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Hintergrund der Erfindung
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verwindende Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip, im Folgenden auch als Spannungswellengetriebe bezeichnet.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Eine verwindende Getriebevorrichtung oder ein Spannungswellengetriebe gemäß
JP 2009-299765 A weist folgendes auf: ein starres innen verzahntes Zahnrad, ein flexibles außen verzahntes Zahnrad, das in der Lage ist, in das innen verzahnte Zahnrad einzugreifen, und einen Anreger bzw. Erreger, der das außen verzahnte Zahnrad an seinem eigenen äußeren Umfang verwunden und deformiert, wodurch der innere Eingriff zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad realisiert wird. Zudem wird in der JP 2009-299765 A die Form des Anregers, der das außen verzahnte Zahnrad verwunden und deformiert, eine Form wird, die durch das Verbinden von Bögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien erhalten wird. Zudem wird in dem Anreger eine Tangente an einem Verbindungsteil bzw. Verbindungsbereich zwischen zwei Bögen gemeinsam gemacht. Aus diesem Grund kann in der JP 2009-299765 A eine Veränderung des Krümmungsradius des außen verzahnten Zahnrads minimiert werden, und ein Anstieg der Verwindungsbelastung bzw. der Verwindungsspannung des außen verzahnten Zahnrads kann verhindert werden, um das Übertragungsdrehmoment zu verbessern.
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In der
JP 2009-299765 A wird der Verbindungsbereich zwischen den zwei Bögen bestimmt, indem auf das Zahnprofil des außen verzahnten Zahnrads und die Belastung des außen verzahnten Zahnrads im Bereich der Nebenachsen (bogenförmiger Bereich, in welchem das innen verzahnte Zahnrad und das außen verzahnte Zahnrad nicht miteinander kämmen) geachtet wird. Hier ist der Bereich der Nebenachsen durch einen Eingriffswinkel Theta bestimmt, welcher die Eingriffsspanne des innen verzahnten Zahnrads und des außen verzahnten Zahnrads definiert, sowie durch die Exzentrizität L des Anregers (außen verzahntes Zahnrad). Wenn jedoch der Winkel Theta klein ist und die Exzentrizität L klein ist, ist in der JP 2009-299765 A zu befürchten, dass in dem Bereich der Nebenachsen Behinderungen bzw. Interferenzen im Zahnprofil zwischen dem außen verzahnten Zahnrad und dem innen verzahnten Zahnrad auftreten können. Das heißt, dass es bei ausschließlicher Verwendung der zwei Parameter, des Winkels Theta und der Exzentrizität L, schwierig ist, einen optimalen Wert in Bezug auf die drei Probleme, welche das Zahnprofil des außen verzahnten Zahnrads, die Belastung des außen verzahnten Zahnrads im Bereich der Nebenachsen und die Behinderung im Zahnprofil zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad umfassen, zu finden.
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Zudem kann geometrisch selbst in einem Fall, in welchem es keine Behinderungen in dem Zahnprofil gibt, jegliche Behinderung in dem Zahnprofil an einer unerwarteten Position (im Bereich der Nebenachsen) aufgrund von Deformation des außen verzahnten Zahnrads bei Lastdrehmoment auftreten. Aus diesem Grund ist es in dem Bereich der Nebenachsen vorzuziehen, die Spanne des Nichteingriffs zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad derart sicherzustellen, dass sich der Spalt zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad so weit wie möglich vergrößert.
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Zudem wird das Kürzen der Zahnköpfe des innen verzahnten Zahnrads in Betracht gezogen, um jegliche Behinderung im oberen Zahnprofil vermeiden. In diesem Fall tritt jedoch ein Problem auf, dass die Anzahl der Eingriffspunkte zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad abnehmen wird.
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DE 24 34 834 C2 offenbart einen Getriebemotor, bestehend aus einer elektrischen Maschine mit einem Stator, der unter Bildung eines Luftspaltes einen Läufer umschließt, der ein nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe beaufschlagt, wobei das Untersetzungsgetriebe durch ein an sich bekanntes Harmonie Drive Getriebe gebildet ist, dessen elliptisch ausgebildeter Wave Generator außerhalb des Stators auf der Welle des Läufers sitzt und unter Zwischenschaltung eines Kugellagers von dem durch eine elastische, unmagnetische, zylindrische Buchse gebildeten Flexspline übergriffen wird, der den Luftspalt zwischen Stator und Läufer durchdringt, auf der dem Wave Generator abgewandten Seite in einen mit der Welle des Läufers fluchtenden Abtrieb übergeht und im Bereich des Wave Generators über eine Außenverzahnung in den innenverzahnten Circular Spline eingreift, der eine größere Zähnezahl aufweist als der Flexspline, mit dem Stator axial fluchtet und mit diesem fest verbunden ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Daher wurde die Erfindung gemacht, um die Probleme zu lösen, und das Ziel davon ist es, ein Spannungswellengetriebe bereitzustellen, das in der Lage ist, die durch die Deformation eines außen verzahnten Zahnrads erzeugte Verwindungsspannung so weit wie möglich zu verringern und die Behinderung in dem Zahnprofil zwischen einem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad, welche durch die Deformation des außen verzahnten Zahnrads verursacht wird, zu vermeiden, wodurch das Lastdrehmoment erhöht wird.
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Die Erfindung ist ein Spannungswellengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Indem der Anreger aus drei gekrümmten Bereichen gebildet wird, wird in der Erfindung die Anzahl der Parameter gesteigert, die den Bereich der Nebenachsen definieren, und jede Behinderung in dem Zahnprofil wird vermieden. In der Erfindung nimmt insbesondere die Form des äußeren Umfangs des Anregers eine Form an, die erzielt wird, indem der erste gekrümmte Bereich, der zweite gekrümmte Bereich und der dritte gekrümmte Bereich, welche eine Bogenform aufweisen, nacheinander miteinander verbunden werden. Das heißt, der zweite gekrümmte Bereich, der einen geringeren Krümmungsradius aufweist als der erste gekrümmte Bereich, der das innen verzahnte Zahnrad und das außen verzahnte Zahnrad in einen Eingriffszustand bringt, ist zwischen dem ersten gekrümmten Bereich und dem dritten gekrümmten Bereich mit einem größeren Krümmungsradius als der erste gekrümmte Bereich angeordnet. Aus diesem Grund können das außen verzahnte Zahnrad und das innen verzahnte Zahnrad mit einer kurzen (Drehung) Distanz von dem Eingriffszustand in den Nicht-Eingriffszustand gebracht werden, anstelle des einfachen Verbindens des dritten gekrümmten Bereiches direkt mit dem ersten gekrümmten Bereich. Zu diesem Zeitpunkt kann der Krümmungsradius des zweiten gekrümmten Bereiches frei bestimmt werden. Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Technik ist es möglich, die Behinderung zwischen Zahnprofilen verlässlicher zu verhindern.
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Da gleichzeitig in der Erfindung der Krümmungsradius jedes gekrümmten Bereiches innerhalb jedes gekrümmten Bereiches begrenzt ist, wird die Verwindungsspannung des außen verzahnten Zahnrads in jedem gekrümmten Bereich verringert. Zudem sind in den Verbindungsbereichen zwischen dem ersten gekrümmten Bereich, dem zweiten gekrümmten Bereich und dem dritten gekrümmten Bereich die tangentialen Linien des ersten gekrümmten Bereiches, des zweiten gekrümmten Bereiches und des dritten gekrümmten Bereiches jeweils gemeinsam. Somit wird eine abrupte verwindende Deformation in den Verbindungsbereichen des Anregers verhindert. Das heißt, dass die Verwindungsspannung, die durch die Deformation des außen verzahnten Zahnrads verursacht wird, soweit wie möglich verringert werden kann und das Übertragungsdrehmoment verbessert werden kann.
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Wenn der zweite gekrümmte Bereich durch den konstanten Krümmungsradius definiert ist, können zusätzlich die Parameter, die die Form des Anregers definieren, vereinfacht werden. Aus diesem Grund ist eine effiziente Gestaltung der verwindenden Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip möglich.
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Gemäß der Erfindung kann die Verwindungsspannung, die durch die Deformation des außen verzahnten Zahnrads verursacht wird, so weit wie möglich verringert werden, und die Behinderung in dem Zahnprofil zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen verzahnten Zahnrad kann verhindert werden, um dadurch das Lastdrehmoment zu erhöhen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein Beispiel der Gesamtanordnung einer verwindenden Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip zeigt, das auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezogen ist.
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2 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Gesamtanordnung zeigt.
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3A und 3B sind Ansichten, die einen Anreger zeigen.
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4 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Form des Anregers.
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5 ist eine schematische Ansicht eines kombinierten Anregers und Anregerlagers.
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6 ist ein konzeptuelles Diagramm des Eingriffs zwischen einem virtuellen außen verzahnten Zahnrad und einem innen verzahnten Zahnrad.
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7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein Beispiel der Gesamtanordnung einer verwindenden Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip zeigt, das auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bezogen ist.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Ein Beispiel eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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Zuerst wird die Gesamtanordnung des vorliegenden Ausführungsbeispiels in groben Zügen im Wesentlichen mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben werden.
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Eine verwindende Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip bzw. ein Spannungswellengetriebe 100 weist ein starres Untersetzungszahnrad (innen verzahntes Zahnrad) 130A, ein flexibles außen verzahntes Zahnrad 120A, das in der Lage ist, von innen mit dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A in Eingriff zu treten, sowie einen Anreger 104, der das außen verzahnte Zahnrad 120A an seinem eigenen äußeren Umfang verwunden und deformiert, wodurch das innere Eingreifen zwischen dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A und dem außen verzahnten Zahnrad 120A realisiert werden kann auf. Hier, wie in 4 gezeigt, ist die Form (Form des äußeren Umfangs in einem zur Axialrichtung O senkrechten Querschnitt) des äußeren Umfangs des Anregers 104 eine Form, die erzielt wird, indem bogenförmige Bereiche (ein erster bogenförmiger Bereich FA, ein zweiter bogenförmiger Bereich SA, und ein dritter bogenförmiger Bereich TA) mit drei verschiedenen Krümmungsradien r1, r2 und r3 hintereinander verbunden werden. Zudem werden tangentiale Linien T1 und T2 an Verbindungsbereichen C und E zwischen den jeweiligen bogenförmigen Bereichen (dem ersten bogenförmigen Bereich FA, dem zweiten bogenförmigen Bereich SA, und dem dritten bogenförmigen Bereich TA) als jeweils gemeinsam gestaltet.
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Hierin werden im Folgenden die jeweiligen Bestandteile im Detail beschrieben werden.
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Wie in den 3A und 3B gezeigt ist der Anreger 104 säulenförmig, und seine Mute ist mit einer Eingangswellenbohrung 106 ausgeformt, in welches eine Eingangswelle (nicht gezeigt) eingefügt wird. Wenn die Eingangswelle eingefügt und rotiert wird, ist die Eingangswellenbohrung 106 mit einer Passfedernut 108 versehen, sodass der Anreger 104 einteilig mit der Eingangswelle rotiert.
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Wenn sich hier das Rotationszentrum des Anregers 104 in der Mute der XY-Koordinaten befindet, wie in 3A gezeigt, wird die äußere Form des Anregers 104 eine achsensymmetrische Form sowohl in der X-Achse und der Y-Achse. Daher wird nur die Form eines ersten Quadranten des Anregers 104 unten mit Bezug auf 4 beschrieben werden.
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Wie in 4 gezeigt, weist die Form des äußeren Umfangs des Anregers 104 einen Form (Form mit drei Bögen) auf, die erzielt wird, indem drei bogenförmige Bereiche (der erste bogenförmige Bereich FA, der zweite bogenförmige Bereich SA, und der dritte bogenförmige Bereich TA) miteinander verbunden werden. Der erste bogenförmige Bereich FA (ein erster gekrümmter Bereich) ist ein Bogen mit einem Krümmungsradius r1, dessen Mittelpunkt auf einem Punkt A liegt (als eine Exzentrizitätsachse bezeichnet), und bildet einen gekrümmten Bereich (auch als eine Eingriffsspanne bezeichnet), der das außen verzahnte Zahnrad 120A und das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A in eine sich in Eingriff befindende Form bringt. Der zweite bogenförmige Bereich SA (ein zweiter gekrümmter Bereich) ist ein Bogen, dessen Mittelpunkt auf einem Punkt D liegt, der von dem Punkt A um einen Abstand ΔR beabstandet ist, und einen Bereich eines gekrümmten Bereiches (auch als eine Nicht-Eingriffsspanne bezeichnet) bildet, der das außen verzahnte Zahnrad 120A und das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A in eine sich nicht in Eingriff befindende Form bringt. Der Abstand ΔR wird schließlich ein Variable zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem außen verzahnten Zahnrad 120A und dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A in der Nicht-Eingriffsspanne (Nebenachsenbereich). Der dritte bogenförmige Bereich TA (ein dritter gekrümmter Bereich) ist ein Bogen mit einem Krümmungsradius r3, dessen Mittelpunkt auf einem Punkt F liegt, und bildet einen bogenförmigen Bereich (eine verbleibende Spanne der Nicht-Eingriffsspanne), der das außen verzahnte Zahnrad 120A und das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A in einen Nicht-Eingriffszustand bringt. Die Länge des ersten bogenförmigen Bereichs FA wird durch einen Eingriffswinkel θ1 bestimmt, der derjenige Winkel ist, der zwischen einer Hauptachsenrichtung X und einer Tangentennormalen an einem Punkt C gebildet wird. Die Länge des zweiten bogenförmigen Bereichs SA ist durch einen Winkel bestimmt, der erzielt wird, indem der Eingriffswinkel θ1 von dem Winkel θ2 abgezogen wird, der zwischen der Hauptachsenrichtung X und der Tangentennormalen an einem Punkt E gebildet wird (θ2 > θ1). Aus diesem Grund werden die Koordinaten der Punkte A, D, und F jeweils (L, 0), (L + ΔR·cosθ1, ΔR·sinθ1), und (0, –(L + ΔR·cosθ1)·tanθ2 + ΔR·sinθ1) in der 4, wobei die Exzentrizität als L definiert ist.
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Das heißt, wenn der Abstand r (Hauptachsenradius des Anregers 104) von dem Rotationszentrum des Anregers 104 zu dem Punkt B auf dem äußeren Umfang des Anregers 104 (in der Eingriffsspanne durch eine Hauptachsenrichtung X verwendet wird, wie in 4 gezeigt, wird der Krümmungsradius r1 des ersten bogenförmigen Bereichs FA durch die Formel (1) ausgedrückt. r1 = r – L (1)
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Zusätzlich ist der Krümmungsradius r2 des zweiten bogenförmigen Bereichs SA, wie in 4 gezeigt, durch die Formel (2) ausgedrückt. r2 = r1 – ΔR = r – L – ΔR (2)
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Zudem ist die tangentiale Linie T1 an dem Verbindungsbereich C zwischen dem ersten bogenförmigen Bereich FA und dem zweiten bogenförmigen Bereich SA als gemeinsam gestaltet.
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Wie in 4 gezeigt, ist zusätzlich die tangentiale Linie T2 selbst an dem Verbindungsbereich E zwischen dem zweiten bogenförmigen Bereich SA und dem dritten bogenförmigen Bereich TA als gemeinsam gestaltet. Da der Krümmungsradius r3 des dritten bogenförmigen Bereichs TA (Krümmungsradius r2+ Länge DF) ist, ist der Krümmungsradius r3 durch die Formel (3) ausgedrückt. r3 = r – L – ΔR + (L + ΔR·cosθ1)/cosθ2 (3)
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Da der Winkel θ2 größer ist als der Winkel θ1, wird hier die Formel (4) aufgestellt. r2 < r1 < r3 (4)
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Wie in 2 gezeigt ist ein Anregerlager 110A ein Lager, das zwischen der Außenseite des Anregers 104 und der Innenseite des außen verzahnten Zahnrads 120 angeordnet ist. Wie in 2 und 5 gezeigt, wird das Anregerlager 110A durch einen Innenring 112, einen Käfig 114A, Rollen 116A, die als Wälzelemente dienen, und einen Außenring 118A gebildet. Das Innere des Innenrings 112 liegt an dem Anreger 104 an, und der Innenring 112 rotiert, während er einteilig mit dem Anreger 104 deformiert wird. Die Rollen 116A sind zylindrisch (einschließlich Nadeln). Da die Bereiche der Rollen 116A, die mit dem Innenring 112 und dem Außenring 118A in Kontakt stehen, sich im Vergleich mit einem Fall in dem die Wälzelemente Kugeln sind, kann aus diesem Grund die Lastkapazität bzw. Tragfähigkeit erhöht werden. Das heißt, indem die Rollen 116A verwendet werden, kann das Übertragungsdrehmoment des Anregerlagers 110A gesteigert werden, und eine lange Lebensdauer erzielt werden. Der Außenring 118A ist außerhalb der Rollen 116A angeordnet. Der Außenring 118A wird durch die Rotation des Anregers 104 verwunden und deformiert und deformiert das außen verzahnte Zahnrad 120A, das an seiner Außenseite angeordnet ist.
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Zudem, wie in 2 gezeigt, wird das Anregerlager 110B, ähnlich dem Anregerlager 110A, durch den Innenring 112, einen Käfig 114B, Rollen 116B, und einen Außenring 118E gebildet. Der Innenring 112 ist den Anregerlagern 110A und 114B gemein. Zudem sind der Käfig 114B, die Rollen 116B und der Außenring 118B, und der Käfig 114A, die Rollen 116A und der Außenring 118A in axialer Richtung O jeweils in Paaren angeordnet, und weisen jeweils die gleiche Form auf. Hier werden die Anregerlager 110A und 110 im Folgenden gemeinsam als ein Anregerlager 110 bezeichnet.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, greift das außen verzahnte Zahnrad 120A von innen in das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A ein. Das außen verzahnte Zahnrad 120A wird durch ein Basisbauteil 122 und die Außenverzahnung 124A gebildet. Das Basisbauteil 122 ist ein flexibles röhrenartiges Bauteil, ist außerhalb des Anregerlagers 110A angeordnet, und ist einteilig mit der Außenverzahnung 124A ausgeformt. Die Außenverzahnung 124A ist auf der Basis einer trochoidalen Kurve ausgeformt.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, greift das außen verzahnte Zahnrad 120B von innen in ein innen verzahntes Abtriebszahnrad 130B ein. Zudem ist das außen verzahnte Zahnrad 120B durch das Basisbauteil 122 und die Außenverzahnung 124B gebildet, ähnlich dem außen verzahnten Zahnrad 120A. Die Außenverzahnung 124B weist dieselbe Anzahl auf wie die Außenverzahnung 124A, und ist in derselben Form geformt. Obwohl die Außenverzahnung 124A und die Außenverzahnung 124B wie in 1 gezeigt die in axialer Richtung O geteilte Form aufweisen, ist das Basisbauteil 122 gemeinsam. Aus diesem Grund wird die Exzentrizität L des Anregers 104 auf die Außenverzahnung 124A und die Außenverzahnung 124B in der selben Phase übertragen. Im Folgenden werden die außen verzahnten Zahnräder 120A und 120B und die Außenverzahnung 124A und 124B gemeinsam als das außen verzahnte Zahnrad 120 beziehungsweise die Außenverzahnung 124 bezeichnet.
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Das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A ist aus einem starren Bauteil geformt. Das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A weist eine Anzahl von Zähnen auf, die um i (i = 2, 4, etc.) größer ist als die der Außenverzahnung 124A des außen verzahnten Zahnrads 120A. Ein Gehäuse (nicht gezeigt) ist an dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A mittels Schraubenlöchern 132A befestigt. Zudem greift das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A in das außen verzahnte Zahnrad 120A ein, wodurch zu der Untersetzung der Rotation des Anregers 104 beigetragen wird. Die Innenverzahnung 128A des innen verzahnten Untersetzungszahnrads 130A ist derart geformt, dass sie mit der Außenverzahnung 124A theoretisch auf der Basis einer trochoidalen Kurve in Eingriff ist.
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Unterdessen ist auch das innen verzahnte Abtriebszahnrad 130B auch aus einem starren Bauteil geformt, ähnlich dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A. Das innen verzahnte Abtriebszahnrad 130B weist dieselbe Anzahl an Zähnen in der Innenverzahnung 128B (Gleichlaufübertragung, Übertragung mit gleicher Geschwindigkeit) auf wie die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 124B des außen verzahnten Zahnrads 120B. Zudem ist eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) an dem innen verzahnten Abtriebszahnrad 130B mittels Schraubenlöchern 132E befestigt, und die gleiche Rotation wie die Rotation des außen verzahnten Zahnrads 120B auf seiner eigenen Achse wird nach außen abgegeben. Hier werden im Folgenden das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A, das innen verzahnte Abtriebszahnrad 130B, und die Innenverzahnung 128A und 128B gemeinsam jeweils als das innen verzahnte Zahnrad 130 und die Innenverzahnung 128 bezeichnet.
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Als nächstes wird unten die Beziehung zwischen dem Anreger 104, dem außen verzahnten Zahnrad 120 und dem innen verzahnten Zahnrad 130 beschrieben werden.
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Die Form des Außenumfangs des Anregers 104 wird, wie oben beschrieben, durch die Formeln (1) bis (3) definiert. In einem Fall, in welchem die Innenverzahnung 128 des innen verzahnten Zahnrads 130 zylindrische Stifte sein sollen, wird hier der Abstand R zu der Position der Mitte der Zähne der Innenverzahnung 128 (Stifte) in der Eingriffsspanne von dem Rotationszentrum des Anregers 104 als der wesentliche Radius eines Zahnprofils des innen verzahnten Zahnrads betrachtet. Die Form des außen verzahnten Zahnrads 120 kann durch die Krümmungsradien R1 bis R3 definiert werden, die durch die Formeln (5) bis (7), beziehungsweise durch die Formeln (1) bis (3) erhalten werden. R1 = R – L (5) R2 = R – L – ΔR (6) R3 = R – L – ΔR + (L + ΔR·cosθ1)/cosθ1 (7)
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Wenn hier der Radius vor der verwindenden Deformation des außen verzahnten Zahnrads 120 als Rd definiert wird, können die entsprechenden Beziehungen zwischen dem Abstand ΔR, den Winkeln θ1 und θ2, dem Radius R, und der Exzentrizität L mit der folgenden Formel (8) mit Bezug auf die Umfangslänge 2πRd des außen verzahnten Zahnrads 120 gezeigt werden.
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[Formel 1]
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2·π·Rd = 2·π·(R – L) + 4· L + ΔR·cosθ1 / cosθ2( π / 2 – θ2) + 4·ΔR·(θ1 – π / 2) (8)
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Formel (8) kann gemäß der folgenden Formel (9) bezüglich des Radius R modifiziert werden.
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[Formel 2]
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R = L·(1 – 1 / cosθ2 + 2·θ2 / π·cosθ2) – ΔR·cosθ1 / cosθ2(1 – 2·θ2 / π) – ΔR·( 2·θ1 / π – 1) + Rd (9)
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Hier ist ein Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie, die durch die Exzentrizitätsachse A und das Rotationszentrum des Anregers 104 verläuft und einer gemeinsamen Normalen eines Kontaktpunkts, der in dem Eingriff zwischen (der Außenverzahnung 124 von) dem außen verzahnten Zahnrad 120 und (der Innenverzahnung 128 von) dem innen verzahnten Zahnrad 130 erzeugt wird, als ein durch das außen verzahnte Zahnrad 120 und das innen verzahnte Zahnrad 130 gebildeter Wälzpunkt definiert. In einem kreisförmigen virtuellen außen verzahnten Zahnrad (das starr ist und von innen in das innen verzahnte Zahnrad 130 eingreift) (als virtuelles außen verzahntes Zahnrad bezeichnet) 120C mit dem Radius R1, das das außen verzahnte Zahnrad 120 definiert, wird das Untersetzungsverhältnis (als virtuelles Untersetzungsverhältnis bezeichnet) n festgelegt. Somit wird das Verhältnis zwischen dem Radius R und dem Abstand (n + 1)·L zu dem, durch das außen verzahnte Zahnrad 120 und das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130, gebildeten Wälzpunkt von dem Rotationszentrum des Anlegers 104 durch einen Parameter Gs (als Wälzfaktor bezeichnet) gemäß der Formel (10) ausgedrückt. Durch das Einführen des Wälzfaktors Gs kann die relative positionsmäßige Beziehung zwischen dem wesentlichen Punkt jedes Zahnprofils des außen verzahnten Zahnrades 120 und des innen verzahnten Zahnrades 130 und dem Wälzpunkt auf einfache Weise erfasst werden, und seine Parameter können auf einfache Weise eingestellt werden. Zusätzlich sind die Werte für den Wälzfaktor Gs und das virtuelle Untersetzungsverhältnis n in jeweiligen Kombinationen des außen verzahnten Zahnrads 120A und des innen verzahnten Untersetzungszahnrads 130A sowie des außen verzahnten Zahnrads 120B und das innen verzahnten Abtriebszahnrads 130B.
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[Formel 3)
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Die Formel (11) für die Exzentrizität L kann aus den Formeln (9) und (10) erhalten werden.
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Indem der Wälzfaktor Gs auf Basis der in der
japanischen Patentanmeldung 2009-169392 (nicht öffentlich bekannt) vorgeschlagenen Inhalte angemessen gewählt wird, ist es möglich, die Anzahl der gleichzeitig in Eingriff stehenden Punkte zwischen dem außen verzahnten Zahnrad
120 und dem innen verzahnten Zahnrad
130 zu erhöhen, und die Durchrutschfestigkeit zu verbessern.
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Das heißt, unter Verwendung des Verhältnisses der Umfangslänge des außen verzahnten Zahnrads 120, des Abstands ΔR, der Winkel θ1 und θ2, des Radius R und der Exzentrizität L kann eindeutig bestimmt werden, während die Anzahl der sich gleichzeitig in Eingriff befindlichen Punkte zwischen dem außen verzahnten Zahnrad 120 und dem innen verzahnten Zahnrad 130 erhöht wird.
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Zudem ist die Anzahl (102) der Zähne der Innenverzahnung 128A des außen verzahnten Untersetzungszahnrads 130 um zwei größer als die Anzahl (100) der Zähne der Außenverzahnung 124A des außen verzahnten Zahnrads 120A. Das heißt, es ergibt sich die Zähnezahldifferenz i = 2. Somit wird eine virtuelles außen verzahntes Zahnrad 120C mit einer Zähnezahl angenommen, welche beispielsweise um vier geringer ist (j = 4, j > i) als die Anzahl (102) der Zähne des außen verzahnten Untersetzungszahnrads 130A. Aus diesem Grund wird das Zahnprofil des außen verzahnten Zahnrades 120, das durch den ersten bogenförmigen Bereich FA, welcher durch den Winkel θ1 definiert wird, verwunden und deformiert wird, derart eingerichtet, dass es das selbe ist wie das Zahnprofil des virtuellen außen verzahnten Zahnrads 120C, das in 6 gezeigt ist.
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Als nächstes wird der Betrieb der verwindenden Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip 100 wird hauptsächlich mit Bezug auf 2 beschrieben werden.
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Wenn der Anreger 104 durch die Rotation der Eingangswelle (nicht gezeigt) rotiert wird, wird das außen verzahnte Zahnrad 120A mittels des Anregerlagers 110A gemäß dessen Rotationszustandes verwunden und deformiert. Zusätzlich wird zu diesem Zeitpunkt auch das außen verzahnte Zahnrad 120B mittels des Anregerlagers 110B in der selben Phase wie das außen verzahnte Zahnrad 120A verwunden und deformiert.
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Die verwindende Deformation des außen verzahnten Zahnrads 120 wird gemäß des Krümmungsradius r1, r2 oder r3 ausgeführt, welcher die Form des äußeren Umfangs des Anregers 104 ist. Da die Krümmung in dem ersten bogenförmigen Bereich FA, dem zweiten bogenförmigen Bereich SA und dem dritten bogenförmigen Bereich TA des in 3 und 4 gezeigten Anregers 104 jeweils konstant ist, wird die Deformationsbelastung des außen verzahnten Zahnrads 120 in jedem bogenförmigen Bereich konstant. Da die tangentialen Linien T1 und T2 die gleichen sind an Stellen in einem Verbindungsbereich C zwischen dem ersten bogenförmigen Bereich FA und dem zweiten bogenförmigen Bereich SA und einem Verbindungsbereich E zwischen dem zweiten bogenförmigen Bereich SA und dem dritten bogenförmigen Bereich TA wird eine abrupte verwindende Deformation in den Verbindungsbereichen verhindert. Gleichzeitig wird die Änderungsrate bzw. Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes zu den Rollen 116A und 116B (als die Rollen 116 bezeichnet) vom Rotationszentrum des Anregers 104 minimiert. Das heißt, da es keine abrupte orbitale Fluktuation der Rollen 116 in den Verbindungsbereichen C und E gibt, ist der Schlupf der Rollen 116 gering, und der Übertragungsverlust des Drehmoments ist gering.
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Wenn das außen verzahnte Zahnrad 120 durch den Anreger 104 verwunden und deformiert wird, bewegt sich die Außenverzahnung 124 in dem Bereich des ersten bogenförmigen Bereichs FA (Eingriffsspanne) in radialer Richtung nach außen und ist mit der Innenverzahnung 128 des innen verzahnten Zahnrades 130 in Eingriff. Die Außenverzahnung 124 weist eine auf einer trochoidalen Kurve basierende Form auf, und das Zahnprofil des innen verzahnten Zahnrads 128 nimmt eine derartige Form an, dass die Innenverzahnung theoretisch mit der Außenverzahnung 124 in Eingriff ist. Aus diesem Grund ist, während die Anzahl der gleichzeitig in Eingriff stehenden Punkte durch das Eingreifen der Außenverzahnung 124 und der Innenverzahnung 128 gesteigert wird, der Durchrutschwiderstand hoch, selbst wenn ein Lastmoment groß ist, und eine hohe Effizienz der Drehmomentübertragung kann mit verringertem Verlust realisiert werden.
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Während des Eingriffs wird eine Last (Richtung und Stärke), die sich von der Außenverzahnung 12413 unterscheidet, auf die Außenverzahnung 124A aufgebracht. Die Anregerlager 110A und 110B sind jedoch in einen Bereich für die Außenverzahnung 124A, die mit dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A in Eingriff steht und einen Bereich für die Außenverzahnung 124B, die mit dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130B in Eingriff steht, in axialer Richtung O geteilt, mit Ausnahme des inneren Rings 112. Aus diesem Grund wird das Verdrehen bzw. Schrägstellen der Rollen 116B, das durch das Eingreifen zwischen dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A und der Außenverzahnung 124A verursacht wird, und das Verdrehen bzw. Schrägstellen der Rollen 116A, das durch das Eingreifen zwischen dem innen verzahnten Abtriebszahnrad 130B und der Außenverzahnung 124B verursacht wird, jeweils verhindert.
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Da die Rollen 116 säulenförmig sind, ist außerdem die Last, denen sie widerstehen können, größer als diejenige eines Kugellagers, das Kugeln der selben Größe aufweist, und deren Bereiche, die mit dem Innenring 112 und den Außenringen 118A und 118B in Kontakt kommen, sind viele. Somit kann das Lastdrehmoment gesteigert werden.
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Zudem ist die Außenverzahnung 124 in der axialen Richtung O in einen Bereich (Außenverzahnung 124A), der mit dem außen verzahnten Untersetzungszahnrad in Eingriff steht und einen Bereich (Außenverzahnung 124B), der mit dem innen verzahnten Abtriebszahnrad in Eingriff steht, aufgeteilt. Aus diesem Grund wird, wenn das außen verzahnte Zahnrad 120A und das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A miteinander in Eingriff sind, selbst wenn in der Außenverzahnung 124B eine Deformation oder ähnliches vorliegt, keine Deformation in der Außenverzahnung 124A aufgrund einer solchen Deformation auftreten. In ähnlicher Weise wird, wenn das außen verzahnte Zahnrad 120B und das innen verzahnte Abtriebszahnrad 130A miteinander in Eingriff sind, selbst wenn in der Außenverzahnung 124A eine Deformation oder ähnliches vorliegt, keine Deformation in der Außenverzahnung 124B aufgrund einer solchen Deformation auftreten. Das heißt, dass es durch das Aufteilen der Außenverzahnung 124 möglich ist, eine Verringerung des Übertragungsdrehmoments zu verhindern (verglichen mit einem Fall, in dem), wobei die Deformation einer der Außenverzahnungen 124A (124B) die Außenverzahnung 124B (124A) deformiert, wodurch sich die Eingriffsbeziehung verschlechtert.
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Die Eingriffsposition zwischen dem außen verzahnten Zahnrad 120A und dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A bewegt sich rotatorisch mit der Bewegung des Anregers 104 in der Hauptachsenrichtung X. Wenn hierbei der Anreger 104 eine Rotation macht, ist die rotatorische Phase des außen verzahnten Zahnrads 120A um die Zähnezahldifferenz zu dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A versetzt. Das heißt, dass das Untersetzungsverhältnis durch das innen verzahnte Untersetzungszahnrad 130A als „(Anzahl der Zähne des außen verzahnten Zahnrads 120A – Anzahl der Zähne des innen verzahnten Untersetzungszahnrads) (Anzahl der Zähne des außen verzahnten Zahnrads 120A” erhalten werden.
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Sowohl das außen verzahnte Zahnrad 120B als auch innen verzahnte Abtriebszahnrad 130B weisen dieselbe Anzahl an Zähnen auf. Somit bewegen sich in dem außen verzahnten Zahnrad 120B und dem innen verzahnten Abtriebszahnrad 130B gegenseitig in Eingriff stehende Bereiche nicht, und es stehen immer die gleichen Zähne miteinander in Eingriff. Aus diesem Grund wird die selbe Rotation wie die Rotation des außen verzahnten Zahnrads 120B auf seiner eigenen Achse von dem innen verzahnten Abtriebszahnrad 130B ausgegeben. Im Ergebnis kann der Abtrieb, der durch Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit auf Basis eines Untersetzungsverhältnisses mittels des innen verzahnten Untersetzungszahnrads 130A erzielt wird, von dem innen verzahnten Abtriebszahnrad 130B abgenommen werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Form des äußeren Umfangs des Anregers 104 eine Form, die erzielt wird, indem der erste bogenförmige Bereich FA, der zweite bogenförmige Bereich SA und der dritte bogenförmige Bereich TA hintereinander miteinander verbunden werden. Das heißt, der zweite bogenförmige Bereich SA mit einem kleineren Krümmungsradius als der erste bogenförmige Bereich FA, der das innen verzahnte Zahnrad 130 und das außen verzahnte Zahnrad 120 miteinander in einen Eingriffszustand bringt, ist zwischen dem ersten bogenförmigen Bereich FA und dem dritten bogenförmigen Bereich TA mit dem größeren Krümmungsradius r3 als der erste bogenförmige Bereich FA angeordnet. Aus diesem Grund können das innen verzahnte Zahnrad 130 und das außen verzahnte Zahnrad 120 innerhalb einer kleinen (rotatorischen) Distanz von dem Eingriffszustand in einen Nicht-Eingriffszustand gebracht werden, eher als wenn der dritte bogenförmige Bereich TA einfach direkt mit dem ersten bogenförmigen Bereich verbunden wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der Krümmungsradius r2 des zweiten bogenförmigen Bereichs frei bestimmt werden (indem der Abstand ΔR frei festgelegt wird). Aus diesem Grund kann der Spalt zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 130 und dem außen verzahnten Zahnrad 120 im Bereich der Nebenachse (ein bogenförmiger Bereich, in welchem das innen verzahnte Zahnrad 130 und das außen verzahnte Zahnrad 120 nicht miteinander in Eingriff stehen, oder die Nicht-Eingriffsspanne) verlässlich aus dem Eingriffszustand sichergestellt werden, und der Spalt kann frei bestimmt werden. Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Technik, ist es möglich, die Behinderung zwischen den Zahnprofilen verlässlicher zu vermeiden.
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Gleichzeitig wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verwindungssspannung des außen verzahnten Zahnrads 120 in jedem der bogenförmigen Bereiche FA, SA und TA konstant. Zudem sind in den Verbindungsbereichen zwischen dem ersten bogenförmigen Bereich FA, dem zweiten bogenförmigen Bereich SA und dem dritten bogenförmigen Bereich TA die tangentialen Linien T1 und T2 des ersten bogenförmigen Bereichs FA, des zweiten bogenförmigen Bereichs SA und des dritten bogenförmigen Bereichs TA jeweils als gemeinsam gestaltet. Aus diesem Grund wird eine abrupte verwindende Verformung in den Verbindungsbereichen C und E des Anregers 104 verhindert. Das heißt, dass die Verwindungsspannung, die durch die Deformation des außen verzahnten Zahnrads 120 verursacht wird, so weit wie möglich unterdrückt bzw. verringert wird, und das Übertragungsdrehmoment gesteigert werden kann.
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Weil der zweite bogenförmige Bereich SA auch durch den konstanten Krümmungsradius r2 definiert ist, können Parameter, die die Form des Anregers 104 definieren, vereinfacht werden. Aus diesem Grund ist die effiziente Gestaltung der verwindenden Getriebevorrichtung nach dem Eingriffsprinzip 100 möglich.
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Zudem ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Anregerlager 110, das ein Vielzahl an Rollen 116 aufweist, zwischen dem Anreger 104 und dem außen verzahnten Zahnrad 120 angeordnet. Die Änderungsrate bzw. Änderungsgeschwindigkeit des Abstandes von dem Rotationszentrum des Anregers 104 zu dem Rollen 116 wird verringert. Das heißt, da es keine abrupte orbitale Fluktuation der Rollen 116 in dem Verbindungsbereichen C und E gibt, ist der Schlupf der Rollen 116 gering, die Verwindung des außen verzahnten Zahnrads 120 kann mit einer hohen Effizienz ausgeführt werden, und das Übertragungsdrehmoment kann verbessert werden.
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Zusätzlich wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Zähnezahldifferenz zwischen dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A und dem außen verzahnten Zahnrad 120A auf i = 2 eingestellt ist, das virtuelle starre außen verzahnte Zahnrad 120C, welches j (= 4) größer als i (= 2) als Zähnezahldifferenz zu dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A besitzt, und welches von innen mit dem innen verzahnten Untersetzungszahnrad 130A in Eingriff steht, angenommen, und das Zahnprofil des außen verzahnten Zahnrads 120A, das durch den ersten bogenförmigen Bereich FA verwunden und deformiert wird, ist derart eingestellt, dass es das selbe wird wie das Zahnprofil des virtuellen außen verzahnten Zahnrads 1200. Aus diesem Grund ist es auf einfache Weise möglich, das Zahnprofil des Anregers 104, des außen verzahnten Zahnrads 120, und des innen verzahnten Zahnrads 130 zu gestalten, während das theoretische Eingreifen zwischen dem außen verzahnten Zahnrad 120A und dem innen verzahnten Zahnrad 130A insbesondere, realisiert wird.
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Das heißt, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Verwindungsspannung, die durch die Verformung des außen verzahnten Zahnrads 120 verursacht wird, so weit wie möglich zu verringern, und es ist möglich, die Behinderung in dem Zahnprofil zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 130 und dem außen verzahnten Zahnrad 120, die durch die Deformation des außen verzahnten Zahnrads 120 verursacht wird, zu vermeiden, wodurch das Lastdrehmoment gesteigert wird.
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Obwohl die Erfindung anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf das erste Ausführungsbeispiel beschränkt. Das heißt, es wird offensichtlich werden, dass Verbesserungen und Änderungen in der Gestaltung vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Außenverzahnung 124 bzw. sind die Außenzähne 124 auf der Basis einer trochoidalen Kurve ausgeformt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Außenzähne können ein bogenförmiges Zahnprofil aufweisen, oder können andere Zahnprofile verwenden. Es kann auch ein Zahnprofil für die Innenzähne verwendet werden, das dem der Aussenzähne entspricht. Wie beispielsweise in eine zweiten Ausführungsbeispiel der 7 können zylinderförmige Stifte als Aussenzähne 224A und 224B verwendet werden. In diesem Fall weisen die Aussenzähne 224A und 224B ein drehbares bogenförmiges Zahnprofil auf, und die Innenzähne weisen ein Zahnprofil auf, das auf einer trochoidalen Kurve basiert, jedem Aussenzahn entsprechend.
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Zudem wird in dem obigen Ausführungsbeispiel das Anregerlager verwendet, das die Rollen aufweist. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und anstelle der Wälzelemente können die Bauteile, die einfach ein Gleiten fördern, zwischen dem Anreger und dem außen verzahnten Zahnrad angeordnet sein.
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Zudem wird in dem obigen Ausführungsbeispiel der durch die Verringerung der Geschwindigkeit am innen verzahnten Abtriebszahnrad erzielte Abtrieb nach außen geführt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung ein Spannungswellengetriebe sein, das nur einen Teil der Rotation des außen verzahnten Zahnrads auf seiner eigenen Achse nach außen führt, unter Verwendung eines außen verzahnten Zahnrads vom so genannten Topf-Typ, welches verwunden und deformiert wird, ohne das innen verzahnte Abtriebszahnrad zu verwenden.
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Zusätzlich ist in dem ersten Ausführungsbeispiel die Zähnezahldifferenz i zwischen der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 128 des innen verzahnten Untersetzungszahnrads 130A und der Anzahl der Zähne der Aussenverzahnung 124A des außen verzahnten Zahnrads 120A auf 2 festgelegt. In der Erfindung ist diese Zähnezahldifferenz i nicht auf 2 beschränkt. Wenn beispielsweise diese Zähnezahldifferenz i eine gerade Anzahl von zwei oder mehr ist, kann eine geeignete Anzahl übernommen werden. Wenn die Anzahl der Zähne des virtuellen außen verzahnten Zahnrads kleiner ist als die tatsächliche Anzahl der Zähne der Aussenverzahnung des außen verzahnten Zahnrads, kann zudem eine angemessene Anzahl übernommen werden, und das virtuelle außen verzahnte Zahnrad ist nicht notwendigerweise anzunehmen.
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Zusätzlich sind in dem obigen Ausführungsbeispiel der erste gekrümmte Bereich, der zweite gekrümmte Bereich und der dritte gekrümmte Bereich, die den äußeren Umfang des Anregers 104 bilden, jeweils als der wie ein Bogen geformte bogenförmige Bereich FA, der zweite bogenförmige Bereich SA, und der dritte bogenförmige Bereich TA definiert. Die Form des zweiten gekrümmten Bereichs und die Form des dritten gekrümmten Bereichs sind jedoch nicht auf eine bogenförmige Form beschränkt. Der zweite gekrümmte Bereich kann eine gekrümmte Form aufweisen, mit einem Krümmungsradius, der geringer ist als der des ersten gekrümmten Bereichs, und der dritte gekrümmte Bereich kann eine gekrümmte Form aufweisen, mit einem Krümmungsradius, der größer ist als der des ersten gekrümmten Bereichs. Zudem kann der dritte gekrümmte Bereich auch einen Bereich aufweisen, der denselben Krümmungsradius wie der erste gekrümmte Bereich besitzt.
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Da die Erfindung die Behinderung in dem Zahnprofil zwischen dem innen verzahnten Zahnrad und dem außen vermeidet, und dadurch eine Steigerung des Lastdrehmoments ermöglicht, kann die Erfindung in verschiedenen Bereichen angewendet werden, in denen ein Untersetzungsmechanismus notwendig ist, ungeachtet der Stärke des Lastdrehmoments.
