CN107208748A - 扁平式波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

在扁平式波动齿轮装置(1)的柔性外齿齿轮(4)的外齿(7)，且在第一外齿部分(8)与第二外齿部分(9)之间形成有削端加工部分(10)。削端加工部分(10)的齿线方向的长度L1在外齿的齿宽L的0.1～0.5的范围内。当外齿的节圆直径为PCD时，削端加工部分(10)的距离外齿的齿顶齿面的最大削端加工量t为3.3×10^‑4<t/PCD<6.3×10^‑4。本发明能够实现：可以将外齿的齿线方向的齿面载荷分布呈平均化，且传送负载容量较高的扁平式波动齿轮装置。

Description

扁平式波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及包括一对刚性内齿齿轮、圆筒形状的柔性外齿齿轮以及波动发生器的扁平式波动齿轮装置。

背景技术

扁平式波动齿轮装置的一方的第一刚性内齿齿轮的齿数比柔性外齿齿轮要多，另一方的第二刚性内齿齿轮的齿数与柔性外齿齿轮相同。柔性外齿齿轮通过波动发生器而弯曲变形成非圆形、例如椭圆状，分别与第一、第二刚性内齿齿轮局部啮合。

如果通过马达等使波动发生器旋转，则齿数不同的第一刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮之间的啮合位置在圆周方向上移动。如果将第一刚性内齿齿轮固定而使其不旋转，则在波动发生器一次旋转期间，柔性外齿齿轮相对于第一刚性内齿齿轮而言，与它们的齿数差对应地进行相对旋转。另一方的第二刚性内齿齿轮被支撑为能够自由旋转的状态，与柔性外齿齿轮一体旋转。因此，输入旋转(波动发生器的旋转)通过第一刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮的齿数差以规定的减速比进行减速，减速后的旋转从第二刚性内齿齿轮输出。

专利文献1、2中记载有一种具有具备2列球轴承的波动发生器的扁平式波动齿轮装置。该形式的波动发生器由具备椭圆状轮廓的外周面的刚性插塞和安装于该外周面的2列球轴承构成。柔性外齿齿轮被弯曲变形成椭圆状的各球轴承的外圈的外周面上的长轴两端的部分而被推向半径方向的外侧，从而保持第一、第二刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮的啮合。

另外，具有具备2列球轴承的波动发生器的扁平式波动齿轮装置中，2列球轴承配置成靠近外齿的齿线方向的中央部分，其球中心间距离在外齿的总齿宽的1/3以下。

专利文献

专利文献1：日本实开平01-91151号公报

专利文献2：日本特开平02-275147号公报

发明内容

此处，柔性外齿齿轮的齿线方向的一部分与第一刚性内齿齿轮啮合，另一部分与第二刚性内齿齿轮啮合。因此，通过负载扭矩，大小不同的力从第一、第二刚性内齿齿轮作用于齿线方向的一部分及另一部分，从而在柔性外齿齿轮上产生扭曲。因此，齿线方向的各位置上的齿接触发生变化，导致齿线方向的作用于各部分的齿面载荷发生变化。

另外，薄弹性体的柔性外齿齿轮与第一、第二刚性内齿齿轮的啮合状态、特别是它们在齿线方向上的啮合状态是被波动发生器的支撑刚性所影响的。如果在齿线方向的各位置上的啮合状态不适当，则导致波动齿轮装置的传送负载容量降低。

为了提高柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度而使传送负载容量得到提高，需要使齿线方向的齿面载荷分布呈平坦化而降低最大齿面载荷。另外，需要提高波动发生器的支撑刚性，以便在齿线方向的各位置形成适当的啮合状态。

此外，如果波动发生器支撑外齿齿轮的状态不适当，则2列球轴承的轴承球载荷分布发生大幅变化，导致它们的寿命降低。

本发明的课题鉴于这一点，提供一种下述的扁平式波动齿轮装置：能够使柔性外齿齿轮的齿线方向的齿面载荷分布呈平坦化且能够在齿线方向的各位置形成良好的啮合状态，以便使柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度及装置的传送负载容量得到提高。

另外，本发明的课题是提供一种能够使其2列球轴承所产生的轴承球载荷分布呈平坦化，以便延长波动发生器的寿命的扁平式波动齿轮装置。

为了解决上述的课题，本发明的扁平式波动齿轮装置的特征在于，包括：

第一刚性内齿齿轮，所述第一刚性内齿齿轮具备第一齿数的第一内齿；

第二刚性内齿齿轮，所述第二刚性内齿齿轮同轴地配置于所述第一刚性内齿齿轮的旁边，且具备与所述第一齿数不同的第二齿数的第二内齿；

圆筒形状的柔性外齿齿轮，所述圆筒形状的柔性外齿齿轮同轴地配置于所述第一、第二刚性内齿齿轮的内侧，其具备能够与所述第一内齿及所述第二内齿啮合的外齿，且能够在半径方向上弯曲变形；以及

波动发生器，所述波动发生器配置于所述柔性外齿齿轮的内侧，将该柔性外齿齿轮弯曲变形成非圆形而使所述外齿与所述第一、第二内齿局部啮合，

所述外齿在其齿线方向的中央部分通过在该齿线方向形成为规定长度的削端加工部分而被分为与所述第一内齿对置的第一外齿部分和与所述第二内齿对置的第二外齿部分，

所述削端加工部分以齿高在该削端加工部分的所述齿线方向的中央呈最低的方式被实施削端加工(Relieving)，

所述波动发生器包括：支撑所述第一外齿部分的第一波动轴承和支撑所述第二外齿部分的第二波动轴承，

当所述外齿的总齿宽为L，所述削端加工部分的所述齿线方向的削端加工长度为L1时，该削端加工长度L1满足以下条件式：

0.1L<L1<0.5L，

当所述外齿的节圆直径为PCD，所述削端加工部分距离所述外齿的齿顶齿面的齿高方向的最大削端加工量为t时，该最大削端加工量t满足以下条件式：

3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4。

本发明的扁平式波动齿轮装置中，在柔性外齿齿轮的外齿，且在第一外齿部分与第二外齿部分之间形成有削端加工部分。由于适当地设定削端加工部分的削端加工形状(齿线方向的削端加工长度L1、齿高方向的最大削端加工量t)，所以能够防止或者抑制外齿在齿线方向上发生扭曲。因此，在外齿与第一、第二内齿之间，能够在外齿的齿线方向的各位置形成良好的啮合状态，能够使外齿的齿线方向的齿面载荷分布呈平坦化。由此，能够提高柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度，提高扁平式波动齿轮装置的传送负载容量。

接下来，本发明的扁平式波动齿轮装置中，优选为，当所述第一、第二波动轴承的支撑中心间距离为Lo时，该支撑中心间距离Lo随着所述削端加工长度L1的增减而增减。由此，能够使第一、第二波动轴承的支撑中心接近于第一外齿部分与第一内齿的啮合中心以及第二外齿部分与第二内齿的啮合中心，能够提高波动发生器所带来的外齿支撑刚性。

在这种情况下，优选支撑中心间距离Lo大于0.35L，以使得第一、第二波动轴承的支撑中心相对于第一、第二外齿部分侧的啮合中心而言不会大幅偏向齿线方向的内侧。另外，优选支撑中心间距离Lo低于0.7L，以使得第一、第二波动轴承的外圈在齿线方向上收纳在外齿的齿宽内。即，优选支撑中心间距离Lo满足以下的条件式。

0.35L<Lo<0.7L

另外，第一外齿部分被第一波动轴承支撑，第二外齿部分被第二波动轴承支撑，削端加工部分在外齿的齿线方向上位于第一、第二波动轴承的支撑中心之间。优选外齿的削端加工部分的削端加工长度L1相对于第一、第二波动轴承的支撑中心间距离Lo而言满足以下的条件式。

0.3Lo<L1<0.7Lo

由此，能够防止：第一外齿部分侧的啮合中心自第一波动轴承的支撑中心沿着齿线方向大幅离开，还能够防止：第二外齿部分侧的啮合中心自第二波动轴承的支撑中心沿着齿线方向大幅离开。

此处，第一、第二刚性内齿齿轮与其齿宽根据削端加工长度进行增减的第一、第二外齿部分啮合。因此，优选为第一、第二刚性内齿齿轮的齿宽也根据削端加工长度对齿宽进行增减。

即，当第一、第二刚性内齿齿轮的齿宽亦即所述第一内齿及所述第二内齿各自的齿宽为齿宽L2时，该齿宽L2可以为：相对于所述外齿的总齿宽L而言满足以下的条件式的宽度。

0.3L<L2<0.5L

另外，在满足该条件式的范围内，只要当所述削端加工长度L1增加时使所述齿宽L2减少，当该削端加工长度L1减少时使所述齿宽L2增加即可。

本发明的扁平式波动齿轮装置中，如上所述，使2列波动轴承的支撑中心间距离随着削端加工长度L1的增加而增加。另外，规定各部件的尺寸关系，以便在齿线方向上使第一波动轴承的支撑中心接近于第一外齿部分侧的啮合中心，使第二波动轴承的支撑中心接近于第二外齿部分侧的啮合中心。

由此，通过削端加工部分而被分开的齿线方向上的第一外齿部分及第二外齿局部分别被第一、第二波动轴承在齿线方向的各位置可靠地支撑。因此，能够分别改善：第一外齿部分与第一内齿之间的齿线方向的各位置上的齿接触、以及第二外齿部分与第二内齿之间的齿线方向的各位置上的齿接触。另外，能够使波动发生器的各波动轴承中的滚动体的载荷分布变得平坦，能够降低其最大载荷。

其结果，根据本发明，能够提高柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度，且能够提高波动齿轮装置的传送负载容量。此外，能够延长波动发生器的各波动轴承的寿命。

附图说明

图1是表示应用了本发明的扁平式波动齿轮装置的端面图及纵向截面图。

图2是表示图1的扁平式波动齿轮装置的主要部分的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对应用了本发明的扁平式波动齿轮装置的实施方式进行说明。

图1(a)是表示扁平式波动齿轮装置的端面图，图1(b)是表示以其b-b线切断而得到的部分的纵向截面图。图2是表示波动齿轮装置的柔性外齿齿轮4和波动发生器5的示意图。扁平式波动齿轮装置1(以下、称为“波动齿轮装置1”。)包括：圆环状的第一刚性内齿齿轮2、圆环状的第二刚性内齿齿轮3、由能够在半径方向上弯曲变形的薄弹性体构成的圆筒形状的柔性外齿齿轮4、以及椭圆状轮廓的波动发生器5。

第一、第二刚性内齿齿轮2、3以在装置中心轴线1a的方向上具有些许间隙的方式同轴地并列配置。本例中，第一刚性内齿齿轮2是被固定而不旋转的静止侧内齿齿轮，其第一内齿2a的齿数为Zc1。第二刚性内齿齿轮3是以能够自由旋转的状态被支撑的驱动侧内齿齿轮，其第二内齿3a的齿数为Zc2。第一内齿2a的齿数Zc1比第二内齿3a的齿数Zc2多2n个(n：正整数)。第二刚性内齿齿轮3是波动齿轮装置1的减速旋转输出元件。

圆筒形状的柔性外齿齿轮4同轴地配置于第一、第二刚性内齿齿轮2、3的内侧。柔性外齿齿轮4包括由能够在半径方向上弯曲变形的薄弹性体构成的圆筒体6、和形成于该圆筒体6的圆形外周面的外齿7。外齿7能够与第一、第二内齿2a、3a啮合，其齿数Zf与驱动侧的第二内齿3a的齿数Zc2相同。

外齿7具备将第一、第二内齿2a、3a大致包含在内的齿宽L。另外，外齿7在其齿线方向的一侧形成有与第一内齿2a对置的第一外齿部分8，在另一侧形成有与第二内齿3a对置的第二外齿部分9。第一、第二外齿部分8、9之间的外齿7的部分为削端加工部分10。

波动发生器5是波动齿轮装置1的旋转输入元件。波动发生器5包括椭圆状轮廓的刚性插塞11、和安装于该刚性插塞11的椭圆状外周面的第一波动轴承12及第二波动轴承13。第一、第二波动轴承12、13使用球轴承。

波动发生器5嵌入于柔性外齿齿轮4的圆筒体6的内侧，将柔性外齿齿轮4弯曲变形成椭圆状。在弯曲变形成椭圆状的柔性外齿齿轮4的长轴位置的两端，第一外齿部分8与第一内齿2a啮合，第二外齿部分9与第二内齿3a啮合。如果通过未图示的马达等使波动发生器5旋转，则第一、第二刚性内齿齿轮2、3与柔性外齿齿轮4的啮合位置在圆周方向上进行移动。由此，在齿数不同的第一刚性内齿齿轮2与柔性外齿齿轮4之间产生与齿数差相对应的相对旋转。另一个第二刚性内齿齿轮3的齿数与柔性外齿齿轮4相同，因此，与柔性外齿齿轮4一体旋转，减速旋转从该第二刚性内齿齿轮3输出到未图示的负载侧。

(削端加工部分)

主要参照图2，对形成于外齿7的削端加工部分10的形状进行说明。

首先，外齿7的第一外齿部分8、第二外齿部分9分别与第一内齿2a及第二内齿3a对置。本例中，第一、第二内齿2a、3a各自的齿宽L(2)、L(3)实质上是相同的。以外齿7的齿线方向的中央位置7a为界，一侧是第一外齿部分8，另一部分是第二外齿部分9，第一、第二外齿部分8、9的齿宽相同。在第一内齿2a、第二内齿3a的齿宽L2彼此不同的情况下，与此对应地，第一外齿部分8、第二外齿部分9的齿宽也不相同。

削端加工部分10是通过对外齿7的齿线方向的中央部分实施削端加工(Relieving)而形成的部分。削端加工部分10的齿线方向的长度为L1，其中心与外齿7的中央位置7a一致。另外，在削端加工部分10，以距离该外齿7的齿顶齿面7b的削端加工量在削端加工部分10的齿线方向的中央位置7a呈最大的方式被实施削端加工。本例中，实施削端加工，使其成为沿着在中央位置7a最深的凹曲面的形状。还可以实施削端加工使其为倒梯形形状，来代替凹曲面。

具体地进行说明，当外齿7的总齿宽为L时，削端加工部分10的齿线方向的削端加工长度L1设定为满足以下的条件式的值。

0.1L<L1<0.5L

另外，当变形前的圆筒状的外齿7的节圆直径为PCD，削端加工部分10距离外齿7的齿顶齿面7b的齿高方向上的最大削端加工量为t时，该最大削端加工量t设定为满足以下的条件式的值。

3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4

(轴承球中心间距离)

接下来，参照图2，对第一、第二波动轴承12、13的轴承球中心间距离(支撑中心间距离)进行说明。

在波动发生器5的刚性插塞11的中心轴线的方向的一侧形成有一定宽度的椭圆形轮廓的第一外周面11a，在另一侧形成有一定宽度的椭圆状轮廓的第二外周面11b。第一外周面11a和第二外周面11b为形状相同的外周面。在第一外周面11a上以被弯曲变形成椭圆状的状态安装有第一波动轴承12，在第二外周面11b上以被弯曲变形成椭圆状的状态安装有第二波动轴承13。第一、第二波动轴承12、13在本例中是相同的。在第一、第二外齿部分8、9的齿宽不同的情况下，与此对应地，使用尺寸不同的第一、第二波动轴承12、13。

第一波动轴承12及第二波动轴承13的轴承球中心12a、13a位于：在齿线方向上距离外齿7的齿线方向的中央位置7a的距离相等的位置。另外，当轴承球中心间距离为Lo时，该轴承球中心间距离Lo随着削端加工长度L1的增减而增减。另外，轴承球中心间距离Lo设定为满足以下的条件式的值。

0.35L<Lo<0.7L

(轴承球中心间距离与削端加工长度的关系)

接下来，第一外齿部分8被第一波动轴承12支撑，第二外齿部分9被第二波动轴承13支撑，因此，削端加工部分10在外齿的齿线方向上位于这些第一、第二波动轴承12、13的支撑中心之间。

外齿7的削端加工部分10的削端加工长度L1相对于第一、第二波动轴承12、13的支撑中心间距离亦即轴承球中心间距离Lo而言设定为满足以下的条件式的值。

0.3Lo<L1<0.7Lo

(外齿的齿宽与内齿的齿宽的关系)

另外，第一、第二刚性内齿齿轮2、3与其齿宽根据削端加工长度L1进行增减的第一、第二外齿部分8、9啮合。因此，第一、第二刚性内齿齿轮2、3各自的齿宽也根据削端加工长度L1进行增减。

即，当第一、第二刚性内齿齿轮2、3的齿宽亦即第一、第二内齿2a、3a各自的齿宽L(2)、L(3)为齿宽L2时，该齿宽L2设定为相对于外齿7的总齿宽L而言满足以下的条件式的值。

0.3L<L2<0.5L

另外，在满足该条件式的范围内，当削端加工长度L1增加时，齿宽L2减少，当削端加工长度L1减少时，齿宽L2增加。

如上所述，本例的波动齿轮装置1中，对外齿7的齿线方向的中央部分实施削端加工。由此，能够缓和外齿7的齿线方向的中央部分的应力，且能够抑制外齿7的扭曲变形。其结果，能够在外齿7的齿线方向的各部分维持良好的啮合状态，实现外齿7的齿线方向的各部分所产生的齿面载荷的均等化，能够使外齿7的齿底疲劳强度得到提高。

另外，由于如上所述地设定波动发生器5的轴承球中心间距离Lo，所以能够提高与第一内齿2a啮合的第一外齿部分8以及与第二内齿3a啮合的第二外齿部分9各自的支撑刚性。由此，在外齿7的齿线方向的各部分维持良好的啮合状态。另外，能够抑制波动发生器5的各波动轴承12、13所产生的轴承球载荷的变动，且能够降低其最大载荷。

因此，能够实现传送负载容量较高的波动齿轮装置，且能够延长波动发生器5的寿命。

Claims (4)

1.一种扁平式波动齿轮装置，其特征在于，包括：

第一刚性内齿齿轮，所述第一刚性内齿齿轮具备第一齿数的第一内齿；

第二刚性内齿齿轮，所述第二刚性内齿齿轮同轴地配置于所述第一刚性内齿齿轮的旁边，且具备与所述第一齿数不同的第二齿数的第二内齿；

圆筒形状的柔性外齿齿轮，所述圆筒形状的柔性外齿齿轮同轴地配置于所述第一、第二刚性内齿齿轮的内侧，其具备能够与所述第一内齿以及所述第二内齿啮合的外齿，且能够在半径方向上弯曲变形；以及

波动发生器，所述波动发生器配置于所述柔性外齿齿轮的内侧，将该柔性外齿齿轮弯曲变形成非圆形而使所述外齿与所述第一、第二内齿局部啮合，

所述外齿在其齿线方向的中央部分通过在该齿线方向上形成为规定长度的削端加工部分而被分为与所述第一内齿对置的第一外齿部分、和与所述第二内齿对置的第二外齿部分，

所述削端加工部分以齿高在该削端加工部分的所述齿线方向上的中央呈最低的方式被实施削端加工，

所述波动发生器包括：支撑所述第一外齿部分的第一波动轴承和支撑所述第二外齿部分的第二波动轴承，

当所述外齿的总齿宽为L，所述削端加工部分的所述齿线方向上的削端加工长度为L1时，该削端加工长度L1为满足以下条件式的值，

0.1L<L1<0.5L

当所述外齿的节圆直径为PCD，所述削端加工部分的距离所述外齿的齿顶齿面的齿高方向上的最大削端加工量为t时，该最大削端加工量t满足以下条件式：

3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4。

2.根据权利要求1所述的扁平式波动齿轮装置，其特征在于，

当所述第一、第二波动轴承的支撑中心间距离为Lo时，

该支撑中心间距离Lo随着所述削端加工长度L1的增减而增减，

该支撑中心间距离Lo相对于所述外齿的总齿宽L而言满足以下条件式：

0.35L<Lo<0.7L。

3.根据权利要求2所述的扁平式波动齿轮装置，其特征在于，

所述削端加工长度L1相对于所述支撑中心间距离Lo而言满足以下条件式：

0.3Lo<L1<0.7Lo。

4.根据权利要求3所述的扁平式波动齿轮装置，其特征在于，

当所述第一内齿及所述第二内齿各自的齿宽为齿宽L2时，

该齿宽L2相对于所述外齿的总齿宽L而言满足以下条件式：

0.3L<L2<0.5L，

当所述削端加工长度L1增加时，所述齿宽L2减少；当该削端加工长度L1减少时，所述齿宽L2增加。