轮的齿数比刚性轮的齿数小两个,因此两个齿逆时针移动。此动作通常作为输出传递。

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谐波驱动功能

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减速比高于单级同轴的减速比,以实现1/30至1/320的高减速比。结构和结构简单,但可以实现高减速比装置。小间隙(空转)谐波传动与普通齿轮啮合不同,齿隙非常小。此功能是控制器领域不可或缺的元素。同时具有高精度和多齿啮合,以及两个180度对称齿轮啮合,因此齿轮螺距误差和累积螺距误差对旋转精度有相对均匀的影响,使位置精度和旋转精度达到非常高的水平。小零件,易于安装三个基本组件实现了高减速比,并且都在同轴上,因此该套件易于安装且形状简单。体积小,重量轻与传统齿轮箱相比,体积为1/3,重量为1/2,但可以获得相同的扭矩容量和减速比,体积小,重量轻。高扭曲轮材料的扭矩容量使用具有高疲劳强度的特殊钢。与普通变速器不同,同时啮合的齿数占齿总数的约30%,并且表面接触,因此施加到每个齿轮的压力变小,并且可以获得高扭矩容量。高效齿轮啮合区域非常小,减少了摩擦引起的动力损失。因此,在实现高减速比的同时,保持了高效率并且驱动电动机小型化。低噪音齿的圆周速度低,传递动力平衡,操作安静,振动极小。

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