谐波传动在印刷包装机械中的应用

谐波传动在印刷包装机械中的应用

刘耀远

（松德智慧装备股份有限公司广东中山528400）

摘要：谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。谐波传动通常由三个基本构件组成，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器。柔轮的外齿数少于刚轮的内齿数。在波发生器转动时，相应与长轴方向的柔轮外齿正好完全啮入刚轮的内齿；在短轴方向，则外齿全脱开内齿。当刚轮固定，波发生器发生转动时，柔轮的外齿将依次啮入和啮出刚轮的内齿，柔轮齿圈上的任意一点的径向位移将呈近似于正弦波形的变化，所以这种传动称为谐波传动。谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。

关键词：谐波传动；印刷包装机；应用；分析

1导言

在印刷包装设备中,有一个关键的部件—相位调整机构,直接关系到印刷包装产品的质量及生产效率。国外的许多设备都采用了谐波传动装置作为印刷包装机械中的相位调整机构,国内的几大印刷包装机械厂,如首都航天机械公司、北京人民机器厂、上海印刷机器厂、陕西印刷机器厂、成飞包装机械厂、湖北京山轻工机械厂、夭津纸箱一厂等企业,均和我单位联系,要求开发印刷包装机械中的相位调整机构。经过近一年的设计研制,完成了谐波传动在相位调节机构中的应用工作。目前,越来越多的印刷包装企业采用我公司生产的谐波传动相位调整机构。兹将谐波传动相对干其它传统传动装置的特点及其在相位调整机构中的应用简介如下。

2谐波传动

一是波发生器:它与输入轴相联，对柔轮的齿圈的变形起产生和控制的作用。它由一个椭圆形凸轮和一个薄壁的柔性轴承组成。柔性轴承不同于普通轴承，它的外环很薄，容易产生径向变形，在未装入凸轮之前环是圆形的，装上之后为椭圆形。二是柔轮:有薄壁杯形、薄壁圆筒形或平嵌式等多种。薄壁圆筒形柔轮的开口端部外面有齿圈，它随波发生器的转动而变形，筒底部分与输出轴联接。三是刚轮:它是一个刚性的内齿轮。双波谐波传动的刚轮通常比柔轮多二齿。谐波齿轮减速器多以刚轮固定，外部与箱体联接。两个或多个单级谐波齿轮减速器串联起来，可构成复式谐波齿轮减速器,其传动比在106～谐波传动谐波传动107之间。波发生器、柔轮和刚轮的位置可以反转，即刚轮在里边，波发生器在最外面，这种传动称为外激式谐波齿轮传动。除径向谐波齿轮传动之外，尚有行星式谐波齿轮传动和端面谐波齿轮传动。前者的传动比为150～4000;后者的波发生器、柔轮和刚轮是沿轴向依次排列的，轴向尺寸很短。

3谐波传动的特点

传动比大，单级为50-300，双极可达2×10^6。传动平稳，承载能力高，传递单位扭矩的体积和重量小。在相同条件下，体积可减少20-50%。齿面磨损小而均匀，传动效率高。当结构合理润滑效果良好时，对i=100的传动，效率可达0.85。传动精度高。在制造精度相同的情况下，谐波传动的精度可比普通齿轮传动高一级。若齿面经过很好的研磨，则谐波齿轮传动的精度要比普通齿轮传动高4倍。回差小。精密谐波传动的回差一般可小于3'，甚至可以实现无回差传动。可以通过密封壁传递运动，这是其他传动机构很难实现的。谐波传动不可能获得中间输出，并且杯式柔轮刚度较低。

4谐波传动原理及印刷包装相位调整机构

4.1谐波传动原理

谐波传动由三个基本构件组成，一是波发生器，是由凸轮组成，椭圆轮廓的凸轮外套薄壁柔性轴承;二是柔轮，是由薄壁构件外端的环形圆柱齿轮构成，齿数ZＲ，三是刚轮，是圆柱内的齿轮，齿数为ZG。这三个基本构件需要满足谐波发生以及传动的要求，所以柔轮及刚轮模数m要相等，两者之间的齿数则是要满足以下等式:ZＲ=ZG－2，再者柔轮长轴节圆直径等于刚轮的节圆直径，即满足:Dj=mZG，并且刚轮与柔轮在凸轮长轴处轮齿完全啮合，短轴相对独立，处于长轴及短轴之间的诸齿处于啮合的过渡状态，从而确保处于凸轮长轴运动前方的过渡区的诸齿能够实现完美啮入以及后方过渡区的诸齿依次逐渐啮出。

4.2印刷包装机械相位调整机构

根据上述对谐波传动的原理阐述可以发现，谐波传动比较大，精度高，空回小并且传动平稳，质量也较轻，所以在传动过程中可以按照印刷包装机械相位调整的要求，组装在机械中，不对其生产操作及工作造成大影响，而是成为相位调整机构的动力装置，确保相位调整机构传动的平稳、高速及精准。应用于相位调整机构的谐波传动装置主要有两种形式，一是本性柔轮结构，二是环形柔轮机构。

5谐波传动在印刷包装机械中的应用效果

比对传统印刷包装机械中的刚性传动，谐波传动在现代化印刷包装生产中应用更为广泛，主要是其有以下8个优势，能够适用于走向工业化生产的印刷包装，实现高速、精准以及长效的运作。一是传动比大，单级传动比若是采用内啮复波传动可以高达107，一般的单级传动比也能够阻碍1.002～300之间内变化，可以满足一般的印刷机械传动要求。二是同时啮合齿数较多，谐波传动的组合方式一共有八种，所以可以选用合适的啮合参数，可以利用特殊齿形以及截面不同径向系数，构成渐开线三维修形的齿廓，则能够将啮合齿数提升到30%～50%，有效增加啮合面积。三是机构简单重量轻，相同工作条件、承载能力及减速比下，谐波传动减速器的零件数量以及重量明显低于传统的刚性传动减速器，并且能够随着传动比增大，便于安装及操作。四是承载能力大效率高，不同于其他传动，谐波传动是利用多齿啮合，并且存在“错齿”，所以其承载能力更大，“错位”产生的传动能也更为平稳及高效率。五是传动精度高，谐波传动的多区域性以及多齿啮合特点，能够在相同制造精度的状况下，实现更高的传动精度。六是齿侧间隙小，谐波传动的啮合参数以及结构参数是可以自由选择的，所以只要选择合理的参数，就可以实现间隙吻合，避免间隙对谐波传动造成大影响。七是啮合时是面接触以及多齿啮合，故而滑动速度较小，磨损少，所以传动更为平稳、噪声少及无冲击现象。八是能够实现密封空间的传递运动，密封空间是现阶段印刷包装自动化生产的重要环境，密封空间是减少空气以及其他杂质对印刷包装着色以及印刷面版效果的影响，所以在实现自动化生产的时候将环境转变为密封。谐波传动能够在密封的两种介质中将柔轮固定，就可以实现密封间传递运动，还可以操纵高温以及高压管路的阀门，这也是谐波传动最为独特的优势，满足现代化印刷包装机械的生产要求以及工作要求。

6结论

综上所述，谐波传动在印刷包装机械中的应用，比对其传统刚性传动更具有优势，在现代化机械行业发展背景下，依旧能够满足印刷包装的工作环境以及生产要求，能够灵活应变选择不同的组合形式，满足各个环境下的工作需求。我国包装机械行业发展迅猛，谐波传动在印刷包装机械中早已实现高效应用，确保印刷包装机械的性能可靠以及效率高。

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