谐波减速器——改变运动控制世界

由于谐波齿轮传动在实际使用中的突出优点，近几十年来，这种传动已由在航天飞行器和飞机上的应用，迅速推广到了能源、雷达、通讯、机床、仪表、造船、汽车、常规武器、纺织、冶金、起重运输机、医疗器械以及其他一些相关的部门。国内外通过实践使用证明，这类传动，无论作为数据传递的高精度传动（例如传动误差小于10´´），还是作为传递大扭矩的动力传动（例如传递扭矩达160kN·m或更大）都获得了较为满意的结果。

在航天技术领域中的应用

试验和运转的实践表明，工作在火箭和卫星中的谐波齿轮传动的运转性能十分令人满意，这种情况就促使了这类传动在航天技术领域中应用范围的扩展。它常常作为小功率、高精度、大传动比的传动，用于航天飞行器、遥控操作机和空间智能机械的伺服机构、操纵机构和数据传递装置中。

如下图为人造卫星仪器上用的传动机构。柔轮1固定，其形状呈双钟形，两端用圆形剖面的密封环3密封起来。这种结构能保证在较小的轴向尺寸（60mm）下，获得所需的径向变形。刚轮2与外露在真空条件下的输出轴相连。传动采用外式配置的固定型变形波发生器4，波发生器中装有两列球，因而柔轮的变形平滑。

在航空方面的应用

国外的Bell-224型垂直起落飞机中，采用了传动比为300的谐波齿轮传动装置作为将螺旋桨由上升位置转至水平位置的驱动机构。上个世纪，国外研制的用于F-16飞机方向舵的数字电液作动器，它直接由来自数字计算机或微处理机的信号控制。在这种作动器上采用谐波减速器，由它来带动数字编码器，为步进控制器提供反馈参考信号。

目前我国在飞行模拟转台和地面模拟练习器中也采用谐波齿轮传动。

在雷达和通讯设备方面的应用

这种传动在长期使用实践中，完全满足雷达设备对传动所提出的气候和机械试验总技术条件（如冲击、振动、低温、高温、防潮等）规定的各项要求。由于谐波齿轮传动使驱动系统在尺寸和重量方面大幅度下降，因而在卫星通讯地面站X-Y型支架的驱动机械中采用谐波齿轮传动，亦取得了很好的效果。例如下图为

我国某型炮瞄雷达天线俯仰机构中所采用的谐波齿轮传动。传动比=117，模数m=0.5mm。直流伺服电机1的驱动功率为0.25KW，转速为3500rpm。波发生器2采用具有柔性滚动轴承的凸轮式发生器，柔轮3固定，刚轮4与输出轴相连，此外，我国彩电、广播通讯设备上业开始使用各类型谐波传动装置。

在光学仪器方面的应用

由于谐波齿轮具有体积小的优点，国外尝试将塑料制做成谐波齿轮传动，用于光学显微镜的影像清晰调节机构中，之后又在电视摄像机的变焦距镜头以及其他各种类型的变焦距镜头中普遍应用，通过系统控制，实现调焦、变倍、调光栅等全自动化操作，如我国数字光电对心仪自动测量伺服系统中所采用的谐波齿轮传动。对心仪是测量光学零件偏心差的仪器。

1-伺服电机2-波发生器3-柔轮4-刚轮5-输出轴6-电机座

随着激光技术、集成电路和空间光学的发展，对光学零件精度要求越来越高，这就促使谐波减速器需要朝着精度更高的方向发展。

在医疗器械方面的应用

目前医疗类器械的发展增长迅速如下表所示，如DR、CR类数字化成像系统以及进行放射性治疗类仪器都离不开谐波传动，谐波齿轮传动在其使用上更优越，上个世纪日本在治疗癌症器械上采用大速比谐波齿轮传动，该传动装置用作癌症治疗机自转和公转的驱动机构，电机采用制动马达，功率为100w，传动采用双级传动，第一级传动的柔轮与第二级传动的波发生器相连接，第一级刚轮与第二级柔轮相连，并将运动传递给与柔轮固定的输出轴，第二级的刚轮固定，由此开始，谐波传动开始在医疗器械传动方面发展，不过后来受到其他类减速器（如RV减速器）的发展影响较大。

表12010年-2017年国内医疗器械市场规模

在机器人关节方面的应用

就目前而言工业机器人中谐波减速器未来使用的潜力巨大。据了解，谐波减速器主要运用于关节机器人中，这两年工业关节机器人出货量增长迅速，推动了相关减速器需求激增，具体的需求量分析如下表。从事工业机器人行业的人士都会关注到工业机器人的三大核心部件之一－谐波减速器，这个也许不过巴掌大的核心零部件，由于核心技术长期被国外品牌（如日本哈默纳科）垄断，国内工业机器人制造商都长期依赖从德国、日本等国采购此类产品。近年来，中国工业机器人产业进入新的历史机遇期，纷纷抢占市场份额。在中国，如手机制造、半导体、液晶生产机械等行业，对小型机器人的需要也是越来越旺盛。这些机器人的上游关键部件机器人减速器，成为机器人关节臂上不可取代的部件，这为国内许多减速器研发企业拓展市场带来了契机。

表22013-2018年中国工业机器人减速器市场需求量