从谐波传动齿廓设计谈起

KINCY

• 齿轮论坛的前辈们、专家们、同仁们，你们好！初来乍到，浏览了不少的帖子，受益匪浅，深感于各位的深厚学识与丰富经验，也愈觉前路漫漫。
• 小弟现于某实验室攻读博士学位，目前主要从事谐波传动齿廓的设计，所处团队曾主持863、国家重点研发等精密减速器相关项目。但小弟才疏学浅，入行不久，平时主要从国内外的论文了解相应领域的知识，实属纸上谈兵。
• 截至目前调研了谐波传动的常见齿廓，主要有IH齿廓、传统的渐开线齿廓、双圆弧齿廓（国内学者研究较多）、摆线齿廓，以及其他层出不穷的新型齿廓。其中应用比较成功的IH齿廓属日本HD公司，公开的资料显示其采用齿条近似算法进行设计以增大啮合齿对数，但经测绘对此持怀疑态度；中技克美算是国内最早研究谐波减速器的企业，其产品多用于航空航天等领域，主要仍采用渐开线齿廓；绿的谐波近些年异军突起，资料显示其采用P型，结合了柔轮的变形特性而弱化了齿轮的基本啮合原理，自科创版上市以来，股价最高逼近210元/股，深受资本追捧；其余如：来福谐波、大族激光等优秀企业也有相应的产品投入市场。
  

• 单从谐波传动理论而言。柔轮的弹性变形使得其啮合理论相较于传统刚性齿轮更加复杂，以中性层假设为基础，以波发生器为驱动柔轮变形建立的啮合方程是当前谐波传动齿廓设计的主要方法，且均以无负载情况下的柔轮变形为基础。但是在负载情况下，由于柔轮的薄壁特性以及变形的非线性，初始设计下与运行状态下的齿廓啮合特性差距较大，考虑实际负载下的谐波传动齿廓设计是否是更加合理的选择？
• 从柔轮变形考虑。经典弹性力学以张量分析为基础，建立了平衡方程、几何方程和物理方程，理论上以此可以求解柔轮变形问题，但是由于柔轮齿的存在，无法建立精确的理论求解模型，当前较为有效的方法仍为有限元求解。但是由于柔轮的齿数较多，“模数”较小，柔轮变形的连续性与多齿啮合难以通过单齿模型表征，1/4对称模型仅能用于无加载下变形分析，有限元的网格划分与求解经济性需要进行平衡，同时模型的精确性又需要实验进行调整与验证。
• 从加工与工艺考虑。理论设计的空载装配下柔轮齿与刚轮可以设计成除去短轴两齿外的“全齿啮合”，但其μm级的加工精度要求使得其在一般加工工艺下便成了“全齿干涉”，精确的柔轮变形模型在实际的柔轮材料下也显得毫无意义。渐开线的良好工艺性与使用性，使其依旧是众多齿轮的首选，IH齿廓、双圆弧齿廓、P型齿廓加工与工艺如何也难以知晓。
  

• 高校多以论文为主，齿廓设计作为机械领域的传统方向，相比于人工智能、大数据等新兴领域并不占优，高校“欺软怕硬”、浅尝辄止的情况并不罕见。谐波齿轮齿廓设计不该脱开实际的加工与工艺，更不能所有的问题都归因于加工与工艺，这有了躺平的嫌疑。
• 作为一名学生，我还是坚信一切的技术问题本质还是科学问题，同理，理论指导实践，实践修正理论，中山先生的“知难行易”，尚书中的“知易行难”，落于个人最好还是“知行合一”。
• 希望各位前辈、专家、同仁不吝赐教，表达不当之处也望各位包涵。
  

1050496770

楼主聊聊可以吗

KINCY

1050496770 发表于 2023-1-24 21:20
楼主聊聊可以吗

新年好，兔年大吉
可以的，大家一起讨论讨论，共同进步。

hyfjy

机械类零件中至领今仍然有许多默认的假想，没有足够的实践经验，很难对这类问题做出优质的判断和工艺的延伸，国内的几波一哄而上和一哄而下，又更进一步造成了急功近利的竞争环境，要真的想深入研究一翻，还真的不容易。
基础的工作，基础高性能材料的研究，对于柔性零件的生死几乎至今国内还不太有动静，所以我觉得，要慌慌张张的几年时间弄清楚，解决掉这个问题，也几乎类似于做梦。

1050496770

加个Q就是我的名字

hyfjy

其实各种假想，都是要在特定条件下才能成立的，没有谁能完整的告诉你这一切，全靠自己去创造，失败，分析，再失败。。。。到退堂（或成功）

KINCY

hyfjy 发表于 2023-1-25 17:21
机械类零件中至领今仍然有许多默认的假想，没有足够的实践经验，很难对这类问题做出优质的判断和工艺的延伸 ...

费老师，新年好
感谢老师指点，学生也深有感触。其一，各学科在搭建自身理论框架时，或多或少要对现实情况进行假设，或删繁就简，或受限于时。一部分科研工作便是将现有理论指导实践与生产中去，另一部分工作则是根据生产与实践经验修正理论，使理论更贴近实际，当然，不乏有大师发展出新的理论，两部分工作相辅相成。其二，不谋全局者，不足谋一域，一对齿轮，从设计到实际使用，涉及了机械设计、加工工艺、装配工艺等，环环相扣，涉猎不广也难以研究深入，短短几年想有作为确实是痴人说梦。其三，师傅领进门，修行在个人，无前辈老师的指路，个人死磕，难免会误入歧途，个人不去修形，妄想不劳而获更是不可取的。
再次感谢老师，学生当一步一步研究下去。

KINCY

1050496770 发表于 2023-1-25 17:22
加个Q就是我的名字

您好，没有搜索到您的QQ

woodee

蛮感兴趣。
希望楼主多介绍些知识点和有关工艺的流变过程。

KINCY

woodee 发表于 2023-1-28 17:51
蛮感兴趣。
希望楼主多介绍些知识点和有关工艺的流变过程。

吴老师，新年好，后续将持续上传谐波相关的内容