什么是应变波齿轮，又称谐波传动?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，也称为谐波驱动。首先，我们将解释其工作原理，然后设计自己的模型和3D打印，所以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。betway

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. Walton Musser发明的，和通常用于它的另一个名称，“谐波传动”，实际上是一个品牌名称的应变波齿轮注册为谐波传动公司。

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好了，现在让我们看看它是如何工作的。betway谐波传动有三个关键部件，一个波发生器，一个柔花键和一个圆花键。

波发生器具有椭圆形状，由一个椭圆轮毂和一个特殊的薄壁轴承，它遵循轮毂的椭圆形状。这是齿轮组的输入它连接到电机轴上。

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。

这允许杯的开口端是灵活的，但封闭端是相当刚性的，因此我们可以使用它作为输出，并连接输出法兰。弯曲花键在杯的开口端上有外齿。

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到柔样条函数中时，柔样条函数就会呈现出波发生器的形状。

当波发生器旋转时，它会使柔性花键的开口端呈放射状变形。然后将波发生器和柔性花键放入圆形花键内，将齿啮合在一起。

由于柔性样条的椭圆形状，齿只在柔性样条的相反两侧的两个区域啮合，这是跨越波发生器椭圆的长轴。

现在，随着波发生器旋转，与圆形花键啮合的柔性花键齿将慢慢改变位置。由于柔花键与圆花键的齿数差异，对于波发生器每旋转180度，齿的啮合会导致柔花键相对于波发生器会向后旋转少量。换句话说，波发生器每旋转180度，与圆花键啮合的柔性花键齿只会前进一个齿。

因此，对于波发生器360度的全旋转，柔性花键将改变位置或前进两个齿。

例如，如果flex花键有200个齿，波发生器必须做100转，以便flex花键推进200个齿，或者这只是一个单一的旋转flex花键。这是100:1的比率。在这种情况下，圆形花键将有202个齿，因为圆形花键的齿数总是比弯曲花键的齿数大2倍。

我们可以轻松计算下列公式的减少率。该比率等于Flex样条齿 - 圆形样条齿，除以柔性花键齿。

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。

我们可以通过改变牙齿数量或牙齿数量来得到不同的减容率。

我们可以通过改变机构直径而具有相同尺寸的齿，或者通过改变保持齿轮组的尺寸和重量的齿尺寸来实现这一点。

应变波齿轮-谐波传动三维模型

好，现在我们知道了应变波齿轮背后的理论，让我给你们展示一下我是如何设计一个这样我们就可以只用3D打印机来制造它。

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。

这里是我如何设计三个关键元素的应变波齿轮，圆形花键，flex花键和波发生器。由于3D打印机有自己的限制，如何好，准确和精确可以打印，我必须首先决定的是齿轮的模块或大小的牙齿将是。我选择了1.25的模块和72个牙齿的圆形花键。

当然，flex样条需要少2个牙齿，或者70个牙齿。这将导致35:1的比率，同时有一个齿轮组的相对较小的尺寸。

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。

我使椭圆的长轴半径比弯曲样条内壁的半径大1.25mm。另一方面，椭圆的小轴半径小1.25mm。

波发生器将由两个部分组成，10个轴承可以很容易地连接。这些部分之一还具有适合于固定NEMA 17步进电机的轴耦合器。

其余部分围绕这3个关键组件进行设计。在外壳的输出侧，我们将插入两个外径47mm的轴承，并使用一些螺栓和螺母进行紧固。

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。

你可以在下面下载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(年代)9.79 MB

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应变波齿轮-谐波驱动STL文件

1文件(年代)1.44 MB

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另请参阅

最好的负担得起的3D打印机为初学者和爱好者

3D打印应变波齿轮-谐波传动

好的，现在是3D打印零件的时候了。当3D打印齿轮，它是重要的使用水平扩展功能在您的切片软件。

我把我的相机设置为-0.15毫米，在指纹上得到了相对不错的精度。请注意，这可能因打印机不同而不同。如果我们不使用这个功能，打印时，由于灯丝的膨胀，打印出来的东西会稍微大一点，零件或齿轮就不能正常啮合。

我用我Creality CR-10 3 d打印所有部件的打印机，考虑到它的价格，我认为它做得很好。

因此，以下是所有3D印刷部件。

我们只需要一些螺栓，坚果和一些轴承，以完成他的谐波驱动器的组装。

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
• 必威lol电子产品:
• 步进电机- NEMA 17..................亚马逊/Banggood
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• Arduino ...............................................亚马逊/Banggood
• 直流电源...............................亚马逊/Banggood

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我开始装配插入两个输出轴承到外壳。轴承外径47mm，内径35mm。就像我说的，我在切割零件时使用了-0.15mm的水平膨胀补偿，所以轴承在外壳上安装得很紧。

在两个轴承之间，我放置了1.5mm 3D打印距离环。为了将轴承固定到外壳，我们需要6个25毫米长度的M4沉头螺栓。我们还将使用M4垫圈，将接触刚好足够的轴承的外圈，所以他们将保持轴承固定到外壳。

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印刷的，它仍然在开放的一端灵活。

在Flex花键的封闭端，我们可以连接输出法兰使用6个M4螺栓。一旦安全，flex花键现在是一点不那么灵活，然后以前，但接近结束现在相当刚性。

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。

我继续放置四个M4螺母在槽上的输出轴。这些螺母将用于连接或连接东西到齿轮组的输出。

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，我们需要将波发生器固定在电机上，但在此之前，我们需要将电机连接到电机安装和齿轮组的盖子上。波发生器应该距离电机盖2毫米，所以我在插入波发生器时使用了两个垫圈作为导向。然后我们只需要拧紧螺丝的grub定位在一种方式，他们可以达到之间的轴承。

最后，我们可以将波发生器插入flex样条并将所有东西连接在一起。我们应该首先调整flex样条与圆形样条网格在一个椭圆的形式，然后插入波发生器在相同的方向。

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。

现在剩下的是把M4螺母插入这些外壳插座，并把圆形花键和波发生器都固定在外壳上。

就是这样，我们的应变波齿轮或谐波传动现在完成了。但是当我完成的时候，我认为完成这样的齿轮组有点无聊，因为我们除了一个缓慢旋转的输出轴什么都看不到。在那里，我决定把3D打印的齿轮盖换成亚克力盖，这样我们也可以看到里面发生了什么。

我有一个4毫米的压克力板，所以我在上面标记了盖子的形状，然后用手锯粗略地切割形状。

然后使用锉刀，我微调丙烯酸的形状。我用一个3毫米的钻头和一个25毫米的Forstner钻头的马达的大洞做了孔。最后的形状看起来相当不错。

我像之前展示的那样重新组装了马达和声波发生器。我们可以注意到，我在压克力和外壳之间添加了一些螺母，以便像盖子之前那样获得适当的距离。

现在这套装备看起来酷多了。

我连接步进电机到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。

就是这样。现在我们可以看到谐波驱动在现实生活中是如何工作的。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，这样我们就可以更好地跟踪它，并了解弯曲样条的运动。老实说，看看这东西是怎么工作的很有趣。

然而，我们注意到flex样条有时会抖动或运动不是那么平滑。这有几个原因。在这个配置中，问题是我是手工把亚克力电机安装上去的，所以电机没有安装在中心。当使用原始3D打印电机安装，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，关键在于测试和调整指纹以获得更好的结果。我也试着用1.75的模块打印齿轮，但是没有得到好的结果。

实际上，当使用原来的3D打印盖子时，动作更流畅，但还是不够好。

我也试图举重一些重量。在25厘米的距离，它能够升降1.25kg。这是大约3nm的扭矩，比该NEMA 17步进电机评定的至少10倍。

这就是这个视频的全部内容了。我想补充的是，这个传动系统可以很容易地设计为空心轴，这是非常方便的机器人应用程序。所以，我可能会在未来的一些视频中使用谐波驱动器，当我制作一些机器人项目时。bet188me

我希望你喜欢这个视频并且学到了一些新的东西。不要忘记订阅和更多教程和项目，访问HowToMechatronics.combet188官方网站bet188me