谐波传动的国内外发展现状与趋势
谐波传动是50年代中期随着空间科学技术的发展在薄壳弹性变形理论基础上发展起来的一种新型传动。该传动的基本原理由美国联合制鞋公司研究顾问C.WaltMusser(1909~1998)于1955年提出。1960年，C.WaltMusser在发表于美国机械设计杂志的论文中使用了HarmonicDrive一词，中文翻译为谐波传动或谐波齿轮传动。
谐波传动通常由柔轮（FlexibleSpline-FS）、刚轮(CircularSpline-CS)和波发生器(WaveGenerator-WG)（称为谐波传动三大件）组成，当波发生器顺时针转动时，如果刚轮固定，则柔轮逆时针旋转；如果柔轮固定，则刚轮顺时针旋转。由于柔轮与刚轮齿数相差很少，因此可获得很大的传动比。
经过使用证实，谐波传动与一般的齿轮传动相比较，具有运动精度高、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大、效率高、容易实现零回差、并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点。谐波齿轮传动的主要失效形式是柔轮疲劳断裂、柔性轴承损坏、齿面磨损或传动滑移，不过现有的设计规范和工艺可以保证谐波齿轮传动具有额定的工作寿命。
因此，谐波传动一出现即引起了各国的重视，目前在中国、日本、美国、英国、俄罗斯、乌克兰和印度等国都有研究机构在进行此领域的研究工作。
谐波传动的应用
目前，谐波传动广泛应用于航空航天、机器人、加工中心、雷达设备、造纸机械、纺织机械、半导体工业晶圆传送装置、印刷包装机械、医疗器械、金属成型机械、仪器仪表、光学制造设备、核设施以及空气动力实验研究等领域。例如：日本本田公司仿生机器人ASIMO的手臂与腿部至少使用了24套谐波传动装置；美国NASA发射的火星机器人（图2）每个则使用了19套谐波传动装置；德法英联合研制的空中客车上使用了谐波传动阵列来检测飞机着陆时副翼的位置；安装于夏威夷MaunaKea山的Subaru望远镜系统采用了264套谐波传动装置，将8.2m口径主镜镜面精度保持在0.1μm；为确保手术系统高精度定位与配合作业，在外科手术系统中应用了各种型号的谐波传动。现在，约有90％的谐波传动应用在机器人工业和精密定位系统中，谐波传动已成为现代工业重要的基础部件。
展现状与趋势
我国从1961年开始谐波传动方面的研制工作，并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。到目前为止，我国有几十家单位从事这方面的研究工作，并先后研制成了多种类型的谐波齿轮传动装置。如传动误差小于9"、回差小于4"的高精度谐波齿轮传动装置，噪声小于45dB的高灵敏度小型谐波齿轮传动装置，用于水下极光探测仪的谐波传动装置，以及用于导弹发射架和雷达传动系统中的动力谐波传动装置等，为我国谐波传动的研制和开发工作打下了坚实的基础。
火星机器人
北京市是中国重要的谐波传动产品生产基地，拥有以北京中技克美谐波传动有限公司、北京谐波传动技术研究所和北京天阶科技工业公司等为代表的谐波传动产品的主要生产单位。
国内谐波传动公司的产品已经长期应用于国防工业和多种民用机械产品领域，部分产品已出口国外，并开发成功固体润滑谐波传动和短杯谐波传动产品。
2006年，北京工商大学基于椭圆凸轮波发生器，开发成功了具有自主知识产权的谐波齿轮传动双圆弧基本齿廓、谐波齿轮加工刀具以及双圆弧谐波齿轮传动装置。经FEM分析显示，双圆弧齿形有效减小了柔轮齿根应力。对比试验则表明，双圆弧谐波齿轮传动的运动精度和传动刚度明显优于渐开线谐波齿轮传动，特别是在低载荷段，传动刚度增加了40%以上。
展现状与趋势
日本的谐波传动技术和产业发展较快。1964年，日本Hasegawa齿轮公司生产了实用化谐波传动减速器；1970年，Hasegawa公司与USM公司在日本东京合资创立了谐波传动系统有限公司（HarmonicDriveSystemInc.）。根据合作协议，谐波传动系统公司从Hasegawa公司获得谐波传动机构商业权益。1976年9月，公司资本金降至1亿日元，谐波传动系统公司成为USM公司的全资子公司。1977年，谐波传动系统有限公司开始生产销售驱动器和控制器等工厂自动化设备。1984年12月，为了拓展市场，谐波传动系统有限公司在台湾和韩国设置了销售代理。1987年，其为拓展美国市场，创建了子公司HDSystem公司，与Mitsui&Co.Ltd签署了在韩国的产品分销协议。1988年，开始生产具有新开发的IH齿形的谐波传动减速器。1989年，其创建全资子公司，即“新的”谐波传动系统有限公司，并转移商业权益。以前的谐波传动系统有限公司被Koden电子公司接手。1990年，公司将生产基地从日本Matsumoto转移至位于Nagano的Hotaka工厂，1996年与德国HarmonicDriveAntriebstechnik公司（现在的HarmonicDrive公司）签署排他性分销协议，后者负责在欧洲、中东、非洲、印度和拉丁美洲的产品销售，同年12月签署授权与技术支持协议。
微型谐波传动装置
1998年，谐波传动系统有限公司进入日本证券交易协会场外交易市场；1999年，创立了HD物流和HarmonicPrecision等子公司。2002年，其获得了HarmonicDrive公司25%流通股权；2004年12月，进入了Jasdaq证券交易市场；2005年，在美国创建HarmonicDriveL.L.C公司，该公司是HDSystems与HarmonicDriveTechnologiesNabtesco的合资公司。
HarmonicDriveAG成立了子公司——Micromotion公司，专门负责用直接LIG工艺开发与制造微型谐波齿轮传动（图3）及其传动方案，在微型谐波传动领域，于2005年向市场推出了“P”齿形，目前开发出了MHD8和MHD10两个系列的产品，外径最小为8mm，采用行星齿轮传动式波发生器，传动比为160、500和1000，质量最小为2.2g，重复精度可达10弧秒。
由于传统工艺能加工齿轮的最小模数为60~100m，因此微型谐波齿轮传动元件采用了LIGA工艺制造。LIGA工艺可以获得高深宽比微结构，它于1980年代起源于德国Karlsruhe原子核研究中心，是目前微型机系统（MEMS）加工的重要工艺。
子公司HarmonicDrivePolymer公司专门负责用热塑性塑料制造大减速比精密谐波齿轮传动的开发与制造，子公司Ovalo公司则负责大批量的生产与应用，开发或将用户定制的谐波传动产品工业化。HarmonicDrive公司还分别在英国、法国、意大利、澳大利亚和西班牙创建了另外5个子公司，以加强国际销售和本土化服务。
CSD长度为R系列的1/3
在谐波齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。日本的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但是到1990年代初期已经基本完善。目前，日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个类型，二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。其中超短杯型号CSD（图4）和SHD，其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。此外，在谐波传动轻量化技术方面，采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻，在航空航天和机器人领域，其轻量化谐波传动产品系列的应用日益广泛。
自2000年开始，日本谐波传动系统有限公司还在中国大陆注册了11项与谐波传动相关的商标，其中，仅2006年就申请注册了10项。在研究投入方面，根据公司（HarmonicDriveSystemInc.）2007年财报，减速器销售额为150亿日元，占公司产品的75.7%；公司有研究开发人员55人，占员工比例14.9%；研究开发费用11.85亿日元，占净销售额的6.2%。
日本谐波传动系统有限公司通过持续深入的研究开发、规模化经营与资本运作，促进了新产品的开发和升级换代。目前，其谐波传动产品不仅垄断了主要国际市场，并且进入了中国市场。与国外，主要是日本相比，国内谐波传动产业规模偏小且产品种类少，研究开发人员和投入不足，在加强知识产权保护、加快新产品开发、产品升级换代以及经营管理等方面，日本谐波传动系统有限公司的发展可以作为有益的借鉴。
出处：《 发布时间；2009-09-09 来源：MM现代制造 》
日期： 2009/9/9
