谐波齿轮减速器和行星轮减速器各自的优点、工作原理、使用场合
谐波齿轮减速器和行星轮减速器各自的优点、工作原理、使用场合
谐波齿轮减速器和行星轮减速器是两种常见的精密减速器，它们在工业机器人、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍这两种减速器的工作原理、优缺点及适用场合，帮助读者更好地理解它们的特点和应用场景。
谐波齿轮减速器
优点：
- 传动比大：单级谐波齿轮传动速比在 70-320 之间，有的装置中甚至可达 1000，多级传动速比可超 30000。
- 承载能力高：双波传动中同时啮合齿数可达总齿数的 30% 以上，且柔轮用高强度材料，齿间是面接触。
- 传动精度高：多齿啮合对误差有相互补偿作用，传动误差仅为普通圆柱齿轮传动的 1/4 左右，还可实现无侧隙啮合。
- 传动效率高、运动平稳：柔轮轮齿径向移动均匀，轮齿相对滑移速度低，磨损小，效率可达 69%-96%，且啮合无冲击。
- 结构简单、安装方便：只有波发生器、柔轮、刚轮三个基本构件，输入输出轴同轴。
- 体积小、重量轻：输出力矩相同时，体积可减小 2/3，重量可减轻 1/2。
- 可向密闭空间传递运动：利用柔轮柔性特性，能将运动传递到普通减速机难以到达的受限空间。
缺点：柔轮周期性变形产生交变应力，易疲劳破坏，不利于负荷大及运动节拍高的机器人；柔轮损坏后难以修复，增加使用成本；对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。
工作原理：
由波发生器、柔轮、刚轮组成。
波发生器是动力输入单元。主要包括椭圆凸轮（内圈一般含有键槽，用于电机轴动力输入）、柔性轴承（未装上凸轮之前其形状是圆形，通常具有薄壁结构，容易产生径向变形。主要装在波发生器与柔轮之间起支撑和改滑动摩擦为滚动摩擦作用）两个零件。波发生器的椭圆形凸轮与轴承内圈采用过盈配合，柔性轴承装上波发生器的椭圆形凸轮后，会被凸轮撑成椭圆形。正常工作时，椭圆形波发生器与轴承内圈之间没有相对运动，波发生器转动带动轴承内圈一起转动。
椭圆形的波发生器上的轴承外圈与柔轮的内孔通常亦采用过盈配合。正常工作时，轴承外圈和柔轮之间没有相对运动。
随着内圈波发生器凸轮和轴承内圈的工作转动，轴承外圈和柔轮组件同时被支撑发生着椭圆形变。长轴处柔轮与刚轮完全啮合，短轴处完全分离，其余处视位置处于 “啮入” 或 “啮出” 状态。设计柔轮齿数比刚轮少两个，就会迫使柔轮在发生形变的同时连续转动（否则只会单纯地周期性形变）。
在一个啮合周期内，即波发生器转一圈时，柔轮相对刚轮移动的齿数为zg −zf 。减速比公式为：i = zg /（zg −zf ）（当柔轮固定，刚轮输出时）或 i = −zf /（zg −zf ）（当刚轮固定，柔轮输出时）。其中i为减速比，zg 为刚轮齿数，zf 为柔轮齿数，负号表示输出与输入方向相反。
使用场合：
常用于对空间要求严格、对精度要求较高的领域，价格昂贵。如航空航天、机器人关节、精密机床、医疗器械的传动部分等。
知识参考：
谐波减速器原理，秒懂！柔轮、刚轮和波发生器，三维动画演绎精密传动的奇妙世界。_哔哩哔哩_bilibili
自制谐波减速机，30倍减速，适配42步进电机_哔哩哔哩_bilibili
行星轮减速器
优点：
- 运行平稳：多个行星轮均匀分布，使行星轮与转臂的力互相平衡，参与啮合齿数多，抗冲击和振动能力强。
- 传动比大：少数齿轮就能获得较大传动比，工业用行星减速机传动比可达几千，大传动比时仍可保持结构紧凑。
- 结构紧凑、承载能力大：功率分流、共轴线传动和内啮合齿轮的合理应用，使其结构紧凑；多个行星轮共同分担载荷，每个齿轮负荷小，可采用较小模数。
- 传动效率高：传动结构对称，多个行星轮反作用力能互相平衡，单级传动效率在 97%-98% 左右。
- 高刚性、高精度：具有较高的刚性和精度，单级可做到 1 分以内的精度。
工作原理：
主要由太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架等组成。太阳轮驱动旋转时，与行星轮咬合使其自转，同时行星轮又与内齿圈咬合，在自转驱动力作用下，行星轮沿着与太阳轮旋转相同方向在内齿圈上滚动，形成 “公转” 运动，从而实现减速。
使用场合：
- 适用于各种工业领域，如起重运输行业的起重机、提升机等，工程机械领域的挖掘机、装载机等，冶金行业的轧钢机、炼焦设备等，矿山行业的破碎机、球磨机等，石油化工行业的各类泵、搅拌机等，以及汽车制造、自动化生产线等对承载能力和抗冲击能力要求较高的场合。