CN110249156B - 辊齿轮凸轮机构 - Google Patents

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Abstract

一种辊齿轮凸轮机构，其能够使动力的传递效率提高。辊齿轮凸轮机构(101)具备凸轮(301)和沿着外周方向配置了多个轴承(201)的旋转部件(102)，其中，轴承(201)具备轴部件(205)、可绕轴部件(205)旋转的外圈部(202)，外圈部(202)的外周面(204)在包括外圈部(202)的中心轴线(203)在内的外圈部(202)的截面中是圆弧形状，与外圈部(202)的外周面(204)接触的凸轮肋(303)的接触部分在包括凸轮轴线(302)在内的凸轮(301)的截面中是圆弧形状，外圈部(202)的圆弧形状被构成为沿着凸轮肋(303)的圆弧形状外圈部(202)的圆弧形状的曲率半径及凸轮肋(303)的圆弧形状的曲率半径相互关联地被决定。

Description

辊齿轮凸轮机构
技术领域
本发明涉及无齿隙，具有高刚性、高效传递性并且可高速化、高精度化的辊齿轮凸轮机构。
背景技术
辊齿轮凸轮机构,是通过以鼓形凸轮(concave globoidal cam、roller gearcam)为代表的具有螺旋形状的凸轮肋的作为一方的轴的凸轮和沿着与之正交配置的作为另一方的轴的旋转部件的外周方向配置的多个辊从动件、凸轮从动件等的轴承的啮合，将凸轮和旋转部件中的一方的轴作为输入轴，将另一方的轴作为输出轴来传递动力的机构。凸轮肋呈锥形状，通过操作输入轴和输出轴的轴间距离，能够在轴承和凸轮肋的接触部产生由楔形效应进行的预压，消除输入输出的期间的齿隙。另外，因为输入轴的扭矩通过轴承的滚动接触向输出轴传递，所以能够在无齿隙的状态下顺畅地旋转，进行接触部的摩擦损失被抑制的高效的扭矩传递。
轴承具备轴部件和外圈部，大致圆筒状的外圈部能够绕轴部件旋转，在轴承和凸轮肋的接触部被赋予预压，以便外圈部与凸轮肋进行线接触地旋转。在此情况下，因为在轴承和凸轮肋的接触部中的滚动点，轴承的外圈部的速度和凸轮肋的速度一致，所以不产生打滑。但是，与轴承和凸轮肋的接触部中的该滚动点相比在旋转部件侧，因为凸轮肋的速度比轴承的外圈部的速度大，所以产生打滑。另外，与轴承和凸轮肋的接触部中的该滚动点相比在凸轮侧，因为轴承的外圈部的速度比凸轮肋的速度大，所以产生打滑。这样，因为产生打滑，所以动力的传递效率降低。另外，轴承的外圈部的速度Vr，如果设大致圆筒状的半径为r，设外圈部的每单位时间的转速为Nr，则由Vr＝2π×r×Nr决定。另外，凸轮肋的在该滚动点的速度Vcam，如果设从该滚动点到凸轮的旋转轴线为止的距离为Rc，设凸轮的每单位时间的转速为Nc，则由Vcam＝2π×Rc×Nc决定。在该滚动点，成为Vr＝Vcam(Nr＝Rc/r×Nc)。
另外，由于因凸轮肋的母线形状、轴承的外圈部的圆筒形状等的加工误差而产生的未对准，应力分布变化，该滚动点的位置(即，Rc)变化。由此，轴承的外圈部的旋转速度变化，成为振动、扭矩变动等的原因。进而，由于轴承和凸轮肋之间的打滑部分变化，所以在轴承和凸轮肋中产生不均匀磨损，驱动扭矩变大。
为了避免因这样的未对准而产生的应力集中，在专利文献1中考虑了包含有未对准在内的接触的条件，公开了使表面压力降低的凸轮从动件。在凸轮从动件的外圈部及/或凸轮的相互相对的接触面中，施加对数凸起。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-211861号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的凸轮从动件中，由于也是因在凸轮从动件和凸轮肋的接触部中的滚动点的两侧的打滑，使得偏斜转矩作用于凸轮从动件的外圈部，所以外圈部相对于凸轮从动件的轴部件倾斜(产生偏斜)，由于外圈部相对于轴部件的轴线方向移动，所以存在该滚动点的位置变化这样的问题。另外，通过将滚珠插入外圈部和轴部件的凸缘部之间，能够承受因外圈部相对于轴线方向的移动而产生的载荷，但空间变窄，不能承受大的载荷。
因此，本发明的目的是解决上述问题，提供一种无齿隙，具有高刚性、高效传递性，可高速化、高精度化的辊齿轮凸轮机构。
为了解决课题的手段
根据本发明的一个观点，一种辊齿轮凸轮机构，该辊齿轮凸轮机构具备螺旋形状的凸轮、旋转部件和多个轴承，该螺旋形状的凸轮是可以以凸轮轴线为中心旋转的凸轮，具有凸轮肋及凸轮槽，该旋转部件可以以与前述凸轮轴线垂直的旋转部件的轴线为中心旋转，该多个轴承是沿着前述旋转部件的外周方向配置的多个轴承，可相对于前述凸轮肋进行滚动接触，其中，前述多个轴承的每一个具备轴部件和可绕前述轴部件旋转的外圈部，前述外圈部的外周面的至少一部分在包括前述外圈部的中心轴线在内的前述外圈部的截面中是圆弧形状，与前述外圈部的前述外周面的至少一部分接触的前述凸轮肋的接触部分在包括前述凸轮轴线在内的前述凸轮的截面中是圆弧形状，前述外圈部的前述圆弧形状被构成为沿着前述凸轮肋的前述圆弧形状，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径相互关联地被决定。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部的前述外周面的至少一部分相对于前述中心轴线是凸面形状，前述凸轮肋的前述接触部分是沿着前述凸面形状的凹面形状，前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径比前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径大。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径在从前述中心轴线到前述外周面的至少一部分为止的距离以上。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部的前述外周面的至少一部分相对于前述中心轴线是凹面形状，前述凸轮肋的前述接触部分是沿着前述凹面形状的凸面形状，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径比前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径大。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部的前述圆弧形状中的前述旋转部件轴线侧的曲率半径与前述外圈部的前述圆弧形状中的前述凸轮轴线侧的曲率半径不同。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述凸轮肋的前述圆弧形状中的前述旋转部件轴线侧的曲率半径与前述凸轮肋的前述圆弧形状中的前述凸轮轴线侧的曲率半径不同。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，基于赋予于前述多个轴承的每一个和前述凸轮肋之间的预压、在使前述辊齿轮凸轮机构动作的期间赋予于前述多个轴承的每一个和前述凸轮肋之间的负荷载荷、及通过前述外圈部在前述中心轴线的方向移动赋予的偏载荷中的至少一个，相互关联地被决定。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述轴部件具备被构成为将前述外圈部的内侧部夹着的一对凸缘部，在前述一对凸缘部的每一个和前述外圈部的内侧部之间设置了间隙，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，以在前述多个轴承的每一个与前述凸轮肋接触时前述外圈部不在前述中心轴线的方向移动到前述间隙的宽度以上的方式相互关联地被决定。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述外圈部和前述凸轮肋能够进行线接触，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，以能够在前述凸轮肋的接触部分中均匀地承受负荷载荷的方式相互关联地被决定。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述多个轴承的每一个是辊从动件或凸轮从动件。
根据本发明的一个具体例，在前述辊齿轮凸轮机构中，前述多个轴承的每一个是滚动接触的轴承或滑动接触的轴承。
发明的效果
根据本发明，通过将轴承的外圈部的外周面及凸轮肋的凸轮面以曲率半径相互关联地分别做成相互沿着的那样的圆弧形状，外周面和凸轮面之间的滑动接触的部分减少，辊齿轮凸轮机构能够使动力的传递效率提高。特别是，通过将外周面及凸轮面做成凸面形状及凹面形状，或者作为凹面形状及凸面形状做成相互沿着的那样的圆弧形状，使外周面和凸轮面接触，不存在外圈部的相对于轴线方向的移动，外圈部和轴部件不再接触，辊齿轮凸轮机构能够抑制旋转扭矩、振动。
另外，本发明其它的目的、特征及优点将从与附图相关的下面的本发明的实施例的记载明确。
附图说明
图1是从作为本发明的一个实施方式的辊齿轮凸轮机构的正面观察的概略图。
图2是从图1的辊齿轮凸轮机构的侧面观察的概略图。
图3是从图1的辊齿轮凸轮机构的III的方向观察的表示在相对于轴承的外圈部的中心轴线垂直的截面中的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大概略图。
图4是表示以往的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大剖视图。
图5是从图1的辊齿轮凸轮机构的IV的方向观察的表示以往的因轴承的外圈部和凸轮肋的接触而产生的接触应力分布及外圈部的外周面的速度部分的图。
图6是表示作为本发明的一个实施方式的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大剖视图。
图7是表示作为本发明的其它的实施方式的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大剖视图。
图8是表示图6的轴承的外圈部和凸轮肋的通过外圈部的径方向移动进行的接触的放大概略图。
图9是表示图6的轴承的外圈部和凸轮肋的通过外圈部的径方向移动及轴线方向移动进行的接触的放大概略图。
图10是从图1的辊齿轮凸轮机构的III的方向观察的表示相对于轴承的外圈部的中心轴线垂直的截面中的凸轮肋具有倾斜的情况下的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大概略图和从图1的辊齿轮凸轮机构的IV的方向观察的表示轴承的外圈部和滚动点的关系的放大概略图。
图11是表示作为本发明的又一其它的实施方式的轴承的外圈部和凸轮肋的接触的放大剖视图。
图12是表示图6的轴承的外圈部和凸轮肋的线接触的放大剖视图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行说明，但本发明不是被这些实施例限定的发明。
参照图1～12，说明本发明的辊齿轮凸轮机构的实施例。
图1、2分别表示从本发明的辊齿轮凸轮机构101的正面观察的概略图及从侧面观察的概略图。辊齿轮凸轮机构101具备凸轮301和旋转部件102，该凸轮301是具有凸轮肋303和凸轮槽305的螺旋形状，可以以作为旋转轴线的凸轮轴线302为中心旋转，该旋转部件102是可以以与凸轮轴线302垂直的作为旋转轴线的旋转部件轴线103为中心旋转的旋转部件或旋转工作台(以下称为旋转部件)102，沿着旋转部件102的外周方向配置的多个轴承201的每一个可相对于凸轮肋303进行滚动接触。凸轮轴线302、旋转部件轴线103的任意一方为输入轴，另一方为输出轴，其关系也可以相互相反。多个轴承201的每一个通过与旋转部件102嵌合等沿着旋转部件102的外周方向配置。通过多个轴承201的每一个与凸轮肋303的凸轮面304进行滚动接触，能够提高从凸轮301或旋转部件102输入的扭矩的向输出轴侧的传递效率，并且能够延长辊齿轮凸轮机构101的寿命。另外，多个轴承201的每一个和凸轮肋303的凸轮面304之间因为是线接触，所以相对于旋转部件102的旋转方向的外力具有高的刚性。
图3表示从图1的辊齿轮凸轮机构101的III方向观察的情况下的相对于轴承201的外圈部202的中心轴线203垂直的截面中的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系。多个轴承201的每一个具备轴部件205、可绕轴部件205旋转的外圈部202和可在外圈部202和轴部件205之间旋转的滚针、旋转滚子206。另外，轴承201也可以不具备滚针、旋转滚子206。外周面204和凸轮面304以进行滚动接触的滚动点207为中心接触。在这里，若设Vcam为凸轮面304在滚动点207的速度，设r为外周面204的从中心轴线203开始的距离，即半径，设Nr为外圈部202的每单位时间的转速，则由于在滚动点207进行滚动接触(没有进行滑动接触)，所以在滚动点207的凸轮面304的速度和外周面204的速度相同，成为Vcam＝2π×r×Nr。
图4表示放大剖视图，表示以往的轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系。另外，图5表示从图1的辊齿轮凸轮机构的IV方向观察的情况下的以往的轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的通过接触而产生的接触应力分布及外周面204的速度部分。外周面204和凸轮面304以滚动点207为中心接触。在滚动点207进行滚动接触，但因为接触的凸轮面304中的滚动点207以外的速度与外周面204的速度不同，所以在滚动点207以外成为滑动接触。外周面204的速度，从凸轮面304的滚动点207开始与旋转部件102侧的速度相比变慢，从凸轮面304的滚动点207开始与凸轮301侧的速度相比变快。由于这样因速度不同而产生打滑，所以辊齿轮凸轮机构101的动力的传递效率降低。进而，由于因凸轮肋303的凸轮面304、轴承201的外圈部202的加工误差而产生未对准，所以滚动点207向中心轴线203的方向移动，以往的轴承201的外圈部202的内侧部209和以往的轴承201的轴部件205的凸缘部208接触，引起辊齿轮凸轮机构101的旋转扭矩的降低、振动。
图6表示放大剖视图，是本发明的辊齿轮凸轮机构101的轴承201和凸轮301的一个实施例，表示轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系。轴承201的外圈部202的外周面204在包括外圈部202的中心轴线203在内的外圈部202的截面中成为圆弧形状。另外，外周面204的一部分也可以是圆弧形状。与外圈部202的外周面204接触的凸轮肋303的凸轮面304的接触部分在包括凸轮轴线302在内的凸轮301的截面中成为圆弧形状。另外，在图6的情况下，包括外圈部202的中心轴线203在内的外圈部202的截面和包括凸轮轴线302在内的凸轮301的截面是相同的截面，是沿着图2的VI-VI的平面的截面。外圈部202的外周面204的圆弧形状被构成为沿着凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状，即，向与凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状大致相同的方向弯曲，外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212及凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306相互关联地被决定。这样，由于通过将外圈部202的外周面204及凸轮肋303的凸轮面304以曲率半径相关联地分别作成互相沿着的那样的圆弧形状，外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304之间的滑动接触的部分减少，所以辊齿轮凸轮机构101能够使动力的传递效率提高。
在图6中，也可以是外圈部202的外周面204相对于外圈部202的中心轴线203是凸面形状，凸轮肋303的凸轮面304的接触部分是沿着外周面204的凸面形状的凹面形状。在此情况下，凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306比外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212大。另外，外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212也可以是在从外圈部202的中心轴线203到外周面204为止的距离，即外圈部202的半径211以上。若通过将图5的外圈部202切去边缘侧，以便如图6的外圈部202的那样具有第一曲率半径212，将外周面204做成凸面形状，进而将凸轮面304做成沿着外周面204的凸面形状的凹面形状，则与图5的外圈部202及凸轮肋303对比，能够使外圈部202的惯性转矩变小，使外圈部202高速地旋转，并且由于凸轮肋303的壁厚与沿着外圈部202的凸面形状的凸轮肋303的凹面的深度307相应地变厚，因此，辊齿轮凸轮机构101能够使凸轮肋303的刚性提高。
图7表示放大剖视图，是本发明的辊齿轮凸轮机构101的轴承201和凸轮301的另外的一个实施例，表示轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系。图7也与图6同样，轴承201的外圈部202的外周面204在包括外圈部202的中心轴线203在内的外圈部202的截面中成为圆弧形状。另外，外周面204的一部分也可以是圆弧形状。与外圈部202的外周面204接触的凸轮肋303的凸轮面304的接触部分在包括凸轮轴线302在内的凸轮301的截面中成为圆弧形状。另外，在图7的情况下，也与图6同样，包括外圈部202的中心轴线203在内的外圈部202的截面和包括凸轮轴线302在内的凸轮301的截面是相同的截面。在图7中，外圈部202的外周面204的圆弧形状被构成为沿着凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状，即，外圈部202的外周面204的圆弧形状被构成为向与凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状大致相同的方向弯曲，外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212及凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306相互关联地被决定。这样，由于通过将外圈部202的外周面204及凸轮肋303的凸轮面304以曲率半径相关联地分别做成相互沿着的那样的圆弧形状，使外周面204和凸轮面304接触，外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304之间滑动接触的部分减少，所以辊齿轮凸轮机构101能够使动力的传递效率提高。
在图7中，外圈部202的外周面204相对于外圈部202的中心轴线203是凹面形状，凸轮肋303的凸轮面304的接触部分是沿着外周面204的凹面形状的凸面形状。在此情况下，外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212比凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306大。若通过将图5的凸轮肋303切去边缘侧，以便如图7的凸轮肋303的那样具有曲率半径306，将凸轮面304做成凸面形状，将外周面204做成沿着凸轮面304的凸面形状的凹面形状，则与图5的外圈部202及凸轮肋303对比，能够如图7的凸轮肋303的那样使壁厚309变薄，这在使辊齿轮凸轮机构101动作时的负荷容量小时有效。
如图6、图7所示，通过将外圈部202的外周面204及凸轮肋303的凸轮面304以曲率半径相关联地分别做成凸面形状及凹面形状或作为凹面形状及凸面形状做成相互沿着的那样的圆弧形状，使外周面204和凸轮面304接触，能够消除或减小外圈部202的相对于中心轴线203的方向的移动，即使存在由凸轮肋303的凸轮面304、轴承201的外圈部202的加工误差产生的未对准，也不存在外圈部202的内侧部209和轴部件205的凸缘部208的接触，能够抑制辊齿轮凸轮机构101的旋转扭矩、振动。进而，能够消除内侧部209和凸缘部208的磨损。
如图8所示，在辊齿轮凸轮机构101中，为了消除齿隙，通过操作旋转部件轴线103和凸轮轴线302的轴间距离，在各轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304之间产生由楔形效应进行的预压。进而，在使辊齿轮凸轮机构101动作的期间，在各轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304之间产生因与旋转部件102结合而旋转的负荷产生的负荷载荷。外圈部202基于预压和负荷载荷在径方向移动，外圈部202和凸轮肋303接触，以便外周面204陷入凸轮面304。通过此接触，以滚动点207为中心成为左右对称的载荷分布在外周面204和凸轮面304之间。
如图9所示，在使辊齿轮凸轮机构101动作的期间，外圈部202因凸轮面304的倾斜而在中心轴线203的方向移动，外圈部202和凸轮肋303接触，以便外周面204陷入凸轮面304。图10表示从图1的辊齿轮凸轮机构101的III方向观察的情况下的相对于轴承201的外圈部202的中心轴线203垂直的包括滚动点207在内的截面中的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系及从图1的辊齿轮凸轮机构101的IV的方向观察的情况下的轴承201的外圈部202和滚动点207的关系。外周面204和凸轮面304以滚动点207为中心接触。在滚动点207进行滚动接触，但因为接触的凸轮面304中的滚动点207以外的速度与外周面204的速度不同，所以在滚动点207以外成为滑动接触。而且，凸轮面304因为通过在滚动点207以凸轮301的凸轮轴线302为中心的旋转而具有速度Vcam(外周面204以Vcam速度旋转)，凸轮肋303扭曲成螺旋形状，所以与外周面204进行滚动接触，相对于速度Vcam具有角度α的倾斜。另一方面，在接触的凸轮面304中的滚动点207以外的各个部位，由于与外周面204进行滑动接触，不仅由以凸轮301的凸轮轴线302为中心的旋转产生的速度相互不同，由凸轮肋303的相对于速度的扭曲而产生的倾斜角度α也相互不同，所以图10的箭头的那样的外圈部202具有在中心轴线203的方向移动的运动成分，如图9所示，成为左右非对称的偏载荷分布在外周面204和凸轮面304之间，在凸轮面304中产生相对于外周面204的偏载荷反力。
这样，在载荷偏的情况下，为了避免应力集中，图11是本发明的辊齿轮凸轮机构101的轴承201和凸轮301的又一其它的一个实施例，表示放大剖视图，表示轴承201的外圈部202的外周面204和凸轮肋303的凸轮面304的接触关系。如图11所示，也可以使得外圈部202的外周面204的圆弧形状中的旋转部件102的旋转部件轴线103侧的曲率半径与外圈部202的外周面204的圆弧形状中的凸轮301的凸轮轴线302侧的曲率半径不同。在图11中，旋转部件轴线103侧的外圈部202的第二曲率半径213比凸轮轴线302侧的外圈部202的第一曲率半径212小。另外，因为外圈部202相对于中心轴线203向哪个方向移动取决于被设计的辊齿轮凸轮机构101的每一个中的轴承201的外圈部202和凸轮301的凸轮肋303之间的接触状态，例如凸轮301的凸轮肋303及凸轮槽305的螺旋形状等，所以与各辊齿轮凸轮机构101相应地决定使第一曲率半径212及第二曲率半径213中的哪个的曲率半径小。
另外，也可以使得凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状中的旋转部件102的旋转部件轴线103侧的曲率半径与凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状中的凸轮301的凸轮轴线302侧的曲率半径不同。在此情况下，也是使旋转部件轴线103侧的曲率半径及凸轮轴线302侧的曲率半径中的哪一侧的曲率半径小取决于被设计的辊齿轮凸轮机构101的每一个。
也可以基于赋予于各轴承201和凸轮肋303之间的预压、在使辊齿轮凸轮机构101动作的期间赋予于各轴承201和凸轮肋303之间的负荷载荷及通过轴承201的外圈部202在中心轴线203的方向移动赋予的偏载荷中的至少一个，相互相关地决定外圈部202的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212、第二曲率半径213及凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306。如上述所示的那样，预压是通过为了消除齿隙而操作旋转部件轴线103和凸轮轴线302的轴间距离来赋予，负荷载荷在使辊齿轮凸轮机构101动作的期间，由与旋转部件102结合而旋转的负荷来赋予。另外，偏载荷根据凸轮面304的与外周面204的各接触部分中的凸轮肋303的螺旋形状的扭曲的不同等，通过外圈部202在中心轴线203的方向移动来赋予。使用外圈部202的基于被赋予的预压及被赋予的负荷载荷在径方向的移动量、外圈部202的基于由凸轮肋303的扭曲而产生的凸轮面304的倾斜的相对于中心轴线203的方向的移动量，由赫兹接触应力的公式等，能够计算图8、图9所示的那样的载荷分布。也可以基于计算的载荷分布，决定最佳的外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212、第二曲率半径213及凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306。
轴承201的轴部件205具备被构成为将轴承201的外圈部202的内侧部209夹着的一对凸缘部208，外圈部202以中心轴线203为中心旋转，以便内侧部209沿着一对凸缘部208。在一对凸缘部208的每一个和内侧部209之间设置间隙210。也可以将外圈部202的圆弧形状的第一曲率半径212、第二曲率半径213及凸轮肋303的凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306相互关联地决定成在外圈部202的外周面204与凸轮肋303的凸轮面304接触时，外圈部202不在中心轴线203的方向移动到各间隙210的宽度Δ/2以上。由此，外圈部202的内侧部209和轴部件205的凸缘部208的接触消除，辊齿轮凸轮机构101能够抑制旋转扭矩、振动。另外，能够消除内侧部209和凸缘部208的磨损。
如图12所示，若产生负荷载荷P，则外周面204和凸轮面304以滚动点207为中心，以长度L的接触长度214进行线接触，但在这样进行线接触的情况下，外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212及凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306也可以如下面的那样通过使用赫兹应力计算来决定。
然而，若从与两个物体接触的共有切平面垂直的方向相对于两个物体如图12的那样施加负荷载荷P，则两个物体以具有椭圆状的接触部分的方式进行接触，该椭圆状具有长半径a及短半径b。为了求出此长半径a及短半径b，使用赫兹应力计算。根据赫兹应力计算，若设与共有切平面垂直且相互垂直的两个平面中的两个物体的曲率分别为ρ1I、ρ1II、ρ2I、ρ2II，则辅助变量cosτ如下述的那样被定义。
[算式1]
Figure BDA0002142617290000131
在这里，ρ1I是物体1的在平面I中的曲率，ρ1II是物体1的在平面II中的曲率，ρ2I是物体2的在平面I中的曲率，ρ2II是物体2的在平面II中的曲率。曲率在如凸轮面304的那样为凹面的情况下，具有负的符号。另外，ω是物体1的平面I和物体2的平面I(物体1的平面II和物体2的平面II)所成的角度。在外周面204和凸轮面304接触的那样的情况下，由于物体1的平面I和物体2的平面I一致，ω的角度可以认为是0，所以〔算式1〕如下。
[算式2]
Figure BDA0002142617290000141
辅助变量cosτ借助完全椭圆积分表示如下。
[算式3]
Figure BDA0002142617290000142
在这里，K及E分别是第一种及第二种完全椭圆积分，表示如下。
[算式4]
Figure BDA0002142617290000143
Figure BDA0002142617290000144
而且，作为两个物体的接触部分的接触椭圆的长半径a及短半径b表示如下。
[算式5]
Figure BDA0002142617290000151
Figure BDA0002142617290000152
在这里，Θ1及Θ2分别由物体1及2的各自的泊松比1/m1及1/m2以及物体1及2的各自的杨氏模量E1及E2表示如下。另外，泊松比、杨氏模量是由外圈部202、凸轮肋303的材质决定的值。
[算式6]
Figure BDA0002142617290000153
Figure BDA0002142617290000154
另外，μ、ν表示如下。
[算式7]
Figure BDA0002142617290000155
Figure BDA0002142617290000156
若使用上述算式，则在具有长半径a及短半径b的接触椭圆的接触部分内的任意的位置(x、y)的压力σ表示如下。
[算式8]
Figure BDA0002142617290000161
而且，最大压力σmax表示如下。
[算式9]
Figure BDA0002142617290000162
另一方面，如图12所示，由于可以认为外周面204和凸轮面304接触的状态是线接触，所以若设进行线接触的接触部分的圆周方向接触宽度为b’，则接触宽度b’及最大压力σmax’由接触部分的接触长度214的长度L及负荷载荷P表示如下。
[算式10]
Figure BDA0002142617290000163
Figure BDA0002142617290000164
在这里，在外周面204和凸轮面304进行线接触的情况下，为了使得外圈部202不在中心轴线203的方向移动，并且在接触部分中均等地承受负荷载荷P，在外周面204的端部不产生边缘应力，也可以将外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212及凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306决定成接触椭圆的长径2a成为接触长度214的长度L的1.5倍。在此情况下，为b’＝b、σmax’＝σmax。
更具体地说，如图12所示，在外周面204的圆弧形状的第一曲率半径212为Rx，凸轮面304的圆弧形状的曲率半径306为-1/Rr的情况下，由于成为曲率ρ1I＝1/r、ρ1II＝1/Rx、ρ2I＝0、ρ2II＝-1/Rr，所以能够通过〔算式2〕求出cosτ的值，若将k、K、E决定成〔算式3〕符合此值，则能够通过〔算式7〕求出μ、ν，进而，能够通过〔算式5〕求出接触椭圆的长半径a及短半径b。而且，一面变更第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr的各自的值，一面求出符合2a＝1.5L的接触椭圆的长半径a，通过使用分别具有求出了其符合的接触椭圆的长半径a的第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr的外周面204及凸轮面304，能够使得外圈部202不在中心轴线203的方向移动，进而，外圈部202及凸轮肋303能够在接触部分中均匀地承受负荷载荷P。另外，在图12中，外周面204相对于外圈部202的中心轴线203是凸面形状，凸轮面304的接触部分是沿着外周面204的凸面形状的凹面形状，但是，如图7所示，即使外周面204相对于外圈部202的中心轴线203是凹面形状，凸轮面304的接触部分是沿着外周面204的凹面形状的凸面形状，也与上述同样，能够一面变更第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr，一面求出符合2a＝1.5L的接触椭圆的长半径a。另外，在于第二曲率半径213，也能够与第一曲率半径212同样地求出。
另外，也可以假定凸轮面304是平面，一面变更假设的第一曲率半径212的Ry，一面求出符合2a＝1.5L的接触椭圆的长半径a，从求出了其符合的接触椭圆的长半径a的假设的第一曲率半径212的Ry求出第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr。在此情况下，接触部分的接触宽度b’和最大压力σmax’与〔算式10〕同样，但Σρ表示如下。
[算式11]
∑ρ＝ρ1I+ρ1II′
在这里，ρ1II’是基于假设的第一曲率半径212的Ry的曲率。由于基于假设的第一曲率半径212的Ry的Σρ和基于第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr的Σρ相同，所以表示如下。
[算式12]
Figure BDA0002142617290000181
这样，也可以更容易地求出符合2a＝1.5L的第一曲率半径212的Rx及曲率半径306的Rr。
多个轴承201的每一个也可以是辊从动件或凸轮从动件。
多个轴承201的每一个具备轴部件205、可沿着轴部件205的外周面旋转的外圈部202等，但也可以是在轴部件205和外圈部202之间包含滚针、圆筒滚子206等的滚动接触的轴承，还可以是不包含滚针、圆筒滚子206等的滑动接触的轴承。
上述记载是对特定的实施例进行的，但本发明不限于此，对本领域技术人员来说，能够在本发明的原理和附加的权利要求书的范围内进行各种变更及修正是显而易见的。
符号的说明
101：辊齿轮凸轮机构；102：旋转部件；103：旋转部件轴线；201：轴承；202：外圈部；203：中心轴线；204：外周面；205：轴部件；206：滚针、圆筒滚子；207：滚动点；208：凸缘部；209：内侧部；210：间隙；211：半径；212：第一曲率半径；213：第二曲率半径；214：外周面和凸轮面的接触长度；301：凸轮；302：凸轮轴线；303：凸轮肋；304：凸轮面；305：凸轮槽；306：曲率半径；307：凹面的深度；308：凸面的高度；309：壁厚。

Claims (10)

1.一种辊齿轮凸轮机构，该辊齿轮凸轮机构具备螺旋形状的凸轮、旋转部件和多个轴承，该螺旋形状的凸轮是可以以凸轮轴线为中心旋转的凸轮，具有凸轮肋及凸轮槽，该旋转部件可以以与前述凸轮轴线垂直的旋转部件的轴线为中心旋转，该多个轴承是沿着前述旋转部件的外周方向配置的多个轴承，可相对于前述凸轮肋进行滚动接触，其中，
前述多个轴承的每一个具备轴部件和可绕前述轴部件旋转的外圈部，
前述外圈部的外周面的至少一部分在包括前述外圈部的中心轴线在内的前述外圈部的截面中是圆弧形状，与前述外圈部的前述外周面的至少一部分接触的前述凸轮肋的接触部分在包括前述凸轮轴线在内的前述凸轮的截面中是圆弧形状，前述外圈部的前述圆弧形状被构成为沿着前述凸轮肋的前述圆弧形状，
前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径相互关联地被决定，
前述外圈部的前述圆弧形状中的前述旋转部件轴线侧的曲率半径与前述外圈部的前述圆弧形状中的前述凸轮轴线侧的曲率半径不同。
2.如权利要求1所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述外圈部的前述外周面的至少一部分相对于前述中心轴线是凸面形状，前述凸轮肋的前述接触部分是沿着前述凸面形状的凹面形状，前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径比前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径大。
3.如权利要求2所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径在从前述中心轴线到前述外周面的至少一部分为止的距离以上。
4.如权利要求1所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述外圈部的前述外周面的至少一部分相对于前述中心轴线是凹面形状，前述凸轮肋的前述接触部分是沿着前述凹面形状的凸面形状，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径比前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径大。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述凸轮肋的前述圆弧形状中的前述旋转部件轴线侧的曲率半径与前述凸轮肋的前述圆弧形状中的前述凸轮轴线侧的曲率半径不同。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，基于赋予于前述多个轴承的每一个和前述凸轮肋之间的预压、在使前述辊齿轮凸轮机构动作的期间赋予于前述多个轴承的每一个和前述凸轮肋之间的负荷载荷、及通过前述外圈部在前述中心轴线的方向移动赋予的偏载荷中的至少一个，相互关联地被决定。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述轴部件具备被构成为将前述外圈部的内侧部夹着的一对凸缘部，在前述一对凸缘部的每一个和前述外圈部的内侧部之间设置了间隙，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，以在前述多个轴承的每一个与前述凸轮肋接触时前述外圈部不在前述中心轴线的方向移动到前述间隙的宽度以上的方式相互关联地被决定。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述外圈部和前述凸轮肋能够进行线接触，前述外圈部的前述圆弧形状的曲率半径及前述凸轮肋的前述圆弧形状的曲率半径，以能够在前述凸轮肋的接触部分中均匀地承受负荷载荷的方式相互关联地被决定。
9.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述多个轴承的每一个是辊从动件或凸轮从动件。
10.如权利要求1至4中的任一项所述的辊齿轮凸轮机构，其中，前述多个轴承的每一个是滚动接触的轴承或滑动接触的轴承。
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