CN108700174B - 谐波传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种谐波传动装置(1)，其包括：波发生器(8)，可通过所述波发生器变形的、柔性的设有外齿部的传动元件(14)，以及至少一个与柔性的设有外齿部的传动元件(14)啮合的、设有内齿部的传动构件(4，5)，所述传动元件具有在其未受机械负荷状态下非圆形的、与椭圆形状不同的构型。

Description

谐波传动装置
技术领域
本发明涉及一种可用作为调节传动装置的谐波传动装置，所述谐波传动装置具有波发生器以及能通过波发生器变形的、柔性的设有外齿部的传动元件，所述传动元件尤其呈柔性环的形式，其中柔性的设有外齿部的传动构件与至少一个设有内齿部的、典型地本身是刚性的传动构件啮合。
背景技术
这种谐波传动装置例如从EP 0 741 256 B1中已知。所述谐波传动装置的弹性的设有外齿部的元件构成为所谓的缸盖并且具有不同厚度的不同区域。
除了壁厚不同之外，在批量生产中总是出现例如壁厚以及整个构件几何形状与理想几何形状的、由制造引起的偏差，所述壁厚不同在传动装置的部件中尤其在谐波传动装置的可形变的部件中可根据构件设计来预设。特别地，不能够完全地排除基本上旋转对称的部件的圆度偏差。根据这种偏差的程度，能够由其影响传动装置尤其谐波传动装置的运行特性。
例如从DE 10 2014 202 060 A1中已知另一谐波传动装置。在此，其为电的凸轮轴调节器的部件。驱动谐波传动装置的波发生器的调节轴在该情况下具有多个优先位置。
同样可在电的凸轮轴调节器中使用如下谐波传动装置，所述谐波传动装置在DE10 2007 049 072 A1中公开。谐波传动装置经由补偿联轴器，即奥德姆联轴器与调节马达耦联。
发明内容
本发明所基于的目的是：提出相对于所提到的现有技术尤其在其运行特性方面改进的谐波传动装置。
根据本发明，所述目的通过一种谐波传动装置实现，所述谐波传动装置具有：波发生器；能通过所述波发生器变形的、柔性的设有外齿部的传动元件；以及至少一个与所述柔性的设有外齿部的传动元件啮合的、设有内齿部的传动构件，所述柔性的设有外齿部的传动元件具有在其未受机械负荷状态下非椭圆的构型。谐波传动装置在本身已知的基础结构中具有可形变的设有外齿部的传动元件，所述传动元件在谐波传动装置运行时通过波发生器永久变形。与现有技术不同，所述柔性的设有外齿部的传动元件在其未受机械负荷状态下具有非椭圆的形状。这表示：只要其不受外力，就排除作为椭圆的特别情况的圆形形状作为可形变的、设有外齿部的传动元件的构型。
因此，与在谐波传动装置中使用的波发生器的刚性的椭圆构件、尤其轴承环相比，柔性的设有外齿部的传动元件分别与圆形相比具有更高的复杂度的形状。更高的复杂度的特征尤其在于：在可形变的传动元件的情况下，如下曲线与在波发生器的刚性构件的情况下相比具有更多的拐点，其中所述曲线说明非圆形的部件相对于圆形在相应部件的整个环周之上的偏差，所述非圆形的部件在一种情况下为刚性内环并且在另一情况下为可形变的传动元件。相反于所提到的示出与圆形的偏差的曲线，柔性的设有外齿部的传动元件本身不具有拐点。这就是说，传动元件在整个环周之上沿相同的方向弯曲。
本发明基于如下考虑：对于谐波传动装置的功能重要的柔性的传动元件典型地具有如下基本形状，即在未受机械负荷状态下具有如下基础形状，所述基本形状的横截面示出为圆形。然而出于制造的原因，存在与理想圆形的非故意的偏差。特别地，柔性的传动元件在其基本状态下能够具有非限定的椭圆形的非圆度。该椭圆形的非圆度的缺乏的可限定性涉及与理想圆形的数值上的偏差，还涉及椭圆形状的角度定向。在安装波发生器时，以通常的方式将这种非理想的传动元件安置到波发生器的以限定方式椭圆的构件上。制造所引起的略微非圆的柔性的传动元件的半轴和波发生器的椭圆构件的半轴之间的角度定向在此不是确定的。根据所提到的部件之间的角度关系，因此在波发生器运行时或多或少造成不期望的卡锁力矩。由于这种卡锁力矩而存在波发生器的优先位置，所述优先位置负面地影响系统的可调节性，所述系统包括调节马达和谐波传动装置。
这种负面的影响根据本发明通过如下方式被有针对性地消除：谐波传动装置的柔性的设有外齿部的传动元件具有基本形状，所述基本形状不仅与圆形不同，而且也与具有不等半轴的椭圆形状不同。由于与波发生器的非圆的尤其椭圆的内环相比，柔性的设有外齿部的传动元件在未受机械负荷的状态下相对于圆形形状具有更复杂的形状偏差，谐波传动装置之内的卡锁力矩降低到可忽略的程度。
波发生器的椭圆内环同样如更复杂的非圆的柔性的设有外齿部的传动元件那样具有如下平均半径，所述平均半径分别对应于圆的半径，其中在谐波传动装置的组装状态下这两个圆同心地设置。在假设的圆和内环的实际外轮廓之间形成多个交点，所述假设的圆的半径对应于谐波传动装置的内环的平均半径。在此，术语“内环的半径”以及“内环的外轮廓”涉及运动轨道的中心，滚动体、尤其球在所述运动轨道上滚动，所述滚动体——典型地经由滚动体的外环——使可形变的设有外齿部的传动元件变形。
以类似的方式，在柔性的传动元件的实际的未受机械负荷的轮廓和如下圆之间存在交点，所述圆的半径对应于该传动元件的平均半径。在优选的设计方案中，在环周上分布的、通过波发生器的内环轮廓限定的交点的数量小于在柔性的设有外齿部的传动元件的情况下存在的在环周上分布的交点的数量。优选地，在波发生器的内环的情况下，存在偶数的环周部段，在所述环周部段中实际半径大于平均半径，相反在柔性的传动元件的情况下存在奇数的这种环周部段。
特别地，柔性的设有外齿部的传动元件在横截面中观察能够构成为等宽曲线。在几何中，等宽曲线理解为在每个方向上等厚的二维图形。这表示：朝向图运动的两个平行线当其接触该图时彼此间总是具有相同的间距，而与所述平行线相对于图以何种角度关系定向无关。柔性的设有外齿部的传动元件的基本形状例如能够是具有弧形的边的三角形。同样地，柔性的传动元件在横截面中例如能够形成具有五边形基本形状的等宽曲线。
同样，在与等宽曲线不同的横截面形状中，柔性的传动元件具有多个弧形部段，在所述弧形部段中，在未变形状态下的实际半径大于所述构件的平均半径。在一个可行的设计方案中，所述弧形部段中的至少两个，尤其全部这种弧形部段具有不一致的长度。类似地，在这种实施方式中，柔性的传动元件的全部弧形部段能够具有彼此不同的长度，所述弧形部段处于具有所述传动元件的平均半径的圆之内。通过柔性的设有外齿部的传动元件的该有针对性的不对称性，在谐波传动装置运行时尤其有效地抑制这种卡锁力矩或共振。
柔性的传动元件在任何情况下都具有柱形部段，在所述柱形部段处存在外齿部。如果整个柔性的传动元件柱形地构成，那么其称作为柔性环。在此，外齿部优选在柔性环的整个沿轴向方向测量的扩展上延伸。在替选的设计方案中，外齿部仅在柔性的传动元件的柱形部段的一部分上延伸。在此，将环盘形的部段连接到柱形部段的不邻接于外齿部的端侧上，所述环盘形形状的部段能够径向向内定向或径向向外定向。在第一种情况下为柔性的传动元件的罐形形状，在第二种情况下为其帽形形状。
谐波传动装置例如可用作为机动车中的调节传动装置。在此，其例如能够为电凸轮轴调节器的调节传动装置，或者为用于调节往复式活塞发动机的压缩比的设备的调节传动装置。
附图说明
下面，根据附图详细阐述本发明的实施例。其中示出：
图1示出谐波传动装置的示意剖面图，
图2示出用于根据图1的谐波传动装置的部件，即内环和柔性的传动元件的隔离状态和安装状态，
图3示出谐波传动装置的部件相对于圆形形状的形状偏差的图。
具体实施方式
在图1中绘出整体用附图标记1表示的谐波传动装置的结构，关于其原理功能参考开始引用的现有技术。
谐波传动装置1具有壳体2，所述壳体与驱动轮3固定连接。驱动轮3例如可借助牵引机构或齿轮驱动。此外，驱动齿轮4作为传动构件固定地与壳体2连接，所述驱动齿轮设有内齿部。在驱动齿轮4旁边存在从动构件5作为另外的传动构件，所述从动构件同样设有内齿部并且经由从动盘6刚性地与从动轴7耦联。
在两个设有内齿部的传动构件4、5的径向内部存在波发生器8，所述波发生器借助调节轴9驱动。调节轴9经由补偿联轴器10与未示出的调节马达、尤其电动马达耦联。波发生器8的内环11具有刚性的椭圆形状。在调节轴9旋转时，波发生器8的可形变的外环12持续地匹配于内环11的椭圆形状，其中作为滚动体的球13在内环11和外环12之间滚动。
直接围绕外环12布设柔性的设有外齿部的传动元件14，即柔性环。在波发生器8的调节轴9旋转时，柔性环14持续地取得外环12的形状。在此，柔性环14的外齿部在两个沿直径相对置的部位处与传动构件4、5的内齿部接合。通过所提到的传动构件4、5、14的稍微不同的齿数，得到谐波传动装置1的高的传动比，在当前的情况下为70:1的传动比。
图2象征性地示出根据图1的谐波传动装置1的两个部件，即波发生器8的内环11以及柔性环14。在此，谐波传动装置1的所提到的部件11、14以彼此分开的状态和组装在一起的状态示出。为了说明几何形状上的关系，在图2中后提到的状态下，不考虑通过波发生器8引起的柔性环14变形，该变形在波发生器1实际运行时存在。
明确可见的是内环11的椭圆形状以及传动元件14即柔性环的与其相比显著更复杂的不对称的构型。柔性环14的横截面近似地形成具有三个角的等宽曲线。柔性的设有外齿部的传动元件14的与内环11相比以更高复杂度偏离圆形的构型使得实际上不存在波发生器8的优先位置。这也在批量生产条件下构件特性的不可避免的波动情况下是适用的。
图3根据另一实例说明如下部件的特性，所述部件同样适合于在根据图1的谐波传动装置中应用。在此，在曲线图中示出波发生器8的可旋转的本身刚性的内环11还有柔性的设有外齿部的传动元件14与圆形的偏差。在此，观察两个部件11、14的整个环周，即0至360°的角度α。以理想的方式示出两个部件11、14的半径r，其中所述部件的平均半径以值rK归一化。与根据图2的构型不同，在图3的情况下，柔性环14不是等宽曲线。
椭圆形内环11具有外轮廓，所述外轮廓在根据图3的曲线图中形成振荡，其中内环11的实际的外直径用rW表示。rW的值在点0°、90°、180°和270°处与平均半径rK一致。因此，存在两个环周部段，其中内环11的实际半径rW大于平均半径rK，和存在两个环周部段，其中内环11的半径rW小于平均半径rK。
与内环11不同，根据图3的柔性环14分别具有三个环周部段，在所述三个环周部段中，柔性环14的用rF表示的实际的、在未受机械负荷状态下的半径大于平均半径rK。柔性环14在角度α＝0°＝360°下的折弯在图3中夸张地清晰地示出。从图3中明确得出：柔性环14的其半径rF超过或低于平均半径rK的各个环周部段不一样长。可形变的传动元件14、即柔性环的对称性的这种避免决定性地有助于谐波传动装置1的无卡锁和无共振的运行。
附图标记列表
1 谐波传动装置
2 驱动器元件，壳体
3 驱动轮
4 驱动齿轮，传动构件
5 从动齿轮，传动构件
6 从动盘
7 从动轴
8 波发生器
9 调节轴
10 补偿联轴器
11 内环
12 外环
13 滚动体
14 柔性的设有外齿部的传动元件，柔性环
α 角度
r 半径
rF 柔性环的半径
rK 平均半径
rW 谐波环的内环的半径

Claims (11)

1.一种谐波传动装置(1)，具有：波发生器(8)；能通过所述波发生器变形的、柔性的设有外齿部的传动元件(14)；以及至少一个与所述柔性的设有外齿部的传动元件(14)啮合的、设有内齿部的传动构件(4，5)，其特征在于，所述柔性的设有外齿部的传动元件(14)具有在其未受机械负荷状态下非椭圆的构型。
2.根据权利要求1所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，与所述波发生器(8)的内环(11)相比，所述柔性的设有外齿部的传动元件(14)在其未受机械负荷的状态下相对于圆形形状具有更复杂的形状偏差。
3.根据权利要求2所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，与在所述波发生器(8)的所述内环(11)的实际外轮廓和半径对应于所述内环的平均半径的假设的圆之间的交点相比，在所述柔性的传动元件(14)的实际的未受机械负荷的轮廓和半径对应于该传动元件的平均半径的圆之间的交点的数量更大，其中在所述交点处在未受机械负荷状态下，所述柔性的传动元件和所述内环的实际的半径(rF，rW)分别等于各自的平均半径(rK)。
4.根据权利要求3所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，在其中所述实际的半径(rF，rW)大于所述平均半径(rK)的环周部段的数量在所述柔性的传动元件(14)中是奇数，并且在所述波发生器(8)的所述内环(11)中是偶数。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，所述柔性的传动元件(14)至少在其未受机械负荷的状态下形成等宽曲线。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，所述柔性的传动元件(14)构成为柔性环。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，所述柔性的传动元件(14)具有罐形形状。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，所述柔性的传动元件(14)具有帽形形状。
9.根据权利要求5所述的谐波传动装置(1)，其特征在于，所述等宽曲线是具有三角形的基本形状的等宽曲线。
10.一种根据权利要求1所述的谐波传动装置(1)作为电的凸轮轴调节器的调节传动装置的应用。
11.一种根据权利要求1所述的谐波传动装置(1)作为用于改变往复式活塞发动机的压缩比的设备的调节传动装置。
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