CN107250606B - 波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制或消除齿的啮合间隙的波动齿轮装置。在波动齿轮装置(1)中，柔性外齿轮(4)的外齿(6)能够在其齿厚减少方向上弹性变形。刚性内齿轮的第1、第2内齿轮(2、3)的内齿(7、8)与外齿(6)之间的啮合设定为：外齿(6)发生弹性变形而以没有间隙的状态进行啮合的重叠状态的啮合。内齿(7、8)的齿形是：被修正为在重叠状态的啮合时内齿(7、8)的齿顶部分和外齿(6)的齿根部分之间不发生干涉的修正齿形(7C、8C)。

Description

波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及一种无啮合间隙的波动齿轮装置。

背景技术

在波动齿轮装置中，通过波动发生器而使柔性外齿轮弯曲变形成非圆形，例如椭圆状，并且与刚性内齿轮进行局部啮合。关于内齿轮和外齿轮的啮合，当两齿轮的啮合PCD成重叠(overlap)状态(重叠状态的啮合)时，由于齿的啮合干涉，会引起启动扭矩、齿面载荷的急剧上升等，波动齿轮装置的性能会大大降低，两齿轮的组配也就变得困难。因此，波动齿轮装置中的两齿轮的啮合被设计成：两齿轮的啮合PCD呈稍微偏离的欠重叠(underlap)状态。

在该欠重叠设计中，在弯曲变形成椭圆形状的外齿轮的长轴附近进行啮合的两齿轮的齿间当然会产生有间隙，该间隙呈现为齿隙。在杯型波动齿轮装置中，由于外齿轮呈杯形状，因此，预载荷就会作用于长轴附近的齿啮合部处的齿宽方向上的开口侧，这也就在某种程度上抑制了啮合间隙的产生。相对于此，没有预载荷作用的扁平式波动齿轮装置中的齿的啮合间隙就会大于杯型波动齿轮装置。

专利文献1所提出的技术方案是能够减小齿隙(backlash)的减速机。在该减速机中，在施加预压的状态下，组配可弹性变形的外齿，使之与内齿啮合，由此来减小齿隙。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－219908号公报

发明内容

在此，可以考虑在形成欠重叠状态的啮合的波动齿轮装置中使用专利文献1所述的可弹性变形的外齿，来消除齿的啮合间隙。然而，当不是在对外齿施加预压或负载而使之弹性变形了的状态下与内齿啮合时，就无法消除啮合间隙。例如，在没有负载运转时，外齿不发生弹性变形，因此无法消除啮合间隙。

本发明的课题在于提供一种：使用可弹性变形的外齿，即使是在没有预压或负载的状态下，也能够抑制或消除齿的啮合间隙的波动齿轮装置。

另外，本发明的课题在于提供一种：使用可弹性变形的外齿，不会伴随出现启动扭矩/齿面载荷的急剧上升、组配困难等，能够抑制或消除齿的啮合间隙的波动齿轮装置。

为了解决上述问题，在本发明的波动齿轮装置中，柔性外齿轮的外齿在其齿厚增减方向上可弹性变形，其特征在于，刚性内齿轮的内齿和所述外齿之间的啮合是：所述外齿发生弹性变形而以没有间隙的状态进行啮合的重叠状态的啮合；所述内齿的齿形是：被修正为在所述重叠状态的啮合时所述内齿的齿顶部分和所述外齿的齿根部分之间不发生干涉的齿形。

在本发明中，可弹性变形的外齿与内齿在重叠状态下啮合。亦即，使内齿齿形或外齿齿形为在正向上变位的变位齿形，将两齿的啮合设定在重叠状态。有时也可以取而代之，将由波动发生器所致的外齿轮的弯曲变形量设定为：比重叠量为零的标准弯曲变形量大的弯曲变形量。在外齿和内齿进行重叠状态的啮合的过程中，由于外齿能够在其齿厚增减的方向上弹性变形，因此，外齿一边弹性变形一边沿着内齿的齿面移动。

据此，即使在没有预压或负载的状态，也可以抑制或消除齿的啮合间隙。另外，通过外齿的弹性变形，即使是重叠状态的啮合，也不会引起启动扭矩等的急剧上升，还可以解决组配困难的问题。此外，连接于可弹性变形的外齿的齿根轮缘的齿根部分有可能实质上在齿厚方向不发生弹性变形而与内齿的齿顶部分发生干涉。由于对内齿的齿形实施了修正，以便这些部位之间不发生干涉，因此，可以形成两齿的圆滑的啮合。

在本发明中，优选为，通过对内齿的齿形或外齿的齿形实施变位，来形成内齿和外齿之间的重叠状态的啮合。

在增大外齿轮的弯曲变形量来形成重叠状态的啮合的情况下，为了避免啮合干涉，需要减小外齿的有效齿高。其结果，波动齿轮装置的负载扭矩容量降低。据此，优选为，通过外齿或内齿的变位，来形成重叠状态的啮合，对内齿的齿形进行修正，以便在重叠状态的啮合时内齿的齿顶部分和外齿的齿根部分之间不发生干涉。

在本发明中，外齿以弹性变形量是从该外齿的齿顶朝向齿根而渐渐减少的方式来形成的。据此，外齿在齿顶侧且在齿厚方向上发生较大弹性变形，而在齿根侧则几乎不发生弹性变形。

例如，在外齿上形成有：从齿宽方向观察时，以齿牙中心线为中心线，从齿根侧朝向齿顶侧延伸而在齿顶面形成开口的一字槽。这种情况下，优选为，一字槽的宽度是外齿的齿厚的15％～40％。另外，优选为，一字槽的最大深度是达到外齿轮的齿根圆为止的深度。此外，优选为，一字槽的槽底面通过圆弧状的凹面被规定。一字槽的槽宽可以是从槽底面到齿顶面为止为恒定的。也可以取而代之，使一字槽的槽宽从槽底面朝向齿顶面渐渐扩展。

在本发明中，作为内齿齿形而采用的修正齿形的参与啮合的齿面部分的形状可以如下设定。亦即，将在无重叠的状态下能够与所述外齿啮合的所述内齿的齿形作为基本齿形，将所述外齿和所述内齿啮合时的重叠量作为设计重叠量，针对所述基本齿形将以下齿形作为平行移动齿形：将该基本齿形沿着齿牙中心线移动到从接近于所述外齿的方向离开所述设计重叠量的1/2时的位置而得到的齿形，将以下曲线作为旋转齿面齿形曲线：将对所述基本齿形上的参与啮合的齿面进行规定的齿面齿形曲线部分以该齿面齿形曲线的齿顶侧的端部为中心旋转到与所述平行移动齿形的齿根侧的端部相抵接的位置而得到的曲线。通过所述旋转齿面齿形曲线，来规定所述修正齿形上的参与啮合的有效啮合齿形面。

本发明可以适用于具有未施加预载荷的圆筒形状外齿轮的扁平式波动齿轮装置。另外，还可以适用于杯型、礼帽型等其他波动齿轮装置。

附图说明

图1是适用了本发明的扁平式波动齿轮装置的概略横向截面图、概略纵向截面图、局部放大截面图、以及表示齿的啮合状态的示意图。

图2是表示具有标准齿形的外齿和内齿的啮合状态的示意图、以及表示重叠状态的齿的啮合状态的2个例子的示意图。

图3是表示可弹性变形的外齿的示意图。

图4是表示外齿的齿根部和内齿的齿顶部之间发生干涉的示意图。

图5是表示内齿的变位齿形的示意图、表示齿形修正的方法的示意图、表示修正齿形的一例的示意图、以及表示外齿的齿形和内齿的修正齿形之间的啮合状态的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明应用了本发明的波动齿轮装置的实施方式。

图1(a)是表示实施方式所涉及的扁平式波动齿轮装置的概略横向截面图，图1(b)是表示纵向截面图，图1(c)是表示局部放大截面图，图1(d)是表示椭圆形状的长轴位置上的齿的啮合状态的示意图。

如图1(a)～(c)所示，波动齿轮装置1具有作为刚性内齿轮的第1内齿轮2以及第2内齿轮3。第1、第2内齿轮2、3呈同轴地并列配置，在这些内齿轮的内侧配置有圆筒形状的柔性外齿轮4。在外齿轮4的内侧嵌入有椭圆状轮廓的波动发生器5。通过波动发生器5，外齿轮4被弯曲变形成椭圆状，在椭圆形状的长轴L1的两端部分，外齿6与第1内齿轮2的内齿7以及第2内齿轮3的内齿8双方啮合。例如，第1内齿轮2的齿数比第2内齿轮3的齿数多2n个(n是正整数)，外齿轮4的齿数与第2内齿轮3的齿数相同。

在外齿轮4的椭圆形状的长轴L1的位置，如图1(d)所示，外齿6与内齿8啮合。外齿轮4的外齿6形成有一字槽9，外齿6可在其齿厚增减的方向上弹性变形。另外，外齿6和第1、第2内齿轮2、3的内齿7、8之间的啮合被设定成重叠状态的啮合。另外，在图1(a)中，显示的外齿6省略了一字槽9。

例如，伴随着外齿6移动到最深啮合位置(长轴L1上的位置)，如图1(d)中的实线6(1)、点划线6(2)以及双点划线6(3)所示，外齿6一边在齿厚减少的方向上弹性变形，一边在无间隙的状态下沿着内齿8的齿面移动。此外，如后面所述，作为内齿7、8的齿形，采用了修正齿形7C、8C，其中该修正齿形7C、8C是对能够与外齿6的齿形6A啮合的基本齿形实施了修正的齿形。通过使用修正齿形7C、8C，在外齿6和内齿7、8之间，能够实现重叠状态的啮合，另外，在啮合时的内齿7、8的齿顶部分和外齿6的齿根部分之间不会产生干涉。下面，说明外齿6和其中一内齿8。

图2(a)是表示两齿6、8的标准啮合的示意图，图2(b)以及(c)分别表示两齿6、8的重叠状态的啮合的示意图。

在使两齿轮3、4的啮合节圆直径(PCD)一致的重叠量为零的啮合状态下，在外齿6相对于内齿8而言的最深啮合位置，内齿8和外齿6呈无间隙地啮合。通常情况下，两齿轮3、4的啮合如图2(a)所示，是稍微形成有间隙的欠重叠状态的啮合。内齿8的齿形(基本齿形)8A与外齿6的齿形6A无干涉地啮合。

为了形成内齿8和外齿6的重叠状态的啮合，作为内齿8的齿形采用：根据重叠量h而使基本齿形8A朝正向变位而得到的变位齿形8B。如图2(b)所示，外齿6的齿形6A的啮合的最深位置为：更加接近内齿8的齿根侧的位置。为了形成两齿6、8的重叠状态的啮合，也可以替代内齿8，而使用变位齿形作为外齿6的齿形。

在重叠状态的啮合中，外齿6的齿形6A从最深位置的跟前起，根据重叠量，与内齿8的变位齿形8B的齿面发生干涉。用点划线围起来的部分表示干涉区域10。其结果，会产生：波动齿轮装置1的启动扭矩等急剧上升、两齿轮的组配困难度增加等弊病。

另外，如图2(c)所示，也可以使由波动发生器5所致的外齿轮4的弯曲变形量大于获得图2(a)所示的标准啮合的弯曲变形量，形成重叠状态的啮合。即使在这种情况下，也与图2(b)的情况相同，在两齿6、8的齿形6A、8A之间产生干涉。其结果，会产生：波动齿轮装置1的启动扭矩等急剧上升、两齿轮的组配困难度增加等弊病。

在本例子中，作为外齿6，使用了在齿厚方向上能够弹性变形的齿，以便外齿6的齿形6A沿着内齿8的齿形、例如变位齿形8B的齿面以没有间隙的状态圆滑地移动。

图3是表示可弹性变形的外齿6的示意图。外齿6在重叠状态下进行齿的啮合时，在齿厚减少的方向(圆周方向)上可弹性变形。在本例子中，构成为：其齿顶部6a的弹性变形量较大，越接近齿根部6b而变得越小。由此，在本例子中，外齿6形成有一字槽9。

详细说明，在外齿6上形成有：从齿宽方向观察时，以齿牙中心线6c为中心线，从齿根侧朝向齿顶侧延伸而在齿顶面6d形成开口的一字槽9。通过一字槽9，外齿6从齿根侧被分离成左右的外齿部分61、62。这些外齿部分61、62在与内齿8啮合时，根据重叠量，能够向齿顶侧的部分在齿厚方向(圆周方向)上相接近的方向弹性变形。因此，与内齿8啮合时，啮合侧的外齿部分61、62一边被内齿8的齿面按压而弹性变形一边沿着内齿8的齿面移动。

在此，优选为，一字槽9的槽形状基于从外齿6的齿根到齿顶的弹性变形量和变形力之间的关系，而被制成能够适当设定由负载扭矩所导致的齿面接触力、弹簧常数等的形状。槽宽W若较宽，则外齿6容易弹性变形，但若使槽宽W过宽，弹簧常数、棘轮效应扭矩(ratcheting torque)则会大幅降低。根据这种观点，优选为，一字槽9的槽宽W为外齿6的齿厚S的15％～40％。

亦即，当槽宽W超过齿厚S的40％时，会招致弹簧常数、棘轮效应扭矩的大幅降低，这是所不希望看到的。另外，当槽宽W小于齿厚S的15％，外齿6的弹性变形力变大，招致启动扭矩的增加、效率降低，这也是所不希望看到的。

另外，槽宽W虽然在整体上是恒定的，但也可以如图3中虚线所示，从一字槽9的槽底面9a朝向在外齿6的齿顶面6d呈开口的槽开口部9b而渐渐扩展。

为了防止外齿轮4的疲劳强度的降低，一字槽9的槽深D优选为，最大达到外齿轮4的齿根圆Cdf。另外，为了缓和外齿应力集中，优选为，槽底面9a呈圆弧形状的凹面。在本例子中，一字槽9的槽深D是：到外齿轮的齿根圆Cdf为止的深度。也可以将槽深D设置得较之浅一些。另外，一字槽9的底面9a通过半圆形的凹面被规定出来的。

然后，通过使用可弹性变形的外齿6，在进行重叠状态下的啮合时，可以使外齿6的齿形6A沿着内齿8的变位齿形8B的齿面以没有间隙的状态移动。然而，即使采用可弹性变形的外齿6，在进行重叠状态的啮合的过程中，如图4所示，在外齿6的最深啮合位置或其前后，无法解决在外齿6的齿根部6b和内齿8的齿顶部8a之间产生干涉的问题。在图4中，以点划线包围干涉区域11。

为了解决进行这样的啮合时的干涉的问题，本例子中的内齿8使用了对变位齿形8B实施齿形修正而得到的修正齿形8C来作为内齿8的齿形。

图5(a)是表示内齿8的变位齿形8B的示意图，图5(b)是表示齿形修正的方法的示意图，图5(c)是表示修正齿形8C的示意图，图5(d)是表示修正齿形8C和外齿6的齿形6A之间的啮合状态的示意图。

首先，设计外齿6的齿形6A以及内齿8的基本齿形8A，并设定：考虑到了外齿6的弹性变形的设计重叠量。如图5(a)所示，针对内齿8的基本齿形8A，沿着齿牙中心线，在从接近于外齿6的齿形6A的方向离开重叠量h的1/2时的位置，描绘出该基本齿形8A的平行移动齿形(变位齿形)8B。

接着，将对基本齿形8A上的参与啮合的齿面进行规定的齿面齿形曲线81部分如图5(b)所示，以该齿面齿形曲线81上的齿顶侧的端点a为中心，旋转到与平行移动齿形8B的齿根侧的端点b相抵接的位置。将旋转后得到的旋转齿面齿形曲线圆滑地延长到与基本齿形8A的齿顶面相交叉的位置，并将与该齿顶面交叉的点作为交点c。使用从端点a到交点c的齿形曲线，来规定修正齿形8C上的参与啮合的有效啮合齿形面82。

如图5(c)所示，通过由如此得到的修正有效啮合齿形面82和预定的齿顶面83以及预定的齿根面84，来规定内齿8的修正齿形8C。齿顶面83、齿根面84由于不参与齿的啮合，因此可以使用与外齿6的齿形6A之间能够确保预定顶隙的适当的直线或曲线来规定。

在具有如此形成的修正齿形8C的内齿8和具有齿形6A的外齿6进行重叠状态的啮合时，如图5(d)所示，不会产生干涉。另外，另一个第1内齿轮2的内齿7也与内齿8同样地通过修正齿形来被规定。

如上所述，对于本例子中的波动齿轮装置1而言，使外齿轮4与内齿轮2、3以重叠状态啮合。另外，使用在齿厚减少的方向上可弹性变形的外齿，来作为外齿轮4的外齿6。此外，使用被施加修正了的修正齿形7C，来作为内齿轮2、3的内齿7、8，其中所述修正是考虑到了基于所设定的重叠量的外齿6的弹性变形的修正。

因此，根据本例子，即使是在没有预压或负载的状态下，也能够实现：能够抑制或消除齿的啮合间隙的波动齿轮装置。另外，还能够实现：不会招致启动扭矩等的急剧上升、组配困难，能够抑制或消除齿的啮合间隙的波动齿轮装置。

另外，通过对内齿的齿形实施变位，来形成重叠状态的啮合。在通过增大波动发生器所致的外齿轮的弯曲变形量来形成重叠状态的啮合的情况下，为了避免齿的啮合干涉，需要减小外齿的齿形的有效齿高。其结果，有时不希望波动齿轮装置的负载扭矩容量降低。在本例子中，由于对齿形施加变位来形成重叠状态的啮合，不用减小外齿的齿形的有效齿高，就可以避免啮合干涉，这是所希望的。

Claims (7)

1.一种波动齿轮装置，柔性外齿轮的外齿能够在其齿厚增减方向上弹性变形，

刚性内齿轮的内齿和所述外齿之间的啮合是：所述外齿发生弹性变形而以没有间隙的状态进行啮合的重叠状态的啮合；

所述内齿的齿形是：被修正为在所述重叠状态的啮合时所述内齿的齿顶部分和所述外齿的齿根部分之间不发生干涉的修正齿形，

在所述外齿上形成有：从齿宽方向观察时，以齿牙中心线为中心线，从齿根侧朝向齿顶侧延伸而在齿顶面形成开口的一字槽，

将能够以无重叠的状态与所述外齿啮合的所述内齿的齿形作为基本齿形，

将所述外齿和所述内齿啮合时的重叠量作为设计重叠量，

针对所述基本齿形将以下齿形作为平行移动齿形：将该基本齿形沿着齿牙中心线移动到从接近于所述外齿的方向离开所述设计重叠量的1/2时的位置而得到的齿形；

将以下曲线作为旋转齿面齿形曲线：将对所述基本齿形上的参与啮合的齿面进行规定的齿面齿形曲线部分以该齿面齿形曲线上的齿顶侧的端部为中心旋转到与所述平行移动齿形的齿根侧的端部相抵接的位置而得到的曲线，

通过所述旋转齿面齿形曲线，来规定所述修正齿形上的参与啮合的有效啮合齿形面。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述外齿是以弹性变形量从该外齿的齿顶朝向齿根渐渐减少的方式来形成的。

3.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述一字槽的宽度是所述外齿的齿厚的15％～40％，

所述一字槽的宽度是恒定的，或者是从该一字槽的槽底面朝向齿顶面渐渐扩展的。

4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述一字槽的最大深度是达到所述外齿轮的齿根圆为止的深度。

5.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述一字槽的所述槽底面是通过圆弧状的凹面被规定的。

6.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述一字槽的宽度是所述外齿的齿厚的15％～40％，

所述一字槽的最大深度是达到所述外齿轮的齿根圆为止的深度，

所述一字槽的所述槽底面是通过圆弧状的凹面被规定的。

7.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

作为所述内齿轮，具有呈同轴地并列配置的第1内齿轮以及第2内齿轮，

所述外齿轮具有：能够分别与所述第1、第2内齿轮的内齿啮合的所述外齿、以及在外周面形成有所述外齿的且在半径方向上能够弯曲变形的圆筒。