CN113090715A - 挠曲啮合式齿轮装置 - Google Patents

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吉田真司
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Abstract

本发明的目的在于抑制成本的增加并且抑制纵摇的产生。本发明的挠曲啮合式齿轮装置(1)具备：起振体(10A)；外齿轮(30)，被起振体(10A)挠曲变形；及第1内齿轮(31G)及第2内齿轮(32G)，与外齿轮(30)啮合。第1内齿轮(31G)的齿数与外齿轮(30)的齿数不同，第2内齿轮(32G)的齿数与外齿轮(30)的齿数相同。第1内齿轮(31G)与外齿轮(30)啮合的第1啮合部(51)具有比第2内齿轮(32G)与外齿轮(30)啮合的第2啮合部(52)的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。

Description

挠曲啮合式齿轮装置
本申请主张基于2020年1月8日申请的日本专利申请第2020-001141号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考而援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种挠曲啮合式齿轮装置。
背景技术
以往，已知有一种挠曲变形的外齿轮与并排设置的第1内齿轮及第2内齿轮啮合的所谓的筒型的挠曲啮合式齿轮装置(例如，参考专利文献1)。起振体轴经由起振体轴承内嵌于外齿轮，外齿轮通过起振体轴在内侧进行旋转而挠曲变形。第1内齿轮的齿数与外齿轮的齿数不同，且第1内齿轮固定于装置。另一方面，第2内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同，且从该第2内齿轮输出减速后的旋转。
专利文献1：日本特开2011-112214号公报
在上述以往的挠曲啮合式齿轮装置中，有时在各齿轮中产生纵摇。此时，只要提高各齿轮的耐纵摇特性即可，但这会导致成本的增加。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于抑制成本的增加并且抑制纵摇的产生。
本发明所涉及的挠曲啮合式齿轮装置具备：起振体；外齿轮，被所述起振体挠曲变形；及第1内齿轮及第2内齿轮，与所述外齿轮啮合，
所述第1内齿轮的齿数与所述外齿轮的齿数不同，所述第2内齿轮的齿数与所述外齿轮的齿数相同，其中，
所述第1内齿轮与所述外齿轮啮合的第1啮合部具有比所述第2内齿轮与所述外齿轮啮合的第2啮合部的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
根据本发明，能够抑制成本的增加并且能够抑制纵摇的产生。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置的剖视图。
图2是表示第1内齿轮和第2内齿轮的齿面压力及膜厚比的分布的分析结果的图。
图3是本实施方式的变形例中的第1啮合部及第2啮合部的放大剖视图。
图4是本实施方式的另一变形例中的第1啮合部及第2啮合部的放大剖视图。
图5是本实施方式的又一变形例中的第1啮合部及第2啮合部的放大剖视图。
图6是本实施方式的又一变形例中的第1啮合部及第2啮合部的放大剖视图。
图中：1-挠曲啮合式齿轮装置，10-起振体轴，10A-起振体，30-外齿轮，30A-第1外齿轮部，30B-第2外齿轮部，31-第1内齿轮部件，31G-第1内齿轮，32-第2内齿轮部件，32G-第2内齿轮，51-第1啮合部，52-第2啮合部，60-V型环，61-唇部，302-凹槽，O1-旋转轴。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[挠曲啮合式齿轮装置的整体结构]
图1是表示本发明所涉及的挠曲啮合式齿轮装置1的剖视图。
如图1所示，挠曲啮合式齿轮装置1为筒型的挠曲啮合式齿轮装置，其具备起振体轴10、外齿轮30、第1内齿轮31G、第2内齿轮32G、起振体轴承12、外壳33、第1罩体34及第2罩体35。
起振体轴10为以旋转轴O1为中心进行转动的空心筒状的轴，其具有与旋转轴O1垂直的截面的外形为非圆形(例如，椭圆形)的起振体10A、设置于起振体10A的轴向上的两侧的轴部10B、10C。椭圆形并不只限定于几何学严格意义上的椭圆，其还包括大致椭圆。轴部10B、10C为与旋转轴O1垂直的截面的外形为圆形的轴。
另外，在以下说明中，将沿旋转轴O1的方向称为“轴向”，将与旋转轴O1垂直的方向称为“径向”，将以旋转轴O1为中心的旋转方向称为“周向”。并且，将轴向上的与外部的被驱动部件连结在一起且向该被驱动部件输出减速后的运动的一侧(图中的左侧)称为“输出侧”，将与输出侧相反的一侧(图中的右侧)称为“输出相反侧”。
外齿轮30为具有挠性并且以旋转轴O1作为中心的圆筒状的部件，且在其外周设置有齿。
第1内齿轮31G及第2内齿轮32G以旋转轴O1为中心在起振体轴10的周围进行旋转。其中，第1内齿轮31G通过在第1内齿轮部件31的内周部的相应部位设置内齿而构成。第2内齿轮32G通过在第2内齿轮部件32的内周部的相应部位设置内齿而构成。
第1内齿轮31G及第2内齿轮32G在轴向上排列设置，且与外齿轮30啮合。其中，第1内齿轮31G与外齿轮30的比轴向上的中央更靠输出相反侧的齿部啮合，这些啮合部分构成第1啮合部51。另一方面，第2内齿轮32G与外齿轮30的比轴向上的中央更靠输出侧的齿部啮合，这些啮合部分构成第2啮合部52。
并且，第1内齿轮31G的齿数设为与外齿轮30的齿数不同，第2内齿轮32G的齿数设为与外齿轮30的齿数相同。
起振体轴承12例如为滚子轴承，且其配置于起振体10A与外齿轮30之间。起振体10A与外齿轮30经由起振体轴承12能够相对旋转。
起振体轴承12具有：外圈12a，其嵌入于外齿轮30的内侧；多个滚动体(辊)12b；及保持器12c，其保持多个滚动体12b。
多个滚动体12b具有：第1组滚动体12b，其配置于第1内齿轮31G的径向内侧且沿周向排列；及第2组滚动体12b，其配置于第2内齿轮32G的径向内侧且沿周向排列。这些滚动体12b以起振体10A的外周面及外圈12a的内周面为滚动面而进行滚动。关于外圈12a，对应于多个滚动体12b的排列而在轴向上排列设置有两个相同形状的外圈。另外，起振体轴承12也可以具有与起振体10A分体的内圈。
在起振体轴承12及外齿轮30的轴向上的两侧设置有与它们抵接而限制它们沿轴向移动的间隔圈41、42作为限制部件。
外壳33与第1内齿轮部件31连结在一起，且覆盖第2内齿轮32G的外径侧。外壳33具有形成于其内周部的主轴承38(例如，交叉滚子轴承)的外圈部，外壳33经由该主轴承38将第2内齿轮部件32支承为旋转自如。并且，在将挠曲啮合式齿轮装置1连接于外部的对象装置时，将外壳33及第1内齿轮部件31一同紧固连结于对象装置(与被驱动部件不同的固定部件)。
第1罩体34与第1内齿轮部件31连结在一起，第1罩体34从轴向上的输出相反侧覆盖外齿轮30与第1内齿轮31G之间的啮合部位。在第1罩体34与起振体轴10的轴部10B之间配置有第1轴承36(例如，球轴承)，第1罩体34经由该第1轴承36将起振体轴10支承为旋转自如。
第2罩体35与第2内齿轮部件32连结在一起，第2罩体35从轴向上的输出侧覆盖外齿轮30与第2内齿轮32G之间的啮合部位。第2罩体35及第2内齿轮部件32与输出减速后的运动的对象装置(被驱动部件)连结。在第2罩体35与起振体轴10的轴部10C之间配置有第2轴承37(例如，球轴承)，第2罩体35经由该第2轴承37将起振体轴10支承为旋转自如。
而且，挠曲啮合式齿轮装置1具备密封用的油封43、44、45及O型环46、47、48。
油封43配置在轴向上的输出相反侧端部的起振体轴10的轴部10B与第1罩体34之间，其抑制润滑剂向输出相反侧流出。油封44配置在轴向上的输出侧端部的起振体轴10的轴部10C与第2罩体35之间，其抑制润滑剂向输出侧流出。油封45配置于外壳33与第2内齿轮部件32之间，其抑制润滑剂从该部分流出。
O型环46设置于第1内齿轮部件31与第1罩体34之间，O型环47设置于第1内齿轮部件31与外壳33之间，O型环48设置于第2内齿轮部件32与第2罩体35之间，从而抑制润滑剂从它们之间流出。
即，润滑剂(例如，润滑脂)封入于被油封43～45及O型环46～48密封的挠曲啮合式齿轮装置1内部的密封空间S内。
[啮合部的耐纵摇特性]
接着，对第1啮合部51及第2啮合部52的耐纵摇特性进行说明。
图2是表示对规定负载下的第1内齿轮31G和第2内齿轮32G的齿面压力及膜厚比的分布进行分析的结果的图。图3是本实施方式的变形例中的第1啮合部51及第2啮合部52的放大剖视图，图4～图6是本实施方式的其他变形例中的第1啮合部51及第2啮合部52的放大剖视图。
另外，以下将第1啮合部51及第2啮合部52中的与对象装置的固定部件连结的一侧的第1啮合部51称为“固定侧”，将与被驱动部件连结的一侧的第2啮合部52称为“输出侧”。
在第1啮合部51与第2啮合部52的纵摇特性相同的以往的挠曲啮合式齿轮装置中，第1啮合部51和第2啮合部52中的纵摇的产生情况不同，固定侧的第1啮合部51比输出侧的第2啮合部52更容易产生纵摇。
经过分析，本发明人等认为该纵摇的产生情况不同是由齿面压力与膜厚比之间的关系引起的。膜厚比是表示油膜厚度与齿面的表面粗糙度之比的指标。
即，如图2所示，若对固定侧的第1内齿轮31G与输出侧的第2内齿轮32G中的齿面压力及膜厚比的分布进行对比，则在输出侧的第2内齿轮32G中，齿面压力的数值较大，但该部位的膜厚比较大。相比之下，在固定侧的第1内齿轮31G中，齿面压力高的部位的膜厚比较小。可以认为，这种齿面压力及膜厚比的分布在固定侧与输出侧不同起因于内齿与外齿之间有无齿数差(固定侧存在齿数差，输出侧则不存在齿数差)。其结果，可以认为，固定侧的第1内齿轮31G(第1啮合部51)相对于输出侧的第2内齿轮32G(第2啮合部52)更容易产生纵摇。
因此，本实施方式构成为固定侧的第1啮合部51具有比输出侧的第2啮合部52的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
具体而言，第1啮合部51的第1内齿轮31G具有比第2啮合部52的第2内齿轮32G的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
作为这种结构，例如，只要将第1内齿轮31G的齿面的表面粗糙度和第2内齿轮32G的齿面的表面粗糙度设为不同且使第1内齿轮31G的齿面的表面粗糙度比第2内齿轮32G的齿面的表面粗糙度更小即可。这只需改变第1内齿轮31G和第2内齿轮32G中的精加工或精加工的精度即可实现。例如，只需区分为是否进行喷丸硬化等精加工或将处理时长设为不同即可。具体而言，对第1内齿轮31G实施喷丸硬化而对第2内齿轮32G则不实施喷丸硬化，或将第1内齿轮31G的精加工处理时间设为比第2内齿轮32G的精加工处理时间更长。由此，能够抑制第1内齿轮31G的纵摇，并且能够抑制第2内齿轮32G的精加工成本。
或者，也可以将第1内齿轮31G和第2内齿轮32G中的齿轮精度设为不同以便比第2内齿轮32G更精确地对第1内齿轮31G进行加工(即，良好地啮合)。设为不同的齿轮精度的种类并不受特别限定，例如，可列举出单齿距误差。这只需在第1内齿轮31G和第2内齿轮32G中例如改变加工机械或改变加工机械的设定(注重速度还是注重精度)或改变切齿刀具的寿命管理(新工具的加工精度更高)等即可。由此，能够抑制第1内齿轮31G的纵摇，并且能够抑制第2内齿轮32G的加工成本。
另外，在本实施方式中，外齿轮30的与第1内齿轮31G啮合的齿部及与第2内齿轮32G啮合的齿部作为同一个齿轮而形成为一体。因此，外齿轮30的与第1内齿轮31G啮合的齿部及与第2内齿轮32G啮合的齿部的齿面的表面粗糙度及齿轮精度等耐纵摇特性相同。
但是，也可以改变外齿轮30的耐纵摇特性以使第1啮合部51具有比第2啮合部52的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。即，例如，如图3所示，只要在外齿轮30的轴向上的中央的外周面上形成遍及整周的凹槽301并且将比该凹槽301更靠输出相反侧的齿部(第1外齿轮部30A)和比该凹槽301更靠输出侧的齿部(第2外齿轮部30B)形成为不同的耐纵摇特性即可。即，只要与上述第1内齿轮31G及第2内齿轮32G相同地将与第1内齿轮31G啮合的第1外齿轮部30A形成为具有比与第2内齿轮32G啮合的第2外齿轮部30B的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性即可。具体而言，只要使齿面的表面粗糙度及齿轮精度中的至少一个在第1外齿轮部30A和第2外齿轮部30B之间不同即可。
在该情况下，第1内齿轮31G和第2内齿轮32G的耐纵摇特性可以如上所述设为第1啮合部51更高或者两者相同。
并且，也可以使涂布于第1啮合部51的润滑剂和涂布于第2啮合部52的润滑剂不同。具体而言，只要涂布于第1啮合部51的润滑剂使用基础油粘度比涂布于第2啮合部52的润滑剂的基础油粘度更高的润滑剂或添加了耐纵摇特性更高的极压添加剂的润滑剂即可。或者，也可以仅在涂布于第1啮合部51的润滑剂中添加极压添加剂。
在该情况下，如图4所示，优选在第1啮合部51与第2啮合部52之间配置抑制润滑剂流通的V型环(端面密封件)60。具体而言，在外齿轮30的轴向上的中央的外周面上形成遍及整周的凹槽302，并使比该凹槽302更靠输出相反侧的齿部(第1外齿轮部30A)与第1内齿轮31G啮合，使输出侧的齿部(第2外齿轮部30B)与第2内齿轮32G啮合。然后，在凹槽302内配置V型环60。V型环60配置成，其内周部遍及周向上的整周而紧贴于凹槽302的底部，其唇部61与第2内齿轮部件32的端面(输出相反侧的侧面)接触。由此，能够抑制润滑剂在第1啮合部51与第2啮合部52之间流通，能够在第1啮合部51和第2啮合部52中使用彼此不同的润滑剂。
另外，V型环60只要能够抑制润滑剂在第1啮合部51与第2啮合部52之间流通即可，由唇部61进行密封的一侧并不受特别限定。例如，如图5所示，唇部61也可以与第1内齿轮部件31的端面接触，如图6所示，唇部61还可以与第1内齿轮部件31的端面及第2内齿轮部件32的端面这两个端面接触。
并且，使用不同的润滑剂的结构可以与上述的使第1内齿轮31G的耐纵摇特性和第2内齿轮32G的耐纵摇特性不同的结构及使耐纵摇特性在外齿轮30(第1外齿轮部30A和第2外齿轮部30B)中不同的结构并用。
[挠曲啮合式齿轮装置的减速动作]
接着，对挠曲啮合式齿轮装置1的减速动作进行说明。
若起振体轴10通过马达等驱动源的驱动而旋转，则起振体10A的运动传递至外齿轮30。此时，外齿轮30的形状被限制为顺应起振体10A的外周面，由此，从轴向观察时，外齿轮30挠曲成具有长轴部分及短轴部分的椭圆形形状。而且，外齿轮30通过长轴部分与被固定的第1内齿轮31G啮合。因此，外齿轮30不会以与起振体10A相同的转速进行旋转，起振体10A在外齿轮30的内侧进行相对旋转。而且，伴随该相对旋转，外齿轮30以其长轴位置及短轴位置沿周向移动的方式挠曲变形。该变形的周期与起振体轴10的旋转周期成比例。
在外齿轮30挠曲变形时，其长轴位置移动，因此，外齿轮30与第1内齿轮31G之间的啮合位置在旋转方向上发生变化。在此，例如，若将外齿轮30的齿数设为100且将第1内齿轮31G的齿数设为102，则啮合位置每转一周，外齿轮30与第1内齿轮31G的啮合齿会错开，使得外齿轮30进行旋转(自转)。在齿数设定为上述齿数的情况下，起振体轴10的旋转运动以100:2的减速比减速后传递至外齿轮30。
另一方面，由于外齿轮30还与第2内齿轮32G啮合，因此通过起振体轴10的旋转，外齿轮30与第2内齿轮32G的啮合位置也在旋转方向上发生变化。在此，若将第2内齿轮32G的齿数设为与外齿轮30的齿数相同，则外齿轮30与第2内齿轮32G不会相对旋转，外齿轮30的旋转运动以1:1的减速比传递至第2内齿轮32G。由此，起振体轴10的旋转运动以100:2的减速比减速后传递至第2内齿轮部件32及第2罩体35，接着该旋转运动输出至被驱动部件。
在此，在挠曲啮合式齿轮装置1中，固定侧的第1啮合部51具有比输出侧的第2啮合部52的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。因此，虽然第1啮合部51比第2啮合部52更容易产生纵摇，但其结果能够很好地抑制第1啮合部51中产生纵摇。
[本实施方式的技术效果]
如上所述，根据本实施方式，第1内齿轮31G与外齿轮30以不同的齿数啮合的第1啮合部51具有比第2内齿轮32G与外齿轮30以相同的齿数啮合的第2啮合部52的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
由此，在比第2啮合部52更容易产生纵摇的第1啮合部51中，能够很好地抑制纵摇的产生。因此，能够使齿数差彼此不同的第1啮合部51和第2啮合部52中的纵摇的产生概率均衡化。而且，关于耐纵摇特性，能够避免不需要的设计。即，无需使纵摇的产生可能性相对低的第2啮合部52超规格，能够省略加工处理，或能够缩短处理时间，或可以使用廉价的润滑剂等，能够抑制成本的增加。
[其他]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不只限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，固定侧的第1啮合部51比输出侧的第2啮合部52更容易产生纵摇。但是，如上所述，纵摇的产生概率与齿数的关系相关。即，以不同的齿数啮合的啮合部比以相同齿数啮合的啮合部更容易产生纵摇。因此，在输出侧的啮合部以不同的齿数啮合且固定侧的啮合部以相同的齿数(或更少的齿数差)啮合的情况下，可以认为输出侧的啮合部更容易产生纵摇。因此，在该情况下，需要将输出侧的啮合部的耐纵摇特性设为比固定侧的耐纵摇特性更高。
此外，在上述实施方式中示出的细节部分能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行适当变更。

Claims (8)

1.一种挠曲啮合式齿轮装置，其具备：起振体；外齿轮，被所述起振体挠曲变形；及第1内齿轮及第2内齿轮，与所述外齿轮啮合，
所述第1内齿轮的齿数与所述外齿轮的齿数不同，所述第2内齿轮的齿数与所述外齿轮的齿数相同，其中，
所述第1内齿轮与所述外齿轮啮合的第1啮合部具有比所述第2内齿轮与所述外齿轮啮合的第2啮合部的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
2.根据权利要求1所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
所述第1内齿轮具有比所述第2内齿轮的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
3.根据权利要求2所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
所述第1内齿轮的齿面的表面粗糙度与所述第2内齿轮的齿面的表面粗糙度不同。
4.根据权利要求2或3所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
所述第1内齿轮的齿轮精度与所述第2内齿轮的齿轮精度不同。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
所述外齿轮具有：第1外齿轮部，与所述第1内齿轮啮合；及第2外齿轮部，与所述第2内齿轮啮合，
所述第1外齿轮部的耐纵摇特性与所述第2外齿轮部的耐纵摇特性相同。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
所述外齿轮具有：第1外齿轮部，与所述第1内齿轮啮合；及第2外齿轮部，与所述第2内齿轮啮合，
所述第1外齿轮部具有比所述第2外齿轮部的耐纵摇特性更高的耐纵摇特性。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
涂布于所述第1啮合部的润滑剂与涂布于所述第2啮合部的润滑剂不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的挠曲啮合式齿轮装置，其中，
从所述第2内齿轮输出减速后的旋转，且所述第2内齿轮连结于被驱动部件。
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