CN105431654B - 具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置 - Google Patents

具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105431654B
CN105431654B CN201480037605.6A CN201480037605A CN105431654B CN 105431654 B CN105431654 B CN 105431654B CN 201480037605 A CN201480037605 A CN 201480037605A CN 105431654 B CN105431654 B CN 105431654B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tooth
external
gear
internal
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480037605.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105431654A (zh
Inventor
石川昌
石川昌一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harmonic Drive Systems Inc
Original Assignee
Harmonic Drive Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harmonic Drive Systems Inc filed Critical Harmonic Drive Systems Inc
Publication of CN105431654A publication Critical patent/CN105431654A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105431654B publication Critical patent/CN105431654B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/0833—Flexible toothed member, e.g. harmonic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003—Features of the flexsplines therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

在波动齿轮装置中，在其轴垂直截面中，使用中心在内齿的齿顶中心线上的半圆(26)，对刚性内齿轮的外齿(24)中的齿顶齿形的主要部分进行限定。使用平行曲线(38)对外齿轮的外齿(34)的齿顶齿形的主要部分进行限定，该平行曲线(38)与外齿(34)相对于内齿(24)的基于齿条近似的移动轨迹Ma的规定范围的曲线部分Ma(A，B)的距离和半圆(26)的半径r1相等。能实现外齿(34)与内齿(24)之间的齿顶齿形彼此的连续且大范围的啮合，并能提高波动齿轮装置的转矩容量。

Description

具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置
技术领域
本发明涉及波动齿轮装置中的刚性的内齿轮及可挠性的外齿轮的齿形的改进。详细而言，涉及一种具有连续接触齿形的扁平型的波动齿轮装置，该连续接触齿形是以两齿轮在齿线方向上的各轴垂直截面处连续地啮合的方式使用圆弧齿形而形成的。另外，本发明还涉及一种具有三维连续接触齿形的杯型或礼帽型的波动齿轮装置，该三维连续接触齿形是以两齿轮在齿线方向的各轴垂直截面中连续地啮合、且在整个齿线方向上连续地啮合的方式使用圆弧齿形而形成的。
背景技术
一般，波动齿轮装置具有刚性内齿轮、同轴地配置于该刚性内齿轮的内侧的可挠性外齿轮、以及嵌入该可挠性外齿轮的内侧的波动发生器。扁平型的波动齿轮装置包括在可挠性的圆筒体的外周面形成有外齿的外齿轮。杯型及礼帽型的波动齿轮装置的可挠性外齿轮包括：可挠性的圆筒状主体部；从该圆筒状主体部的后端沿半径方向延伸的隔膜；以及形成于圆筒状主体部的前端开口侧的外周面部分的外齿。在典型的波动齿轮装置中，圆形的可挠性外齿轮被波动发生器挠曲成椭圆状，挠曲成椭圆状的可挠性外齿轮中的长轴方向的两端部与刚性内齿轮啮合。
自从创始人C.W.Musser(C.W.马瑟)的发明(专利文献1)以来至今为止，由该创始人开始，包括本发明人在内的很多研究者对波动齿轮装置的各种发明方案进行了研究。即便限定于与波动齿轮装置的齿形相关的发明，也存在各种发明。本发明人在专利文献2中提出了将基本齿形设为渐开齿形，并在专利文献3、4中提出了齿形设计法，该齿形设计法中，使用将刚性内齿轮和挠性外齿轮的齿的啮合用齿条近似的方法来推导出进行大范围接触的两齿轮的齿顶齿形。
另一方面，在杯型、礼帽型的波动齿轮装置中，挠曲成椭圆状的可挠性外齿轮的齿部的朝半径方向的挠曲量沿着其齿线方向从隔膜一侧朝前端开口与距隔膜的距离大致成比例地变化。另外，伴随着波动发生器的旋转，可挠性外齿轮的齿部的各部分反复进行朝半径方向的外侧及内侧的挠曲。考虑了这种由波动发生器产生的外齿轮的挠曲动作(锥进(coning))之后的合理的齿形的设定方法至今为止未被充分考虑。
本发明人在专利文献5中提出了一种波动齿轮装置，该波动齿轮装置具有考虑了齿的锥进后能连续啮合的齿形。在该专利文献5中提出的波动齿轮装置中，将其可挠性外齿轮的齿线方向的任意的轴垂直截面确定为主截面，在主截面的外齿轮的椭圆状轮缘中性线上的长轴位置，以相对于其挠曲前的轮缘中性圆的挠曲量2κmn(κ为挠曲系数，m为模数，n为正整数)挠曲为2mn(κ＝1)的无偏位状态的方式进行设定。
此外，通过齿条啮合模拟外齿轮与内齿轮的啮合，在包括外齿轮的齿线方向上的主截面在内的各位置的轴垂直截面中，求出伴随着波动发生器的旋转而产生的外齿轮的齿相对于内齿轮的齿的各移动轨迹，利用在主截面处获得的无偏位移动轨迹中的从顶部的点到下个底部的点的曲线部分，设定内齿轮及外齿轮的齿顶的基本齿形。
除此之外，以比主截面靠隔膜侧的挠曲成负偏位状态(挠曲系数κ＜1)的各轴垂直截面中获得的各负偏位侧移动轨迹、以及比主截面靠前端开口侧的挠曲成正偏位状态(挠曲系数κ＞1)的各轴垂直截面中获得的各正偏位侧移动轨迹这两者描绘出在主截面中的无偏位移动轨迹的底部及顶部相切的曲线的方式，在外齿轮的齿形中，隔着主截面对它们的齿线方向的两侧的齿形部分施加变位。
在这样形成有齿形的波动齿轮装置中，不仅仅能实现两齿轮的主截面中的外齿和内齿的齿顶齿形彼此的大范围的连续啮合，也能在整个齿线方向上实现外齿和内齿的齿顶齿形彼此的有效啮合。由此，与现有的在狭小的齿线范围中啮合的波动齿轮装置相比，能传递更多的转矩。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第2906143号说明书
专利文献2：日本专利特公昭45－41171号公报
专利文献3：日本专利特开昭63－115943号公报
专利文献4：日本专利特开昭64－79448号公报
专利文献5：国际公开第2010/070712号
发明内容
发明所要解决的技术问题
现在，存在强烈期望提高波动齿轮装置的负载转矩性能的市场要求。为了实现该要求，在扁平型的波动齿轮装置中，需要能减轻外齿轮的齿底轮缘应力、并能实现外齿与内齿的齿顶齿形彼此的大范围的连续啮合的合理的齿形状。另外，在杯型、礼帽型的波动齿轮装置中，需要以下合理的齿形状：能减轻外齿轮的齿底轮缘应力，能实现外齿与内齿的齿顶齿形彼此的大范围的连续啮合，且考虑到伴随着沿着外齿的齿线的挠曲量变化而产生的锥进也能在齿线方向上进行连续的啮合。
本发明的技术问题在于提供一种具有能减轻外齿轮的齿底轮缘应力、且能实现大范围的连续啮合的连续接触齿形的波动齿轮装置。
另外，本发明的技术问题还在于提供一种具有能减轻外齿轮的齿底轮缘应力、并能实现规定的轴垂直截面中的大范围连续啮合以及沿着齿线的方向上的连续啮合的三维连续接触齿形的波动齿轮装置。
解决技术问题所采用的技术方案
在本发明的波动齿轮装置中，在外齿轮的轴垂直截面上，刚性内齿轮的齿顶齿形由圆弧部分和直线限定，上述圆弧部分是中心在内齿的齿顶中心线上的半圆中的压力角为规定值以上的部分，上述直线与该圆弧部分的端点连接(在该端点画出的切线)。另外，外齿轮的齿顶齿形由下述平行曲线限定，该平行曲线是外齿相对于内齿的移动轨迹中的从顶部的点到底部的点的范围的曲线部分的平行曲线，且与该曲线部分的距离和所述半圆的圆弧半径相等。另外，内齿轮的齿根齿形采用了进行避让的形状，以避免与外齿轮的齿顶齿形干涉。
根据本发明，能实现两齿轮的齿顶齿形彼此的连续啮合。另外，内齿轮和外齿轮不会在挠曲成椭圆状的外齿轮的长轴上的位置处啮合，因此，能避免因在外齿轮的长轴上的位置处椭圆状变形的应力与齿面负载的应力叠加而在外齿轮的齿底轮缘处产生较大应力。由此，能提高波动齿轮装置的传递转矩容量。
接着，在本发明的杯型或礼帽型的波动齿轮装置中，在可挠性的外齿轮的开口端部的轴垂直截面(主截面)上，刚性内齿轮的齿顶齿形由圆弧部分和直线限定，上述圆弧部分是中心在内齿的齿顶中心线上的半圆中的压力角为规定值以上的部分，上述直线与该圆弧部分的端点连接(在该端点画出的切线)。另外，主截面中的外齿轮的齿顶齿形由下述平行曲线限定，该平行曲线是外齿相对于内齿的移动轨迹中的从顶部的点到底部的点的范围的曲线部分的平行曲线，且与该曲线部分的距离和半圆的圆弧半径相等。另外，内齿轮的齿根齿形采用了进行避让的形状，以避免与外齿轮的齿顶齿形干涉。除此之外，在外齿轮的齿线方向上的除了主截面之外的各轴垂直截面中，对主截面以外的外齿的部分施加了变位，以使外齿相对于内齿的移动轨迹与主截面中的外齿的移动轨迹在底部相切。
根据本发明，能在主截面上实现齿顶齿形彼此的连续且大范围的啮合。另外，内齿轮和外齿轮不会在挠曲成椭圆状的外齿轮的长轴上的位置处啮合，因此，能避免因在外齿轮的长轴上的位置处椭圆状变形的应力与齿面负载的应力叠加而在外齿轮的齿底轮缘处产生较大应力。除此之外，考虑到伴随着沿着外齿的齿线的挠曲量变化而产生的锥进的影响，从而对外齿在齿线方向的各位置处施加了变位。藉此，也能在齿线方向上实现两齿的连续啮合，且齿面负载分散在整个齿宽上。其结果是，能实现波动齿轮装置的传递转矩容量的提高。
附图说明
图1是表示应用了本发明的波动齿轮装置的一例的示意主视图。
图2是表示杯形状及礼帽形状的挠性外齿轮的挠曲状况的说明图，图2(a)示出了变形前的状态，图2(b)示出了变形为椭圆形的挠性外齿轮的包括长轴在内的截面的状态，图2(c)示出了变形为椭圆形的挠性外齿轮的包括短轴在内的截面的状态。
图3是表示通过齿条将外齿的齿线方向的开口端部(主截面)、齿宽中央部及内端部处的两齿轮的相对运动近似后的情况下获得的外齿的移动轨迹的图表。
图4A是表示开口端部(主截面)的两齿轮的各个齿形、两齿轮的相对运动的移动轨迹、移动轨迹的一部分的平行曲线的图表。
图4B是表示主截面处的内齿轮的齿形的图表。
图5是表示通过齿条将外齿的齿线方向的开口端部(主截面)、施加了变位后的外齿的齿宽中央部及内端部处的两齿轮的相对运动近似后的情况下获得的外齿的移动轨迹的图表。
图6是表示施加了变位后的外齿的齿线方向的轮廓形状的一例的说明图。
图7(a)、图7(b)及图7(c)分别是表示外齿在开口端部(主截面)、齿宽中央部、以及内端部处与内齿的啮合状态的说明图。
具体实施方式
(波动齿轮装置的结构)
图1是应用了本发明的波动齿轮装置的主视图。图2是用于表示使波动齿轮装置的可挠性的外齿轮的开口部挠曲成椭圆状的状况的说明图，图2(a)是表示变形前的状态的说明图，图2(b)是表示包括变形后的椭圆形的长轴的截面的说明图，图2(c)是表示包括变形后的椭圆的短轴的截面的说明图。另外，在图2(a)～图2(c)中，实线表示杯状的挠性外齿轮的隔膜及轴套的部分，虚线表示礼帽状的挠性外齿轮的隔膜及轴套的部分。
如上述图所示，波动齿轮装置1包括：圆环状的刚性的内齿轮2；可挠性的外齿轮3，该外齿轮3配置于刚性的内齿轮2的内侧；以及椭圆状轮廓的波动发生器4，该波动发生器4嵌入外齿轮3的内侧。内齿轮2和变形前的外齿轮3是模数为m的正齿轮。当将n设为正整数时，内齿轮2与外齿轮3的齿数差为2n片。初始形状为圆形的外齿轮3因椭圆状轮廓的波动发生器4而挠曲成椭圆状。在挠曲成椭圆状的外齿轮3的长轴L1的两端部分，外齿轮3的外齿34与内齿轮2的内齿24啮合。
当波动发生器4旋转时，两齿轮2、3的啮合位置在周向上移动，在两齿轮2、3之间会产生与两齿轮的齿数差相对应的相对旋转。如图2所示，外齿轮3包括：可挠性的圆筒状主体部31；隔膜32，该隔膜32与圆筒状主体部31的一端即后端31b连续并在半径方向上扩展；轴套33，该轴套33与隔膜32连续；以及外齿34，该外齿34形成于圆筒状主体部31的另一端即开口端31a一侧的外周面部分。
椭圆状轮廓的波动发生器4嵌入圆筒状主体部31的外齿形成部分的内周面部分。利用波动发生器4使圆筒状主体部31的向半径方向的外侧或内侧挠曲的挠曲量从其隔膜侧的后端31b朝开口端31a逐渐增大。如图2(b)所示，在包括椭圆状曲线的长轴L1(参照图1)的截面中，朝外侧的挠曲量与从后端31b朝开口端31a的距离成比例地逐渐增大。如图2(c)所示，在包括椭圆状曲线的短轴L2(参照图1)的截面中，朝内侧的挠曲量与从后端31b朝开口端31a的距离成比例地逐渐增大。形成于开口端31a侧的外周面部分的外齿34也从其齿线方向的内端部34c朝开口侧的开口端部34a与距后端31b的距离成比例地使挠曲量变化。
在外齿34的齿线方向上的任意位置的轴垂直截面中，通过挠曲成椭圆状之前的外齿34的齿底轮缘的厚度方向的中央处的圆是轮缘中性圆。与此相对，通过挠曲成椭圆状之后的齿底轮缘(root-rim)的厚度方向的中央处的曲线从轮缘中性圆(rim-neutralcircle)挠曲成椭圆状曲线。将该椭圆状曲线称为椭圆状轮缘中性线。椭圆状轮缘中性线的长轴L1的位置处的相对于轮缘中性圆在长轴方向上的挠曲量w由2κmn表示。此处，符号κ是包括1的实数，称为挠曲系数。将κ＝1的情况下的挠曲称为“无偏位挠曲”，将κ＞1的情况下的挠曲称为“正偏位挠曲”，将κ＜1的情况下的挠曲称为“负偏位挠曲”。
换言之，当将外齿轮3的外齿34的齿数设为ZF，将内齿轮2的内齿24的齿数设为ZC，将波动齿轮装置1的减速比设为R(＝ZF/(ZC－ZF)＝ZF/2n)时，外齿轮3的节圆直角mZF除以减速比R之后获得的值(mZF/R＝2mn)是长轴位置处的κ＝1的无偏位挠曲，并将该值称为正规(标准)的挠曲量wO。波动齿轮装置1一般被设计成，在外齿轮3的齿线方向上的波动发生器4的波动轴承(wave bearing)的滚珠中心所在的部位以正规的挠曲量wO(＝2mn)挠曲。挠曲系数κ表示可挠性外齿轮3的齿线方向的各轴垂直截面中的挠曲量w除以正规的挠曲量后获得的值。
在本例的波动齿轮装置1中，外齿轮3的外齿的齿形被设定为在开口端部34a的轴垂直截面中产生κ＝1的无偏位挠曲(挠曲量w＝wO＝2mn)的无偏位齿形。因此，在外齿的齿线方向上，除了开口端部34a之外的外齿的齿形成为产生κ＜1的负偏位挠曲的负偏位齿形。
图3是表示在用齿条使波动齿轮装置1的两齿轮2、3的相对运动近似的情况下获得的外齿轮3的外齿34相对于内齿轮2的内齿24的移动轨迹的图。在图中，x轴表示齿条的并进方向，y轴表示与该并进方向成直角的方向。将y轴的原点设为移动轨迹的振幅的平均位置。曲线Ma能在外齿34的开口端部34a(参照图2)处获得。将该开口端部34a的轴垂直截面称为“主截面”。在该主截面34a中，能获得挠曲系数κ＝1的无偏位挠曲的移动轨迹Ma。曲线Mb是在外齿34的齿宽中央部34b(参照图2)处获得的挠曲系数κ＜1的负偏位挠曲的移动轨迹。同样地，曲线Mc是在外齿34的内端部34c(参照图2)处获得的挠曲系数κ＜1的负偏位挠曲的移动轨迹。外齿轮3的外齿34相对于内齿轮2的内齿24的移动轨迹以下式表示。
x＝0.5mn(θ－κsinθ)
y＝κmncosθ
为了简单说明，当采用模数m＝1、n＝1(齿数差2n＝2)时，上式由下式1表示。
(式1)
x＝0.5(θ－κsinθ)
y＝κcosθ
(主截面的齿形形状)
图4A是表示外齿34及内齿24在主截面34a处的齿条齿形形成的原理的说明图。在图4A的上侧示出了内齿齿形25、外齿34在主截面34a处获得的无偏位移动轨迹Ma以及无偏位移动轨迹Ma的一部分的曲线部分的平行曲线38。在图4A的下侧示出了外齿34的主截面34a中的外齿齿形35。将该主截面34a中的外齿齿形35称为“外齿基本齿形35”。图4B是将内齿齿形25放大表示的说明图。
参照图4A、图4B，对内齿齿形25进行说明。内齿齿形25的齿顶齿形(addendumtooth profile)的主要部分(齿顶齿形部分)由半圆27中的以压力角α是规定角度的点设为两侧的端点27a、27b的圆弧部分27A限定，该半圆27的中心在内齿的齿尖中心线(toothridge center line)26上。为了扩大半圆弧的啮合区域，压力角α的值的下方的临界值采用尽可能小的值是较为理想的，但由于需要确保用于切齿加工的避让角，因此，需要比0°大。当压力角α的上方的临界值过大时，对于啮合有效的圆弧齿形的区域会减少，因此，在实际使用时设为15°左右以下是较为理想的。即，压力角α采用以下范围内的值是较为理想的。
0°＜α≤15°
内齿齿形25的齿根齿形由不与外齿34的齿顶齿形干涉的恰当的凹曲线28限定。限定齿顶齿形的主要部分的圆弧部分27A和限定齿根齿形的凹曲线28之间是由直线29限定的直线齿形部分。
如图4B所示，直线29由在圆弧部分27a的端点27a画出的朝齿根侧延伸的切线限定。端点27a是在该端点27a画出的直线29的压力角α如上所述处于15°以下的点。
与此相对，外齿34的主截面34a中的外齿基本齿形35的齿顶齿形的主要部分(齿顶齿形部分)如下所述被限定。在图4A中，如无偏位移动轨迹Ma的右侧所示，采用了该无偏位移动轨迹Ma中的从顶部的点A到下个底部的点B的范围(上述式1中的参数θ从0到π为止的范围)的曲线部分Ma(A，B)的平行曲线38。平行曲线38是与该曲线部分Ma(A，B)的距离和限定内齿齿形25的齿顶齿形的主要部分的圆弧部分27A的圆弧半径r1相等的平行曲线。使用该平行曲线38对外齿基本齿形35中的齿顶齿形的主要部分进行限定。
外齿齿形35的齿根齿形由比圆弧部分27A稍大的凹曲线39限定，以能够确保不与内齿齿形25中的由圆弧部分27A和直线29限定的齿顶齿形干涉的稍许的顶隙。因此，内齿24及外齿34的齿根齿形都不进行啮合。
此处，限定内齿24的齿顶齿形部分的圆弧部分27A的圆弧半径r1(内齿24的齿顶的深度)以及外齿轮与内齿轮的齿顶的深度的比被如下设定是较为理想的。
在波动齿轮装置中，为了抑制因外齿轮的椭圆状变形而产生的弯曲应力，使外齿轮的齿槽宽度比齿厚稍大是较为理想的。在该情况下，移动轨迹Ma的平均线(pitch line：节距线)上的两齿轮的齿厚的比并不是1：1，而是外齿轮的齿厚比内齿轮薄。在实际使用时，内齿轮与外齿轮的齿厚比的临界被设为3：2左右。因此，内齿轮与外齿轮的齿厚比被设定为1：1～3：2。
圆弧部分27A的圆弧半径r1是内齿轮的节距线上的半齿厚度，因此，只要将该圆弧半径r1设定为内齿轮的半节距(0.5πm)的0.5倍～0.6倍的范围、即模数m的0.785倍～0.942倍即可。
另外，圆弧部分27A的圆弧半径r1是内齿轮的齿顶的深度，因此，当如上所述设定圆弧半径r1时，外齿轮与内齿轮的齿顶的深度之比为1以上。即，无偏位的移动轨迹Ma的全振幅为2m，两齿轮的齿顶的深度之和为移动轨迹Ma的全振幅2m。由此，理论上的外齿轮的齿顶的深度为从振幅2m中减去内齿轮的齿顶的齿深度之后获得的值，为模数m的1.215倍～1.053倍。换言之，外齿轮与内齿轮的齿顶的深度之比大于1。藉此，能使外齿轮的齿槽宽度比齿厚大来减小弯曲应力。由此，也能将外齿轮与内齿轮的齿顶的深度之比设定为1，但设定为比1大的值是较为理想的。
(外齿的除了主截面之外的位置的齿形形状)
对外齿轮3的外齿34的齿形的从主截面34a到内端部34c的范围施加基于挠曲系数κ的值的变位。当将施加于外齿34的齿形的变位量设为mnh时，m＝1、n＝1的情况下的变位量为h。主截面34a为无偏位挠曲，挠曲系数κ＝1。变位齿形的齿线方向的各位置的变位量h由下式(2)表示。
(式2)
h＝1－κ
图5是表示外齿34的主截面34a的移动轨迹和如上所述施加了变位后的外齿34的齿宽中央部34b及内端部34c的移动轨迹的图表。通过如上所述对外齿基本齿形35施加变位，图3所示的齿宽中央部34b的移动轨迹Mb及内端部34c的移动轨迹Mc分别变化为图5所示的移动轨迹Mb1、Mc1。即，外齿34的各位置的移动轨迹的底部与主截面34a的移动轨迹Ma的底部相切(一致)。
图6是表示通过施加变位而获得的外齿34在齿线方向上的轮廓形状的说明图。
这样，外齿轮3的除了主截面34a之外的齿形是对主截面处的外齿基本齿形35施加了由上述式2所表示的变位量h的变位后获得的变位齿形。其结果是，由于移动轨迹的底部附近的近似的一致，因此，外齿34不仅在主截面34a处，在其齿线方向的各轴垂直截面处也与内齿24的齿顶齿形连续地啮合。
图7(a)、图7(b)及图7(c)以齿条近似的方式表示如上所述设定的内齿24及外齿34的啮合的情况。图7(a)示出了在主截面34a处的啮合状态，图7(b)示出了在齿宽中央部34b处的啮合状态，图7(c)示出了在内端部34c处的啮合状态。由上述图可知，能在外齿的齿线的全部范围中获得两齿的啮合。
另外，图7所示的外齿34的齿顶的齿形为了在该外齿34与内齿之间确保顶隙而包括平坦的齿顶端面(top land)40。该齿顶端面40是通过将如上所述设定的外齿齿形的齿尖的一部分去除而形成的。
如上所述，在波动齿轮装置1中，将内齿24的齿顶齿形设为直线29插入至圆弧部分27A后获得的形状。另外，内齿24的齿根齿形形成为采取了避让的形状，以不与外齿34的齿顶齿形干涉。藉此，能在主截面中实现两齿的齿顶齿形彼此的连续啮合。另外，能使内齿轮2和外齿轮3不在挠曲成椭圆状的外齿轮3的长轴紧邻位置啮合。其结果是，能避免因在外齿轮3的长轴上的位置处椭圆状变形的应力与齿面负载的应力重叠而在外齿34的轮缘处产生较大应力。此外，能通过变位实现两齿在外齿34的齿线方向上的连续啮合，并能使齿面负载分散至整个齿线方向。能通过上述叠加效果提高波动齿轮装置1的转矩容量。
(其他实施方式)
上述说明是将本发明应用于包括杯形状的外齿轮的杯型的波动齿轮装置、以及包括礼帽形状的外齿轮的礼帽型的波动齿轮装置的例子。本发明也能适用于包括两个刚性内齿轮、能与这两个刚性内齿轮啮合的圆筒状的外齿轮、将外齿轮挠曲成椭圆状而与各个内齿轮啮合的波动发生器的扁平型的波动齿轮装置。在该情况下，只要将外齿轮的齿形在外齿轮的齿线方向上设为上述基本齿形形状即可。

Claims (6)

1.一种波动齿轮装置，具有：
刚性的内齿轮；
可挠性的外齿轮，该外齿轮同轴地配置于所述内齿轮的内侧；以及
波动发生器，该波动发生器配置于所述外齿轮的内侧，
所述外齿轮由所述波动发生器挠曲成椭圆状，挠曲成椭圆状的所述外齿轮的外齿在所述外齿轮的长轴位置的两端部与所述内齿轮的内齿啮合，
所述内齿轮及所述外齿轮均是模数m的正齿轮，
当将n设为正整数时，所述外齿轮的齿数比所述内齿轮的齿数少2n片，
其特征在于，
当将所述外齿的齿线方向上规定位置的轴垂直截面设为主截面时，在该主截面的所述长轴位置处，挠曲成椭圆状之后的所述外齿轮的轮缘中性线相对于挠曲成椭圆状之前的所述外齿轮的轮缘中性圆的挠曲量被设定为2mn，
所述内齿的齿顶齿形由圆弧部分和从该圆弧部分中的所述压力角为所述规定值的端点朝齿根侧延伸的、从该端点画出规定长度的切线限定，所述圆弧部分是中心在所述内齿的齿尖中心线上的半圆中的压力角为规定值以上的部分，
当将所述外齿的所述主截面中的齿形设为该外齿的基本齿形时，该基本齿形的齿顶齿形由平行曲线限定，该平行曲线是所述外齿的移动轨迹中的规定范围的曲线部分的平行曲线，且该平行曲线与所述曲线部分的距离和所述半圆的半径相等，
所述移动轨迹是通过齿条啮合对伴随着所述波动发生器的旋转而产生的所述外齿与所述内齿的啮合进行近似的情况下获得的所述外齿相对于所述内齿的移动轨迹，
所述移动轨迹的所述曲线部分是所述移动轨迹中的从一个顶部的点到下个底部的点的范围的曲线部分。
2.如权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
当将所述压力角的所述规定值设为α时，0°＜α°≤15°。
3.如权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述内齿的齿根齿形由与所述切线的齿根侧的端点连接的凹曲线限定，
所述外齿的所述基本齿形的齿根齿形由与所述平行曲线的齿根侧的端点连接的凹曲线限定，
对所述内齿的齿根齿形进行限定的所述凹曲线被设定成不与所述外齿的基本齿形的齿顶齿形干涉，
对所述外齿的齿根齿形部分进行限定的所述凹曲线被设定成不与所述内齿的齿顶齿形干涉。
4.如权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述外齿的所述基本齿形的齿顶的深度与所述内齿的齿形的齿顶的深度之比被设定为1以上。
5.如权利要求3所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述外齿的所述基本齿形的齿尖部被去除了规定量，以保持与所述内齿的齿根齿形部分之间存在所需要的顶隙。
6.如权利要求1至5中任一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述外齿轮包括：
圆筒状主体部，该圆筒状主体部能在半径方向上挠曲；以及
隔膜，该隔膜从所述圆筒状主体部的后端朝半径方向的内侧或外侧扩展，
所述外齿形成于所述圆筒状主体部的前端开口部一侧的外周面部分，
所述外齿的所述挠曲量从齿线方向的所述隔膜侧的内端朝所述前端开口部侧的开口端部与距所述隔膜的距离成比例地发生变化，
所述外齿在齿线方向上的各轴垂直截面中的所述挠曲量为2mn以下，
所述挠曲量为2mn的所述主截面是所述外齿的所述开口端部的轴垂直截面，
所述外齿的除了所述主截面之外的齿线方向上的各轴垂直截面中的齿形是对所述主截面的所述基本齿形施加了变位后获得的变位齿形，
所述变位齿形是通过对所述基本齿形施加变位，以使所述变位齿形的所述移动轨迹与所述主截面中的所述基本齿形的所述移动轨迹在底部相切而获得的。
CN201480037605.6A 2014-07-11 2014-07-11 具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置 Active CN105431654B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/068585 WO2016006102A1 (ja) 2014-07-11 2014-07-11 円弧歯形を用いて形成した連続接触歯形を有する波動歯車装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105431654A CN105431654A (zh) 2016-03-23
CN105431654B true CN105431654B (zh) 2017-09-29

Family

ID=55063773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480037605.6A Active CN105431654B (zh) 2014-07-11 2014-07-11 具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9903459B2 (zh)
JP (1) JP6017066B2 (zh)
KR (1) KR101771186B1 (zh)
CN (1) CN105431654B (zh)
DE (1) DE112014002280T5 (zh)
TW (1) TWI601892B (zh)
WO (1) WO2016006102A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6218692B2 (ja) * 2014-07-23 2017-10-25 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ デュアルタイプの波動歯車装置
KR102032237B1 (ko) * 2016-01-15 2019-10-15 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 2응력 순분리의 파동기어장치
JP6830736B2 (ja) * 2017-06-05 2021-02-17 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ ２応力純分離の波動歯車装置
DE102017119323A1 (de) 2017-08-24 2018-09-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verzahnungspaarung und Wellgetriebe
JP2019056454A (ja) * 2017-09-22 2019-04-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 波動歯車装置、及び内燃機関の可変圧縮比機構のアクチュエータ
JP6912989B2 (ja) * 2017-09-27 2021-08-04 住友重機械工業株式会社 撓み噛合い式歯車装置
JP2019116920A (ja) * 2017-12-27 2019-07-18 株式会社エンプラス 波動歯車装置
JPWO2019220515A1 (ja) * 2018-05-14 2021-02-12 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置
JP2020012532A (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 株式会社エンプラス 波動歯車装置
WO2021140592A1 (ja) * 2020-01-08 2021-07-15 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置
WO2022091383A1 (ja) 2020-10-30 2022-05-05 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 三次元歯形を備えた波動歯車装置
WO2022091384A1 (ja) 2020-10-30 2022-05-05 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 三次元歯形を備えた波動歯車装置
WO2022254586A1 (ja) * 2021-06-01 2022-12-08 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の歯形設計方法
JP7366468B1 (ja) * 2022-03-11 2023-10-23 テクファ・ジャパン株式会社 波動歯車装置の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103453078A (zh) * 2013-09-06 2013-12-18 上海鑫君传动科技有限公司 一种新型波发生器的谐波减速机
CN203477199U (zh) * 2013-09-06 2014-03-12 上海鑫君传动科技有限公司 一种回避齿轮干涉的谐波减速机
CN103748382A (zh) * 2012-08-17 2014-04-23 谐波传动系统有限公司 具有三维接触齿形的波动齿轮装置
CN103827542A (zh) * 2011-09-29 2014-05-28 谐波传动系统有限公司 具有锥形可挠性外齿轮的波动齿轮装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2906143A (en) 1955-03-21 1959-09-29 United Shoe Machinery Corp Strain wave gearing
GB1520875A (en) * 1974-08-01 1978-08-09 Secr Defence Harmonic drives
CA1035599A (en) * 1975-04-16 1978-08-01 Kabushiki Kaisha Hasegawa Haguruma Multiple-contact type w-n gear
US4703670A (en) * 1985-03-30 1987-11-03 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Wave gear drive and gear generating method
JPH0784896B2 (ja) 1986-11-05 1995-09-13 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 撓み噛み合い式歯車装置
JP2503027B2 (ja) 1987-09-21 1996-06-05 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 撓みかみ合い式歯車装置
DK1497572T3 (da) * 2002-04-22 2013-09-23 Genesis Partners Lp Tandhjulstandprofil
JP4597051B2 (ja) 2003-10-30 2010-12-15 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 広域噛み合い歯形を有する波動歯車装置
JP4650953B2 (ja) * 2004-06-07 2011-03-16 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 高ラチェティングトルク歯形を有する波動歯車装置
JP4777792B2 (ja) 2006-02-09 2011-09-21 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 連続噛み合い高ラチェティングトルク歯形を有する波動歯車装置
US8661939B2 (en) 2008-08-29 2014-03-04 Harmonic Drive Systems Inc. Wave gear device having compound tooth profile of positive deflection meshing
JP5391396B2 (ja) * 2008-11-28 2014-01-15 株式会社エンプラス 歯車
DE112008004248T5 (de) 2008-12-18 2012-03-15 Harmonic Drive Systems Inc. Wellgetriebe mit einem dreidimensional kontaktierbaren,verschobenen Zahnprofil
DE112012005619T5 (de) 2012-01-10 2014-10-09 Harmonic Drive Systems Inc. Verformungswellgetriebe mit einem Involutenzahnprofil mit positiver Biegung, das die Randdicke berücksichtigt
JP2014052035A (ja) * 2012-09-07 2014-03-20 Canon Inc 波動歯車装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103827542A (zh) * 2011-09-29 2014-05-28 谐波传动系统有限公司 具有锥形可挠性外齿轮的波动齿轮装置
CN103748382A (zh) * 2012-08-17 2014-04-23 谐波传动系统有限公司 具有三维接触齿形的波动齿轮装置
CN103453078A (zh) * 2013-09-06 2013-12-18 上海鑫君传动科技有限公司 一种新型波发生器的谐波减速机
CN203477199U (zh) * 2013-09-06 2014-03-12 上海鑫君传动科技有限公司 一种回避齿轮干涉的谐波减速机

Also Published As

Publication number Publication date
KR101771186B1 (ko) 2017-08-24
TWI601892B (zh) 2017-10-11
US9903459B2 (en) 2018-02-27
JPWO2016006102A1 (ja) 2017-04-27
DE112014002280T5 (de) 2016-05-04
KR20160021094A (ko) 2016-02-24
WO2016006102A1 (ja) 2016-01-14
CN105431654A (zh) 2016-03-23
US20170159789A1 (en) 2017-06-08
TW201621187A (zh) 2016-06-16
JP6017066B2 (ja) 2016-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105431654B (zh) 具有使用圆弧齿形而形成的连续接触齿形的波动齿轮装置
CN103827542B (zh) 具有锥形可挠性外齿轮的波动齿轮装置
JP5165120B2 (ja) ３次元連続接触歯形を有する波動歯車装置
JP5275150B2 (ja) 波動歯車装置
CN105102857B (zh) 具有两次接触的负偏位齿形的波动齿轮装置
CN103748382B (zh) 具有三维接触齿形的波动齿轮装置
JP5275265B2 (ja) ３次元接触の正偏位歯形を有する波動歯車装置
JP6522791B2 (ja) ２応力純分離の波動歯車装置
WO2012104927A1 (ja) ３次元接触のインボリュート正偏位歯形を有する波動歯車装置
TWI690665B (zh) 伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置
JP2018204694A (ja) ２応力純分離の波動歯車装置
JP6104474B1 (ja) ２応力分離の波動歯車装置
JPWO2016092636A1 (ja) 追い越し型かみ合いの負偏位波動歯車装置
KR102573214B1 (ko) 3차원 치형을 구비한 파동기어장치
KR20220058925A (ko) 3차원 치형을 구비한 파동기어장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant