CN108350990B - 柔性外齿齿轮以及波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

波动齿轮装置(1)的柔性外齿齿轮(3)具备：能够在半径方向上挠曲的圆筒状主体部(11)；在上述圆筒状主体部(11)的外周面以恒定的齿距而形成的外齿(14)；以及在圆筒状主体部(11)的内周面(16)沿着其周向以与外齿相同的齿距而形成的槽部(17)。槽部(17)是以外齿(14)的齿牙中心线为中心的波形截面形状的槽部，并且在外齿(14)的齿宽方向上延伸。能够维持挠曲容易度以及能耐受由啮合引起的切线力的齿形形状、且能够增大齿底厚度以提高柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度。

Description

柔性外齿齿轮以及波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及波动齿轮装置的柔性外齿齿轮。

背景技术

作为波动齿轮装置，如专利文献1、2、3记载的那样，已知有：柔性外齿齿轮呈杯状的杯型波动齿轮装置、呈礼帽形状的礼帽型波动齿轮装置、以及呈圆筒形状的扁平型波动齿轮装置。在波动齿轮装置中，因波动发生器而使得柔性外齿齿轮挠曲成非圆形，例如挠曲成椭圆状，该柔性外齿齿轮相对于刚性内齿齿轮在局部啮合，当波动发生器旋转时，两个齿轮的啮合位置在圆周方向上移动。

在波动齿轮装置中，各部分因波动发生器而反复在半径方向上挠曲的柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度与下述两种拉伸应力存在关联，该两个拉伸应力为：因椭圆形状的挠曲(弯曲)变形而产生的柔性外齿齿轮的齿底部的拉伸应力；以及因负载扭矩而产生的齿底部的拉伸应力。在现有的波动齿轮装置中，考虑到上述两种拉伸应力的影响而将柔性外齿齿轮的齿底厚度设定为适当的厚度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-177938号公报

专利文献2：日本特开2012-072912号公报

专利文献3：日本特开2009-257510号公报

发明内容

在波动齿轮装置中，若要提高其柔性外齿齿轮的齿底疲劳强度而仅仅增大齿底厚度，则由负载扭矩引起的拉伸应力会减小，但是，因挠曲变形而产生的弯曲应力会增大。因此，若仅仅增大齿底厚度，则在实现疲劳强度的提高这方面存有限度。

例如，在现有的波动齿轮装置中，若以其柔性外齿齿轮的齿底厚度、因挠曲变形而产生的弯曲应力以及齿底疲劳强度为基准，则因该齿底厚度设为1.2倍、1.4倍的情况下的挠曲变形而产生的弯曲应力比、以及齿底疲劳强度比如下表所示那样发生变化。

这样，针对波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，若仅仅增大齿底厚度，则对于其疲劳强度的提高存有界限。

本发明的课题在于提供一种波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其能够维持挠曲容易度并能够维持可耐受由啮合引起的切线力的齿形形状、且能够增大齿底厚度以提高齿底疲劳强度。

另外，本发明的课题还在于提供一种波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其能够提高齿底疲劳强度，并且能够改善与波动发生器的轴承外周面之间的接触部的润滑状态。

为了解决上述课题，本发明的波动齿轮装置的柔性外齿齿轮因波动发生器而在半径方向上挠曲并与刚性内齿齿轮在局部啮合，其特征在于，具有：

圆筒状主体部，该圆筒状主体部能够在半径方向上挠曲；

外齿，该外齿在所述圆筒状主体部的外周面沿着所述外周面的周向以恒定的齿距而形成；以及

槽部，该槽部在所述圆筒状主体部的内周面沿着所述内周面的周向以与所述外齿相同的齿距而形成，

所述槽部是以所述外齿的齿牙中心线为槽部中心线的波形截面形状的槽部，并且在所述外齿的齿宽方向上延伸。

在本发明的柔性外齿齿轮中，由于在与各外齿对应的内周面的部位形成有槽部，故而，该柔性外齿齿轮容易在半径方向上挠曲。因此，当与在内周面不具有槽部的柔性外齿齿轮比较时，即便增大齿底厚度，也能够维持同等程度的挠曲容易度，从而能够抑制因挠曲变形而引起的拉伸应力的增大，因此，能够提高疲劳强度。

另外，借助形成于柔性外齿齿轮内周面的槽部而维持该柔性外齿齿轮的挠曲容易度，因此，无需对形成于外周面的外齿的齿形形状施加变更。由于能够增大齿底厚度、且采用适当的形状作为外齿的齿形形状，因此，能够减小与刚性内齿齿轮之间的齿的啮合的切线力所引起的外齿的变形。

优选地，当将外齿的齿底部中立线直径设为d1、且将外齿的齿底圆直径设为d2时，在所述槽部，槽部中心线上的起始自内周面的深度D由下式表示：

(3d1+d2)/4≤D≤(d1+3d2)/4。

槽部的深度D越大，柔性外齿齿轮越容易挠曲，外齿的齿根的应力集中系数越小。当深度D比上述范围内的值小时，在增大齿底厚度的情况下，无法维持柔性外齿齿轮在半径方向上的挠曲容易度，从而几乎无法实现其齿底疲劳强度的提高，因此并非为优选。相反，当深度D比上述范围内的值大时，因两个齿轮的齿的啮合的切线力而使得波形的一个齿容易弯曲，弹性常数降低，棘轮效应扭矩(ratcheting torque)也大幅降低，从而不适合于实用。

在如上述那样设定槽部的深度的情况下，优选地，由下述的第一圆弧以及第二圆弧来规定槽部的波形截面形状，其中，该第一圆弧是以槽部中心线上的位置为中心的半径R1的、凸向半径方向的外侧的圆弧，该第二圆弧是与第一圆弧以及柔性外齿齿轮的内周面分别平滑地连接、且凸向半径方向的内侧的圆弧。由第一圆弧、第二圆弧来规定槽部的波形截面形状，从而能够避免形成有槽部的部分的应力集中。

柔性外齿齿轮的挠曲容易度(外齿的齿底的拉伸应力)以及波形的一个齿的弯曲容易度受到第一圆弧的半径R1、第二圆弧的半径R2以及槽部的深度D的所有因素的影响，若确定了半径R1和深度D，则半径R2得到确定。槽部的深度D越大，而且第一圆弧的半径R1越大，则第二圆弧的半径R2越小，从而柔性外齿齿轮越容易挠曲。

优选地，第一圆弧的半径R1为外齿的模数的(0.4±0.1)倍的长度。如前所述，半径R1越大，则半径R2越小，另外，柔性外齿齿轮越容易挠曲。当半径R1比上述值大时，对柔性外齿齿轮的齿底部的等效厚度的影响较大，从而疲劳强度会降低，因此并非为优选。相反，当半径R1比上述值小时，应力集中会增大，从而疲劳强度降低，因此并非为优选。例如，在使得柔性外齿齿轮挠曲成椭圆状的情况下，会因其椭圆形状的短轴侧的拉伸应力而导致疲劳强度降低。

在此，在柔性外齿齿轮的圆形内周面嵌入有波动发生器，因该波动发生器而使得柔性外齿齿轮挠曲成椭圆形状等非圆形，在该状态下，波动发生器进行旋转。在与波动发生器的轴承外周面接触的柔性外齿齿轮的内周面形成有槽部，该槽部作为润滑剂贮存部而发挥作用。由于能够改善柔性外齿齿轮的内周面与波动发生器的轴承外周面之间的接触部的润滑状态，因此，能够提高它们的滚动疲劳强度。

接下来，本发明的波动齿轮装置的特征在于，具有：刚性内齿齿轮；上述结构的柔性外齿齿轮；以及波动发生器，利用该波动发生器使得柔性外齿齿轮在半径方向上挠曲、且使得该柔性外齿齿轮相对于刚性内齿齿轮在局部啮合，该波动发生器使得刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮啮合的啮合位置在圆周方向上移动。

柔性外齿齿轮具备槽部，由于能够增大齿底厚度而提高疲劳强度，因此，能够实现：整体的耐久性优异的波动齿轮装置。

附图说明

图1是表示应用了本发明的波动齿轮装置的立体图。

图2是图1的波动齿轮装置的纵向截面图以及横向截面图。

图3是图1的柔性外齿齿轮的半纵截面、沿着b-b线剖切后的部分的示意图、以及表示在扁平式的柔性外齿齿轮形成的槽部的说明图。

图4是表示图1的柔性外齿齿轮的外齿的局部放大纵向截面图。

具体实施方式

下面，参照附图，对应用了本发明的波动齿轮装置的实施方式进行说明。下面的实施方式虽然涉及的是杯型波动齿轮装置，但是，本发明同样还可以应用于礼帽型波动齿轮装置、扁平型波动齿轮装置。

图1是实施方式所涉及的波动齿轮装置的立体图，图2(a)是其纵向截面图，图2(b)是其横向截面图。波动齿轮装置1具有：圆环状的刚性内齿齿轮2；同轴地配置于上述刚性内齿齿轮2的内侧的杯状的柔性外齿齿轮3；以及嵌入于上述柔性外齿齿轮3的内侧的波动发生器4。柔性外齿齿轮3因波动发生器4而挠曲成非圆形、例如椭圆形状，在该椭圆形状的长轴L1的两端，外齿14与刚性内齿齿轮2的内齿2a啮合。

当波动发生器4借助马达等(未图示)而旋转时，两个齿轮2、3的啮合位置在圆周方向上移动。啮合位置若移动1圈，则与两个齿轮的齿数差相应地在两个齿轮之间产生相对旋转。能够从两个齿轮中的一方作为大幅减速后的减速旋转而获得波动发生器4的旋转。

柔性外齿齿轮3具备：能够在半径方向上挠曲的圆筒状主体部11；从上述圆筒状主体部11的后端朝半径方向的内侧延伸的圆盘状的隔膜12；与隔膜的内周缘连接的作为刚体的圆环状的凸台13；以及在圆筒状主体部11的开口端侧的外周面部分形成的外齿14。波动发生器4具备：圆筒状的轮毂21；安装于上述轮毂21的外周面的凸轮板22；以及安装于凸轮板22的椭圆状外周面的轴承23。圆筒状主体部11的形成有外齿14的外齿形成部分15因波动发生器4而挠曲成椭圆形状。另外，在图2(b)中，省略了轴承23的滚珠保持架(ballretainer)的图示。

图3(a)是外齿形成部分15的半纵截面图，图3(b)是表示其沿着b-b线剖切后的部分的横截面的示意图。如这些附图所示，在柔性外齿齿轮3的圆筒状主体部11的外齿形成部分15的外周面，沿着其周向以恒定的齿距而形成有：规定模数的外齿14。另外，在外齿形成部分15的内周面16，沿着其周向以与外齿14相同的齿距而形成有槽部17。槽部17为波形截面形状的槽部，并且在外齿14的齿宽方向上呈直线状延伸。

例如，在外齿形成部分15的内周面16，从开口端11a遍及包含两个齿的啮合部分的范围(到达外齿14的隔膜侧的端部的范围)而形成槽部17。即，在图中，在开口端11a至位置11b之间，槽部17以恒定深度和恒定宽度而延伸。另外，在从位置11b朝向凸台13侧直至其中途的位置11c为止的这一区间，形成有：相对于槽部17连续、且深度以及宽度逐渐减小的延长槽部分17b。

虽然槽部17在外齿形成部分15的内周面16只要形成于包含两个齿的啮合部分的区域即可，但是，通过延长槽部分17b，能够消除或减弱：因槽部17的设置而给圆筒状主体部11以及隔膜12带来的影响。

另外，在本发明应用于扁平型波动齿轮装置的情况下，可以遍及其柔性外齿齿轮的外齿形成部分的内周面的整个宽度而形成恒定深度、恒定宽度的槽部。图3(c)是表示形成于扁平式的柔性外齿齿轮的槽部的说明图。如该图所示，在扁平形状(圆筒形状)的柔性外齿齿轮3A，遍及其内周面16A的整个宽度而形成有恒定深度、恒定宽度的槽部17A。

图4是表示外齿形成部分15的一个齿的局部放大横向截面图。如该图所示，各槽部17为：以外齿14的齿牙中心线L2为槽部中心线的波形截面形状的槽部。

具体进行说明，槽部17的槽部中心线(L2)上的起始自内周面16的深度D为该槽部17的最大深度。当将外齿14的齿底部中立线直径设为d1、且将外齿14的齿底圆直径设为d2时，该深度D设定为：以下述条件式而规定的范围内的值。

(3d1+d2)/4≤D≤(d1+3d2)/4

当深度D比(3d1+d2)/4浅时，在增大齿底厚度的情况下，无法维持柔性外齿齿轮3在半径方向上的挠曲容易度，从而无法提高齿底疲劳强度。当深度D比(d1+3d2)/4深时，即使在增大齿底厚度的情况下也能够维持柔性外齿齿轮3的挠曲容易度，但是，由齿的啮合的切线力引起的外齿的变形变大，从而棘轮效应扭矩(ratcheting torque)大幅降低，不适合于实用，因此并非为优选。

在本例中，例如，如图4中的实线所示，深度D设定为：上述条件式的最大值与最小值之间的标准深度Da。

Da＝(d1+d2)/2

另外，在图中，虚线Dmin示出了深度设定为上述条件式的最小值的情况下的槽部截面形状的例子，点划线Dmax示出了深度设定为上述条件式的最大值的情况下的槽部截面形状的例子。

接下来，由下述的第一圆弧C1以及第二圆弧C2来规定槽部17的波形截面形状，其中，第一圆弧C1是以槽部中心线(L2)上的位置为中心O1的半径R1的、凸向半径方向的外侧的圆弧，第二圆弧C2是与第一圆弧C1以及柔性外齿形成部分15的内周面16分别平滑地连接、且凸向半径方向的内侧的圆弧。半径R1设定为：外齿14的模数的(0.4±0.1)倍的长度。

第二圆弧C2是：例如中心O2位于外齿14的齿槽中心线上的圆弧，由内周面16的内径d3、槽部17的深度D以及第一圆弧C1的半径R1来确定该第二圆弧C2的大小(半径R2)。第二圆弧C2越小，柔性外齿齿轮3越容易在半径方向上挠曲。

由第一圆弧、第二圆弧C1、C2来规定槽部17的波形截面形状，从而能够避免形成有槽部17的部分的应力集中。另外，规定槽部17的底面的第一圆弧C1的半径R1设定为外齿14的模数的(0.4±0.1)倍的长度，由此能够避免槽部17的底部的应力集中。

例如，针对具有图4中的假想线所示的轮廓形状的外齿14A的现有的柔性外齿齿轮，如实线所示那样，使其齿底厚度增大ΔT、且将槽部17设置于内周面16，由此能够得到本例的柔性外齿齿轮3。不必对现有的柔性外齿齿轮的外齿形状施加变更便能够增大柔性外齿齿轮3的齿底厚度。另外，即使增大齿底厚度，由于设置有槽部17，因此，也能够将向椭圆形状挠曲的挠曲容易度维持为与现有的柔性外齿齿轮相同的程度，从而能够抑制因挠曲变形而引起的拉伸应力的增大。因此，与现有的柔性外齿齿轮相比，能够提高柔性外齿齿轮3的疲劳强度。

另外，如参照图1、图2而说明的那样，在柔性外齿齿轮3的内周面16嵌入有波动发生器4，因该波动发生器4而使得柔性外齿齿轮3的外齿形成部分15挠曲成椭圆形状，在该状态下，波动发生器4进行旋转。在本例中，如图3所示，在与波动发生器4的轴承外周面24接触的柔性外齿齿轮3的内周面16，以恒定的齿距形成有槽部17。因此，槽部17作为润滑剂贮存部而发挥作用，从而改善了柔性外齿齿轮3的内周面16与波动发生器4的轴承外周面24之间的接触部的润滑状态。由此，能够提高接触部的滚动疲劳强度。

Claims (5)

1.一种波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其因波动发生器而在半径方向上挠曲、且相对于刚性内齿齿轮在局部啮合，

所述波动齿轮装置的柔性外齿齿轮的特征在于，具有：

圆筒状主体部，该圆筒状主体部能够在半径方向上挠曲；

圆盘状的隔膜，该隔膜从所述圆筒状主体部的一侧的端部朝半径方向的内侧或外侧延伸；

外齿，该外齿在所述圆筒状主体部的另一侧的开口端侧的外周面沿着所述外周面的周向以恒定的齿距而形成；以及

槽部，该槽部在所述圆筒状主体部的内周面沿着所述内周面的周向以与所述外齿相同的齿距而形成，

所述槽部是以所述外齿的齿牙中心线为槽部中心线的波形截面形状的槽部，并且，在所述圆筒状主体部的所述内周面，所述槽部在所述外齿的齿宽方向上从所述开口端延伸至与所述外齿的所述隔膜侧的齿宽方向上的端部对应的位置，

在所述内周面形成有延长槽部分，该延长槽部分相对于所述槽部连续，在直至到达所述隔膜的中途位置为止的区间内，该延长槽部分的深度以及宽度逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其特征在于，

当将所述外齿的齿底部中立线直径设为d1、且将所述外齿的齿底圆直径设为d2时，在所述槽部，所述槽部中心线上的起始自所述内周面的深度D如下式所示，

(3d1+d2)/4≤D≤(d1+3d2)/4。

3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其特征在于，

由下述的第一圆弧以及第二圆弧来规定所述槽部的所述波形截面形状，其中，该第一圆弧是以所述槽部中心线上的位置为中心的半径R1的、凸向半径方向的外侧的圆弧，

该第二圆弧是与所述第一圆弧以及所述内周面分别平滑地连接、且凸向半径方向的内侧的圆弧，

所述半径R1为所述外齿的模数的(0.4±0.1)倍的长度。

4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置的柔性外齿齿轮，其特征在于，

所述槽部为润滑剂贮存部。

5.一种波动齿轮装置，其特征在于，

所述波动齿轮装置具有：

刚性内齿齿轮；

权利要求1至4中任一项所述的柔性外齿齿轮；以及

波动发生器，利用所述波动发生器使得所述柔性外齿齿轮在半径方向上挠曲、且使得所述柔性外齿齿轮相对于所述刚性内齿齿轮在局部啮合，所述波动发生器使得所述刚性内齿齿轮与所述柔性外齿齿轮的啮合位置在圆周方向上移动。

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