CN1424520A - 挠曲花键和具有挠曲花键的啮合型齿轮设备 - Google Patents

Abstract

一种在啮合类型齿轮设备中使用的挠曲花键(1)包括附着部分(1a)、与所述附着部分相连能够弹性变形的薄厚度管形部分(1b)以及形成在管形部分末端的外齿(1c)，所述末端远离所述附着部分。在插入波发生器(3)之前，所述薄厚度管形部分(1b)被形成锥角为θ的锥形，该锥形从所述附着部分(1a)向所述外齿(1c)方向逐渐地倾斜。

Description

挠曲花键和具有挠曲花键的啮合型齿轮设备

发明领域

本发明涉及一种在啮合类型齿轮设备(波动(wave motion)齿轮设备)中使用的挠曲花键(flex spline)以及一种具有该挠曲花键的啮合类型齿轮设备。

背景技术

啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)是公知的，它包括一挠曲花键、具有内齿的圆花键以及波发生器。所述挠曲花键具有被通常形成为凸起部分的附着部分，所述附着部分与输出元件相连，所述挠曲花键还具有通常和所述附着部分通过隔板相连的并能弹性变形的具有一薄的厚度的管形部分，以及形成在所述管形部分上远离所述附着部分的末端上的外齿。所述圆花键的内齿与所述外齿啮合，所述内齿齿数略微比所述外齿齿数多，所述波发生器被形成为椭圆形，并与挠曲花键的管形部分的内表面啮合，从而使所述挠曲花键弹性变形。具体地说，被称作HarmonicDrive(商品名称)啮合类型齿轮设备是公知的。

在加工挠曲花键的内圆筒表面时，挠曲花键1的齿部分1c和相反端的附着部分1a(凸起部分)被一车床卡盘夹持，在所述齿部和附着部分围绕轴线转动时，车刀和挠曲花键在轴向方向相对运动，从而实现切削加工。

为了实现这个目的，在普通的挠曲花键1中，如图4A所示，薄厚度的管形部分1b被形成为笔直的圆柱形形状。也就是图4A所示形状。附着部分(凸起部分)1a一侧的内径d1与薄厚度的管形部分1b一侧的内径d2相同，也就是d1＝d2。d1和d2都比将在下文介绍的圆花键5的内齿5a的节径d0小。

在这种普通的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)中，通常附着部分(凸起部分)1a被构造的难以变形，以便固定挠曲花键1并输出扭矩。另一方面，在普通的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)中，如申请号为JP17888/1994的日本专利和日本实用新型173851/1986中所介绍的那样，挠曲花键1的齿部分1c被形成在薄厚度的管形部分1b上，挠曲花键1外侧上的齿部分1c可以和圆花键5的齿部分5a啮合。

具有形成为椭圆形的凸起部的波发生器3通过轴承4在薄厚度管形部分1b的末端被插入内径部分。挠曲花键1外侧上的齿部分1c采用这种方式和圆花键5的齿部分5a啮合，因此，通过波发生器3，挠曲花键1变形，挠曲花键1的齿部分1c的半径部分即波发生器3的椭圆主轴线所在位置变得位于变形之前的半径部分的外侧。

如上所述，挠曲花键1的管形部分被形成为笔直的圆柱形形状。因此在挠曲花键1内，波发生器3被插入所述管形部分的内径部分内，附着部分1a不变形。相反如图4B所示，在波发生器3的作用下，薄厚度的管形部分1b的齿部分1c向外膨胀，变形后的挠曲花键1的齿间曲线变得不和圆花键5的齿间曲线平行，从而在齿部分形成锥角α。

因此，挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a之间的啮合深度在齿宽方向上(也就是挠曲花键1的轴向方向)变化。由于啮合深度在齿宽方向上变化，负载不能均匀地施加在齿的整个宽度上，而是集中地施加在齿的一部分上。通常虽然挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a中每个齿都是正(直)齿，但是在外齿1c和圆花键5的内齿5a之间不能获得正常的啮合状态。

此外，由于上述锥角α的影响，当沿挠曲花键1的轴向方向看时，波发生器3仅仅在它的一端与挠曲花键1的内径部分接触。因此位于波发生器3和挠曲花键1之间的轴承4的寿命被降低，波发生器3和挠曲花键1之间的啮合刚度也下降。

此外，即使在波发生器3和挠曲花键1之间使用具有很大承载能力的滚柱轴承，由于上述锥角α以及由所述锥角α引起的波发生器3的一端侧接触状态，滚柱轴承的滚柱倾斜，从而轴承的内轮和外轮被滚柱肩部磨损或磨坏。因此不能使用这种滚柱轴承。

挠曲花键1的长度(沿挠曲花键1体部的轴向方向)越短，上述现有技术中所存在的问题就越显著。

发明概述

因此本发明的目的是解决现有技术中所存在的问题并提供一种啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)，在所述设备中，挠曲花键1和圆花键5之间所形成的锥角α被消除或减少，从而使挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a之间的啮合深度在齿宽方向均匀，负载被均匀地施加在整个齿宽上，从而获得正常的啮合状态，改善了扭矩传送的精确性、抗扭刚度和负载能力。

此外，本发明的另一个目的是提供一种具有这样的挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)。

通过一种在啮合类型齿轮设备中使用的挠曲花键实现了上述目的，所述挠曲花键包括：附着部分；与所述附着部分相连的并能够弹性变形的薄厚度管形部分；形成在管形部分末端的外齿部分，所述末端远离所述附着部分；其特征在于：所述薄厚度管形部分被形成圆锥形，从所述附着部分向所述外齿方向倾斜。

根据本发明，通过考虑挠曲花键的整体刚度和变形，分析当将波发生器插入时所引起的最大锥角α。因此使用一种圆锥形结构作为在自由状态下挠曲花键的结构，该圆锥形的锥角略小于上述锥角α，圆锥方向与锥角α的方向相反。从而挠曲花键齿部的锥角α被消除，从而消除或减少了啮合状态下的挠曲花键和圆花键之间的锥角。

在此情况下，符合本发明的薄厚度管形部分被形成为从所述附着部分向所述外齿方向逐渐倾斜的圆锥形。此外，符合本发明的薄厚度管形部分可以沿轴向方向在一预定长度上在附着部分一侧被形成圆柱形状，在外齿部分一侧被形成为与所述圆柱形相连的圆锥形，从而向外齿侧方向倾斜。

本发明的附着部分在多种情况下与输出提取元件相连。因此当挠曲花键被构造成盖形时，所述附着部分可以是作为盖底部(隔板)的突出部分而形成的凸起部分。在一些情况下，挠曲花键被构造成没有底部的管形。在此情况下，附着部分可以作为环形被形成在管形部分齿部相反端上。

此外，本发明提供一种具有这种挠曲花键的啮合类型齿轮设备。这种啮合类型齿轮设备包括挠曲花键，它包括附着部分；与所述附着部分相连并能够弹性变形的薄厚度管形部分，形成在管形部分末端的外齿部分，所述末端远离所述附着部分。所述啮合类型齿轮设备还包括具有内齿的圆花键，所述内齿与所述挠曲花键的外齿啮合；还包括使挠曲花键弹性变形的波发生器；其特征在于：所述薄厚度管形部分被形成为从所述附着部分向所述外齿方向倾斜的锥形，所述波发生器具有多排与所述挠曲花键内周表面邻接的轴承。另一种方案是，所述薄厚度管形部分被形成为从所述附着部分向所述外齿方向倾斜的锥形，所述波发生器具有与所述挠曲花键内周表面邻接的滚柱轴承。

在这些情况下，挠曲花键的薄厚度管形部分可以被形成为从所述附着部分向所述外齿方向均匀地倾斜的锥形。另一种方案是，挠曲花键的薄厚度管形部分被形成为在靠近所述附着部分一侧具有笔直的圆柱形形状，在靠近外齿一侧具有锥形形状，从而向外齿一侧倾斜，所述锥形形状与所述圆柱形形状相连。

本发明所介绍的内容涉及日本专利申请P2001-376965(申请日为2001年12月11日)中所包含的主题，上述专利申请被结合在本申请文献中。

附图简介

图1A～1C示意性显示了本发明的第一实施例，其中图1A是一横截面视图，显示了盖形的挠曲花键，该花键向末端方向倾斜，图1B是一个横截面视图，显示了具有图1A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)的一个实施例，图1C是一个横截面视图，显示了具有图1A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)的另一个实施例。

图2A～2C显示了本发明第二实施例，其中图2A是一个横截面视图，显示了盖形的挠曲花键，该花键被形成为在轴向方向上具有一预定长度的圆柱形形状，被形成在所述附着部分一侧，被形成在从上述圆柱形开始的外齿侧部分，向外齿末端方向倾斜，图2B是一个横截面视图，显示了具有图2A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)的一个实施例，图2C是一个横截面视图，显示了具有图2A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)的另一个实施例。

图3A和3B显示了本发明另一个实施例，其中图3A是一个横截面视图，显示了被形成为没有底部的圆柱形状以及被形成为向末端倾斜的圆锥形状的挠曲花键，图3B是一个横截面视图，显示了具有图3A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)。

图4A和4B显示了一种通用类型设备，其中，图4A是一个显示了挠曲花键的横截面视图，图4B是一个横截面视图，显示了具有图4A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)。

优选实施例介绍

下文将结合附图详细地介绍本发明的实施例。图1A是一个显示了符合本发明第一实施例的挠曲花键的横截面视图。

使用具有高疲劳强度的特殊钢制造挠曲花键1。符合图1A所示实施例的挠曲花键1被构造成具有底部的盖形，从所述底部1d(隔板)突起的凸起部分被用作本发明的附着部分1a。

具有一薄厚度的管形部分1b通过底部1d(隔板)与所述附着部分1a联接，外齿1c被形成在所述管形部分1b的末端的外侧上。在这个实施例中，管形部分1b被形成为圆锥形，它从附着部分1a逐渐地向外齿1c一侧倾斜。

如图1A所示，对于挠曲花键1的管形部分1b来说，靠近附着部分1a(凸起部分)上一侧的内径D1比末端一侧的内径D2大，也就是D1＞D2。

在插入波发生器3之前，考虑到插入波发生器3的主轴时所产生的挠曲花键的张角情况，挠曲花键1被形成为角度为θ的圆锥形。这个被预先形成的角度θ最好是由下式所表示的所述张角的中间值，

      θ＝[tan^-1{(δ/2)/L}]/2

在这个表达式中，δ/2代表在插入波发生器3时，主轴部分的偏差量δ的一半(一侧)，L代表挠曲花键的体部长度。角度θ可以在0.5～5度范围内被自由地选取。

在插入波发生器3之前，可以将挠曲花键1的管形部分1b上靠近附着部分1a(凸起部分)上一侧的内径D1设置的比传统的挠曲花键1的管形部分1b靠近附着部分1a(凸起部分)上一侧的内径d1大。对于传统的挠曲花键来说，挠曲花键1的外齿1c的分圆被制造的较大。此外在插入波发生器3之前，挠曲花键1的管形部分1b上靠近附着部分1a(凸起部分)上一侧的内径D1比圆花键5的内齿5a的分圆的直径小。

图1B是一个横截面视图，显示了具有图1A所示挠曲花键的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)。

被形成为环形的圆花键5被固定地设置在挠曲花键1的管形部分1b的末端外侧，因此形成在圆花键5内周表面上的内齿5a可以和挠曲花键1的外齿1c啮合。形成在圆花键5上的内齿5a的数量略微比挠曲花键1的外齿1c数量大(在这个实施例中多2个)。

设置波发生器3，从而它可以在挠曲花键1的管形部分1b的末端内侧转动。通常输入被传送到波发生器。波发生器3被形成为椭圆形并具有凸起部。轴承4的内环与椭圆形的波发生器3的凸起部的外周表面相连，轴承4的外环可以和挠曲花键1的管形部分的内侧啮合。

当插入波发生器3时，圆花键5的内齿5a与挠曲花键1的外齿1c在主轴部分在一定范围内啮合。然而最好在平均啮合位置的分圆被设定得与圆花键5的分圆同心。

如上所述，这样构造波发生器3，所述凸起部被形成为椭圆形，轴承4的内环被附着在所述凸起部，外环与和挠曲花键1的管形部分1b的内侧啮合。当将输入被传送到波发生器3时，通过轴承4，波发生器使挠曲花键1弹性变形。此外如上所述，圆花键5具有与挠曲花键1的外齿1c啮合的内齿5a，内齿5a的齿数被设定的略微比挠曲花键1的外齿1c数量大(通常多2个)。

当将输入被传送到波发生器3时，通过波发生器3，挠曲花键1沿椭圆形形状偏斜，因此沿椭圆形形状偏斜的挠曲花键1的主轴部分的外齿1c与圆花键5的内齿5a啮合，短轴部分的外齿1c完全与圆花键5的内齿5a分开。由于圆花键5采用上述方式被固定，当波发生器3沿一个方向转动时(例如顺时针方向)，挠曲花键1弹性变形，挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a之间的啮合位置顺序地移动。当波发生器3顺时针转动180度时，挠曲花键1逆时针转动的距离相应于一个齿。采用这种方式，当波发生器3顺时针转动一圈后(360度)，由于挠曲花键1的齿数比圆花键5的齿数少2个，挠曲花键1逆时针转动距离相应于2个齿。采用这种方式，被传送到波发生器3的输入的速度被减少很大程度，并且该输入可从挠曲花键1中被取出。

如上所述，因为传统的挠曲花键1的管形部分1b被形成为正圆柱形，就会形成圆锥角α。于是挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a之间的啮合深度在齿宽度方向(也就是挠曲花键1的轴线方向)上变化。由于啮合深度在齿宽度方向上变化，负载不能均匀地施加在齿的整个宽度上，而是偏心地施加在齿的一部分上。因此导致这样的问题，虽然挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a通常是正齿轮，在这些正外齿1c和内齿5a之间不能获得正常的啮合状态。

为了解决现有技术中所存在的这种问题，根据本发明，通过考虑挠曲花键1的整体刚度和弹性，分析插入波发生器3时所导致的最大锥角α。因此如图1A所示，一种具有锥角θ的锥形被用作挠曲花键1在自由状态下的结构，所述锥角θ几乎与上述锥角α大小相同。但是方向相反。因此挠曲花键齿上的锥角α被所述锥角θ消除了，因此消除或减少了啮合状态下挠曲花键1和圆花键5之间的锥角α。

根据本发明，形成在挠曲花键1和圆花键5之间的锥角α被消除或减少。因此如图1B所示，在齿宽方向，挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a之间的啮合深度变得均匀。因此，载荷被均匀地施加在每个挠曲花键和每个圆花键的整个宽度上，因此可以获得正常的啮合状态，从而啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被设置，其扭矩传送精度、抗扭刚度和负载能力被改善。

此外，根据本发明，由于挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a沿齿宽方向以均匀的啮合深度啮合，如图1C所示，多排邻接挠曲花键1内周表面的轴承4、4(在所示实施例中两排)可以被附着在波发生器3的凸起部的外周表面上。在此情况下，载荷可以被均匀地施加在每个轴承4、4，可以获得正常的啮合状态。

图2A显示了符合本发明第二实施例的挠曲花键1的横截面视图。符合第一实施例的挠曲花键1的薄厚度的管部分1b被形成为一种锥形，即从附着部分1a一侧向外齿1c方向逐渐地倾斜。另一种情况是，在附着部分1a一侧，沿轴向方向，在一预定长度1上，图2A所示的第二实施例的挠曲花键1被形成为圆柱形(内径D1)，与所述圆柱形部分相连的是外齿侧部分1b所形成的锥形形状，该锥形形状向外齿一侧逐渐倾斜(末端的内径D2)。符合这个实施例的挠曲花键1的尺寸与上述实施例中的挠曲花键的尺寸相同。在这个实施例中，挠曲花键1的体部长度L是形成为锥形形状的部分的长度。因此在这个实施例中，被预先形成的角度θ略微比上述

实施例中的角度大。

采用与图1B相同的方式，通过使用图2A所示的第二实施例的挠曲花键1，具有第二实施例的挠曲花键1的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被获得(参考图2B)。被传送到波发生器3的输入的速度被减少很大，从而该输入从挠曲花键1中被取出。

与上述实施例相同，根据这个实施例，挠曲花键1和圆花键5之间所形成的锥角α被减少或消除。因此如图2B所示，挠曲花键1的齿1c和圆花键5的齿5a之间的啮合深度在齿宽方向上变得均匀。因此，负载被均匀地施加在每个挠曲花键和圆花键的整个宽度上，从而可以获得正常的啮合状态，从而啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被设置，其扭矩传送精度、抗扭刚度和负载能力被改善。

此外根据本发明，挠曲花键1的外齿1c和圆花键5的内齿5a沿齿宽方向以均匀的啮合深度啮合。如图1C所示实施例那样，多排邻接挠曲花键1内周表面的轴承4(在所示实施例中两排)可以被附着在波发生器3的凸起部的外周表面上。在此情况下，载荷可以被均匀地施加在每个轴承上，可以获得正常的啮合状态。

此外如图2C所示，邻接挠曲花键1内周表面的滚柱轴承4’可以替代多排轴承4、4而附着在波发生器3的凸起部的外周表面上。挠曲花键1的齿1c和圆花键5的齿5a之间的啮合深度在齿宽方向上变得均匀。因此，负载被均匀地施加在每个挠曲花键和圆花键的整个宽度上，从而可以获得正常的啮合状态。因此即使在使用滚柱轴承4’的情况下，在轴承的内轮或外轮中没有一个被滚柱轴承4’的滚柱肩部磨损或磨坏，从而啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被设置，其扭矩传送精度、抗扭刚度和负载能力被改善。

在图1C所示实施例中，也可以使用滚柱轴承4’替代多排轴承4、4。

在上述第一和第二实施例中，挠曲花键1被形成为盖形，附着部分1a是作为盖底部的突起部分被形成的凸起部分。另外，本发明可以适用于这样的情况，其中挠曲花键1被形成为没有底部的圆柱形。在此情况下如图3A和3B所示，附着部分1a作为环形部分被形成在管形部分1b的齿部1c的相反端的外周边上。图3A是一个显示了没有底部的圆柱形挠曲花键1的横截面视图，挠曲花键1被形成为向外齿一侧均匀倾斜的锥形。图3B是具有图3A所示挠曲花键1的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)。

如上所述，本发明已经解决了上述现有技术中所存在的问题。也就是形成在挠曲花键1和圆花键5之间的锥角α被消除或减少。因此挠曲花键1的齿1c和圆花键5的齿5a之间的啮合深度在齿宽方向上变得均匀。因此，负载被均匀地施加在每个挠曲花键和圆花键的整个宽度上，从而可以获得正常的啮合状态，从而啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被设置，其扭矩传送精度、抗扭刚度和负载能力被改善。

此外，根据本发明，具有这种类型的挠曲花键1的啮合类型齿轮设备(波动齿轮设备)可以被提供。

Claims (4)

1.一种在啮合类型齿轮设备中使用的挠曲花键包括：

附着部分；

与所述附着部分相连并能够弹性变形的薄厚度管形部分；

形成在管形部分末端的外齿部分，所述末端远离所述附着部分；

所述薄厚度管形部分被形成为至少一部分是锥形，该锥形从所述附着部分向所述外齿方向逐渐地倾斜。

2.一种根据权利要求1所述挠曲花键，其特征在于：所述薄厚度管形部分在靠近所述附着部分一侧具有笔直的圆柱形形状，在靠近外齿一侧具有锥形形状，所述锥形形状与所述圆柱形形状相连。

3.一种啮合类型齿轮设备包括：

挠曲花键，它包括：附着部分；与所述附着部分相连并能够弹性变形的薄厚度管形部分；形成在管形部分末端的外齿部分，所述末端远离所述附着部分；

具有内齿的圆花键，所述内齿与所述挠曲花键的外齿啮合；以及

使挠曲花键弹性变形的波发生器；其特征在于

所述薄厚度管形部分被形成为至少一部分是锥形，该锥形从所述附着部分向所述外齿方向逐渐地倾斜；

所述波发生器具有多排与所述挠曲花键内周表面邻接的轴承。

4.一种啮合类型齿轮设备包括：

挠曲花键，它包括：附着部分；与所述附着部分相连并能够弹性变形的薄厚度管形部分；形成在管形部分末端的外齿部分，所述末端远离所述附着部分；

具有内齿的圆花键，所述内齿与所述挠曲花键的外齿啮合；

使挠曲花键弹性变形的波发生器；其特征在于

所述薄厚度管形部分被形成为至少一部分是锥形，该锥形从所述附着部分向所述外齿方向逐渐地倾斜；

所述波发生器具有与所述挠曲花键内周表面邻接的滚柱轴承。

Images