CN106068401B - 波动发生器及波动齿轮装置 - Google Patents

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Abstract

波动齿轮装置(1)的波动发生器(5)包括：刚性插塞(12)；滚子轴承(13)，该滚子轴承(13)安装于其椭圆状的外周面(11)；松散状态的滚子(15B)，该松散状态的滚子(15B)在滚子轴承(13)的外圈(14)与内圈之间沿着半径方向具有游隙；以及第一、第二圆筒弹簧(17、18)，该第一、第二圆筒弹簧(17、18)按压在外圈轨道面(14a)上。松散状态的滚子(15B)被以线接触状态按压在外圈轨道面上，追随外圈轨道面(14a)进行转动。能够抑制滚子(15)陷入偏斜状态，确保滚子轴承(13)的圆滑旋转。

Description

波动发生器及波动齿轮装置
技术领域
本发明涉及波动齿轮装置的波动发生器，特别涉及具备滚子轴承的波动发生器。
背景技术
通常，波动齿轮装置的波动发生器包括：具备椭圆状的外周面的刚性插塞(刚性凸轮盘)和嵌入该外周面的波动轴承，使用球轴承作为波动轴承。相对于此，在专利文献1中，提出了这样的波动齿轮装置，即,该波动齿轮装置具备：使用滚针轴承作为波动轴承的波动发生器。
专利文献
专利文献1：日本特开2011－190826号公报
发明内容
在波动齿轮装置的波动发生器中，波动轴承通过刚性插塞而被弯曲变形成椭圆状。波动轴承的位于椭圆形状的长轴两端及其附近位置的转动体成为紧密夹持在内外圈之间的状态。相对于此，剩余的转动体成为在内外圈之间具有游隙的状态。特别是，位于短轴两端的转动体与位于其它部位的转动体相比，能够沿着半径方向形成较大的游隙。
在使用了滚针轴承等滚子轴承的波动发生器的情况下，滚子与内外圈的轨道面(转动面)线接触。如果滚子相对于轨道面的圆周方向而言未朝向直角方向，即，如果滚子陷入偏斜状态，则滚子无法沿着轨道面圆滑地转动。如上所述，位于长轴两端及其附近以外的部位的滚子处于在内外圈的轨道面之间沿着半径方向具有游隙的松散状态，该松散状态的滚子容易发生偏斜。如果偏斜状态的滚子沿着内外圈的轨道面而从波动轴承的短轴上的位置朝向长轴上的位置移动，则有时以偏斜状态陷入被内外圈的轨道面限制的卡紧状态。如果偏斜的滚子陷入卡紧状态，则滚子无法圆滑地旋转。
另外，波动轴承的各滚子随着椭圆状的刚性插塞的旋转而重复进行椭圆运动，滚子的椭圆运动的范围大于滚子直径。在波动轴承具备沿着圆周方向以一定的间隔保持滚子的滚子保持器的情况下，使滚子保持器的各凹处的内径大于滚子直径，以使得不会妨碍滚子的椭圆运动，在凹处内周面与滚子之间设置适当的间隙是必不可少的。波动齿轮装置的速比越低，该间隙越大。因此，在低速比的波动齿轮装置中，滚子容易陷入偏斜状态，偏斜的滚子在波动轴承的长轴两端的部位陷入卡紧状态而无法圆滑地旋转的可能性高。
本发明的课题在于：提供一种具备保持滚子使其不会发生偏斜的滚子轴承的波动发生器。另外，本发明的课题在于：提供一种具备该波动发生器的波动齿轮装置。
为了解决上述的课题，本发明的波动齿轮装置的波动发生器的特征在于，包括：
刚性部件，该刚性部件具备由非圆形曲线规定的轮廓的外周面；
滚子轴承，该滚子轴承安装于所述外周面而被弯曲变形成非圆形；以及
滚子按压部件，该滚子按压部件将松散状态的滚子按压在朝向所述外圈的外圈轨道面的方向，其中该松散状态的滚子是被配置成在所述滚子轴承的外圈与内圈之间沿着半径方向具有游隙的状态，
所述非圆形曲线为相对于圆而言以等角度间隔于多处内切的封闭凸曲线，例如为椭圆状曲线。
在本发明的波动发生器中，松散状态的滚子被滚子按压部件以没有游隙的状态按压在外圈轨道面上。滚子追随着外圈轨道面进行转动，因此，能够抑制或者防止滚子陷入偏斜状态。因此，通过刚性部件的非圆形状的外周面而被弯曲变形成沿着非圆形曲线的形状的滚子轴承中，在其长径位置的两端，能够抑制或者防止偏斜的滚子陷入卡紧状态，能够确保滚子轴承的圆滑旋转。
在此，优选为，所述滚子按压部件为圆筒部件或者环形部件。在这种情况下，所述圆筒部件或者所述环形部件相对于所述外周面而言被同轴配置。另外，所述圆筒部件或者所述环形部件的外径尺寸设定为比沿着非圆形曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的所述内圈的内圈轨道面的短径尺寸还要大的尺寸。
被弯曲变形成沿着非圆形曲线的形状的滚子轴承的位于短径位置的两端及其附近的各滚子被外径尺寸比内圈轨道面的短径尺寸还大的圆筒部件或者环形部件推向半径方向的外侧，从而，被保持为与外圈轨道面接触的状态。由此，能够抑制或者防止滚子的偏斜发生。
在本发明中，能够将所述滚子按压部件安装于所述刚性部件。另外，在滚子轴承具备在所述轨道内沿着周向以规定的间隔来保持各所述滚子的滚子保持器的情况下，能够将所述滚子按压部件安装于所述滚子保持器。
所述滚子按压部件可以采用：将圆筒部件或者环形部件在其圆周方向的一处进行截断而得到的形状的部件。在这种情况下，所述滚子按压部件的被截断的两侧的端部与所述刚性部件的所述外周面的位于长径两端位置的外周面部分中的一处部位接合，以使得在沿着所述椭圆状曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的所述内圈的内圈轨道面的短径位置，所述滚子按压部件的外径尺寸比所述短径位置的所述内圈轨道面的短径尺寸要大。
在这种情况下，通过滚子轴承的位于短径两端侧的滚子按压部件的部分，以滚子被适当按压的方式来调整滚子按压部件的两侧的端部的接合位置，并在调整后的位置来接合各端部。由此，能够缓和：滚子按压部件的制作尺寸精度、以及刚性部件中的滚子按压部件的安装部分的制作尺寸精度。
在本发明中，优选为，作为所述滚子按压部件，具备第一、第二滚子按压部件，所述第一滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的轴线方向上的一端部向半径方向的外侧施力，所述第二滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的所述轴线方向上的另一端向半径方向的外侧施力。
在本发明中，优选为，所述滚子按压部件能够沿着半径方向发生弹性变形。能够以规定的弹性力使滚子与外圈轨道面可靠地接触。
作为所述滚子按压部件的原料，可以使用钢、不锈钢、磷青铜或塑料。
附图说明
图1(a)是从正面观察适用了本发明的波动齿轮装置时的示意图，(b)是表示其截面结构的示意图。
图2(a)是表示波动发生器的主视图，(b)是以其2b－2b线切断得到的部分的截面图，(c)是表示波动发生器的变形例1的截面图。
图3(a)是从正面观察图2的波动发生器时的说明图，(b)是以其3b－3b线切断时的说明图。
图4(a)是表示图2的波动发生器的变形例2的截面图，(b)是表示图2的波动发生器的变形例3的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对具备适用了本发明的波动发生器的波动齿轮装置的实施方式进行说明。图1(a)是从正面观察本实施方式所涉及的波动齿轮装置时的示意图，(b)是表示其截面结构的示意图。
波动齿轮装置1包括：第一刚性内齿齿轮2、第二刚性内齿齿轮3、柔性外齿齿轮4以及波动发生器5。柔性外齿齿轮4通过波动发生器5而被弯曲变形成沿着椭圆状曲线的形状，位于该椭圆形状的长轴Lmax上的外齿4a的部分分别与第一、第二刚性内齿齿轮2、3的内齿2a、3a的部分啮合。如果波动发生器5通过马达(未图示)等进行旋转，则第一、第二刚性内齿齿轮2、3与柔性外齿齿轮4之间的啮合位置沿着周向移动。
第一刚性内齿齿轮2的齿数比第二刚性内齿齿轮3的齿数多2n根。第二刚性内齿齿轮3的齿数与柔性外齿齿轮4的齿数相同，第二刚性内齿齿轮3与柔性外齿齿轮4成为一体进行旋转。例如，如果以第一刚性内齿齿轮2不旋转的方式固定第一刚性内齿齿轮2，则随着波动发生器5的旋转，柔性外齿齿轮4就会以与齿数差相当的转速进行相对旋转。借助第二刚性内齿齿轮3来输出柔性外齿齿轮4的旋转。
图2(a)是表示波动发生器5的主视图，图2(b)是以其2b－2b线切断得到的部分的截面图。波动发生器5包括：作为刚性部件的刚性插塞12，该刚性部件具备由椭圆状曲线规定的轮廓的外周面11；和滚子轴承13，该滚子轴承13安装于外周面11而被弯曲变形成沿着椭圆状曲线的形状。图2(a)中，单点划线Lmax表示椭圆状的外周面11的长轴，单点划线Lmin表示其短轴。
滚子轴承13包括：外圈14、形成于外周面11的内圈轨道面11a、形成于外圈轨道面14a与内圈轨道面11a之间的配置于轨道内的多个滚子15。各滚子15被插入在配置于轨道内的圆筒状的滚子保持器16的各凹处16a，以一定的间隔排列于轨道的周向。另外，本例中，在外周面11上一体地形成有内圈，但是，当然还可以在外周面11上安装作为其它部件的内圈。
通常，位于椭圆状曲线的长轴Lmax的两端附近的滚子15a以及位于其两侧的多个滚子15b为：以被夹持在外圈轨道面14a与内圈轨道面11a之间的状态来配置的卡紧状态的滚子15A。剩余的滚子15c、15d为：以在外圈轨道面14a与内圈轨道面11a之间沿着半径方向具有游隙的状态来配置的松散状态的滚子15B。松散状态的滚子15B的游隙随着从短轴Lmin朝向长轴Lmax而变小，位于短轴位置Lmin的两端的滚子15d的游隙最大。
波动发生器5具备：将滚子15中的松散状态的滚子15B按压在外圈轨道面14a上的滚子按压部件。本例中，作为滚子按压部件，具备形状相同的第一、第二圆筒弹簧17、18。第一、第二圆筒弹簧17、18安装于刚性插塞12的外周面。
图3是用于容易理解地表示第一、第二圆筒弹簧17、18所带来的松散状态的滚子15B的按压状态的说明图，图3(a)是从正面观察波动发生器5时的说明图，图3(b)是以其3b－3b线切断得到的截面的说明图。参照图2、图3进行说明，刚性插塞12整体为一定的厚度的圆盘。刚性插塞12的外周面11包括：具备椭圆状曲线的轮廓的内圈轨道面11a、形成于该内圈轨道面11a的宽度方向上的两端部的第一段面11b以及第二段面11c。第一、第二段面11b、11c与内圈轨道面11a相比，是小一圈的相似形的椭圆状外周面。
在第一段面11b上安装有作为滚子按压部件的第一圆筒弹簧17，在第二段面11c上安装有作为滚子按压部件的第二圆筒弹簧18。第一、第二圆筒弹簧17、18的内径尺寸与第一、第二段面11b、11c的长轴Lmax的外径尺寸(长径尺寸)大致相同。第一、第二圆筒弹簧17、18的外径尺寸比椭圆状的内圈轨道面11a的短轴Lmin的外径尺寸(短径尺寸)要大。第一、第二圆筒弹簧17、18可以固定于第一、第二段面11b、11c的长轴Lmax的两端部，也可以不固定于第一、第二段面11b、11c的长轴Lmax的两端部。只要从这些第一、第二段面11b、11c偏向侧面(波动发生器5的中心轴线5a的方向)即可。
安装于第一、第二段面11b、11c的第一、第二圆筒弹簧17、18相对于刚性插塞12而言同轴配置。另外，如图2(b)、图3(b)的上半部分所示，在长轴Lmax的两端，相对于卡紧状态的滚子15a而言位于半径方向的内侧。在下半部分所示的短轴Lmin的两端，将松散状态的滚子15d从半径方向的内侧推向半径方向的外侧，从而，以规定的弹簧力按压在外圈轨道面14a上。通过适当地设定第一、第二圆筒弹簧17、18的外径尺寸等，能够使处于短轴位置Lmin的两端以外的位置的松散状态的滚子15B也与外圈轨道面14a接触。
本例中，松散状态的滚子15B的轴线方向上的一端部通过第一圆筒弹簧17而被推向半径方向的外侧，轴线方向上的另一端部通过第二圆筒弹簧18而被推向半径方向的外侧。因此，能够以均等的力将松散状态的滚子15B的轴线方向上的各部位按压在外圈轨道面14a上。
如上所示，通过第一、第二圆筒弹簧17、18，将松散状态的滚子15B按压在外圈轨道面14a上。松散状态的滚子15B始终维持着与外圈轨道面14a线接触的状态，追随外圈14的旋转而进行转动。因此，能够防止或者抑制松散状态的滚子15B发生偏斜。结果，能够避免：偏斜状态的滚子15移向长轴位置Lmax而陷入卡紧状态，妨碍滚子15的圆滑旋转的情形。
另外，滚子按压部件的材质可以采用例如钢、不锈钢、磷青铜或塑料。
(变形例1)
上述的波动发生器5中，使用第一、第二圆筒弹簧17、18作为滚子按压部件。还可以使用环形弹簧17A、18A代替圆筒弹簧17、18。图2(c)是表示使用了圆形截面的环形弹簧17A、18A的波动发生器5A的截面图，其上半部分表示长轴位置的截面，其下半部分表示短轴位置的截面。
(变形例2)
图4(a)是表示波动发生器5的变形例2的截面图，其上半部分表示长轴位置的截面，其下半部分表示短轴位置的截面。
图4(a)所示的变形例2的波动发生器5B中，作为滚子按压部件的第一、第二圆筒弹簧17B、18B安装于滚子保持器16B。滚子保持器16B的基本结构与波动发生器5的滚子保持器16相同。滚子保持器16B的两侧的圆环状的端板部分16b、16c朝向第一、第二段面11b、11c沿着半径方向的内侧延伸。在这些端板部分16b、16c的内侧的侧面上安装有第一、第二圆筒弹簧17B、18B。由此，第一、第二圆筒弹簧17B、18B从半径方向的内侧而与滚子15的两侧的端部对峙。
第一、第二圆筒弹簧17B、18B的内径尺寸大于该第一、第二段面11b、11c的外径尺寸，使得其不会碰到第一、第二段面11b、11c。第一、第二圆筒弹簧17B、18B的外径尺寸小于内圈轨道面11a的长径尺寸且大于椭圆状的内圈轨道面11a的短径尺寸。
安装于滚子保持器16B的第一、第二圆筒弹簧17B、18B与滚子保持器16B一同保持着大致圆形。第一、第二圆筒弹簧17B、18B相对于长轴Lmax的两端部分的滚子15a而言位于半径方向的内侧，相对于短轴Lmin的两端部分的滚子15d而言从半径方向的内侧被按压。由此，滚子15d保持于以规定的弹簧力被按压于外圈轨道面14a上的线接触状态，并追随外圈14而进行转动。其它松散状态的滚子15B也同样地保持于以线接触状态被按压在外圈轨道面14a上的状态。因此，能够避免：滚子15陷入偏斜状态，妨碍滚子15的圆滑旋转。
(变形例3)
图4(b)是表示波动发生器5的变形例3的截面图，其上半部分表示长轴位置的截面，其下半部分表示短轴位置的截面。
图4(b)所示的变形例3的波动发生器5C中，第一、第二环形弹簧17C、18C代替第一、第二圆筒弹簧17B、18B作为滚子按压部件而安装于滚子保持器16C。滚子保持器16C的基本结构与上述的滚子保持器16B相同。在滚子保持器16C的两侧的圆环状的第一、第二端板部分16b、16c的内周缘部上形成有：在内侧折成直角而延伸的第一、第二环形保持部16d、16e。在这些第一、第二环形保持部16d、16e的外周面部分分别安装有第一、第二环形弹簧17C、18C。由此，第一、第二环形弹簧17C、18C从半径方向的内侧而与滚子15的两侧的端部对峙。
第一、第二环形弹簧17C、18C的内径尺寸大于该第一、第二段面11b、11c的外径尺寸，使得其不会碰到第一、第二段面11b、11c。第一、第二圆筒弹簧17C、18C的外径尺寸小于内圈轨道面11a的长径尺寸，且大于椭圆状的内圈轨道面11a的短径尺寸。通过该结构的第一、第二环形弹簧17C、18C也能够得到与第一、第二圆筒弹簧17B、18B同样的效果。
(变形例4)
上述的滚子按压部件为圆筒部件或者环形部件。作为滚子按压部件，可以使用将所制作的圆筒部件或者环形部件在其圆周方向的一处截断而得到的形状的部件。在这种情况下，只要滚子按压部件的被截断的两侧的端部与刚性部件的外周面的位于长径两端位置的外周面部分中的一处部位接合，以使得在沿着椭圆状曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的内圈的内圈轨道面的短径位置，滚子按压部件的外径尺寸比短径位置的内圈轨道面的短径尺寸要大即可。
(其它实施方式)
上述的例子涉及具备第一、第二刚性内齿齿轮的波动齿轮装置。本发明的波动发生器还能够适用于具备杯形状的柔性外齿齿轮的波动齿轮装置、具备礼帽形状的柔性外齿齿轮的波动齿轮装置。
另外，上述的例子涉及将柔性外齿齿轮弯曲变形成沿着椭圆状曲线的形状的波动齿轮装置。还能够适用于将柔性外齿齿轮弯曲变形成沿着作为椭圆状曲线以外的非圆形曲线的封闭凸曲线的形状的波动齿轮装置。例如，即便对于使用在3处与圆内切的被称为三叉形状的波动发生器而使柔性外齿齿轮在圆周方向的3个位置与刚性内齿齿轮啮合的波动齿轮装置，也能够适用本发明。在这种情况下，刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮的齿数差为3n根(n：正整数)。

Claims (14)

1.一种波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，包括：
刚性部件，该刚性部件具备由非圆形曲线规定的轮廓形状的外周面；
滚子轴承，该滚子轴承安装于所述外周面而被弯曲变形成非圆形；以及
滚子按压部件，该滚子按压部件将松散状态的滚子按压在朝向所述滚子轴承的外圈的外圈轨道面的方向、且与卡紧状态的滚子分离，其中，该松散状态的滚子是被配置成在所述滚子轴承的外圈与内圈之间沿着半径方向具有游隙的状态，该卡紧状态的滚子被配置成在所述外圈与所述内圈之间沿着半径方向不具有游隙的状态，
所述非圆形曲线为相对于圆而言以等角度间隔于多处内切的封闭凸曲线。
2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述非圆形曲线为椭圆状曲线。
3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子按压部件安装于所述刚性部件。
4.一种波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述波动发生器包括：
刚性部件，该刚性部件具备由非圆形曲线规定的轮廓形状的外周面；
滚子轴承，该滚子轴承安装于所述外周面而被弯曲变形成非圆形；以及
滚子按压部件，该滚子按压部件将松散状态的滚子按压在朝向所述滚子轴承的外圈的外圈轨道面的方向，其中，该松散状态的滚子是被配置成在所述滚子轴承的外圈与内圈之间沿着半径方向具有游隙的状态，
所述非圆形曲线为椭圆状曲线，
所述滚子按压部件安装于所述刚性部件，
所述滚子按压部件为圆筒部件或者环形部件，
所述滚子按压部件相对于椭圆状的所述外周面而言被同轴配置，
所述滚子按压部件的外径尺寸比沿着椭圆状曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的所述内圈的内圈轨道面的短径尺寸要大。
5.一种波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述波动发生器包括：
刚性部件，该刚性部件具备由非圆形曲线规定的轮廓形状的外周面；
滚子轴承，该滚子轴承安装于所述外周面而被弯曲变形成非圆形；以及
滚子按压部件，该滚子按压部件将松散状态的滚子按压在朝向所述滚子轴承的外圈的外圈轨道面的方向，其中，该松散状态的滚子是被配置成在所述滚子轴承的外圈与内圈之间沿着半径方向具有游隙的状态，
所述非圆形曲线为椭圆状曲线，
所述滚子按压部件安装于所述刚性部件，
所述滚子按压部件是将圆筒部件或者环形部件在其圆周方向的一处进行截断而得到的形状的部件，
所述滚子按压部件的被截断的两侧的端部与所述刚性部件的所述外周面的位于长径两端位置的外周面部分中的一处部位接合，以使得在沿着所述椭圆状曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的所述内圈的内圈轨道面的短径位置，所述滚子按压部件的外径尺寸比所述短径位置的所述内圈轨道面的短径尺寸要大。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
作为所述滚子按压部件，具备第一滚子按压部件和第二滚子按压部件，
所述第一滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的轴线方向上的一端部向半径方向的外侧施力，
所述第二滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的所述轴线方向上的另一端向半径方向的外侧施力。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子按压部件能够沿着半径方向发生弹性变形。
8.根据权利要求1～5中的任一项所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子按压部件的材质为钢、磷青铜或塑料。
9.根据权利要求2所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子轴承具有滚子保持器，该滚子保持器在所述滚子轴承的轨道内沿着周向以规定的间隔保持各所述滚子，
所述滚子按压部件安装于所述滚子保持器。
10.一种波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述波动发生器包括：
刚性部件，该刚性部件具备由非圆形曲线规定的轮廓形状的外周面；
滚子轴承，该滚子轴承安装于所述外周面而被弯曲变形成非圆形；以及
滚子按压部件，该滚子按压部件将松散状态的滚子按压在朝向所述滚子轴承的外圈的外圈轨道面的方向，其中，该松散状态的滚子是被配置成在所述滚子轴承的外圈与内圈之间沿着半径方向具有游隙的状态，
所述非圆形曲线为椭圆状曲线，
所述滚子轴承具有滚子保持器，该滚子保持器在所述滚子轴承的轨道内沿着周向以规定的间隔保持各所述滚子，
所述滚子按压部件安装于所述滚子保持器，
所述滚子按压部件为圆筒部件或者环形部件，
所述滚子按压部件相对于椭圆状的所述外周面而言被同轴配置，
所述滚子按压部件的外径尺寸比沿着所述椭圆状曲线而被弯曲变形的所述滚子轴承的所述内圈的内圈轨道面的短径尺寸要大。
11.根据权利要求9或10所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
作为所述滚子按压部件，具备第一滚子按压部件和第二滚子按压部件，
所述第一滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的轴线方向上的一端部向半径方向的外侧施力，
所述第二滚子按压部件对所述松散状态的各滚子的所述轴线方向上的另一端向半径方向的外侧施力。
12.根据权利要求9或10所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子按压部件能够沿着半径方向发生弹性变形。
13.根据权利要求9或10所述的波动齿轮装置的波动发生器，其特征在于，
所述滚子按压部件的材质为钢、磷青铜或塑料。
14.一种波动齿轮装置，其特征在于，包括：
刚性内齿齿轮、
柔性外齿齿轮、以及
权利要求1～13中的任一项所述的波动发生器。
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