由於工業用機器人通常是由多個子系統所組成，因此故障可能是由單一事件或其組合所造成。其中諧波減速機在機器人中的故障可能對其性能和功能造成顯著的影響。 |
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與傳統齒輪不同，諧波減速器中的嚙合只發生在沿著橢圓 WG 主軸的兩個點。這種獨特的特性允許約 20-30% 的齒在任何給定時間內持續接觸。這種廣泛的齒嚙合大大降低了背隙，並提高了系統的定位精度和可重複性，使得諧波減速機成為精密應用的理想選擇。諧波減速機主要用於需要輕量化和緊湊型解決方案的應用。它們可應用於航太工業或工業與協同式機器人手臂及人型機器人。 諧波減速機的運作模式主要依賴於其三個基本組件：諧波產生器、柔輪和剛輪。 |
| 1. 諧波產生器：這是一個特殊形狀的部件，通常為橢圓形或凸輪形狀，當 |
| 它轉動時會使柔輪產生可控的彈性變形。 |
| 2. 柔輪（Flex Spline）：這是一種薄壁齒輪，因為波發生器的作用而變形， |
| 形成橢圓形，使得其長軸部分的齒與剛性齒輪相嚙合，而短軸部分則脫開。 |
| 3. 剛輪（Circular Spline）：這是固定不動的內齒輪，其內部有內齒圈，與 |
| 柔輪的外齒圈相齒合。 |
| 運作原理 | ||||
| • 當諧波產生器旋轉時，它迫使柔性齒輪變形，形成橢圓形，柔性齒輪的長軸兩端的齒會與剛性齒輪完全嚙合，而短軸兩端的齒則完全脫開。 | 資料來源：華藝動畫有限公司 |
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| • 隨著波發生器的持續旋轉，柔性齒輪的變形狀態不斷改變，使得其與剛性齒輪之的嚙合狀態也隨之改變。這個過程包括了啟動、嚙合、脫開等循環動作。 | ||||
| • 具體來說，當諧波產生器旋轉一圈時，由於柔性齒輪的齒數通常少於剛性齒輪，此在一個完整的旋轉中，柔性齒輪相對於剛性齒輪會緩慢地逆向旋轉，從而實現減速效果。 | ||||
柔輪是諧波減速機中最容易受損的核心部件，其失效模式主要有以下幾種：
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失效模式
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原因 | 狀態 | 結果 | ||||
| 齒尖裂紋（Tooth Crack） | 在高負載和高速運轉條件下，柔輪齒尖部分容易產生裂紋 |
這種裂紋通常源於長期振動和反覆應力作用 |
裂紋一旦形成會逐漸擴展，最終可能導致齒輪完全斷裂 |
Major Fault-to-Failure Mechanisms in Harmonic Drives |
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| 疲勞失效（Fatigue Failure） | 由於柔輪需要不斷變形，材料會受到循環應力 | 長時間運作後，材料疲勞會在微觀結構上產生累積損傷。 |
長期疲勞累積或過載導致應力集中最終可能導致柔輪表面出現疲勞裂紋或斷裂。 |
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磨損 （Wear） |
柔輪與剛性齒輪（circular spline）和波發生器（wave generator）長期接觸摩擦 | 變形會導致傳動精度降低、齒輪間隙增大 | 嚴重變形可能使整個諧波傳動失效 |
 鋼輪(CIRCULAR spline) 齒幾乎沒有磨損痕跡，但柔輪(Flexspline)
齒則嚴重損壞。此外，諧波產生器內環在軌道兩側均有磨損痕跡。
資料來源：A Preliminary Experimental Study on the Effects of Wear on
theTorsional Stiffness of Strain Wave Gears.
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塑性變形 （Plastic Deformation） |
工作溫度過高時，柔輪材料性能下降。 |
高溫可能導致材料軟化、強度降低。 |
長期高溫運行會加速其他失效模式的發展。 | ||||
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熱損傷 （Thermal Damage） |
工作溫度過高時，柔輪材料性能下降 | 高溫可能導致材料軟化、強度降低 | 長期高溫運行會加速其他失效模式的發展 | ||||
| 柔輪點蝕（Pitting） | 點蝕(pitting)通常由表面疲勞引起，當齒面承受高赫茲接觸應力時 | 潤滑不足或潤滑油污染時更容易發生 | pitting通常分布在承受最大接觸應力的區域 |
the Effects of Wear on theTorsional Stiffness of Strain Wave Gears |
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| 齒輪端部變形（Cup Wall Deformation） | 柔輪杯壁（cup wall）是柔輪的關鍵結構部分 | 長期使用後可能出現邊緣變形或開裂 |
這種變形會影響柔輪的撓性和同心度 柔輪的失效模式主要涉及疲勞斷裂 |
柔輪柸底開裂 資料來源：Comprehensive Analysis of
Major Fault-to-Failure Mechanisms in Harmonic Drives
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| 諧波驅動器的機械設計相對簡單，但諧波驅動器很容易受到各種潛在失效模式的影響，特定類型的磨損、變形和材料疲勞、循環負載、潤滑失效及熱應力等因素會導致關鍵元件隨時間退化。此外，環境條件和組裝不當等外部影響也會加速故障的發生，最終導致故障。 |