CN110177958A - 波动齿轮装置 - Google Patents

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Abstract

波动齿轮装置(1)的波动发生器(4)使得外齿齿轮(3)在半径方向上挠曲而在其圆周方向上的分离的位置处形成有与相对于内齿齿轮(2)的啮合部分(5)。当波动发生器(4)旋转时，啮合部分(5)在圆周方向上移动。在啮合部分(5)的齿线方向的一部分形成有非啮合区域(6)。非啮合区域(6)是在齿线方向上包含波动轴承(44)的支撑中心(45)在内的规定宽度的区域。能够使得在外齿齿轮(3)的齿底所产生的应力集中缓和，从而能够提高其齿底疲劳强度。

Description

波动齿轮装置
技术领域
本发明涉及波动齿轮装置。更详细而言，涉及使得在柔性的外齿齿轮的齿底所产生的应力集中缓和而提高齿底疲劳强度的波动齿轮装置。
背景技术
波动齿轮装置中，借助在半径方向上反复挠曲的柔性的外齿齿轮(flexspline)与刚性的内齿齿轮(circularspline)之间的啮合部分来进行扭矩传递。作为外齿齿轮，已知杯状的外齿齿轮、礼帽状的外齿齿轮、以及圆筒状的外齿齿轮。不管在何种情况下，提高柔性的外齿齿轮的齿底疲劳强度都关系到波动齿轮装置的性能的提高。例如，在专利文献1中，通过提高波动发生器对外齿齿轮的支撑刚性，使得齿宽方向上的外齿的齿面载荷分布实现了均匀化，从而提高了外齿齿轮的齿底疲劳强度。在专利文献2中，根据外齿齿轮的挠曲量而设定适当的齿底轮缘的厚度，由此提高了外齿齿轮的齿底疲劳强度，从而实现了波动齿轮装置的高强度化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-196895号公报
专利文献2:日本特开2010-190373号公报
发明内容
在外齿齿轮的齿底，作用有因与内齿齿轮啮合而引起的应力和因挠曲成非圆形、例如椭圆形而引起的弯曲应力。如果着眼于一个外齿，则作用于该外齿的半径方向上的力包括：齿啮合时与压力角相应地产生的力；以及为了从半径方向的内侧维持椭圆形状而从波动发生器的波动轴承作用的力。
本发明的目的在于提供能够使得向在外齿齿轮的齿底所产生的应力集中缓和以便提高外齿齿轮的齿底疲劳强度的波动齿轮装置。
本发明的波动齿轮装置具有：
刚性的内齿齿轮；
柔性的外齿齿轮；
波动发生器，其使得外齿齿轮在半径方向上挠曲而在其圆周方向上的分离的位置处形成有相对于内齿齿轮的啮合部分，并使得该啮合部分在圆周方向上移动；以及
非啮合区域，其在外齿齿轮相对于内齿齿轮的啮合部分形成于其齿线方向上的一部分；
内齿齿轮和外齿齿轮分别是直齿圆柱齿轮、或者分别是齿线为1种的斜齿轮，
波动发生器具有从半径方向的内侧对外齿齿轮进行支撑的波动轴承，
非啮合区域是在齿线方向上包含波动轴承对外齿齿轮的支撑中心在内的规定宽度的区域。
在外齿齿轮相对于内齿齿轮的啮合部分，在包含波动轴承的支撑中心在内的齿线方向的中央部分形成有非啮合区域。因齿的啮合而产生的半径方向上的力未作用于从波动轴承作用的半径方向上的力最大的外齿的齿线方向的中央部分。能够使得在外齿的齿底的齿线方向的中央部分产生的应力集中缓和，因此能够提高齿底疲劳强度。
具体而言，对内齿或者外齿中包含波动轴承的支撑中心在内的齿线方向的中央部分实施削端加工。或者，将位于波动轴承的支撑中心上的外齿或者内齿的部分在齿线方向上以规定宽度而去除，从而形成未形成外齿或者内齿的部分。
可以将外齿齿轮的未形成外齿的齿线方向的中央部分设为一定厚度的圆筒部分。由此，外齿的齿线方向的中央部分的应力集中得以进一步缓和。
如上，在本发明的波动齿轮装置中，在外齿齿轮的齿线方向的中央部分的齿底所产生的应力集中得以缓和。因此，能够提高外齿齿轮的齿底疲劳强度，从而能够提高波动齿轮装置的性能。
附图说明
图1(A)是表示本发明的实施方式1涉及的杯式波动齿轮装置的一个例子的立体图，图1(B)是其纵向剖视图，图1(C)是其端面图。
图2(A)是表示图1的内齿齿轮的说明图，图2(B)是表示外齿齿轮与内齿齿轮的啮合部分的说明图。
图3是表示图1的内齿齿轮的另一例的说明图。
图4(A)是表示图1的外齿齿轮的另一例的说明图，图4(B)是表示外齿齿轮与内齿齿轮的啮合部分的说明图。
图5(A)是表示本发明的实施方式2涉及的杯式波动齿轮装置的一个例子的半纵向剖视图，图5(B)是表示其外齿齿轮的一个例子的说明图。
图6是表示图5的外齿齿轮的另一例的说明图。
图7(A)是表示本发明的实施方式3涉及的杯式波动齿轮装置的一个例子的说明图，图7(B)是表示其外齿齿轮的一个例子的说明图
具体实施方式
以下，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。
[实施方式1]
图1(A)是表示应用了本发明的杯式波动齿轮装置的一个例子的立体图，图1(B)是其纵向剖视图，图1(C)是其端面图。波动齿轮装置1具有：圆环状的刚性的内齿齿轮2；安装于所述内齿齿轮2内侧的杯状的外齿齿轮3；以及嵌入于所述外齿齿轮3内侧的椭圆状轮廓的波动发生器4。内齿齿轮2和外齿齿轮3是能够彼此啮合的直齿圆柱齿轮。
外齿齿轮3具有能够在半径方向上挠曲的圆筒状主体部31。圆环状的隔膜32从圆筒状主体部31的一端朝向半径方向的内侧延伸。在隔膜32的内周缘一体地形成有圆环状的刚性的凸台33。在圆筒状主体部31的另一端部的外周面部分形成有外齿34。
波动发生器4具有圆筒状的轮毂41、十字滑块联轴器42、刚性插塞43以及波动轴承44。轮毂41被同轴地连结固定于马达轴等旋转输入轴(未图示)。刚性插塞43借助十字滑块联轴器42而安装于轮毂41的外周面。波动轴承44安装于刚性插塞43的椭圆状外周面与外齿齿轮3的形成有外齿34的圆筒状主体部31的内周面部分之间。本例的波动轴承44是具有柔性的外圈和柔性的内圈的滚珠轴承。
外齿齿轮3的形成有外齿34的部分因波动发生器4而挠曲成椭圆形。由此，在外齿齿轮3的圆周方向上，形成有位于椭圆形的长轴L1上及其两侧的多个外齿34与内齿齿轮2的各内齿21啮合的啮合部分5。当波动发生器4旋转时，两个齿轮2、3的啮合部分5在圆周方向上移动。本例的情况下，两个齿轮2、3的齿数差为2n个(n为正整数)。例如，内齿齿轮2固定为不旋转，从外齿齿轮3输出减速旋转。
图2(A)是表示内齿齿轮2的说明图，图2(B)是表示内齿齿轮2与外齿齿轮3的啮合部分5的说明图。
内齿齿轮2的内齿21在其齿线方向的中央部分具有未形成内齿的沟槽部分21a。在沿圆周方向延伸的沟槽部分21a的两侧，朝向圆周方向以一定的间距形成有内齿部分21b、21c。例如，未形成内齿的沟槽部分21a的沟槽底面是圆形内周面，其外径与两侧的内齿部分21b、21c的齿底圆直径相同。从内齿部分21b到沟槽部分21a的沟槽底面的部分由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，内齿部分21b的齿高逐渐减小。从另一内齿部分21c到沟槽部分21a的沟槽底面的部分也由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，内齿部分21c的齿高逐渐减小。
沟槽部分21a是在齿线方向上包含波动轴承44的支撑中心45在内的规定宽度的区域。支撑中心45是波动轴承44的滚珠中心。例如，支撑中心45位于外齿34的有效齿宽的中心。
在啮合部分5，如图2(B)所示，在外齿34的齿线方向的中央部分，因沟槽部分21a而形成有未与内齿21啮合的非啮合区域6。半径方向的力从波动轴承44侧作用于外齿34的齿线方向的中央部分。外齿34的齿线方向的中央部分与内齿21的沟槽部分21a对置，并未作用有因与内齿21啮合而产生的半径方向上的力。在外齿34的齿底，在其齿线方向的中央部分所产生的应力集中得以缓和，因此，能够提高外齿齿轮3的齿底疲劳强度。
(内齿齿轮的另一例)
图3是表示内齿齿轮2的另一例的说明图。该图所示的内齿齿轮2A的内齿22在其齿线方向的中央部分被实施了削端加工。内齿22的削端加工部分22a是未形成为与外齿34啮合的啮合状态的部分。内齿22的削端加工部分22a的两侧的部分是与外齿34啮合的内齿部分22b、22c。在削端加工部分22a，针对内齿22以使其齿高方向或者齿厚方向的尺寸减小的方式实施了削端加工。
在具有内齿齿轮2A的波动齿轮装置1的啮合部分5，外齿34的齿线方向的中央部分与内齿22的削端加工部分22a对置。因削端加工部分22a而形成有未形成为与内齿22啮合的啮合状态的非啮合区域6。因此，与采用内齿齿轮2的情况相同，能够使得在外齿34的齿线方向的中央部分的齿底产生的应力集中缓和，从而能够提高外齿齿轮3的齿底疲劳强度。
(外齿齿轮的另一例)
图4(A)是表示外齿齿轮3的另一例的说明图，图4(B)是表示外齿齿轮与内齿齿轮的啮合部分的说明图。这些附图所示的外齿齿轮3A可以用于具有图1、图2所示的内齿齿轮2的波动齿轮装置1。
外齿齿轮3A的外齿35在与内齿齿轮2的内齿21的沟槽部分21a对置的部分具有沿圆周方向延伸的梯形截面的肋35a。在肋35a的两侧，形成有能够与内齿齿轮2的内齿21的内齿部分21b、21c啮合的外齿部分35b、35c。肋35a的厚度比外齿部分35b、35c的齿底轮缘厚度大。例如，肋35a的外径与外齿部分35b、35c的齿顶圆直径相同，肋35a是未形成外齿部分35b、35c的齿槽而以厚度较厚的状态存留的部分。
对于外齿齿轮3A，与波动轴承44的支撑中心45对应的齿线方向的中央部分为厚度较厚的肋35a。因此，能够使得在外齿35的齿线方向的中央部分的齿底所产生的应力集中缓和，从而能够提高外齿齿轮3A的齿底疲劳强度。
[实施方式2]
图5(A)是表示应用了本发明的杯式波动齿轮装置的另一例的半纵向剖视图，图5(B)是表示杯状的外齿齿轮的说明图。波动齿轮装置1B的基本结构与图1所示的杯式波动齿轮装置1相同。本例的波动齿轮装置1B的内齿齿轮2B具有在齿线方向上连续的内齿23。杯状的外齿齿轮3B具有在齿线方向的中央部分断开的外齿36。波动发生器4B的结构与上述波动发生器4相同。
外齿齿轮3B的外齿36在齿线方向的中央部分具有未形成外齿或者外齿除去后的沟槽部分36a。在沟槽部分36a的齿线方向的两侧，朝向圆周方向以一定的间距形成有外齿部分36b、36c。例如，沟槽部分36a是一定厚度的圆筒部分。对沟槽部分36a的沟槽底面进行规定的圆形外周面的外径与两侧的外齿部分36b、36c的齿底圆直径相同。从外齿部分36b到沟槽底面的部分由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，外齿部分36b的齿高逐渐减小。从另一外齿部分36c到沟槽底面的部分也由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，外齿部分36c的齿高逐渐减小。
未形成外齿的沟槽部分36a是在齿线方向上包含波动轴承44的支撑中心45在内的规定宽度的区域。支撑中心45是波动轴承44的滚珠中心。例如，支撑中心45位于外齿36的有效齿宽的中心。
在啮合部分5B(挠曲成椭圆形的外齿齿轮3B的长轴上的部分)，因外齿36的沟槽部分36a而在齿线方向的中央部分形成有未形成为与内齿23啮合的啮合状态的非啮合区域6B。非啮合区域6B是在齿线方向上包含波动轴承44的支撑中心45在内的规定宽度的区域。外齿36的与支撑中心45对应的齿底的部分(齿线方向的中央部分)的应力集中得以缓和，因此能够提高外齿齿轮3B的齿底疲劳强度。
(外齿齿轮的另一例)
图6是表示外齿齿轮3B的另一例的说明图。该图所示的外齿齿轮3C的外齿37的齿线方向的中央部分被实施了削端加工。外齿37的削端加工部分37a是未形成为与内齿23啮合的啮合状态的部分。外齿37的削端加工部分37a的两侧的部分是与内齿23啮合的外齿部分37b、37c。在削端加工部分37a，针对外齿37以使其齿高方向或者齿厚方向的尺寸减小的方式实施了削端加工。
在具有外齿齿轮3C的波动齿轮装置1B的啮合部分5B，在外齿37的齿线方向的中央部分形成有未形成为与内齿23啮合的啮合状态的非啮合区域6B。因此，与采用了外齿齿轮3B的情况相同，能够使得在外齿37的齿线方向的中央部分的齿底所产生的应力集中缓和，从而能够提高外齿齿轮3C的齿底疲劳强度。
[实施方式3]
上述实施方式是采用直齿圆柱齿轮作为内齿齿轮和外齿齿轮的情况。作为内齿齿轮和外齿齿轮，也可以采用斜齿轮。在应用了本发明的实施方式3涉及的波动齿轮装置中，内齿齿轮和外齿齿轮采用了斜齿轮。图7(A)是以沿齿线对实施方式3的波动齿轮装置的两个齿轮的啮合部分进行剖切的状态而示出的说明图。图7(B)是表示其杯状的外齿齿轮的说明图。
波动齿轮装置1D的基本结构与图1所示的杯式波动齿轮装置1相同。本例的波动齿轮装置1D的内齿齿轮2D是斜齿轮，其具有内齿24，该内齿24具有规定的扭转角、扭转方向的齿线。杯状外齿齿轮3D也是斜齿轮，其具有外齿38，该外齿38具有与内齿齿轮2D相同的扭转角、扭转方向的齿线。本例中的外齿38在齿线方向的中央部分断开。波动发生器4D的结构与上述波动发生器4相同。
外齿齿轮3D的外齿38在齿线方向的中央部分具有沟槽部分38a，该沟槽部分38a是未形成外齿或者去除了外齿后的部分。在沟槽部分38a的齿线方向的两侧，朝向圆周方向以一定的间距形成有外齿部分38b、38c。两侧的外齿部分38b、38c是齿线方向相同的外齿部分。因此，外齿齿轮3D是齿线为1种的斜齿轮(仅具有齿线相同的齿的斜齿轮)。例如，沟槽部分38a是一定厚度的圆筒部分。对沟槽部分38a的沟槽底面进行规定的圆形外周面的外径与两侧的外齿部分38b、38c的齿底圆直径相同。从外齿部分38b到沟槽底面的部分由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，外齿部分38b的齿高逐渐减小。从另一外齿部分38c到沟槽底面的部分也由倾斜面规定，该倾斜面由平面或曲面构成，外齿部分38c的齿高逐渐减小。
未形成外齿的沟槽部分38a是在齿线方向上包含波动轴承44的支撑中心45在内的规定宽度的区域。支撑中心45是波动轴承44的滚珠中心。例如，支撑中心45位于外齿38的有效齿宽的中心。
在啮合部分5D(挠曲成椭圆形的外齿齿轮3D的长轴上的部分)，因外齿38的沟槽部分38a而在齿线方向的中央部分形成有由未形成为与内齿24啮合的啮合状态的非啮合区域6D。非啮合区域6D是在齿线方向上包含波动轴承44的支撑中心45在内的规定宽度的区域。外齿38的与支撑中心45对应的齿底的部分(齿线方向的中央部分)的应力集中得以缓和，因此能够提高外齿齿轮3D的齿底疲劳强度。
此外，也可以在外齿齿轮3D的外齿38形成实施了削端加工的部分以取代形成沟槽部分38a。另外，可以在内齿齿轮2D的内齿24形成未形成内齿的沟槽部分，也可以取代沟槽部分而形成实施了削端加工的部分。
[其他实施方式]
上述实施方式是将本发明应用于具有杯状的外齿齿轮的波动齿轮装置的情况。本发明同样也可以应用于具有礼帽状的外齿齿轮的波动齿轮装置、以及具有圆筒状的外齿齿轮的波动齿轮装置。

Claims (6)

1.一种波动齿轮装置，其特征在于，
所述波动齿轮装置具有：
刚性的内齿齿轮；
柔性的外齿齿轮；
波动发生器，其使得所述外齿齿轮在半径方向上挠曲而在其圆周方向上的分离的位置处形成有相对于所述内齿齿轮的啮合部分，并使得该啮合部分在所述圆周方向上移动；以及
非啮合区域，其在所述啮合部分形成于其齿线方向上的一部分；
所述内齿齿轮和所述外齿齿轮分别是直齿圆柱齿轮，或者所述内齿齿轮和所述外齿齿轮分别是齿线为1种的斜齿轮，
所述波动发生器具有从半径方向的内侧对所述外齿齿轮进行支撑的波动轴承，
所述非啮合区域是在所述齿线方向上包含所述波动轴承对所述外齿齿轮的支撑中心在内的规定宽度的区域。
2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述非啮合区域在所述齿线方向上由所述内齿齿轮的未形成内齿的部分规定。
3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述外齿齿轮具有：
在与未形成所述内齿的部分对置的部位形成的肋；以及
在所述齿线方向上形成于所述肋的两侧的外齿，
所述肋的厚度比所述外齿的齿底轮缘的厚度大。
4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述非啮合区域在所述齿线方向上由针对所述内齿齿轮的内齿以使得齿高尺寸或者齿厚尺寸减小的方式实施了削端加工的削端加工部分规定。
5.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述非啮合区域在所述齿线方向上由所述外齿齿轮的未形成外齿的部分规定。
6.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述非啮合区域在所述齿线方向上由针对所述外齿齿轮的外齿以使得齿高尺寸或者齿厚尺寸减小的方式实施了削端加工的削端加工部分规定。
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