CN111373173A - 波动齿轮装置 - Google Patents

Abstract

在波动齿轮装置(1)中，被波动发生器(5)挠曲的挠性的外齿轮(4)以局部重叠啮合状态与挠性的内齿轮(2)啮合。从外周侧对内齿轮(2)进行支承的浮动环(25)维持局部重叠状态的啮合，并且，在能够追随内齿轮的内齿(2a)的齿线方向上的半径方向的挠曲状态而移位的浮动状态下对内齿轮(2)进行支承。能够缓和齿线方向上的各位置处的两个齿轮(2、4)的啮合状态之差。能够抑制因各部分的制作尺寸精度、组装精度而引起的波动齿轮装置的传递特性、强度特性的下降。

Description

波动齿轮装置

技术领域

本发明涉及一种波动齿轮装置，特别是涉及具备挠性的内齿轮以及挠性的外齿轮的波动齿轮装置。

背景技术

一般情况下，用作减速器等的波动齿轮装置在刚性的内齿轮的内侧配置有挠性的外齿轮，由波动发生器使得外齿轮挠曲成椭圆状而与内齿轮啮合。若利用马达等使得波动发生器旋转，则两个齿轮的啮合位置在圆周方向上移动。其结果，在两个齿轮之间产生与两个齿轮的齿数差相应地以规定的减速比而减速的相对旋转。将一个齿轮固定而不使其旋转，由此从另一个齿轮提取出减速旋转。

对于作为外齿轮而使用的杯状或者礼帽状的外齿轮而言，在其圆筒部的开口端侧形成的外齿的部分因波动发生器而挠曲成椭圆形状，外齿与正圆的作为刚体的内齿轮的内齿在椭圆形状的长轴附近啮合。长轴附近的啮合在齿线方向上不同，因杯状或者礼帽状的锥旋(coning)的影响而在开口侧较深、且在隔膜侧较浅。另外，因该啮合而使得波动齿轮装置的传递特性、强度特性受到各部分的制作尺寸精度、组装精度的大幅影响。

为了缓和该轴向上的啮合差，已知针对外齿轮的外齿沿着齿线方向而在开口侧的部分实施大幅的削端(relieving)的方法、实施齿廓修正的方法。另外，为了维持组装精度而已知有单元式的波动齿轮装置，但这还不够充分。例如，专利文献1中记载有使用了修正齿廓的波动齿轮装置，此处，还对杯状的外齿轮的锥旋进行了记载。

专利文献1：日本特开2011-144916号公报

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种波动齿轮装置，其能够改善外齿轮与内齿轮之间的齿线方向上的啮合状态。

为了解决上述课题，在本发明的波动齿轮装置中，使内齿轮为能够在半径方向上挠曲的挠性的内齿轮，使得被波动发生器挠曲成非圆形的挠性的外齿轮以局部重叠啮合状态与内齿轮啮合。另外，从外周侧对挠性的内齿轮进行支承而维持其与外齿轮的啮合状态。

即，本发明的波动齿轮装置具有：

内齿轮，其具备能够在半径方向上挠曲的挠性；

支承机构，其具备用于从外周侧对所述内齿轮进行支承的支承用内周面；

挠性的外齿轮，其同轴地配置于所述内齿轮的内侧；以及

波动发生器，其以能够相对旋转的方式嵌入于所述外齿轮的内侧，使所述外齿轮挠曲成非圆形、且将其按压于由所述支承用内周面支承的所述内齿轮，由此使得所述外齿轮相对于所述内齿轮在圆周方向上分离的多处部位啮合，

所述外齿相对于所述内齿的啮合状态是所述内齿以及所述外齿各自的节圆彼此局部重叠的局部重叠啮合状态。

在本发明中，挠性的内齿轮和挠性的外齿轮彼此以局部重叠啮合状态而啮合。齿线方向上的各位置处的两个齿轮的啮合差得到缓和。能够抑制因各部分的制作尺寸精度、组装精度而引起的波动齿轮装置的传递特性、强度特性的下降。

本发明适合用于因杯状或者礼帽状的外齿轮的被称为锥旋的挠曲而引起齿线方向上的两个齿轮的啮合状态的变化的杯型或者礼帽型的波动齿轮装置。

在杯型或者礼帽型的波动齿轮装置中，所述外齿轮是杯状或者礼帽状的外齿轮，其具备：外齿轮圆筒部，其能够在半径方向上挠曲；外齿轮隔膜，其从所述外齿轮圆筒部的一端向半径方向的外侧或者内侧延伸；以及外齿，其形成于所述外齿轮圆筒部的另一端侧的外周面部分。所述内齿轮是杯状或者礼帽状的内齿轮，其具备：内齿轮圆筒部，其能够在半径方向上挠曲；内齿轮隔膜，其从所述内齿轮圆筒部的一端向半径方向的外侧或者内侧延伸；以及内齿，其形成于所述内齿轮圆筒部的另一端侧的内周面部分。

另外，所述支承机构具有浮动环，该浮动环具备所述支承用内周面，所述支承用内周面在能够追随所述内齿的齿线方向上的各位置处的半径方向上的挠曲而移位的浮动状态下对所述内齿轮圆筒部的形成有所述内齿的内齿形成部分的外周面进行支承。基于隔着所述外齿轮而利用所述波动发生器挠曲成非圆形的所述内齿形成部分的外径，设定所述浮动环的内径。

并且，所述波动发生器以能够相对旋转的方式嵌入于所述外齿轮圆筒部的形成有所述外齿的外齿形成部分的内侧，使该外齿形成部分挠曲成非圆形、且将其按压于由所述浮动环的圆形内周面支承的所述内齿形成部分。

在本发明的波动齿轮装置中，因波动发生器而挠曲的外齿轮以局部重叠啮合状态与内齿轮啮合。从外周侧对内齿轮进行支承的浮动环维持局部重叠啮合状态，并且，在能够追随内齿轮的内齿的齿线方向上的半径方向的挠曲状态而移位的浮动状态下对内齿轮进行支承。能够使齿线方向上的各位置处的两个齿轮的啮合状态之差得到缓和。能够抑制因各部分的制作尺寸精度、组装精度而引起的波动齿轮装置的传递特性、强度特性的下降。

一般情况下，所述波动发生器使得所述外齿形成部分挠曲成椭圆形状，并在该椭圆形状的长轴方向上的两端的位置处使得所述外齿与所述内齿啮合。在该情况下，基于隔着所述外齿形成部分而利用所述波动发生器挠曲成椭圆状的所述内齿形成部分的所述外周面的长径，设定所述浮动环的所述支承用内周面的内径。通过适当地设定浮动环的内径，能够防止波动发生器的旋转扭矩升高。

为了以浮动状态对所述浮动环进行支承，所述支承机构具备环支承部。环支承部将所述浮动环的外周面的所述轴线方向上的中途的位置作为中心并以使得所述浮动环的所述轴线方向上的两侧部分能够在半径方向上移位的状态对所述浮动环进行支承。

例如，作为所述支承机构，可以使用H型截面的圆筒部件，其具备：同轴地配置的内侧圆筒和外侧圆筒；以及将所述内侧圆筒与所述外侧圆筒之间连结的圆环状腹板。在该情况下，所述圆筒部件的所述内侧圆筒是所述浮动环，所述圆筒部件的所述圆环状腹板以及所述外侧圆筒是所述环支承部。

另外，作为所述支承机构可以使用滚珠轴承。在该情况下，所述滚珠轴承的内圈是所述浮动环，所述滚珠轴承的滚珠以及外圈是所述环支承部。

并且，优选具备约束所述浮动环朝向所述轴线方向移动的弹性体。

附图说明

图1A是示出应用了本发明的波动齿轮装置的概要纵剖视图。

图1B是图1A的波动齿轮装置的概要横剖视图。

图2是示出内齿轮以及外齿轮的挠曲状态的说明图。

图3A是示出被波动发生器挠曲成椭圆形状之前的内齿轮、外齿轮的纵剖视图。

图3B是示出被波动发生器挠曲成椭圆形状的状态的内齿轮、外齿轮的包含长轴在内的截面的纵剖视图。

图3C是示出被波动发生器挠曲成椭圆形状的状态的内齿轮、外齿轮的包含短轴在内的截面的纵剖视图。

图4A是示出具备不同结构的浮动环的波动齿轮装置的例子的半剖视图。

图4B是示出波动齿轮装置的其他例子的半剖视图。

图4C是示出波动齿轮装置的其他例子的半剖视图。

图4D是示出波动齿轮装置的其他例子的半剖视图。

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。图1A是示出实施方式的波动齿轮装置的概要纵剖视图，图1B是其概要横剖视图。图2是以夸张的状态示出波动齿轮装置的各部分的挠曲状态的说明图。波动齿轮装置1具备：内齿轮2，其具备能够在半径方向上挠曲的挠性；支承机构3，其具备用于从外周侧对内齿轮2进行支承的圆形的支承用内周面3a；挠性的外齿轮4，其同轴地配置于内齿轮2的内侧；以及波动发生器5。

波动发生器5以能够相对旋转的方式嵌入于外齿轮4的内侧，使外齿轮4挠曲成非圆形并将其按压于由支承用内周面3a支承的内齿轮2，由此使得外齿轮4相对于内齿轮2在圆周方向上分离的多处部位啮合。另外，外齿轮4的外齿4a相对于内齿轮2的内齿2a的啮合状态设定为使得内齿2a以及外齿4a各自的节圆彼此局部重叠的局部重叠啮合状态。

内齿轮2是礼帽状的内齿轮。内齿轮2具备：内齿轮圆筒部11，其能够在半径方向上挠曲；圆盘状的内齿轮隔膜12，其从上述内齿轮圆筒部11的作为一端的后端向半径方向的外侧延伸；以及作为刚体的圆环状的凸台13，其是形成于内齿轮隔膜12的外周端。在内齿轮圆筒部11中，起始自作为其另一端的开口端的规定长度的圆筒部分是内齿形成部分14。在内齿形成部分14的内周面形成有内齿2a。

外齿轮4是杯状的外齿轮。外齿轮4具备：外齿轮圆筒部16，其能够在半径方向上挠曲；圆盘状的外齿轮隔膜17，其从上述外齿轮圆筒部16的作为一端的后端向半径方向的内侧延伸；以及作为刚体的圆环状的凸台18，其形成于外齿轮隔膜17的内周缘。在外齿轮圆筒部16中，起始自作为其另一端的开口端的规定长度的圆筒部分是外齿形成部分19。外齿4a形成于外齿形成部分19的外周面。

波动发生器5同轴地嵌入于外齿轮4的外齿形成部分19的内侧。波动发生器5具备作为刚体的凸轮板21、以及波动轴承22。波动轴承22装配于凸轮板21的椭圆状外周面21a与外齿轮4的外齿形成部分19的内周面19a之间。波动轴承22采用滚珠轴承。波动轴承22装配于凸轮板21的椭圆状外周面21a而挠曲成椭圆状。

根据图2可知，由挠曲成椭圆状的波动轴承22的外圈22a使得外齿轮4的外齿形成部分19挠曲成椭圆形状。另外，内齿轮2的内齿形成部分14也因外齿形成部分19而向半径方向的外侧挠曲、且整体挠曲成椭圆形状。在挠曲成椭圆形状的外齿形成部分19的长轴Lmax附近，外齿4a与内齿2a啮合。外齿4a相对于内齿2a的啮合状态设定为使得它们的啮合节圆如点划线所示那样局部重叠的局部重叠啮合状态。与此相对，在椭圆形状的短轴Lmin附近，外齿4a未与内齿2a啮合，另外，内齿形成部分14的外周面与支承机构3的支承用内周面3a略微分离。

如图1所示，从马达等输入旋转的输入轴6同轴地连结固定于凸轮板21的中心部。若利用输入轴6使得凸轮板21旋转，则外齿4a相对于内齿2a的啮合位置在圆周方向上移动。内齿2a的齿数与外齿4a的齿数不同。在两个齿轮2、4之间产生与齿数差相应的相对旋转。例如，若将内齿轮2固定而不使其旋转，则能够从外齿轮4提取出减速旋转。

接下来，支承机构3具备浮动环25。浮动环25的内周面是支承用内周面3a。浮动环25以能够追随内齿2a的齿线方向上的各位置处的半径方向上的挠曲而移位的浮动状态对内齿轮2的内齿形成部分14的外周面14a进行支承。基于隔着外齿轮4而利用波动发生器5挠曲成非圆形、在本例中为椭圆形状的内齿形成部分14的外周面的长径，设定浮动环25的支承用内周面3a的内径。

利用滚珠轴承构成本例的支承机构3。支承机构3具备：浮动环25，其作为规定宽度的内圈而发挥功能；规定宽度的外圈26；以及以能够滚动的状态装配于上述浮动环25与外圈26之间的多个滚珠27。对于作为内圈而发挥功能的浮动环25而言，在轴线1a的方向(内齿的齿线方向)上，其两端能够以滚珠中心27a的位置为中心而在半径方向上移位。换言之，浮动环25由包括外圈26以及滚珠27的环支承部支承为浮动状态。

此处，推力从外齿轮4侧作用于浮动环25。优选浮动环25不会因推力而相对于内齿形成部分14在轴线1a的方向上错动。例如，将弹性体28、例如弹性环安装于内齿形成部分14的外周面，利用弹性体28而阻止浮动环25的移动。弹性体28例如由橡胶、塑料等形成，且形成为不会妨碍内齿形成部分14的挠性的低刚性的部件。另外，可以利用未图示的固定侧的部件将外圈26保持为不会沿轴线1a的方向移动。

图3A、图3B以及图3C是示出波动齿轮装置1的内齿轮2以及外齿轮4的挠曲状态(锥旋)的说明图。图3A示出了挠曲前的状态，图3B示出了挠曲成椭圆形状的状态的包含长轴在内的截面，图3C示出了挠曲成椭圆形状的状态的包含短轴在内的截面。

如图3A所示，在装配波动发生器5之前的状态下，内齿轮2的内齿形成部分14、外齿轮4的外齿形成部分19处于正圆的状态，内齿2a和外齿4a未啮合。

如图3B所示，在包含长轴Lmax的截面上，由波动发生器5使得外齿轮4的外齿形成部分19向半径方向的外侧挠曲。挠曲量与距外齿轮隔膜17的距离相应地从外齿轮隔膜17侧朝向开口端侧增大。

隔着外齿形成部分19而利用波动发生器5使得形成有与外齿4a啮合的内齿2a的内齿形成部分14向半径方向的外侧挠曲，并将其按压于浮动环25的支承用内周面3a。浮动环25在浮动状态下从外周侧对内齿形成部分14进行支承。另外，浮动环25的支承用内周面3a对内齿形成部分14的半径方向上的挠曲进行限制，其内径设定为不会使得内齿2a与外齿4a之间的局部重叠啮合解除。

内齿形成部分14的朝向半径方向的外侧的挠曲量也与距内齿轮隔膜12的距离相应地从内齿轮隔膜12侧朝向开口端侧增大。浮动环25维持内齿2a与外齿4a之间的局部重叠啮合状态，并且，开口端侧的端部与内齿轮隔膜12侧的端部相比，追随内齿2a的挠曲状态、且以滚珠27为中心而向半径方向的外侧更大幅地移位。

因而，能够使内齿2a在追随外齿4a的挠曲状态的状态下与之啮合。即，能够缓和齿线方向上的两个齿2a、4a之间的啮合差。其结果，预紧(preload)力下降而能够增大1个齿的啮合面积，另外，能够增大圆周方向上的啮合齿数。由此，能够实现波动齿轮装置1的旋转不均(旋转电流脉动、角度传递误差)的减弱、以及两个齿轮的齿根强度以及耐磨损性的提高。

如图3C所示，在包含短轴Lmin的截面上，内齿轮2的内齿形成部分14以及外齿轮4的外齿形成部分19处于向半径方向的内侧挠曲的状态。外齿4a相对于内齿2a略微分离而未啮合。另外，内齿形成部分14的外周面相对于浮动环25的支承用内周面3a而处于略微分离的状态。

(浮动环的其他例子)

图4A是示出上述波动齿轮装置1的浮动环25的其他例子的概要半剖视图。该图所示的波动齿轮装置1A的支承机构3A由H型截面的圆筒体构成。即，支承机构3A具备：作为浮动环25A的规定宽度的内侧圆筒；规定宽度的外侧圆筒32，其以同心状将浮动环25A包围；以及圆环状的腹板(web)33，其将浮动环25A与外侧圆筒32之间连结。

支承机构3A的圆环状的腹板33以及外侧圆筒32作为将浮动环25A支承为浮动状态的环支承部而发挥功能。浮动环25A能够以腹板33的内周端部33a为中心追随内齿形成部分14的挠曲而在半径方向上移位。此外，波动齿轮装置1A的支承机构以外的结构与前述的波动齿轮装置1相同。

(内齿轮、外齿轮的其他例子)

在上述波动齿轮装置1中，内齿轮2的从内齿轮隔膜12至内齿形成部分14的距离、例如从内齿轮隔膜12至内齿形成部分14的内齿2a的齿线方向上的中心的长度，与外齿轮4的从外齿轮隔膜17至外齿形成部分19的外齿4a的中心的长度大致相同。与位于外周侧的内齿轮2的内齿轮圆筒部11的长度相比，位于内周侧的外齿轮4的外齿轮圆筒部16的长度越长，内齿2a与外齿4a之间的齿线方向上的啮合深度差越得到缓和。例如，在图4B所示的波动齿轮装置1B中，内周侧的外齿轮4B的外齿轮圆筒部16的长度设为大于内齿轮2的内齿轮圆筒部11的长度。

图4C是示出上述波动齿轮装置1的挠性的内齿轮2的其他例子的概要半剖视图。该图所示的波动齿轮装置1C的内齿轮2C具备：内齿轮圆筒部11，其具备内齿形成部分14；圆盘状的内齿轮隔膜12，其从内齿轮圆筒部11的作为一端的后端向半径方向的外侧延伸；以及作为刚体的圆环状的凸台13C。凸台13C在内齿轮隔膜12的外周缘形成为向内齿轮圆筒部11的作为另一端的开口端侧突出的状态。即，内齿轮隔膜12的后端侧的端面12a和凸台13C的后端侧的端面13a位于同一平面上。凸台13C的开口端侧的端面13b相对于内齿轮隔膜12的开口端侧的端面12b处于向开口端侧凸出的位置。此外，波动齿轮装置1C的内齿轮2C以外的结构与前述的波动齿轮装置1相同。

图4D是示出作为上述波动齿轮装置1的挠性的外齿轮4而使用礼帽状的外齿轮4D的例子的概要半剖视图。该图所示的波动齿轮装置1D的外齿轮4D具备：外齿轮圆筒部16，其具备外齿形成部分19；圆盘状的外齿轮隔膜17D，其从外齿轮圆筒部16的作为一端的后端向半径方向的外侧延伸；以及作为刚体的圆环状的凸台18D，其形成于外齿轮隔膜17D的外周缘。此外，波动齿轮装置1D的外齿轮4D以外的结构与前述的波动齿轮装置1相同。

Claims (8)

1.一种波动齿轮装置，其中，

所述波动齿轮装置具有：

内齿轮，其具备能够在半径方向上挠曲的挠性；

支承机构，其具备用于从外周侧对所述内齿轮进行支承的支承用内周面；

挠性的外齿轮，其同轴地配置于所述内齿轮的内侧；以及

波动发生器，其以能够相对旋转的方式嵌入于所述外齿轮的内侧，使所述外齿轮挠曲成非圆形、且将其按压于由所述支承用内周面支承的所述内齿轮，使得所述外齿轮相对于所述内齿轮在圆周方向上分离的多处部位啮合，

所述外齿轮的外齿相对于所述内齿轮的内齿的啮合状态是所述内齿以及所述外齿各自的节圆彼此局部重叠的局部重叠啮合状态。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，

所述内齿轮是杯状或者礼帽状的内齿轮，其具备：内齿轮圆筒部，其能够在半径方向上挠曲；内齿轮隔膜，其从所述内齿轮圆筒部的一端向半径方向的外侧或者内侧延伸；以及内齿，其形成于所述内齿轮圆筒部的另一端侧的内周面部分，

所述支承机构具有浮动环，该浮动环具备所述支承用内周面，所述支承用内周面在能够追随所述内齿的齿线方向上的各位置处的半径方向上的挠曲而移位的浮动状态下对所述内齿轮圆筒部的形成有所述内齿的内齿形成部分的外周面进行支承，

基于隔着所述外齿轮而利用所述波动发生器挠曲成非圆形的所述内齿形成部分的外径，设定所述浮动环的内径。

3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其中，

所述外齿轮是杯状或者礼帽状的外齿轮，其具备：外齿轮圆筒部，其能够在半径方向上挠曲；外齿轮隔膜，其从所述外齿轮圆筒部的一端向半径方向的外侧或者内侧延伸；以及外齿，其形成于所述外齿轮圆筒部的另一端侧的外周面部分，

所述波动发生器以能够相对旋转的方式嵌入于所述外齿轮圆筒部的形成有所述外齿的外齿形成部分的内侧，使该外齿形成部分挠曲成非圆形、且将其按压于由所述浮动环的所述支承用内周面支承的所述内齿形成部分。

4.根据权利要求3所述的波动齿轮装置，其中，

所述波动发生器使所述外齿形成部分挠曲成椭圆形状，并在该椭圆形状的长轴方向上的两端的位置处使所述外齿与所述内齿啮合，

基于隔着所述外齿形成部分而利用所述波动发生器挠曲成椭圆状的所述内齿形成部分的所述外周面的长径，设定所述浮动环的所述支承用内周面的内径。

5.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其中，

所述浮动环是在所述内齿轮的轴线方向上具有规定宽度的环，

所述支承机构具备对所述浮动环进行支承的环支承部，

所述环支承部将所述浮动环的外周面的所述轴线方向上的中途的位置作为中心、并以使得所述浮动环的所述轴线方向上的两侧部分能够在半径方向上移位的状态而对所述浮动环进行支承。

6.根据权利要求5所述的波动齿轮装置，其中，

所述支承机构是H型截面的圆筒体，其具备：同轴配置的内侧圆筒和外侧圆筒；以及将所述内侧圆筒与所述外侧圆筒之间连结的圆环状腹板，

所述圆筒体的所述内侧圆筒是所述浮动环，

所述圆筒体的所述圆环状腹板以及所述外侧圆筒是所述环支承部。

7.根据权利要求5所述的波动齿轮装置，其中，

所述支承机构具备滚珠轴承，

所述滚珠轴承的内圈是所述浮动环，

所述滚珠轴承的滚珠以及外圈是所述环支承部。

8.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其中，

所述波动齿轮装置具备约束所述浮动环朝向沿着所述内齿轮的轴线的方向移动的弹性体。

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