CN109477553B - 波动发生器以及波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

波动齿轮装置(1)的波动发生器(4)具有刚性插塞(5)、安装于该椭圆形状的外周面(6)的波动轴承(7)、以及与刚性插塞(5)一体地旋转的4个弹性爪(11)。波动轴承(7)的滚珠(10)包含有松散状态的滚珠(10a)和紧密状态的滚珠(10b)。与紧密状态的滚珠相邻的松散状态的滚珠在即将转换为紧密状态之前，通过弹性爪(11)而被施加制动力，被暂时阻止或抑制公转运动，在与紧密状态的滚珠之间确保了间隙。能够防止因紧密状态的滚珠彼此的接触引起的旋转扭矩的增加、滚珠的损伤等。

Description

波动发生器以及波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及一种波动齿轮装置的波动发生器，更详细而言涉及一种具备不使用保持器的波动轴承的波动发生器。

背景技术

波动齿轮装置通常具备刚性的内齿齿轮、在该内齿齿轮的内侧以同心状配置的挠性的外齿齿轮、以及在该外齿齿轮的内侧配置的波动发生器。波动发生器具备：具有椭圆形外周面的刚性插塞；以及安装于该刚性插塞的椭圆形外周面的波动轴承。波动轴承的挠性的外圈以及挠性的内圈通过刚性插塞而挠曲为椭圆形，在该状态下，滚珠以可滚动的状态插入于它们之间。

波动齿轮装置的波动轴承通常具备用于将滚珠保持为恒定间隔的保持器。因此，由于滚珠与保持器的壁部之间的滑动、保持器的内外周面与外圈内周面以及内圈外周面之间的滑动而引起旋转扭矩较大。另外，由于配置有保持器，因此滚珠的数量也受到限制。如果单纯地增加滚珠数量并以不使用保持器的全滚珠状态进行旋转，则虽然也取决于姿态、旋转条件，但是旋转扭矩可能由于滚珠的偏移和滚珠彼此的滑动而变大。另外，滚珠彼此高速滑动有可能引起损伤。

这里，作为在一般的圆环状的滚动轴承中确保滚动体的间隔的方法，存在专利文献1、2所公开的方法。在专利文献1所公开的方法中，以使得滚珠相对于轨道槽的接触点发生变化的方式设定轨道槽形状。另外，在专利文献2所公开的方法中，将各滚珠磁化，利用因磁力产生的排斥力来确保各滚珠的间隔。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-177993号公报

专利文献2：日本特开平6-300045号公报专利文献

发明内容

波动齿轮装置的波动发生器的波动轴承通过椭圆形的刚性插塞而挠曲为椭圆形状，因此在周向的各位置处，滚动体的负荷状态发生变化。即，对于挠曲为椭圆形的波动轴承，在该椭圆的长轴方向的两端，利用刚性插塞而强制性地使挠性的内外圈向半径方向的外侧进行挠曲。因而，滚动体以紧密的状态夹持于挠性的内外圈的导轨面之间。与此相对，在椭圆的短轴方向的两端，挠性的导轨圈之间较宽，因此滚动体以能够具有间隙的松散状态夹持于内外圈的导轨面之间。

本发明的课题在于提供一种关注波动轴承的滚动体的负荷状态的变化、且无需使用保持器就能够确保紧密状态的滚动体的间隔的波动齿轮装置的波动发生器。

为了解决上述课题，本发明的波动齿轮装置的波动发生器具有：

刚性插塞，其具备非圆形外周面或非圆形内周面；

波动轴承，其安装于所述非圆形外周面或所述非圆形内周面而能够向被挠曲为非圆形的半径方向挠曲；以及

间隔确保部件，其与所述刚性插塞一体地旋转，

所述波动轴承具备：

内圈侧导轨面以及外圈侧导轨面，它们通过所述刚性插塞而挠曲为非圆形；以及

多个滚动体，它们以松散状态以及紧密状态插入于所述内圈侧导轨面与所述外圈侧导轨面之间，

当将所述滚动体中的、1组相邻的松散状态的所述滚动体以及紧密状态的所述滚动体分别称为第1滚动体以及第2滚动体时，所述间隔确保部件是针对所述第1滚动体而相对于向朝向所述第2滚动体的方向的公转运动赋予规定的制动力以在所述第1滚动体与所述第2滚动体之间确保规定的间隙的部件。

作为所述间隔确保部件，可以使用配置为能够与所述第1滚动体抵接、且赋予弹性力来作为所述制动力的弹性部件。另外，作为所述间隔确保部件，可以使用配置为能够与所述第1滚动体对置、且赋予磁吸引力来作为所述制动力的磁铁。

例如，所述刚性插塞具备非圆形外周面，所述非圆形外周面是椭圆形状的外周面，作为所述间隔确保部件，具备安装于所述刚性插塞的外周缘部分的第1～第4间隔确保部件。在该情况下，所述第1、第2间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置。另外，所述第3、第4间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置，并且相对于所述第1、第2间隔确保部件而安装于相对于所述椭圆形状的短轴对称的角度位置。

在挠曲为非圆形例如椭圆形状的波动轴承中，承受载荷的紧密状态的滚动体的位置、以及不承受载荷的松散状态的滚动体的位置由刚性插塞的长轴(短轴)位置决定。滚动体在椭圆形状的长轴附近处于紧密状态，在短轴附近处于松散状态。

在本发明中，使用与刚性插塞一体地旋转的间隔确保部件，确保在滚动体即将从松散状态转换为紧密状态之前该滚动体和已经处于紧密状态的相邻的滚动体的间隔。在处于紧密状态的期间，维持该间隙，上述滚动体进行公转。例如，在刚性插塞具备椭圆形状的外周面的情况下，在该外周面上，在滚动体即将从松散状态转换为紧密状态之前的4个部位的位置，利用第1～第4间隔确保部件确保滚动体的间隔，由此能够防止紧密状态的滚动体彼此接触。

根据本发明，使用与刚性插塞一体地旋转的间隔确保部件，确保了承受载荷的紧密状态的滚动体的间隔。因而，无需使用保持器保持紧密状态的滚动体的间隔，因此，能够使波动轴承为全滚珠式或全滚柱式的轴承。另外，能够防止或抑制因使波动轴承为全滚珠式或全滚柱式的轴承的情况下滚动体的偏移和滚动体彼此的滑动引起的旋转扭矩的上升、以及因紧密状态的滚动体彼此的滑动引起的损伤的发生。

附图说明

图1是表示应用了本发明的波动齿轮装置的纵剖视图。

图2是表示波动齿轮装置的啮合状态的说明图。

图3是表示间隔确保部件的主视图、俯视图以及侧视图。

图4是表示通过弹性爪进行的滚珠的间隔确保动作的说明图。

图5是作为间隔确保部件而使用磁铁的情况的说明图。

图6是表示可应用本发明的波动齿轮装置的说明图。

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。图1是本实施方式所涉及的波动齿轮装置的纵剖视图，图2是表示波动齿轮装置的啮合状态的示意图。

波动齿轮装置1具有刚性的内齿齿轮2、在该内齿齿轮2的内侧配置的杯型的挠性的外齿齿轮3、以及嵌入于该外齿齿轮3的内侧的椭圆形轮廓的波动发生器4。圆形的外齿齿轮3的形成有外齿3a的部分由于波动发生器4而挠曲为椭圆形状。外齿3a的椭圆形的长轴Lmax的方向上的两端部分与圆形的内齿齿轮2的内齿2a啮合。

在波动发生器4连结有电机轴等高速旋转输入轴。如果波动发生器4旋转，则两个齿轮2、3的啮合位置在圆周方向上移动而在两个齿轮2、3之间产生因它们的齿数差引起的相对旋转。例如，将内齿齿轮2固定为不旋转，将外齿齿轮3与负荷侧的部件连结，从外齿齿轮3导出减速旋转并传递至负荷侧的部件。

波动发生器4具备规定厚度的刚性插塞5、以及安装于该刚性插塞5的椭圆形状的外周面6的波动轴承7。波动轴承7是全滚珠式的轴承，具备能够向半径方向挠曲的圆形的内圈8以及外圈9、以及以能够转动的状态安装于它们之间的多个滚珠10(n)(n＝1、2、3、···)。在下面，将滚珠10(n)统称为滚珠10。

波动轴承7以通过刚性插塞5而挠曲为椭圆形状的状态嵌入于外齿齿轮3的内侧，将外齿齿轮3、和与高速旋转输入轴连结的刚性插塞5保持为能够相对旋转的状态。即，插入于挠曲为椭圆形状的内圈8与外圈9之间的滚珠10沿上述内外圈8、9的内圈侧导轨面8a以及外圈侧导轨面9a而进行滚动运动，由此，刚性插塞5以及外齿齿轮3能够以较小的扭矩顺滑地进行相对旋转。

滚珠10中的、在椭圆形状的长轴Lmax上以及位于其附近的1个或多个滚珠是以紧密状态夹持于内外圈8、9之间的紧密滚珠，与内圈侧导轨面8a以及外圈侧导轨面9a进行点接触，处于滚动运动的状态。处于从长轴Lmax离开的位置的剩余的滚珠是在内外圈8、9之间存在间隙、且保持为能自由进行滚动运动的松散状态的松散滚珠。例如，在图2中，以中心轴线1a为中心的角度范围a1、a2内的滚珠10为紧密滚珠，角度范围b1、b2内的滚珠10为松散滚珠。

在刚性插塞5的外周面6的外周缘部分安装有用于对角度范围a1、a2内的紧密滚珠的间隔进行确保的4个弹性爪11(1)～11(4)。弹性爪11(1)～11(4)配置为位于松散滚珠、和与其相邻的紧密滚珠之间。即，弹性爪11(1)、11(2)在椭圆形状的外周面6的长轴Lmax的一侧，配置于相对于该长轴Lmax而左右对称的位置。弹性爪11(3)、11(4)在椭圆形状的外周面6中的长轴Lmax的另一侧，配置于相对于该长轴Lmax而左右对称的位置。另外，弹性爪11(1)、11(2)以及弹性爪11(3)、11(4)配置于相对于椭圆形状的外周面6的短轴Lmin而对称的位置。

例如，在从刚性插塞5的中心轴线(装置轴线)1a的方向观察的情况下，在以长轴Lmax为中心而沿外周面6向左右方向小于45°的角度位置，在图2的例子中大致35°的角度位置分别配置有弹性爪11(1)～11(4)。上述弹性爪11(1)～11(4)是相同的部件，因此将上述弹性爪11(1)～11(4)统称为弹性爪11。

图3(a)是弹性爪11的主视图，是从波动发生器4的中心轴线1a(参照图1)的方向观察弹性爪11时的图。图3(b)是弹性爪11的俯视图，是从半径方向的外周侧观察弹性爪11时的图。图3(c)是弹性爪11的侧视图，是沿滚珠10的公转方向而观察弹性爪11时的图。

如上述图所示，弹性爪11具备板状的下端部分11a以及呈扁平的三菱柱形状的上端部分11b。下端部分11a的下端固定于刚性插塞5的外周面6的内圈8的侧方部位(外周缘部分)6a。弹性爪11配置为处于使得其上端部分11b进入至相邻的松散滚珠10b与紧密滚珠10a之间的状态。上端部分11b的形成钝角的一对倾斜面11c、11d是能够相对于紧密滚珠10a以及松散滚珠10b进行点接触的面。

另外，弹性爪11的上端部分11b受到紧密滚珠10a按压而能够在进入至由图3(b)中实线示出的滚珠之间的突入位置至后退至侧方的后退位置之间进行弹性位移。换言之，弹性爪11具备不妨碍紧密滚珠10a的公转运动的形状以及弹性特性。此外，图示的弹性爪11的形状是作为一个例子示出的，当然也可以是其他剖面形状的弹性爪。

图4(a)是表示某个时刻的刚性插塞5以及弹性爪11(1)～11(4)与滚珠10的位置关系的说明图。图4(b)是表示与刚性插塞5的旋转相伴的弹性爪11(1)、11(4)与滚珠10的相对的位置关系的变化的说明图，示出将弹性爪11(1)、11(4)作为静止侧而进行观察的情况下的滚珠10的相对位置的变化。另外，在图4(b)的各时刻T1～T5，T1a～T5a是将从波动发生器4的中心轴线1a的方向观察的情况下的弹性爪11(1)、11(4)与滚珠10的位置关系在直线上展开而示出的说明图，T1b～T5b是表示从半径方向的外周侧观察的情况下的位置关系的说明图，T1c～T5c是表示从滚珠10的公转方向观察的情况下的由于滚珠10而产生的弹性爪11(1)的弹性位移的说明图。

参照上述图而对通过弹性爪11(1)进行的紧密状态的滚珠10的间隔确保动作进行说明。在图4(b)的时刻T1，弹性爪11(1)处于突入位置，进入至松散状态的滚珠10(2)、和与其相邻的紧密状态的滚珠10(1)之间。弹性爪11(1)的倾斜面11c、11d与相邻的滚珠10(2)以及滚珠10(3)抵接。

刚性插塞5如果向例如由图4(a)的箭头表示的方向旋转，则弹性爪11(1)、11(4)也一体地旋转。与弹性爪11(1)、11(4)的旋转速度相比，滚珠10向同一方向的公转速度较慢，因此弹性爪11(1)、11(4)在突入位置至后退位置之间反复进行弹性位移，一边越过各滚珠10的侧面部分一边进行旋转。在将弹性爪11(1)、11(4)作为静止侧而进行观察的情况下，各滚珠10一边将弹性爪11(1)、11(4)推出至后退位置一边进行公转。

更详细地说明，在时刻T1，松散状态的滚珠10(2)通过弹性爪11(1)而施加制动力，暂时阻止公转运动。与此相对，相邻的紧密状态的滚珠10(1)的公转未受到限制，因此在松散状态的滚珠10(2)与紧密状态的滚珠10(1)之间确保了规定的间隔。

伴随着刚性插塞5的旋转，弹性爪11(1)、11(4)与滚珠10(2)、10(1)的相对位置关系从图4(b)的时刻T1向时刻T2转换。时刻T2是与紧密状态的滚珠10(1)相邻的松散状态的滚珠10(2)向紧密状态转换的中途的时刻。

在向紧密状态切换的期间，滚珠10(2)的公转力也增大，变为能够使弹性爪11(1)进行弹性变形的大小。因此，滚珠10(2)如时刻T2～T5所示，将弹性爪11(1)从突入位置推出至后退位置而切换为紧密状态。紧密状态的滚珠10(1)、10(2)在维持它们之间的间隔的状态下移动，直至从紧密状态再次切换为松散状态为止。

弹性爪11(1)在滚珠10(2)通过之后，如时刻T5所示，再次弹性复位至突入位置，进入至处于紧密状态的滚珠10(2)与下一个松散状态的滚珠10(3)之间。

此外，另一弹性爪11(4)在时刻T1，处于进入至松散状态的滚珠10(9)与紧密状态的滚珠10(10)之间的状态。伴随着刚性插塞5的旋转，紧密状态的滚珠10(10)一边将弹性爪11(4)推出至后退位置一边转换为松散状态。在滚珠10(10)超过弹性爪11(4)而变为松散状态的时刻T5，弹性爪11(4)再次弹性复位至突入位置，进入至松散状态的滚珠10(10)与下一个紧密状态的滚珠10(11)之间。在刚性插塞5的旋转方向相反的情况下，利用弹性爪11(4)，确保了从松散状态转换为紧密状态的松散滚珠10b、和与其相邻的紧密滚珠10a之间的间隙。

剩余的弹性爪11(2)、11(3)也以同样的方式动作。在刚性插塞5的旋转方向为由图4(a)的箭头表示的方向的情况下，利用弹性爪11(3)，确保了从松散状态转换为紧密状态的松散状态的滚珠10、和与其相邻的紧密状态的滚珠10之间的间隙。在刚性插塞5向相反方向旋转的情况下，利用弹性爪11(2)，确保了向紧密状态转换的松散状态的滚珠10、和与其相邻的紧密状态的滚珠10的间隙。

(间隔确保部件的其他例子)

在上述实施方式中，作为间隔确保部件而使用了弹性爪11。作为间隔确保部件可以使用磁铁。

图5是将磁铁用作间隔确保部件的情况的说明图，与图4(b)一样，以将波动轴承的滚珠10在直线上展开的状态示出。图5(a)是从波动轴承的中心轴线的方向进行观察的情况的说明图，图5(b)是从波动轴承的外周侧进行观察的情况的说明图。

如上述图所示，配置与刚性插塞(未图示)一体地旋转的磁铁20。磁铁20配置于相对于与紧密状态的滚珠10a相邻的松散状态的滚珠10b而从侧方对置的位置。滚珠10a、10b是磁性体，在从磁铁20的侧方通过时，滚珠10b因磁吸引力而被暂时阻止或者抑制公转运动。由此，在松散状态的滚珠10b即将转换为紧密状态之前，在与相邻的紧密状态的滚珠10a之间确保了规定的间隙。

(波动齿轮装置的形式)

上述实施方式是将本发明应用于具备杯形状的外齿齿轮的杯型波动齿轮装置的例子。本发明还能够应用于具备礼帽形状的外齿齿轮的礼帽型波动齿轮装置、具备圆筒形状的外齿齿轮的扁平型波动齿轮装置。

另外，上述实施方式是将本发明应用于在刚性的内齿齿轮的内侧配置有挠性的外齿齿轮的波动齿轮装置的例子。本发明如图6(a)所示，还能够应用于在刚性的外齿齿轮31的外侧配置有挠性的内齿齿轮32、在内齿齿轮32的外侧配置有波动发生器33的结构的波动齿轮装置30。在该情况下，波动发生器33具备刚性插塞34、以及安装于该刚性插塞34的非圆形内周面35与内齿齿轮32之间的波动轴承36。在该情况下，例如能够在刚性插塞34的圆周方向上的规定位置安装间隔确保部件。

(波动发生器的形状)

在上述实施方式中，波动发生器的刚性插塞具备椭圆形状的外周面作为非圆形外周面。作为刚性插塞的非圆形外周面，还可以采用椭圆形状以外的非圆形外周面。

例如，能够采用具备3瓣形状的外周面的刚性插塞。如图6(b)所示，在该结构的波动齿轮装置40中，挠性齿轮42相对于刚性齿轮41而在圆周方向的3个部位啮合。因此，对于波动发生器43的波动轴承45，在沿刚性插塞44的非圆形外周面46进行观察的情况下，在3个部位的啮合位置的部分，滚动体处于紧密状态，在3个部位的紧密状态的滚动体之间，滚动体处于松散状态。因而，紧密状态的滚动体和松散状态的滚动体在6个部位相邻，因此只要在6个部位配置间隔确保部件即可。

(波动轴承)

在上述实施方式中，波动发生器的波动轴承具备与刚性插塞的椭圆状外周面嵌合的内圈。如图6的波动轴承36、45所示，还可以省略内圈或外圈，在刚性插塞的非圆形外周面或非圆形内周面直接形成内圈侧导轨面或外圈侧导轨面。

另外，在上述实施方式中，作为波动轴承而使用滚珠轴承。也可以是具有滚珠以外的滚动体的波动轴承。例如，作为波动轴承还可以使用滚柱轴承。在该情况下，作为滚柱，可以使用端面为平面形以及球面形的任意滚柱。在使用球面形的滚柱的情况下，作为间隔确保部件，不仅可以使用上述磁铁，还可以使用弹性爪。

Claims (5)

1.一种波动齿轮装置的波动发生器，其具有：

刚性插塞，其具备非圆形外周面或非圆形内周面；

波动轴承，其安装于所述非圆形外周面或所述非圆形内周面而能够向挠曲为非圆形的半径方向挠曲；以及

间隔确保部件，其安装于所述刚性插塞、且与所述刚性插塞一体地旋转，

所述波动轴承是全滚珠式或全滚柱式的轴承，

所述波动轴承具备：

内圈侧导轨面以及外圈侧导轨面，它们通过所述刚性插塞而挠曲为非圆形；

多个滚动体，它们以松散状态以及紧密状态插入于所述内圈侧导轨面以及所述外圈侧导轨面之间，

当将所述滚动体中的、相邻的松散状态的所述滚动体以及紧密状态的所述滚动体分别称为第1滚动体以及第2滚动体时，

所述间隔确保部件是以下部件，该部件针对所述第1滚动体而对所述第1滚动体向朝向所述第2滚动体的方向的公转运动赋予规定制动力，以在所述第1滚动体与所述第2滚动体之间确保规定间隙，

所述间隔确保部件是配置于在沿着所述波动轴承的中心轴线的方向上从侧方与所述滚动体抵接的位置且赋予弹性力来作为所述制动力的弹性部件、或者是配置于从所述侧方与所述滚动体对置的位置且赋予磁吸引力来作为所述制动力的磁铁。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置的波动发生器，其中，

所述间隔确保部件是所述弹性部件，

所述弹性部件在进入所述第1滚动体与所述第2滚动体之间的突入位置至从该突入位置向所述中心轴线的方向推出的后退位置之间反复进行弹性位移，一边越过与该间隔确保部件对置的所述滚动体的所述中心轴线方向的侧面部分一边与所述刚性插塞一起旋转。

3.根据权利要求1所述的波动齿轮装置的波动发生器，其中，

所述刚性插塞具备非圆形外周面，

所述非圆形外周面是椭圆形状的外周面，

作为所述间隔确保部件，具备安装于所述刚性插塞的外周缘部分的第1～第4间隔确保部件，

所述第1、第2间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置，

所述第3、第4间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置，并且是相对于所述第1、第2间隔确保部件而安装于相对于所述椭圆形状的短轴对称的角度位置。

4.一种波动齿轮装置，其具有：

刚性齿轮；

能够与所述刚性齿轮啮合的挠性齿轮；以及

权利要求1所述的波动发生器。

5.根据权利要求4所述的波动齿轮装置，其中，

所述刚性齿轮是内齿齿轮，

所述挠性齿轮是以同心状态配置于所述刚性齿轮的内侧的外齿齿轮，

所述波动发生器安装于所述挠性齿轮的内侧，

所述刚性插塞具备非圆形外周面，

所述非圆形外周面是椭圆形状的外周面，

作为所述间隔确保部件，具备安装于所述刚性插塞的外周缘部分的第1～第4间隔确保部件，

所述第1、第2间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置，

所述第3、第4间隔确保部件安装于相对于所述椭圆形状的长轴小于45°的对称的角度位置，并且是相对于所述第1、第2间隔确保部件而安装于相对于所述椭圆形状的短轴对称的角度位置。

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