CN102959275A - 具有三维接触渐开线正偏位齿形的波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

在一波动齿轮装置(1)中，采用具有低压力角α(<20°)的渐开线齿形作为可挠外齿轮(3)的外齿(11)的基本齿形。在外齿(11)的主横截面(20)内，其齿高满足2κ0mn=2(1+c)mn(偏位系数κ₀＝1+c,0<c<0.5)，它大于标准齿高。将成锥考虑在内的齿移位沿外齿(11)的齿线方向进行的，由此与外齿(11)的齿线方向的轴垂直的各个截面上的齿条齿形的各直线部分从齿线方向观察是一致的。渐开线齿形的齿条齿形是直线，并因此可实现一种齿形，这种齿形允许将齿轮(2)和齿轮(3)两者的整个齿线上的齿成锥考虑在内的连续啮合。

Description

具有三维接触渐开线正偏位齿形的波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及挠曲量大于常规挠曲量的具有正偏位齿形的波动齿轮装置。更详细地，本发明涉及一种通过将具有比标准齿形更小的低压力角的渐开线齿形用作波动齿轮装置的刚性内齿轮和可挠外齿轮的基本齿形并使外齿移位以令外齿的轴向垂直横截面的渐开线齿形的直线部分从可挠外齿轮的外齿的齿线方向看呈一致而获得的三维接触渐开线正偏位齿形。

背景技术

自从由C.W.Musser(专利文件1)作出波动齿轮装置的发明以来直至今日，由创始者以及众多研究者(包括本发明人)构思出多种类型装置的发明。即使将讨论仅限于有关齿形的发明，已经提出了许多不同类型。例如，本发明人在专利文件2中提出的一种作为波动齿轮装置的基本齿形的渐开线齿形；在专利文件3、4中提出一种齿形设计方法，借助该方法波动齿轮装置的刚性内齿轮和可挠外齿轮的啮合通过齿条而逼近，由此衍生出一种尖头齿形，籍此两个齿轮在宽面积上接触。在专利文件5中，本发明人进一步提出一种高棘轮效应(ratcheting)扭矩的齿形，这使波动齿轮装置中的连续啮合变成可能。

一般地，波动齿轮装置具有环形的刚性内齿轮、同轴地设置在其内侧的可挠外齿轮以及配合在其中的波动发生器。可挠外齿轮设有可挠圆柱筒部、沿径向从该圆柱筒部的后端开始延伸的隔板以及在其前端开口侧形成在圆柱筒部的外周面部分上的外齿。形成隔板已使圆柱筒部的后端开口封闭的状态的可挠外齿轮被称为杯形可挠外齿轮，而形成隔板已从圆柱形筒形部的后端向外伸出的状态的可挠外齿轮被称为大礼帽形可挠外齿轮。任一形状的可挠外齿轮通过波动发生器被偏位成椭圆形，因此形成在其圆柱筒部的外周面部分上的外齿在椭圆的长轴方向上的任一端与刚性内齿轮的内齿啮合。

当可挠外齿轮由波动发生器变形成椭圆形时，所研究的可挠外齿轮的外齿的边缘中性圆也变形至椭圆形的边缘中性曲线。其中w表示在该边缘中性曲线的长轴位置上变形之前相对于该边缘中性圆沿径向的挠曲量，而w₀表示挠曲的常规(标准)量，该常规量是边缘中性圆的半径除以波动齿轮装置的减速比得到的值，其比值(w/w0)是偏位系数κ。大于常规挠曲量的挠曲量(κ＞1)被称为正偏位，而小于常规挠曲量的挠曲量(κ＜1)被称为负偏位。

这里，已被挠曲成椭圆形的可挠外齿轮的外齿沿其齿线方向从隔板侧的后端部朝向前开口侧的前端部以基本与离隔板的距离成比例的方式表现出递增量的挠曲。此外，伴随着波动发生器的转动，可挠外齿轮的外齿的各个部分沿径向重复挠曲。结果，例如当沿外齿齿线方向在中心处的轴向垂直横截面上的挠曲量被设定成常规的挠曲量(κ=1)时，正偏位挠曲状态出现在从该截面开始朝向前端的一侧，而负偏位挠曲状态出现在从该截面开始朝向后端的一侧。外齿处于沿齿线方向沿其整体正偏位挠曲状态的外齿齿形被称为正偏位齿形，而外齿处于沿齿线方向沿其整体负偏位挠曲状态的外齿齿形被称为负偏位齿形。

“成锥”描述一种状态，其中可挠外齿轮的各个部分以这种方式通过波动发生器而挠曲。迄今为止，在将外齿的成锥考虑在内时，尚未对设置齿形的合理方法给予足够的重视。目前，强烈要求市场上存在负载扭矩性能提高的波动齿轮装置。为此，需要一种将外齿的成锥考虑在内的合理齿形，籍此在整个齿线上连续啮合是可能的。

波动齿轮装置的其中一个需求是为抗高减速比下的棘轮效应提供对策。在齿数超过200的高减速比的情形下，需要增加齿高以防止高负载扭矩期间的棘轮效应。

现有技术文献

[专利文献]

专利文献1：美国专利No.2906143

专利文献2：JP-B2 45-41171

专利文献3：JP-A 63-115943

专利文献4：JP-A 64-79448

专利文献5：JP-A 2007-211907

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的一个目的是提供一种具有三维接触渐开线正偏位齿形的波动齿轮装置，籍此两个齿轮在沿齿线方向在预定位置建立的主横截面(轴向垂直横截面)内在很宽范围上保持啮合，同时也在齿线方向上的其它轴向垂直横截面上保持部分啮合，该齿形提供足够大的齿高，该齿高可防止在高负载扭矩期间两齿轮的棘轮效应，即使在高减速比下也是如此。

用于解决前述问题的手段

为了达成前述目的，在本发明的波动齿轮装置中，为了增加有效齿高，将小于20°的低压力角的渐开线正偏位齿形采纳作为基本齿形。此外，有鉴于渐开线齿形的齿条齿形是直线这一事实，取得一种可将齿的成锥考虑在内地跨两个齿轮的整个齿线连续啮合的齿形。具体地说，根据本发明，设定在波动齿轮装置的可挠外齿轮的外齿的齿线中心附近的标准轴向垂直横截面(主横截面)内的齿高值为2κ₀mn=2(1+c)mn(偏位系数κ₀＝1+c；0＜c＜0.5)，它大于标准的2mn(其中m是模数而n是正整数，通常n=1)。此外，通过以将成锥考虑在内的方式沿外齿的齿线方向移位齿，外齿的齿线方向上的轴向垂直横截面内的齿条齿形的直线部分沿齿线方向观察是一致的。因此。在本发明的波动齿轮装置中，可实现齿跨两个齿轮的整个齿线以合理方式啮合。

进一步说，根据本发明，这里提供一种波动齿轮装置，其具有：

环形的刚性内齿轮，

设置在内齿轮内侧的可挠外齿轮，以及

配合在外齿轮内侧的波动发生器，

可挠外齿轮配有可挠的圆柱筒部以及沿径向从圆柱筒部的后端开始延伸的环形隔板，形成在圆柱筒部的前端开口区域内的外齿通过波动发生器挠曲成椭圆形，以从隔板侧的后端部至开口侧的前端部产生与离开隔板的距离基本成比例的挠曲量；

其特征在于：

刚性内齿轮和可挠外齿轮是模数为m的直齿轮；

刚性内齿轮和可挠外齿轮各自的齿数为至少200；

可挠外齿轮的齿数比刚性内齿轮的齿数少2n，其中n是正整数；

刚性内齿轮和可挠外齿轮的基本齿形是压力角α小于20°的渐开线齿形；

通过波动发生器使可挠外齿轮变形至椭圆形，籍此可挠外齿轮的外齿的边缘中性圆变形至椭圆形的边缘中性曲线，在边缘中性曲线的长轴位置上相对于边缘中性圆沿径向的挠曲量是κnm，其中κ是大于1的偏位系数；

在沿可挠外齿轮的外齿的齿线方向的各个位置的轴向垂直横截面上推导出当齿啮合通过齿条啮合近似时获得的可挠外齿轮的外齿相对于刚性内齿轮的内齿的移动轨迹，

在可挠外齿轮的外齿的齿线方向上的前端部和后端部之间的中间位置处建立的轴向垂直横截面被指定为主横截面，在该主横截面中获得的移动轨迹被称为第一移动轨迹，并且在该第一移动轨迹上的环形顶部向第一移动轨迹画出的数条切线中相对于边缘中性曲线的长轴成等于压力角α的夹角的一条切线被称为第一切线，以及

沿齿线方向除外齿的主横截面以外的轴向垂直横截面获得的移动轨迹被称为第二移动轨迹，并且对此画出的数条切线中相对于边缘中性曲线的长轴成等于压力角α的夹角的数条切线被称为第二切线，

除外齿主横截面以外的轴向垂直横截面的齿形是经移位的齿形，其中包括渐开线齿形的基本齿形已经历位移，由此若沿外齿的齿线方向观察，轴向垂直横截面内的第二移动轨迹是跃变的并且第二切线与第一切线是一致的；以及

刚性内齿轮的内齿的尖端已经历调整，由此沿齿线方向不存在与移位的齿形的干扰。

这里，在优选实践中，主横截面上的外齿的齿高是2κ₀mn，其中κ₀是主横截面中的偏位系数κ，且偏位系数κ₀=1+c(0<c<0.5)。

κ₀(>1)是外齿在主横截面内的偏位系数κ，经移位的齿形的移位量可以是通过下列方程给出的值。

[方程1]

$y=x\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$+0.5/\tan \mathrm{\&alpha;}\&times;({\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

${-\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$-\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-x\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$+\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2})$

替代地，在水平轴具有偏位系数κ而垂直轴具有移位量y的情况下，从前述方程获得的移位量的曲线可通过恒定斜率的直线近似求得，并因此可利用该线性近似来规定移位量。

接下来，可挠外齿轮可以是等高齿的锥形齿轮。在这种情形下，外齿的尖端圆柱表面的形状可以是沿齿线方向从后端部朝向前端部外径逐渐减小的圆锥面，由此在变形成椭圆形的状态下包含可挠外齿轮的长轴的轴向横截面中可挠外齿轮的外齿的尖端基本平行于刚性内齿轮的内齿的根。

发明效果

在根据本发明的波动齿轮装置中，可挠外齿轮经历挠曲量大于常规挠曲量的正偏位挠曲；刚性内齿轮和可挠外齿轮具有比标准更小的低压角的渐开线齿形；并且外齿如此移位以使外齿的轴向垂直横截面内的渐开线齿形的直线部分沿可挠外齿轮的外齿的齿线方向是一致的。因此，不仅在齿形的轴向垂直横截面上，而且在与之垂直的齿线方向上实现诸齿形的啮合，由此即使在高减速比下也能获得合需的传动扭矩。

结果，根据本发明的波动齿轮装置，以主横截面内的齿形连续啮合的位置为中心，在从主横截面至前端部的齿线范围内以及在从主横截面至后端部的整个齿线范围内可实现有效的啮合，并能传递更大量的扭矩。

附图说明

图1是示出典型波动齿轮装置的一个例子的简化前视图；

图2是一解说图，该图以通过轴线的横截面来示出杯形或大礼帽形的可挠外齿轮的挠曲状态，其中(a)示出变形前的状态，(b)示出在变形至椭圆形之后包括椭圆长轴的横截面的状态，而(c)示出在变形至椭圆形之后包括椭圆短轴的横截面的状态；

图3是示出在形成本发明的齿形所基于的三个位置截取的横截面(主横截面、前端部和后端部)上用齿条来逼近齿轮相对运动的情形下获得的运动轨迹。

图4是本发明中采用的齿条齿形的图；

图5是示出沿可挠外齿轮的齿线方向的各个位置处的移位量的图表；

图6(A)、6(B)、6(C)是解说图，这些图分别示出沿外齿的齿线方向在前端部、主横截面和后端部上可挠外齿轮和刚性内齿轮的啮合，在每种情形中示出齿轮共享同一直线部分横截面的状态；以及

图7是示出可挠外齿轮和刚性内齿轮的齿形状的解说图。

具体实施方式

(波动齿轮装置的构成)

图1是本发明针对的波动齿轮装置的前视图。图2(a)-2(c)是以通过一轴线的横截面示出可挠外齿轮的开口部已挠曲成椭圆形的状态的横截面图，其中(a)表示变形前的状态，(b)表示变形后包括椭圆长轴的横截面，而(c)表示变形后包括椭圆短轴的横截面。在图2(a)-2(c)中，实线表示杯形的可挠外齿轮，而虚线表示大礼帽形可挠外齿轮。

如这些图中所示，波动齿轮装置1具有环形的刚性内齿轮2、设置在其内侧的可挠外齿轮3以及被插入到其中的椭圆形轮廓的波动发生器4。刚性内齿轮2和可挠外齿轮3是模数为m的直齿轮，齿数为200或更多。可挠外齿轮的齿数比刚性内齿轮的齿数少2n，其中n是正整数。由于通常n=1，因此齿数差为2。

波动齿轮装置1的可挠外齿轮3通过椭圆形轮廓的波动发生器4被挠曲成椭圆形，并在椭圆形沿长轴L1方向的两端的部分附近，其外齿11与刚性内齿轮2的内齿12啮合。当波动发生器4转动时，两齿轮2、3啮合的位置沿周方向移动，这根据两齿之间的齿数差使两个齿轮2、3之间产生相对运动。可挠外齿轮3提供有可挠的圆柱筒部13、从其后端14开始连续并沿径向延伸的隔板15以及从隔板15连续的轮毂16。外齿11形成在圆柱筒部13的开口端17侧的外周表面部分上。

由于椭圆形轮廓的波动发生器4已插入到圆柱筒部13的外齿形成部分的内周表面部分内，因此圆柱筒部13从隔板侧的后端14朝向开口端17沿径向朝外侧或朝内侧经历逐渐递增的挠曲量。如图2(b)所示，在包括椭圆形长轴L1的横截面内，朝外侧的挠曲量与从后端14至开口端17的距离成比例地逐渐增加；并且如图2(c)所示，在包括椭圆形的短轴L2的横截面内，朝内侧的挠曲量与从后端14至开口端17的距离成比例地逐渐增加。结果，在开口端17侧形成在外周壁部分上的外齿11同样经历与沿其齿线方向从后端14(隔板15)开始、从隔板侧上的后端部18朝向开口端侧上的前端部19的距离成比例的逐渐递增的挠曲量。

图3是示出相对于刚性内齿轮2的内齿12在可挠外齿轮3的外齿11的椭圆形边缘中性曲线上的点的移动轨迹，该移动轨迹是在波动齿轮装置1的齿轮2、3的相对运动由齿条逼近的情形下获得的。在图3中，x轴表示齿条的平移方向，而y轴表示与之垂直的方向。y轴的原点是移动轨迹的振幅的平均位置。刚性内齿轮2和可挠外齿轮3之间的齿数差为2n(n是正整数并通常为1)。其中2κnm(κ是偏位系数，它是大于1的实数，而m是模数)表示可挠外齿轮3的任意轴向垂直横截面中相对于刚性内齿轮2的移动轨迹的总振幅，可挠外齿轮3的外齿11的移动轨迹是通过方程1给出的。

x=0.5mn(θ-κsinθ)(方程1)

y=κcosθ

为简化说明，假设m=1且n=1(齿数差为2)，则移动轨迹由方程1A描述。图3示出在这种情形下观察到的移动轨迹。

x=0.5(θ-κsinθ)(方程1A)

y=κcosθ

(用于建立齿形的方法)

接下来，描述根据本发明用于建立外齿11和内齿12的齿形的方法。首先，将可挠外齿轮3的轴向垂直横截面指定为主横截面20，该横截面已被建立在齿线方向上的中心附近。图4是具有低压力角α(＜20°)的渐开线齿形的齿条齿形形状，该齿条齿形形状建立在可挠外齿轮3中具有偏位系数κ₀的主横截面20中。为了防止棘轮效应，采用高齿。具体地说，在主横截面20中，齿高为2κ₀mn=2(1+c)mn(偏位系数κ₀=1+c，0<c<0.5)，该齿高大于2mn的标准齿高(m是模数，n是正整数并通常n＝1)。如此，具有低压力角α的渐开线齿形的齿条齿形形状被采用作为外齿11和内齿12的基本齿形。

由可挠外齿轮3的椭圆形边缘中性曲线上的点相对于该主平面20中的刚性内齿轮2画出的移动轨迹的总振幅应当被表示为2κ₀mn(κ₀>1的正偏位)。由外齿11的齿线方向上的前端部19处的椭圆形边缘中性曲线上的点画出的移动轨迹的总振幅应当被表示为2(κ₀+a)mn，并且由外齿11的齿线方向上的后端部18处的椭圆形边缘中性曲线上的点画出的移动轨迹的总振幅应当被表示为2(κ₀–b)mn。由于成锥，可挠外齿轮3的圆柱筒部13经历与隔板15的距离成比例的递增的挠曲量，并因此在从隔板15至前端部19、至主横截面20和至后端部18的距离分别被表示为la、l₀和lb的情况下，a和b可被定义如下。

a=κ₀(1a-l ₀)/l ₀

b=κ₀(1₀-lb)/l₀

再次参见说明书中的图3，曲线I₀示出在移位前齿的主横截面20上的移动轨迹；在主横截面20中，以挠曲系数κ=κ₀(=1+c,0<c<0.5)发生挠曲。曲线Ia示出在移位前齿的前端部19上的移动轨迹；在前端部19的横截面上，以偏位系数κ=κ₀+a发生挠曲。曲线Ib示出在移位前齿的后端部18上的移动轨迹；在后端部18的横截面上，以偏位系数κ=κ₀-b(>1)发生挠曲。这将是这种情形，例如曲线I₀具有偏位系数κ=κ₀＝1.4(c=0.4)，曲线Ia具有系数κ=1.7(a=0.3)，而曲线Ib具有系数κ=1.1(b=0.3)。由点划线表示的曲线I是在标准偏位挠曲的情形下的移动轨迹(κ=1)。如此，运动轨迹Ia、Ib和I₀构成正偏位挠曲，并因此环形顶部形成在作为其最深啮合部分的顶部。

接下来，在主横截面20内得到的移动轨迹I₀上的环形顶部中，对移动轨迹I₀画出一条切线，以使该切线相对于边缘中性曲线的长轴(图3中的y轴)的夹角等于压力角α(<20°)；这被指定为第一切线T1。对于在除主横截面20以外的每个轴向垂直横截面中获得的移动轨迹的环形顶部，沿外齿11的齿线方向画出切线，以使该切线相对于边缘中性曲线的长轴的夹角等于压力角α；这些切线各自被指定为第二切线T2。例如，在图3中，在前端部19的移动轨迹Ia的环形顶部中获得第二切线T2a，并在后端部18的移动轨迹Ib的环形顶部中获得第二切线T2b。

接下来，外齿11除主横截面20以外的每个轴向垂直横截面的齿形被赋予经移位的齿形，其中包括渐开线齿形的齿条齿形形状的基本齿形已经历位移，由此若从外齿11的齿线方向观察，外齿11的各个轴向垂直横截面内的移动轨迹跃变并且第二切线T2与第一切线T1一致。

此时所需的移位量是通过方程(2)给出的。

[数2]

$y=x\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$+0.5/\tan \mathrm{\&alpha;}\&times;({\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

${-\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$-\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-x\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$+\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2})$

方程(2)

图5是示出沿可挠外齿轮的齿线的各个位置处的移位量的图表，并且该图示出前述方程2的一个示例。附图中的水平轴表示可挠外齿轮3的外齿11沿轴向垂直横截面的径向的挠曲量w除以mn(偏位系数κ)得到的值；而垂直轴表示移位量y。在实践中，由于该曲线接近于直线，因此可通过逼近该曲线的直线来定义移位量。

图6(A)、6(B)和6(C)示出以这种方式得到的在前端部19、主横截面20和后端部18刚性内齿轮2的外齿11与内齿12的啮合。在每种情形下，齿轮2、3的齿形共享其直线部分的同一齿形。因此，根据本发明，可挠外齿轮3的外齿11与内齿12的啮合形成在沿齿线方向截取的每个横截面内，该齿线方向从前端部19通过主横截面20并延伸至后端部18。

图7示出具有以前述方式形成的齿形的可挠外齿轮3和刚性内齿轮2的齿的形状的一个示例，并且是将横截面切断以使其包括齿轮的中轴线1a并当变形至椭圆形时包括可挠外齿轮3的长轴的情形的纵截面图。如图7所示，刚性内齿轮2的内齿12的齿尖已沿其齿线方向经历调整，由此不对外齿11经移位的齿形产生干扰。具体地说，内齿12的齿尖已沿其齿线方向经历调整，由此齿高从与外齿11的主横截面20对应的位置开始朝向后端部18侧的末端逐渐减小。

在优选的实践中，可挠外齿轮3是等高齿的锥形齿轮。在这种情形下，在优选实践中，外齿11的尖端圆柱表面的形状是沿齿线方向从后端部18朝向前端部19外径逐渐减小的圆锥面，由此在变形成椭圆形的状态下包含可挠外齿轮3的长轴的轴向横截面中，可挠外齿轮3的外齿11的尖端基本平行于刚性内齿轮2的内齿12的根。

附图标记说明

1波动齿轮装置

1a中心轴

2刚性内齿轮

3可挠外齿轮

4波动发生器

11外齿

12内齿

13圆柱筒部

14后端

15隔板

16轮毂

17开口端

18后端部

19前端部

20主横截面

I.标准偏位挠曲的移动轨迹

I₀主横截面内的正偏位挠曲的移动轨迹

Ia前端部的正偏位挠曲的移动轨迹

Ib后端部的正偏位挠曲的移动轨迹

T1第一切线

T2a,T2b第二切线

Claims (4)

1.一种波动齿轮装置，其具有环形的刚性内齿轮、设置在所述内齿轮内侧的可挠外齿轮以及配合在所述外齿轮中的波动发生器，

所述可挠外齿轮配有可挠的圆柱筒部以及沿径向从所述圆柱筒部的后端开始延伸的环形隔板，形成在所述圆柱筒部的前端开口区域内的外齿通过所述波动发生器挠曲成椭圆形，由此从所述隔板侧的后端部至开口侧的前端部产生与离所述隔板的距离基本成比例的挠曲量；

其中所述波动齿轮装置的特征在于：

所述刚性内齿轮和所述挠性外齿轮是模数为m的直齿轮；

所述刚性内齿轮和所述挠性外齿轮的齿数为至少200；

所述挠性外齿轮的齿数比所述刚性内齿轮的齿数少2n，其中n是正整数；

所述刚性内齿轮和所述挠性外齿轮的基本齿形是压力角α小于20°的渐开线齿形；

通过所述波动发生器使所述可挠外齿轮变形至椭圆形，籍此所述挠性外齿轮的外齿的边缘中性圆变形至椭圆形的边缘中性曲线，在所述边缘中性曲线的长轴位置上相对于边缘中性圆沿径向的挠曲量是κnm，其中κ是大于1的偏位系数；

在沿所述可挠外齿轮的外齿的齿线方向上的各个位置处的轴向垂直横截面上推导出当齿啮合通过齿条啮合近似时获得的可挠外齿轮的外齿相对于刚性内齿轮的内齿的运动轨迹，

在所述可挠外齿轮的外齿的齿线方向上的前端部和后端部之间的中间位置处建立的轴向垂直横截面被指定为主横截面，在所述主横截面中获得的移动轨迹被称为第一移动轨迹，而在所述第一移动轨迹上的环形顶部向第一移动轨迹画出的数条切线中相对于边缘中性曲线的长轴成等于压力角α的夹角的一条切线被称为第一切线，以及

沿所述齿线方向除外齿的主横截面以外的轴向垂直横截面中获得的移动轨迹被称为第二移动轨迹，并且对此画出的数条切线中相对于边缘中性曲线的长轴成等于压力角α的夹角的数条切线被称为第二切线，

除所述外齿的主横截面以外的轴向垂直横截面的齿形是经移位的齿形，其中包括渐开线齿形的基本齿形已经历位移，由此若沿外齿的齿线方向观察，所述轴向垂直横截面内的第二移动轨迹是跃变的并且所述第二切线与所述第一切线是一致的；以及

所述刚性内齿轮的内齿的尖端已经历调整，由此沿齿线方向不存在与移位的齿形的干扰。

2.如权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述主横截面中的外齿的齿高为2κ₀mn，其中κ₀是主横截面中的偏位系数κ，并且

所述偏位系数κ₀是1+c(0<c<0.5)。

3.如权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于，

κ₀(>1)是外齿在主横截面内的偏位系数κ，经移位的齿形的移位量是通过下列方程给出的值，或者

由逼近从下面方程中获得的移位量的曲线的恒定斜率的直线规定的值，其中水平轴是偏位系数κ而垂直轴是移位量y。

[数1]

$y=x\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1-{\left(\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}\right)}^2}$

$+0.5/\tan \mathrm{\&alpha;}\&times;({\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/x-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

${-\sin }^{-1}\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}/{\mathrm{\&kappa;}}_0-\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$-\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-x\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/x^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2}$

$+\frac{2\tan \mathrm{\&alpha;}-{\mathrm{\&kappa;}}_0\sqrt{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2-1/{\mathrm{\&kappa;}}_0^2}}{1+{\left(2\tan \mathrm{\&alpha;}\right)}^2})$

4.如权利要求1-3中任何一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述可挠外齿轮是等齿高的锥形齿轮，以及

所述外齿的尖端圆柱表面的形状是沿齿线方向从所述后端部朝向所述前端部外径逐渐减小的圆锥面，由此在变形成椭圆形的状态下包含所述可挠外齿轮的长轴的轴向横截面中，所述可挠外齿轮的外齿的尖端基本平行于所述刚性内齿轮的内齿的根。

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