DE102009017875B4

DE102009017875B4 - Flexspline und Wellgetriebe

Info

Publication number: DE102009017875B4
Application number: DE102009017875.9A
Authority: DE
Inventors: Satoru Kanai
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2029-04-18
Also published as: JP5031649B2; US20090260469A1; CN101561031B; DE102009017875A1; US8646360B2; CN101561031A; JP2009257510A

Abstract

Ein Flexspline (3), das ein Bauteil eines Wellgetriebes (1) ist, wobei das Flexspline (3) aufweist:einen in radialer Richtung flexiblen zylindrischen Körper (31);eine scheibenförmige Membran (32), die mit einem offenen Ende (31a) des zylindrischen Körpers (31) zusammenhängt, wobei die scheibenförmige Membran (32) abbiegt und sich in radialer Richtung nach außen erstreckt;einen starren, ringförmigen Flansch (33), der mit einem äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) zusammenhängt; undäußere Zähne (34), die auf einem Bereich der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers (31) an einem anderen offenen Ende (31b) davon ausgebildet sind; und wobei das Flexspline (3) dadurch gekennzeichnet ist, dassder ringförmige Flansch (33) einen ersten ringförmigen Bereich (33a), der sich vom äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) aus erstreckt und in einem Winkel in einer Richtung von dem zylindrischen Körper (31) weg abbiegt, und einen zweiten ringförmigen Bereich (33b) hat, der ein Bereich an einem vorderen Ende des ersten ringförmigen Bereichs (33a) ist und der dazu gebracht worden ist, über eine gleichmäßige Breite einen festen Betrag nach innen vorzustehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flexspline (flexibles Umfangsprofil bzw. flexible Umfangsverzahnung), das eine Komponente eines Wellgetriebes ist, und bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung einer Form des Flexsplines, die es ermöglicht, einen Außendurchmesser eines hohlen Wellgetriebes zu reduzieren.
Es ist bekannt, dass Wellgetriebe typischerweise vom Tassentyp, der ein tassenförmiges Flexspline (siehe Patentdokument 1) hat; vom Zylinderhuttyp, der ein Flexspline mit einer Form hat, die an einen Zylinderhut erinnert (siehe Patentdokument 2); und vom flachen Typ, der einen zylindrisches Flexspline hat (siehe Patentdokument 3), sind. Beim Tassentyp und beim Zylinderhuttyp ist auf dem Flexspline ein Befestigungsflansch oder eine Nabe ausgebildet. Der Flansch oder die Nabe ist ein starres Element und ist wie eine Scheibe oder ein Ring geformt. Ein festseitiges Element oder ein lastseitiges Element ist fest mit dem Flansch oder der Nabe verbunden.
Wenn ein hohles Wellgetriebe vom Tassentyp mit einem hohlen Bereich, der die Mitte durchdringt und sich durch diese erstreckt, benutzt wird, muss der Befestigungsflansch, der den unteren Flächenbereich der Tassenform des Flexspline definiert, einen darin ausgebildeten hohlen Bereich haben; dementsprechend besteht eine Beschränkung darin, dass der Hohldurchmesser nicht vergrößert werden kann. Umgekehrt wird, wenn ein hohles Wellgetriebe vom Zylinderhuttyp benutzt wird, durch den Befestigungsflansch keine Beschränkung des Hohldurchmessers auferlegt. Da sich der Befestigungsflansch jedoch nach außen erweitert, hat der Bereich des Befestigungsflansches den größten äußeren Durchmessers des Wellgetriebes und das Wellgetriebe hat unvermeidlich einen größeren Außendurchmesser als ein Getriebe vom Tassentyp.

Patentdokument 1: JP-A 2007-231996
Patentdokument 2: JP-A 2000-186718
Patentdokument 3: JP-A 02-275147

DE 11 73 759 A1 offenbart ein verformbares Element für ein Wellengetriebe mit einem gezahnten Ringrad und einem Wellgenerator, die alle auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, und mit einem Antrieb für den Wellgenerator, um das verformbare Element fortlaufend in radialer Richtung in entlang des Umfangs voneinander beabstandete Eingriffe mit dem gezahnten Ringrad zu bringen, so dass eine Drehung eines Abtriebes erfolgt. Ein radial verformbarer, zylindrischer Teil des verformbare Elements setzt sich als ein biegsamer, sich bezüglich der Achse ausbiegender Mittelteil und ein als Lagerung für den Mittelteil dienender Flansch fort. Dabei ist der Mittelteil so ausgebildet, dass er die Zähne des verformbaren Elements während der durch den Wellgenerator erfolgenden radialen Verformung des zylindrischen Teiles des verformbaren Elements parallel zu den Zähnen des Ringrades hält.
US 4 784 015 A offenbart einen impulskompensierten Aktuator, der eine Kompensationsmasse relativ zu der spitzen Struktur mit einem Wellgetriebe dreht, das verwendet wird, um sicherzustellen, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Kompensationsmasse und der spitzen Struktur jederzeit konstant ist. Der Aktuator umfasst: eine Wellkupplung, die sehr drehsteif ohne Spiel um die Rotationsachse des Wellengenerators ist, aber aufgrund von Zahneingriffsfehlern des Zahnkranzes des Wellgetriebes gegenüber kleinen Bewegungen des Wellengenerators orthogonal zur Rotationsachse anpassungsfähig ist; eine Verbindung zwischen der spitzen Struktur und dem Basisfahrzeug mit einem Gewindemittel zur Druckvorspannung aller Tragkugellager der Drehstruktur; und ein Mittel, um eine Rotationsvorspannung auf die Drehbezugsstruktur des Aktuators aufzubringen, welche sicherstellt, dass jede Lagerkugellagerlaufbahn der rotierenden Struktur während des Ausrichtens eine andere Rotationsrate hat, um nichtlineare Haftreibungseffekte zu eliminieren.
JP H09- 291 983 A offenbart ein Wellgetriebe vom Zylinderhuttyp, bei dem erste und zweite Stirnplatten und ein Kreuzrollenlager relativ zueinander durch das Kreuzrollenlager gedreht werden, das zwischen der ersten und der zweiten Stirnplatte angeordnet ist. An der Innenumfangsfläche eines Innenrings des Kreuzrollenlagers ist ein starres Innenzahnrad angeformt. Der Innenring ist direkt an einer Seite der ersten Stirnplatte befestigt. Der Außenring des Kreuzrollenlagers ist durch den ringförmigen Vorsprung eines zylinderhutförmigen flexiblen Außenzahnrads an der zweiten Stirnplatte befestigt.
Daher ist im Stand der Technik kein Flexspline bereitgestellt worden, das geeignet ist, ein hohles Wellgetriebe herzustellen und das es erlaubt, den Hohldurchmesser zu vergrößern und gleichzeitig den Außendurchmesser zu verringern.
In Anbetracht des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flexspline für ein Wellgetriebe bereitzustellen, bei dem der Hohldurchmesser vergrößert werden kann, ohne den Außendurchmesser zu vergrößern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellgetriebe bereitzustellen, das dieses neue Flexspline benutzt.
Um die zuvor genannte Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Flexspline (3) bereitgestellt, das ein Bauteil eines Wellgetriebes (1) ist, wobei das Flexspline (3) des Wellgetriebes (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen in radialer Richtung flexiblen zylindrischen Körper (31), eine scheibenförmige Membran (32), die mit einem offenen Ende (31a) des zylindrischen Körpers (31) zusammenhängt, wobei die scheibenförmige Membran (32) abbiegt und sich in radialer Richtung nach außen erstreckt; einen starren, ringförmigen Flansch (33), der mit einem äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) zusammenhängt; und äußere Zähne (34), die auf einem Bereich der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers (31) an einem anderen offenen Ende (31 b) davon ausgebildet sind, aufweist, wobei der ringförmige Flansch (33) einen ersten ringförmigen Bereich (33a), der sich von dem äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) aus erstreckt und in einem Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, in einer Richtung von dem zylindrischen Körper (31) weg abbiegt, und einen zweiten ringförmigen Bereich (33b) hat, der ein Bereich auf einem vorderen Ende des ersten ringförmigen Bereichs (33a) ist, der dazu gebracht worden ist, in einer gleichmäßigen Breite um einen festen Betrag nach innen vorzustehen.
Es ist wünschenswert, dass der ringförmige Flansch (33) bei Betrachtung in Richtung einer Achse (1a) des Getriebes in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Membran (32) ausgebildet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Wellgetriebe (1) dadurch gekennzeichnet, dass es ein starres, ringförmiges Spline Umfangsprofil bzw. Umfangsverzahnung) (2), das zuvor beschriebene strukturelle Flexspline (3) und einen Wellgenerator (4) aufweist, um das Flexspline (3) in eine elliptische Form zu biegen und an beiden Endbereichen der Hauptachse der Ellipse Eingreifen in das ringförmige Spline zu bewirken und zu bewirken, dass sich die Eingriffsstelle in einer Umfangsrichtung bewegt, wobei beide Splines (2, 3) eine Relativrotation in Übereinstimmung mit einer Differenz der Anzahl der Zähne zwischen ihnen ausführen.
Wenn das Wellgetriebe ein hohles Wellgetriebe ist, kann in einem Mittelbereich des Wellzapfens (41) des Wellgenerators (4) ein Durchgangsloch (43) ausgebildet sein.
Die in Klammern eingeschlossenen Bezugszeichen werden in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, verwendet und sind vorgesehen, um das Verständnis zu erleichtern, sollen aber nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele gedeutet werden.
Im Flexspline der vorliegenden Erfindung wird der ringförmige Flansch aus einem ersten ringförmigen Bereich, der in einem, vorzugsweise rechten, Winkel vom äußeren Umfangsrand der Membran abgebogen ist, und einem zweiten ringförmiger Bereich, der dazu gebracht worden ist, über eine gleichmäßige Breite von einer Vorderkante des ersten ringförmigen Bereichs nach innen vorzustehen, gebildet; und es ist möglich, dass der ringförmige Flansch bei Betrachtung in Richtung der Achse des Getriebes in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Membran ausgebildet ist.
Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Außendurchmesser weitergehend reduziert werden als mit einem zylinderhutförmigen Flexspline. Darüber hinaus kann, wenn ein hohles Wellgetriebe hergestellt wird, der Außendurchmesser leichter vergrößert werden als in einem Fall, in dem ein tassenförmiges Flexspline benutzt wird.
Dementsprechend kann in einem hohlen Wellgetriebe, in dem das Flexspline der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ein großer Hohldurchmesser ohne eine wesentliche Vergrößerung des Außendurchmessers ausgebildet werden.

1 ist eine Längsschnittansicht eines hohlen Wellgetriebes, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird;
2 ist (a) einen Längsschnittansicht, die das Flexspline aus 1 zeigt, (b) ein Längsschnitt, der ein konventionelles zylinderhutförmiges Flexspline zeigt, und (c) ein Längsschnitt, der ein konventionelles tassenförmiges Flexspline zeigt;
3 ist eine Frontansicht des Flexspline aus 1;
4 ist eine Rückansicht des Flexspline aus 1; und
5 ist eine Draufsicht auf das Flexspline aus 1.

Bezugszeichenliste

1: Wellgetriebe
2: ringförmiges Spline
21: innere Zähne
3: Flexspline
31: zylindrischer Körper
31a: offenes Ende
31b: offenes Ende
32: Membran
32a: äußerer Umfangsrand
33: ringförmiger Flansch
33a: erster ringförmiger Bereich
33b: zweiter ringförmiger Bereich
33c: Gewindeloch
4: Wellgenerator
41: Wellzapfen
41a: äußere Umfangsfläche
42: Welllager
43: Durchgangsloch

Ausführungsbeispiele eines Flexspline und eines Wellgetriebes, in denen die vorliegende Erfindung benutzt wird, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Längsschnitt, der ein Beispiel eines hohlen Wellgetriebes zeigt, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird. Ein Wellgetriebe 1 weist ein starres, kreisförmiges Spline 2, ein Flexspline 3 und einen elliptischen, hohlen Wellgenerator 4 auf.
Innere Zähne 21 sind auf einer inneren Umfangsfläche des kreisförmigen Spline 2 ausgebildet. Das Flexspline 3 ist in einem koaxialen Zustand innerhalb des ringförmigen Spline 2 angeordnet, das Flexspline 3 weist einen in radialer Richtung flexiblen zylindrischen Körper 31, eine scheibenförmige Membran 32, die mit einem offenen Ende 31a des zylindrischen Körpers 31 zusammenhängt, wobei die Membran abbiegt und sich in einer radialen Richtung nach außen erstreckt, einen starren, ringförmigen Flansch 33, der mit einem äußeren Umfangsrand 32a der Membran 32 zusammenhängt, und äußere Zähne 34 auf, die auf einem Bereich der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers 31 am anderen offenen Ende 31b davon ausgebildet sind. Die äußeren Zähne 34 sind geeignet, in die inneren Zähne 21 einzugreifen.
Der Wellgenerator 4 weist einen Wellzapfen 41, der aus einem starren Element mit einer elliptischen äußeren Umfangsfläche 41a gemacht ist, und ein Welllager 42 auf, das in die elliptische äußere Umfangsfläche 41a des Wellzapfens 41 eingepasst ist. Der Wellzapfen 41 hat einen hohlen Aufbau und in einem mittleren Bereich ein Durchgangsloch 43. Das Welllager 42 hat äußere und innere Laufringe, die in radialer Richtung flexibel sind.
2(a) ist eine Längsschnittansicht des Flexspline 3, während 3, 4 und 5 jeweils eine Front-, Rück- bzw. Draufsicht des Flexspline 3 zeigen. Wie in diesen Figuren gezeigt, ist die Form des ringförmigen Flansches 33 des Flexspline 3 von einem ersten ringförmigen Bereich 33a, der sich von dem äußeren Umfangsrand 32a der Membran 32 aus erstreckt und in einem rechten Winkel in eine Richtung weg vom zylindrischen Körper 31 abgebogen ist und einem zweiten ringförmigen Bereich 33b, der ein Bereich an einem vorderen Rand des ersten ringförmigen Bereichs 33a ist, der dazu gebracht wurde, über eine gleichmäßige Breite um einen festen Betrag nach innen vorzustehen, abgeleitet, wobei der zweite ringförmige Bereich 33b im Längsschnitt eine rechteckige Form hat. Die radiale Breite des zweiten ringförmigen Bereichs 33b ist im Wesentlichen die Hälfte der radialen Breite der Membran 32 und Befestigungs-Gewindelöcher 33c sind in gleichwinkligen Abständen entlang des Umfangs des zweiten ringförmigen Bereichs 33b ausgebildet. Dementsprechend ist der ringförmige Flansch 33 bei Betrachtung in Richtung einer Achse 1a des Getriebes in dem Bereich angeordnet, in dem die Membran 32 ausgebildet ist.
In dem hohlen Wellgetriebe 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau ist der Wellgenerator 4 in den Bereich des Flexspline 3 eingepasst, in dem die äußeren Zähne 34 ausgebildet sind, und der Bereich, in dem die äußeren Zähne 34 ausgebildet sind, biegt sich in eine elliptische Form. Als ein Ergebnis greifen die äußeren Zähne 34 auf beiden Endbereichen der Hauptachse der Ellipse in die inneren Zähne 21 des starren, ringförmigen Spline 2 ein. Wenn der Wellgenerator 4 rotiert, bewegen sich die Positionen, an denen die beiden Splines 2, 3 ineinander greifen, in Umfangsrichtung und die beiden Splines 2, 3 führen eine Relativrotation in Übereinstimmung mit der Differenz der Anzahl der Zähne zwischen ihnen aus. Die Differenz der Anzahl der Zähne ist typischerweise 2n (wobei n eine positive ganze Zahl ist) und im Allgemeinen hat das Flexspline 3 zwei Zähne weniger. Das ringförmige Spline 2 ist fest an einem festseitigen Element befestigt, der ringförmige Flansch des Flexspline 3 ist mit einem lastseitigen Element verbunden und das lastseitige Element wird mit einer reduzierten Rotationsrate, die von dem Flexspline 3 abgeleitet wird, rotierend angetrieben.
Im hohlen Wellgetriebe 1 des vorliegenden Beispiels wird die Form des ringförmigen Flansches 33 des Flexsplines 3 von einem ersten ringförmigen Bereich 33a, der sich vom äußeren Umfangsrand 32a der Membran aus erstreckt und in Richtung der Achse 1a des Getriebes abbiegt, und von einem zweiten ringförmigen Bereich 33b, der ein nach innen verdickter Bereich der Vorderkante des ersten ringförmigen Bereichs 33a ist, abgeleitet.
Wie in 2 gezeigt, kann ein Außendurchmesser des Flexsplines der vorliegenden Erfindung kleiner gemacht werden als der eines konventionellen zylinderhutförmigen Flexsplines 3A (siehe 2(b)). Darüber hinaus wird der Hohldurchmesser nicht wie in einem konventionellen tassenförmigen Flexspline 3B durch den ringförmigen Flansch beschränkt (siehe 2(c)) und der Hohldurchmesser kann genauso groß wie in einem konventionellen zylinderhutförmigen Flexspline gemacht werden. Daher kann ein Wellgetriebe mit einem großen Hohldurchmesser mit einer minimalen Vergrößerung des Außendurchmessers erhalten werden.

Claims

Ein Flexspline (3), das ein Bauteil eines Wellgetriebes (1) ist, wobei das Flexspline (3) aufweist: einen in radialer Richtung flexiblen zylindrischen Körper (31); eine scheibenförmige Membran (32), die mit einem offenen Ende (31a) des zylindrischen Körpers (31) zusammenhängt, wobei die scheibenförmige Membran (32) abbiegt und sich in radialer Richtung nach außen erstreckt; einen starren, ringförmigen Flansch (33), der mit einem äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) zusammenhängt; und äußere Zähne (34), die auf einem Bereich der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers (31) an einem anderen offenen Ende (31b) davon ausgebildet sind; und wobei das Flexspline (3) dadurch gekennzeichnet ist, dass der ringförmige Flansch (33) einen ersten ringförmigen Bereich (33a), der sich vom äußeren Umfangsrand (32a) der Membran (32) aus erstreckt und in einem Winkel in einer Richtung von dem zylindrischen Körper (31) weg abbiegt, und einen zweiten ringförmigen Bereich (33b) hat, der ein Bereich an einem vorderen Ende des ersten ringförmigen Bereichs (33a) ist und der dazu gebracht worden ist, über eine gleichmäßige Breite einen festen Betrag nach innen vorzustehen.
Flexspline (3) des Wellgetriebes (1) nach Anspruch 1, wobei das Flexspline (3) des Wellgetriebes (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der ringförmige Flansch (33) bei Betrachtung in einer Richtung einer Achse (1a) des Getriebes in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Membran (32) ausgebildet ist.
Wellgetriebe (1) dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: ein starres, ringförmiges Spline (2), das Flexspline (3) nach Anspruch 1 oder 2, und einen Wellgenerator (4) zum Biegen des Flexspline (3) in eine elliptische Form, um Eingreifen mit dem ringförmigen Spline an beiden Endbereichen der Hauptachse der Ellipse zu bewirken und zu bewirken, dass sich die Eingriffsstellen in eine Umfangsrichtung bewegen, wobei beide Splines (2, 3) eine Relativrotation in Übereinstimmung mit einer Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen ihnen ausführen.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 3, wobei das Wellgetriebe (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wellgenerator (4) einen Wellzapfen (41), der aus einem starren Element gemacht ist und einen elliptischen Umfang hat, und ein Welllager (42) aufweist, das in die elliptische äußere Umfangsfläche des Wellzapfens (41) gepasst ist; wobei der Wellzapfen (41) ein hohler Wellzapfen (41) ist, der in einem mittleren Bereich ein Durchgangsloch (43) hat.