谐波齿轮传动在数控万能磨床上应用.pdfVIP

精密制造与 自动化 2010年第3期 谐波齿轮传动在数控万能磨床上的应用 程红卫 徐增豪 曾智敏 胡江林 王 琦 上海理工大学 (200093) 上海工具厂有限公司 (200093) 摘 要 主要介绍谐波齿轮的工作原理，结构特征和传动特点及其用作减速器时在数控万能工具磨床 VIKING US一250上的应用。随着传统的机床向高精度数控方向发展，谐波齿轮在机床传动机构中的应用会越来越广泛。 关键词 谐波齿轮 减速传动 数控万能工具磨床 谐波齿轮传动是在周转轮系基础上发展起来 的长轴和短轴的位置亦应随之不断变化，亦即在轮 的，它是用柔性构件来代替周转轮系的中间构件来 齿上的啮入、啮合、啮出、离开等位置亦随之不断 实现中间构件之间的弹性联系的。谐波齿轮传动是 变化，谐波齿轮传动就是利用波发生器所控制的柔 一 种新型的传动，它是精密齿轮传动的一种特殊形 轮变形部位的这种不断变化来传递运动和动力的。 式，这种齿轮传动的特点是可以在很小的体积之内 即波发生器的连续转动，迫使柔轮上 的一点不断发 实现很大的传动比，同时它可以做到传动误差和回 生柔性变形，此时在柔轮节圆的任一点，随着波发 差很小，甚至可达到零回差；在某些特殊场合下， 生器角位移的过程，形成了一个上下左右相对称 的 通过它还可实现向密封空间 (高真空)和有害有毒 简谐波，我们称之为 “谐波 ”。 的介质中传递运动和动力，这些优势是采用一般精 密传动或其他类型的传动所不具备的，正是谐波齿 轮的这些优势，所 以发展十分迅速 ，已从传统的航 空，航天的军事领域拓展到 冶金、矿山机械、化工 机械及电力机械等民用机械产品领域。 笔者在参与上海经委重点支持项 目一数控万能 工具磨床的改造项 目时，注意到谐波齿轮在该机床 上的成功的应用 。 图1 谐波齿轮的结构 1 谐波齿轮传动的组成及工作原理 啮合 谐波齿轮传动主要是由发生器，柔轮，刚轮组 成的。如图1所示，其中波发生器是由1个转臂和 2个滚子组成的，沿转臂的方 向叫长轴方向，与转 臂垂直 的方 向叫短轴方向。柔轮在未装配前是一个 很薄的圆环形外齿轮，其 内环直径要略小于发生器 长轴直径。刚轮是一个内齿轮，刚轮的齿数在图示 传动中比柔轮齿轮数多2个，刚轮和柔轮的周节相 @ 啮合 等，这样在装配时，当波发生器装入柔轮后，则波 图2 谐波齿轮啮合过程 发生器将迫使柔轮产生变形，并在长轴方向使柔轮 齿和刚轮齿处于完全的啮合状态，在短轴方 向处于 2 谐波齿轮传动的类型及其传动比的计算 完全脱开状态，在其他区域则根据波发生器的回转 谐波齿轮传动可以分为单级谐波齿轮传动、双 方 向分别处于某些啮入和啮出的不 同的过渡状态， 级谐波齿轮传动、复波传动、混合式谐波齿轮传动 。 如图2所示 。工作时，波发生器作回转时，则柔轮 图3所示为单级谐波齿轮传动，单级传动的传动 比 20 程红卫 等 谐波齿轮传动在数控万能磨床上的应用 为 50~500的范围内，当采用行星式波发生器时， 可达 150~4000。 图4所示为双级谐波齿轮传动 。 图 5所示为复波传动，它们的传动 比可达 2x10 。 谐波齿轮传动的传动 比，在计算时只要将波发 生器看作是系杆 (转臂)，则可按照计算行星齿轮传