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谐波减速器原理及特点

1.概述

1.1产生及发展

谐波齿轮传动技术是20世纪50年代末随着航天技术发展而发明的一种具有

重大突破的新型传动技术，由美国人C.W.马瑟砖1955年提出专利，1960年在

纽约展出实物。谐波传动的发展是由军事和尖端技术开始的，以后逐渐扩展到民

用和一般机械上。这种传动较一般的齿轮传动具有运动精度高，回差小，传动比

大，重量轻，体积小，承载能力大，并能在密闭空间和辐射介质的工况下正常工

作等优点，因此美，俄，日等技术先进国家，对这方面地研制工作一直都很重视。

如美国就有国家航空管理局路易斯研究中心，空间技术试验室，USM公司，贝尔

航空空间公司，麻省理工学院，通用电器公司等几十个大型公司和研究中心都从

事过这方面的研究工作。前苏联从60年代初期开始，也大力开展这方面的研制

工作，如苏联机械研究所，莫斯科褒曼工业大学，列宁格勒光学精密机械研究所，

全苏联减速器研究所等都大力开展谐波传动的研究工作。他们对该领域进行了较

系统，较深入的基础理论和试验研究，在谐波传动的类型，结构，应用等方面有

较大的发展。日本长谷齿轮株式会社等有关企业在谐波齿轮传动的研制和标准化、

系列化等方面作出了很大贡献。西欧一些国家除了在卫星，机器人，数控机床等

领域采用谐波齿轮传动外，对谐波传动的基础理论也开始进行系统的研究。谐波

齿轮传动技术1970年引入日本，随之诞生了日本第一家整体运动控制的领军企

业-日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)。目前日本HDSI公司是国际

领先的谐波减速器公司，其生产的HarmonicDrive谐波减速器，具有轻量、小

型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点，被广泛应用于各种传动系统中。

谐波传动技术于1961年由上海纺织科学研究院的孙伟工程师介绍入我国。

此后，我国也积极引进并研究发展该项技术，1983年成立了谐波传动研究室，

1984年“谐波减速器标准系列产品”在北京通过鉴定，1993年制定了

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GB/T14118-1993谐波传动减速器标准，并在理论研究、试制和应用方面取

得较大成绩，成为掌握该项技术的国家之一。到目前为止，我国己有北京谐波传

动技术研究所、北京中技克美有限责任公司、燕山大学、郑州机械研究所、北方

精密机械研究所、贵州群建齿轮有限公司等单位从事这方面的研究和生产，为我

国谐波传动技术的研究和推广应用开展了深入的研究和试验工作。

1.2传动原理

谐波传动减速器英文名称：harmonicgeardrive，主要由波发生器、柔性

齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，如图1-1所示。波发生器是一个凸轮部件，

其两端与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内

孔直径略小于波发生器的总长。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先

的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近

的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。

图1-1谐波齿轮减速器组成

当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的

啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进

行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向的缓慢旋转，如图1-2所示。

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图1-2谐波齿轮啮合简图

在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以

n表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，

易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。

谐波传动减速器柔轮和刚轮的齿距相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮

齿数差等于波数，即：

ZZn

－=