CN113661345A - 应变波传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应变波传动装置(1)，包括驱动构件(3)、具有外齿部(5)的可弹性变形的传递构件(4)和具有内齿部(7)的传动装置构件(6)。外齿部(5)通过驱动构件(3)变形的方式为使得外齿部能够在对置的啮合区域上与内齿部(7)啮合。传递构件(4)和传动装置构件(6)借助于主轴承(8)可相对彼此转动地被支承。内齿部(7)和外齿部(5)具有不同数量的齿，因此传递构件(4)和传动装置构件(6)能够通过驱动构件(3)的旋转运动相对于彼此转动。传递构件(4)和主轴承(8)至少部分地包围内部空间(12)，其中传递构件(4)具有至少一个穿通开口(13，26)，穿通开口通入内部空间(12)。

Description

应变波传动装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的应变波传动装置。

由WO 2018/157910 A1已知一种应变波传动装置，该应变波传动装置基本上由三个构件构成。第一构件是椭圆形的驱动构件，该驱动构件也被称为波发生器或波形发生器。第二构件是柔性外制齿部的传递构件，也称为柔性齿条。第三构件是传动装置构件，该传动装置构件也被称为圆形齿条并且具有环形内齿部。椭圆形的驱动构件使柔性的传递构件变形为椭圆形的形状，使得其外齿部在对置的区域中与传动装置构件的内齿部处于啮合中。通过驱动构件的转动，椭圆长轴和外齿部与内齿部之间的齿啮合区域移动。传动装置构件的内齿部具有比柔性传动装置构件的外齿部更少的齿。由此，在驱动该驱动构件时得到在驱动构件与柔性的传递构件之间具有高的传动比的相对运动。传递构件用作从动件并且例如与从动轴防旋转地连接。借助于旋转轴承，驱动构件和传递构件可相对彼此转动地被支承。这种应变波传动装置例如在工业机器人中使用，在那里应变波传动装置被电驱动部件驱动以用于使工业机器人的各个环节运动。

应变波传动装置设有用于全寿命润滑的润滑剂量。该润滑剂量尤其被设置成用于对齿部和所述滚动轴承进行润滑。内密封件被设置成用于相对于旋转轴承的轴承中间空间密封与应变波传动装置的旋转轴承邻接的空间。以这种方式，应保护旋转轴承免受有害物质的进入并且防止穿过旋转轴承的泄漏。除了污染周围环境之外，泄漏也可能导致柔性齿条的干运行以及由此导致的构件损坏。

本发明的目的是进一步改进开篇所述类型的应变波传动装置，尤其是尽可能长到使用寿命的可靠的润滑剂供应和应变波传动装置的功能。

该目的通过具有权利要求1的特征的应变波传动装置来实现。有利的实施方式在从属权利要求中给出。

提出一种应变波传动装置，该应变波传动装置包括驱动构件、具有外齿部的可弹性变形的传递构件和具有内齿部的传动装置构件。传动装置构件可以被实施为刚性构件并且在内圆周上具有内齿部，该内齿部优选被设计成圆环形的。驱动构件尤其如此设计，使得其可以与作为驱动部件的电动机器连接。

可弹性变形的传递构件通常也被称为柔性齿条，并且通常以所谓的帽形或所谓的罐形实施。在这两种形式中，所述外齿部可以布置在传递构件的圆柱形套筒区段上，其中圆柱形套筒区段至少接收弹性变形的大部分。该外齿部通过驱动构件变形成使得该外齿部能够部分地与内齿部啮合或处于啮合中。传递构件至少在外齿部的区域中通常椭圆形地变形，其中在内齿部与外齿部之间产生两个对置的啮合区域，这些啮合区域位于椭圆的主轴线上。因此，传递构件的外齿部与刚性的传动装置构件的内齿部在两个位置，即在内齿部的圆周上的啮合区域处啮合。

所述传递构件和所述传动装置构件借助于主轴承可相对彼此转动地被支承。主轴承可以有利地被设计为滚动轴承、例如被设计为滚子轴承。

内齿部和外齿部具有不同数量的齿。这实现传递构件和传动装置构件通过驱动构件的旋转运动相对于彼此扭转。驱动构件可以与驱动马达，尤其与电动机连接。驱动马达在运行期间使驱动构件处于旋转运动中。

内齿部和外齿部的齿数仅相差很小，典型地相差两个齿。由此在驱动部件与从动部件之间产生高的传动比。

传递构件和主轴承至少部分地包围内部空间。换言之，传递构件和主轴承相对于彼此布置成使得传递构件和主轴承在它们之间形成内部空间。

为了实现开篇提到的目的，传递构件具有至少一个穿通开口，该穿通开口通入内部空间。因此，借助于其中一个穿通开口或多个穿通开口，内部空间与在传递构件的另一侧上的另一空间连接。

该至少一个穿通开口能够实现，润滑剂从内部空间穿过传递构件并且由此防止润滑剂在内部空间中积聚或者甚至在内部空间中形成压力。润滑剂流进入应变波传动装置的内部空间中的原因在于在运行中在内齿部与外齿部之间产生的行走运动。行走运动对润滑剂施加一定的泵作用。由此，润滑剂在一定程度上被泵入到内部空间中。通过根据本发明的穿通开口，润滑剂可以在其他位置处再次从内部空间中排出。

该至少一个穿通开口还防止：在内部空间中积聚的润滑剂继续被输送至到主轴承中，该主轴承经常设有另外的、特别适合于主轴承的润滑剂。不同润滑剂的混合可能导致主轴承中的润滑作用的损失并且因此导致其失效。

最后，借助于穿通开口也可以防止被堵塞的润滑剂从应变波传动装置中泄漏，其具有不期望的后果、例如污染周围环境。例如这种结构类型的传统应变波传动装置通常具有在主轴承的轴承外环与轴承内环之间的密封环，利用该密封环应防止润滑剂排出到周围环境中。在实践中已经证实，尽管存在所述密封环，但在此位置处仍不能完全防止润滑剂泄漏。然而，这借助于本发明是可能的，因为至少没有那么多的润滑剂能够积聚在内部空间中，使得润滑剂通过主轴承和密封环到达周围环境中。

可弹性变形的传递构件可以在其基本形状中尤其旋转对称地设计，其中在装入状态中，通过驱动构件的所述变形消除了旋转对称性。传递构件优选具有套筒区段和沿径向方向延伸的凸缘区段。套筒区段至少近似圆柱形地成形。然而，通过借助于驱动件的弹性变形，套筒区段在应变波传动装置的组装状态下至少在外齿部的区域中具有椭圆形形状。凸缘区段主要用于将传递构件与另一构件、例如与从动轴连接。通过其径向延伸，凸缘区段基本上盘形地形成。为此目的，凸缘区段的一部分可以具有经加工的接触面，通过该接触面，凸缘区段例如可以紧固在主轴承的轴承外环上。

根据一种实施方式，该至少一个穿通开口布置在套筒区段中。替代于此，该至少一个穿通开口也可以布置在凸缘区段中。此外，本发明还包括在套筒区段中和在凸缘区段中布置有穿通开口的实施方式。通过穿通开口的确定的布置、大小、形状和数量可以有针对性地影响润滑剂在应变波传动装置中的分布和流动。

当在套筒区段的内侧上设置润滑剂贮存器时，该至少一个穿通开口在套筒区段中的布置是特别有利的。在该实施方式中，从润滑剂贮存器引导通过内齿部和外齿部的润滑剂可以在最短的路径上再次输送给润滑剂贮存器。

为了改善润滑剂分布和润滑剂流，优选地在传递构件的圆周上分布地布置多个穿通开口。例如可以在传动件的圆周上分别以30度的角间距布置十二个穿通开口。优选地，穿通开口通过简单的圆形孔形成。然而，也可以考虑其他形状、例如长孔。

为了进一步优化润滑剂流，现在可以提出，邻接于内部空间的构件具有轮廓部，该轮廓部使润滑剂流朝该至少一个穿通开口的方向转向。为此，例如主轴承的轴承内环可以具有凸起，该凸起使润滑剂流朝该至少一个穿通开口的方向转向并且因此支持通过该至少一个穿通开口的润滑剂流。为此目的，凸起可以伸入内部空间。

在一种实施方式中可以提出，主轴承具有防旋转地与传动装置构件连接的轴承外环和防旋转地与传动装置构件连接的轴承内环。轴承外环例如可以与传递构件的凸缘区段相拧接。轴承内环例如可以与内制齿部的传动装置构件拧接或者与该传动装置构件共同一件式地制造。在首先提到的替代方案中，可以在轴承内环与传动装置构件之间布置有密封件，例如纸密封环，以便在该位置处可靠地密封内部空间。在另一实施方式中，轴承内环也可以防旋转地与传递构件连接，而轴承外环防旋转地与传动装置构件连接。

凸起可以有利地这样布置在轴承内环上，使得该凸起将润滑剂从外齿部和内齿部的齿部区域至轴承中间空间的可能的路径阻断或至少这样使其变窄，使得润滑剂通过至少一个穿通开口转向。特别地，凸起可以至少近似与至少一个穿通开口对置地布置在轴承内环上。在此，凸起可以这样伸入到内部空间中，使得润滑剂穿过一个穿通开口或多个穿通开口从内部空间流出，因为在该路径上的流动阻力小于当润滑剂继续朝轴承中间空间的方向流动时的流动阻力。轴承中间空间例如是如下区域，在该区域中布置有被实施为滚动轴承的主轴承的滚动体。在滑动支承的情况下，轴承中间空间通过相应的滑动轴承面或接触面预先给定。

根据另一实施方式，通过穿通开口的润滑剂流可以通过如下方式改善，即在内部空间中布置润滑剂转向元件，该润滑剂转向元件使润滑剂流朝穿通开口的方向转向。与之前描述的凸起不同，润滑剂转向元件是单独的构件。润滑剂转向元件例如可以是盘形的，其中盘形的润滑剂转向元件在其外圆周区域上夹紧在传递构件的凸缘区段与轴承外环之间。盘形的润滑剂转向元件可以贴靠在轴承内环上，使得润滑剂通过盘形的润滑剂转向元件朝至少一个穿通开口的方向转向，该穿通开口同样布置在凸缘区段中。

为了完全且可靠地防止从内部空间到主轴承的轴承中间空间中的润滑剂流，主轴承的轴承中间空间可以通过附加的内部密封件与内部空间密封。这种内部密封件例如可以以所谓的Z形盘的形式实施，如其也用于密封标准滚动轴承。这种内部密封件可以将轴承外环与轴承内环之间的轴承中间空间相对于内部空间完全密封。以这种方式确保了，没有润滑剂从内部空间到达轴承中间空间中。替代于此，通过内齿部与外齿部之间的行走运动产生的全部润滑剂流被引导通过该至少一个穿通开口。

在套筒区段的内侧上、即在传递构件的内径的区域中优选地布置有润滑剂贮存器。润滑剂贮存器可以沿轴向方向延伸直至驱动轴承或穿过驱动轴承。驱动轴承布置在驱动构件的椭圆形的外圆周上并且优选同样被实施为滚动轴承。驱动轴承的外环贴靠在传递构件的内圆周上并且使其变形，使得传递构件的外齿部被压入传动装置构件的内齿部中。因此，驱动轴承将椭圆形变形从驱动构件传递到可弹性变形的传递构件上。为此，驱动轴承可以至少部分地可弹性变形地实施。

在合适地布置润滑剂贮存器、内齿部、外齿部和该至少一个穿通开口的情况下，在应变波传动装置中产生润滑剂回路。由内齿部与外齿部之间的行走运动引起，润滑剂从润滑剂贮存器通过驱动轴承、内齿部和外齿部、内部空间和该至少一个穿通开口被输送回到润滑剂贮存器中。以这种方式确保了驱动轴承和外齿部和内齿部的齿部区域的长期且可靠的润滑剂供应。在应变波传动装置的区域中不再可能出现润滑剂短缺。由此确保了驱动轴承23和齿部区域21的连续润滑剂供应，延长了应变波传动装置的使用寿命并且避免了润滑剂泄漏到周围环境中。

最后，本发明包括具有至少一个穿通开口的传递构件，该传递构件适用于在上述应变波传动装置中使用。

下面根据附图示例性地详细阐述本发明。在附图中：

图1以截面图示出了应变波传动装置的根据本发明的第一实施方式，

图2示出了根据图1的应变波传动装置的传递构件，

图3以截面图示出了应变波传动装置的根据本发明的第二实施方式，以及

图4示出了根据图3的应变波传动装置的传递构件。

在图1中示出的第一实施方式仅示出应变波传动装置1的一半。应变波传动装置1基本上相对于旋转轴线2旋转对称地构造。除非另有明确说明，否则在本文中使用的径向、轴向和圆周方向的方向说明参照了旋转轴线2。应变波传动装置1的主要构件是驱动构件3、具有外齿部5的可弹性变形的传递构件4和具有内齿部7的传动装置构件6。

可弹性变形的传递构件4的外齿部5被驱动构件3变形为椭圆，使得外齿部5在两个对置的啮合区域与刚性的传动装置构件6的内齿部7啮合。在图1的截面图中，应变波传动装置1是沿着所述椭圆的主轴线被切割的，由此在切割平面中在由内齿部7和外齿部5形成的齿部区域21中可见有啮合区域。布置在驱动构件3的外圆周上的驱动轴承23属于驱动构件3。驱动轴承23被设计为滚动轴承，在此被设计为球轴承。驱动轴承外环24在驱动构件3旋转时椭圆形地变形，由此传递构件4的径向外部贴靠的内齿部7同样椭圆形地变形。

传递构件4和传动装置构件6借助于主轴承8可相对彼此转动地被支承。主轴承8被实施为滚动轴承，更准确地被实施为具有圆柱形滚动体9的交叉滚子轴承。主轴承8还具有轴承外环10和轴承内环11。轴承外环10在该实施例中紧固在传递构件4上，使得这两个构件彼此防旋转地布置。轴承内环11防旋转地紧固在传动装置构件6上。在轴承内环11与传动装置构件6之间布置有密封环，由此可靠地密封内部空间12。这种密封环可以优选地被实施为O形环，该O形环例如布置在传动装置构件6中的为其设置的槽中。

传递构件4和主轴承8包围内部空间12。因此，内部空间12布置在传递构件4与主轴承8之间。内部空间12从齿部区域21出发首先沿轴向方向延伸直至传递构件4的圆柱形的套筒区段14的端部，并且从那里沿径向方向向外延伸直至主轴承8的轴承中间空间19。

传递构件4具有套筒区段14和沿径向方向延伸的凸缘区段15。套筒区段14具有圆柱形的基本形状。在套筒区段14中布置有多个穿通开口13，这些穿通开口通入内部空间12。因此，穿通开口13将内部空间12与套筒区段14内侧的空间相连接。在套筒区段14的内侧上的这个空间中设置有润滑剂贮存器20。

凸缘区段15连接在套筒区段14的端部上并且径向向外延伸。可弹性变形的传递构件4的这种形状也被称为帽形。凸缘区段15在其径向外部区域中实施成增强的，由此得到用于紧固在轴承外环10上的紧固凸缘。为了密封紧固凸缘与轴承外环10之间的接触区域，设置有密封环22。呈O形环形式的密封环22布置在轴承外环10中的槽中。

所示的布置实现：在应变波传动装置1的运行中产生润滑剂回路，在润滑剂回路中润滑剂通过在内齿部7与外齿部5之间的行走运动而从润滑剂贮存器20穿过驱动轴承23，内齿部和外齿部5、7，内部空间12和至少一个穿通开口13输送回到润滑剂贮存器20中。

轴承中间空间19通过径向轴密封环25相对于周围环境密封。为此，在轴承中间空间19的与内部空间12相反的一侧上，径向轴密封环25布置在轴承外环10与轴承内环11之间。

在图2中以透视图示出了图1的第一实施方式的传递构件4。在此可以看出，多个穿通开口13围绕套筒区段14的圆周均匀分布地布置在传递构件4中。

图3以截面图示出了应变波传动装置1的第二实施方式，其中同样仅示出基本上旋转对称的应变波传动装置1的一半。第二实施方式与第一实施方式的区别仅在于少数构件。因此，相同的构件在图1和图3中设有相同的附图标记。下面首先详细阐述第二实施方式的不同的特征。

在第二实施方式中，穿通开口26布置在沿径向方向延伸的凸缘区段15中。由此，从齿部区域21输送到内部空间12中的润滑剂在沿轴向方向通过内部空间12之后沿径向方向向外被引导，之后润滑剂能够通过穿通开口26离开内部空间12。

此外，在第二实施方式中，润滑剂转向元件18布置在内部空间12中，该润滑剂转向元件将润滑剂流朝穿通开口26的方向转向。润滑剂转向元件18被实施为转向盘，该转向盘以其外圆周夹紧在传递构件4的凸缘区段15与轴承外环10之间。盘形的润滑剂转向元件18在径向向内方向上是贴靠在轴承内环11上的。以这种方式，润滑剂通过润滑剂转向元件18朝穿通开口26的方向转向并且被挤压通过这些穿通开口。因此，没有润滑剂能够在内部空间12中积聚到使得润滑剂被挤压通过轴承中间空间19的程度。因此，例如可以实现并且保持驱动轴承23中和主轴承8中不同润滑剂的分离。

最后图4以透视图示出了图3的第二实施方式的传递构件4。在此可以看出，十二个穿通开口26围绕凸缘区段15的圆周均匀分布地布置在传递构件4中。通过肩部27得到了其中从穿通开口26流出的润滑剂能够径向向内流回套筒区段14内侧的润滑剂贮存器20的空间。

附图标记清单

1 应变波传动装置

2 旋转轴线

3 驱动构件

4 传递构件

5 外齿部

6 传动装置构件

7 内齿部

8 主轴承

9 滚动体

10 轴承外环

11 轴承内环

12 内部空间

13 穿通开口

14 套筒区段

15 凸缘区段

16 轮廓部

17 凸起

18 润滑剂转向元件

19 轴承中间空间

20 润滑剂贮存器

21 啮合区域

22 密封环

23 驱动轴承

24 驱动轴承外环

25 轴密封环

26 穿通开口

27 肩部

Claims (11)

1.一种应变波传动装置(1)，包括驱动构件(3)、具有外齿部(5)的可弹性变形的传递构件(4)和具有内齿部(7)的传动装置构件(6)，

其中所述外齿部(5)通过所述驱动构件(3)变形的方式为使得所述外齿部能够部分地与所述内齿部(7)啮合，

其中所述传递构件(4)和所述传动装置构件(6)借助于主轴承(8)可相对彼此转动地被支承，

其中所述内齿部(7)和所述外齿部(5)具有不同数量的齿，因此所述传递构件(4)和所述传动装置构件(6)能够通过所述驱动构件(3)的旋转运动而相对于彼此转动，

其中所述传递构件(4)和所述主轴承(8)至少部分地包围内部空间(12)，其特征在于，

所述传递构件(4)具有至少一个穿通开口(13，26)，所述穿通开口通入所述内部空间(12)。

2.根据权利要求1所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，所述传递构件(4)具有套筒区段(14)和沿径向方向延伸的凸缘区段(15)，并且所述至少一个穿通开口(13)布置在所述套筒区段(14)中。

3.根据权利要求1或2所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，所述传递构件(4)具有套筒区段(14)和沿径向方向延伸的凸缘区段(15)，并且所述至少一个穿通开口(26)布置在所述凸缘区段(15)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，多个穿通开口(13，26)均匀分布地布置在所述传递构件(4)的圆周上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，邻接所述内部空间(12)的构件具有轮廓部(16)，所述轮廓部使润滑剂流朝所述至少一个穿通开口(13，26)的方向转向。

6.根据权利要求5所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，所述主轴承(8)的轴承内环(11)具有凸起(17)，所述凸起使润滑剂流朝所述至少一个穿通开口(13，26)的方向转向。

7.根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，润滑剂转向元件(18)布置在所述内部空间(12)中，所述润滑剂转向元件使润滑剂流朝所述穿通开口(13，26)的方向转向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，所述主轴承(8)的轴承中间空间(19)通过至少一个内密封件相对于所述内空间(12)密封。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，在所述套筒区段(14)内侧布置有润滑剂贮存器(20)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)，其特征在于，所述内齿部、所述外齿部(5)、所述至少一个穿通开口(13)和润滑剂贮存器(20)被布置成使得在运行中产生润滑剂回路，在所述润滑剂回路中润滑剂通过在所述内齿部(7)与所述外齿部(5)之间的行走运动从所述润滑剂贮存器(20)输送穿过所述内齿部和所述外齿部(5，7)、所述内部空间(12)和所述至少一个穿通开口(13，26)回到所述润滑剂贮存器(20)中。

11.一种传递构件(4)，所述传递构件具有至少一个穿通开口(13，26)，其中所述传递构件(4)适用于在根据前述权利要求中任一项所述的应变波传动装置(1)中使用。

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