CN104769318A - 齿轮装置 - Google Patents

Abstract

齿轮装置(1)包括外筒(2)、曲轴(20)、以曲轴(20)旋转自如的方式支承曲轴(20)的齿轮架(4)、以及利用花键结合于曲轴(20)的正齿轮(18)。花键(40)具有形成于曲轴(20)的公花键部(41)、形成于正齿轮(18)的开口(18a)的内周面的母花键部(42)。公花键部(41)具有斜面(41b)，该斜面(41b)位于该公花键部(41)的里端且形成于相邻的齿(41a)彼此之间，越向公花键部(41)的内部去越向朝向曲轴(20)的径向外侧的方向倾斜。正齿轮(18)以凸部推压于斜面(41b)的状态被约束于曲轴(20)上。

Description

齿轮装置

技术领域

本发明涉及齿轮装置。

背景技术

以往以来，作为小型轻量且能够获得较大的减速比的减速机，公知有专利文献1所记载那样的齿轮装置。在这样的齿轮装置中，经由圆筒状的输入齿轮(中间齿轮)和啮合于该输入齿轮的正齿轮(传递齿轮)向曲轴(偏心体轴)传递电动机的旋转驱动力，使该曲轴旋转。

上述正齿轮利用花键结合于曲轴的端部。即、在曲轴的端部形成有具有多个齿的公花键部，在正齿轮的开口的内周面形成有具有多个与该齿相对应的形状的凹部的母花键部。通过向正齿轮的开口插入曲轴，从而上述公花键部与母花键部相啮合。由此，正齿轮被限制为不会相对于曲轴相对旋转。此外，在曲轴的轴向上的正齿轮的两端安装有一对挡圈。利用上述挡圈将正齿轮限制为不会相对于曲轴相对地沿轴向移动。

在上述专利文献1所记载的齿轮装置中，正齿轮和曲轴利用花键相结合。在由花键结合的结合部分设计为，通过向正齿轮的开口插入曲轴，从而公花键部与母花键部相啮合。因此，在由该花键结合的结合部分处，在设计上或制造上允许产生稍许的间隙或游隙。因此，当因正齿轮与曲轴的组合、加工精度等而使该花键结合部分的间隙变大时，正齿轮可能会在旋转方向上产生晃动。

此外，在上述专利文献1所记载的齿轮装置中，利用一对挡圈限制正齿轮沿曲轴的轴向移动。因此，正齿轮可能会因设计上或组装上的误差而在轴向上产生晃动。

由于正齿轮在旋转方向和轴向上产生的晃动的影响，伴随着齿轮装置的驱动而在花键结合部分有可能产生磨耗、或者，齿轮装置自身有可能产生的振动、或者噪音水平有可能增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-286098号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种能够减少正齿轮与曲轴之间的结合部分处的磨耗、振动及噪音、且能够削减部件个数的齿轮装置。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案的齿轮装置在一对配合构件之间以规定的转速比变换转速并进行传动，该齿轮装置包括：外筒，其能够固定在一个配合构件上；曲轴；齿轮架，其构成为能够固定在另一个配合构件上，另一方面，其以旋转自如的方式收容在上述外筒的内部，并以上述曲轴旋转自如的方式支承上述曲轴，该齿轮架与上述曲轴的旋转联动而相对于上述外筒相对旋转；以及正齿轮，其利用花键结合于上述曲轴的端部。上述花键具有：形成于上述曲轴的端部的公花键部和形成于上述正齿轮的开口的内周面的母花键部。上述公花键部具有沿上述曲轴的圆周方向隔开间隔地形成的多个齿；以及斜面，该斜面位于该公花键部的里端且形成于该齿之间，越向上述公花键部的内部去越向朝向上述曲轴的径向外侧的方向倾斜。上述母花键部具有：沿着上述正齿轮的上述开口的上述内周面形成的多个凹部；以及在该凹部之间且在上述公花键部的相邻的齿彼此之间突出的凸部。上述正齿轮以上述凸部推压于上述斜面的状态被约束在上述曲轴上。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的齿轮装置的剖视图。

图2是上述齿轮装置中的正齿轮与曲轴之间的结合部分的放大剖视图。

图3是本发明的第2实施方式的齿轮装置的剖视图。

图4是图3的齿轮装置中的正齿轮与曲轴之间的结合部分的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明用于实施本发明的方式。

(第1实施方式)

第1实施方式的齿轮装置1是作为减速机应用于例如机器人的旋转主体、腕关节等旋转部或各种机床的旋转部的齿轮装置。齿轮装置1是在机器人的旋转部等中在基部和相对于基部相对旋转的旋转体之间以规定的转速比变换转速并进行传动的装置。

如图1所示，本实施方式的齿轮装置1包括外筒2、内齿销3、齿轮架4、主轴承6、多个曲轴20、曲轴轴承22、摆动齿轮24、输入齿轮(未图示)、分别结合于多个曲轴20的多个正齿轮18、设于各正齿轮18的轴向外侧的防脱用的挡圈43。

外筒2呈能够固定在一个配合构件(例如，机器人的基部)上的形状，作为齿轮装置1的壳体发挥作用。该外筒2形成为大致圆筒状。外筒2利用螺栓等紧固于机器人的基部。在外筒2的内表面，沿周向以等间隔配置有许多个内齿销3。内齿销3作为与具有外齿轮的摆动齿轮24啮合的内齿发挥作用。摆动齿轮24的齿数比内齿销3的数量少一些。在本实施方式中，使用2个(多个)摆动齿轮24。

齿轮架4呈能够固定在另一个配合构件(例如，机器人的旋转体)上的形状。齿轮架4能够相对于外筒2相对旋转，并以与外筒2配置在同轴上的状态收容在该外筒2内。在本实施方式中，齿轮架4能够绕与外筒2相同的轴线相对于外筒2相对旋转。齿轮架4利用螺栓等紧固于机器人的旋转体。当齿轮架4相对于外筒2相对旋转时，机器人的旋转体相对于基部旋转。

另外，在本实施方式中示出有将齿轮架4紧固于旋转体并进行旋转、使外筒2固定在基部上而静止的例子，但是，也可以是与其相反的配置。即、当然也能够将外筒2紧固于旋转体并将齿轮架4紧固于基部来使用。

齿轮架4被沿轴向相互分开的一对主轴承6支承为能够相对于外筒2相对旋转。齿轮架4包括基部32和端板部34。在这些构件之间形成有用于收纳摆动齿轮24的收容空间33，摆动齿轮24是用于传递外筒2与齿轮架4之间的旋转力的传递构件。

基部32具有在外筒2内配置于该外筒2的端部附近的基板部32a、自该基板部32a朝向端板部34沿轴向延伸的多个轴部32b。轴部32b在利用销7定位于与端板部34相面对的规定的位置的状态下，利用螺栓5紧固于端板部34。由此，使基部32与端板部34一体化。此外，在齿轮架4的径向中央部设有用于沿轴向贯穿的贯穿孔4a。收容空间33通过贯穿孔4a与齿轮架4的外部连通。

曲轴20设有多个(在本实施方式中，例如3根)，各曲轴20沿齿轮架4的周向以等间隔(每隔120度)配置。各曲轴20借助一对曲轴轴承22以旋转自如的方式支承于齿轮架4。

在曲轴20上设有多个(在本实施方式为2个)偏心部20a。该多个偏心部20a配置为，位于一对曲轴轴承22之间的位置并沿轴向排列。各偏心部20a形成为分别自曲轴20的轴心以规定的偏心量偏心的圆柱状。并且，各偏心部20a以相互具有规定角度的相位差的方式形成于曲轴20。另外，偏心部20a也可以是1个。

多个摆动齿轮24分别借助滚子轴承28a安装于曲轴20的各偏心部20a。摆动齿轮24的内径形成得比外筒2的内径稍小，当曲轴20旋转时，摆动齿轮24与偏心部20a的偏心旋转联动，一边与外筒2的内表面的内齿销3啮合一边摆动旋转。

摆动齿轮24具有中央部贯穿孔24b、多个偏心部贯通孔24c、多个轴部贯通孔24d。

在摆动齿轮24上，偏心部贯通孔24c在中央部贯穿孔24b的周围沿周向以等间隔地设置。在各偏心部贯通孔24c中，以插入安装有滚子轴承28a的状态分别贯通有各曲轴20的偏心部20a。

在摆动齿轮24上，轴部贯通孔24d在中央部贯穿孔24b的周围沿周向以等间隔地设置。各轴部贯通孔24d分别配置于在周向上相邻的偏心部贯通孔24c之间的位置。在各轴部贯通孔24d中，以具有游隙的状态贯通有齿轮架4的各轴部32b。

各曲轴20的端部沿齿轮架4的轴向自该齿轮架4向外部突出。在各个曲轴20的延伸设置于齿轮架4的外侧的端部花键结合有正齿轮18。另外，正齿轮18并不限于位于齿轮架4的外侧的结构。也可以是在齿轮架4上形成有凹部并将正齿轮18配置在该凹部内的结构。

正齿轮18由于在基于花键40进行结合的结合部分处的咬合，从而限制正齿轮18相对于曲轴20向旋转方向和轴向的移动。

具体地说，如图2所示，用于将正齿轮18结合于曲轴20的花键40具有：形成于曲轴20的自齿轮架4向外部突出的端部的公花键部41；形成于正齿轮18的开口18a的内周面的母花键部42。

公花键部41具有沿曲轴20的圆周方向以等间隔形成的多个齿41a。另外，多个齿41a不必须沿周向以等间隔形成，只要沿周向以相互隔开间隔的方式形成即可。

此外，公花键部41具有斜面41b，该斜面41b位于曲轴20的公花键部41的里端形且成于相邻的齿41a彼此之间。斜面41b越向公花键部41的内部(图2的左方向)去越向朝向曲轴20的径向外侧的方向倾斜。

作为该斜面41b，例如能够采用利用具有花键加工用的滚铣刀的切削加工机进行切削加工来形成公花键部41时产生的滚切顶部(日文：ホブ切上がり部)。另外，本发明并不特别限定斜面41b的形成方法，也可以利用其它形成方法形成该斜面41b。

另一方面，母花键部42具有沿正齿轮18的开口18a的内周面形成的多个凹部42a。各凹部42a沿正齿轮18的圆周方向以等间隔形成，并具有能够供公花键部41的齿41a插入的形状。另外，多个凹部42a不必须以等间隔形成，只要配置为隔开与相邻的齿41a彼此的间隔相对应的间隔即可。

此外，母花键部42b在凹部42a之间具有在曲轴20的相邻的齿41a彼此之间突出的凸部42b。

另外，在图2所示的例子中，对正齿轮18的开口18a的边缘(即、凸部42b的边缘)进行倒角加工，但是，本发明并不限定于此，也可以不实施倒角加工。

在上述结构中，在曲轴20的端部插入正齿轮18的开口18a时，以正齿轮18的母花键部42与曲轴20的公花键部41相啮合的方式，将公花键部41的齿41a插入母花键部42的凹部42a。此时，母花键部42的凹部42a彼此之间的凸部42b插入公花键部41的齿41a与齿41a之间。并且，凸部42a推压于形成于公花键部41的里端的斜面41b。在该状态下，斜面41b起到楔的效果，即、斜面41b对凸部42b施加朝向曲轴20的径向外侧的方向的按压力，由此斜面41b与凸部42b之间的接触面的摩擦力增大。由此，正齿轮18咬住曲轴20而被约束在该曲轴20上。由此，使正齿轮18与曲轴20结合的花键40在旋转方向和轴向均不会产生晃动，而能够使正齿轮18牢固地连结于曲轴20。

在曲轴20上，挡圈43配置于比正齿轮18靠该曲轴20的顶端侧的位置。挡圈43防止正齿轮18自曲轴20脱落。挡圈43由金属制的C字形(即、一部分间断而不封闭的圆弧状的形状)的构件构成。在将正齿轮18咬合于曲轴20的公花键部41的斜面41b之后，挡圈43暂时扩大后嵌入被形成于曲轴20的外周面的环状的槽20b。此时，挡圈43在其恢复力的作用下向径向内侧收缩，牢固地紧固于曲轴20的顶端部。

槽20b的位置被设定为如下位置：在如上所述那样凸部42a推压于斜面41b、正齿轮18配置于曲轴20的端部的规定位置时，能够以挡圈43与正齿轮18的侧面接触或接近的状态使挡圈43嵌入槽20b。由此，根据挡圈43是否能够嵌入槽20b，来确认正齿轮18是否配置于曲轴20的端部恒定位置。

另外，图1～2所示的正齿轮18是齿沿着与轴向平行的方向延伸的平齿轮。因此，当正齿轮18与输入齿轮(未图示)啮合而旋转时，作用于轴向的力与锥齿轮(伞齿轮)的情况相比较小。因此，运转时不会沿轴向对挡圈43作用较大的力。

多个正齿轮18分别啮合于未图示的输入齿轮。自齿轮装置外部的电动机向该输入齿轮赋予旋转驱动力，从而分别向该多个正齿轮18传递旋转驱动力。

接下来，说明第1实施方式的齿轮装置1的工作。

来自齿轮装置1的外部的电动机的旋转驱动力借助未图示的输入齿轮传递至各正齿轮18，由此，各曲轴20分别绕轴线旋转。

伴随着各曲轴20的旋转，偏心部20a偏心旋转。摆动齿轮24与偏心部20a的偏心旋转联动地一边啮合于外筒2的内表面的内齿销3一边摆动旋转。摆动齿轮24的摆动旋转通过各曲轴20传递至齿轮架4。在本实施方式中，使外筒2固定在基部52上而静止，因此，齿轮架4和旋转体50以自被输入的旋转减速后的转速相对于外筒2和基部52相对旋转。

(第1实施方式的特征)

(1)

在本发明的第1实施方式的齿轮装置1中，形成于正齿轮18的开口18a处的母花键部42啮合于曲轴20的公花键部41，而且，形成于公花键部41的里端的斜面41b推压于母花键部42的凸部42b。在该状态下，通过使斜面41b强力地推压于凸部42b，从而在其接触面上产生较大的摩擦力，而获得所谓的楔效果。因此，正齿轮18咬住曲轴20而被约束在该曲轴20上。其结果，作为正齿轮18与曲轴20之间的结合部分的花键40在旋转方向和轴向上均不会产生晃动。因而，能够减少花键结合部分的磨耗、振动及噪音。此外，不需要为了限制正齿轮18的轴向上的移动而利用一对挡圈约束正齿轮18，因此，能够削减部件个数。

(2)

此外，在第1实施方式的齿轮装置1中，即使在驱动中因振动等使上述的楔效果降低时，也能够利用配置于比正齿轮18靠曲轴20的顶端侧的位置的挡圈43，防止正齿轮18自曲轴20脱落。因而，能够提高安全性。

(3)

而且，在第1实施方式的齿轮装置1中，作为配置于比正齿轮18靠曲轴的顶端侧的位置的防脱构件，采用金属制的C字形的挡圈43。因此，能够将正齿轮18牢固地紧固于曲轴20的顶端部，进一步提高正齿轮18的防脱效果。

(第1实施方式的变形例)

(A)

另外，在第1实施方式的齿轮装置1中，用于防脱防止的挡圈43配置于正齿轮18的轴向外侧，但是，本发明并不限于此，也可以省略挡圈43。在该情况下，也能够通过正齿轮18的母花键部42咬合于曲轴18的公花键部41的里侧的斜面41b来进行约束，因此，即使在省略该挡圈43的状态下也能够使用该齿轮装置1。另外，为了提高安全性也可以设置挡圈43。

(B)

此外，在第1实施方式中，在各曲轴18上利用1个挡圈43实现正齿轮18的防脱，但是，本发明并不限于此，也可以使用多个挡圈43。在使用多个挡圈43的情况下，在更换为厚度不同的正齿轮18时，与该正齿轮18的厚度相对应地使用多个挡圈43，从而能够调整该挡圈43所占据的宽度。因而，能够扩大正齿轮18部件的选择自由度。此外，也能够与1个挡圈43一起使用垫片，利用垫片厚度来进行宽度调整。

(C)

此外，在第1实施方式中，是多个曲轴20配置于中央的贯穿孔4a(参照图1)的周围的结构，但是，本发明并不限于此。例如，也可以是曲轴20配置于齿轮架4的径向的中央部的中心曲轴式。

(D)

在第1实施方式中，正齿轮18插入曲轴20的自齿轮架4的端板部34侧向外部突出的端部，但是，本发明并不限于此。例如，也可以是曲轴20的一端部自齿轮架4的基部32向外部突出的结构，在该端部安装正齿轮18的结构。

(第2实施方式)

在上述第1实施方式中列举了以下齿轮装置1的例子进行说明，即，该齿轮装置1中使用金属制的C字形的挡圈43作为防脱构件，该防脱构件在曲轴20上配置在比正齿轮18靠曲轴20的顶端侧的位置，用于防止正齿轮18自曲轴20脱落，但是，本发明并不限于此，也可以采用挡圈43以外的其他防脱构件。

例如，在图3～4所示的齿轮装置1中，替代金属制的C字形的挡圈43使用O型环45。其它的结构与第1实施方式相同，因此，省略说明。

O型环45是由橡胶或树脂等弹性材料构成的不间断的环状的构件。

O型环45与挡圈43同样地，在曲轴20上配置在比正齿轮18靠曲轴20的顶端侧的位置，用于防止正齿轮18自曲轴20脱落。在正齿轮18咬合于曲轴20的公花键部41的斜面41b之后，将O型环45嵌入曲轴20的槽20b。槽20b形成于曲轴20的外周面，成为环状。

(第2实施方式的特征)

(1)

在第2实施方式的齿轮装置1中，即使在驱动中因振动等使上述楔效果降低时，也能够利用配置在比正齿轮18靠曲轴20的顶端侧的O型环45，防止正齿轮18自曲轴20脱落。因而，能够提高安全性。

(2)

此外，在第2实施方式的齿轮装置1中，作为防脱构件而使用由弹性材料构成的O型环45，因此，防脱构件容易向曲轴20安装，易于应对齿轮装置1的组装的自动化。

(第2实施方式的变形例)

另外，在第2实施方式的齿轮装置1中，用于防脱的O型环45配置于正齿轮的外侧，但是，本发明并不限于此，也可以省略该O型环45。在该情况下，正齿轮18的母花键部42也能够咬合于曲轴20的公花键轴41的里侧的斜面41b来进行约束，因此，即使在省略O型环45的状态下也能够使用该齿轮装置1。另外，为了提高安全性也可以设置O型环45。

(实施方式的概要)

在此，概述上述实施方式。

在上述实施方式中，形成于正齿轮的开口的母花键部啮合于曲轴的公花键部，而且，形成于公花键部的里端的斜面推压于母花键部的凸部。在该状态下，通过使斜面强力地推压于凸部，从而获得在该接触面上产生较大的摩擦力的所谓的楔效果。因此，正齿轮咬住曲轴而被约束在该曲轴上。其结果，正齿轮与曲轴之间的结合部分在旋转方向和轴向均不会产生晃动。因而，能够减少该结合部分的磨耗、振动及噪音。此外，不需要为了限制正齿轮的轴向上的移动而利用一对挡圈自正齿轮的两侧约束正齿轮，因此，能够削减部件个数。

还可以包括防脱构件，该防脱构件在上述曲轴上配置在比上述正齿轮靠该曲轴的顶端侧的位置，用于防止上述正齿轮自上述曲轴脱落。

采用该结构，即使在驱动中因振动等使上述楔效果降低时，也能够利用配置在比正齿轮靠曲轴的顶端侧的位置的防脱构件，从而防止正齿轮自上述曲轴脱落。因而，能够提高安全性。

上述防脱构件也可以是金属制的C字形的挡圈。

采用该结构，能够牢固地紧固于曲轴顶端部，进一步提高防脱效果。

此外，上述防脱构件也可以是由弹性材料构成的O型环。

采用该结构，防脱构件容易向曲轴安装，易于应对齿轮装置的组装的自动化。

如以上说明的那样，采用上述实施方式，能够减少正齿轮与曲轴之间的结合部分处的磨耗、振动及噪音。并且，不需要用于限制正齿轮的轴向上的移动的一对挡圈，因此，能够削减部件个数。

Claims (4)

1.一种齿轮装置，其在一对配合构件之间以规定的转速比变换转速并进行传动，其特征在于，

该齿轮装置包括：

外筒，其能够固定在一个配合构件上；

曲轴；

齿轮架，其构成为能够固定在另一个配合构件上，另一方面，其以旋转自如的方式收容在上述外筒的内部，并以上述曲轴旋转自如的方式支承上述曲轴，该齿轮架与上述曲轴的旋转联动而相对于上述外筒相对旋转；以及

正齿轮，其利用花键结合于上述曲轴的端部，

上述花键具有形成于上述曲轴的端部的公花键部和形成于上述正齿轮的开口的内周面的母花键部，

上述公花键部具有：沿上述曲轴的圆周方向隔开间隔地形成的多个齿；以及斜面，该斜面位于该公花键部的里端且形成于该齿之间，越向上述公花键部的内部去越向朝向上述曲轴的径向外侧的方向倾斜，

上述母花键部具有：沿着上述正齿轮的上述开口的上述内周面形成的多个凹部；以及在该凹部之间的、在上述公花键部的相邻的齿彼此之间突出的凸部，

上述正齿轮以上述凸部推压于上述斜面的状态被约束在上述曲轴上。

2.根据权利要求1所述的齿轮装置，其中，

上述齿轮装置还包括：

防脱构件，其在上述曲轴上配置在比上述正齿轮靠该曲轴的顶端侧的位置，防止上述正齿轮自上述曲轴脱落。

3.根据权利要求2所述的齿轮装置，其中，

上述防脱构件是金属制的C字形的挡圈。

4.根据权利要求2所述的齿轮装置，其中，

上述防脱构件是由弹性材料构成的O型环。