塑料谐波齿轮传动的试验研究闰艳红，杨育林（燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）效率的试验研究。
谐波齿轮传动是50年代中期随着空间技术的飞速发展而产生的。其基本构件为刚轮1、柔轮2和波发生器3（见所示）。由于其工作原理是利用柔轮的弹性变形波进行运动和动力的传递，这和普遍齿轮的传动有着本质的区别，所以被认为是机械传动领域中的一个重大突破。一经问世，便在军用和民用工业上得到了广泛的应用和迅速的发展。
目前，谐波齿轮传动所采用的材料多为优质合金钢，但钢制谐波齿轮传动在满足使用性能要求的同时却不可避免地存在材料性能和制造成本的两个问题，严重影响了谐波齿轮的推广和应用。于是，人们尝试用工程塑料替代金属制作谐波减速器，使塑料的性能得到充分的利用。
1用工程塑料制作谐波齿轮的优越性工程塑料是一种机械性能较好的高分子材料。与金属材料相比，具有如下突出的优点：塑料的弹性模量低、弹性好塑料的弹性模量E仅为金属的1/50~1/100，这对于在工作中需要反复变形的柔轮来说，具有非常优异的实用性。
此外，塑料的E小，使柔轮弹性变形产生的应力小，材料的抗疲劳能力可充分用来承受外载荷。
工程塑料的疲劳极限与弹性模量的比值大资料表明：用材料的疲劳强度（1）和弹性模晨（E）的比值（i/E）更能确切地反映出材料的抗疲劳能力的有效利用程度。i/E值越大的材料，其抗疲劳能力的有效利用程度就越高。
工程塑料i/E的平均值为：a，/E0.0057显然，工程塑料的抗疲劳能力的有效利用程度要比金属大很多。
工程塑料对应力集中不敏感这对于承受交变弯曲应力的柔轮来说是十分有利的。
塑料成型工艺性好工程塑料可一次注塑成型，无需进行切削加工，与金属相比，省工省料省费用，制造成本低。
可见，用工程塑料制造谐波齿轮传动，其材料性能适合谐波齿轮工作的特点，具有一定的优越性。
美国在60年代中期就发明了塑料谐波传动装置并获得了专利。我国在八十年代中期才开始对塑料谐波齿轮传动进行研究，在理论研究方面取得了一定的成绩，但在产品开发方面几乎处于空白。在我国，唯一开创用模具压制塑料谐波齿轮传动先河的是北京航空航天部699厂，他们于91年完成试验。试验表明其性能满足设计和使用要求，充分发挥了塑料的性能。但由于其承载能力偏低而一直未打开市场。
本文作者就针对提高塑料谐波齿轮传动的承载能力，对其啮合参数进行了优化设计，并根据优化结果制作了试验装置。
本文侧重于对试验装置进行试验研究，并与北京699厂同模数的按常规方法设计的谐波装置进行比较，以验证优化设计的正确性。
2试验内容本试验安装了两种模数各3套共6套谐波齿轮传动装置作为试验样机，并在航天部699厂进行了测试。试验装置中的柔轮和刚轮材料均为PA1010.主要啮合参数如表1所表齿形渐开线压力角20.模数0.30.4齿数138104柔变位系数2.7892.315轮长径比0.70. 7径向变形系数1.0231.115刚齿（1）承载能力的试验测定在额定转速下的超载能力：对m=0.3的样机增至11N.m；m=0.4的样机增至12N.m，观察运转情况。
测定在额定转矩下的频繁启动性能。
两种模数的塑料谐波装置运转情况均良好：噪声低，基本无温升（试验数据见表2），没有出现跳齿现象。试验后拆开观察，柔轮和刚轮齿形完好，无磨损，柔轮筒体没有发生疲劳断裂。在额定转矩下，两种样机均可带负载连续频繁启动，无破坏。优化后的塑料谐波试验样机其承载能力得到了提高：m=0.3的塑料谐波试验样机其承载能力是699厂同模数装置的1.38倍；m=0.4的试验样机提高为原装置的1.53倍。
表模数数据温度（°c）运转前运转0.测定两种试验装置在额定载荷和额定转速下的输出力矩。根据所测得的数据我们按如下传动效率计算公式计算效率值，结果表明比699厂同模数的试验装置略高（见）3结果分析优化后的塑料谐波试验样机其承载能力得到了提高，我们认为这主要是因为：①优化后柔轮和刚轮的啮入深度hn（即齿廓工作段高）增大了，分别为0.48mm和0.64mm，而未优化的啮入深度为0.42mm；②优化后柔轮的长径比L/d减小为0.7，而699厂的长径比是L/d=0.94长径比的减小，使柔轮的刚度增大，因而不易产生跳齿和滑齿现象，提高了承载能力。试验的结果证明了优化设计的优越性。
在整个试验过程中，均无疲劳断裂发生，说明工程塑料具有良好的弹性和抗疲劳能力。
（4）由于塑料谐波本身的特点，其噪声较金属谐波减速器要低。
4结论（）用工程塑料制作中、小型谐波齿轮减速器，不仅满足使用要求，而且其性能也得到了充分发挥，与金属谐波相比具有许多优越性。
（2）塑料谐波齿轮传动的啮合参数经优化设计后，提高了其承载能力，使其应用前景更加广阔。
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