什么是应变波齿轮又名谐波驱动器?机器人应用的完美齿轮组!?

在本教程中，我们将学习什么是应变波齿轮，也被称为谐波传动。首先，我们将解释它的工作原理，然后设计我们自己的模型和3D打印，这样我们可以在现实生活中看到它，更好地了解它是如何工作的。亚博88下载

什么是应变波齿轮？

应变波齿轮是一种独特的机械传动系统，其允许紧凑且轻质的封装中的高减速比。与传统的传统传动系统（如螺旋齿轮或行星齿轮）相比，它可以在相同空间中获得高达30倍的更高减少比率。除此之外，它还具有零间隙特性，高扭矩，准确性和可靠性。因此，该传动系统用于许多应用，包括机器人，航空航天，医疗机，铣床，制造设备等。

应变波齿轮是在1957年由C.沃尔顿Musser发明的，而另一个名称是常用的它，“谐波驱动器”，实际上是应变波齿轮商标由谐波驱动器公司。

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好吧，让我们来看看它是如何运作的。亚博88下载谐波驱动有三个关键部件，波发生器，柔性花条和圆形样条。

波发生器为椭圆型，由椭圆轮毂和沿轮毂椭圆形状的特殊薄壁轴承组成。这是齿轮组的输入，它连接到电机轴。

当波浪发生器旋转时，它会产生波浪运动。

Flex样条曲线具有圆柱形杯的形式，它是由柔性但扭转的合金钢材料制成的。杯子的侧面非常薄，但底部是厚实的刚性的。

这允许开口端杯是灵活的，但封闭端是相当刚性的，因此我们可以使用它作为一个输出，并连接输出法兰。弯曲花键在杯的开口端有外齿。

另一方面，圆形花键是内部有齿的刚性环。圆形花键有两个牙齿，柔性花键实际上是应变波齿轮系统的关键设计。

因此，当我们将波发生器插入Flex样条曲线时，Flex样条曲线呈现波发生器的形状。

当波发生器旋转时，它会使弯曲样条的开口端发生径向变形。然后将波发生器和伸缩花键置于圆形花键内，使齿啮合在一起。

由于柔性花键的椭圆形状，牙齿仅在柔性花键的相对侧上的两个区域内啮合，并且在波发生器椭圆的主轴上。

现在，随着波发生器的旋转，与那些圆形花键啮合的Flex花键齿将慢慢改变位置。由于柔性花键和圆形花键的齿数不同，每旋转180度，齿的啮合会导致柔性花键相对于波浪发生器向后旋转少量。换句话说，随着波发生器的每180度旋转，与圆形花键啮合的柔性花键齿将只前进一个齿。

因此，对于波发生器的360度的完全旋转，弯曲样条将改变位置或前进两个齿。

例如，如果Flex样条齿有200齿，则波发生器必须执行100转，以便柔性花键预付200齿，或者只是柔性花条的单次旋转。这是100：1的比率。在这种情况下，圆形花键将具有202齿，因为圆形花键数量总是更大的，柔性花键齿两者。

我们可以用下面的公式很容易地计算缩减比。该比值等于柔轮花键齿-圆花键齿，除以柔轮花键齿。

因此，在弯曲花键上的200齿的例子和圆形花键上的202齿的例子，减少比率为-0.01。这是波发生器的速度和减去叹息的速度表示输出呈相反的方向。

通过改变数量或牙齿，我们可以获得不同的减少比率。

我们可以通过改变机构直径，而有相同的大小的牙齿，或通过改变牙齿大小保存的大小和重量的齿轮组。

应变波齿轮 - 谐波驱动3D模型

好的，所以现在我们知道应变波动背后的理论，让我告诉你我是如何设计的，所以我们可以使用3D打印机建立它。

我设计了使用融合360的应变波动齿轮型号。所有这些部件都可以打印3D，因此我们只需要一些螺栓和螺母，以及一些轴承来完成组件。至于输入，我选择使用NEMA 17步进电机。

以下是我如何设计应变波齿轮的3个关键元素，圆形样条，弯曲样条和波发生器。由于3D打印机有自己的限制，如何好，准确和精确可以打印，首先，我必须决定的是齿轮模块或多大或小的牙齿将是。我为圆形花键选择了1.25和72齿的模块。

在课程中，Flex样条曲线需要少2齿，或者70颗牙齿。这将导致35：1的比率同时具有相对较小的齿轮组。

至于波发生器，我们不能真正使用前面提到的那些特殊类型的薄壁轴承，因为它们不容易找到。相反，我们将使用围绕椭圆圆周布置的正常球轴承。椭圆的尺寸应根据柔性花键内壁的尺寸进行。

我将椭圆的长轴半径比挠性样条的内壁半径大1.25mm。另一方面，椭圆的短轴半径要小1.25mm。

波浪发生器将由两个部分组成，10个轴承可以很容易地连接。其中一个部分还具有适用于固定NEMA 17步进电机的轴联轴器。

其余部分是围绕这3个关键组件设计的。在外壳的输出端，我们将插入两个外径为47mm的轴承，并用一些螺栓和螺母将它们固定。

输出法兰由与螺栓和螺母相连的两部分制成，因此我们可以轻松地将其固定到两个轴承上。

您可以下载3D打印所需的3D模型和STL文件。

应变波齿轮谐波传动三维模型

1文件9.79 MB

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应变波齿轮-谐波驱动器STL文件

1文件1.44 MB

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另请参阅

用于初学者和爱好者的最好的3D打印机

3D打印应变波齿轮-谐波传动

好了，现在是时候3D打印零件了。当3D打印齿轮，这是重要的使用水平扩展功能在你的切片软件。

我调到了-0.15毫米，得到了相对不错的打印精度。注意，这可能会因打印机而异。如果不使用这个功能，印刷的时候由于灯丝的膨胀，打印出来的尺寸会稍微大一些，会导致零件，或者齿轮不能正常啮合。

我用我Creality CR-10 3D打印所有部分的打印机，我认为考虑到其价格点，它确实很好。

因此，以下是所有3D印刷部件。

我们只需要一些螺栓，螺母和一些轴承来完成谐波驱动器的组装。

以下是所有组件的完整列表：

• 螺栓:
• M3x16 - 13件
• M3x12 - 4
• M4x12 - 6
• M4x25 - 6.
• M4X30 - 6.
• M4x40 - 4
• 坚果:
• M3自锁- 13
• M4自锁- 16
• M4 - 10.
• 轴承:
• (OD) 16毫米x() 5 - 10毫米x (W) 5毫米 ..............亚马逊
• (OD) 47毫米x(在)35毫米x 7毫米(W) - 2 ..............亚马逊
• yabo7. com电子产品:
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我开始装配插入两个输出轴承到住房。轴承的外径为47mm，内径为35mm。就像我说的，我使用-0.15毫米水平膨胀补偿切片零件，所以轴承安装相当紧密的住房。

在两个轴承之间，我放置1.5毫米3D打印距离环。为了将轴承固定到外壳上，我们需要6个长度为25mm的M4沉头螺栓。我们还将使用M4垫圈，它将刚好接触到轴承的外圈，因此它们将保持轴承与外壳的安全。

接下来是Flex样条。杯子的壁只有1.2毫米，所以尽管它是用PLA打印的，但在开口端仍然很灵活。

在Flex样条键的封闭端，我们可以使用六个M4螺栓连接输出法兰。一旦固定，Flex样条曲线现在稍微灵活，之前，但近端现在非常僵硬。

接下来，我们需要通过轴承插入Flex样条曲线。输出法兰通过第一轴承一半。另一方面，我们将插入输出法兰的另一部分，该部分将完全适合两个轴承。

我继续在输出轴上的槽中放置四个m4螺母。这些螺母将用于将事物连接或连接到齿轮组的输出。

为了完成输出轴，在此之上，我放置另一个部分，该部分将覆盖螺母，并使用40mm长度的4 M4螺栓，我最终将两个输出部件固定在一起。现在，柔性花键和输出轴可以自由地固定到壳体。

OK，所以接下来我们具有圆形花键，该圆形花键将与齿轮组盖子和电机支架一起固定在壳体上。但在我们这样做之前，我们需要组装波发生器。在此，我们需要插入两个m3坚果。这些螺母将用于使用两个GRUB螺钉将波发生器固定到电机轴上。

接下来，我们可以开始将10个轴承插入到位。我们可以注意到这里，轴承是如何从墙壁远离墙壁的一点点，轴底部的小边缘。波发生器的另一部分还具有这样的边缘，因此轴承不会触摸墙壁。我们将保护轴承和实际上是整个波发生器，带16毫米长的M3螺栓和一些螺母。

接下来，我们需要将波浪发生器固定到马达上，但在此之前，我们需要将马达连接到马达支架和齿轮组的盖子上。波浪发生器应该离电机盖2mm，所以我在插入波浪发生器时使用了两个垫圈作为导向。然后，我们只需要拧紧grub螺丝的定位方式，他们可以达到之间的轴承。

最后，我们可以将波浪发生器插入到弯曲样条中，并将所有东西连接在一起。我们应该首先调整弯曲样条以椭圆形式与圆形样条啮合，然后在同一方向插入波发生器。

说实话，这可能有点困难，因为我们由于电机安装座而没有对Flex样条的控制。我本可以设计有点不同，但我仍然认为这足以证明目的是好的。

现在剩下的就是在这些外壳插座中插入M4螺母，并将圆形花键和波浪发生器固定在外壳上。

就是这样，我们的应变波齿轮或谐波驱动器现在完成了。但当我完成，我认为完成齿轮设置像这样是有点无聊，因为我们可以看到除了一个缓慢旋转的输出轴。在那里，我决定取代3D打印齿轮组盖子与亚克力，所以我们也可以看到什么是在里面。

我有一个4毫米扁压克力板，所以我标记了形状的盖子上，并使用手锯我粗略地削减形状。

然后使用锉刀，我微调丙烯酸的形状。我用3mm钻头和电动机的大孔制成孔，25mm Forstner位。这种形状在最后出现了漂亮的体面。

我以前的表演重新组装了电机和波发生器。我们可以在此处注意到，我在丙烯酸和壳体之间添加了一些螺母，以便在盖子之前获得适当的距离。

现在这套装备看起来酷多了。

我连接了步进电机到Arduino所以我可以控制电机速度和方向，更好地检查，看看系统的工作原理。

所以这里是。现在我们可以看到谐波驱动器如何在现实生活中工作。在这种情况下，输出轴比输入轴慢35倍。

在这里我用红色标记了弯曲样条的一个齿，这样我们可以更好地跟踪它，并了解弯曲样条的运动。老实说，这东西的工作原理很有趣。

然而，我们注意到，弯曲样条有时抖动或运动不是那么顺利。这有几个原因。在这个配置中，问题是我用手做了压克力电机安装，所以电机不是完美地安装在中心。当使用原来的3D打印电机支架，运动更顺畅。

我们还可以注意到，我们的谐波驱动远远没有零间隙。这是因为，就像我之前所说的那样，这些类型3D打印机的局限性以及它们如何打印。这不仅仅是如何打印牙齿的轮廓有多好，而且还有如何准确整体尺寸。例如，在这里，我在亚麻条曲线内部使用绝缘胶带，该胶带仅为0.18mm滴答，并且我得到了更好的结果。

所以，我想，这就是测试和调整指纹以获得更好的结果。我也试着用1.75的模数打印齿轮，但我没有得到很好的结果。

实际上，使用原始的3D打印盖子时，动作更流畅，但仍然不够好。

我还试着举重。在25厘米的距离内，它能举起1.25公斤。这是大约3Nm的扭矩，这是至少比NEMA 17步进电机额定的10倍。

所以这对这个视频来说几乎是一切。我只会补充说，该传动系统可以很容易地设计成空心轴，这对于机器人应用非常方便。所以，在制作一些机器人项目时，我可能会在一些未来的视频中使用谐波驱动。足彩网女欧洲杯

我希望你喜欢这个视频并学到了新的东西。不要忘记订阅和获取更多教程和项目，访问www.kuaixg.com亚搏手机版官方下载足彩网女欧洲杯