JOURNALOFWUHANUNIVERSITYTECHNOLOGYVoJun.2004活齿端面谐波齿轮的传动原理与传动比(武汉理工大学机电工程学院,武汉430070)首次提出了一种活齿端面谐波齿轮传动装置,介绍了这种新型谐波齿轮传动装置的传动原理和传动比的计算方法。活齿端面谐波齿轮传动综合利用了现有的谐波齿轮传动的优点,能够克服现有的谐波齿轮传的变形与其承载能力之间的矛盾,并能增加同时啮合的齿数,加大齿轮的模数,从而可以在保留现有谐波齿轮传动所有优点的基础上,使其所传递的功率增加数十倍,因此具有广泛的应用前景。关键词:端面谐波齿轮;中图分类号:TH132.文章编号:1671244314收稿日期:2004202216.作者简介:教授ransmissionTheorySpeedRatioEndFaceHarmonicGearDriveOscillatingTeethZHen2bo,YAGao2bing(SchooElectronicEngineering,WUWuhan430070,China)Abstract:endfaceharmoniousgeardrivescillatingteethlatestinventions.ransmissiontheoryspeedratiointroducedendfaceharmoniousgeardrivescillatingteethcontainscommonharmonicgeardrivescillatingtooth,whichradicallysolvecontradictionbetweendeformationcarryingcapacityflexiblegear.simultaneouslymashedteethcarryingcapacityhasincreasedseveraldecuplesreservingallmeritcommonharmonicgeardrive.newtypedrivecanextensivelyappliedindustrialfields.Keywords:scillatingtooth;endfaceharmonic;ransmissiontheory;speedratio活齿端面谐波齿轮传是综合现有的端面谐波齿轮传的优点而发明的一种新型传动装置,能够克服现有的谐波齿轮传动中柔轮的变形与其承载能力之间的矛盾,并能增加同时啮合的齿数,加大齿轮的模数,从而可以在保留现有谐波齿轮传动所有优点的基础上,使其所传递的功率增加数十倍,别适用于需要大传动比、大功率减速器的机械、矿山、冶金、建材等多种行业。1活齿端面谐波齿轮传动的基本结构和工作原理活齿端面谐波齿轮传动装置主要由端面齿轮、波发生器、活齿及槽轮等4个基本构件组成,其主要的结构特点是:将现有谐波齿轮传动中的刚轮改为端面齿轮,刚轮的内齿改为端面上沿圆周方向均匀分布的轮发生器由径向的圆盘凸轮改为轴向的圆柱端面凸轮;将柔轮分成若干块活齿(每块活齿上有若干个轮齿)并将活齿置于槽轮中使其可作轴向的往复运动。图1活齿端面谐波齿轮传动装置的结构示意图输出轴2.端面齿轮3.槽轮4.发生器7.输入轴8.连接套9.压块10.滑动轴承活齿端面谐波齿轮传动装置按其结构可分为单边传动和双边传种型式。单边传动装置的结构示意图如图1所示,其工作原理是:当安装在输入轴7发生器6旋转时,在其端面凸轮的作用下,可在槽轮3中作轴向往复运动,并与端面齿轮2相互啮合,从而带动槽轮3与端面齿轮2当端面齿轮2固定时,固装在输出轴1上的槽轮3旋转(也可将槽轮3固定,使端面齿轮2旋转)达到传递运动和动力的目的。在传动过程中,利用非定常升力面原理,使活齿的一端始终与波发生器相接触,而另一端则相应地与端面齿轮处于啮入或啮出的状态。活齿与端面齿轮在一侧齿面的啮入运动是依靠波发生器端面凸轮的推动,而其啮出运动则是依靠端面齿轮另一侧齿面的反向推动作用双边传动装置的结构简图如图1发生器6固装在输入轴7其两端都制有端面凸轮,分别与两端槽轮3接触,输入端的槽轮通过轴承活套在输入轴上,输出端的槽轮与输出轴1连接套8则支承在滑动轴承10并用压块9限位。在传动过程两端槽轮3中各滑槽内的活齿4,发生器6的推动下,分别与固定在箱体5两端的端面齿轮2带动两端的槽轮3(通过连接套8成为一个整体)作同步的同向回转,由输出轴1输出运动和动力。2端面齿轮的齿数、活齿的理论总齿数与波发生器波数的关系1单齿传动与多齿传动在活齿端面谐波齿轮传活齿分为若干块,每块活齿上只有一个轮齿的传动称为单齿传而每块活齿上有多个轮齿的传动称为多齿传动。因此活齿的理论总齿数ZO可用下式表示ZOZA、ZV分别为每块活齿上的实际齿数和空缺的齿数,ZA可取自然数,ZV可取非负整结构中,端面齿轮、活齿、槽轮和波发生端面凸轮的理论升程h1必须等于端面齿轮轮齿的理论高度h2,而且活齿与端面齿轮之间必须按理论的相对位置配置(如图2所示)二者才能实现正确的啮合。根据结构设计或传递功率的需要,动的结构中,可以抽去若干块活齿(图22端面齿轮的齿数、活齿的理论总齿数与波发生器波数的关系对于活齿端面谐波齿轮传动来说,端面齿轮的齿数ZE、活齿的理论总齿数ZO(通常取1～4)之间的关系为代入式(2)可得与现有谐波齿轮传动的齿数关系可正可负,也就是说,ZO只能等于波发生器端面凸轮的波不能等于U的整数倍(因为不能保证活齿与端面齿轮之间的理论相对位置)。活齿端面谐波齿轮的传动原理与传图2活齿端面谐波齿轮单齿传动时端面齿轮、活齿、槽轮和波发生器端面凸轮的周向展开图,表示端面齿轮与活齿之间两种不同的啮合部位。为了保证端面齿轮与活齿正确啮合,二者在圆周方向上总的弧长必须相等,因此,左侧齿面与端面齿轮处于啮入状态(波发生器的运动方向如图3所示)端面齿轮处于啮入状态,端面齿轮的运动方向如图3相反)。图3端面齿轮与活齿之间2种不同的啮合部位及其传动方向(槽轮固定)发生器为了满足Z动的结构中,活齿的宽度必须小于端面齿轮的周节,或者抽去若干块活齿(如图2而在多齿传动的结构中,为了避免活齿块之间产生干涉,通常采用在每个活齿块上空缺一个轮齿的方法。3活齿端面谐波齿轮传动装置的传动比活齿端面谐波齿轮传动属于行星轮系的范畴,由于轮系中端面齿轮、波发生器和槽轮的轴线重合,运用行星齿轮传动的运动学理论进行研究,也就可以采用W illis 的转化机构法来确定其传 动比(宏观传 。对于图1所对应的行星轮系机构, 分别为波发生器、槽轮和端面齿轮的绝对角速度, 整个机构加上一个与波发生器的角速度大小相等、方向相反的角速度(- 则各构件间的相对运动关系仍保持不变。但由于给整个机构加了一个(- 。于是,活齿端面谐波 齿轮传 就转化为类似于一般的啮合传动。在这样的转化机构中, 槽轮和端面齿轮相对于波 发生器的角速度分别为 ΞHW 与活齿的理论总齿数ZO之比为u, 则转化机构的传动比为 ΞHWΞEW WH=ZO 负号表示槽轮与波发生器反向; WH=ZO 槽轮与波发生器同向。 ZE-ZO 端面齿轮与波发生器同向;