DE102010004043B4

DE102010004043B4 - Untersetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010004043B4
Application number: DE102010004043A
Authority: DE
Inventors: Tetsuzo Ishikawa; Takashi Haga; Jun Tamenaga
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-01-06
Also published as: CN101769373A; KR101261221B1; CN103486228A; CN101769373B; KR20100081921A; CN103486228B; JP5536341B2; DE102010004043A1; JP2010159774A

Abstract

Untersetzungsvorrichtung (2)
mit einem Gehäuse (16),
mit einem innenverzahnten Zahnrad (48), dessen innere Zähne durch zylindrische äußere Stifte (52) geformt werden, die im Gehäuse (16) gelagert sind,
mit einem außenverzahnten Zahnrad (44, 46), welches von innen mit dem innenverzahnten Zahnrad (48) in Eingriff steht,
mit einer Welle (32A, 32B, 32C) mit Exzenterkörpern (40A, 40B, 40C), auf der sich das außenverzahnte Zahnrad (44, 46) oszillierend bewegen kann,
mit einem ersten Hauptlager (18), das im Gehäuse (16) zwischen einem Teil des Gehäuses (16) und einem ersten Flanschkörper (12) angeordnet ist, und
mit einem zweiten Hauptlager (20), das im Gehäuse (16) zwischen einem Teil des Gehäuses (16) und einem zweiten Flanschkörper (14) angeordnet ist,
wobei eine Vielzahl zylindrischer Rollen (60A, 61A) als Wälzelemente für die Hauptlager (18, 20) dient, und wobei die zylindrischen Rollen (60A, 61A) jeweils eine zu einer Achse des innenverzahnten Zahnrades (48) geneigte...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Untersetzungsvorrichtung, die ein zwischen einem Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil und einem festen Bauteil angebrachtes Hauptlager aufweist.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-000686 , eingereicht am 06.01.2009, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist, wird beansprucht.
Die japanische offen gelegte Patentanmeldung JP 2003-74646 A (Absatz „12” und 4) offenbart eine Untersetzungsvorrichtung, die mit einem Paar Schrägrollenlager versehen ist, die zylindrische Wälzkörper bzw. Rollen aufweisen, und als zwischen einem Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil und einem festen bzw. fixierten Bauteil angeordnete Hauptlager dienen. Das Schrägrollenlager weist Innenringe und Außenringe auf, um die zylindrischen Rollen zu tragen. Dabei weist der Innenring einen „Flanschbereich” bzw. Bord auf, und dieser „Flanschbereich” dient dazu, die axiale Bewegung der zylindrischen Relief zu begrenzen, so dass die zylindrischen Wälzelemente nicht von den Außenringen und Innenringen getrennt werden.
Wie in JP 2003-74646 A offenbart, tritt in den Hauptlagern, die mit den Innenringen oder Außenringen versehen sind, die den „Flanschbereich” zur Begrenzung der axialen Bewegung der zylindrischen Rollen aufweisen, ein Problem insofern auf, als die Bearbeitbarkeit der Innenringe oder der Außenringe, die den Flanschbereich aufweisen, aufgrund ihrer hohen Steifigkeit sehr schlecht ist und die Kosten hierfür schnell ansteigen.
Aus DE 10 2007 013 164 A1 , DE 88 10 457 U1 , DE 2 130 953 A und DE 2 441 121 A1 sind bordlose Lageranordnungen bekannt. Beispielsweise offenbart DE 10 2007 013 164 A1 eine Wälzlageranordnung mit einer Bremseinrichtung, wobei die Wälzlageranordnung aus zwei Hauptlagern mit bordlosen Innen- und Außenringen gebildet wird. Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel der Erfindung, eine Untersetzungsvorrichtung mit verringerten Kosten bereitzustellen.
Das oben beschriebene Ziel wird durch eine Untersetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele.
Die hier beschriebene Untersetzungsvorrichtung weist zwischen einem Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil und einem festen Bauteil angebrachte Hauptlager auf, wobei ein Paar Reihen zylindrischer Rollen als Wälzelement für das Hauptlager dient. Die zylindrischen Relief weisen jeweils eine Rotationsachse auf, die in Bezug zu einer Achse des Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteils geneigt ist, und Innen- und Außenringe, die Laufflächen für die zylindrischen Rollen bereitstellen, wobei die Innen- und Außenringe nicht mit Borden bzw. Flanschbereichen für die Begrenzung der axialen Bewegung der zylindrischen Rollen versehen sind, und die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen mittels eines Lagerkäfigs begrenzen.
Als Wälzelemente des Hauptlagers werden „einfache zylindrische Rollen” verwendet. Da ein als „zylindrische Rolle” geformtes Wälzelement billiger ist als beispielsweise eine kegelförmige Rolle, und seine Rotationsachse parallel zu seiner Mantelfläche (einer mit einer Lauffläche in Kontakt tretenden Oberfläche) ist, wird im Grunde keine Kraftkomponente erzeugt, die die axiale Bewegung hervorruft (selbst wenn die Kraftkomponente aufgrund eines Fehlers bei der Herstellung, eines Fehlers bei der Montage oder ähnlichem hervorgerufen wird, ist diese Kraftkomponente klein). Daher wird bei der Erfindung auf den Bord bzw. „Flanschbereich” zur Begrenzung der axialen Bewegung der zylindrischen Rolle verzichtet, und der Lagerkäfig dient zur Begrenzung der axialen Bewegung. Aus diesem Grund ist es bezüglich der Innen- und Außenringe des Hauptlagers gemäß der Erfindung möglich, deren Form zu vereinfachen und auf diese Weise die zufriedenstellende Bearbeitbarkeit zu erreichen. Dementsprechend ist es möglich, die Verarbeitung zu vereinfachen und die Kosten zu verringern. Weiterhin ist es möglich, verglichen mit dem Fall existierender Borde bzw. Flanschbereiche, die Rotationsverluste zu verringern.
Die zylindrische Rolle weist eine Rotationsachse auf, die bezüglich der Achse des Abtriebsbauteils geneigt ist. Aus diesem Grund ist es möglich, sowohl radiale Kräfte als auch Schubkräfte bzw. axiale Kräfte aufzunehmen. Da die Rotationsachse der zylindrischen Rolle bezüglich der Achse des Abtriebsbauteils geneigt ist, wenn die zylindrische Rolle zwischen dem festen Bauteil und dem Abtriebsbauteil in einem Zustand angeordnet ist, in welchem die zylindrische Rolle durch den Lagerkäfig gehalten wird, kann sich der Lagerkäfig in axialer Richtung der Rotationsachse der zylindrischen Rolle weder in Richtung des großen Durchmessers noch in Richtung des kleinen Durchmessers bewegen, und somit wird im Grunde kein Positionierungsmechanismus für den Lagerkäfig benötigt. Aus diesem Grund ist es möglich, den Lagerkäfig, der die zylindrische Rolle halt, in einfacher Weise anzubringen.
Zudem haben „das Abtriebsbauteil” und „das feste Bauteil”, die in der Erfindung beschrieben werden, einen relativen Bezug zueinander. Im Fall der Anwendung zum Antrieb eines Gelenks eines Roboters wechseln das Abtriebsbauteil und das feste Bauteil, wenn sich ein Zielbauteil ändert. Da sich das Gelenk des Roboters bewegt, sind zudem das Abtriebsbauteil und das feste Bauteil bewegliche Bauteile, wenn sie von der Basis der Fabrikationsstätte aus betrachtet werden. Das heißt, dass das in der Erfindung beschriebene feste Bauteil nicht auf die Bedeutung festgelegt ist, dass sich das feste Bauteil immer in einem absolut stationären Zustand befindet. Unter den jeweiligen Bestandteilen der Untersetzungsvorrichtung rotiert das Abtriebsbauteil jedoch bezüglich des festen Bauteils derart, dass es die geringste relative Rotationsgeschwindigkeit und das geringste Drehmoment aufweist. Das heißt, das „Hauptlager” gemäß der Erfindung bezeichnet ein Lager, das unter den Lagern der Untersetzungsvorrichtung eine sehr geringe relative Rotationsgeschwindigkeit (beispielsweise 100 U/min oder weniger) aufweist, und für eine Position verwendet wird, die ein sehr großes Drehmoment benötigt (oder eine dementsprechende Position).
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine gute Bearbeitbarkeit des Hauptlagers und eine Reduzierung der Kosten der Untersetzungsvorrichtung sicherzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, die eine Untersetzungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil der in 1 gezeigten Untersetzungsvorrichtung zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, in der eine zylindrische Rolle in einem Lagerkäfig angeordnet ist.
4 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht, die den Lagerkäfig zeigt
5 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil in der Umgebung des ersten und zweiten Hauptlagers zeigt.
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel der Form des ersten und zweiten Hauptlagers zeigt, und der 5 entspricht.
7 ist eine Schnittansicht, die eine Untersetzungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail erläutert werden, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
1 ist eine Schnittansicht, die ein Untersetzungsvorrichtung einer präzisen Steuerungsmaschine bzw. -vorrichtung für Roboter gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil derselben zeigt.
Eine Untersetzungsvorrichtung 2 wird beispielsweise für eine Präzisionsmaschine verwendet, die ein Winkelspiel von 15 Winkelminuten (15/60stel Grad) bis 2 Winkelminuten (2/60stel Grad) oder ähnliches aufweist, oder für eine Präzisionsmaschine, die ein Winkelspiel von 2 Winkelminuten (2/60stel Grad) 0,3 Winkelminuten (0,3/60stel Grad) oder ähnliches aufweist, um einen Roboter zu steuern, und weist einen Untersetzungsmechanismus 5 auf, der in einer vorderen Stufe derselben angeordnet ist und eine Zahnradstruktur mit parallelen Achsen aufweist, um eine Antriebskraft von einem Motor 4 aufzunehmen, sowie einen Untersetzungsmechanismus 6, der in einer hinteren Stufe derselben angeordnet ist, und eine innen kämmende Planetenradstruktur bzw. Planetengetriebestruktur aufweist. Die Untersetzungsvorrichtung 2 ist zwischen ersten und zweiten Bauteilen 8 und 10 eines Roboters angeordnet (welcher in den Zeichnungen teilweise gezeigt ist), und treibt das zweite Bauteil 10 rotatorisch bezüglich des ersten Bauteils 8 an. Folglich entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel ersten und zweite Flanschkörper 12 und 14, die später beschrieben werden sollen, einem festen bzw. fixierten Bauteil, und ein Gehäuse 16 entspricht einem Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil. Das heisst, die Untersetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist eine Untersetzungsvorrichtung der sogenannten Gehäuserotationsart bzw. -bauweise.
Im folgenden wird eine detaillierte Anordnung im Detail beschrieben werden.
Der Motor 4 ist an dem ersten Bauteil 8 des Roboters mittels eines Schraubenbolzens 22 befestigt. Ein Verbindungsstück 26 ist mit einer Motorwelle 24 des Motors 4 verbunden. Das vordere Ende des Verbindungsstück 26 ist mit einem Ritzel 28 versehen. Das Ritzel 28 kämmt gleichzeitig mit drei Verteilungszahnrädern 30A bis 30C. In den 1 und 2 ist von den drei Verteilungszahnrädern 30A bis 30C nur das Verteilungszahnrad 30A gezeigt.
Die Verteilungszahnräder 30A bis 30C sind entsprechend auf drei Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern angebracht (in den 1 und 2 ist nur die Welle 32A mit exzentrischem Körper gezeigt).
Die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern sind jeweils in den ersten und zweiten Flanschkörpern 12 und 14 durch Kegelrollenlager 34 und 36 gelagert. Die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern sind mit exzentrischen Körpern 40A bis 40C und 42A bis 42C (in den 1 und 2 sind nur die exzentrischen Körper 40A und 42A der Welle 32A mit exzentrischen Körpern gezeigt) einteilig ausgeführt. Die auf derselben Welle mit exzentrischen Körpern angebrachten exzentrischen Körper, wie beispielsweise die auf der Welle 32A mit exzentrischen Körpern angebrachten exzentrischen Körper 40A und 42A, weisen untereinander einen Versatz der exzentrischen Phase von 180° auf. Diejenigen exzentrischen Körper, die an der selben axialen Position der Wellen 32A bis 32C angebracht sind, wie beispielsweise der exzentrische Körper 40A der Welle 32A mit exzentrischen Körpern, der exzentrische Körper 40B der Welle 32B mit exzentrischen Körpern, und der exzentrische Körper 40C der Welle 32C mit exzentrischen Körpern, sind derart angebracht, dass sie die selbe exzentrische Phase aufweisen. Zudem sind der exzentrische Körper 42A der Welle 32A mit exzentrischen Körpern, der exzentrische Körper 42B der Welle 32B mit exzentrischen Körpern, und der exzentrische Körper 42C der Welle 32C mit exzentrischen Körpern derart angebracht, dass sie die selbe exzentrische Phase aufweisen.
Bei einer solchen Anordnung sind die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern in der Lage, jeweils zusammen mit den Verteilungszahnrädern 30A bis 30C mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung zu rotieren. In Übereinstimmung mit der Rotation der Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern rotieren die exzentrischen Körper 40A, 40B und 40C zudem gemeinsam und weisen dabei die gleiche Phase auf. Aus demselben Grund rotieren die exzentrischen Körper 42A, 42B und 42C gemeinsam und weisen dabei die gleiche Phase auf. Weiterhin weicht die exzentrische Phase des Satzes der exzentrischen Körper 40A, 40B und 40C von der exzentrischen Phase des Satzes der exzentrischen Körper 42A, 42B und 42C um 180° ab.
Zugleich weist die Untersetzungsvorrichtung 2 zwei aussen verzahnte Zahnräder 44 und 46 sowie ein innen verzahntes Zahnrad 48 auf, mit welchem die aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 von innen kämmen. Das aussen verzahnte Zahnrad 44 weist Löcher 44A, 44B und 44C für Wellen mit exzentrischen Körpern auf, die den Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern entsprechen (in den 1 und 2 ist nur die der Welle 32A mit exzentrischen Körpern entsprechende Welle 44A mit exzentrischen Körpern (das Loch 44A für Wellen mit exzentrischen Körpern, Anm. d. Übersetzers) gezeigt). In gleicher Weise weist das aussen verzahnte Zahnrad 46 Löcher 46A, 46B und 46C für Wellen mit exzentrischen Körpern auf, die den Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern entsprechen (in den 1 und 2 ist nur das der Welle 32A mit exzentrischen Körpern entsprechende Loch 46A für Wellen mit exzentrischen Körpern gezeigt).
Die exzentrischen Körper 40A, 40B und 40C der Wellen 32A, 32B und 32C mit exzentrischen Körpern sind mittels Rollen bzw. Nadeln 48A bis 48C (nur die Rolle bzw. Nadel 48A ist gezeigt) in die Löcher 44A, 44B und 44C für Wellen mit exzentrischen Körpern des aussen verzahnten Zahnrads 44 eingepasst. Die exzentrischen Körper 42A, 42B und 42C der Wellen 32A, 32B und 32C mit exzentrischen Körpern sind mittels Rollen bzw. Nadeln 50A bis 50C (nur die Rolle bzw. Nadel 50A ist gezeigt) in die Löcher 46A, 46B und 46C für Wellen mit exzentrischen Körpern des aussen verzahnten Zahnrads 46 eingepasst.
Wenn der Satz exzentrischer Körper 40A, 40B und 40C und der Satz exzentrischer Körper 42A, 42B und 42C der Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern mit gleicher Geschwindigkeit in der gleichen Richtung rotieren, oszillierend die aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 in exzentrischer Weise, und weisen dabei untereinander einen Phasenunterschied bzw. Phasenversatz von 180° auf.
Zwei aussen verzahnte Zahnräder 44 und 46 kämmen von innen mit dem innen verzahnten Zahnrad 48. Das innen verzahnte Zahnrad 48 ist mit dem Gehäuse 16 einteilig ausgeführt. Das Gehäuse 16 ist an dem zweiten Bauteil 10 des Roboters mittels eines Schraubenbolzens 56 befestigt, und dient als „das Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil”. Der innere Zahn bzw. die innere Verzahnung des innen verzahnten Zahnrads 48 wird durch einen zylindrischen äußeren Stift 52 gebildet. Die Zahl der Zähne der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 beträgt N, und die Anzahl der Zähne des innen verzahnten Zahnrads 48 (die Anzahl der äußeren Stifte 52) beträgt N + 1. Das heisst, die Anzahl der Zähne des innen verzahnten Zahnrads 48 beträgt lediglich eins mehr als die Anzahl der Zähne der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46.
Hier sind die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern in den ersten und zweiten Flanschkörpern 12 und 14 durch die Kegelrollenlager 34 und 36 drehbar gelagert. Die ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14 sind durch einen Schraubenbolzen 58 verbunden. Ein erstes Hauptlager 18 ist zwischen dem ersten Flanschkörper 12 und dem Gehäuse 16 angeordnet. Ein zweites Hauptlager 20 ist zwischen dem zweiten Flanschkörper 14 und dem Gehäuse 16 angeordnet.
Die ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 sind jeweils an den Aussenumfängen der ersten und zweiten Flanschkörper (festen bzw. fixierten Bauteile) 12 und 14 angeordnet und lagern das Gehäuse (Ausgangs- bzw. Abtriebsbauteil) 16 drehbar in den ersten und zweiten Flanschkörpern 12 und 14 derart, dass sie die geringste relative Rotationsgeschwindigkeit (beispielsweise 100 U/min oder weniger) und das größte Drehmoment unter den Bauteilen innerhalb der Untersetzungsvorrichtung 2 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel dienen die ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14 als die festen Bauteile, die einteilig an dem ersten Bauteil 8 des Roboters befestigt sind. Aus diesem Grund rotiert das zweite Bauteil 10 des Roboters, das einteilig mit dem Gehäuse 16 ausgeführt ist, bezüglich des ersten Bauteils 8 des Roboters, das einteilig mit den ersten und zweiten Flanschkörpern 12 und 14 ausgeführt ist, wenn das Gehäuse 16 bezüglich der ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14 rotiert.
Im Folgenden wird die Anordnung in der Umgebung der ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben werden.
Die ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 umfassen ein Paar Reihen zylindrischer Rollen 60 und 61, welches in O-Anordnung zusammengesetzt wird. Die Reihen zylindrischer Rollen 60 und 61 weisen jeweils eine Vielzahl zylindrischer Rollen 60A und 61A auf, die derart angeordnet sind, dass die Rotationsachsen O2 und O3 jeweils um 45° gegenüber der Achse O1 der ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14 geneigt sind. Als die zylindrischen Rollen 60A und 61A kann eine in einem sogenannten Kreuzrollenlager verwendete zylindrische Rolle verwendet werden, deren Durchmesser gleich ihrer Höhe (axialer Länge) ist. Das heisst, dass es möglich ist, die Kosten der Untersetzungsvorrichtung weiter zu verringern, da die Funktionen der Kreuzrolle und der Rolle gleichzeitig eingebracht werden können.
In den zylindrischen Rollen 60A und 61A wird, da die Rotationsachse und der äußere Umfang bzw. die Mantellinie im Unterschied zur Kegelrolle parallel zueinander sind (die Kontaktlinie auf der Seite des Gehäuses 16 ist parallel zur Kontaktlinie auf der Seite der ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14), wird durch den Betrieb im Grunde keine Kraftkomponente in Schubrichtung erzeugt. Auf der Grundlage dieser Tatsache sind in diesem Ausführungsbeispiel die Innenringe 64 und 66 und die Aussenringe 68 und 70 der ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 derart geformt, dass sie einen im Wesentlichen gleichschenkligen und rechtwinklingen Dreiecksquerschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung (der Innen- und Aussenringe) aufweisen, und „ein sogenannter Flanschbereich”, um die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen 60A und 61A zu begrenzen, ist nicht ausgeformt. Zudem wird die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen 60A und 61A durch Lagerkäfige 74 und 76 unterdrückt bzw. eingeschränkt, wenn eine axiale Bewegung tatsächlich durch den Herstellungsfehler, den Montagefehler und ähnliches verursacht wird.
Die ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 sind derart zusammengesetzt, dass sie zueinander symmetrisch sind, und entsprechend die Innenringe 64 und 66, die Aussenringe 68 und 70, und die Lagerkäfige 74 und 76 aufweisen. Das heisst, dass die grundlegende Anordnung des ersten Lagers 18 dieselbe ist wie die des zweiten Lagers 20. Dementsprechend wird aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung hauptsächlich das zweite Lager 20 im Detail beschrieben werden, und auf die sich wiederholende Beschreibung des ersten Lagers 18 wird verzichtet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kugelkäfig 76 des zweiten Hauptlagers 20 aus einem Harz geformt. Der Lagerkäfig 76 kann auch aus Eisen oder Stahl geformt sein.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die zylindrische Rolle 61A eingesetzt ist (ein Teil der zylindrischen Rolle ist weggelassen). 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die einen Teil des Lagerkäfigs 76 in dem Zustand zeigt, in welchem die zylindrische Rolle 61A nicht einbezogen ist. Der Lagerkäfig 76 ist mit einer Vielzahl (die Anzahl entspricht der Anzahl der zylindrischen Rollen) an Taschen 76A versehen, in welche die zylindrischen Rollen 61A eingesetzt werden, und die innere Begrenzung jeder der Taschen 76A ist mit einem konkaven Bereich (Haltebereich) 76B versehen, um die zylindrische Rolle 61A rotierbar aufzunehmen. Die zylindrische Rolle 61A wird unter Ausnutzung der Elastizität des Harzes (der elastischen Deformation der Begrenzung der Tasche 76A) in die Tasche 76A gedrückt, um in diese eingesetzt zu werden. Die in die Tasche 76A eingesetzte zylindrische Rolle 61A wird durch den konkaven Bereich 76B in der inneren Begrenzung der Tasche 76A rotierbar gehalten. Wenn alle zylindrischen Rollen 61A in dem Lagerkäfig 76 eingesetzt sind, erhält man eine Wälzkörperanordnung (in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen in einer konischen Trapezform) 80, die als eine einzelne Komponente erscheint.
5 ist einer vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil in der Umgebung des in den 1 und 2 gezeigten zweiten Hauptlagers 20 zeigt. Der Innenring 66 und der Aussenring 70 des zweiten Hauptlagers 20 sind derart geformt, dass sie einen im Wesentlichen gleichschenkligen und rechtwinklingen Dreiecksquerschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung der Innen- und Aussenringe aufweisen, und der Flanschbereich, zur Begrenzung der axialen Bewegung der zylindrischen Rolle 61A ist nicht im Besonderen vorgesehen. Die Hypotenuse des gleichschenkligen und rechtwinklingen Dreiecksquerschnitts der Innenringe 66 und der Aussenringe 70 bildet Laufflächen 66A und 70A der zylindrischen Rollen 61A. Die axialen Längen L1 und L2 (in der Achse der zylindrischen Rolle) der Laufflächen 66A und 70A sind im Wesentlichen gleich der axialen Länge L0 der zylindrischen Rolle 61A.
Der Aussenring 70 ist mit einem gepressten Bereich bzw. einer Druckfläche 70B (senkrecht zur Achse) versehen, die als Druckaufnahmefläche während des Zusammenbaus dient, wobei der Aussenring 70 in axialer Richtung in das Gehäuse 16 eingebaut wird (in diesem Beispiel von der rechten Seite der Zeichnung her). Zudem ist der Innenring 66 mit einem gepressten Bereich bzw. einer Druckfläche 66B (senkrecht zur Achse) versehen, die als Druckaufnahmefläche während des Zusammenbaus dient, wobei der Innenring 66 in axialer Richtung in den zweiten Flanschkörper 14 eingebaut wird (in diesem Beispiel von der linken Seite der Zeichnung her).
Der Aussenring 70 begrenzt die axiale Bewegung des äußeren Stifts 52, der den inneren Zahn des innen verzahnten Zahnrings 48 bildet, an einer axial inneren Oberfläche 70C. Der Aussenring 70 begrenzt auch die axiale Bewegung der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 (der Aussenring 70 wird gleichzeitig als Bauteil für die Beschränkung der axialen Bewegung des äusseren Stifts 52 und der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 verwendet).
Da die Wälzkörperanordnung 80 in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen in einer konischen Trapezform ausgebildet ist, bewegt sich die Wälzkörperanordnung 80 im Grunde nicht (kann sich nicht bewegen) in der axialen Richtung der zylindrischen Rolle 61A, selbst wenn der Lagerkäfig 76 in axialer Richtung nicht auf besondere Weise abgestützt wird (um dessen axiale Bewegung zu begrenzen). Aus diesem Grund wird die Anordnung zur Begrenzung der axialen Bewegung des Lagerkäfigs 76 vorzugsweise nicht übernommen.
Weiter sind zusätzlich zu den Druckflächen 66B und 70B die einander entgegengesetzten Enden der Laufflächen mit flachen Oberflächen 66C und 70C versehen. Die flachen Oberflächen 66C und 70C können weggelassen werden (da auf diese Flächen nicht gedrückt wird), und können dergestalt geformt werden, dass sie eine geringere Breite als die der Druckflächen 66B und 70B aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, die Größe der Untersetzungsvorrichtung weiter zu verringern.
Da die Berührungswinkel der ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 auf 45° festgelegt sind, ist es möglich, die Entfernung des Wirkpunkts zu vergrößern, und somit eine auf das Lager wirkende Last zu verringern. Dementsprechend ist es möglich, die Größe der Untersetzungsvorrichtung zu verringern und deren Standzeit zu verbessern.
Als ein in der Form modifiziertes Beispiel des zweiten (ersten) Hauptlagers kann beispielsweise die in den 6A und 6B gezeigte Anordnung übernommen werden. Wie in 6A gezeigt, können die axialen Längen L3 und L4 der Laufflächen 84A und 86A der Innenringe und Aussenringe 84 und 86 eines zweiten Hauptlagers 82 derart geformt sein, dass sie kürzer als die axiale Länge L0 der zylindrischen Rolle 61A sind. Falls die axialen Längen L3 und L4 der Laufflächen 84A und 86A der Innenringe und Aussenringe 84 und 86 eines zweiten Hauptlagers 82 derart geformt sind, dass sie kürzer als die axiale Länge L0 der zylindrischen Rolle 61A sind, und der Flanschbereich nicht vorgesehen ist, ist es möglich, die Rotationsverluste weiter zu verringern, und die Größe der Innenringe und Aussenringe 84 und 86 zu verringern. Dementsprechend ist es möglich, die Größe des zweiten Hauptlagers 82 im Ganzen zu verringern.
In einem Beispiel eines zweiten Hauptlagers 91 in 6B ist es möglich, die Größe der Innenringe und Aussenringe 92 und 94 so weit wie möglich zu verringern, indem Druckflächen 92A und 94A in Querschnitten rechtwinklig zur Umfangsrichtung der Innenringe und Aussenringen 92 und 94 entfernt werden. Das heisst, die Querschnitte sind wie ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck geformt. Zudem wird ein Teil des Lagerkäfigs 90 in Kontakt mit dem Gehäuse 16 und dem aussen verzahnten Zahnrad 46 gebracht. In dieser Anordnung ist es möglich, die Größe des zweiten Hauptlagers 91 weiter zu verringern, und die axiale Bewegung des Lagerkäfigs 90 durch den Kontakt des Lagerkäfigs zu begrenzen. Dementsprechend ist es möglich, die innere (Druck- oder Zug-)Spannung weiter zu verringern, die in dem Lagerkäfig 90 hervorgerufen wird, wenn sich die zylindrische Rolle 61A im Inneren des Lagerkäfigs 90 in axialer Richtung bewegt.
In der gleichen Weise können die modifizierten Beispiele auf das erste Hauptlager 18 angewendet werden.
Im Folgenden wird der Betrieb der Untersetzungsvorrichtung 2 beschrieben werden.
Die ersten und zweiten Bauteile 8 und 10 des Roboters bewegen sich relativ zueinander, aber aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung wird der Betrieb der Untersetzungsvorrichtung 2 unter der Annahme beschrieben werden, dass sich das erste Bauteil 8 in einem fixierten bzw. befestigten Zustand befindet.
Wenn die Motorwelle 24 des Motors 4 rotiert, rotiert das mit der Motorwelle 24 verbundene Verbindungsstück 26, und das am vorderen Ende des Verbindungsstücks 26 angeformte Ritzel 28 rotiert. Wenn das Ritzel 28 rotiert, rotieren die mit dem Ritzel 28 kämmenden Verteilungszahnräder 30A bis 30C, und die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern rotieren mit der selben Geschwindigkeit in der selben Richtung. Wenn die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern rotieren, oszilliert das aussen verzahnte Zahnrad 44 mittels der exzentrischen Körper 40A bis 40C und der zylindrischen Rollen 48A bis 48C in exzentrischer Weise, und das aussen verzahnte Zahnrad 46 oszilliert mittels der exzentrischen Körper 42A bis 42C und der zylindrischen Rollen 50A bis 50C in exzentrischer Weise.
In diesem Ausführungsbeispiel treten die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern jeweils durch die Löcher 44A bis 44C für Wellen mit exzentrischen Körpern des aussen verzahnten Zahnrads 44 und die Löcher 46A bis 46C für Wellen mit exzentrischen Körpern des aussen verzahnten Zahnrads 46. Zudem können die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern aufgrund der Kegelrollenlager 34 und 36 rotieren, aber die Montagepositionen bezüglich der ersten und zweiten Flanschkörper 12 und 14 sind festgelegt. Aus diesem Grund ist die Rotation der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46, durch welche die Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern hindurchtreten, begrenzt, und die aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 oszillieren lediglich durch die Rotation der Wellen 32A bis 32C mit exzentrischen Körpern, und verschieben dadurch fortlaufend die Eingriffsposition der aussen verzahnten Zahnräder mit dem innen verzahnten Zahnrad 48 um die Oszillation(sspanne). Im Ergebnis wird jedes Mal, wenn die aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 einmal rotieren, die Phase des innen verzahnten Zahnrads 48 bezüglich der aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46 um ein Maß bzw. einen Winkel verschoben, der einer Zahnzahldifferenz „1/(N + 1)” zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 48 und den aussen verzahnten Zahnrädern 44 und 46. Die Rotation des innen verzahnten Zahnrads 48 bewirkt die Rotation des mit dem innen verzahnten Zahnrad 48 einteilig ausgeführten Gehäuses 16, und rotiert das zweite Bauteil 10 des Roboters (bezüglich zu dem ersten Bauteil 8 des Roboters) mittels des Schraubenbolzens 56. Zusätzlich beträgt die (relative) Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise maximal 100 U/min im Fall der Untersetzungsvorrichtung 2 zum Antrieb eines Roboters wie in diesem Ausführungsbeispiel. Diese Rotationsgeschwindigkeit kann praktisch für „die zylindrische Rolle” verwendet werden. Zudem ist es nicht wünschenswert, dass die Rotationsgeschwindigkeit 1000/min übersteigt, weil Schmiermittel aufgrund der Wärme austrocknen kann und die Innenringe und Aussenringe aufgrund einer großen Differenz der Rotationsgeschwindigkeit zwischen den Innenringen und den Aussenringen beschädigt werden können.
Da die zylindrischen Rollen 60A und 61A der ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20 wie eine einfache zylindrische Rolle geformt sind, sind deren Kosten hier gering. Da die Aussenumfänge der zylindrischen Rollen 60A und 61A parallel zu den Rotationsachsen O2 und O3 sind, wird im Grunde keine Kraftkomponente erzeugt, die die axiale Bewegung bewirkt. Aus diesem Grund ist es möglich, die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen 60A und 61A in ausreichender Weise zu begrenzen, indem die zylindrischen Rollen 60A und 61A jeweils lediglich unter Verwendung der Lagerkäfige 74 und 76 abgestützt werden.
Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, die sogenannten Flanschbereiche in den Innenringen 64 und 66 und den Aussenringen 68 und 70 zu formen, um die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen 60A und 61A zu begrenzen, und den zu der Achse senkrechten Bereich zu formen, um eine einfache Form, wie beispielsweise ein im Wesentliches gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck zu erhalten. Dementsprechend ist es möglich, die Anzahl der Prozesse zu verringern und Bearbeitungskosten zu reduzieren. Zudem ist es möglich, die Kosten der Untersetzungsvorrichtung in bemerkenswerter Weise zu reduzieren. Weiterhin ist es möglich, die Rotationsverluste zu reduzieren.
Da auch die Innenringe 64 und 66 und die Aussenringe 68 und 70 mit den Druckbereichen 66B und 70B (senkrecht zur Achse) (im Fall des zweiten Hauptlagers 20) versehen sind, die als die Druck aufnehmenden Oberflächen während der Montage dienen, während derer die Innenringe 64 und 66 oder die Aussenringe 68 und 70 an dem Gehäuse 16 oder den ersten und zweiten Flanschkörpern 12 und 14 in axialer Richtung angebracht werden, ist es möglich, die Montage einfach und verläßlich durchzuführen, selbst wenn die zur Umfangsrichtung der Innenringe und Aussenringe senkrechten Querschnitte in einer Grundform wie beispielsweise einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck geformt sind.
Da die Vielzahl der zylindrischen Rollen 60A und 61A als „das Paar Reihen zylindrischer Rollen 60 und 61 in O-Anordnung” derart montiert sind, dass ihre Rotationsachsen O2 und O3 bezüglich der Achse O1 des als Abtriebsbauteil dienenden Gehäuses 16 um 45° geneigt sind, ist es möglich, in zufriedenstellender Weise sowohl axiale Kräfte als auch Schubkräfte unter Verwendung einer großen Wirkspanne aufzunehmen. Dementsprechend ist es möglich, die Torsion aufzunehmen, wenn die ersten und zweiten Bauteile des Roboters und relativ zueinander rotieren. Weil die zylindrischen Rollen 60A und 61A jeweils im Linienkontakt mit den Laufflächen 66A und 70A (im Fall des zweiten Hauptlagers 20) der Innenringe und Aussenringe stehen, ist es zudem möglich, ein Lager mit hoher Tragfähigkeit und ein geringes Lagerspiel zu erzielen.
In der Erfindung ist die detaillierte Anordnung der Untersetzungsvorrichtung nicht auf besondere Weise eingeschränkt. Die Anordnung zur Einleitung der Kraft vom Motor in die Untersetzungsvorrichtung ist nicht auf die Anordnung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt. Zudem kann als Untersetzungsvorrichtung beispielsweise ein einfacher Planetengetriebemechanismus oder ein Untersetzungsgetriebemechanismus, der eine innen kämmende Planetengetriebestruktur vom sogenannten Typ der Mittelkurbelwelle aufweist, wie in 7 gezeigt, übernommen werden.
Eine Untersetzungsvorrichtung 100, die in 7 gezeigt ist, weist Folgendes auf: eine Eingangs- bzw. Antriebswelle 102, exzentrische Körper 104 und 106, die mit der Antriebswelle 102 einteilig ausgeführt sind, aussen verzahnte Zahnräder 112 und 114, die mittels Rollen 108 und 110 derart an den Aussenumfängen der exzentrischen Körper 104 und 106 angebracht sind, dass sie in oszillierender Weise rotierbar bzw. drehbar sind, und ein innen verzahntes Zahnrad 116, mit welchem die aussen verzahnten Zahnräder 112 und 114 von innen kämmen.
Es gibt eine geringe Differenz in der Zähnezahl (beispielsweise 1) zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 116 und den aussen verzahnten Zahnrädern 112 und 114.
Das innen verzahnte Zahnrad 116 ist mit dem Gehäuse 118 einteilig ausgeführt, indem es daran befestigt bzw. fixiert ist. Zudem werden die rotatorischen Komponenten der aussen verzahnten Zahnräder 112 und 114 mittels der durch einen inneren Stift 120 mit dem inneren Stift 120 einteilig ausgeführten ersten und zweiten Flanschkörper 122 und 124 nach aussen geführt. Die Antriebswelle 102 wird in den ersten und zweiten Flanschkörpern 122 und 124 durch ein Paar Lager 126 und 128 abgestützt.
Auch in der Untersetzungsvorrichtung, die eine solche Anordnung aufweist, können die ersten und zweiten Hauptlager 18 und 20, die die vollkommen gleiche Anordnung aufweisen wie diejenigen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels, in dienlicher Weise angewendet und montiert werden, und es kann der vollkommen gleiche Vorteil erzielt werden wie derjenige des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die zylindrische Rolle derart eingebaut, dass sie bezüglich der Achse der ersten und zweiten Flanschkörper um 45° geneigt ist, aber in der Erfindung ist die Neigung der zylindrischen Rolle bezüglich der Achse nicht auf 45° beschränkt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zur Umfangsrichtung der Innenringe und Aussenringe senkrechten Querschnitte im Wesentlichen in der Form eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet, sie können aber auch in einer anderen Form als der eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet sein.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Innenringe und Aussenringe der ersten und zweiten Hauptlager mit den Druckbereichen versehen, die senkrecht zur Achse ausgebildet sind und als Flächen zur Druckaufnahme beim Montagevorgang dienen, während dem die Innenringe und Aussenringe an dem Gehäuse (Abtriebsbauteil) und den ersten und zweiten Flanschkörpern (fixierte bzw. feste Bauteile) in axialer Richtung angebracht werden, aber die Druckflächen können möglicherweise auch nicht ausgeformt sein.
Beide axialen Enden der zylindrischen Rolle als Wälzelement können ballig bearbeitet sein. Falls das so ist, und wenn das Maß der Balligkeit des balligen Bereichs des axial äußeren Endes der Untersetzungsvorrichtung 2 größer ist als dasjenige ihres inneren Endes, kann im Falle des Auftretens der Verschiebung aufgrund einer Torsion in den Innenringen und Aussenringen des Hauptlagers der Betrag der Verschiebung des axial äußeren Endes größer werden, was so in zufriedenstellender Weise eine Erscheinung bewältigt, dass leicht eine Kantenpressung auftritt. Natürlich können die balligen Bereiche in gleicher Größe ausgeführt sein, der ballige Bereich kann an dem axial äußeren Ende gebildet sein, oder der ballige Bereich kann möglicherweise auch nicht gebildet sein.
Weiter drücken in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Aussenringe 68 und 70 auf die aussen verzahnten Zahnräder 44 und 46, aber die Druckflächen des Innenrings könne sich in axialer Richtung dergestalt erstrecken, dass sie auf das aussen verzahnte Zahnrad drücken. Im Gegensatz dazu können der Aussenring oder der Innenring derart gestaltet sein, dass sie keinerlei solche drückende Funktion aufweisen.
Die Untersetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in besonderer Weise als Untersetzungsvorrichtung für den Antrieb einer Präzisionsvorrichtung wie beispielsweise eines Roboters oder einer Werkzeugmaschinen geeignet.

Claims

Untersetzungsvorrichtung (2) mit einem Gehäuse (16), mit einem innenverzahnten Zahnrad (48), dessen innere Zähne durch zylindrische äußere Stifte (52) geformt werden, die im Gehäuse (16) gelagert sind, mit einem außenverzahnten Zahnrad (44, 46), welches von innen mit dem innenverzahnten Zahnrad (48) in Eingriff steht, mit einer Welle (32A, 32B, 32C) mit Exzenterkörpern (40A, 40B, 40C), auf der sich das außenverzahnte Zahnrad (44, 46) oszillierend bewegen kann, mit einem ersten Hauptlager (18), das im Gehäuse (16) zwischen einem Teil des Gehäuses (16) und einem ersten Flanschkörper (12) angeordnet ist, und mit einem zweiten Hauptlager (20), das im Gehäuse (16) zwischen einem Teil des Gehäuses (16) und einem zweiten Flanschkörper (14) angeordnet ist, wobei eine Vielzahl zylindrischer Rollen (60A, 61A) als Wälzelemente für die Hauptlager (18, 20) dient, und wobei die zylindrischen Rollen (60A, 61A) jeweils eine zu einer Achse des innenverzahnten Zahnrades (48) geneigte Rotationsachse aufweisen; wobei bordlose Innenringe (64, 66) und bordlose Außenringe (68, 70) die Laufflächen der Hauptlager (18, 20) für die zylindrischen Rollen (60A, 61A) bereitstellen, wobei die axiale Bewegung der zylindrischen Rollen (60A, 61A) durch einen Lagerkäfigs (74, 76) begrenzt ist; und wobei der Außenring (68, 70) die axiale Bewegung der äußeren Stifte (52) und der außenverzahnten Zahnräder (44, 46) begrenzt.
Untersetzungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 1, wobei entweder die Innenringe (64, 66) oder die Außenringe (68, 70) oder beide mit einer Druckfläche (70B, 66B) versehen sind, die als Fläche zur Aufnahme von Druck während eines Montagevorgangs dient, während welchem der Innenring (64, 66) oder der Außenring (68, 70) an dem Teil des Gehäuses (16) oder dem Flanschkörper (12, 14) in axialer Richtung angebracht wird, und wobei ein zur Druckfläche (70B, 66B) gegenüberliegendes Ende des Innenrings (64, 66) oder des Außenrings (68, 70) mit einer flachen Oberfläche versehen ist, die in der Breite schmaler ist als die Druckfläche (70B, 66B), oder keine flache Oberfläche aufweist.
Untersetzungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine axiale Länge der Lauffläche von entweder dem Außenring (68, 70) oder dem Innenring (64, 66) oder von beiden kürzer ist als jede axiale Länge der zylindrischen Rollen (60A, 61A).
Untersetzungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein zur Umfangsrichtung der Innenringe (64, 66) oder der Außenringe (68, 70) oder beider senkrechter Querschnitt in der Form eines gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks geformt ist.
Untersetzungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zylindrische Rolle (60A, 61A) einen Durchmesser aufweist, der gleich einer axialen Länge ist.
Untersetzungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Teil des Gehäuses (16) und dem Flanschkörper (12, 14) 100 U/min oder weniger beträgt.