齒輪系歷史悠久，至今也是最為廣泛的一種機械傳動機構(gòu)。它工作可靠，傳動比恒定，結(jié)構(gòu)成熟，但制造復(fù)雜。
1．諧波齒輪傳動
諧波齒輪是伴隨著空間宇航技術(shù)的發(fā)展需要，由行星齒輪傳動演變而發(fā)展起來的。與普通齒輪相比，諧波齒輪傳動具有傳動比大(幾十～幾百)、調(diào)速范圍寬、傳動精度高、回程誤差小、噪聲小、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等優(yōu)點，故在工業(yè)機器人、航空、火箭等高精密機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。
(1)諧波齒輪傳動的原理及結(jié)構(gòu)諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力和運動的。因此它與一般齒輪傳動具有本質(zhì)上的差別。
如2—16所示，
諧波齒輪傳動由波形發(fā)生器3(H)和剛輪l、柔輪2組成。若剛輪1為固定件，波形發(fā)生器3(H)為主動件，則由一個轉(zhuǎn)臂和幾個輥子組成，如圖2一16a所示；剛輪或柔輪為從動件，則由一個橢圓盤和一個柔性球軸承組成，如圖2一16b所示。剛輪有內(nèi)齒圈，柔輪有外齒圈，其齒形為漸開線麥三角形，周節(jié)相同而齒數(shù)不同，剛輪的齒數(shù)zg比柔輪的齒數(shù)zr，又多幾個齒。柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時就將柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長軸方向與固定的剛輪完全嚙合(A、B處)，在短軸方向的牙齒完全分離(c、D處)。當(dāng)波發(fā)生器回轉(zhuǎn)時，柔輪長軸和短軸的位置隨之不斷變化。從而齒的嚙合處和脫開處也隨之連續(xù)改變，故柔輪的變形在柔輪圓周的展開圖上呈連續(xù)的簡諧波形，故稱之為諧波傳動。工程上最常用的波形發(fā)生器有兩個觸頭的，即雙波發(fā)生器；也有三個觸頭的。剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波的整數(shù)倍，通常取其等于波數(shù)。具有雙波發(fā)生器的諧波減速器，其剛輪和柔輪的齒數(shù)之差為zg-zr=2。當(dāng)波形發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)一圈時，兩輪相對位移為2個齒距。當(dāng)剛輪固定時，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反。
(2)諧波齒輪傳動的傳動比諧波齒輪傳動的波形發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，剛輪則相當(dāng)于中心輪。故諧波齒輪傳動裝置(諧波減速器)的傳動比可以應(yīng)用行星輪系求傳動比的方式來計算。當(dāng)波形發(fā)生器順時針回轉(zhuǎn)時，迫使柔輪的齒按順序地與剛輪的齒嚙合，由于兩輪輪齒齒距相等，且柔輪齒數(shù)zr比剛輪齒數(shù)zg少幾個齒，故波形發(fā)生器順時針轉(zhuǎn)一周后，柔輪2逆時針轉(zhuǎn)了(zg一zr)個齒，也即反轉(zhuǎn)了(zg一zr)/zr周。當(dāng)剛輪固定時，剛輪的轉(zhuǎn)速ng=0，波形發(fā)生器與柔輪的傳動比為
式中，nHnr分別為波形發(fā)生器和柔輪的轉(zhuǎn)速(r／min)；zg、zr分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。
負號表示柔輪與波形發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向相反。
當(dāng)柔輪固定時，nr=O，波形發(fā)生器與剛輪的傳動比為
結(jié)果為正值說明剛輪與波形發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向相同。
(3)諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用 目前尚無諧波減速器的國家標(biāo)準，不同生產(chǎn)廠家標(biāo)準代號也不盡相同。設(shè)計者也可根據(jù)需要單獨購買不同減速比、不同輸出轉(zhuǎn)矩的諧波減速器中的三大構(gòu)件，并根據(jù)其安裝尺寸與系統(tǒng)的機械構(gòu)件相連接。
2．齒輪傳動間隙的調(diào)整
齒輪傳動中的齒側(cè)間隙的存在，不僅會影響機電一體化系統(tǒng)的傳動精度，還會在電動機驅(qū)動系統(tǒng)中引起嚴重的噪聲，因此，對于機電一體化的齒輪傳動，一般要求采取措施消除齒鍘間隙。齒輪傳動側(cè)隙的調(diào)整有雙圓柱薄片齒輪錯齒調(diào)整法、偏心軸套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、斜齒輪法等多種方法。
(1)雙圓柱薄片齒輪錯齒調(diào)整法如圖2—17所示，兩個嚙合的直齒圓柱齒輪中一個采用寬齒輪，另一個由兩片可以相對轉(zhuǎn)動的薄片齒輪組成。裝配時使一片薄齒輪的齒左側(cè)和另一片的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，通過兩薄片齒輪的錯齒，消除齒側(cè)間隙，反同時也不會出現(xiàn)死區(qū)。兩薄片齒輪l、2上各裝入有螺紋的凸耳3、4，螺釘5裝在凸耳3上，螺母6、7可調(diào)節(jié)螺釘5的伸出長度。彈簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺釘5上。轉(zhuǎn)動螺母7(螺母6用于鎖緊)可改變彈簧8的張力大小，調(diào)節(jié)齒輪1、2的相對位置。
達到錯齒。這種錯齒調(diào)整法的齒側(cè)間隙可自動補償，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
(2)偏心軸套調(diào)整法圖2-18所示為******的偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。電動機2通過偏心軸套1裝在殼體上。轉(zhuǎn)動偏心軸套1可以調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除直齒圓柱齒輪傳動的齒側(cè)間隙及其造成的換向死區(qū)。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動補償。
(3)軸向墊片調(diào)整法如圖2—19所示，齒輪l和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方虧略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。
裝配時軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)聞隙小，運動又靈活。其特點是結(jié)構(gòu)專單，但側(cè)隙不能自動補償。
(4)斜齒輪法如圖2_20所示
消除斜齒輪傳動齒側(cè)隙的方法是用兩個薄片齒輪與一 個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。圖示為墊片錯齒調(diào)整法，其特點是結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整較費時，且齒側(cè)間隙不能自動補償。
3．齒輪傳動形式及其傳動比
常用的齒輪減速裝置有一級、二級、三級等傳動形式，如圖2—21所示。
設(shè)計齒輪傳動系統(tǒng)時，齒輪傳動比i應(yīng)滿足驅(qū)動部件與負載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求，不能滿足的禁忌使用�？倐鲃颖萯一般根據(jù)驅(qū)動電動機的額定轉(zhuǎn)速nr和負載所需的****工作轉(zhuǎn)速nlmax來確定：
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