DE102014111722A1 - Gleitkeilgetriebe, das eine hohe Zahneingriffseffizienz erreicht - Google Patents

Gleitkeilgetriebe, das eine hohe Zahneingriffseffizienz erreicht Download PDF

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Abstract

Ein Gleitkeilgetriebe (10) beinhaltet einen Circular Spline (20), einen Flexspline (30) und einen Wave Generator (40), der gegen den Flexspline (30) stößt. Durch eine spezielle Parametergestaltung, mit der der Krümmungsumfang des Wave Generators (40) berichtigt wird, wird eine hohe Zahneingriffseffizienz zwischen dem Circular Spline (20) und dem Flexspline (30) erreicht, wodurch die Übersetzungsgenauigkeit verbessert und die durchschnittlich wirkende Last verringert wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Untersetzungsgetriebe und insbesondere ein Gleitkeilgetriebe (harmonic drive), das eine hohe Zahneingriffseffizienz erreicht.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Gleitkeilgetriebe ist ein schnell wirkendes Untersetzungsgetriebe. Ein herkömmliches Gleitkeilgetriebe umfasst allgemein einen Außenring mit Innenverzahnung (Circular Spline, eine Stahlbüchse mit Außenverzahnung (Flexspline), die in dem Circular Spline angeordnet vorliegt, sowie eine Stahlscheibe mit Wälzlager und verformbarem Laufring (Wave Generator), die innerhalb des Flexsplines angeordnet vorliegt, wobei der Wave Generator ein elliptisches Element ist. Wenn der Wave Generator durch eine Antriebsquelle zum Drehen angetrieben wird, wird der Flexspline in eine Verformung durch den äußeren Umfang des Wave Generators gedrückt, was dazu führt, dass der Circular Spline in den Flexspline in der Hauptachse des Wave Generators eingreift und sich von dem Flexspline in der Nebenachse des Wave Generators löst. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl an Zähnen zwischen dem Circular Spline und dem Flexspline wird eine großes Untersetzungsverhältnis erreicht, mit dem ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden kann, nachdem der Wave Generator kontinuierlich gedreht wird.
  • Daher gilt: Je höher die Zahneingriffseffizienz zwischen dem Circular Spline und dem Flexspline ist, desto besser wird die Übersetzungsgenauigkeit und desto geringer wird die durchschnittliche Last, die auf einem einzelnen Zahn wirkt. Die Zahneingriffseffizienz zwischen dem Circular Spline und dem Flexspline hängt jedoch von den Änderungen der Krümmung zwischen der Hauptachse und der Nebenachse des Wave Generators ab. Um die Änderungen der Krümmung zwischen der Hauptachse und der Nebenachse des Wave Generators zu optimieren, offenbaren die japanischen Patente Nr. 4067037 und 5256249 ein Maß zum Korrigieren der Krümmungen der Hauptachse und der Nebenachse eines Wave Generators. Jedoch sind die in den vorstehenden Patenten des Standes der Technik verwendeten Berichtigungsgleichungen kompliziert. Darüber hinaus ist die Wirkung der Berichtigung nicht so gut wie erwartet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter den gegebenen Umständen verwirklicht. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleitkeilgetriebe bereitzustellen, das einfache Gestaltungsparameter verwendet, um die Zahneingriffseffizienz und die Übersetzungsgenauigkeit zu verbessern und um die durchschnittlich auf einen Zahn wirkende Last zu verringern.
  • Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein Gleitkeilgetriebe einen Circular Spline, einen Flexspline sowie einen Wave Generator. Der Circular Spline umfasst einen inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung. Der Flexspline liegt drehbar in dem Circular Spline angeordnet vor und umfasst einen äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung, der mit dem inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung des Circular Splines in Eingriff steht. Der Wave Generator ist drehbar innerhalb des Flexsplines angeordnet und umfasst einen elliptischen äußeren Umfang, der gegen den inneren Umfang des Flexsplines anstößt. Der Radius der Krümmung des elliptischen äußeren Umfangs des Wave Generators wird definiert als r,
    Figure DE102014111722A1_0002
    wobei das Verhältnis zwischen x und y die elliptische Parametergleichung
    Figure DE102014111722A1_0003
    Figure DE102014111722A1_0004
    erfüllt, worin a die große Halbachse des elliptischen Außenumfangs des Wave Generators ist, Ca der Berichtigungsfaktor für die große Halbachse ist, b die kleine Halbachse des elliptischen Außenumfangs des Wave Generators ist,
    Figure DE102014111722A1_0005
    der Berichtigungsfaktor für die kleine Halbachse ist, θ der Exzenterwinkel des elliptischen Außenumfangs des Wave Generators ist.
  • Während des Betriebs des Wave Generators, der den Flexspline relativ zu dem Circular Spline nach der Berichtigung der Krümmung des Außenumfangs des Wave Generators dreht, wird die Anzahl der zwischen dem äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung des Flexsplines und dem inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung des Circular Spline in Eingriff stehender Zähne erhöht, um so eine hohe Zahneingriffseffizienz und ein großes Maß an Übersetzungsgenauigkeit des gesamten Aufbaus sowie eine Verringerung der durchschnittlich auf einen Zahn wirkenden Last zu erreichen.
  • Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen besser verstanden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile des Aufbaus bezeichnen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische strukturelle Ansicht auf ein Gleitkeilgetriebe der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung, die die Berichtigung der Krümmung des Wave Generators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt ein Gleitkeilgetriebe 10 der vorliegenden Erfindung, das einen Circular Spline 20, einen Flexspline 30 und einen Wave Generator 40 umfasst.
  • Der Circular Spline 20 umfasst einen inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 22. Der Flexspline 30 liegt in dem Circular Spline 20 angeordnet vor und umfasst einen äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 32, der in Richtung des inneren ringförmigen Bereichs mit Verzahnung 22 des Circular Splines 20 weist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Zähne in dem inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 22 des Circular Splines 20 zweimal größer ist, als die Anzahl der Zähne des äußeren ringförmigen Bereichs mit Verzahnung 32 des Flexsplines 30. Darüber hinaus weisen Circular Spline 20 und Flexspline 30 denselben Modulus zwischen sich auf. Der hier erwähnte Modulus ist der Quotient, der durch Teilen des Radkreisdurchmessers durch die Anzahl der Zähne erhalten wird.
  • Der Wave Generator 40 liegt angeordnet in dem Flexspline 30 vor und umfasst einen elliptischen Außenumfangs 42. Wird der Wave Generator 40 durch eine Antriebsquelle (nicht gezeigt) angetrieben, sich zu drehen, wird der Flexspline 30 durch den äußeren Umfang 42 des Wave Generators 40 gedrückt und verformt, was dazu führt, dass der innere ringförmige Bereich mit Verzahnung 22 des Circular Splines 20 vollständig in den äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 32 des Flexsplines 30 in Richtung der Hauptachse des Wave Generators 40 eingreift und sich vollständig von dem äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 32 des Flexsplines 30 in Richtung der Nebenachse des Wave Generators 40 löst. Somit kann der Circular Spline 20 durch den Flexspline 30 gedreht werden, um eine Drehmomentabgabe zu erreichen.
  • Bezogen auf die 2 wird vor der Berichtigung des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 der Initialradius der Krümmung r0 des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 durch Gleichung (1)
    Figure DE102014111722A1_0006
    0 ≤ θ ≤ 2π erhalten, wobei a die große Halbachse des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 ist, b die kleine Halbachse des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 ist, θ der Exzenterwinkel des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 ist. Danach wird der Initialumfang S0 des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 durch Gleichung (2)
    Figure DE102014111722A1_0007
    erhalten.
  • Zur Berichtigung wird der berichtigte Umfang S des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 durch Gleichung (3) Es = S – S0 = 0.1 m~0.8 m erhalten, wobei Es die variable Quantität des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 vor/nach der Berichtigung ist, m der Modulus des Circular Splines 20 oder Flexsplines 30 ist. Danach wird Gleichung (4)
    Figure DE102014111722A1_0008
    angewandt, um den berichtigten Krümmungsradius r des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 zu erhalten, um dann Gleichung (5) zu verwenden, um das Verhältnis zwischen x und zu bestimmen. Die Koordinate (x, y) jedes Punktes auf dem Außenumfang 42 des Wave Generators 40 nach der Berichtigung muss die folgende elliptische Parametergleichung erfüllen:
    Figure DE102014111722A1_0009
    Figure DE102014111722A1_0010
    worin Ca der Berichtigungsfaktor für die große Halbachse ist,
    Figure DE102014111722A1_0011
    der Berichtigungsfaktor für die kleine Halbachse ist. Daher kann das Verhältnis zwischen Ca und Cb durch Gleichung (5) und die vorstehende elliptische Parametergleichung bestimmt werden, woraufhin das Verhältnis zwischen Ca und Cb verwendet werden kann, um den Außenumfang 42 des Wave Generators 40 zu einer optimalen elliptischen Kurve zu berichtigen.
  • Daher wird während des Betriebs des Wave Generators 40, der den Flexspline 30 relativ zu dem Circular Spline 20 nach der Berichtigung der Krümmung des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40 dreht, die Eingriffs- und Lösehäufigkeit zwischen dem äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 32 des Flexsplines 30 und dem inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung 22 des Circular Splines 20 erhöht, wodurch die Anzahl der in Eingriff stehender Zähne erhöht wird, weshalb das Gleitkeilgetriebe eine hohe Zahneingriffseffizienz und ein großes Maß an Übersetzungsgenauigkeit sowie eine Verringerung der durchschnittlich auf einen Zahn wirkenden Last erreicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4067037 [0003]
    • JP 5256249 [0003]

Claims (3)

  1. Gleitkeilgetriebe (10) umfassend: Einen Circular Spline (20) mit einemn inneren ringförmigen Bereich mit Verzahnung (22), einen Flexspline (30), der in dem Circular Spline (20) drehbar angeordnet vorliegt und einen äußeren ringförmigen Bereich mit Verzahnung (32) umfasst, der mit dem inneren ringförmigen Bereichs mit Verzahnung (22) des Circular Splines (20) in Eingriff steht, und einen Wave Generator (40), der drehbar in dem Flexspline (30) angeordnet vorliegt und einen elliptischen Außenumfang (42) umfasst, der gegen einen Innenumfang des Flexsplines (30) anstößt, wobei der Krümmungsradius des elliptischen Außenumfangs (42) definiert ist als r,
    Figure DE102014111722A1_0012
    wobei das Verhältnis zwischen x und y die elliptische Parametergleichung
    Figure DE102014111722A1_0013
    Figure DE102014111722A1_0014
    erfüllt, worin a die große Halbachse des elliptischen Außenumfangs (42) des Wave Generators (40) ist, Ca der Berichtigungsfaktor für die große Halbachse ist, b die kleine Halbachse des elliptischen Außenumfangs (42) des Wave Generators (40) ist,
    Figure DE102014111722A1_0015
    der Berichtigungsfaktor für die kleine Halbachse ist, und θ der Exzenterwinkel des elliptischen Außenumfangs (42) des Wave Generators (40) ist.
  2. Gleitkeilgetriebe (10) nach Anspruch 1, worin der der Initialumfang So des Außenumfangs 42 des Wave Generators 40
    Figure DE102014111722A1_0016
    Figure DE102014111722A1_0017
    0 ≤ θ ≤ 2π ist, wobei der berichtigte Umfang des elliptischen Außenumfangs (42) des Wave Generators (40) S,
    Figure DE102014111722A1_0018
    wobei die variable Quantität des Außenumfangs (42) des Wave Generators (40) vor/nach der Berichtigung Es, Es = S – S0 = 0.1 m~0.8 m ist, wobei m der Modulus des Flexspline (30) ist.
  3. Gleitkeilgetriebe (10) nach Anspruch 2, worin der Circular Spline (20) und der Flexspline (30) zwischen sich den selben Modulus aufweisen.
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