谐波齿轮传动知识详解

随着空间科学、航天技术的发展，航天飞行器控制系统的机构和仪表设备对机械传动提出了新的要求，如传动比大、体积小、质量轻、传动精度高、回差小等。谐波传动满足了上述要求，它是在薄壳弹性变形的基础上发展起来的一种传动技术，其出现为机械传动技术带来了重大突破。

所谓谐波传动是一种靠中间柔性构件弹性变形来实现运动和动力传动的装置的总称。谐波齿轮传动系统由三个基本构件组成：刚轮、柔轮和波发生器，如图2-12所示。

图2-12　谐波齿轮的组成

1—刚轮；2—柔轮；3—波发生器

谐波齿轮传动的原理就是在柔性齿轮构件中，通过波发生器的作用，产生一个移动变形波，并与刚轮轮齿相啮合，从而达到传动目的，如图2-13所示。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时，由于波发生器的总长度略大于柔轮的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各处，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的位置不断交化，使轮齿的啮合处和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之间就产生了相对位移，从而传递运动。

图2-13　谐波齿轮啮合原理

1—刚轮；2—柔轮；3—波发生器

谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几十至几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强和效率高等优点，故在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。国内外的应用实践表明，无论是作为高灵敏度随动系统的精密谐波传动，还是作为传递大转矩的动力谐波传动，都表现出了良好的性能。

任务实施

步骤一　参观实训场地

现场参观汽车维修实训室，了解齿轮的基本结构，重点了解齿轮在汽车上的应用，并做好详细记录。

步骤二　查阅相关资料

以小组（5～8人为宜）为单位，查阅相关资料或网络资源，学习齿轮传动的相关知识。

步骤三　分析齿轮传动在汽车上的应用

小组间进行交流与学习，梳理知识内容，分析总结齿轮传动在汽车上的应用。

齿轮传动在汽车上的应用。

一、汽车传动系统(www.xing528.com)

汽车典型传动系统如图2-14所示，传动系统将发动机发出的动力传给驱动轮。在动力传递过程中，传动系统具有减速、变速、倒车、中断动力和差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。

图2-14　汽车典型传动系统

1—离合器；2—变速器；3—传动轴；4—驱动桥；5—差速器；6—半轴；7—主减速器

在汽车传动系统中，圆柱齿轮主要用于机械式变速器，机械式变速器有两轴式和三轴式两类，两轴式包括一个输入轴和一个输出轴；三轴式包括一个输入轴、一个输出轴和一个中间轴。无论是两轴式还是三轴式，各轴之间都平行，所以选用圆柱齿轮传动，包括直齿轮、斜齿轮来传递各平行轴之间的运动和动力。

锥齿轮主要用于汽车驱动桥的主减速器和差速器中。对于发动机前置、后驱的车辆，汽车传动轴和后轮半轴呈相交关系，主减速器要将来自传动轴的运动传递给车轮半轴，必须采用锥齿轮传动。主减速器中齿轮将来自传动轴的运动和动力再次减速、增矩后传递至与其相交的两半轴。差速器的主要作用是按实际的运行情况将来自传动轴的运动和动力分配给两个车轮，现在广泛采用的就是对称锥齿轮式差速器。

二、电动刮水器

汽车刮水减速系统中一般采用蜗杆蜗轮传动机构。电动刮水器主要由直流电动机、减速机构、连杆机构、刮臂、刮水片等组成。要让刮水片在风窗玻璃上来回移动，需要很大的动力，减速机构的作用是减速增矩，将电动机的较高转速降低，并使电动机的输出扭矩增大。设计人员在电动机的输出端使用蜗轮蜗杆减速传动机构，如图2-15所示。蜗轮蜗杆减速齿轮可以使电动机的扭矩增大，同时使电动机的输出速度降低。通常电动机和减速机构做成一体，连杆机构可以将蜗轮的旋转运动转变为摆臂的往复摆动。其工作原理：直流电动机通电开始旋转，带动蜗轮减速机构，使与蜗轮轴相连的摇臂带着两侧连杆做往复运动，连杆则通过摆杆带着左、右刮臂做往复摆动，安装在刮臂上的刮水片便刮去玻璃上的雨水、雪水或灰尘。

图2-15　电动刮水器的组成

1—刮水片架；2—刮水臂；3—蜗轮；4—电动机；5—摇臂；6—拉杆；7—刮水片

三、电动助力转向系统

图2-16所示为一个典型电动助力转向系统（Electronic Power Steering，EPS）的示意图。驾驶员在操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，电子控制单元ECU根据电压和车速的信号给出指令控制电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而产生所需的转向助力。

图2-16　电动助力转向系统示意

1—车轮；2—输出轴；3—减速机构；4—扭矩或转角传感器；5—输入轴（转向轴）；6—转向盘；
7—电磁离合器；8—电子控制单元ECU；9—转向齿条；10—转向齿轮；11—连接杆

在电动助力转向系统中，减速机构一般也采用蜗杆蜗轮机构，其结构紧凑，传动比大，可获得比较明显的减速增矩，从而达到助力效果。

任务评价