DE102004034823A1 - Wellengetriebevorrichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Wellengetriebevorrichtung besitzt ein starres Innenzahnrad, ein flexibles Außenzahnrad und einen Wellengenerator. Die Zahnprofile der beiden Zahnräder sind zunächst durch eine Grund-Zahnstangenprofilform definiert. Die unteren Teile der Zahnfußbereiche dieser Zahnprofile werden von Kurven C2 und C3 mit Eingriffswinkel alpha2 und alpha3 derart modifiziert, dass diese kleiner sind als der Standard-Eingriffswinkel alpha1 der Grund-Zahnstangenprofilform C1. Eine Zunahme der Dicke auf der Zahnbodenseite lässt sich auch dann minimieren, wenn die Zahntiefe erhöht und das Verhältnis von Zahndicke/Zahnlücke zwecks Steigerung der Zahndicke geändert wird. Damit lässt sich das Sperrmoment einer Wellengetriebevorrichtung mit hohem Untersetzungsverhältnis steigern, ohne dabei die Lebensdauer und die Festigkeit eines Zahnschneidrads für das starre Innenzahnrad zu verringern oder die Dauerfestigkeit des flexiblen Außenzahnrads zu mindern.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Wellengetriebevorrichtung mit einem hohen Untersetzungsverhältnis, insbesondere betrifft sie eine Wellengetriebevorrichtung mit einem Zahnprofil großer Zahntiefe, was in vorteilhafter Weise das Sperrmoment erhöht.
- Beschreibung des Standes der Technik
- Seit in der JP-B 45 41171 vorgeschlagen wurde, dass ein Evolventenverzahlungsprofil für eine Wellengetriebevorrichtung verwendet werden kann, wurde in großem Umfang ein leicht zu schneidendes Grund-Zahnstangen-Zahnprofil (Evolventenverzahlungsprofil) als Grund-Verzahnungsprofil für die die Wellengetriebevorrichtung bildenden Zahnräder eingesetzt. Beispiele für das Grund-Zahnstangen-Zahnprofil, welches für ein kreisförmiges starres Innenzahnrad und ein flexibles Außenzahnrad einer Wellengetriebevorrichtung ausgebildet ist, werden mit "herkömmliches C/S-Zahnprofil" und "herkömmliches F/S-Zahnprofil" in
3 bezeichnet, dargestellt sind die Profile durch gestrichelte Linien. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass bei dem Grund-Zahnstangen-Zahnprofil der Eingriffswinkel ausgehend von dem Bereich, der den Zähneeingriffsbereich definiert, in Richtung des Zahnfußes und des Zahnkopfes zunimmt. - Der Zahnmodul ist in einer Wellengetriebevorrichtung mit hohem Untersetzungsverhältnis kleiner, und die Zahntiefe wird entsprechend dem Modul-Wert entsprechend klein, so dass das Sperrmoment ebenfalls kleiner wird. Um eine Wellengetriebevorrichtung mit einem hohem Untersetzungsverhältnis zu realisieren, ohne beim Sperrmoment Einbußen hinzunehmen, ist es möglich, zur Gewährleistung einer ausreichenden Zahntiefe ein längliches Zahnprofil einzusetzen. Allerdings muss ein solches Schneidrad mit einem Zahnprofil mit spitz zulaufendem Zahnkopfbereich für das starre Innenzahnrad verwendet werden, um ein längliches Zahnprofil zu erreichen. Dies bedeutet eine Beeinträchtigung der Lebensdauer und der Festigkeit des Schneidrads.
- Als Lösung ist es möglich, die Änderung des Verhältnisses von Zahndicke und Zahnabstand in dem Zahnprofil beider Zahnräder vorzunehmen, um dadurch die Zahndicke zu erhöhen. Bei erhöhter Zahndicke konzentriert sich aber die Biegespannung auf den Zahnfußbereich, so dass die Dauerfestigkeit des flexiblen Außenzahnrads stark beeinträchtigt wird.
- Offenbarung der Erfindung
- Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zahnprofilform für eine Wellengetriebevorrichtung, durch die das Sperrmoment einer Wellengetriebevorrichtung mit hohem Untersetzungsverhältnis gesteigert werden kann, ohne dadurch die Lebensdauer oder die Festigkeit eines Schneidrads für ein starres Innenzahnrad zu verschlechtern oder die Dauerfestigkeit eines flexiblen Außenzahnrads zu beeinträchtigen.
- Um das oben angegebene Problem sowie weitere Probleme zu lösen, umfasst eine Wellengetriebevorrichtung gemäß der Erfindung:
ein starres kreisförmiges Innenzahnrad,
ein flexibles Außenzahnrad, das koaxial in dem starren Innenzahnrad angeordnet ist,
einen Wellengenerator zum elastischen Verformen des flexiblen Außenzahnrads in radialer Richtung, um einen partiellen Eingriff mit dem starren Innenzahnrad zu bewirken und die Eingriffstellen zwischen beiden Zahnrädern in Um fangsrichtung zu bewegen, wobei die Zahnprofilformen des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads zunächst definiert sind durch eine Grund-Zahnstangen-Zahnprofilkurve, und
eine Form eines Zahnfußbereichs des Zahnprofils von zumindest einem der Zahnräder derart modifiziert ist, dass die Form einen Eingriffswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Standard-Eingriffswinkel des Grund-Zahnstangen-Zahnprofils. - Die Erfindung betrifft außerdem ein starres Innenzahnrad für eine Wellengetriebevorrichtung, wobei eine Zahnprofilform zunächst definiert wird anhand einer Grund-Zahnstangen-Zahnprofilkurve, anschließend eine Form eines Zahnfußbereichs der Kurve derart modifiziert wird, dass die Form einen Eingriffswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Standard-Eingriffswinkel.
- Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein flexibles Außenzahnrad für eine Wellengetriebevorrichtung, bei dem zunächst eine Zahnprofilform auf der Grundlage der Grund-Zahnstangen-Zahnprofilkurve definiert wird und anschließend die Form eines Zahnfußbereichs derart modifiziert wird, dass die Form einen Eingriffswinkel hat, der kleiner ist als ein Standard-Eingriffswinkel.
- Bei dem starren Innenzahnrad und/oder dem flexiblen Außenzahnrad der Wellengetriebevorrichtung gemäß der Erfindung werden deren Zahnprofile auf der Grundlage des Grund-Zahnstangenprofils definiert, und jede Zahnprofilform von dessen Zahnfußbereich wird derart modifiziert, dass der Eingriffswinkel des Zahnfußbereichs kleiner ist als der Standard-Eingriffswinkel. Indem die Zahnprofilform auf diese Weise eingestellt wird, kann eine Zunahme der Dicke auf dem Bereich der Zahnbodenseite gering gehalten werden, wenn sowohl die Zahntiefe erhöht wird, um das Sperrmoment zu erhöhen, als auch die Zahndicke erhöht wird, um eine Beeinträchtigung der Lebensdauer sowie der Festigkeit des Schneidrads zu verhindern. Im Ergebnis lässt sich die Spannungskonzentration im Zahnbodenbereich verringern, und man kann eine Verschlechterung der Dauerfestigkeit des flexiblen Außenzahnrads verhindern.
- Erfindungsgemäß lässt sich demzufolge ein Zahnprofil mit großer Zahntiefe für eine Wellengetriebevorrichtung mit hohem Untersetzungsverhältnis realisieren, ohne dabei die Lebensdauer und die Festigkeit eines Zahnrad-Schneidrads oder die Dauerfestigkeit des flexiblen Außenzahnrads zu beeinträchtigen. Das Sperrmoment einer Wellengetriebevorrichtung mit hohem Untersetzungsverhältnis lässt sich auf diese Weise erhöhen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Querschnittansicht einer Wellengetriebevorrichtung gemäß der Erfindung; -
2 ist ein schematisches Diagramm des Eingriffszustands beider Zahnräder der in1 gezeigten Wellengetriebevorrichtung; und -
3 ist ein schematisches Diagramm des Zahnprofils gemäß der Erfindung und eines herkömmlichen Grund-Zahnstangenprofils. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Wellengetriebevorrichtung gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
1 ist eine Querschnittansicht einer Wellengetriebevorrichtung, und2 ist ein schematisches Diagramm, welches Zahnräder der Wellengetriebevorrichtung im Eingriffszustand zeigt. Eine Wellengetriebevorrichtung1 enthält ein kreisförmiges starres Innenzahnrad2 , ein flexibles Außenzahnrad3 , welches in dem Innenzahnrad koaxial angeordnet ist, und einen Wellengenerator4 , der in diese Anordnung eingepasst ist. Das flexible Außenzahnrad3 hat Becherform mit einem zylindrischen Hauptteil31 , einer ringförmigen Membran32 , die sich von einem Ende des Hauptteils31 aus radial nach innen erstreckt, und eine scheibenförmige Verdickung33 , die durchgehend an die innere Umfangskante der ringförmigen Membran32 angeformt ist. An der Außenumfangsfläche des offenen Endes des Hauptteils31 sind Außenzähne34 ausgebildet. - Der Wellengenerator
4 enthält eine elliptisch geformte starre Steuerkurve41 und ein Wellenlager42 mit flexiblen inneren und äußeren Laufringen. Der innere Laufring ist auf eine äußere Umfangsfläche der starren Steuerkurve41 aufgepasst. Der offenseitige Bereich des Hauptteils31 des flexiblen Außenzahnrads43 wird von dem Wellengenerator4 elliptisch verformt, wie in2 gezeigt ist, und Bereiche an den beiden Enden in Richtung der Hauptachse einer Ellipse bei den Außenzähnen34 treten in Eingriff mit Innenzähnen24 des starren Innenzahnrads2 . - Das starre Innenzahnrad
2 ist üblicherweise an einem (nicht dargestellten) Seitenelement fixiert, während der Wellengenerator4 von einem Motor oder dergleichen drehend angetrieben wird. Wenn sich der Wellengenerator4 dreht, bewegen sich die Eingriffsbereiche der beiden Zahnräder2 und3 in Umfangsrichtung. Die Zähnezahldifferenz der beiden Zahnräder ist auf 2n (mit n als natürlicher Zahl) eingestellt, und es wird eine Relativdrehung, deren Geschwindigkeit gegenüber derjenigen der Drehung des Wellengenerators4 beträchtlich verringert ist, zwischen den beiden Zahnrädern nach Maßgabe der Zähnezahldifferenz erzeugt. Das starre Innenzahnrad2 ist fixiert, so dass das flexible Außenzahnrad3 sich dreht, und diese Drehung wird auf eine damit gekoppelte (nicht dargestellte) lastseitige Anordnung übertragen. - In
3 sind die Zahnprofilformen (angegeben mit "C/S-Zahnprofil" und "F/S-Zahnprofil) der Außenzähne34 des flexiblen Außenzahnrads3 und der Innenzähne24 des starren Innenzahnrads2 durch ausgezogene Linien dargestellt. Zunächst werden die Zahnprofilformen anhand einer Grund-Zahnstangenprofilkurve C1 definiert, wobei der Standard-Eingriffswinkel an den Referenz-Steigungslinien α1 beträgt. Die Zahnprofilform des starren Innenzahnrads2 wird teilweise durch eine Kurve C2 modifiziert, demzufolge eine untere Hälfte der Zahnfußflanke in der Grund-Zahnstangenprofilkurve C1 zu einem Eingriffswinkel α2 wird, der kleiner ist als der Standardeingriffswinkel α1. Die Kurven C1 und C2 gehen an einem Punkt P2 glatt ineinander über. - Die Zahnprofilform des flexiblen Außenzahnrads
3 hat eine im wesentlichen rotationssymmetrische Form bezüglich eines Teilkreispunkts P1. Sie ist grundsätzlich definiert durch die Grund-Zahnstangen-Profilkurve C1 und wird von einer Kurve C3 in der unteren Hälfte der Zahnfußflanke modifiziert, wobei die Kurven C1 und C3 in einem Punkt P3 glatt ineinander übergehen. Ein Eingriffswinkel α3 der Kurve C3 ist kleiner als der Standard-Eingriffswinkel α1. - Die Zahnprofilformen der beiden Zahnräder
2 und3 sind folglich derart gestaltet, dass die Eingriffswinkel an den unteren Hälften der Zahnfußflanken kleiner ist als der Standard-Eingriffswinkel α1. Hierdurch lässt sich eine Dickenzunahme auf der Zahnbodenseite auch dann verhindern, wenn die Zahntiefe erhöht wird und das Verhältnis von Zahndicke und Zahnlücke zur Steigerung der Zahndicke geändert wird. - Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird die Erfindung bei einer Wellengetriebevorrichtung angewendet, die ein becherförmiges flexibles Außenzahnrad besitzt. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auch auf eine Vorrichtung anwendbar, bei der das flexible Außenzahnrad eine Zylinderhut-Form oder eine Ringform besitzt.
Claims (3)
- Wellengetriebevorrichtung, umfassend: ein starres kreisförmiges Innenzahnrad; ein flexibles Außenzahnrad, das koaxial in dem starren Innenzahnrad angeordnet ist, einen Wellengenerator zum elastischen Verformen des flexiblen Außenzahnrads in radialer Richtung, um einen partiellen Eingriff mit dem starren Innenzahnrad zu bewirken und die Eingriffsstellen zwischen beiden Zahnrädern in Umfangsrichtung zu bewegen, wobei die Zahnprofilformen des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads grundsätzlich definiert sind durch eine Grund-Zahnstangenprofilkurve, und eine Form eines unteren Teils eines Zahnfußbereichs des Zahnprofils von mindestens einem der Zahnräder derart modifiziert ist, dass die Form einen Eingriffswinkel aufweist, der kleiner ist als der Standard-Eingriffswinkel der Grund-Zahnstangenprofilkurve.
- Starres Innenzahnrad der Wellengetriebevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem eine Zahnprofilform grundsätzlich definiert ist durch eine Grund-Zahnstangenprofilkurve, und eine Form eines unteren Teils eines Zahnfußbereichs der Kurve derart modifiziert ist, dass die Form einen Eingriffswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Standard-Eingriffswinkel.
- Flexibles Außenzahnrad einer Wellengetriebevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem eine Zahnprofilform grundsätzlich definiert ist durch eine Grund-Zahnstangenprofil, und eine Form eines unteren Teils eines Zahnfußbereichs derart modifiziert ist, dass die Form einen Eingriffswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Standard-Eingriffswinkel.
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