谐波减速器及应用
发布时间：
2025-07-17
来源：
网络
作者：
永坤电机
谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装置。其构造主要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个基本构件组成。
谐波减速器工作原理通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式，当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。
一、谐波减速器的优劣势：
1、谐波减速器具有高传动精度、较高传动比、小体积质量的优势。
（1）高传动精度：因为谐波传动中同时啮合的齿数多，误差平均化，即多齿啮合对误差有相互补偿作用，故传动精度高。在齿轮精度等级相同的情况下，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。同时可采用微量改变波发生器的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小，甚至能做到无侧隙啮合，因此传动空程小，适用于反向转动。
（2）较高传动比：波发生器每旋转180度，由于柔轮和刚轮只存在部分接触，从而只会使得刚轮改变一个齿的位置，从而形成减速效果，因此也具有了较高的传动比。
（3）小体积质量：谐波减速器由于其特殊的柔轮传动结构，使得其核心部件较少，在输出力矩相同的情况下，体积可减少2/3,重量可减轻1/2。
2、劣势在于其相对较低的传动效率、低扭矩以及较短的寿命。
（1）较低的传动效率：谐波减速器在传动过程中由于柔轮的弹性变形和啮合摩擦等因素，会产生一定的能量损失，导致传动效率相对较低。
（2）低扭矩：谐波减速器在承受大扭矩时可能会面临柔轮变形过大或啮合不良等问题，因此一般情况下输出扭矩较低。
（3）寿命较短：谐波减速器的工作原理依赖于柔轮的弹性变形，这种变形在长期的使用过程中会导致材料的疲劳和磨损。柔轮需要反复高速变形，因而较为脆弱，容易在应力集中区域出现裂纹或断裂。
二、谐波减速器的技术壁垒主要体现在柔轮技术、刚轮材料选择上。
1、柔轮技术
（1）材料选择：例如，国内外柔轮材料较多使用40Cr材料，但晶粒和铁氧体相的不合理会导致局部微裂纹和尺寸精度的变化，因此，需要选择原始坯料纯度高、包含的杂质和非金属夹杂物水平低的材料。
（2）齿形设计与加工：不同的齿形设计会对传动性能产生影响，例如渐开线齿形的传动误差较大；圆弧齿形工作性能良好、摩擦小；摆线齿形继承了圆弧齿廓所具有的优点，但摆线齿轮齿的设计较为复杂困难，制造误差和装配误差会严重影响谐波传动的精度。
2、刚轮材料选择
刚轮在传动过程中需要不断地和柔轮相接触，通过摩擦来传动。因此刚轮的抗磨擦程度直接关系到减速器的寿命。例如2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢中硬度相近条件下，40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大，耐磨性能最差。
谐波减速器运用广泛，工业机器人领域目前占据主要份额，同时在智能物流、新能源、高端数控机床、医疗器械、半导体生产设备等领域也有广泛的应用。由于人形机器人需要模拟人类的灵活动作，谐波减速器被广泛应用于机器人的关节部位，如肘关节、腕关节等，未来会是重要应用场景。
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