CN107044527B - 杯形状的柔性外齿轮以及杯式波动齿轮装置 - Google Patents

杯形状的柔性外齿轮以及杯式波动齿轮装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种杯形状的柔性外齿轮以及杯式波动齿轮装置，能够实现适于使用在小尺寸的杯形状的柔性外齿轮上的柔性外齿轮的膜片的根部分的轮廓形状。杯形状的柔性外齿轮(20)的膜片(22)的外侧端面轮廓由第1半径(R1)的第1凹圆弧(34)、圆滑地与第1凹圆弧(34)相连的第2半径(R2)的第2凹圆弧(35)、以及圆滑地与第2凹圆弧(35)相连且相对于中心轴线(21a)向内侧直线(31)一侧倾斜些许的倾斜直线(36)来规定。第2凹圆弧(35)的第2半径(R2)大于第1凹圆弧(34)的第1半径(R1)。膜片(22)的厚度从凸起(23)一侧朝向圆筒状胴体部(21)一侧逐渐减小。能够缓和膜片的凸起侧根部分的应力集中，并能够与采用流线的情况同种程度地改善柔性外齿轮的疲劳强度。

Description

杯形状的柔性外齿轮以及杯式波动齿轮装置
技术领域
本发明涉及一种波动齿轮装置的柔性外齿轮，特别是涉及一种较小尺寸的杯形状的柔性外齿轮。
背景技术
图1(a)是表示典型的杯式波动齿轮装置的纵向截面图，图1(b)是表示在与装置的中心轴线正交的平面进行剖切后的情况下的概略构成图。如这些图所示，波动齿轮装置1具有：圆环状的刚性内齿轮2、在其内侧呈同心状态配置的杯形状的柔性外齿轮3、以及嵌入在其内侧的椭圆状轮廓的波动发生器4。柔性外齿轮3具有：柔性的圆筒状胴体部11、从该圆筒状胴体部的中心轴线1a方向上的一端朝向半径方向上的内侧延伸的圆环状的膜片12、与该膜片12的内周缘相连的圆盘状的刚性凸起13、以及形成在圆筒状胴体部11的另一端部的外周面部分的外齿14。
该形状的柔性外齿轮3的形成有外齿14的圆筒状胴体部11的部分利用波动发生器4而弯曲变形成椭圆状，位于该椭圆状的长轴方向上的两端位置的外齿14与刚性内齿轮2的内齿15啮合。由于两齿轮2、3有2n(n是整数)的齿数差，因此，当利用马达等旋转驱动源而使波动发生器4旋转时，两齿轮2、3的啮合位置在周向上移动，两齿轮2、3产生与齿数差对应的相对旋转。一般情况下，刚性内齿轮2被固定，柔性外齿轮3输出：大幅度地被减了速的旋转。
图2是表示利用波动发生器4而弯曲变形的杯形状的柔性外齿轮3的变形状态的示意图。柔性外齿轮3的圆筒状胴体部11如图2(a)所示，在变形前的状态下呈圆筒形状。在利用波动发生器4而弯曲变形成椭圆状之后，含有该椭圆状的长轴在内的截面如图2(b)所示，圆筒状胴体部11成：从膜片12一侧朝向开口端11a一侧而向外侧渐渐扩展的状态。另外，含有该椭圆状的短轴在内的截面如图2(c)所示，圆筒状胴体部11成：从膜片12一侧朝向开口端11a一侧而向内侧渐渐缩窄的状态。
为了将圆筒状胴体部11的开口端11a一侧的部分弯曲变形成椭圆状，在圆筒状胴体部11与刚性凸起13之间形成有膜片12。圆筒状胴体部11的开口端11a一旦弯曲变形成椭圆状，在含有该椭圆状的长轴在内的截面内，如图2(b)所示，膜片12以与刚性凸起13相连的根部分为中心，如箭头所示那样折弯。对此，在含有短轴在内的截面内，如图2(c)所示，膜片12如箭头所示那样朝向开口端11a一侧倾斜。膜片12在有朝向中心轴线11b的方向的弯曲应力作用的同时，还有扭矩传递引起的剪切应力作用。
由此，膜片12在这些组合应力的作用状态下，用于使圆筒状胴体部11的开口端侧的部位变形成椭圆状的力较小就可以，而且为了能够传递较大的扭矩，其截面形状被精心设计。特别是，在这些组合应力的作用状态下，其截面形状是被精心设计过的，以使得膜片不会产生应力集中。
在专利文献1所记载的杯式柔性花键中，利用膜片的内侧端面与中心轴线正交的直线来规定膜片的截面形状，利用流线来规定其外侧端面上的与凸起相连的根部分，以使得其厚度朝着凸起而渐渐变厚。在专利文献2所记载的柔性外齿轮中，使膜片整体上相对于与中心轴线正交的方向倾斜少许，利用3个圆弧来规定膜片上的与凸起侧相连的根部分的外侧的轮廓形状。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭61-173851号公报
专利文献2：国际公开第2013/024511号
发明内容
为了规定杯形状的柔性外齿轮上的膜片的凸起侧根部分的轮廓形状，而采用了在力学特性方面比较优异的流线形状。如专利文献1所公开的那样，通过将多个直径不同的曲线群连接起来，来形成流线形状。曲线群的半径随着向凸起的根侧的接近而变小。
在此，柔性外齿轮一般通过车削加工来制造的，当是小尺寸的柔性外齿轮的情况下，构成流线的曲线群的直径较小。由此，通过车削加工，将膜片的凸起侧根部分的轮廓形状做成沿着流线的形状是极其困难的。
一般情况下，能够到手的车床的刀具的刀尖半径的最小值为0.2mm。难以通过车削加工膜片的凸起侧根部分的轮廓形状来获得含有半径小于0.2mm的曲线群的流线。例如，当是节圆直径为20～40mm的小尺寸的柔性外齿轮的情况下，如果想利用流线来规定膜片的凸起侧根部分的轮廓形状，则要在构成凸起侧的流线的曲线群中含有比刀具的刀尖半径最小值还要小的半径的曲线。
因此，例如，如图3所示，可以考虑：在小尺寸的柔性外齿轮40中，替换流线，而利用能够进行车削加工的与刀具的刀尖最小半径相同的半径R3的圆弧54，来规定膜片42的凸起侧根部分42a的外侧端面部分的轮廓形状。
然而，在这样的轮廓形状的膜片42中，与使用流线形状的情况相比，其凸起侧根部分42a会产生较大的应力集中。由此，柔性外齿轮40的疲劳强度会降低，从而无法提高波动齿轮装置的负载容量。
鉴于上述的问题点，本发明的课题在于实现适于使用在杯形状的柔性外齿轮上的柔性外齿轮的膜片的轮廓形状，其中，该杯形状的柔性外齿轮是难以利用车削加工来形成流线的轮廓形状的小尺寸的杯形状的柔性外齿轮。
另外，本发明的课题还在于实现波动齿轮装置，该波动齿轮装置具有呈该新的轮廓形状的杯形状的柔性外齿轮。
为了解决上述问题，本发明的波动齿轮装置的杯形状的柔性外齿轮通过波动发生器弯曲变形成椭圆状而与刚性内齿轮进行局部啮合，
杯形状的柔性外齿轮具有：柔性的圆筒状胴体部、从该圆筒状胴体部的中心轴线方向上的一端朝向半径方向上的内侧延伸的圆环状的膜片、一体地形成在所述膜片的中心部分的圆盘状或圆环状的刚性凸起、以及形成在所述圆筒状胴体部的中心轴线方向上的另一端部的外周面部分的外齿，
波动齿轮装置的杯形状的柔性外齿轮通过嵌入到形成有所述外齿的所述圆筒状胴体部的内侧的椭圆状轮廓的波动发生器而弯曲变形成椭圆状，并且与刚性内齿轮进行局部啮合，其特征在于，
在含有所述中心轴线的平面进行剖切的情况下，
由与所述中心轴线正交的内侧直线来规定所述刚性凸起的凸起内侧端面轮廓以及所述膜片的内侧端面轮廓，
由规定所述刚性凸起的圆形外周面且一端圆滑地与平行于所述中心轴线的平行直线相连的第1半径的第1凹圆弧、圆滑地与第1凹圆弧的另一端相连的第2半径的第2凹圆弧、以及圆滑地与第2凹圆弧的另一端相连且相对于所述中心轴线向所述内侧直线一侧倾斜的倾斜直线来规定所述膜片的外侧端面轮廓，
所述第2凹圆弧的所述第2半径大于所述第1凹圆弧的所述第1半径，
所述膜片的厚度从所述刚性凸起一侧朝向所述圆筒状胴体部一侧逐渐减小。
在本发明中，利用与所述中心轴线正交的直线，来规定膜片的内侧端面轮廓，利用第1、2圆弧以及倾斜直线，来规定所述膜片的外侧端面轮廓。根据本发明人们等的实验，确认可知：能够缓和膜片的凸起侧根部分的应力集中，并能够与采用流线的情况同种程度地改善柔性外齿轮的疲劳强度。
在此，本发明特别适用于使用在小尺寸的柔性外齿轮方面。具体而言，适用于：难以或者不可能利用车削加工来形成流线形状的、外齿的节圆直径小于40mm左右的这种小尺寸的柔性外齿轮。这种情况下，优选为，使第1凹圆弧的第1半径大于等于可以利用车削加工来加工的0.2mm。
接着，本发明的波动齿轮装置的特征在于，具有上述构成的柔性外齿轮。根据本发明，可以提高波动齿轮装置的负载容量。
附图说明
图1是表示普通的杯式波动齿轮装置的纵向截面图，以及在与其中心轴线正交的平面进行剖切的情况下的概略构成图。
图2是表示杯形状的柔性外齿轮的变形状态的示意图。
图3是表示杯形状的柔性外齿轮的膜片的凸起侧根部分的截面形状的参考例的示意图。
图4是表示适用了本发明的杯形状的柔性外齿轮的半截面图。
图5是表示图3及图4所示的柔性外齿轮的应力分布状态的曲线图。
符号说明
1 杯式波动齿轮装置 2 刚性内齿轮
3 柔性外齿轮 4 波动发生器
20 柔性外齿轮 21 圆筒状胴体部
21a 中心轴线 21b 端部
22 膜片 22a 凸起侧根部分
22b 部分 22c 外周端
23 凸起 24 外齿
31 内侧直线 32 外侧直线
33 平行直线 34 第1凹圆弧
34a 端点 34b 端点
35 第2凹圆弧 35b 端点
36 倾斜直线 R1 第1半径
R2 第2半径
具体实施方式
下面，参照附图，说明适用了本发明的杯式波动齿轮装置的杯形状的柔性外齿轮的例子。
图4是表示本例子的杯形状的柔性外齿轮的纵向截面图。本例子中的柔性外齿轮20的基本构成与以往的外齿轮(参照图1、2)同样，是节圆直径为20～40mm左右的小尺寸的外齿轮。
柔性外齿轮20具有：能够在半径方向上弯曲变形的圆筒状胴体部21、从该圆筒状胴体部的中心轴线21a方向上的一端朝向半径方向上的内侧延伸的圆环状的膜片22、与该膜片22的中心部分呈同心状地一体形成的圆盘状的刚性凸起23、以及形成在圆筒状胴体部11的另一端部的外周面部分的外齿24。
关于各部分的截面轮廓形状进行说明。首先，在图4中，在含有杯形状的柔性外齿轮20的中心轴线21a的平面，针对柔性外齿轮20进行剖切的情况下，其杯形状的内侧的端面称之为内侧端面，其外侧的端面称之为外侧端面。
利用与中心轴线21a正交的内侧直线31，来规定凸起23的凸起内侧端面轮廓以及膜片22的内侧端面轮廓。在本例子中，凸起23的外侧端面轮廓也是利用与中心轴线21a正交的外侧直线32来规定的，凸起23呈一定厚度的圆环形状。
利用以点O1为中心且半径为第1半径R1的第1凹圆弧34，来规定膜片22的外侧端面轮廓的凸起侧根部分。第1凹圆弧34是：一方的端点34a圆滑地与规定凸起23的圆形外周面的且与中心轴线21a平行的平行直线33相连的第1半径R1的圆弧。
利用以点O2为中心的第2半径R2的第2凹圆弧35、以及与该第2凹圆弧圆滑地相连的倾斜直线36，来规定膜片22的外侧端面轮廓的除了凸起侧根部分22a以外的部分22b。
第2凹圆弧35是：其一端圆滑地与第1凹圆弧34的另一端点34b相连的圆弧。倾斜直线36与第2凹圆弧35的端点35b相连。倾斜直线36以些许的角度相对于中心轴线21a朝向内侧直线31一侧倾斜。
通过利用内侧直线31而被规定的内侧端面部分、利用外侧的第1凹圆弧34、第2凹圆弧35以及倾斜直线36而规定的外侧端面部分，膜片22的厚度从凸起23一侧起朝向圆筒状胴体部21一侧逐渐减小。
第2凹圆弧35的第2半径R2大于第1凹圆弧34的第1半径R1。第1凹圆弧34的第1半径R1被设定成：例如，可以到手的车床的刀具的刀尖半径的最小值。例如，设定成0.2mm。
另外，膜片22的外周端22c圆滑地与圆筒状胴体部21上的弯曲成圆弧状的端部21b的内周缘端相连。例如，圆筒状胴体部21具有几乎恒定的厚度，并且是与膜片22的外周端22c的厚度相同的厚度。
在此，在图4中，以双点划线所示的轮廓形状50是：使图3所示的柔性外齿轮40中的圆弧54与第1凹圆弧34相同，并使倾斜直线36的延长线圆滑地与圆弧的一端相连而成的。
本发明人使用图4所示的柔性外齿轮20和图3所示的柔性外齿轮40来对动作时的应力分布进行了测定。相对于柔性外齿轮20而言，柔性外齿轮40是：只有图4中以双点划线所示的轮廓形状50的部分不同，其它部分是相同的。
图5(a)表示应力测定位置，图5(b)是表示测定结果亦即应力分布状态的曲线图。在曲线图中，实线是表示柔性外齿轮20的应力分布的曲线，虚线是表示柔性外齿轮40的应力分布的曲线，应力测定位置p0为端点34a，p2是端点34b，p6是第2凹圆弧35的中途位置，p8是第2凹圆弧35的端点35b，p10是膜片22的外周端22c。
从该曲线图可知，膜片22的凸起侧根部分22a的应力集中被大幅度地缓和，柔性外齿轮20的疲劳强度得以提高。另外，虽省略了图示，但本例子中的柔性外齿轮20的压曲扭矩也提高了。
上述构成的杯形状的柔性外齿轮20可以作为图1、2所示的柔性外齿轮3来使用。组装有柔性外齿轮20的杯式波动齿轮装置与使用图3所示的柔性外齿轮40的情况相比，可以提高负载容量。

Claims (2)

1.一种杯式波动齿轮装置的杯形状的柔性外齿轮，
该杯形状的柔性外齿轮通过波动发生器弯曲变形成椭圆状而与刚性内齿轮进行局部啮合，
该杯形状的柔性外齿轮具有：柔性的圆筒状胴体部、从该圆筒状胴体部的中心轴线方向上的一端朝向半径方向上的内侧延伸的圆环状的膜片、一体地形成在所述膜片的中心部分的圆盘状或圆环状的刚性凸起、以及形成在所述圆筒状胴体部的中心轴线方向上的另一端部的外周面部分的外齿，
该杯形状的柔性外齿轮通过嵌入到形成有所述外齿的所述圆筒状胴体部的内侧的椭圆状轮廓的波动发生器而弯曲变形成椭圆状，从而与刚性内齿轮进行局部啮合，其特征在于：
在含有所述中心轴线的平面进行剖切的情况下，
由与所述中心轴线正交的内侧直线来规定所述刚性凸起的凸起内侧端面轮廓以及所述膜片的内侧端面轮廓，
由规定所述刚性凸起的圆形外周面且一端圆滑地与平行于所述中心轴线的平行直线相连的第1半径的第1凹圆弧、圆滑地与该第1凹圆弧的另一端相连的第2半径的第2凹圆弧、以及圆滑地与该第2凹圆弧的另一端相连且相对于所述中心轴线向所述内侧直线一侧倾斜的倾斜直线来规定所述膜片的外侧端面轮廓，
所述第2凹圆弧的所述第2半径大于所述第1凹圆弧的所述第1半径，
所述膜片的厚度从所述刚性凸起一侧朝向所述圆筒状胴体部一侧逐渐减小，
所述外齿的节圆直径的最大值为40mm，
所述第1凹圆弧的所述第1半径的最小值为0.2mm。
2.一种杯式波动齿轮装置，其特征在于：
具有权利要求1所述的柔性外齿轮。
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