Design and analysis of three-term cosine cam wave generators for harmonic reducers

WANG Wei; ZHANG Ruiliang; XU Huaizhe; WANG Yuxin

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.015

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Design and analysis of three-term cosine cam wave generators for harmonic reducers

Design·Calculation | 更新时间：2026-01-23

- Design and analysis of three-term cosine cam wave generators for harmonic reducers
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 50, Issue 1, Pages: 119-125(2026)
- 作者机构：
  
  太原理工大学齿轮研究所，太原 030024
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.015
  CLC： TH132.43
- Received：17 January 2025，
  
  Revised：2025-03-21，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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王玮，张瑞亮，徐怀哲，等. 谐波减速器三项余弦凸轮波发生器的设计与分析［J］. 机械传动，2026，50（1）：119-125.

WANG Wei，ZHANG Ruiliang，XU Huaizhe，et al. Design and analysis of three-term cosine cam wave generators for harmonic reducers［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：119-125.
王玮，张瑞亮，徐怀哲，等. 谐波减速器三项余弦凸轮波发生器的设计与分析［J］. 机械传动，2026，50（1）：119-125. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.015.

WANG Wei，ZHANG Ruiliang，XU Huaizhe，et al. Design and analysis of three-term cosine cam wave generators for harmonic reducers［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：119-125. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.015.

摘要

目的

波发生器作为原动件，其轮廓曲线直接关系着柔轮的变形受力规律。为降低柔轮受力，改善其疲劳性能，提出一种三项余弦凸轮波发生器的设计。

方法

三项余弦波发生器轮廓曲线由基圆半径（常数项）及3个余弦项叠加而成，通过波发生器长轴处曲率、波高及短轴缩进量对曲线参数进行约束控制；在轴承选型后，将长轴处曲率变化系数、短轴修正系数、柔性轴承游隙作为变量参数，分析其对柔轮变形和应力的影响，并对具体型号谐波减速器提出最优设计方案；对新型凸轮结构装入后的柔轮结构进行有限元分析，分别在撑胀、空载以及加载条件下与传统余弦凸轮进行对比，对柔轮受力情况及谐波传动的整体性能进行分析，对该设计方案的合理性进行了验证。

结果

有限元分析结果表明，与传统余弦波发生器相比，三项余弦波发生器作用下的柔轮应力在不同工况下都降低10%以上，有着更小的应力幅值及更平稳的应力变化趋势，具有更长的疲劳寿命及更好的精度保持性能。

Abstract

Objective

The wave generator

as the driving component

has its profile curve directly affecting the deformation and stress distribution of the flexible wheel. To reduce the stress on the flexible wheel and improve its fatigue performance

a design method for a three-term cosine cam wave generator was proposed.

Methods

The profile curve of the three-term cosine wave generator was composed of a constant term

represented by the base circle radius

and three cosine terms superimposed. By using the curvature variation coefficient at the major axis

the correction factor at the minor axis

and the clearance of the flexible bearing as variable parameters

the influence of these parameters on the performance of the wave generator was analyzed

and the optimization of a specific harmonic reducer model was validated. Finite element analysis was performed on the flexible wheel structure after incorporating the new cam structure under expansion

no-load

and loading conditions

and comparisons were made with the pre-optimized structure to analyze the stress distribution on the flexible wheel.

Results

The finite element results indicate that

compared to the traditional cosine wave generator

the flexible wheel under the three-term cosine wave generator exhibits superior stress performance under various working conditions and achieves longer fatigue life.

关键词

Keywords

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