CN113446361A - 偏心摆动型齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够扩大空心部的偏心摆动型齿轮装置。偏心摆动型齿轮装置(100)具备内齿轮(16)、外齿轮(14)、使外齿轮(14)摆动的偏心体、配置于外齿轮(14)的轴向上的侧部的轮架及在从轮架的中心偏移的位置上与轮架连结并且贯穿外齿轮的多个内销(32)。内销(32)的节圆直径(Dp)与外齿轮(14)的齿顶直径(De)之比(节圆直径(Dp)/齿顶直径(De))为0.77～0.85，内销(32)的直径(Dq)与外齿轮(14)的齿顶直径(De)之比(内销直径(Dq)/齿顶直径(De))为0.06～0.10，内销(32)在内销(32)的节圆圆周上所占比例(即，内销占有率)为0.25以上。

Description

偏心摆动型齿轮装置

本申请主张基于2020年3月25日申请的日本专利申请第2020-054601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

本发明涉及一种偏心摆动型齿轮装置。

背景技术

已知有一种对输入至输入轴的旋转进行减速的偏心摆动型减速机。本申请人通过专利文献1公开了具备通过输入轴的旋转而进行摆动的外齿轮及与外齿轮内啮合的内齿轮的偏心摆动型减速机。该输入轴为具有大径的中空部的空心轴。

专利文献1：日本特开2013-124730号公报

在减速机中，电缆及用于输送空气的管道等(以下，称为“配线”)穿过空心部。为了在配线与空心部之间留有富余的间隙，优选空心部较大。但是，若在减速机的外径恒定的条件下扩大空心部，则可能会导致减速机的强度下降。

发明内容

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种能够扩大空心部的偏心摆动型齿轮装置。

为了解决上述课题，本发明的一种实施方式提供一种偏心摆动型齿轮装置，其具备内齿轮、外齿轮、使外齿轮摆动的偏心体、配置于外齿轮的轴向上的侧部的轮架及在从轮架的中心偏移的位置上与轮架连结并且贯穿外齿轮的多个内销，在该偏心摆动型齿轮装置中，内销的节圆直径与外齿轮的齿顶直径之比(节圆直径/齿顶直径)为0.77～0.85，内销的直径与外齿轮的齿顶直径之比(内销直径/齿顶直径)为0.06～0.10，内销在内销的节圆圆周上所占比例(即，内销占有率)为0.25以上。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件或表现在方法、系统等之间互相替换的方式也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，提供一种能够扩大空心部的偏心摆动型齿轮装置。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的偏心摆动型齿轮装置的侧视剖视图。

图2是图1的偏心摆动型齿轮装置的A-A线剖视图。

图3是图1的偏心摆动型齿轮装置的外齿轮的放大图。

图4是用于说明图1的偏心摆动型齿轮装置的各部的尺寸的图。

图5是表示图1的偏心摆动型齿轮装置的部件的应力特性的第1图。

图6是表示图1的偏心摆动型齿轮装置的部件的应力特性的第2图。

图7是表示图1的偏心摆动型齿轮装置的部件的应力特性的第3图。

图中：12-输入轴，12a-偏心部，14-外齿轮，14b-齿根，14c-中心孔，14d-节圆，14e-齿顶，14h-内销孔，16-内齿轮，18-第1轮架，20-第2轮架，22-壳体，24-第1主轴承，26-第2主轴承，32-内销，32d-节圆，100-偏心摆动型齿轮装置。

具体实施方式

以下，参考各附图对本发明的优选实施方式进行说明。在实施方式及变形例中，对相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，在各附图中，为了便于理解，适当放大或缩小表示部件的尺寸。并且，在各附图中，省略对实施方式的说明并不重要的部件的一部分。

并且，包含第1、第2等编号的术语用于说明各种构成要件，但该术语仅用于区分一个构成要件与其他构成要件的目的，该术语并不用于限定构成要件。

[实施方式]

以下，参考附图对本发明的实施方式所涉及的偏心摆动型齿轮装置100的结构进行说明。图1是概略地表示本实施方式的偏心摆动型齿轮装置100的侧视剖视图。图2是图1的A-A线剖视图。偏心摆动型齿轮装置100的用途并不受限定，但在该例子中，偏心摆动型齿轮装置100可以使用于多关节机器人的关节中。

下面，对偏心摆动型齿轮装置100的整体结构进行说明。偏心摆动型齿轮装置100主要具备：输入轴12；外齿轮14；内齿轮16；轮架18、20；壳体22；主轴承24、26；偏心轴承30；内销32；及输入轴轴承33、34。

以下，将沿着内齿轮16的中心轴线La的方向称为“轴向”，将以该中心轴线La为中心的圆的圆周方向及半径方向分别称为“周向”及“径向”。并且，以下，为了便于说明，将轴向上的一侧(图中右侧)称为输入侧，将另一侧(图中左侧)称为输入相反侧。这种方向的标记并不限制偏心摆动型齿轮装置100的使用姿势，偏心摆动型齿轮装置100能够以任意的姿势使用。

轮架18、20包括配置于外齿轮14的输入相反侧的第1轮架18及配置于外齿轮14的输入侧的第2轮架20。主轴承24、26包括配置于外齿轮14的输入相反侧的第1主轴承24及配置于外齿轮14的输入侧的第2主轴承26。输入轴轴承33、34包括配置于外齿轮14的输入相反侧的第1输入轴轴承33及配置于外齿轮14的输入侧的第2输入轴轴承34。

本实施方式的偏心摆动型齿轮装置100为输入轴(偏心体轴)12设置于与内齿轮16的中心轴线La同轴线上的中心曲柄式。偏心摆动型齿轮装置100在其中央部具有沿轴向贯穿的空心部H。空心部H设置于输入轴12。

壳体22构成偏心摆动型齿轮装置100的外壳。轮架18、20配置于壳体22的内侧，并且相对于壳体22进行相对旋转。输入轴12具有在其中心具有空心部H的中空圆筒状形状。例如，在输入轴12的输入侧的端部，通过螺栓等连结件连结有齿轮或带轮等动力传递部件，配置在从空心部H偏移的位置上的马达的旋转传递到此。

输入轴12具有多个偏心部12a，其作为使外齿轮14摆动的偏心体而发挥作用。在该例子中，输入轴12具有相位彼此错开180°的两个偏心部12a。输入轴12的两端部经由输入轴轴承33、34支承于轮架18、20。另外，偏心部12a的数量并不只限于两个，也可以是一个或三个以上。

输入轴轴承33、34的结构并不受限制，但在该例子中，第1输入轴轴承33的滚动体为滚珠(球体)，第2输入轴轴承34的滚动体为滚子(圆筒体)。

外齿轮14经由偏心轴承30旋转自如地支承于对应的偏心部12a。在外齿轮14上形成有中心孔14c及多个内销孔14h。中心孔14c为设置于外齿轮14的中心的贯穿孔。多个内销孔14h为设置在从外齿轮14的中心偏移的位置上的同一圆周上(节圆上)的贯穿孔。在图2的例子中，在周向上隔着36°间隔配置有十个内销孔14h。内销32插穿于内销孔14h中。形成于外齿轮14的外周的外齿与内齿轮16的内齿啮合的同时进行旋转，由此外齿轮14进行摆动。

内齿轮16与外齿轮14啮合。本实施方式的内齿轮16由与壳体22一体化的内齿轮主体及旋转自如地支承于该内齿轮主体的外销16p(销部件)构成。外销16p构成内齿轮16的内齿。内齿轮16的内齿数(外销16p的数量)稍多于外齿轮14的外齿数(在该例子中，仅多出一个)。

第1轮架18及第2轮架20经由主轴承24及主轴承26旋转自如地支承于壳体22。第1轮架18经由第1输入轴轴承33支承输入轴12。第2轮架20经由第2输入轴轴承34支承输入轴12。

第1轮架18与第2轮架20经由内销32连结在一起。内销32在从外齿轮14的轴芯沿径向偏移的位置上沿轴向贯穿外齿轮14的内销孔14h。

轮架18、20及壳体22中的一方作为向被减速装置输出旋转动力的输出部件而发挥作用，另一方则作为固定于用于支承偏心摆动型齿轮装置100的外部部件的被固定部件而发挥作用。在本实施方式中，输出部件为第1轮架18及第2轮架20，被固定部件为壳体22。

在该例子中，在从第1轮架18的中心(轴心)偏移的同一圆周上(节圆上)沿周向隔着36°间隔配置十个内销32。在图1中仅示出了一个内销32。内销32的输入相反侧固定于(连结)第1轮架18，输入侧固定于(连结)第2轮架20。内销32连结第1轮架18与第2轮架20。在图2的例子中，内销32与第1轮架18形成为一体，且其输入侧通过螺栓B2固定于第2轮架20。在内销32的外周设置有套管32s。内销32以其与内销孔14h之间留有间隙的状态插穿于内销孔14h中。内销32经由套管32s与内销孔14h的一部分抵接。内销32限制外齿轮14自转而仅允许其摆动。

主轴承24、26配置于第1轮架18与壳体22之间及第2轮架20与壳体22之间。主轴承24、26的结构并不受限制，但在该例子中，主轴承24、26是滚动体为球体的角接触球轴承。主轴承24、26的外圈支承于壳体22。第1主轴承24的内圈与轮架18形成为一体。第2主轴承26的内圈与轮架20形成为一体。

壳体22为环绕于轮架18、20的中空圆筒状的部件。壳体22具有朝向径向外侧伸出的大径部22f。在大径部22f设置有沿轴向贯穿的螺栓孔22h。大径部22f与外部的对方侧部件50连结在一起。

在壳体22与第1轮架18之间设置有对来自主轴承24的润滑剂进行密封的油封28。

以下，对本实施方式的特征性结构进行说明。

本发明人对偏心摆动型齿轮装置进行了研究，其结果获得了以下见解。偏心摆动型齿轮装置使用于各种用途(例如，工业机械手或机床等)。在偏心摆动型齿轮装置的空心部穿过电缆等配线。若该配线与空心部之间的间隙小，则它们彼此干扰导致应力施加于配线，会产生配线的损伤。因此，从在配线与空心部之间留有富余的间隙的观点考虑，优选空心部的直径较大。

施加于齿轮装置的荷载在大型齿轮装置中大而在小型齿轮装置中小。因此，关于空心部直径，可以利用其与齿轮装置的尺寸之间的关系来普遍化。从减少壳体的形状变化带来的影响的观点考虑，在本说明书中，关于空心部的直径，利用其与通过外齿轮的各齿顶的圆的直径(以下，称为“齿顶直径”)之比(空心部直径/齿顶直径)来普遍化。以下，有时将该直径之比称为空心部直径比。

接着，参考图3及图4对相对于荷载的偏心摆动型齿轮装置100的各部的应力进行说明。图3是外齿轮14的局部放大图。图4是用于说明各部的尺寸的说明图。在图4中示出了空心部直径Dh、齿顶直径De及节圆直径Dp。齿顶直径De为通过各齿顶14e的圆的直径。节圆直径Dp为通过各内销32的中心的节圆32d的直径(节圆直径/PCD)。

本发明人从扩大空心部直径Dh的观点出发对本实施方式的偏心摆动型齿轮装置100反复进行了实验及模拟试验，并研究了改变了各部尺寸时的影响。其结果发现，内销32、外齿轮14的齿根14b与内销孔14h之间的部分14j及中心孔14c与内销孔14h之间的部分14k的应力是重要的。即，确认到了，若这些部分的应力满足工业机械手或机床等的偏心摆动型齿轮装置的一般用途中的市场需求所决定的应力基准，则能够实现适于实用的寿命强度。

首先，对改变了各部尺寸时的影响进行说明。若扩大空心部直径Dh，则外齿轮14的中心孔14c与内销孔14h之间的部分14k的壁厚会变薄，因此内销32的节圆直径Dp(也可以称为内销孔14h的节圆直径)越大越有利。另一方面，若节圆直径Dp过大，则外齿轮14的齿根14b与内销孔14h之间的部分14j的壁厚会变薄，可能会导致无法满足所期望的强度。

并且，要想确保部分14k的壁厚及部分14j的壁厚的同时加大空心部直径Dh，内销孔直径Dr越小越有利。另一方面，若缩小内销孔直径Dr，则内销直径Dq也会变小，此时，可能会导致无法满足内销的强度。

并且，为了尽量缩小内销直径Dq并且满足强度，可以考虑增加内销的数量来分散每一根内销所承担的荷载。为了提高多个内销整体的强度，也可以提高内销占有率Eq。但是，若过度提高内销占有率Eq，则内销之间的间隔会变小，可能会带来锻造成型变难或进行加工时工具干扰内销等制造上的问题。另外，内销占有率Eq为内销32在内销32的节圆14d的圆周上所占比例。

本发明人意识到，要想满足应力基准并且扩大空心部直径Dh，找出内销32的节圆直径Dp、内销直径Dq及内销占有率Eq的适当范围是重要的。在本发明中，可以说想到该构思本身就是非常重要的。

接着，参考图5～图7对内销32的节圆直径Dp、内销直径Dq及内销占有率Eq与各部的应力之间的关系进行说明。关于节圆直径Dp及内销直径Dq，可以利用其与齿轮装置的尺寸之间的关系来普遍化。以下，将节圆直径Dp及内销直径Dq看作其与外齿轮14的齿顶直径De之比。

在图5～图7中，纵轴表示各部的应力。在这些图中，(a)表示内销32的应力的特性线，(b)表示外齿轮14的齿根14b与内销孔14h之间的部分14j的应力的特性线，(c)表示中心孔14c与内销孔14h之间的部分14k的应力的特性线。这些应力为对齿轮装置施加了规定的试验荷载时各部中产生的应力。规定的试验荷载为模仿齿轮装置的市场需求的耐荷载而设定的荷载。并且，“基准”表示由市场需求所决定的应力的基准级别(上限级别)。在这些图中，应力的特性线与基准线的交点处的横轴的值为应力的基准范围的下限或上限(以下，简称为“下限”或“上限”)。即，当横轴的值在下限至上限的范围内时，可以说应力在基准范围内。

图5表示改变了节圆直径Dp与齿顶直径De之比(节圆直径Dp/齿顶直径De)时的内销32、部分14j及部分14k的应力的变化。该图的横轴为节圆直径Dp与齿顶直径De之比。

如图5所示，随着节圆直径Dp变大，内销32及部分14k的应力减小，部分14j的应力增加。由该图可知，节圆直径Dp与齿顶直径De之比在0.77～0.85的范围内时，内销32、部分14j及部分14k的应力均落在基准范围内。部分14k的下限为0.77，其大于内销32的下限，且应力的特性线的倾斜也更大，因此成为整个范围的下限。部分14j的上限为0.85，其成为整个范围的上限。

图6表示改变了内销直径Dq与齿顶直径De之比(内销直径Dq/齿顶直径De)时的内销32、部分14j及部分14k的应力的变化。如图6所示，随着内销直径Dq变大，内销32的应力减小，部分14j及部分14k的应力增加。由该图可知，内销直径Dq与齿顶直径De之比在0.06～0.10的范围内时，内销32、部分14j及部分14k的应力均落在基准范围内。内销32的下限为0.06，其成为整个范围的下限。部分14j的上限为0.10，其小于部分14k的上限，且应力的特性线的倾斜也更大，因此成为整个范围的上限。

图7表示改变了内销占有率Eq时的内销32、部分14j及部分14k的应力的变化。如图7所示，随着内销占有率Eq变大，内销32、部分14j及部分14k的应力均减小。由该图可知，内销占有率Eq在0.25以上的范围内时，内销32、部分14j及部分14k的应力均落在基准范围内。内销32的下限为0.25，其大于部分14j及部分14k的下限，且应力的特性线的倾斜也更大，因此成为整个范围的下限。另外，内销32、部分14j及部分14k的上限受加工极限的限制，若加工技术提高导致加工极限提高，则上限就会变高。

由此，当均满足下述(1)～(3)的条件时，可以说偏心摆动型齿轮装置100满足一般用途的市场需求所决定的应力基准。

(1)内销32的节圆直径Dp与外齿轮14的齿顶直径De之比(节圆直径Dp/齿顶直径De)为0.77～0.85。

(2)内销32的直径Dq与外齿轮14的齿顶直径De之比(内销32的直径Dq/齿顶直径De)为0.06～0.10。

(3)内销32在内销32的节圆圆周上所占比例(即，内销占有率Eq)为0.25以上。

若内销占有率Eq过大，则相邻的内销孔14h之间的距离变小，可能会导致孔加工时的刚性不足，加工精度会下降。因此，本实施方式的内销占有率Eq设定为小于0.4。在该情况下，能够抑制加工精度的下降。

市场要求齿轮装置具有能够在电缆等配线与空心部之间留有富余的间隙的大小的空心部。在本实施方式的偏心摆动型齿轮装置100中，具有偏心部12a的输入轴12采用具有空心部H的空心结构，通过采用上述结构，实现了空心部H的直径Dh与齿顶直径De之比(空心部直径Dh/齿顶直径De)成为0.4以上的大径的空心部H。在该情况下，能够在配线与空心部H之间留有富余的间隙，能够应对市场需求。

在偏心摆动型齿轮装置中，减速比变得越小，偏心部12a的偏心量会变得越大，内销孔14h的直径Dr也会变的越大。因此，减速比越小，越难以加大空心部H的直径。但是，在采用了上述结构的本实施方式的偏心摆动型齿轮装置100中，即使减速比为30以下，也能够实现大径的空心部H(空心部H的直径Dh与齿顶直径De之比(空心部直径Dh/齿顶直径De)成为0.4以上的大径的空心部H)。

如上所述，只要使节圆直径Dp、内销直径Dq及内销占有率Eq这三个指标最佳化，则能够满足偏心摆动型齿轮装置100的一般用途的市场需求所决定的内销应力基准及外齿轮(14j部分、14k部分)应力基准。而且，本发明得出了节圆直径Dp、内销直径Dq及内销占有率Eq这三个指标的最佳范围，并示出了其结果。

接着，对上述结构的偏心摆动型减速装置100的动作进行说明。若旋转从马达传递至输入轴12，则输入轴12的偏心部12a以通过输入轴12的旋转中心线为中心进行旋转，且其经由偏心轴承30使外齿轮14进行摆动。若外齿轮14摆动，则外齿轮14与内齿轮16的啮合位置依次偏离。其结果，当输入轴12每旋转一次时，外齿轮14及内齿轮16中的一个自转相当于外齿轮14与内齿轮16的齿数差的量。在本实施方式中，外齿轮14进行自转，并且减速后的旋转经由内销32从第1轮架18及第2轮架20输出。

接着，对上述结构的偏心摆动型齿轮装置100的特征性结构进行说明。若满足上述三个指标的最佳范围，则能够提供可扩大空心部H的直径Dh的偏心摆动型齿轮装置。

以上为实施方式的说明。

以上，对本发明的实施方式的例子进行了详细说明。上述实施方式均为实施本发明的具体例。实施方式的内容并不用于限定本发明的技术范围，在不脱离技术方案中所规定的发明的思想的范围内，能够进行构成要件的变更、追加、删除等多种设计变更。在上述实施方式中，关于能够进行这种设计变更的内容，标注“实施方式的”“实施方式中”等标记来进行了说明，但这并不意味着没有这种标记的内容就不允许设计变更。并且，在附图的截面上标注的阴影线并不用于限定标注有阴影线的对象的材质。

以下，对变形例进行说明。在变形例的附图及说明中，对与实施方式相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号。适当省略与实施方式重复的说明，重点对与实施方式不同的结构进行说明。

[变形例]

在实施方式的说明中，示出了壳体22由一体的部件构成的例子，但壳体也可以由多个部件构成。

在实施方式的说明中，示出了外齿轮14的数量为两个的例子，但外齿轮的数量也可以是一个或三个以上。

在实施方式的说明中，作为用于连接轮架18、20的销部件，示出了具备参与外齿轮14的驱动力的传递的内销32的例子。作为用于连接轮架18、20的销部件，也可以具备不同于内销32且并不参与驱动力的传递的轮架销。

在实施方式的说明中，示出了内销32与第1轮架18形成为一体的例子，但内销32也可以与第1轮架18分体形成并且通过螺栓等固定件连结在一起。

在实施方式的说明中，示出了内销32的数量及内销孔14h的数量为十个的例子，但这些数量也可以是九个以下或十一个以上。并且，内销32的数量也可以少于内销孔14h的数量。

在实施方式的说明中，示出了主轴承24、26的内圈与轮架18、20形成为一体的例子，但主轴承的内圈也可以与轮架分体形成。

并且，本发明尤其对具有空心部H的偏心摆动型齿轮装置有效，但并不只限定于此，也能够适用于具备不具有空心部H的输入轴12的偏心摆动型齿轮装置。

上述各变形例也发挥与实施方式相同的作用效果。

上述实施方式的构成要件与变形例的任意组合也作为本发明的实施方式而有效。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的实施方式及变形例各自的效果。

Claims (4)

1.一种偏心摆动型齿轮装置，其具备内齿轮、外齿轮、使所述外齿轮摆动的偏心体、配置于所述外齿轮的轴向上的侧部的轮架及在从所述轮架的中心偏移的位置上与所述轮架连结并且贯穿所述外齿轮的多个内销，所述偏心摆动型齿轮装置的特征在于，

所述内销的节圆直径与所述外齿轮的齿顶直径之比即节圆直径/齿顶直径为0.77～0.85，

所述内销的直径与所述外齿轮的所述齿顶直径之比即内销直径/齿顶直径为0.06～0.10，

所述内销在所述内销的节圆圆周上所占比例即内销占有率为0.25以上。

2.根据权利要求1所述的偏心摆动型齿轮装置，其特征在于，

所述内销占有率小于0.4。

3.根据权利要求1或2所述的偏心摆动型齿轮装置，其特征在于，

具有所述偏心体的偏心体轴设为空心结构，空心部直径与所述齿顶直径之比即空心部直径/齿顶直径为0.4以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的偏心摆动型齿轮装置，其特征在于，

减速比为30以下。

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