CN1176357A - 内啮合行星齿轮结构中的内滚和外滚及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的内啮合行星齿轮结构中的内滚,能与内销之间有充分地存留润滑油的间隙,但不产生松动,不发生角度间隙,其技术措施是将内滚30的内周壁32加工成正n角形(n为3以上的整数,图示例中n=3),在该正n角形的顶点形成的间隙H1中存留润滑油,内销7与正n角形的各边的中间点P1—P3轻轻接触,这样两者之间不产生松动,在降低角度间隙的同时提高使用寿命。

Description

内啮合行星齿轮结构中的 内滚和外滚及其制造方法
本发明与内啮合行星齿轮结构中的内滚或外滚及其制造方法有关。
在现有技术中，已公知由第1轴、随着该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮和通过只传递该外齿齿轮的自转运动的装置连接在该外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮机构。
图6和图7表示出现有技术中的内啮合行星齿轮的结构。该结构适合用于“减速器”中，这时，上述的第1轴作为输入轴、第2轴作为输出轴，内齿齿轮是固定的。
在输入轴1上按规定的相位差(该例相位差为180°)嵌合着偏心量为e的偏心轴3a、3b。而且，偏心轴3a和3b做成一体。在各个偏心轴3a、3b上通过轴承4a、4b安装着2个外齿齿轮5a、5b。在该外齿齿轮5a、5b上设置多个内滚孔6，在该内滚孔6中插入内销7和内滚8。
由于内滚8套装在内销7上，所以能将动作时的滑动分解(即将内销7和外齿齿轮5a、5b的滑动分解成内销7与内滚8之间的滑动及内滚8与外齿齿轮5a、5b之间的滑动)。
上述贯穿外齿齿轮5a、5b的内销7和内滚8是被嵌入固定在输出轴2的法兰盘上的。
为了增加传动容量、保证强度及转动平衡，设置2个(复列)外齿齿轮。
在上述外齿齿轮5a、5b的外周上，设置次摆线齿形或圆弧齿形等的外齿9。该外齿9与被固定在端盖12上的内齿齿轮10内啮合。
内齿齿轮10的内齿要根据具体的外销11而定。外销11是游动地嵌入外销孔13中的，因此它能灵活地转动。如图8所示，该外销11有时也被套装着外滚14。这样，就能将动作时的滑动分解(即将图7中的外销11和外销孔13的滑动分解成图8中的外销11A和外滚14的滑动及外销11A和外销孔13的滑动)。
下面，简单说明这种减速机的作用。当输入轴1转动一周时，偏心轴3a、3b也转动一周。当偏心轴3a、3b转一周时，外齿齿轮5a、5b就围绕输入轴1摆动或转动。并且，由于内齿齿轮10束缚着外齿齿轮5a、5b的自转，所以外齿齿轮5a、5b只能与该内齿齿轮10内啮合进行摆动。
当设定外齿齿轮5a、5b的齿数为N、内齿齿轮10的齿数为N+1时，其齿数差为1。因此，输入轴1每转一周，外齿齿轮5a、5b相对被固定在端盖12上的内齿齿轮10只移动1个齿位(自转)。这就意味着输入轴1的转动被减速为外齿齿轮的1/N转。再用负的符号表示逆转。
该外齿齿轮5a、5b的转动，其摆动的部分由内滚孔6及内滚8的间隙吸收，其自转的部分由内滚8中的内销7传送给输出轴2。这就实现了最终减速比为N的减速。
因此，利用这种内啮合行星齿轮结构的减速机和例如电动机组合，仅用一级减速机就能获得减速机构中的大减速比的齿轮传动电动机。
在该现有的实施例中，是将内啮合行星齿轮结构中的内齿齿轮固定，以第1轴为输入轴，以第2轴为输出轴，但也可以将第2轴固定，以第1轴为输入轴，以内齿齿轮为输出轴，由此构成减速机。另外，也可以将这些输入输出反向形成增速机。
而且，在该现有的实施例中，是将偏心轴直接安装在第1轴的外周上的。通过直齿圆柱齿轮将第1轴分成“3根第1轴”，在该分成三根的第1轴上分别安装偏心轴，通过该偏心轴使外齿齿轮摆动转动的结构形式也是公知的。本发明也毫无问题能适用于上述结构形式的内啮合行星齿轮机构。
可是，如图9所示那样，在内销7的外周和内滚8的内周之间设有内隙δ1。又如图10所示那样，在外销11A的外周和外滚14的内周之间设有间隙δ2。该间隙δ1、δ2能保证在2个零件之间形成润滑油膜，也能使相互接触的零件之间进行圆滑的滑动。
正是由于设有这种间隙δ1、δ2，就在内销7和内滚8，或者外销11A和外滚14之间产生松动，换句话讲，是在齿轮传动机构中产生松动。因此，存在着不能将来自一侧的转动转移到另一侧的转动时立即将驱动侧的转动传递给被驱动侧的缺点。以下，将这种响应滞后称为“角度间隙”。
该角度间隙，在将该内啮合行星齿轮结构作为例如伺服电动机的控制机构使用时，将导致控制性能下降。考虑到在内啮合行星齿轮结构中产生角度间隙的各种原因，对消除这种角度间隙做了研究，例如，在现有技术中，将外齿齿轮、内齿齿轮等分成正转用和逆转用2类，或者分担正转用或逆转用等各种结构，已是公知的(见特开昭59-106744号、特开昭59-113340号、特开昭59-115743号、特开昭59-208366号等)。
另外，在此之前，申请人已提出使外销和外销孔之间间隙极小化的方法(在没有外滚类型的内啮合行星齿轮结构中)，见特开昭60-86571号(特公平5-86506)。
但是，在上述的任一公知例中，在此之前都没有考虑到为降低角度间隙，从减小内销和内滚之间的间隙δ1或外销和外滚之间的间隙δ2入手，因此，对产生角度间隙，可以讲，实际上是还没有什么对策。
出现上述情况，是因为人们认为：
(1)在内销和内滚、或外销和外滚之间必须经常确保有规定的润滑油；
(2)由于存在着例如，加工误差、组装误差，或者动力传递时的各零件的变形，从而产生内销和内滚，或者外销和外滚的轴芯移位的状态，这时也要保证2个零件之间能圆滑地滑动。
从以上的考虑讲，必须要设置该间隙δ1、δ2。
虽然，作为确保2个滑动零件能良好地滑动，而不设间隙的方法，可以考虑用，例如，轴瓦白合金或氟化乙烯树脂这样的低摩擦磨合性良好的材料来制造滑动零件。但是，由于内啮合行星齿轮结构中的内滚或外滚上承受着来自输入轴的扭矩从数倍到100倍以上的增幅的大扭矩作用，所以，必须使用高硬度、高强度的材料，才能保证零件的使用寿命。因此上述的方法在很多场合是不能采用的。
就是使用高硬度、高强度的材料，也必须进行高精度地加工，即要对内滚或外滚的内外径进行“磨削”，特别是对内径进行磨削加工时，光洁度(磨削加工是彻底将材料的晶粒剪断)是有要求的(经济的为2-3μ)，在该光洁度下要维持油膜，是要存在如同间隙δ1、δ2那样的间隙的。
由于上述的理由，在现有的内销和内滚之间存在间隙δ1、或在外销和外滚之间存在间隙δ2是必须的，因此，产生角度间隙就被认为是不可避免的事情。
本发明是针对上述的现有技术中的问题提出的，其目的在于提供能将内滚或外滚的内周断面的形状加工成接近正圆的、不产生新的不适宜的角度间隙、比现有的大大减小的内啮合行星齿轮结构中的内滚或外滚；
本发明的另一个目的是提供实际制造该内滚或外滚的最佳方法。
为了实现本发明的目的，本发明内啮合行星齿轮结构具有第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴、构成上述只传递自转成分的传递装置由圆柱状的内销和与其配合使用的圆筒状的内滚组成，当设定n为3以上的整数时，将上述圆筒的内周壁的横断面由正圆加工成正n角形或接近菱形。
本发明的加工方法是在由第1轴、随第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，制造由圆柱状的内销和与该内销配合使用的圆筒状的内滚组成的上述传递装置中的圆筒状的内滚的方法包括：
粗切削圆柱状的内滚零件中心部形成粗加工的圆筒状零件的工序；在圆周方向等间隙的位置，沿半径方向向内周侧施加规定的挟紧力夹紧该粗加工形成的内滚零件的外周的工序；
在该等间隔的夹紧状态下，对上述内滚零件的内周壁进行辊光加工的工序；
在上述等间隔解除夹紧状态下，对辊光加工过的内滚零件进行热处理的工序。
而且，权利要求1-3项关于内啮合行星齿轮结构中的内滚技术方案，也完全适用于权利要求4-6的外滚。
图1是本发明的内啮合行星齿轮结构中的内滚的主视图；
图2是沿图1的II-II线的放大剖面图；
图3是制造内周壁为近似正n角形的内滚的方法的一例工艺图；
图4是本发明的制造内滚的实施方法的工艺图；
图5是表明内滚和内销关系的相当于图2的放大剖面图；
图6是表明现有技术的内啮合行星齿轮结构的局剖主视图；
图7是沿图6的VII-VII线的剖面图；
图8是有外滚的内啮合行星齿轮结构的局部剖面图；
图9是表明现有技术的内滚和内销的关系的相当图2的放大剖面图；
图10是表明现有技术的外滚和外销的关系的相当图2的放大剖面图。
以下，结合附图详细说明本发明的实施例。
本发明的特征在于内啮行合星齿轮结构中的内滚或外滚的内周横断面的形状与现有技术的不同，而就内啮合行星齿轮结构本体的构成方面是没有变化的。所以，对该内啮合行星齿轮本体的构成省略说明。
本发明的内滚或外滚的内周壁的横断面不是现有的那样的正圆，而是制成近似正n角形的形状。
在此，n是代表3以上的整数。因此，“正n角形”的概念包括正三角形、正方形、正五角形、正六角形……。而且，本发明如后述的那样，也可以是近似“菱形”的断面。
图1是本发明的内滚30的主视图、图2是沿图1的II-II线的剖面图。
该内滚30，其圆筒的内周壁32的横断面由圆形制成近似的正三角形。
在图2中用双点划线表示对应于正圆的内销7的外周。如该图所表示的那样，内销7的外周制成通常的圆形。内销7的外周7A与正三角形的各边的中间点部P1-P3轻轻接触，各边的顶点部分和内销7之间的间隙H，当内销7的直径为17毫米时，可设定为5-20μ，最好为10μ左右。
利用将内滚30的内周壁32加工成上述那样，图2的空间H1就成为存留润滑油的空间。而且，由于内销7在内滚30的内周壁32的上述中间点部P1-P3处与该内滚30接触，所以，内滚30和内销7的轴心O1、O2除非受特别大的力是不会移位的，因此，基本上不产生“松动”。这样就消除了由现有技术中的间隙δ1发生的角度间隙。
万一发生加工误差或组装误差，或传动时产生各零件的变形，及受到超过预定的负荷的作用使内销7和内滚30的轴心O1、O2产生移位，由于内滚30和内销7只是在中间点部P1-P3的3点处接触，在该接触位置有若干移位也是柔软的，即使发生这种情况也能维持圆滑地滑动。
因此，通过采用这样结构的内滚(或外滚)，就能存留足够的润滑油，即不降低使用寿命，同时又能保证内滚(外滚)和内销(外销)的同轴性，从而降低角度间隙。又由于产生加工误差、动作时的弹性变形，或超负荷的变形也能保持良好地滑动特性，因此不会引起动力损失的增加。
以下，具体地说明制造上述形状的内滚或外滚的方法。
在将内周壁加工成接近正n角形形状时，不采用现有技术中的切削、或磨削(加工圆)的方法。而如图3所示那样，首先，加工出与正n角形内切的圆R1，接着再沿轴切削出空间H1，这种考虑是可以的，但实际中用上述的想法是不能精确地加工出接近正n角形的形状的。
因此，发明人等提出组合夹紧变形、辊光加工及热处理等工工艺，充分利用这种加工变形和热处理变形的方法制造上述的内滚(外滚)。
图4表明了其制造顺序。一见图4的各图就一目了然，但各图的比例尺是不一样的。
如图4(A)所示，将细长的内滚棒材30a，按规定的长度L切断，制成内滚零件30b。
接着，如图4(B)所示，将该内滚零件30b的中心部用镗、铰、车削等方法进行加工，制成粗加工的圆筒形的内滚零件30c。
到此，是与现有技术的加工一样的。在现有技术中，其后是用车床加工该内滚零件的30c的内周壁32c。但是，在本发明中，不采用上述的车床加工，而是用辊光加工该内周壁32c，使其镜面化。
所谓辊光加工，就是利用辊光辊滚压(压变形)金属表面的凹凸，使其平滑如镜面，这种加工也是公如的加工方法。该辊光加工属于塑性加工，由于这种加工不同于切削将金属的晶粒剪断那样的加工，所以表面光洁度高，能获得非常平滑的内周壁。
在进行辊光加工时，先用某种方法将内滚零件30c固定，用图中未表示的辊光辊插入贯通孔31c中进行加工。
在本发明中，充分利用了将该内滚零件30c紧固成接近正n角形的方案。
以下，做具体的说明。首先，如图4(c)所示，将内滚零件30c的外周33c在圆周方向等间隔位置(例如加工成接近正三角形形状时要间隔120°)用夹紧机器50向内周侧施加规定的夹紧力F。然后，在这种夹紧状态下(利用夹紧在圆周方向等间隔位置加力使内滚零件30c沿半径方向向内周侧塑性变形的状态)对内周壁32c进行辊光加工。
在该辊光加工后，解除该加压夹紧时，如图4(D)所示，由于加工变形(塑性变形)，上述的夹紧变形就形成塑性变形的内周壁32d，这样就加工成内滚零件30d。即，该内周壁32d，在该阶段形成接近正三角形形状，而且，其表面是非常平滑的镜面。
在本实施例中，接着对该内滚零件30d进行热处理，使其扩大变形，由此就获得了具有更接近正三角形形状的内周壁32e的内滚零件30e。该热处理，如用轴承钢制造内滚30时，适宜用公知的淬火后回火方法。
并且，如图4(E)所示，最后，用和现有技术一样的工序对内滚零件30e的外周进行磨削加工，这样就制造成内滚30。
由于采用这样的制造方法，内滚30的内周壁32是用辊光加工成镜面化的，因此其摩擦系数非常小，可以实现与内销7的圆滑滑动。并且，经热处理的内周壁32的表面具有高硬度、高强度，从而提高了使用寿命。
在上述实施例中，采用的“正n角形”是“正三角形”，但本发明并不限于此，n可以是3以上的整数，只是内销应与正n角形的各边均等地接触。
另外，本发明也可以采用接近“菱形(实质为椭圆形)”的方案。如图5所示，将内滚30的内周壁32d加工成接近菱形(即椭圆形)的形状，这可以利用对着圆周上的2个位置P1、P2进行紧固加力来实现。
以上是以内滚为例说明了其结构和其制造方法，上述的方法也完全适用于制造外滚。
象以上所说那样，本发明的内滚(外滚)、或者用本发明的方法制造的内滚(外滚)，由于其内周壁接近正n角形或菱形(椭圆)，所以，在与内销(外销)的间隙之间能保证充分存留润滑油。并且，内销(外销)几乎不产生松动，能同内滚(外滚)保持同轴。因此，能降低角度间隙及保持润滑油膜，提高使用寿命。
另外，即使由于组装误差或外界负荷的作用使内销(外销)和内滚(外滚)的轴心受力产生移位，两者只是在接触位置有某些移位，而且是柔软进行的。也就是说，即使发生上述的情况，也能维持良好地滑动，而不增加动力损失。

Claims (6)

1、一种内啮合行星齿轮结构中的内滚，在由第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，上述只传递自转成分的传递装置由圆柱状的内销和与其配合使用的圆筒状的内滚组成，其特征在于，当设定n为3以上的整数时，将上述圆筒的内周壁的横断面由正圆加工成接近正n角形形状。
2、一种内啮合行星齿轮结构中的内滚，在由第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，上述只传递自转成分的传递装置由圆柱状的内销和与其配合使用的圆筒状的内滚组成，其特征在于，将上述圆筒的内周壁的横断面由正圆加工成接近菱形的形状。
3、一种内啮合行星齿轮结构中的内滚制造方法，在由第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，其特征在于，制造由圆柱状的内销和与其配合使用的圆筒状的内滚组成的上述传递装置中的圆筒状的内滚的方法包括：
粗切削圆柱状的内滚零件中心部形成粗加工的圆筒状零件的工序；
在圆周方向等间隔的位置，沿半径方向向内周侧施加规定的夹紧力夹紧该粗加工形成的内滚零件的外周的工序；
在该等间隔的夹紧状态下，对上述内滚零件的内周壁进行辊光加工的工序；
在上述等间隔夹紧解除的状态下，对辊光加工过的内滚零件进行热处理的工序。
4、一种内啮合行星齿轮结构中的外滚，在由第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，上述只传递自转成分的传递装置由圆柱状的外销和与其配合使用的圆筒状的外滚组成，其特征在于，当设定n为3以上的整数时，将上述圆筒的内周壁的横断面由正圆加工成接近正n角形的形状。
5、一种内啮合行星齿轮结构中的外滚，在由第1轴，随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，上述只传递自转成分的传递装置由圆柱状的外销和与其配合使用的圆筒状的外滚组成，其特征在于，将上述圆筒的内周壁的横断面由正圆加工成接近菱形的形状。
6、一种内啮合行星齿轮结构中的外滚制造方法，在由第1轴、随该第1轴转动而转动的偏心轴、通过该偏心轴能相对第1轴进行偏心转动的外齿齿轮、与该外齿齿轮内啮合的内齿齿轮、通过只传递该外齿齿轮的自转成分的传递装置连接在上述外齿齿轮上的第2轴组成的内啮合行星齿轮结构中，其特征在于，制造由圆柱状的外销和与其配合使用的圆筒状的外滚组成的上述传递装置中的圆筒状的外滚的方法包括：
粗切削圆柱状的外滚零件中心部形成粗加工的圆筒状零件的工序；
在圆周方向等间隔的位置、沿半径方向向内周侧施加规定的挟紧力夹紧该粗加工形成的外滚零件的外周的工序；
在该等间隔的夹紧状态下，对上述外滚零件的内周壁进行辊光加工的工序；
在上述等间隔夹紧解除的状态下，对辊光加工过的外滚零件进行热处理的工序。
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