1.前言

最近闷得慌，项目也做不动，理论知识也学不懂，不知道该干啥了，于是突然奇想去了解了一下减速器的结构和原理，学点真实的东西，老是搞仿真、搞理论人都傻了。因为我不是学机械的，对于一些专业术语可能表述有问题，这篇文章我是想通过我自己的语言简单表达一下谐波减速器和RV减速器的原理。

参考资料

龚仲华编著.工业机器人从入门到应用[M].北京：机械工业出版社.2016.

2.谐波减速器构造及原理

谐波减速器的结构非常简单，只有三部分：

图自：https://www.bilibili.com/video/BV19v411175g?from=search&seid=3302451017057382355

谐波发生器
柔轮
刚轮

2.1.谐波发生器

谐波发生器的内侧是一个椭圆形的凸轮，凸轮的外圆上套有一个能够产生弹性形变的薄壁滚珠轴承，轴承的内圈固定在凸轮上，外圈即为谐波发生器的最外面一圈，能够产生弹性形变。

根据我的理解，因为没有实物，全靠现象，如果我握着谐波发生器的外侧，然后转动凸轮，外侧应该会由于椭圆凸轮带动滚珠轴承沿着外侧转动，把外侧顶成椭圆，外侧形变与椭圆凸轮保持形状一致。

2.2.柔轮

柔轮是一个可以产生较大形变的薄壁金属弹性体，一般都是特种材料制作，还是日本的Harmonic Drive System公司做的好！直接把谐波发生器装进柔轮里，因为谐波发生器是椭圆的，所以柔轮也将被顶成椭圆形。柔轮外围的一圈齿轮能够与刚轮啮合，且因为形状是椭圆的，所以将会是椭圆的长轴附近的柔轮齿轮与刚轮完全啮合，一般来说30%的柔轮齿轮都是啮合的。

当刚轮固定，柔轮旋转时，柔轮底部的安装孔可以用来连接输出轴；当柔轮固定，刚轮旋转时，柔轮底部用来固定。

2.3.刚轮

刚轮就非常朴实无华了，记住，刚轮的齿数一般要比柔轮多2-4个。内部的齿轮是与柔轮相啮合的。

2.4.传动原理

当谐波发生器的凸轮连接输入轴，刚轮比柔轮多2齿数，考虑固定刚轮，由柔轮输出的情况，其余情况分析类似。

输入轴带动谐波发生器高速转动，由于椭圆和滚珠轴承的关系，谐波发生器将会顶着柔轮不断发生形变，且柔轮形变与椭圆凸轮旋转同步，注意此时柔轮转数并不和凸轮一样！这是因为一些神奇的几何学的原因巴拉巴拉，相信大家能够通过直觉发现，柔轮只是被顶着形变。

然后由于刚轮齿数比柔轮多2，因此当谐波发生器旋转了一周之后，柔轮只在刚轮上移动了2齿，如上上图所示，也就完成了减速。

减速比计算很好推导，因为考虑到固定方式不同，减速比也不同，所以本文不再赘述。

3.RV减速器构造及其原理

谐波减速器一般用于机械臂的腕部关节，而RV减速器则一般应用于前三关节。

3.1.构造

RV减速器的构造非常复杂，将其分为3层：

芯轴层
RV齿轮层
针轮层

简单来说，芯轴层就是一级减速，将输入轴通过齿轮轴、花键轴等方法进行减速；RV齿轮层则是由两个RV齿轮组成；针轮层则是能够使RV齿轮被迫进行一个齿一个齿的回转。

3.2.芯轴层

上图是一种非常常见的齿轮减速组成的芯轴层。太阳轮为输入轴，因其在“宇宙中心”，所以叫太阳轮就很形象了。其周围有几个行星轮，因为它们的齿数不一样，齿数越多转动越慢，所以在芯轴层便已经发生了一次减速了，称为一级减速。

行星轮连接的是偏心轴，即轴线没有通过圆心，连接的两个圆成对称排布。注意，行星轮的位置并不固定，可以围绕着太阳轮一起发生旋转。

3.3.RV齿轮层

行星齿轮连接的偏心轴的每个圆上都套一个RV齿轮，因此两个RV齿轮为对称布置，可以在对称方向上同时摆动，相位差180°，在偏心轴的带领下一起摆动运动，类似于谐波减速器的椭圆。

3.4.针轮层

针轮层也就是RV减速器的最外层，与RV齿轮部分啮合，当RV齿轮摆动时，针轮将迫使RV齿轮沿针轮的齿，逐一回转，同时行星轮也将回转。RV齿轮和针轮构成了减速器的第2级减速。

当偏心轴带动RV齿轮旋转360°时，RV齿轮的0°基准齿将于针轮基准位置产生1个齿的偏移，完成减速。

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