谐波减速机的原理、作用与技术应用研究
发布时间：
2025-04-19
来源：
网络
作者：
广东永坤电机有限公司制造
谐波减速机作为一种基于弹性变形原理的高精度传动装置，凭借其大减速比、高精度和紧凑结构的特点，在机器人、航空航天和精密仪器等领域得到广泛应用。本文从谐波减速机的核心原理出发，详细分析其结构组成、工作过程及动力学特性，结合实际应用场景探讨其功能优势和技术挑战，并对未来发展方向提出展望。
随着工业自动化与机器人技术的快速发展，传统齿轮传动在精度、体积和效率等方面的局限性日益凸显。谐波减速机（Harmonic Drive）由美国发明人C.W. Musser于1955年提出，其通过柔性齿轮的弹性变形实现动力传递，成为精密传动领域的革命性技术。谐波减速机的高精度特性使其在人形机器人关节控制、卫星天线驱动等场景中不可替代。此外，其国产化突破对降低高端装备成本、提升产业链自主可控性具有战略意义。
谐波减速机的工作原理
核心组成与功能
谐波减速机由三个关键部件构成（图1）：
波发生器（Wave Generator）：椭圆形凸轮与柔性轴承组合，作为动力输入轴，迫使柔轮周期性变形。
柔轮（Flexspline）：薄壁杯状柔性齿轮，齿形分布在开口端，通过弹性变形与刚轮啮合。
刚轮（Circular Spline）：刚性内齿轮，齿数比柔轮多2-4齿，固定于壳体或输出端。
运动传递特性
输入输出关系：波发生器输入高速低扭矩，柔轮或刚轮输出低速高扭矩。
传动误差控制：柔性啮合可补偿装配误差，传动回差小于1角分。
谐波减速机的应用领域
1 、机器人技术
工业机械臂：ABB IRB 6700系列采用谐波减速机实现腕部±0.01°重复定位精度。
人形机器人：波士顿动力Atlas机器人通过20个谐波关节模拟人类运动灵活性。
2、 航空航天
卫星天线驱动：欧洲航天局（ESA）的Sentinel卫星使用谐波减速机实现天线0.001°/s的精密指向。
火星车机械臂：NASA Perseverance的采样臂依赖谐波减速机在极端温差下稳定工作。
3 、医疗设备
手术机器人如达芬奇系统（da Vinci）利用谐波减速机实现微创手术器械的亚毫米级运动控制。
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