CN112119243A - 波动齿轮装置 - Google Patents

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Abstract

波动齿轮装置(1)的刚性的内齿齿轮(2)、柔性的外齿齿轮(3)的各个齿的齿形轮廓分别通过下述的部分来规定，即：与对方侧的齿轮啮合的啮合部分(26、36)、平滑地与啮合部分(26、36)的齿顶侧的端部相连并从该端部延伸至齿顶顶部为止的齿顶侧凸曲面部分(27、37)、以及平滑地与啮合部分的齿根侧的端部相连并从该端部延伸至齿底最深部为止的齿底侧凹曲面部分(28、38)。啮合部分以及齿顶侧凸曲面部分为：通过切削顶齿而被同时加工的加工部分。两齿轮的齿在齿顶侧不存在有边缘。在两齿(24、34)开始啮合等时能够进行顺畅的啮合、且能够抑制齿的干涉所引起的磨损。

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，涉及一种在柔性齿轮的各齿与刚性齿轮的各齿开始啮合等时能够顺畅地进行啮合的波动齿轮装置。
背景技术
作为波动齿轮装置的基本齿形，广泛应用了容易进行切齿加工的基准齿条齿形(渐开曲线齿形)。关于渐开曲线齿形的利用在专利文献1中有所提及。
一般所使用的波动齿轮装置具备：刚性的内齿齿轮、柔性的外齿齿轮、以及使外齿齿轮挠曲成椭圆形状而与内齿齿轮啮合的波动发生器。外齿齿轮的各齿通过波动发生器而在半径方向上反复以恒定振幅进行挠曲，反复进行相对于内齿齿轮而言的啮合状态、啮合脱离状态。能够以齿条近似来表示外齿齿轮相对于内齿齿轮啮合的运动轨迹。例如，在专利文献2的图7中，显示了：外齿齿轮相对于内齿齿轮而从啮合脱离状态至最深啮合状态为止的移动状态(从最深啮合状态至啮合脱离状态为止的移动状态)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭45－41171号公报
专利文献2：国际公开第2016/006102号公报
发明内容
在此，在波动齿轮装置的内齿齿轮、外齿齿轮的加工中，一般是在切齿(修齿)的前工序通过车床加工，来决定齿顶圆。即便在切齿之后还会残留有由车床加工得到的齿顶圆，齿形轮廓与齿顶圆相交叉的部分构成为边缘。形成在齿顶部分的边缘有可能会给齿轮啮合或磨损带来不良影响。特别是，在齿的啮合开始时，边缘会干涉对方侧的齿，以致无法实现顺畅的齿的啮合，有可能在齿面产生出磨损。例如，在齿的啮合开始等时，柔性的外齿齿轮因为负载而挠曲变形，有时外齿齿轮的挠曲形状会偏离设计。此时，外齿齿轮的齿顶侧的边缘就会干涉内齿齿轮的齿，从而成为磨损的原因。
本发明鉴于上述的问题，目的在于提供一种具备如下齿形的波动齿轮装置，其即便在齿开始啮合等时也能够进行顺畅的啮合且能够抑制由齿的干涉所引起的磨损的产生。
为了解决上述的课题，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，其使柔性齿轮在半径方向上挠曲而与刚性齿轮局部啮合，且伴随着旋转而使柔性齿轮相对于刚性齿轮啮合的啮合位置在刚性齿轮的圆周方向上进行移动，在上述波动齿轮装置中，刚性齿轮以及柔性齿轮的齿形轮廓(沿与齿线方向正交的正交面进行剖切的情况下的齿形截面的轮廓形状)分别通过啮合部分(啮合齿面部分)、齿顶侧凸曲面部分(由凸曲面规定出来的齿顶侧齿面部分)以及齿底侧凹曲面部分(由凹曲面规定出来的齿底侧齿面部分)来规定，上述啮合部分与对方侧的齿轮啮合，上述齿顶侧凸曲面部分平滑地与啮合齿面部分的齿顶侧的端部相连并从该齿顶侧的端部延伸至齿顶顶部为止，齿底侧凹曲面部分平滑地与啮合齿面部分的齿根侧的端部相连并从该齿根侧的端部延伸至齿底最深部为止。
在具备本发明的齿形轮廓的刚性齿轮以及柔性齿轮的加工中，使用了切削顶齿(トッピング歯切り)。在设计这些齿轮的齿形时，不存在齿顶圆，规定了到齿的顶点为止的齿形轮廓。切齿加工中所使用的滚刀(hob cutter)或插齿刀(pinion cutter)的顶齿形设计为：使用至齿的顶部为止而被规定的齿形轮廓，来作为齿顶部分。
在本发明中的齿形轮廓上，两齿轮的齿的各个齿面在齿顶侧不存在有边缘。据此，能够消除：因为柔性齿轮的挠曲变形等原因而引起边缘与对方侧的齿的齿面发生干涉这种弊病。其结果，能够实现两齿轮顺畅的啮合，还能够抑制因为两齿的干涉原因引起的磨损。此外，相比于以往那种具备平坦的齿顶面的带边缘的齿，还能够通过齿顶侧凸曲面部分来增加齿高。据此，还能够提高波动齿轮装置的棘轮扭力。
在此，当刚性齿轮以及柔性齿轮是模数m的齿轮时，以在刚性齿轮与柔性齿轮之间在最深啮合状态下形成最大0.5m的间隙Δ的方式，设定齿顶侧凸曲面部分以及齿底侧凹曲面部分。
0<Δ≤0.5m
附图说明
图1的(a)是表示本发明的实施方式所涉及的波动齿轮装置的示意性纵向截面图，(b)是表示其外齿齿轮与内齿齿轮的啮合状态的说明图。
图2的(a)是表示图1的波动齿轮装置的外齿齿轮以及内齿齿轮的齿形轮廓的说明图，(b)是表示齿条近似的齿的啮合状态的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明使用了本发明的波动齿轮装置的实施方式。图1的(a)是表示波动齿轮装置的示意性纵向截面图，图1的(b)是表示其外齿齿轮与内齿齿轮的啮合状态的说明图。
波动齿轮装置1具备：刚性的内齿齿轮2(刚性齿轮)、以同轴状态配置在内齿齿轮2的内侧的柔性的外齿齿轮3(柔性齿轮)、以及嵌合于外齿齿轮3的内侧的波动发生器4。内齿齿轮2具备：刚性的环状体21、以及形成在环状体21的圆形内周面的内齿24。外齿齿轮3呈杯形，并具备：圆筒状的主体部31、从主体部31的一端朝向半径方向的内侧延伸的圆环状的隔膜32、以及与圆环状的隔膜32的内周缘连接的圆盘状的刚性的凸台33。在主体部31的开口端侧的外周面部分形成有外齿34。内齿齿轮2与外齿齿轮3均是模数m的正齿轮，外齿34能够与内齿24啮合。
波动发生器4具备：椭圆形轮廓的刚性凸轮41、以及嵌合于刚性凸轮41的外周面的具备柔性的轨道圈的波形轴承42。如图1的(b)所示，通过波动发生器4，外齿齿轮3的主体部31的开口端侧的部分被挠曲成椭圆形。外齿34的位于椭圆形的长轴方向L1的两端位置的部分与内齿齿轮2的内齿24啮合。
例如，内齿齿轮2被固定于未图示的固定侧部件，波动发生器4通过马达等被驱动而旋转。当波动发生器4旋转时，两齿轮2、3的啮合位置在圆周方向上进行移动。两齿轮的齿数差为2n个(n为正整数)，通过该齿数差，在两齿轮之间产生：相对于波动发生器4的旋转而被大幅度减速的相对旋转。因为内齿齿轮2是被固定的，因此，外齿齿轮3进行旋转，减速旋转则被输出给与外齿齿轮3连接的未图示的负载侧。
图2的(a)是表示内齿齿轮2的内齿24以及外齿齿轮3的外齿34的齿形轮廓(沿与齿线方向正交的正交面进行剖切的情况下的齿形截面的轮廓形状)的说明图。内齿24的齿形轮廓(齿面形状)具备：与对方侧的外齿齿轮3啮合的啮合部分26(啮合齿面部分)。规定啮合部分26的齿形形状是通过在以往所采用的渐开曲线齿形、其它公知的齿形形状而被规定的。齿顶侧凸曲面部分27(由凸曲面规定出来的齿顶侧齿面部分)的一端平滑地与啮合部分26的齿顶侧的端部26a相连。齿顶侧凸曲面部分27从齿顶侧的端部26a延伸到内齿24的齿顶顶部27a为止。另一方面，齿底侧凹曲面部分28(由凹曲面规定出来的齿底侧齿面部分)的一端平滑地与啮合部分26的齿根侧的端部26b相连。齿底侧凹曲面部分28从齿根侧的端部26b延伸到内齿24的齿底最深部28a为止。
同样地，外齿34的齿形轮廓(齿面形状)具备：与对方侧的内齿24啮合的啮合部分36(啮合齿面部分)。啮合部分36是通过在以往所采用的渐开曲线齿形等齿形形状而被规定的。齿顶侧凸曲面部分37(由凸曲面规定的齿顶侧齿面部分)的一端平滑地与啮合部分36的齿顶侧的端部36a相连。齿顶侧凸曲面部分37从齿顶侧的端部36a延伸到外齿34的齿顶顶部37a为止。另一方面，齿底侧凹曲面部分38(由凹曲面规定的齿底侧齿面部分)的一端平滑地与啮合部分36的齿根侧的端部36b相连。齿底侧凹曲面部分38从齿根侧的端部36b延伸到外齿34的齿底最深部38a为止。
在本例子中，内齿24、外齿34的齿顶侧凸曲面部分27、37以及齿底侧凹曲面部分28、38是与啮合不相关的部分。原则上，可以设定为与对方侧的齿不干涉的任意的凸曲面、凹曲面。在本例子中，以在内齿24与外齿34之间在最深啮合状态下形成最大0.5m的间隙Δ的方式，分别设定：规定出齿顶侧凸曲面部分27、37的凸曲面、以及规定出齿底侧凹曲面部分28、38的凹曲面。
0<Δ≤0.5m
另外，在杯形的外齿齿轮3中，在其外齿34的齿线方向上的各位置处，半径方向上的挠曲量各不相同。外齿34的齿线方向上的各位置处的半径方向的挠曲量为2κmn(0＜κ≤1)。κ为偏差系数，m为模数，n为正整数。例如，外齿齿轮3的开口端一侧的外齿端部的半径方向上的挠曲量被设定为2mn，这是κ＝1的标准挠曲。外齿34从开口端一侧的外齿端部朝向隔膜一侧的外齿内端，其挠曲量从2mn开始渐渐减小。
在外齿34的开口端侧的外齿端部的齿正交截面中将外齿34的齿形形状设定成如上所述那样的情况下，从开口端侧的外齿端部朝向隔膜侧的外齿内端，针对于上述的齿形形状，施加与挠曲量相对应的变位。刚性的内齿齿轮2的内齿24在齿线方向上呈同一齿形形状。通过将外齿34设定成变位齿形，能够防止：在齿线方向的各位置处，由外齿相对于内齿的移动轨迹的差异而引起的两齿的干涉。
图2的(b)是以齿条近似来表示具备上述的齿形轮廓的外齿34以及内齿24的啮合状态的示意图。外齿34还重叠显示出：在平坦的齿顶面的两端附带有边缘的外齿齿形。通过使用本例子中的具备无边缘的齿面形状的外齿34、内齿24，从啮合的开始经过最深啮合状态直至啮合的脱离状态为止，两齿之间形成顺畅的啮合状态。
(其它实施方式)
上述的例子是将本发明使用于杯型的波动齿轮装置的情形。本发明同样能够使用于礼帽型的波动齿轮装置、扁平型的波动齿轮装置。另外，在上述的例子中，具备：作为刚性齿轮的内齿齿轮、以及作为柔性齿轮的外齿齿轮。相反，本发明同样能够适用于如下形式的波动齿轮装置，即：作为刚性齿轮而具备外齿齿轮，作为柔性齿轮而具备内齿齿轮，通过波动发生器，内齿齿轮从外侧挠曲成非圆形例如椭圆状，在其短轴的两端位置与外齿齿轮啮合。

Claims (4)

1.一种波动齿轮装置，其中，所述波动齿轮装置具有：
刚性齿轮；
柔性齿轮，其能够与所述刚性齿轮啮合；以及
波动发生器，其使所述柔性齿轮在半径方向上挠曲而与所述刚性齿轮局部啮合，且伴随着旋转而使所述柔性齿轮相对于所述刚性齿轮啮合的啮合位置在所述刚性齿轮的圆周方向上进行移动，
所述刚性齿轮以及所述柔性齿轮的齿形轮廓分别通过啮合部分、齿顶侧凸曲面部分以及齿底侧凹曲面部分来规定，所述啮合部分与对方侧的齿轮啮合，所述齿顶侧凸曲面部分平滑地与所述啮合齿面部分的齿顶侧的端部相连并从该齿顶侧的端部延伸至齿顶顶部为止，所述齿底侧凹曲面部分平滑地与所述啮合齿面部分的齿根侧的端部相连并从该齿根侧的端部延伸至齿底最深部为止。
2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，
所述刚性齿轮以及所述柔性齿轮是模数m的齿轮，
以在所述刚性齿轮与所述柔性齿轮之间在最深啮合状态下形成最大0.5m的间隙的方式，设定所述齿顶侧凸曲面部分以及所述齿底侧凹曲面部分。
3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其中，
所述刚性齿轮为内齿齿轮，所述柔性齿轮为以同轴状态配置在所述刚性齿轮的内侧的外齿齿轮，
所述波动发生器将所述柔性齿轮挠曲成椭圆形状，使得所述柔性齿轮相对于所述刚性齿轮形成2处所述啮合位置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的波动齿轮装置，其中，
在所述刚性齿轮以及所述柔性齿轮中的每一个，所述啮合部分以及所述齿顶侧凸曲面部分为：通过切削顶齿而被同时加工的加工部分。
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