CN110914574B - 波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

在波动齿轮装置(1)中，在与柔性的外齿齿轮(3)的内周面部分(16)接触的波动发生器(4)的外圈外周面(27)所接触的外齿齿轮的内周面部分(16)，形成有与外圈外周面(27)不接触的脱离槽(30)。脱离槽(30)形成于包含滚珠轨道槽(28)在内的区域。脱离槽(30)的槽深从槽宽方向的两侧的槽端朝向在槽宽方向的中途设置的槽最深部(34)而逐渐增加。通过设置脱离槽(30)，能够使作用于外齿齿轮(3)的波动发生器(4)的按压力在齿线方向上的分布变得平缓。能够提高外齿齿轮(3)的齿根疲劳强度、传递扭矩容量。

Description

波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及能够缓和在被波动发生器挠曲成非圆形的柔性齿轮上产生的应力的波动齿轮装置。

背景技术

典型的波动齿轮装置具有刚性的内齿齿轮、柔性的外齿齿轮以及波动发生器。利用波动发生器，外齿齿轮向半径方向挠曲，局部地与内齿齿轮啮合。如果使波动发生器进行旋转，则两齿轮的啮合位置沿圆周方向移动，在两齿轮之间发生由它们的齿数差导致的相对旋转。

波动发生器通常具有椭圆形轮廓的刚性插塞和在其外周面安装的波动轴承。波动轴承具有可以沿半径方向挠曲的外圈及内圈和在它们之间以可滚动的状态安装的多个滚珠。波动轴承安装在刚性插塞的非圆形外周面和外齿齿轮的内周面之间，将外齿齿轮和刚性插塞保持为可以相对旋转的状态。

例如，波动发生器的刚性插塞作为旋转输入要素，内齿齿轮或外齿齿轮作为减速旋转输出要素。刚性插塞一边使波动轴承以及外齿齿轮的各部分反复沿半径方向进行位移，一边旋转。波动轴承的内圈与刚性插塞一起高速旋转，其外圈与外齿齿轮一体地进行旋转。在内外圈之间插入的滚珠沿外圈及内圈的轨道面进行转动。由此，刚性插塞及外齿齿轮能够以较小的扭矩顺畅地进行相对旋转。

此外，在专利文献1中记载了具有杯子形状或礼帽形状的外齿齿轮的波动齿轮装置。在专利文献2中，记载了具有圆筒形状的外齿齿轮的扁平型波动齿轮装置。

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/092636号

专利文献2：日本特开2009-156462号公报

发明内容

在波动齿轮装置中，经由内齿齿轮和外齿齿轮的啮合部分进行扭矩传递。外齿齿轮的外齿的齿根疲劳强度是决定传递扭矩的重要因素。为了提高外齿的齿根疲劳强度，有效的是降低在齿根产生的应力。将外齿齿轮挠曲的波动发生器的按压力(滚珠载荷)在外齿的齿线方向上的滚珠中心位置处较大。如果能够使波动发生器的按压力的齿线方向上的分布变得平缓，则有利于提高外齿齿轮的齿根疲劳强度以及装置的传递扭矩容量。

鉴于这点，本发明的目的在于提供一种使波动发生器对外齿齿轮的按压力的齿线方向上的分布变得平缓而能够降低在外齿齿轮上产生的应力的波动齿轮装置。

本发明的波动齿轮装置具有：刚性齿轮；柔性齿轮，其能够与刚性齿轮啮合；以及波动发生器，其将柔性齿轮挠曲成非圆形而与刚性齿轮局部地啮合，并且使啮合位置沿圆周方向移动。波动发生器具有刚性插塞和在柔性齿轮与刚性插塞之间安装的波动轴承。另外，波动齿轮装置具有在柔性齿轮和波动轴承之间的面接触部分形成的沿圆周方向延伸的1条脱离槽。波动轴承具有一对柔性的轨道圈和在它们之间安装的多个滚珠，轨道圈中的一方是与柔性齿轮之间形成面接触部分的第1轨道圈，脱离槽形成于柔性齿轮及第1轨道圈中的至少第1轨道圈的与柔性齿轮接触的外周面。

脱离槽在面接触部分形成于与在第1轨道圈形成的滚珠轨道槽对应的区域、或者包含该区域在内的区域。脱离槽的槽宽与滚珠轨道槽的轨道宽度相同，或者比该轨道宽度宽。脱离槽的槽深从槽宽方向的两侧的槽端朝向在槽宽方向的中途设置的槽最深部而逐渐增加。

在本发明中，在柔性齿轮和波动发生器之间的面接触部分形成有规定宽度的脱离槽。通过设置脱离槽，由此在面接触部分，在包含作用于柔性齿轮的波动发生器的按压力成为最大的滚珠中心在内的区域形成彼此不接触的部分。在齿线方向上，能够使作用于外齿齿轮的按压力的分布变得平缓。其结果，能够降低在柔性齿轮的齿根部分产生的最大应力，能够提高柔性齿轮的传递扭矩容量。

在波动齿轮装置中作为刚性齿轮而具有内齿齿轮、作为柔性齿轮而具有外齿齿轮的情况下，波动发生器同轴地配置在外齿齿轮的内侧，在波动轴承的外圈的外周面和外齿齿轮的内周面之间形成面接触部分。

在扁平型波动齿轮装置的情况下，通常，波动轴承的滚珠中心位于外齿的齿线方向的中心。因此，使脱离槽的槽宽方向的中心为与滚珠中心对应的位置、并使脱离槽的槽宽为与滚珠轨道槽的宽度相同即可。另外，使脱离槽的槽深在从槽宽方向的两侧的槽端至在槽宽方向的中心设置的槽最深部之间逐渐增加。槽最深部的槽深优选小于或等于0.02mm。

在杯子形状或礼帽形状的波动齿轮装置的情况下，外齿齿轮是杯子形状或礼帽形状的外齿齿轮，其具有：圆筒状主体部；隔膜，其从该圆筒状主体部的一端沿半径方向延伸；以及外齿，其形成于圆筒状主体部的另一端、即开口端侧的外周面部分。在该形状的外齿齿轮上，因波动发生器而产生被称为锥化的挠曲。在这种情况下，有时波动轴承的滚珠中心相对于外齿的齿线方向上的中心而偏移至外齿齿轮的开口端侧。

在杯子型或礼帽型的波动齿轮装置的情况下，使脱离槽的槽宽比滚珠轨道槽的宽度宽，使脱离槽的槽端之中的开口端侧的槽端处于与滚珠轨道槽中的开口端侧的端对应的位置，使脱离槽的槽最深部位于与滚珠中心对应的位置至与外齿的有效齿宽的中心对应的位置之间。

例如，处于从与滚珠轨道槽的轨道宽度相同的宽度至其1.1倍的宽度之间的范围内，使脱离槽的槽端之中的开口端侧的槽端处于与滚珠轨道槽中的开口端侧的端对应的位置，使脱离槽的槽最深部位于从与滚珠的中心对应的位置朝向隔膜侧至距轨道宽度的0.1倍的距离的位置之间。如果这样形成脱离槽，则能够使脱离槽的槽最深部位于作用有较大的按压力的区域。在这种情况下，槽最深部的槽深也优选小于或等于0.02mm。

此外，各装置在满足上述条件的范围内，主要考虑外齿齿轮的内周面部分和外圈的外周面之间的接触面压以及纵弹性系数而决定脱离槽的宽度、深度、形状即可。

附图说明

图1A是应用了本发明的波动齿轮装置的概略端面图。

图1B是图1A的波动齿轮装置的概略纵剖视图。

图2A是表示图1B的形成有脱离槽的部分的局部放大剖视图。

图2B是表示脱离槽的另一个例子的局部放大剖视图。

图2C是表示脱离槽的又一个例子的局部放大剖视图。

图3A是表示能够应用本发明的波动齿轮装置的例子的说明图。

图3B是表示能够应用本发明的波动齿轮装置的例子的说明图。

图3C是表示能够应用本发明的波动齿轮装置的例子的说明图。

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。下面的实施方式涉及杯型波动齿轮装置。然而，本发明也同样能够应用于礼帽型波动齿轮装置及扁平型波动齿轮装置。

图1A是实施方式涉及的波动齿轮装置的概略端面图，图1B是其概略纵剖视图。如这些图所示，波动齿轮装置1具有：圆环状的刚性的内齿齿轮2(刚性齿轮)；杯子形状的柔性的外齿齿轮3(柔性齿轮)，其同轴地配置于该内齿齿轮2的内侧；以及波动发生器4，其嵌入在该外齿齿轮3的内侧。

外齿齿轮3被波动发生器4挠曲成椭圆形状。在被波动发生器4挠曲的外齿齿轮3上，在椭圆形状的长轴Lmax两端的2处，形成与内齿齿轮2啮合的啮合部分。在图1A中，由点划线包围的部分是啮合部分 5a、5b。

如果波动发生器4利用马达等(未图示)进行旋转，则两齿轮2、3 的啮合部分5a、5b沿内齿齿轮2的圆周方向进行移动。如果啮合部分 5a、5b绕行一周，则两齿轮2、3之间发生两齿轮2、3的齿数差的量的相对旋转。内齿齿轮2与外齿齿轮3之间的齿数差为2n个(n：正整数)，例如2个(n＝1)。例如，如果将内齿齿轮2固定为不旋转，则能够从外齿齿轮3侧，作为被大幅减速了的减速旋转而获取波动发生器4 的旋转。

内齿齿轮2具有大致呈矩形剖面的圆环状部件6和在该圆环状部件 6的圆形内周面形成的内齿7。外齿齿轮3具有：圆筒状主体部11，其可以沿半径方向挠曲；圆盘状的隔膜12，其从该圆筒状主体部11的后端11a向半径方向的内侧延伸；圆环状的凸台13，其是与隔膜12的内周缘连接的刚体；以及外齿14，其形成于圆筒状主体部11的开口端11b 侧的外周面部分。

波动发生器4具有：圆筒状的刚性轴毂21；刚性的波动插塞22，其安装于该刚性轴毂21的外周面；以及波动轴承23，其安装于波动插塞22的椭圆状轮廓的外周面22a。波动轴承23具有柔性的外圈24、柔性的内圈25以及在它们之间可滚动地安装的多个滚珠26。在波动插塞 22的外周面22a安装的波动轴承23的外圈外周面27被挠曲成椭圆状轮廓。在外齿齿轮3中，圆筒状主体部11的形成有外齿14的外齿形成部分15被外圈外周面27从内侧向外按压，挠曲成与轮廓形状对应的椭圆形状。

在这里，在外齿齿轮3和波动发生器4之间的面接触部分，形成有沿圆周方向延伸的1条脱离槽30。面接触部分形成在外齿齿轮3的外齿形成部分15的内周面部分16和波动发生器4的波动轴承23的外圈外周面27之间。脱离槽30形成于内周面部分16及外圈外周面27中的至少一方。在本例中，形成于外圈外周面27。

图2A是表示形成有脱离槽30的部分的局部放大剖视图。在波动轴承23中，在外圈24的内周面形成有由规定曲率的弯曲面构成的滚珠轨道槽28。滚珠轨道槽28具有恒定的轨道宽度w2。滚珠轨道槽28的宽度方向的中心与滚珠中心26a一致。

脱离槽30的槽宽w1与在外圈24形成的滚珠轨道槽28的轨道宽度 w2相同，或比其宽。在本例中，为轨道宽度w2的1.1倍的尺寸。

另外，脱离槽30的槽宽方向(外齿14的齿线方向)的两侧的槽端 31、32中外齿齿轮3的开口端11b侧的槽端32处于与滚珠轨道槽28 的开口端11b侧的端28b对应的位置。因此，在本例中，脱离槽30的另一个槽端31处于与滚珠轨道槽28的另一个端28a相距轨道宽度w2的0.1倍的距离的位置。脱离槽30的槽宽方向的中心33位于与滚珠中心26a相比靠隔膜侧的位置。

脱离槽30的槽最深部34设置于从与滚珠中心26a对应的位置至与外齿14的有效齿宽w3的中心14a对应的位置之间。在本例中，设置于从滚珠中心26a朝向隔膜侧至距轨道宽度w2的0.1倍的距离的位置之间。例如，槽最深部34位于槽宽方向的中心33。另外，槽最深部34 的槽深设定为小于或等于0.02mm。并且，脱离槽30的槽深在从槽宽方向的两侧的槽端31、32至槽最深部34之间逐渐增加。

在本例的波动齿轮装置1中，在外齿齿轮3和波动发生器4之间的面接触部分形成有脱离槽30。即，在外齿齿轮3的内周面部分16和波动轴承23的外圈外周面27之间，使包含滚珠正上方位置在内的部分彼此脱离为不接触(相分离)。能够缓和在外齿齿轮3的外齿形成部分15 处作用于滚珠正上方部分的应力。即，能够使从波动轴承23侧作用于外齿形成部分15的按压力的齿线方向上的分布变得平坦化。由此，能够使外齿14的齿面载荷分布变得平坦化，能够在齿线方向上的各位置处使外齿14与内齿7适当地啮合。有利于提高外齿齿轮3的齿根疲劳强度以及装置的传递扭矩容量。

另外，脱离槽30在外齿齿轮3的内周面部分和波动轴承的外圈外周面之间作为润滑剂积存部而发挥功能。由此，这些滑动面的润滑可靠性得到提高。

图2B是表示在外圈24侧形成有脱离槽的例子的局部放大剖视图。在这种情况下，脱离槽30A的槽宽、形状、形成范围也与脱离槽30的情况相同。如图2C所示，也可以在外齿齿轮3的内周面部分16以及外圈外周面27双方形成脱离槽30B、30C。例如，使脱离槽30B、30C为线对称的形状。此外，使各个槽最深部的槽深的合计值小于或等于 0.02mm即可。此外，在图2B、2C中，对图2A中的对应的部位标注相同的标号。

[其他实施方式]

在图3A、3B、3C中示出了能够应用本发明的波动齿轮装置。图3A 中示出的波动齿轮装置120在最内侧配置有刚性的外齿齿轮122(刚性齿轮)。以呈同心状包围外齿齿轮122的状态，配置有圆环状的柔性的内齿齿轮123(柔性齿轮)。以呈同心状包围内齿齿轮123的状态，配置有环状的波动发生器124。内齿齿轮123被波动发生器124挠曲成椭圆状。在被波动发生器124挠曲的内齿齿轮123中，在椭圆形状的短轴 Lmin两端的2处，形成与外齿齿轮122的啮合部分125a、125b。

波动发生器124具有圆环状的刚性凸轮板126和在其内侧安装的波动轴承127。此外，在图示的例子中，波动轴承127的外圈与刚性凸轮板126一体形成。例如，如果将波动发生器124利用马达等旋转驱动源进行旋转，将外齿齿轮122固定为不旋转，则两齿轮122、123的啮合位置沿周向移动，在两齿轮之间发生与两齿轮的齿数差对应的相对旋转。能够从内齿齿轮123获取该旋转。

在波动轴承127的内圈128的内周面128a和柔性的内齿齿轮123 的外周面部分123a之间的面接触部分形成脱离槽130。脱离槽130形成于内周面128a、外周面部分123a、或者双方。

在图3B中示出的波动齿轮装置140具有：刚性的内齿齿轮142(刚性齿轮)；柔性的外齿齿轮143(柔性齿轮)，其配置于该内齿齿轮142 的内侧；以及非圆形轮廓的波动发生器144，其嵌入在该外齿齿轮143 的内侧。外齿齿轮143的形成有外齿的部分被波动发生器144挠曲成非圆形。

波动发生器144具有非圆形轮廓的刚性凸轮板146和在其外周安装的波动轴承147。刚性凸轮板146的非圆形外周面146a由相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的多处内接的闭合曲线所规定。在本例中，非圆形外周面146a为三叶形状(3瓣形状)，由相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的3处内接的闭合曲线所规定。也能够利用相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的大于或等于4处的多处内接的闭合曲线来规定非圆形外周面。

利用该形状的波动发生器144，外齿齿轮143被挠曲成沿该波动发生器144的非圆形轮廓的形状，在120°的角度间隔的3处，形成有与内齿齿轮142的啮合部分145a、145b、145c。

波动发生器144与马达轴等高速旋转输入轴连结。如果波动发生器 144进行旋转，则两齿轮142、143的啮合位置沿圆周方向进行移动，在两齿轮142、143之间发生由它们的齿数差导致的相对旋转。例如，内齿齿轮142被固定为不旋转，外齿齿轮143与负载侧的部件连结，从外齿齿轮143获取减速旋转而传递至负载侧的部件。这种情况下的两齿轮 142、143的齿数差设定为3n个(n为正整数)。

在波动发生器144的波动轴承147的外圈148的外周面148a和柔性的外齿齿轮143的内周面部分143a之间的面接触部分形成脱离槽 150。脱离槽150形成于外周面148a、内周面部分143a、或者双方。

在图3C示出的波动齿轮装置160中，柔性的内齿齿轮163(柔性齿轮)配置于刚性的外齿齿轮162(刚性齿轮)的外侧，在内齿齿轮163 的外周侧配置有具有非圆形轮廓的内周面的波动发生器164。

波动发生器164具有具备非圆形内周面166a的刚性凸轮板166和在该非圆形内周面166a安装的波动轴承167。刚性凸轮板166的非圆形内周面166a由相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的多处外切的闭合曲线所规定。在本例中，非圆形内周面166a为三叶形状(3瓣形状)，由相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的3处外切的闭合曲线所规定。也可以利用相对于正圆可以沿其圆周方向在等间隔的大于或等于4 处的多处外切的闭合曲线来规定非圆形内周面。

利用该形状的波动发生器164，内齿齿轮163被挠曲成沿该波动发生器164的非圆形轮廓的形状，在120°的角度间隔的3处，形成有与外齿齿轮162的啮合部分165a、165b、165c。例如，如果将波动发生器 164利用马达等旋转驱动源进行旋转，并将外齿齿轮162固定为不旋转，则两齿轮162、163的啮合位置沿周向移动，在两齿轮之间发生与两齿轮的齿数差对应的相对旋转。能够从内齿齿轮163获取该旋转。这种情况下的两齿轮162、163的齿数差设定为3n个(n为正整数)。

在波动发生器164的波动轴承167的内圈168的内周面168a和柔性的内齿齿轮163的外周面部分163a之间的面接触部分形成脱离槽 170。脱离槽170形成于内周面168a、外周面部分163a、或者双方。

Claims (5)

1.一种波动齿轮装置，其具有：

刚性齿轮；

柔性齿轮，其能够与所述刚性齿轮啮合；

波动发生器，其具有刚性插塞和在所述柔性齿轮与所述刚性插塞之间安装的波动轴承，以便将所述柔性齿轮挠曲成非圆形而与所述刚性齿轮局部地啮合，并且使啮合位置沿圆周方向移动；以及

1条脱离槽，其形成在所述柔性齿轮和所述波动轴承之间的面接触部分，沿圆周方向延伸，

所述波动轴承具有一对柔性的轨道圈和在它们之间安装的多个滚珠，所述轨道圈中的一方是与所述柔性齿轮之间形成所述面接触部分的第1轨道圈，

所述脱离槽形成于所述柔性齿轮和所述第1轨道圈中的至少所述第1轨道圈的与所述柔性齿轮接触的外周面，

所述脱离槽在所述面接触部分形成于与在所述第1轨道圈形成的滚珠轨道槽对应的区域，

所述脱离槽的槽宽与所述滚珠轨道槽的轨道宽度相同，

所述脱离槽的槽深从槽宽方向的两侧的槽端朝向在所述槽宽方向的中途设置的槽最深部而逐渐增加，

所述刚性齿轮是内齿齿轮，

所述柔性齿轮是在所述内齿齿轮的内侧同轴地配置的外齿齿轮，

所述波动发生器同轴地配置在所述外齿齿轮的内侧，

所述第1轨道圈是外圈，

所述面接触部分形成在所述柔性齿轮的内周面和所述第1轨道圈的外周面之间，

所述外齿齿轮是圆筒形状的外齿齿轮，

所述脱离槽的所述槽宽方向的中心处于与所述滚珠轨道槽的宽度方向的中心对应的位置，

所述脱离槽的槽深在从所述槽宽方向的两侧的所述槽端至在所述槽宽方向的中心设置的所述槽最深部之间逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，

所述槽最深部的槽深小于或等于0.02mm。

3.一种波动齿轮装置，其具有：

刚性齿轮；

柔性齿轮，其能够与所述刚性齿轮啮合；

波动发生器，其具有刚性插塞和在所述柔性齿轮与所述刚性插塞之间安装的波动轴承，以便将所述柔性齿轮挠曲成非圆形而与所述刚性齿轮局部地啮合，并且使啮合位置沿圆周方向移动；以及

1条脱离槽，其形成在所述柔性齿轮和所述波动轴承之间的面接触部分，沿圆周方向延伸，

所述波动轴承具有一对柔性的轨道圈和在它们之间安装的多个滚珠，所述轨道圈中的一方是与所述柔性齿轮之间形成所述面接触部分的第1轨道圈，

所述脱离槽形成于所述柔性齿轮和所述第1轨道圈中的至少所述第1轨道圈的与所述柔性齿轮接触的外周面，

所述脱离槽在所述面接触部分形成于包含与在所述第1轨道圈形成的滚珠轨道槽对应的区域在内的区域，

所述脱离槽的槽宽比所述滚珠轨道槽的轨道宽度宽，

所述脱离槽的槽深从槽宽方向的两侧的槽端朝向在所述槽宽方向的中途设置的槽最深部而逐渐增加，

所述刚性齿轮是内齿齿轮，

所述柔性齿轮是在所述内齿齿轮的内侧同轴地配置的外齿齿轮，

所述波动发生器同轴地配置在所述外齿齿轮的内侧，

所述第1轨道圈是外圈，

所述面接触部分形成在所述柔性齿轮的内周面和所述第1轨道圈的外周面之间，

所述外齿齿轮是杯子形状或礼帽形状的外齿齿轮，其具有：圆筒状主体部；隔膜，其从该圆筒状主体部的一端沿半径方向延伸；以及外齿，其形成于所述圆筒状主体部的另一端、即开口端侧的外周面部分，

所述脱离槽的所述槽端中的所述开口端侧的所述槽端处于与所述滚珠轨道槽的所述开口端侧的端对应的位置，

所述脱离槽的所述槽最深部位于与所述滚珠的中心对应的位置至所述外齿齿轮的外齿的有效齿宽的中心之间。

4.根据权利要求3所述的波动齿轮装置，其中，

所述脱离槽的所述槽宽小于或等于所述滚珠轨道槽的所述轨道宽度的1.1倍，

所述脱离槽的所述槽端中的所述开口端侧的所述槽端处于与所述滚珠轨道槽的所述开口端侧的端对应的位置，

所述脱离槽的所述槽最深部位于从与所述滚珠的中心对应的位置朝向所述隔膜侧至距所述轨道宽度的0.1倍的距离的位置之间。

5.根据权利要求3所述的波动齿轮装置，其中，

所述槽最深部的槽深小于或等于0.02mm。

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