DE10057595A1

DE10057595A1 - Zahnradvorrichtung vom Flexiblen Eingriffstyp mit negativer Verformung und Passier-Zahn-profil mit maximierter Höhe

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Publication number: DE10057595A1
Application number: DE10057595A
Authority: DE
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2001-05-23
Also published as: JP4357054B2; US6526849B1; KR100648776B1; KR20010060375A; JP2001146945A

Abstract

Eine Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp besitzt ein starres innenverzahntes Zahnrad (2), ein verformbares außenverzahntes Zahnrad (3) und einen Wellengenerator (4), wobei das verformbare Zahnrad (3) einen zylindrischen Körper (31) und auf der Außenfläche des zylindrischen Körpers (31) ausgebildete Außenzähne (35) aufweist, wobei der Wellengenerator (4) einen zu der Zahnradachse rechtwinkligen Querschnittsbereich des außenverzahnten Zahnrads (3) in eine Ellipsengestalt verformt, um das außenverzahnte Zahnrad (3) zu veranlassen, mit dem innenverzahnten Zahnrad (2) partiell in Kämmeingriff zu treten, wobei es sich sowohl bei dem innenverzahnten Zahnrad (2) als auch bei dem außenverzahnten Zahnrad (3) um Stirnränder mit einem Modul m handelt, wobei die Anzahl der Zähne des außenverzahnten Zahnrads (3) um 2n (wobei n eine positive ganze Zahl ist) geringer ist als die Anzahl der Zähne des innenverzahnten Zahnrads (2), und wobei der Wellengenerator (4) rotationsmäßig bewegt wird, um eine relative Rotation zwischen den beiden Zahnrädern zu erzeugen. Das grundlegende Zahnprofil des außenverzahnten Zahnrads (3), das einen Verformungskoeffizienten von weniger als 1 aufweist, erhält die Gestalt eines konvexen Bogens, und eine Senkrechte an dem Wendepunkt der durch das Zentrum des konvex bogenförmigen Zahnprofils beschriebenen Bewegungsortskurve relativ zu den Zähnen des innenverzahnten Zahnrads sowie eine Evolute der Ortskurve werden in neuartiger Weise eingeführt, ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zahnrad vorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp, wie sie in Robo tergelenken, Halbleiter-Produktionsgerätschaften und dergleichen häufig verwendet wird, und befaßt sich im spezielleren mit der Formgebung der Zähne eines starren Zahnrads mit Innenverzahnung sowie eines flexiblen bzw. verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung, die bei der Zahnradvorrichtung Verwendung finden.

Seit der Erfindung der Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp durch C. W. Musser (US-Patent Nr. 2 906 143) bis in die heutige Zeit haben Musser und viele an dere Forscher, einschließlich des Erfinders der vorlie gend beschriebenen Erfindung, verschiedene Neuerungen vorgeschlagen. Allein die große Anzahl der verschiedenen vorgeschlagenen Verbesserungen beim Zahnprofil ist be trächtlich.

Hinsichtlich des Zahnprofils der Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp hat der vorliegende Erfinder frü her bereits ein Zahnprofil-Ausbildungsverfahren vorge schlagen, das eine Zahnstangenannäherung des Kämmein griffs zwischen den Zähnen des starren innenverzahnten Zahnrads und des verformbaren außenverzahnten Zahnrads dazu verwendet, ein Fußprofil abzuleiten, das einen gro ßen Bereich eines Zahnkämmeingriffs zwischen den beiden Zahnrädern ermöglicht (siehe JP-B 45-41171). Der Erfin der hat auch ein Verfahren zum Vermeiden von Zahnprofilüberschneidung (tooth profile interference) erfunden, das durch Zahnstangenannäherung hervorgerufen wird.

Von dem vorliegenden Erfinder entwickelte, spezielle Zahnprofile beinhalten ein Profil, bei dem das verform bare außenverzahnte Zahnrad eine Bogenform erhält und das eine Hüllkurve des Bogens als Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrads verwendet (Japanisches Patent Nr. 2 828 542). Die Wirksamkeit dieser Erfindung wird jedoch für begrenzt gehalten, da die Verwendung eines bogenförmigen Zahnprofils bereits früher bekannt war und da die Erfindung nur unzulängliche Erklärungen hinsicht lich des Zustands der Umhüllenden und anderer derartiger Überschneidungsfaktoren gibt.

Auf dem Markt besteht ein großer Bedarf für Zahnradvor richtungen vom flexiblen Eingriffstyp, die eine bessere Leistung bieten. Ein besonderer Bedarf besteht für Ver besserungen in der Belastungskapazität sowie die Verhin derung von Zahnschlupf (ratschenartiges Durchrutschen) unter exzessiven Belastungsbedingungen.

Allgemein gesprochen sind die Hauptfaktoren, die die Belastungskapazität einer Zahnradvorrichtung vom flexi blen Eingriffstyp bestimmen, die Rand- bzw. Kranzfestig keit des Zahnfußes des verformbaren außenverzahnten Zahnrads sowie die Festigkeit der Wälzkontaktfläche des Innenrings des Wellengenerators, insbesondere in der Nähe der Hauptachse. Die Fähigkeit zum Standhalten gegen Durchrutschen steht jedoch in enger Beziehung zu der Zahnhöhe.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Stei gerung der Belastungsfähigkeit einer Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp durch starke Vergrößerung der Zahnhöhe des Passier-Kämmeingriffsprofils, was für eine Steigerung der Belastungsfähigkeit besonders vorteilhaft ist, sowie durch Verlängerung der Gesamtzahnhöhe ohne Verursachung von Überschneidung, wodurch eine höhere Beständigkeit gegen Durchrutschen erzielt wird, sowie durch Anwendung einer negativen Verformung, durch die das Verformungsausmaß des verformbaren außenverzahnten Zahnrads reduziert wird und ein Kämmeingriff in der Nähe der Hauptachse, wo die Biegebelastung des Zahnfußkranzes am stärksten ist, vermieden werden kann.

Die vorliegende Erfindung erreicht das vorstehend genannte Ziel, indem das grundlegende Zahnprofil des verformbaren außenverzahnten Zahrads, das einen Verfor mungskoeffizieten von weniger als 1 aufweist, die Ge stalt eines konvexen Bogens erhält und indem in neuarti ger Weise eine Senkrechte an dem Wendepunkt der durch das Zentrum des konvex bogenförmigen Zahnprofils be schrieben Bewegungsortskurve relativ zu den Zähnen des starren innenverzahnten Zahnrads sowie eine Evolute der Ortskurve eingeführt werden, wodurch die Überschnei dungsgrenze des Zahnprofils geklärt bzw. freigehalten wird und somit eine Maximierung der Zahnhöhe des konka ven Zahnprofilbereichs des starren innenverzahnten Zahn rads und des konvexen Zahlprofilbereichs des verformba ren außenverzahnten Zahnrads, die die Hauptkämmein griffsarbeit leisten, sowie eine Maximierung der Gesamt zahnhöhe des starren innenverzahnten Zahnrads ohne Zahn profilüberschneidung ermöglicht werden.

Im spezielleren schafft die vorliegende Erfindung eine Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp, mit einem starren innenverzahnten Zahnrad, einem verformbaren au ßenverzahnten Zahnrad sowie einem Wellengenerator, wobei sich die Zahnradvorrichtung erfindungsgemäß dadurch aus zeichnet, daß das verformbare außenverzahnte Zahnrad einen zylindrischen Körper und auf der Außenfläche des zylindrischen Körpers ausgebildete Außenverzahnungszähne aufweist, daß der Wellengenerator einen zu der Zahnrad achse rechtwinkligen Querschnittsbereich des außenver zahnten Zahnrads in eine Ellipsengestalt verformt, um das außenverzahnte Zahnrad zu veranlassen, mit dem star ren innenverzahnten Zahnrad partiell in Kämmeingriff zu treten, daß es sich sowohl bei dem starren innenverzahn ten Zahnrad als auch bei dem verformbaren außenverzahn ten Zahnrad um Stirnräder mit einem Modul m handelt, daß die Anzahl der Zähne des verformbaren außenverzahnten Zahnrads um 2n (wobei n eine positive ganze Zahl ist) geringer ist als die Anzahl der Zähne des starren innen verzahnten Zahnrads, und daß der Wellengenerator rota tionsmäßig bewegt wird, um eine relative Rotation zwi schen den beiden Zahnrädern zu erzeugen. Außerdem zeich net sich die Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriff styp durch die nachfolgend angegebenen Merkmale aus.

Ein an einer willkürlich gewählten Position gezogener Querschnitt des Zahnverlaufs des verformbaren außenver zahnten Zahnrads rechtwinklig zu der Zahnradachse wird als Hauptquerschnitt definiert. Die Differenz an diesem Hauptquerschnitt zwischen dem maximalen Radius des Neu tralkreises des elliptischen Kranzes nach der Verformung des verformbaren außenverzahnten Zahnrads und dem Radius des Kranz-Neutralkreises vor der Verformung wird durch den Modul m dividiert. Das Ergebnis wird als Verfor mungskoeffizient des elliptischen Kranz-Neutralkreises definiert. Der Verformungskoeffizient wird als negative Verformung gewählt, die geringer ist als ein Bezugswert von 1, um den Bereich in der Nähe der Hauptachse der Ellipse von dem Kämmeingriffsbereich der Zähne der bei den Zahnräder auszunehmen.

Das grundlegende Zahnprofil des verformbaren außenver zahnten Zahnrads ist als konvexe Bogenform definiert.

Die konkave Kurve, die der konvexe Bogen bei dem starren innenverzahnten Zahnrad erzeugt, wird als Hauptbereich des Zahnprofils des starren innenverzahnten Zahnrads angewendet. Der Extrempunkt der konkaven Kurve in Rich tung des Zahnkopfes wird auf eine Senkrechte gesetzt, die an dem Wendepunkt der Bewegungsortskurve gezogen wird, die von dem Zentrum des konvex bogenförmigen Zahn profils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads rela tiv zu dem starren innenverzahnten Zahnrad beschrieben wird. Der Punkt auf dem konvexen Bogen des verformbaren außenverzahnten Zahnrads, der mit diesem Extrempunkt in Kämmeingriff steht, wird als Extrempunkt des konvexen Bogens in Richtung des Zahnfußes definiert. Die konkave Kurve, die sich von dem Extrempunkt in Richtung des Zahnfußes fortsetzt, wird als Zahnfuß des verformbaren außenverzahnten Zahnrads verwendet.

Die erzeugte konvexe Kurve zwischen dem Punkt auf der Senkrechten, die an dem Wendepunkt der Ortskurve gezogen wird, die durch das Zentrum des konvex bogenförmigen Zahnprofils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads beschrieben wird, und dem Umkehrpunkt der erzeugten Kur ve, der auf der Evolute der Ortskurve erscheint, wird als Zahnprofil auf der Zahnkopfseite verwendet, das sich von dem Extrempunkt des konkaven Zahnprofils des starren innenverzahnten Zahnrads fortsetzt. Eine konvexe Kurve wird ferner der erzeugten konvexen Kurve hinzugefügt, ohne daß es zu Überschneidungen mit dem verformbaren außenverzahnten Zahnrad kommt.

Weiterhin wird der Zahnkopfpunkt des konvex bogenförmi gen Zahnprofils des verformbaren außenverzahnten Zahn rads als Kämmeingriffspunkt mit dem erzeugten Konvexkur ven-Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrads an dem Umkehrpunkt definiert.

Diese Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwirklichung einer Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp mit maximierter Zahnhöhe, bei der konkave und konvexe Zahnprofile einen Passier-Kämm eingriff in dem Hauptquerschnitt des verformbaren außen verzahnten Zahnrads in einem von der Hauptachse abgele genen Bereich bewirken.

Zusätzlich zu dem flachen verformbaren außenverzahnten Zahnrad, das aus einem zylindrischen Element gebildet ist, das auf seiner Außenumfangsfläche mit Außenver zahnungszähnen versehen ist, gibt es auch becherförmige und zylinderhutförmige verformbare außenverzahnte Zahn räder. Die verformbaren außenverzahnten Zahnräder mit diesen Formgebungen besitzen einen zylindrischen Körper, eine ringförmige Membran, die kontinuierlich mit dem einen Ende des Körpers ausgebildet ist, einen an dem anderen Ende des Körpers ausgebildeten Öffnungsbereich sowie auf der Außenumfangsfläche des Körpers an dessen Öffnungsbereichseitigen Ende ausgebildete Außenver zahnungszähne für den Kämmeingriff mit den bereits er wähnten Innenverzahnungszähnen. Bei Verwendung dieses Typs von verformbarem außenverzahnten Zahnrad verursacht der Wellengenerator eine elliptische Verformung von Querschnittsbereichen des Körpers des verformbaren au ßenverzahnten Zahnrads in einer derartigen Weise, daß das Verformungsausmaß von der Membran in Richtung auf den Öffnungsbereich in etwa proportional zu der Entfer nung von der Membran zunimmt, wodurch es zu einem par tiellen Kämmeingriff zwischen dem außenverzahnten Zahn rad und dem innenverzahnten Zahnrad kommt.

Bei Bedarf wird eine Freiarbeitung an den Zähnen von dem Hauptquerschnitt des verformbaren außenverzahnten Zahn rads in Richtung auf den Öffnungsbereich und in Richtung auf den inneren Endbereich in Fortsetzung von der Mem bran des Körpers vorgesehen.

Es ist auch möglich, den Kämmeingriff zwischen dem kon vexen Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrades und dem konvexen Zahnprofil des verformbaren außenver zahnten Zahnrads zu elimineren, indem ein Freiraum an dem konvexen Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrads auf der Zahnkopfseite vorgesehen wird.

Es ist ferner möglich, den Krümmungskreis des Zahnpro fils an einem typischen Punkt in dem Kämmeingriffsbe reich für eine Annäherung an das erzeugte konvexe Zahn profil des starren innenverzahnten Zahnrads zu verwen den.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht einer typischen Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp;

Fig. 2 eine Reihe schematischer Darstellungen zur Er läuterung, wie ein becherförmiges oder zylinder hutförmiges verformbares Zahnrad mit Außenver zahnung verformt wird, wobei (a) ein Schnitt entlang der Achse vor der Verformung ist, (b) ein Schnitt entlang der Achse ist, die die Hauptachse des Zahnrads beinhaltet, und (c) ein Schnitt entlang der Achse ist, die die Neben achse beinhaltet;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der relativen positionsmäßigen Beziehung des Kämmeingriffs zwischen einem verformbaren Zahn rad mit Außenverzahnung und einem starren Zahn rad mit Innenverzahnung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Bestimmen des Zahnprofils gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Zahnprofils gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Reihe schematischer Darstellungen zur Er läuterung eines Zahnprofil-Kämmeingriffs gemäß der Erfindung; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der an einem Zahn vorgenommenen Freiarbeitung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wobei die Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen dem star ren Zahnrad mit Innenverzahnung und dem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung 2n (wobei n eine positive ganze Zahl ist) beträgt und es sich bei der Formgebung der Kranz-Neutralkurve in dem Hauptquerschnitt des ver formbaren Zahnrads mit Außenverzahnung um eine angenä herte Ellipse handelt, die man dadurch erhält, daß man einem echten Kreis mit einem Radius r_n eine Sinuswelle überlagert, die eine Gesamtamplitude von 2 κm (wobei κ ein Verformungskoeffizient ist und m ein Modul ist) so wie eine Frequenz aufweist, die dem halben Umfang ent spricht.

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht einer typischen Zahnrad vorrichtung 1 vom flexiblen Eingriffstyp. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, beinhaltet die Zahnradvorrichtung 1 vom flexiblen Eingriffstyp ein ringförmiges star res Zahnrad 2 mit Innenverzahnung, ein flexibles Zahnrad 3 mit Außenverzahnung, das im Inneren des starren innen verzahnten Zahnrads 2 angeordnet ist, sowie einen Wel lengenerator 4, der in das Innere des verformbaren au ßenverzahnten Zahnrads 3 gepaßt ist. Der Wellengenerator 4 besitzt ein Ellipsenprofil und verursacht eine Verfor mung des außenverzahnten Zahnrads 3 in eine ellipsenför mige Gestalt, um die beiden Zahnräder in Bereichen der Ellipsenform an gegenüberliegenden Enden seiner Haupt achse in partiellen Kämmeingriff miteinander zu bringen.

Fig. 2 zeigt einen Satz von schematischen Darstellungen zur Erläuterung von Schnittansichten des verformbaren außenverzahnten Zahnrads enlang seiner Achse. Dabei ist ein becherförmiges verformbares außenverzahntes Zahnrad 3A in durchgezogenen Linien dargestellt, und ein zylin derhutförmiges verformbares außenverzahntes Zahnrad 3B ist in unterbrochenen Linien dargestellt. Dabei zeigt in Fig. 2 die Ansicht (a) die Formgebung vor der Veformung, (b) zeigt eine Schnittansicht entlang einer Achse, die die Hauptachse der Ellipsenkurve beinhaltet und (c) zeigt eine Schnittansicht entlang der Achse, die die Nebenachse beinhaltet. Die in der Zeichnung mit L ange deutete Linie bezeichnet einen Schnitt rechtwinklig zu der Achse als ein Beispiel für den Hauptquerschnitt.

Das becherförmige verformbare außenverzahnte Zahnrad 3A beinhaltet einen zylindrischen Körper 31, eine ringför mige Membran 32, die kontinuierlich mit einem Ende des zylindrischen Körpers sowie sich von diesem radial nach innen erstreckend ausgebildet ist, eine ringförmige Er hebung 33, die in kontinuierlicher Weise mit dem Innen umfang der Membran 32 ausgebildet ist, sowie Außenver zahnungszähne 35, die auf dem Außenumfang des zylindrischen Körpers 31 auf der Seite des Öffnungsbereichs 34 desselben ausgebildet sind.

Wenn der zylindrische Körper 31 des verformbaren außen verzahnten Zahnrads 3A von der Seite des Öffnungsbe reichs 34 auf den Wellengenerator 4 gepaßt ist, wird der zylindrische Körper 31 in eine derartige Ellipsengestalt verformt, daß das Ausmaß der Verformung von dem inneren Endbereich 36 auf der Membranseite in Richtung auf den Öffnungsbereich 34 in etwa proportional zu der Entfer nung von der Membran zunimmt.

Bei dem zylinderhutförmigen verformbaren außenverzahnten Zahnrad 3B ist die ringförmige Membran 3 derart ausge bildet, daß sie sich von dem inneren Endbereich 36 des zylindrischen Körpers 31 radial nach außen erstreckt, und eine ringförmige Erhebung 33B ist kontinuierlich mit ihrem Außenumfang ausgebildet. In den übrigen Konstruk tionsmerkmalen ist das zylinderhutförmige verformbare außenverzahnte Zahnrad 3B mit dem becherförmigen ver formbaren außenverzahnten Zahnrad 3A identisch.

Fig. 3 veranschaulicht die Relativbewegung zwischen den Zahnrädern 2 und 3 an dem Hauptquerschnitt, der die Ba sis für die Zahnprofilbildung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. An einen Zahn t des verformbaren außen verzahnten Zahnrads 3 werden die Achsen x_F, y_F eines Ko ordinatensystems gelegt, dessen Ursprung der Schnitt punkt O_F zwischen dem Kranz-Neutralkreis und der Zahnmit tenlinie (die mit einer Senkrechten I_R auf den Kranz- Neutralkreis übereinstimmt) ist. Als nächstes wird die durch den Wellengenerator 4 (in Fig. 3 nicht darge stellt) erzeugte Bewegung des Zahns t des verformbaren außenverzahnten Zahnrads relativ zu einem O_C-x_C,y_C-Ko ordinatensystem, das sich an einer Zahnlücke des starren innenverzahnten Zahnrads 2 befindet, als Bewegung des Koordinatensystems O_F-x_F,y_F relativ zu dem Koordinaten system O_C-x_C,y_C beschrieben.

Nachfolgend wird der Vorgang zum Bestimmen des Zahnpro fils gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Ein konvexer Kreisbogen a in der Zeichnung wird als erstes als Hauptbereich des Zahnprofils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads 3 angenommen. Dann wird die Bewegungsortskurve l_C des Zentrums A des konve xen Kreisbogens in einem an dem starren innenverzahnten Zahnrad festgelegten Raum gezogen, wobei es sich um den wesentlichsten Punkt der vorliegenden Erfindung handelt. Als nächstes wird die Evolute der Bewegungsortskurve l_C (die Ortskurve des Krümmungszentrums an jedem Punkt der Bewegungsortskurve) berechnet. Der Erfinder hat festge stellt, daß dann, wenn der Verformungskoeffizient wie im Fall der vorliegenden Erfindung geringer als 1 ist, d. h. im Fall einer negativen Verformung, ein Wendepunkt H in der Bewegungsortskurve des Zentrums des Kreisbogens er scheint, so daß die Evolute zwei Zweigbereiche aufweist und die durch den Wendepunkt verlaufende Senkrechte auf die Bewegungsortskurve zu der Asymptoten z wird.

Wenn das konvex bogenförmige Zahnprofil des verformbaren außenverzahnten Zahnrad 3 den Radius ρ_F besitzt, ergibt sich das an dem starren innenverzahnten Zahnrad 2 er zeugte Zahnprofil als Kurve b, die parallel zu der Bewe gungsortskurve l_C des Kreisbogenzentrums ist. Der Erfin der hat festgestellt, daß die parallele Kurve b die Asymptote an dem Punkt I schneidet, auf der Fußseite des Punktes I zu einer konkaven Kurve wird und auf der Zahn kopfseite desselben zu einer konvexen Kurve wird sowie einen Umkehrpunkt R auf der Evolute aufweist. Die Erfin dung verwendet die durch die erzeugte Kurve gebildete parallele Kurve bis zu dem Umkehrpunkt R als Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrads 2 und definiert den Bereich des konvex bogenförmigen Zahnprofils des ver formbaren außenverzahnten Zahnrads 3, indem als Zahnkopf der Berührungspunkt mit dem Punkt R zu Beginn des Kämm eingriffs verwendet wird und als Zahnfuß der Berührungs punkt mit dem Punkt R am Ende des Kämmeingriffs zwischen den konvexen Zahnprofilen verwendet wird (wobei dies auch der Beginn des Kämmeingriffs zwischen dem konvexen Zahnprofil und dem konkaven Zahnprofil ist).

Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Zahnprofils, wie es mit dem Verfahren gemäß Fig. 4 erzielt wird. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, ist eine bogenförmige Hinzufü gung an dem Zahnkopf des starren innenverzahnten Zahn rads vorgenommen worden, um die Zahnhöhe zu steigern, wobei man jedoch in demjenigen Zahnhöhenbereich geblie ben ist, der das Vermeiden einer Überschneidung mit dem Zahnkopf und dem Zahnfuß des verformbaren außenverzahn ten Zahnrads ermöglicht. Diese Steigerung der Zahnhöhe dient zur Erhöhung des Durchrutsch-Drehmoments.

Die Fig. 6(a) bis 6(f) zeigen ein Beispiel für den Kämm eingriff der Zähne einer Zahradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp unter Verwendung des Zahnprofils der Fig. 5, wobei die Darstellungen den Kämmeingriff zwischen den Zähnen der beiden Zahnräder über einen 90°-Bereich aus gehend von der Position der Hauptachse bis zu der Posi tion der Nebenachse zeigen.

Die Erfindung erzielt eine starke Erhöhung der Be lastungskapazität der Vorrichtung, indem in erster Linie ein Passier-Eingriff eines konvex bogenförmigen Zahnpro fils eines verformbaren außenverzahnten Zahnrads und eines Konvexbogen-Zahnprofils eines starren innenver zahnten Zahnrads verwendet wird und ferner die an dem Kämmeingriff beteiligte Zahnhöhe maximiert wird. Ferner erfolgt, charakteristisch für die negative Verformung, der Kämmeingriffan einer von der Hauptachse abgelegenen Stelle. Die durch den Kämmeingriff erzeugte Belastung tritt somit an einem Ort in Erscheinung, an dem die durch die elliptische Verformung erzeugte Biegebelastung reduziert ist, ohne daß es zu einer Überlagerung der durch den Zahneingriff in der Nähe der Hauptachse er zeugten Belastung kommt, wo die durch die elliptische Verformung des Kranzes des verformbaren außenverzahnten Zahnrads erzeugte Biegebelastung am höchsten ist. Dies verbessert auch die Belastungsfähigkeit des verformbaren außenverzahnten Zahnrads.

Bei dem Kämmeingriff des Zahnprofils der vorliegenden Erfindung handelt es sich in erster Linie um einen Kämm eingriff eines konvexen Zahnprofils und eines konkaven Zahnprofils, wobei sich ein Kämmeingriff zwischen kon kaven Zahnprofilen ohne nachteilige Konsequenzen elimi nieren läßt.

Da das konkav kurvenförmige Zahnprofil des starren in nenverzahnten Zahnrads dem Krümmungskreis sehr ähnlich ist, ist es in der Praxis möglich, dieses durch den Krümmungskreis zu ersetzen.

Die vorstehende Erläuterung bezieht sich auf den Haupt querschnitt des verformbaren außenverzahnten Zahnrads. Im Hinblick auf von dem Hauptquerschnitt abgelegene Ab schnitte in Richtung des Öffnungsbereichs und der Mem bran wird vorzugsweise eine Freiarbeitung in der in Fig. 7 dargestellten Weise vorgenommen, wenn dies zum Vermei den von Zahnüberschneidung erforderlich ist. Im Fall einer flachen Zahnradvorrichtung vom flexiblen Ein griffstyp ist jedoch kein Freiarbeiten erforderlich.

Wie vorstehend erläutert worden ist, wird bei der vor liegenden Erfindung durch Verwendung einer negativen Verformung zum Beabstanden des Kämmeingriffsbereichs von der Hauptachse verhindert, daß die durch die elliptische Verformung in der Nähe der Hauptachse erzeugte Biegebe lastung sowie die durch den Zahnkämmeingriff erzeugte Zugbelastung auf den Kranz des verformbaren außenver zahnten Zahnrads übertragen werden bzw. diesem überla gert werden. Außerdem schafft die Erfindung eine Vertei lung der sphärischen Belastung des Wellengenerators weg von dem Bereich in der Nähe der Hauptachse und erfolgt der Kämmeingriff der Zahnräder in Form eines Passier- Eingriffs von konkaven und konvexen Zahnprofilen mit maximierter Zahnhöhe, wie dies unter dem Gesichtspunkt des Oberflächendrucks von Vorteil ist. Die Erfindung schafft somit eine bemerkenswerte Steigerung der Bela stungskapazität der Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp.

Außerdem trägt die Maximierung der Zahnhöhe zu einer Steigerung des Durchrutsch-Drehmoments bei, und sie macht die Vorrichtung in praktischen Anwendungen zuver lässiger.

Claims

1. Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp, mit einem starren innenverzahnten Zahnrad (2), einem verformbaren außenverzahnten Zahnrad (3) und einem Wellengenerator (4), dadurch gekennzeichnet,
daß das verformbare außenverzahnte Zahnrad (3) einen zylindrischen Körper (31) und auf der Außenfläche des zylindrischen Körpers (31) ausgebildete Außen verzahnungszähne (35) aufweist,
daß der Wellengenerator (4) einen zu der Zahnrad achse rechtwinkligen Querschnittsbereich des außen verzahnten Zahnrads (3) in eine Ellipsengestalt ver formt, um das außenverzahnte Zahnrad (3) zu veran lassen, mit dem starren innenverzahnten Zahnrad (2) partiell in Kämmeingriff zu treten,
daß es sich sowohl bei dem starren innenverzahnten Zahnrad (2) als auch bei dem verformbaren außenver zahnten Zahnrad (3) um Stirnräder mit einem Modul m handelt,
daß die Anzahl der Zähne des verformbaren außenver zahnten Zahnrads (3) um 2n (wobei n eine positive ganze Zahl ist) geringer ist als die Anzahl der Zähne des starren innenverzahnten Zahnrads (2),
und daß der Wellengenerator (4) rotationsmäßig be wegt wird, um eine relative Rotation zwischen den beiden Zahnrädern zu erzeugen,
wobei die Zahnradvorrichtung (1) vom flexiblen Ein griffstyp eine maximierte Zahnhöhe besitzt und von der Hauptachse abgelegen einen Passier-Eingriff zwischen konkaven und konvexen Zahnprofilen in dem Hauptquerschnitt des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) bewerkstelligen kann, und zwar durch folgende Vorgehensweise:

- Definieren eines an einer willkürlich gewählten Stelle gebildeten Querschnitts des Zahnverlaufs des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) rechtwin klig zu der Zahnradachse als Hauptquerschnitt,
- Auffinden der Differenz an diesem Hauptquerschnitt zwischen dem maximalen Radius des Neutralkreises des elliptischen Kranzes nach der Verformung des ver formbaren außenverzahnten Zahnrads (3) und dem Ra dius des Kranz-Neutralkreises vor der Verformung, Dividieren der Differenz durch den Modul m, und De finieren des Ergebnisses als Verformungskoeffizient des elliptischen Kranz-Neutralkreises,
- Setzen des Verformungskoeffizienten auf eine nega tive Biegung, die geringer ist als ein Bezugswert von 1, um den Bereich in der Nähe der Hauptachse der Ellipse von dem Kämmeingriffsbereich der Zähne der beiden Zahnräder auszunehmen,
- Definieren des grundlegenden Zahnprofils des ver formbaren außenverzahnten Zahnrads (3) als konvexen Bogen,
- Verwenden der konkaven Kurve, die der konvexe Bo gen bei dem starren innenverzahnten Zahnrad (2) er zeugt, als Hauptbereich des Zahnprofils des starren innenverzahnten Zahnrads (2),
- Setzen des Extrempunkts der konkaven Kurve in Richtung des Zahnkopfes auf eine Senkrechte, die an dem Wendepunkt der Bewegungsortskurve gezogen wird, die von dem Zentrum des konvex bogenförmigen Zahn profils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) relativ zu dem starren innenverzahnten Zahnrad (2) beschrieben wird,
- Definieren des Punktes auf dem konvexen Bogen des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3), der mit diesem Extrempunkt in Kämmeingriff steht, als Extrempunkt des konvexen Bogens in Richtung des Zahnfußes,
- Verwenden der konkaven Kurve, die sich von dem Ex trempunkt in Richtung des Zahnfußes fortsetzt, als Zahnfuß des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3)
- Verwenden der erzeugten konvexen Kurve zwischen dem Punkt auf der Senkrechten, die an dem Wendepunkt der Ortskurve gezogen wird, die von dem Zentrum des konvex bogenförmigen Zahnprofils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) beschrieben wird, und dem Umkehrpunkt der erzeugten Kurve, der auf der Evolute der Ortskurve erscheint, als Zahnprofil auf der Zahnkopfseite, das sich von dem Extrempunkt des konkaven Zahnprofils des starren innenverzahnten Zahnrads (2) fortsetzt,
- Hinzufügen einer konvexen Kurve zu der erzeugten konvexen Kurve ohne Überschneidung mit dem verform baren außenverzahnten Zahnrad (3), und
- Definieren des Zahnkopfpunkts des konvex bogenför migen Zahnprofils des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) als Kämmeingriffspunkt mit dem erzeug ten Konvexkurven-Zahnprofil des starren innenver zahnten Zahnrads (2) an dem Umkehrpunkt.

2. Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare außen verzahnte Zahnrad (3) einen zylindrischen Körper (31), eine ringförmige Membran (32), die kontinuier lich mit dem einen Ende des Körpers ausgebildet ist, einen an dem anderen Ende des Körpers ausgebildeten Öffnungsbereich (34) sowie auf der Außenumfangsfläche des Körpers an dessen Öffnungsbereichseitigen Ende ausgebildete Außenverzahnungszähne (35) für den Kämmeingriff mit den Innenverzahnungszähnen auf weist, daß der Wellengenerator (4) dazu ausgebildet ist, eine elliptische Verformung von Querschnitts bereichen des Körpers des verformbaren außenverzahn ten Zahnrads (3) in einer derartigen Weise hervor zurufen, daß das Verformungsausmaß von der Membran (32) in Richtung auf den Öffnungsbereich (34) in etwa proportional zu der Entfernung von der Membran zunimmt, wodurch es zu einem partiellen Kämmeingriff zwischen dem außenverzahnten Zahnrad (2) und dem innenverzahnten Zahnrad (3) kommt.

3. Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freiarbeitung an den Zähnen von dem Hauptquerschnitt des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) in Richtung auf den Öffnungsbereich (34) und in Richtung auf den inneren Endbereich in Fortsetzung von der Membran (32) des Körpers vorgesehen ist.

4. Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kämmeingriff zwischen dem konvexen Zahnprofil und dem konvexen Zahnprofil des verformbaren außenverzahnten Zahnrads (3) eliminert ist, indem ein Freiraum an dem konve xen Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahnrads (2) auf der Zahnkopfseite vorgesehen ist.

5. Zahnradvorrichtung vom flexiblen Eingriffstyp nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungskreis des Zahnprofils an einem typischen Punkt in dem Kämmeingriffsbereich für eine Annäherung an das erzeugte konvexe Zahnprofil des starren innenverzahnten Zahn rads (2) verwendet wird.