CN109538703B - 变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变速器。偏心摆动型变速器的第一旋转部以中心轴线为中心旋转。第一偏心体与第一旋转部一同旋转，从中心轴线到第一偏心体的外周面的距离根据周向的位置而不同。第一轴承设置于第一偏心体的外周面。第一外齿轮具有沿轴向贯通的第一贯通孔，并设置于第一轴承的外周面。内齿轮呈沿周向包围中心轴线的圆筒状，并配置于第一外齿轮的径向外侧。轮架销插入到第一贯通孔内，并呈沿轴向延伸的圆柱状。第二旋转部固定有多个轮架销，并以中心轴线为中心旋转。第一外齿轮的齿数与内齿轮的齿数不同。第一外齿轮的最远离中心轴线的位置处的外齿与内齿轮啮合。第一外齿轮的每个外齿的齿顶具有在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的曲面。

Description

变速器

技术领域

本发明涉及变速器。

背景技术

在日本公开公报2014-16019号公报中记载有偏心摆动减速机构。该公报的减速机构包含于在四轮驱动车辆中将电动马达的马达旋转力传递给一对后轮的马达旋转力传递装置。减速机构具有内齿轮和配置于内齿轮的内侧的外齿轮。外齿轮与内齿轮啮合的同时沿着内齿轮的内表面摆动。这样的偏心摆动型减速机构小型而能够获得较高的减速比。

但是，近年来，与人协作工作的小型机器人的需求高涨。而且，提出了将组合了上述的偏心摆动型减速器和马达的致动器(actuator)用于小型机器人的关节的方案。但是，对这种小型机器人要求平稳的动作。因此，期望减小外齿与内齿之间的间隙或轴承与外齿之间的间隙、轴与轴承之间的间隙等(背隙)。若减小背隙，则在反向旋转时能够抑制因尺寸的偏离、冲击等的发生而产生的齿轮之间的磨损，因此能够延长机械寿命。在日本公开公报2012-0077号公报中，为了减小背隙而调整了外齿的齿宽。但是，调整外齿或内齿的齿宽的加工困难，有可能导致生产率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在变速器中能够通过调整外齿轮的外齿的齿高来减小背隙的结构。

本发明的例示性的实施方式是偏心摆动型变速器。所述变速器包括第一旋转部、第一偏心体、第一轴承、第一外齿轮、内齿轮、轮架销以及第二旋转部。所述第一旋转部以中心轴线为中心而旋转。所述第一偏心体与所述第一旋转部一同旋转，从所述中心轴线到所述第一偏心体的外周面的距离根据周向的位置而不同。所述第一轴承设置于所述第一偏心体的外周面。所述第一外齿轮具有沿轴向贯通的第一贯通孔，并设置于所述第一轴承的外周面。所述内齿轮呈沿周向包围所述中心轴线的圆筒状，并配置于所述第一外齿轮的径向外侧。所述轮架销插入到所述第一贯通孔内，并呈沿轴向延伸的圆柱状。所述第二旋转部固定有多个所述轮架销，并以所述中心轴线为中心而旋转。所述第一外齿轮的齿数与所述内齿轮的齿数不同。所述第一外齿轮的最远离所述中心轴线的位置的外齿与所述内齿轮啮合。所述第一外齿轮的每个外齿的齿顶具有在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的曲面。

发明效果

根据本发明的例示性的实施方式，能够减小背隙。

由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是实施方式的变速器的纵剖视图。

图2是变速器的分解立体图。

图3是图1中的III-III线的横剖视图。

图4是放大第一外齿轮的局部的立体图。

图5是包含中心轴线的第一外齿轮的外齿的剖视图。

图6是示出测量背隙的模拟结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的例示性的实施方式进行说明。另外，在本申请中，将与变速器的中心轴线平行的方向称作“轴向”，将与中心轴线垂直的方向称作“径向”，将沿以中心轴线为中心的圆弧的方向称作“周向”。并且，在本申请中，以轴向为上下方向，相对于第一旋转部以第二旋转部的第一轮架部件侧为上来对各部分的形状以及位置关系进行说明。但是，该上下方向的定义并不限定本申请所涉及的变速器在使用时的方向。并且，上述的“平行的方向”还包含大致平行的方向。并且，上述的“垂直的方向”还包含大致垂直的方向。

＜1.变速器的整体结构＞

图1是本实施方式的变速器的纵剖视图。图2是变速器1的分解立体图。图3是图1中的III-III线的横剖视图。另外，在图3中，为了避免附图的繁杂化而省略阴影线。

变速器1是将第一转速(输入转速)的旋转运动转换为比第一转速低的第二转速(输出转速)的旋转运动的齿轮减速器。变速器1例如使用于与人协作工作的服务机器人等小型机器人的关节。但是，也可以将具有同等的结构的变速器用于大型工业用机器人、机床、X-Y工作台、材料的切割装置、输送线、旋转台、轧辊等其他用途。变速器1是偏心摆动型变速器。

变速器1包括第一旋转部10、第一偏心体21以及第二偏心体22、第一外齿轮31以及第二外齿轮32、框架40、多个轮架销50以及第二旋转部60。

第一旋转部10是沿中心轴线9上下延伸的圆柱状的部件。如图1中概略地所示，第一旋转部10直接或借助其他动力传递机构而与作为驱动源的马达连接。当驱动马达时，第一旋转部10利用从马达获得的动力以第一转速以中心轴线9为中心而旋转。即，在本实施方式中，第一旋转部10是输入部。

第一偏心体21固定于第一旋转部10的外周面。第一偏心体21与第一旋转部10一同旋转。第一旋转部10和第一偏心体21可以是单一的部件，也可以是不同的分体部件。如图3所示，第一偏心体21具有从轴向观察时为正圆形的外周面。第一偏心体21的中心轴线91位于偏离中心轴线9的位置处。即，从轴向观察时，第一偏心体21呈正圆形，正圆的中心位于偏离中心轴线的位置处。因而，从中心轴线9到第一偏心体21的外周面的距离根据周向的位置而不同。

第二偏心体22固定于第一旋转部10的外周面。第二偏心体22在轴向上位于与第一偏心体21不同的位置处。第二偏心体22与第一旋转部10一同旋转。第一旋转部10和第二偏心体22可以是单一的部件，也可以是不同的分体部件。与第一偏心体21同样地，第二偏心体22具有从轴向观察时为正圆形的外周面。第二偏心体22的中心轴线92位于偏离中心轴线9的位置处。即，从轴向观察时，第二偏心体22呈正圆形，正圆的中心位于偏离中心轴线的位置处。因而，从中心轴线9到第二偏心体22的外周面的距离根据周向的位置而不同。

并且，第二偏心体22的中心轴线92与第一偏心体21的中心轴线91相对于中心轴线9偏离180°。即，第一偏心体21与第二偏心体22成为以中心轴线9为中心而点对称的关系。

当第一旋转部10以中心轴线9为中心而旋转时，第一偏心体21以及第二偏心体22以中心轴线9为中心而旋转。此时，第一偏心体21的中心轴线91以及第二偏心体22的中心轴线92也以中心轴线9为中心而旋转。并且，如前述，第一偏心体21的中心轴线91与第二偏心体22的中心轴线92相对于中心轴线9相互偏离180°。因此，第一偏心体21以及第二偏心体22整体的重心位置始终位于中心轴线9上。因而，能够抑制因第一偏心体21以及第二偏心体22的旋转而导致重心晃动。

第一外齿轮31配置于第一偏心体21的径向外侧。在第一偏心体21与第一外齿轮31之间存在第一轴承71。即，变速器1包括第一轴承71。第一轴承71设置于第一偏心体21的外周面。第一外齿轮31设置于第一轴承71的外周面。第一轴承71例如使用球轴承。第一外齿轮31被第一轴承71支承为能够以中心轴线91为中心而旋转。如图3所示，在第一外齿轮31的外周部设置有多个外齿311。各外齿311向径向外侧突出。

图4是放大第一外齿轮31的局部的立体图。图5是包含第一偏心体21的中心轴线91的第一外齿轮31的外齿311的剖视图。

第一外齿轮31的每个外齿311的齿顶具有曲面311A。曲面311A是与径向交叉的面。曲面311A通过在制造时确保外齿311中的轴向中央的齿高的长度的同时将轴向两端部加工成曲面状而形成。通过这样形成，曲面311A成为在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的面。在本实施方式中，曲面311A的包含中心轴线91的截面呈圆弧状。优选该曲面311A的曲率半径相对于第一外齿轮31的外径尺寸d为4.8倍以上且8.9倍以下。

第一外齿轮31具有多个(在图3的例中为10个)第一贯通孔312。各第一贯通孔312沿轴向贯通第一外齿轮31。多个第一贯通孔312以中心轴线91为中心而沿周向以等间隔配置。

第二外齿轮32配置于第二偏心体22的径向外侧。在第二偏心体22与第二外齿轮32之间存在第二轴承72。即，变速器1具有第二轴承72。第二轴承72设置于第二偏心体22的外周面。第二外齿轮32设置于第二轴承72的外周面。第二轴承72例如使用球轴承。第二外齿轮32被第二轴承72支承为能够以中心轴线92为中心旋转。与第一外齿轮31同样地，第二外齿轮32在外周部设置有多个外齿321。第二外齿轮32的外齿321的数量与第一外齿轮31的外齿311的数量相同。与第一外齿轮31的外齿311同样地，第二外齿轮32的每个外齿321的齿顶具有在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的曲面。并且，第二外齿轮32具有沿轴向贯通的多个第二贯通孔322。多个第二贯通孔322以中心轴线92为中心而沿周向以等角度间隔配置。并且，各第二贯通孔322的一部分在轴向上与第一外齿轮31的各第一贯通孔312重合。

框架40是沿周向包围中心轴线9并沿轴向延伸的圆筒状的部件。框架40环绕第一外齿轮31以及第二外齿轮32的径向外侧而配置。如图3所示，在框架40的内周面设置有多个内齿41。多个内齿41分别从框架40的内周面朝向径向内侧突出。在本实施方式中，包含内齿41的内齿轮成为框架40的一部分。即，变速器1包括内齿轮。内齿轮呈沿周向包围中心轴线9并沿轴向延伸的圆筒状。内齿轮在径向上与第一外齿轮31以及第二外齿轮32相对。内齿轮配置于第一外齿轮31的径向外侧。但是，内齿轮也可以是与框架40分体的部件。如本实施方式，在将内齿41和框架40设为同一部件的情况下，无需与框架40分体地设置具有内齿41的内齿轮，因此容易使变速器1小型化。

第一外齿轮31的多个外齿311以及第二外齿轮32的多个外齿321各自的一部分与框架40的多个内齿41的一部分啮合。具体地说，第一外齿轮31的位于与中心轴线9之间的距离最远的位置处的外齿311与内齿41啮合。并且，第二外齿轮32的位于与中心轴线9之间的距离最远的位置处的外齿321与内齿41啮合。即，第一外齿轮31的最远离中心轴线9的位置处的外齿311以及第二外齿轮32的最远离中心轴线9的位置处的外齿321与内齿轮啮合。即，第一外齿轮31的外齿311与框架40的内齿41的啮合位置同第二外齿轮32的外齿321与框架40的内齿41的啮合位置以中心轴线9为中心而点对称。即，内齿轮与第一外齿轮31的啮合位置同内齿轮与第二外齿轮32的啮合位置以中心轴线9为中心而点对称。

另外，如前述，第一外齿轮31以及第二外齿轮32是相同的结构，处于以中心轴线9为中心而点对称的关系。因而，在以下说明中，只对第一外齿轮31进行说明。

当第一旋转部10以中心轴线9为中心旋转时，第一外齿轮31与中心轴线91一同绕中心轴线9公转。并且，通过第一外齿轮31所具有的多个外齿311的一部分与框架40的内齿41啮合，第一外齿轮31自转。在此，框架40所具有的内齿41的数量比第一外齿轮31所具有的外齿311的数量多。因此，当第一外齿轮31每公转一圈时，与框架40的相同位置的内齿41啮合的外齿311的位置发生偏移。由此，第一外齿轮31向与第一旋转部10的旋转方向相反的方向以比第一转速低的第二转速自转。因而，第一外齿轮31的第一贯通孔312的位置也以第二转速旋转。在变速器1工作时，第一外齿轮31进行组合这样的公转和自转的旋转运动。第一外齿轮31的齿数与内齿轮的齿数不同。

在设第一外齿轮31所具有的外齿311的数量为N，设框架40所具有的内齿41的数量为M时，变速器1的减速比P成为P＝(第一转速)/(第二转速)＝N/(M-N)。在图3的例中，由于N＝29，M＝30，因此该例中的减速比是P＝29。即，第二转速成为第一转速的1/29的转速。但是，外齿311的数量N以及内齿41的数量M也可以是其他值。

在本实施方式中，多个内齿41被设成作为单一的部件的框架40的一部分。因此，无需与框架40分体地设置具有多个内齿41的内齿轮。由此，容易使变速器1小型化。

轮架销50是沿轴向延伸的圆柱状的部件。多个轮架销50以中心轴线9为中心而沿周向以等角度间隔呈圆环状配置。轮架销50插入到在轴向上重合的第一外齿轮31的第一贯通孔312以及第二外齿轮32的第二贯通孔322内。如前述，第一贯通孔312以及第二贯通孔322以减速后的第二转速旋转。被插入到第一贯通孔312以及第二贯通孔322内的轮架销50与第一贯通孔312以及第二贯通孔322一同以中心轴线9为中心而以第二转速旋转。

第二旋转部60具有圆环状的第一轮架部件61和圆环状的第二轮架部件62。第一轮架部件61配置于比第一外齿轮31靠轴向上方侧的位置处。在第一旋转部10与第一轮架部件61之间存在轴承73。并且，在第一轮架部件61与框架40之间存在轴承74。

第二轮架部件62配置于比第二外齿轮32靠轴向下方侧的位置处。在第一旋转部10与第二轮架部件62之间存在轴承75。并且，在第二轮架部件62与框架40之间存在轴承76。轴承73以及轴承75例如使用球轴承。轴承74以及轴承76例如使用由聚甲醛等树脂构成的滑动轴承。

各轮架销50的轴向的上侧端部固定于第一轮架部件61。各轮架销50的轴向的下侧端部固定于第二轮架部件62。即，轮架销50固定于第二旋转部60。另外，将轮架销50固定于第一轮架部件61以及第二轮架部件62的固定方法例如使用压入方法。因此，当多个轮架销50以中心轴线9为中心而以第二转速旋转时，第一轮架部件61以及第二轮架部件62也以中心轴线9为中心而以第二转速旋转。即，第二旋转部60以中心轴线9为中心而以第二转速旋转。

第二旋转部60直接或借助其他动力传递机构而与作为驱动对象的部件连接。即，在本实施方式中，第二旋转部60是输出部。

＜2.模拟例＞

在如上述那样构成的变速器1中，通过将第一外齿轮31的外齿311以及第二外齿轮32的每个外齿321的齿顶设为曲面，变速器1的背隙变小。

以下，示出了在模拟软件中制作与上述的变速器1同等的模型并测量背隙的模拟结果。图6是示出测量背隙的模拟结果的图。图6的纵轴表示反向驱动扭矩，横轴表示背隙。在图6中，将固定第一旋转部10时的第二旋转部60的旋转方向的可动角度范围作为“背隙”进行测量。

反向驱动扭矩是使作为输出部的第二旋转部60利用外力旋转时的阻力的大小。若反向驱动扭矩小，则第二旋转部60的旋转阻力小，旋转损耗少。即，提高反向驱动性。

在模拟中，将第一外齿轮31的外齿311以及第二外齿轮32的每个外齿321的齿顶设为曲面，改变曲率半径。图6的白圆标记是使用未将外齿的齿顶设为曲面的外齿轮的模拟结果。叉号标记是使用将外齿的齿顶设为曲率半径是外齿轮的外径尺寸d的3.6倍的曲面的外齿轮的模拟结果。方形标记是使用将外齿的齿顶设为曲率半径是外齿轮的外径尺寸d的6倍的曲面的外齿轮的模拟结果。三角标记是使用将外齿的齿顶设为曲率半径是外齿轮的外径尺寸d的12倍的曲面的外齿轮的模拟结果。另外，除了外齿311、321的齿顶形状以外的条件相同。

如前述，优选曲面311A的曲率半径相对于第一外齿轮的外径尺寸d为4.8倍以上且8.9倍以下。由图6可知，在曲率半径相对于处于前述范围的外齿轮的外径尺寸d为6倍的情况下，背隙比其他情况小。

如以上，通过将第一外齿轮31的外齿311以及第二外齿轮32的每个外齿321的齿顶设为曲面，能够减小背隙。

另外，变速器1并不限定于上述的结构。例如，在上述的实施方式中，将第一外齿轮31的外齿311以及第二外齿轮32的每个外齿321的齿顶设为曲面，但是也可以只有一个外齿轮的外齿的齿顶是曲面。并且，变速器1包括第一外齿轮31和第二外齿轮32，但是也可以是只包括任一外齿轮的结构。并且，也可以是包括三个以上的外齿轮的结构。并且，外齿轮的外齿的数量以及内齿轮的内齿的数量能够适当地变更。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是也可以在不发生矛盾的范围内适当地组合上述的实施方式以及变形例中出现的各要素。

本发明例如能够利用于变速器。

Claims (7)

1.一种变速器，其包括：

第一旋转部，其以中心轴线为中心而旋转；

第一偏心体，其与所述第一旋转部一同旋转，从所述中心轴线到所述第一偏心体的外周面的距离根据周向的位置而不同；

第一轴承，其设置于所述第一偏心体的外周面；

第一外齿轮，其具有沿轴向贯通的第一贯通孔，并设置于所述第一轴承的外周面；

内齿轮，其呈沿周向包围所述中心轴线的圆筒状，并配置于所述第一外齿轮的径向外侧；

沿轴向延伸的圆柱状的轮架销，其插入到所述第一贯通孔内；以及

第二旋转部，其固定有多个所述轮架销，并以所述中心轴线为中心而旋转，

所述变速器的特征在于，

该变速器是偏心摆动型变速器，

所述第一外齿轮的齿数与所述内齿轮的齿数不同，

所述第一外齿轮的最远离所述中心轴线的位置处的外齿与所述内齿轮啮合，

所述第一外齿轮的每个外齿的齿顶具有在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的曲面，

该曲面通过在制造时确保所述外齿中的轴向中央的齿高的长度的同时将轴向两端部加工成曲面状而形成，通过调整所述第一外齿轮的外齿的所述齿高来减小背隙，

所述曲面的包含所述第一偏心体的中心轴线的截面呈圆弧状，

所述曲面的曲率半径相对于所述第一外齿轮的外径尺寸为6倍。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，

从轴向观察时，所述第一偏心体呈正圆形，正圆的中心位于偏离所述中心轴线的位置处。

3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，

所述变速器还包括：

第二偏心体，其与所述第一旋转部一同旋转，从所述中心轴线到所述第二偏心体的外周面的距离根据周向的位置而不同，并在轴向上配置于与所述第一偏心体不同的位置处；

第二轴承，其设置于所述第二偏心体的外周面；以及

第二外齿轮，其具有沿轴向贯通的第二贯通孔，并设置于所述第二轴承的外周面，该第二外齿轮的外齿的数量与所述第一外齿轮的外齿的数量相同，

所述第一贯通孔与所述第二贯通孔在轴向上重合，

所述轮架销插入到所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔内，

所述内齿轮沿轴向延伸，并在径向上与所述第一外齿轮以及所述第二外齿轮相对，

所述第二外齿轮的最远离所述中心轴线的位置处的外齿与所述内齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，

所述第二外齿轮的每个外齿的齿顶具有在轴向上从两端部向中央部呈凸状弯曲的曲面。

5.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，

从轴向观察时，所述第二偏心体呈正圆形，正圆的中心位于偏离所述中心轴线的位置处。

6.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，

所述内齿轮与所述第一外齿轮的啮合位置同所述内齿轮与所述第二外齿轮的啮合位置以所述中心轴线为中心而点对称。

7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，

所述第一旋转部是利用从马达获得的动力而以第一转速旋转的输入部，

所述第二旋转部是以比所述第一转速低的第二转速旋转的输出部。

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