关于谐波减速器

谐波减速器的原源

谐波减速器是谐波齿轮传动装置（Harmonic gear drive）的简称。谐波齿轮传动既可以减速，又可以加速，但是传动比很大（50-160），因此，常用于减速，尤其是在工业机器人领域。

1955年，由美国发明家C.W.Musser 发明，然后在1970年，在东京，Harmonic Drive （哈默纳克）公司成立，是目前世界上最大的谐波减速器技术和生产商。

结构和原理

谐波减速器一般由三部分构成，刚轮、柔轮、谐波发生器。

刚轮，简而言之，就是一个刚性内齿圈，在薄型或者微型的谐波减速器中，刚轮会和CRB轴承设计成一体。

柔轮，有效工作区域结构上类似于一个轮毂特别窄的齿轮，柔度较大，薄壁柔性金属体。齿数要比刚轮少一些（一般是2或者4个齿）。

刚轮和柔轮都有结构上的孔，便于固定时固定用，也不影响自由式正常运转。

谐波发生器（Wave Generator），谐波发生器的结构上类似于一个焦距适当小的椭圆凸轮啮合在一个滚珠轴承里，在这里，关于为什么要有这个滚珠轴承，在原理上的必要性目前认为是因为为了隔离谐波发生器和柔轮，从力学优化上可以看出来似乎是为了减少摩擦，降低能量损耗，减少热量。

变速原理

类似于初学者呼啦圈，呼啦圈转得很快，而转的人会磕磕绊绊的缓慢反转以至于摔倒。想象这样一个场景，会更容易上手理解，

三个传动原件，是三个部件传动啮合，刚轮、柔轮、谐波发生器三者均可以作为输入或者输出，由于柔轮相比于刚轮少了几个齿，而柔轮与刚轮的捏合关系，所以就会有差速出现，并且，选择不同部件作为输入和输出，减速比会会差距极大。

这里分别介绍

三个部件，分别为输入输出，固定端。有排列规律可知，A33 = 6 共有六种排列方式，设定基本减速比为R，

1）刚轮固定（Zc），柔轮输出(Zf)，谐波产生器输入：

i =（Zf - Zc）/Zf = -1/R

2）（标准减速）刚轮固定（Zc），柔轮输入(Zf)，谐波产生器输出：

i = Zf /（Zf - Zc）= R

3）刚轮输入（Zc），柔轮固定(Zf)，谐波产生器输出：

i = Zc / (Zc - Zf ) = R + 1

4) 刚轮输出（Zc），柔轮固定(Zf)，谐波产生器输入：

i = (Zc - Zf ) / Zc = 1 / (R+1)

5）刚轮输入（Zc），柔轮输出(Zf)，谐波产生器固定：

i = -Zc / Zf = (R+1) / R 

6) 刚轮输出（Zc），柔轮输入(Zf)，谐波产生器固定：

i = - Zf / Zc = R/(R+1)

性质特点

1）承载能力强，传动精度高

普通直齿圆柱渐开线齿轮，啮合齿数只有1-2个，啮合率通常只有2%-7%，而谐波齿轮啮合率高达30%，故承载能力显著高，齿距误差，和累计齿距误差，相对要小很多，大约是普通传动齿轮的1/4。但是相比于高精度数控机床回转轴来说，谐波减速器（角分级）还是不如角秒级，这是工业机器人定位精度落后于数控机床的主要原因。

2）传动比大

可以根据原理图刻出来传动比大。

3）结构简单、体积小、重量轻，传动平稳，使用寿命长

谐波减速器零件少，只有三个，而且由于都是内啮合的，所以体积小，质量小，重量也轻，啮合齿多，冲击小，所以寿命就长。