图1  新型变速器中谐波齿轮传动中的柔轮的模拟模型

在FEM有限元分析法的帮助下，大大减轻了钢制结构件的重量。Harmonic Drive公司研发生产的谐波传动变速器就是通过这种方法将重量减轻的，与现有的标准变速箱相比较，重量减轻了50%。

了解和掌握不同工业领域未来对精密减速器和伺服驱动器的应用和要求对于这类设备研发方向的确定是非常重要的。若各个跨领域的要求有一些共同点时，这对明确研发方向是非常有利的。在新型变速器的研发中有三个要实现的主要目标：缩短定位过程时间，使驱动系统具有更良好的动态性能和更高的加速力矩。

高要求、高精度的最终产品需要驱动系统有很高的运行平稳性和精度；占用空间小、重量轻的固定式和移动式驱动系统。

图2  CPL系列轻结构变速器（右）与HFUC系列普通标准变速器的比较，尺寸规格：20，传动比：100

工业领域越来越精密、动态性能越来越好的机床设备也要求驱动技术产品供应商转变观念：除了高精度和高动态性能之外，占用空间小、重量轻也是必须考虑的问题。通过对高集成度的驱动系统整体设计，例如对轴承、变速箱、电动机、反馈系统和驱动系统壳体的综合设计，这将实现上述目标。而要实现这一目标的前提就是：主要零部件的研发设计和生产制造都是公司自主完成的。Harmonic Drive公司研发生产的重量轻、精度高的谐波传动变速器零部件就能够满足这些要求，为实现主要目标打下很好的基础。经过严格的变速器和电动机模拟试验，从而能够设计、制造出高效且结构紧凑的零部件。而在这些零部件的设计中最重要的就是尽可能的采用模块化的结构，以提高经济性和灵活性。设计时应注意如下发展趋势：更大的功率；轻结构设计；高精度要求。

精密变速器功率的提高表示的是在保持变速器高性能、高要求的同时，例如在结构尺寸不变的同时实现无间隙的啮合、更准确的传动比、更高抗扭转强度和更高重复精度的扭矩输出。而要做到这些需要有很强的生产加工能力。这样，在产品研发设计时新材料的研发和使用也就有着非常重要的意义了。

Harmonic Drive公司则想通过对新材料和零部件的优化来实现这些目标。他们制作了大量的模拟模型，以便加快新产品研发的速度。创意所产生的产品变型不是要在生产出大量的样机后才能进行验证，而是在模型模拟的过程中就得到验证。只有这样，新一代功率更大的变速器投放市场的时间才能得到保障。第一种新一代的变速器在2011年年初时供用户试用（图1）。

Harmonic Dirve股份公司把其长期以来坚持不懈的主要部件轻结构设计作为轻型精密变速器的基础，因而得出创新性的成果——CPL系列的轻结构变速器。它具有紧凑、精密、轻结构的特点，标准轻结构变速器所有的零部件都经过了重量优化。在谐波齿轮传动中，另一个也能够减轻柔轮重量的措施是利用涂层材料提高摩擦力。

图3  降低重量的措施

为了能够最大程度的传递扭矩，变速器的输出法兰采用了一个两面带有金刚砂的Ekaprig法兰。这样，柔轮法兰螺栓连接面与用户驱动轴法兰之间的结合面附着力提高了接近3倍，从而也可以用少量的尺寸规格较小的螺栓来连接。

Wave电动机优化

在系统的利用FEM有限元分析方法之后，成功的把驱动系统重量最大的链轮重量降了下来。新的T型结构设计和重量与所需径向强度之间的优化使得链轮保障了变速器具有较大的扭矩输出能力和承载能力。采取这一措施之后，与传统的标准变速器结构相比较重量减轻50%。通过Wave电动机的优化也把惯性矩减少了40%。目前，在伺服机器人和航空航天工业中，已经成功的大批量使用了这种变速器。另外，在机床和设备制造领域中采用这种轻结构设计的变速器也有着越来越多的应用（图2~图4）。

图4  Kuda轻结构设计机器人配备了CPL轻结构驱动装置

在机械加工过程中，高要求的定位过程和高质量的表面要求使整个传动系统在使用寿命周期里无间隙地、平稳地运行。对变速器来讲，这就意味着要选择最合适的材料，并且在齿形的生产加工中采用最佳的齿轮加工工艺。这样，就诞生了新一代的变速器：考虑了特殊的齿形啮合性能、由制齿工艺改进而带来最佳啮合的齿轮变速器。