DE102015122272A1

DE102015122272A1 - Wälzlager für ein Wellgetriebe

Info

Publication number: DE102015122272A1
Application number: DE102015122272.8A
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa MAEOKA
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2016-06-30
Also published as: JP2016121719A; CN105736638A; US9939017B2; CN105736638B; JP6432337B2; US20160186809A1

Abstract

Ein Lagerring für ein Wellgetriebe enthält einen Innenring, der zusammen mit einer elliptischen Nocke drehbar ist und elastisch verformbar ist, einen Außenring, der zusammen mit einem Flex Spline drehbar ist und elastisch verformbar ist, eine Mehrzahl von Kugeln, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und einen Käfig mit einer Mehrzahl von Taschen, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind und in welchem die Kugeln aufgenommen sind. Der Käfig hat einen Ringabschnitt und eine Mehrzahl von Käfigwänden, die sich in axialer Richtung von dem Ringabschnitt aus erstrecken. Die Taschen liegen jeweils zwischen Käfigwänden, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind. Ein Umfangsabstand zwischen der Kugel und der Käfigwand ist gleich oder größer als ein radialer Abstand eines äußeren Ringraums zwischen dem in eine nichtkreisförmige Form verformten Außenring und dem Käfig.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager für ein Wellgetriebe.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Wellgetriebe ist allgemein bekannt, welches einen ringförmigen Circular Spline 80, einen ringförmigen Flex Spline 99 und ein Drehbauteil 89 enthält, wie in 9 gezeigt (siehe japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. S60-143244 ( JP S60-143244 A )). Der Circular Spline 80 hat eine Innenverzahnung 81. Der Flex Spline 99 ist innerhalb des Circular Spline 80 angeordnet und hat eine Außenverzahnung 86 in Eingriff mit der Innenverzahnung 81. Das Drehbauteil 89 befindet sich innerhalb des Flex Spline 99. In dem Wellgetriebe ist die Zahnzahl der Außenverzahnung 86 kleiner als die Zahnzahl der Innenverzahnung 81. Das Drehbauteil 89 umfasst eine Nocke 91 und ein Wälzlager 90. Das Wälzlager 90 ist von außen auf die Nocke 91 gesetzt, wobei der Flex Spline 99 außen über das Wälzlager 90 gesetzt ist. Die Nocke 91 hat eine elliptische Form. Somit werden das Wälzlager 90 und der Flex Spline 99, die außerhalb der Nocke 91 liegen, in eine elliptische Form ausgelenkt, was es erlaubt, dass die Außenverzahnung 86 des Flex Spline 99 teilweise in Eingriff mit der Innenverzahnung 81 des Circular Spline 80 ist. Mit anderen Worten, der Flex Spline 99, der in eine elliptische Form ausgelenkt ist, ist in Eingriff mit dem Circular Spline 80 an dem Abschnitt der langen Hauptachse des Flex Splines 99, der in Ellipsenform ausgelenkt worden ist und ist entfernt von dem Circular Spline 80 an dem Abschnitt einer kurzen Hauptachse des Flex Splines 99.
Die Nocke 91 wird gedreht, um es zu ermöglichen, dass die Hauptachsenpositionen (die Positionen, wo der Flex Spline 99 in Eingriff mit der Innenverzahnung 81) des elliptischen Flex Spline 99 sich bezüglich des Circular Spline 80 bewegen.
Im Zusammenhang mit dieser Bewegung kann der Flex Spline 99 gedreht werden, wobei die Zähne des Flex Splines 99 teilweise in Eingriff mit dem Circular Spline 80 sind.
Das Wälzlager 90 außerhalb der Nocke 91 mit der Ellipsenform hat einen Außenring 98, eine Innenring 92, eine Mehrzahl von Kugeln 96 und einen ringförmig umlaufenden Käfig 97. Der Flex Spline 99 ist von außen über den Außenring 98 gesetzt. Der Innenring 92 ist von außen über die Nocke 91 gesetzt. Die Kugeln 96 liegen in einem Ringraum 95, der zwischen Außenring 98 und Innenring 92 gebildet ist. Der Käfig 97 hält die Kugeln 96.
10A ist eine Querschnittsansicht, welche das Wälzlager 90 und eine Umfangsabschnitt hiervon zeigt. Der Käfig 97 hat einen Ringabschnitt 97a und eine Mehrzahl von Käfigwänden 97b. Die Käfigwände 97b erstrecken sich in axialer Richtung vom Ringabschnitt 97a aus. Der Käfig 97 ist als sogenannter Schnappkäfig bekannt. Im Käfig 97 liegen Taschen 94, welche die jeweiligen Kugeln 96 halten, in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Käfigwänden 97b.
Der Außenring 98, der Innenring 92 und der Käfig 97 im Wälzlager 90 haben jeweils eine perfekt runde Form, bevor das Wälzlager 90 an der Nocke 91 angebracht wird. Wenn das Wälzlager 90 an der Nocke 91 angebracht ist, werden der Außenring 98 und der Innenring 92 elastisch in eine elliptische Form verformt. Im Gegensatz hierzu wirkt der Käfig 97 dahingehend, die perfekt runde Form beizubehalten. In einem derartigen Wellgetriebe muss ein möglicher Totgang des Wälzlagers 90 unterdrückt werden, um zu verhindern, dass die elliptische Form des Flex Splines 99 beeinträchtig wird. Zu diesem Zweck hat das Wälzlager 90 für ein Wellgetriebe mehr Kugeln als Standard-Kugellager.
10B ist eine Darstellung, welche die Kugel 96 und einen Teil des Käfigs 97 gesehen in einer Richtung parallel zur Achse des Wälzlagers 90 darstellt. Im Käfig 97 für ein herkömmliches Wälzlager 90 eines Wellgetriebes ist die Tasche 94 entlang einer Kugelfläche geformt. Die Kugelfläche wird etwas größer gewählt als der Radius der Kugel 96. Somit ist ein Freiraum, der zwischen Kugel 96 und Tasche 94 gebildet ist, sehr klein. Diese Konfiguration erlaubt, dass der Käfig 97 in einer radialen Richtung und in einer axialen Richtung positioniert wird, wenn die Kugeln 96 und die Taschen 94 in Kontakt miteinander gelangen.
Im Wälzlager 90, welches für das Wellgetriebe gemäß 9 verwendet wird und welches von außen über die elliptische Nocke 91 gesetzt ist, liegen die Kugeln 96 entsprechend der Verformung des Innenrings 92 in eine elliptische Form in einer elliptischen Anordnung. Daher liegen bei einem herkömmlichen Wälzlager 90 die Kugeln 96 in einer elliptischen Anordnung bezüglich des Käfigs 97, der dahingehend wirkt, eine perfekte runde Form beizubehalten. Insbesondere in Abschnitten S1 (siehe 9) entsprechend der langen Hauptachse der Ellipse wird der Abstand zwischen der Kugel 96 und der Tasche 94 (siehe 10B) teilweise verloren. Somit kann der Käfig 97 verformt werden, um eine örtliche Belastung zu erzeugen. Weiterhin dreht die Nocke 91, was eine solche Belastung wiederholt verursacht. Weiterhin ändert sich die Drehgeschwindigkeit der Kugel 96 zwischen zwei Positionen S3 und S4 mit dem Abschnitt S1 der langen Hauptachse dazwischen (siehe 9). Folglich kann ein mögliches Vorauseilen bzw. eine Verzögerung der Kugel 96 bewirken, dass jede der Kugeln 96 an einer Käfigwand 97b (Tasche 94) anstößt, was zu einer überhöhten Belastung am Käfig 97 führt.
Somit kann der Abstand zwischen der Kugel 96 und der Tasche 94 (siehe 10B) größer gemacht werden, um die Belastung zu verringern, welche am Käfig 97 aufgrund der Beziehung zwischen den Kugeln 96 in der elliptischen Anordnung und dem Käfig 97 (Taschen 94) erzeugt wird. Jedoch ist in diesem Fall der Käfig 97 in radialer Richtung und in axialer Richtung instabil positioniert. Insbesondere wenn daher die Hauptachsenrichtung des Wälzlagers 90, das in eine elliptische Form verformt ist, mit einer Vertikalrichtung zusammenfällt (siehe 9), können die Kugeln 96, die sich an Positionen in Richtung der kurzen Hauptachse befinden, gegen die Käfigwände 97b des Käfigs 97 drücken und der Käfig 97 kann in Verbindung mit der Drehung flattern. Im Ergebnis kann der Käfig 97 in einer kurzen Zeit beschädigt werden oder Vibrationen oder Geräusche treten auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wälzlager für ein Wellgetriebe zu schaffen, welches die Verringerung einer auf einen Käfig wirkenden Belastung ermöglicht, wobei eine stabile Drehung des Käfigs erlaubt ist.
Ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Wellgetriebe enthält einen Circular Spline mit einer Innenverzahnung, einen Flex Spline, der innerhalb des Circular Spline angeordnet ist und eine Außenverzahnung hat, welche in Eingriff mit der Innenverzahnung ist und ein Drehbauteil, welches innerhalb des Flex Splines angeordnet ist und den Flex Spline in eine Nicht-Kreisform verformt, sodass die Außenverzahnung teilweise in Eingriff mit der Innenverzahnung ist. Das Wälzlager hat einen inneren Lagerring, der zusammen mit einer nicht kreisförmigen Nocke drehbar ist, welche in dem Drehbauteil angeordnet ist und elastisch verformbar ist, einen äußeren Lagerring, der zusammen mit dem Flex Spline drehbar ist und der elastisch verformbar ist, eine Mehrzahl von Kugeln, welche zwischen dem inneren Lagerring und dem äußeren Lagerring angeordnet sind und einen Käfig mit einer Mehrzahl von Taschen, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind und in welchen die Kugeln aufgenommen sind. Der Käfig hat einen Ringabschnitt und eine Mehrzahl von Käfigwänden, welche sich vom Ringabschnitt aus in axialer Richtung erstrecken. Die Taschen liegen jeweils zwischen einander benachbarten Käfigwänden in Umfangsrichtung gesehen. Eine innenseitige Fläche der Tasche, welche mit der Kugel in Kontakt bringbar ist, ist aus einer Fläche gebildet, die in radialer Richtung gerade ist. Ein Umfangsabstand, der zwischen der Kugel und der Käfigwand gebildet ist, ist gleich oder größer als ein radialer Abstand eines Ringraums, der zwischen dem Lagerring, der in die Nicht-Kreisform verformt ist, und dem Käfig gebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die voranstehenden und weiteren Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, wo gleiche Bezugszeichen verwendet werden, gleiche Elemente zu bezeichnen und in der:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Wellgetriebes mit einem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung, in Axialrichtung gesehen, ist;
2 eine Vertikalschnittansicht des Wellgetriebes von 1 ist;
3 eine Vertikalschnittansicht des Wälzlagers ist;
4A, 4B und 4C Darstellungen sind, welche Arbeitsweisen des Wellgetriebes zeigen;
5 eine Darstellung ist, welche eine Hälfte eines Käfigs des Wälzlagers zeigt;
6A und 6B Darstellungen sind, welche eine Tasche in dem Käfig und eine in der Tasche gehaltene Kugel zeigen, wobei 6A die Tasche und die Kugel in Radialrichtung gesehen zeigt und 6B eine Ansicht entlang Linie X-X, angegeben durch die Pfeile in 6A ist;
7 eine Darstellung ist, welche das Wellgetriebe in Axialrichtung gesehen zeigt, welches in eine Ellipse verformt ist;
8 eine Darstellung ist, welche das Wellgetriebe in Axialrichtung gesehen zeigt, welches in eine Ellipse verformt ist;
9 eine Darstellung ist, welche ein herkömmliches Wellgetriebe zeigt; und
10A eine Schnittansicht ist, welche ein Wellgetriebe und einen Umgebung hiervon zeigt, und 10B eine Darstellung ist, welche eine Teilansicht von Kugeln und eines Käfigs, gesehen in einer Richtung parallel zur Achse des Wälzlagers, ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Wellgetriebes 5 mit einem Wälzlager 32 gemäß der vorliegenden Erfindung, gesehen in Axialrichtung. 2 ist eine Vertikalschnittansicht des Wellgetriebes 5. Das Wellgetriebe 5 enthält einen Circular Spline 10, einen Flex Spline 20 und ein Drehbauteil 30.
Der Circular Spline 10 ist ein ringförmiges steifes Bauteil (Metallbauteil) und hat an einer inneren Umfangsoberfläche hiervon eine Innenverzahnung 11. Die innere Umfangsoberfläche ist eine kreisförmig umlaufende (perfekt runde) Oberfläche mit einer Mitte in einer Achse C. Der Circular Spline 10 ist an einem Gehäuse (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Wellgetriebes 5 befestigt.
Der Flex Spline 20 befindet sich in radialer Richtung innerhalb des Circular Spline 10. Der Flex Spline 20 hat an einer äußeren Umfangsoberfläche hiervon eine Außenverzahnung 21, welche in Teileingriff mit der Innenverzahnung 11 ist. Der Flex Spline 20 der vorliegenden Ausführungsform (siehe 2) ist ein metallischer elastischer Körper, der wie ein dünner Becher geformt ist und einen zylindrischen Abschnitt 22 und einen Bodenabschnitt 23 hat. Die Außenverzahnung 21 befindet sich an einer äußeren Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 22. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Abtriebswelle ist am Bodenabschnitt 23 angebracht. Die Zahnzahl der Außenverzahnung 21 des Flex Splines 20 ist kleiner als die Zahnzahl der Innenverzahnung 11 des Circular Spline 10. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zahnzahl der Außenverzahnung 21 um zwei kleiner als die Zahnzahl der Innenverzahnung 11. Der Unterschied in der Anzahl der Zähne ist beliebig.
Wie oben beschrieben kann der zylindrische Abschnitt 22 des Flex Splines 22 in eine Nicht-Kreisform (eine Ellipse bei der vorliegenden Ausführungsform) ausgelenkt werden, indem er gemäß 1 elastisch verformt wird. Die Außenverzahnung 21 und die Innenverzahnung 11 sind miteinander an Abschnitten S1 entsprechend einer langen Hauptachse der Ellipse in Eingriff und an Abschnitten S2 entsprechend einer kurzen Hauptachse der Ellipse voneinander getrennt.
Das Drehbauteil 30 liegt in radialer Richtung innerhalb des zylindrischen Abschnitts 22 des Flex Splines 20. Das Drehbauteil 30 umfasst eine Nocke 31 und ein Wälzlager 32. Die Nocke 31 ist nicht kreisförmig und bei der vorliegenden Ausführungsform elliptisch (siehe 1). Das Wälzlager 32 ist von außen her über die Nocke 31 gesetzt und der zylindrische Abschnitt 22 des Flex Spline 20 ist von außen über das Wälzlager 32 gesetzt.
Wie in 3 gezeigt, hat das Wälzlager 32 einen dünnen äußeren Lagerring 33 (nachfolgend als Außenring bezeichnet), einen dünnen inneren Lagerring 34 (nachfolgend als Innenring bezeichnet), eine Mehrzahl von Kugeln 35 und einen ringförmig umlaufenden Käfig 36. Die Kugeln 35 liegen zwischen dem Außenring 32 und dem Innenring 34. In dem Käfig 36 ist eine Anzahl von Taschen 37, in welchen die Kugeln 35 aufgenommen sind, in Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. Sämtliche Taschen 37 haben gleiche Form.
Der Außenring 33 und der Innenring 34 sind ringförmig umlaufende Bauteile aus Metall, beispielsweise Lagerstahl und können in radialer Richtung elastisch verformt werden (sind problemlos elastisch verformbar), da der Außenring 33 und der Innenring 34 dünn sind. Die Dicke (maximale Dicke) des Außenrings 33 und des Innenrings 34 beträgt beispielsweise ein Siebtel oder mehr und die Hälfte oder weniger als der Durchmesser der Kugeln 35. Die Kugeln 35 sind ebenfalls aus Metall, beispielsweise Lagerstahl. Der Außenring 33 hat eine Laufbahnrille 38 an einer inneren Umfangsoberfläche hiervon, welche einen kreisbogenförmigen Querschnitt hat. Der Innenring 34 hat eine Laufbahnrille 39 an einer äußeren Umfangsoberfläche hiervon, welcher kreisbogenförmige Querschnitt hat. Die Kugeln 35 können entlang der Laufbahnrillen 38 und 39 abrollen.
Der Innenring 34 ist an der Nocke 31 (von außen über die Nocke 31 gesetzt) so festgelegt, dass der Innenring 34 und die Nocke 31 miteinander drehen können. Der Außenring 33 ist auf den zylindrischen Abschnitt 22 des Flex Spline 20 (der zylindrische Abschnitt 22 ist von außen über den Außenring 33 gesetzt) so befestigt, dass der Außenring 33 und der Flex Spline 20 zusammen drehen können. Die Nocke 31 ist entlang eines Außenumfangs hiervon wie eine Ellipse geformt (siehe 1) und damit wird der Innenring 34 elastisch in eine Ellipsenform geformt, die sich an die Form der Nocke 31 anpasst. Der Außenring 33 und der zylindrische Abschnitt 22 werden über die Kugeln 35 ebenfalls in Ellipsen verformt.
Das Drehbauteil 30, welches die Nocke 31 und das Wälzlager 32 gemäß der Darstellung der 1 und 2 hat, wird auch als „Strain Wave Generator” bezeichnet. Eine Eingangswelle, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist an der Nocke 31 angebracht. Somit lenkt das Drehbauteil 30 den Flex Spline 20 so aus, dass der Flex Spline 20 eine elliptische Form hat, was erlaubt, dass die Außenverzahnung 21 des Flex Spline 20 teilweise in Eingriff mit der Innenverzahnung des Circular Splines 10 ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Außenverzahnung 21 und die Innenverzahnung 11 miteinander an zwei Punkten in Eingriff, welche um 180 Grad voneinander beabstandet sind.
Wie in 1 gezeigt, wird der Flex Spline 20 von dem Drehbauteil 30 ausgelenkt, um die elliptische Form zu haben. Die Außenverzahnung 21 und die Innenverzahnung 11 sind miteinander an Abschnitten S1 der langen Hauptachse in der Ellipse in Eingriff und voneinander an Abschnitten S2 an einer kurzen Hauptachse der Ellipse getrennt. Der Circular Spline 10 ist festgelegt. Wenn in diesem Zustand die Nocke 31 im Uhrzeigersinn um eine Achse C in 1 dreht (vergleiche 4a), bewegen (ändern) sich die Positionen der Abschnitte S1 der langen Hauptachse und des Flex Spline 20 und somit bewegen (ändern) sich die Eingriffsabschnitte zwischen Außenverzahnung 21 und Innenverzahnung 11.
Wie in 4b gezeigt, bewegt sich, wenn die Nocke 31 im Zustand von 1 um 180 Grad gedreht wird, der Flex Spline 20 in einer Richtung (gegen Uhrzeigersinn) entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nocke 31 um einen Abstand entsprechend einem Zahn, was gleich der Hälfte der Differenz deren Zahnzahl zwischen Außenverzahnung 21 und Innenverzahnung 11 ist. Wenn dann die Nocke 31 im Zustand von 4b weiter um 180 Grad gedreht wird, wie in 4c gezeigt, bewegt sich der Flex Spline 20 in die Richtung (entgegen Uhrzeigersinn) entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nocke 31 um einen Abstand entsprechend zweier Zähne gleich der Differenz der Zahnzahl zwischen Außenverzahnung 21 und Innenverzahnung 11. Die Nocke 31 kann zusammen mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Eingangswelle drehen. Der Flex Spline 20 kann zusammen mit in der in der Zeichnung nicht dargestellten Abtriebswelle drehen. Somit gibt das Wellgetriebe 5 die Drehung des Flex Spline 20 als Reaktion auf einen Eingang über die Nocke 31 aus. In den 4a, 4b und 4c ist der Käfig 36 des Wälzlagers 32 weggelassen.
5 ist eine Darstellung, welche die Hälfte des Käfigs 36 des Wälzlagers 32 darstellt. Der Käfig 36 ist ein Schnappkäfig. Der Käfig 36 hat einen umlaufenden Ringabschnitt 42 und eine Mehrzahl von Käfigwänden 41, welche sich in axialer Richtung vom Ringabschnitt 42 aus erstrecken. Die Taschen 37 liegen jeweils zwischen benachbarten Käfigwänden 41 in Umfangsrichtung. Eine Kugel 35 ist in jeder der Taschen 37 aufgenommen. Bevor das Wälzlager 32 an der Nocke 31 angebracht wird, hat der Käfig 36 eine kreisförmige (perfekt runde) Form ähnlich zum Außenring 33 und zum Innenring 34. In der vorliegenden Erfindung ist der Käfig 36 aus einem Harz.
Die 6a und 6b sind Darstellungen, welche die Tasche 37 im Käfig 36 und die Kugel 35 zeigen, die in der Tasche 37 gehalten ist. 6a ist eine Ansicht in radialer Richtung und 6b eine Ansicht entlang Linie X-X gemäß der Pfeile in 6a. In den 5, 6, und 6b kann eine innenseitige Fläche 45a der Käfigwand 41, welche zur Kugel 35 weist und kann eine innenseitige Fläche 45b des Ringabschnitts 42, welche zur Kugel 35 gelangt, in Anlage mit der Kugel 35 gelangen. Die innenseitigen Flächen 45a und 45b bilden eine innenseitige Fläche (Taschenfläche) 45 der Tasche 37, welche in Anlage mit der Kugel 35 bringbar ist. Die innenseitige Fläche 45 ist gebildet aus einer Fläche, die in radialer Richtung (in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene von 6a) gerade ist. Genauer gesagt, die Tasche 37 (innenseitige Fläche 45) ist entlang einer zylindrischen Oberfläche geformt, deren Mittellinienrichtung der radialen Richtung entspricht.
Zwischen der innenseitigen Fläche 45 und der Kugel 35 ist ein geeigneter Abstand gebildet. Bevor das Wälzlager 32 an der Nocke 31 angebracht wird, befindet sich ein Freiraum zwischen der Kugel 35 und dem Käfigwänden 41 in Umfangsrichtung (nachfolgend als Umfangsabstand bezeichnet), wie in 6a und 6b gezeigt, der in der 6a und 6b mit „K5” bezeichnet ist. Der Umfangsabstand K5 ist definiert durch einen Abstand, der gebildet ist, während ein Taschenmittelpunkt mit einem Kugelmittelpunkt zusammenfällt und gibt eine Abmessung des Abstands in Umfangsrichtung wider. Der Taschenmittelpunkt und der Kugelmittelpunkt, welche zusammenfallen, sind in 6a mit dem Punkt Q bezeichnet. Der Taschenmittelpunkt ist der Mittelpunkt der Tasche 37 und ist ein Schnittpunkt zwischen einer Mittellinie der zylindrischen Oberfläche und dem Wälzkreis der Kugel 35. Der Kugelmittelpunkt ist der Mittelpunkt der Kugel 35. Wie in 3 gezeigt, hat eine äußere Umfangsfläche 47 (radiale äußere Oberfläche) des Käfigs 36 eine Form, welche an eine zylindrische Oberfläche angepasst ist, deren Mittellinie der Achse des Käfigs 36 entspricht. Eine innere Umfangsfläche 48 (radial innere Fläche) des Käfigs 36 hat eine Form, die an die zylindrische Oberfläche angepasst ist wobei die Mittellinie der Achse des Käfigs 36 entspricht.
7 ist eine Darstellung des Wälzlagers 32, das in eine elliptische Form verformt ist, gesehen in axialer Richtung. 7 zeigt die Konturformen einer inneren Umfangsfläche 46 des Außenrings 33, der äußeren Umfangsfläche 47 und der inneren Umfangsfläche 48 des Käfigs 36 und einer äußeren Umfangsfläche 49 des Innenrings 34. Da die Nocke 31, über welche das Wälzlager 32 von außen her gesetzt ist (siehe 1) gemäß obiger Beschreibung elliptisch ist, ist der Innenring 34 des Wälzlagers 32 ebenfalls in eine elliptische Form elastisch deformiert, wobei die Kugel 35 entlang des elliptischen Innenrings 34 angeordnet sind. Weiterhin wird der Außenring 33 ebenfalls elastisch in eine Ellipsenform deformiert. Im Gegensatz hierzu ist im Käfig 36 ein Abstand geeigneter Größe (der oben beschriebene Umfangsabstand K5) zwischen der innenseitigen Fläche 45 der Tasche 37 und der Kugel 35 festgelegt, wie in den 6a und 6b gezeigt. Somit behält der Käfig 36 seine ursprüngliche perfekt runde Form bei, ohne den Kugeln 35 zu folgen, welche in einer elliptischen Anordnung angeordnet sind. Folglich liegt in jeder der Taschen 37 an beiden Seiten in Hauptachsenrichtung von 7 der Umfangsabstand K5 zwischen der Kugel 35 (vergleiche 6a und 6b) und dem Käfigwänden 41 vor, die an beiden Seiten der Kugel 35 liegen. In 7 stellt eine Richtung von oben nach unten eine (lange) Hauptachsrichtung dar und eine seitliche Richtung stellt die Richtung der kurzen Hauptachse dar. Wenn die Nocke 31 sich im Betrieb (bei Drehung) des Wellgetriebes 5 dreht, ändern sich die Richtung der langen Hauptachse und die Richtung der kurzen Hauptachse entsprechend.
Ein äußerer Ringraum E1 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche 47 des Käfigs 36 und die innere Umfangsfläche 46 des Außenrings 33 gebildet. Ein innerer Ringraum E2 ist zwischen der inneren Umfangsfläche 48 des Käfigs 36 in der äußeren Umfangsfläche 49 des Innenrings 34 gebildet.
In dem äußeren Ringraum E1 unterscheidet sich der radiale Abstand K1 an den Hauptachsenpositionen von einem radialen Abstand K2 an den Positionen der kurzen Hauptachse. K1 ist größer als K2 (K1 > K2). Der radiale Abstand K1 an den Hauptachsenpositionen ist in dem äußeren Ringraum E1 am größten. Der radiale Abstand K2 an den Positionen der kurzen Hauptachse in dem äußeren Ringraum E1 am kleinsten. In dem inneren Ringraum E2 ist ein radialer Abstand K3 an den Hauptachsenpositionen unterschiedlich zu einem radialen Abstand K4 an den Positionen der kurzen Hauptachse. K3 ist kleiner als K4 (K3 < K4). Der radiale Abstand K3 an den Hauptachsenpositionen ist im inneren Ringraum E2 am kleinsten. Der radiale Abstand K4 an den Positionen der kurzen Hauptachse ist im inneren Ringraum E2 am größten.
Die radialen Abstände K1, K2, K3 und K4 sind jeweils durch die Abmessung (in radialer Richtung) des äußerem oder inneren Ringraums E1 oder E2 definiert, die gebildet sind zwischen dem Außenring 33 oder dem Innenring 34, deformiert in eine Ellipsenform und den perfekt runden Käfig 36, wenn das Wälzlager 32 gestoppt ist (sich nicht dreht) und die Mitten von Außenring 33 und Innenring 34 mit der Mitte des Käfigs 36 zusammenfallen. In der nachfolgenden Beschreibung sind der Außenring 33 und der Innenring 34 konzentrisch angeordnet und die Mitten des Außenring 33 und des Innenrings 34 werden als Lagerringmitte bezeichnet. Da der Außenring 33 und der Innenring 34 jeweils in Ellipsenform deformiert sind, entspricht die Lagerringmitte einem Schnittpunkt zwischen der langen Hauptachse und der kurzen Hauptachse (Ellipsenmittelpunkt). Die Mitte des Käfigs 36 wird als Käfigmitte bezeichnet.
Der Umfangsabstand K5 (siehe 6a und 6b) der zwischen der Kugel 35 in der Tasche 37 an jeder Position an der kurzen Achse in 7 und jeder der Käfigwände 41 an beiden Seiten der Kugel 35 gebildet ist, ist gleich oder größer als der radiale Abstand K1 (K5 ≥ K1) des äußeren Ringraums E1 an jeder Hauptachsenposition, gebildet zwischen dem Außenring 33 in Ellipsenform und den perfekt runden Käfig 36, gesetzt, wobei die Lagerringmitte mit der Käfigmitte zusammenfällt (siehe 7). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist an der Hauptachsenposition der radiale Abstand K3 zwischen dem Käfig 36 und dem Innenring 34 gleich oder größer als der radiale Abstand K1 zwischen dem Käfig 36 und dem Außenring 33 (K3 ≥ K1), wie in 7 gezeigt.
Der Umfangsabstand K5, der so gesetzt ist (siehe 6a und 6b) ist größer als ein herkömmlicher Umfangsabstand K5. Selbst wenn daher die Kugeln 35 in einer elliptischen Anordnung liegen, wird ein geeigneter Abstand zwischen der Kugel 35 und der Käfigwand 41 (der innenseitigen Fläche 45 der Tasche 37) aufrechterhalten. Folglich wird der Käfig 36 weniger wahrscheinlich gebremst und behält seine ursprüngliche perfekt runde Form bei, was die Verhinderung von möglichen örtlichen Belastungen am Käfig 36 ermöglicht. Dies ermöglicht eine Belastungsverringerung am Käfig 36. Insbesondere wenn die Kugeln 35 in einer elliptischen Anordnung liegen, wird der Abstand zwischen der Kugel 35 und jeder der Käfigwände 41 (der innenseitigen Fläche 45a der Tasche 37) an den Hauptachsenpositionen der Ellipse verringert. Selbst bei verringerten Abstand wird jedoch gemäß obiger Beschreibung ein passender Abstand zwischen der Kugel 35 und jeder der Käfigwände 41 (der innenseitigen Fläche 45a der Tasche 37) beibehalten. Im Ergebnis können mögliche örtliche Belastungen am Käfig 36 verändert werden.
Während die Richtung von oben nach unten der vertikalen Richtung entspricht und die Hauptachsenrichtung des Innenrings 34 und des Außenrings 33, welche jeweils in eine elliptische Form deformiert ist, der vertikalen Richtung (Schwerkraftrichtung) in 7 entspricht, bewegt sich der Käfig 36 durch Schwerkrafteinfluss in vertikaler Richtung (fällt in 7 nach unten). Zu diesem Zeitpunkt entspricht der Abstand, um welcher der Käfig 36 fällt, dem radialen Abstand K1. Daher setzt die vorliegende Ausführungsform die Abmessungsbeziehung K5 > K1, wie oben beschrieben. Wenn somit der Käfig 36 in vertikaler Richtung nach unten fällt, während sich das Wälzlager 32 dreht und die Hauptachsenrichtung mit der vertikalen Richtung zusammen fällt, kann der Käfig 36 in Anlage mit der inneren Umfangsfläche 46 des Außenrings 33 an der Hauptachsenposition P1 (unteres Ende in 7) gelangen, bevor die Käfigwand 41 (die innenseitige Fläche 45a der Tasche 37) in Anlagekontakt mit der Kugel 35 an der Position P2 der kurzen Hauptachse gelangt. Folglich wird der Käfig 36 mehr vom Außenring 33 als von den Kugeln 35 geführt und kann stabil drehen. Selbst wenn K5 = K1 gilt, während das Wälzlager 32 nicht in Drehung ist, dreht das Wälzlager 32, so dass eine Zentrifugalwirkung auf den Käfig 36 einwirkt, und damit der Durchmesser des Käfigs 36 leicht erhöht wird. Wenn somit das Wälzlager 32 in Drehung ist, ist K5 > K1 sichergestellt und der Käfig 36 wird mehr vom Außenring 33 als von den Kugeln 35 an der Hauptachsenposition P1 (dem unteren Ende von 7) geführt.
An den Hauptachsenpositionen gilt K3 ≥ K1, wie oben beschrieben. Folglich kann der Käfig 36 zuverlässig mehr von Außenring 33 als vom Innenring 34 geführt wird. Selbst wenn K3 = K1 gilt, während sich das Wälzlager 32 nicht dreht, dreht das Wälzlager 32, um eine Zentrifugalwirkung auf den Käfig 36 aufzubringen, so dass der Durchmesser des Käfigs 36 leicht vergrößert wird. Wenn damit das Wälzlager 32 in Drehung ist, ist K3 > K1 sichergestellt und der Käfig 36 wird mehr vom Außenring 33 als vom Innenring 34 geführt.
Wenn die Nocke 31 aus dem Zustand von 7 um 90 Grad dreht, fällt die Richtung der kurzen Hauptachse mit der Vertikalrichtung zusammen, während die Hauptachsenrichtung (Richtung der langen Hauptachse) mit der horizontalen Richtung zusammenfällt (siehe 8). Auch in diesem Zustand bewegt sich der Käfig 36 (fällt) in vertikaler Richtung nach unten (in 8 nach unten). Hierbei entspricht der Abstand, um welchen der Käfig 36 fällt, dem radialen Abstand K2. Auch in diesem Fall ist der Umfangsabstand K5 (siehe 6), der an jeder Hauptachsenposition zwischen der Kugel 35 in der Tasche 37 und jeder der Käfigwände 41 an beiden Seiten der Kugel 35 gebildet wird, größer als der radiale Abstand K2 des äußeren Ringraums E1 zwischen dem Außenring 33, der in Ellipsenform deformiert ist und dem perfekt runden Käfig 36, während die Lagerringmitte mit der Käfigmitte zusammenfällt (K5 > K2). Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Umfangsabstand K5 größer oder gleich als der radiale Abstand K1 des äußeren Ringraum E1 an den Hauptachsenpositionen (K5 K1) wie oben beschrieben. In dem äußeren Ringraum E1 ist der radiale Abstand K2 an den Positionen der kurzen Hauptachsen am geringsten, während der radiale Abstand K1 an dem Hauptachsenpositionen am größten ist (K1 > K2), so dass die Beziehung K5 K1 > K2 vorliegt.
Wie oben beschrieben liegt die Abmessungsbeziehung K5 > K2 vor. Wenn somit der Käfig 36 in vertikaler Richtung nach unten fällt, während sich das Wälzlager 32 dreht, wobei die Richtung der kurzen Hauptachse mit der Vertikalrichtung zusammenfällt, kann der Käfig 36 in Anlagekontakt mit der inneren Umfangsfläche 46 des Außenrings 33 an der Position P1 der kurzen Hauptachse (unteres Ende in 8) kommen, bevor die Käfigwand 41 die innenseitige Fläche 45a der Tasche 37 in Anlagekontakt mit der Kugel 35 an der Hauptachsenposition P2 gelangt. Folglich wird der Käfig 36 mehr vom Außenring 33 als von den Kugeln 35 geführt und kann stabil drehen. Da an der Position der kurzen Hauptachse K4 > K2 gilt, kann der Käfig 36 zuverlässig mehr vom Außenring 33 als vom Innenring 34 geführt werden. Im Ergebnis dient das Wälzlager 32 bei der vorliegenden Ausführungsform als ein außenringgeführtes Lager, welches erlaubt, dass der Käfig 36 vom Außenring 33 geführt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform erlaubt die Festsetzung K3 > K1 in 7, dass der Käfig 36 vom Außenring 33 geführt wird. Es kann jedoch K3 < K1 verwendet werden. Jedoch auch ist in diesem Fall der Umfangsabstand K5 (siehe 6a und 6b) in der Tasche 37 an jeder Position der kurzen Hauptachse in 7 gleich oder größer als der radiale Abstand K3 des inneren Ringraums E2 an jeder Hauptachsenposition, der zwischen dem Innenring 34, der in Ellipsenform deformiert ist und dem perfekt runden Käfig 36 gebildet wird, wenn die Lagerringmitte mit der Käfigmitte zusammenfällt (K5 ≥ K3).
Dies sei an Hand von 7 beschrieben. Während die Richtung von oben nach unten der vertikalen Richtung entspricht und die Hauptachsenrichtung des Innenrings 34 und den Außenrings 33, welche jeweils in Ellipsenform verformt sind, der vertikalen Richtung (Schwerkraftrichtung) entspricht, bewegt sich (fällt) der Käfig 36 in vertikaler Richtung nach unten (in 7 nach unten). Hierbei entspricht der Betrag, um welchen der Käfig 36 fällt, dem radialen Abstand K3. Wie oben beschrieben liegt die Abmessungsbeziehung K5 ≥ K3 vor. Selbst wenn sich bei drehendem Wälzlager 32 der Käfig 36 in vertikaler Richtung nach unten fällt und die Hauptachsenrichtung mit der Vertikalrichtung zusammenfällt, kann der Käfig 36 in Anlagekontakt mit der äußeren Umfangsfläche 49 des Innenrings 34 an der Hauptachsenposition P1 (unteres Ende in 7) gelangen, bevor die Käfigwand 41 (innenseitige Fläche 45a der Tasche 37) in Anlagekontakt mit der Kugel 35 an der Position P2 der kurzen Hauptachse gelangt. Folglich wird der Käfig 36 mehr von dem Innenring 34 als von den Kugeln 35 geführt und kann stabil drehen.
Wenn jedoch die Nocke 31 mit hoher Drehzahl dreht und das Wälzlager 32 ebenfalls mit hoher Drehzahl dreht, wird der Durchmesser des Käfigs 36 durch eine Zentrifugalkraft erhöht, wie oben beschrieben. Daher ist K3 ≥ K1 eher bevorzugt als K3 < K1, um zu erlauben, dass der Käfig 36 vom Außenring 33 geführt wird.
Wie oben beschrieben ist bei dem Wälzlager 32 der vorliegenden Ausführungsform der Umfangsabstand K5, der zwischen der Kugel 35 und der Käfigwand 41 gebildet ist, wobei die Taschenmitte mit der Kugelmitte in der Tasche 37 an den Positionen der kurzen Hauptachse zusammenfällt (siehe 6a und 6b) gleich oder größer als der radiale Abstand K1 (K2) des äußeren Ringraums E1, der zwischen dem in Ellipsenform verformten Außenring 33 und dem perfekt runden Käfig 36 gebildet ist, wobei die Lagerringmitte mit der Käfigmitte zusammenfällt, wie in den 6a, 6b und 7 gezeigt.
Weiterhin ist die innenseitige Fläche (Taschenfläche) 45 der Tasche 37 im Käfig 36, welche mit dem Ball 35 in Anlage bringbar ist, aus einer Fläche gebildet, welche in radialer Richtung geradlinig ist (siehe 6a und 6b). Selbst wenn die Nocke 31, welche eine elliptische Form hat, bewirkt, dass das Wälzlager 32 in eine elliptische Form verformt wird, um die Kugeln 35 in eine elliptische Anordnung zu bringen, was den Abstand zwischen den Kugeln 35 und jeder Käfigwände 41 (insbesondere an den Hauptachsenpositionen) örtlich verringert, besteht weniger Wahrscheinlichkeit, dass die Käfigwände 41 von der Kugel 35 gebremst werden, was ermöglicht, dass erhebliche Belastungen am Käfig 36 vermieden sind. Das heißt, in dem Wellgetriebe 5 wird das Wälzlager 32 in eine elliptische Form deformiert, was die Kugeln 35 in die elliptische Anordnung bringt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die innenseitige Fläche 45 der Tasche 37 im Käfig 36 aus einer Fläche, die in radialer Richtung gerade ist, so dass weniger Wahrscheinlichkeit besteht, dass die durch die Kugeln 35 beeinflusst wird, die in der elliptischen Anordnung liegen. Folglich kann der Käfig 36 dahingehend wirken, die kreisförmige (perfekt runde) Form aufrecht zu erhalten, was mögliche erhebliche Belastungen vermeidet.
Im Käfig 36 der vorliegenden Ausführungsform hat die Käfigwand 41 eine abnehmende Umfangsabmessung. Dies macht den Abstand zwischen der Tasche 37 und der Kugel 35 (Umfangsabstand K5: siehe 6a und 6b) größer, um den Freiheitsgrad einer Relativbewegung zwischen den Kugeln 35 und dem Käfig 36 zu erhöhen. Die Käfigwand 41 hat auch eine abnehmende Radialabmessung (Dicke) e (siehe 6b). Dies erhöht den Freiheitsgrad einer Bewegung des Käfigs 36 bezüglich des Außenrings 33 und des Innenrings 34. Dies wiederum ermöglicht eine Konfiguration, welche eine Belastung aufgrund einer Bremswirkung auf den Käfig 36 aufheben (verringern) kann.
Wie oben beschrieben wird im Käfig 36 der geeignete Abstand zwischen der Kugel 35 und der Käfigwand 41 (der innenseitigen Fläche 45 der Tasche 37) aufrecht erhalten. Im Ergebnis wird der Käfig 36 weniger wahrscheinlich von den Kugeln 35 gebremst und behält seine ursprüngliche perfekt runde Form. Dies ermöglicht eine Verhinderung möglicher örtlicher Belastungen am Käfig 36 aufgrund beispielsweise eines Vorauseilens oder Zurückbleibens der Kugeln 35. Mit anderen Worten, Belastungen am Käfig 36 können verringert werden. Weiterhin ist der Käfig 36 aus einem Harz und insbesondere aus einem Harz ohne Verstärkung, beispielsweise Verstärkungsfasern (beispielsweise 66 Nylon). Damit wird der Käfig 36 (insbesondere die Käfigwände 41) leicht verformt und es besteht weniger Wahrscheinlichkeit, dass auch bei einem Zusammenstoß mit den Kugeln 35 Bruch erfolgt.
Da weiterhin die Abstände wie oben beschrieben festgesetzt sind, kann der Käfig 36 in Anlagekontakt mit der inneren Umfangsfläche 46 des Außenrings 33 an der Position P1 der langen Hauptachse (dem unteren Ende in 7) gelangen, bevor die Käfigwand 41 (die innenseitige Fläche 45a der Tasche 37) in Anlagekontakt mit der Kugel 35 an der Position P2 der kurzen Hauptachse gelangt. Folglich wird der Käfig 36 mehr vom Außenring 33 als von den Kugeln 35 geführt und kann stabil drehen. Folglich kann verhindert werden, dass der Käfig 36 heftig gegen die Kugeln 35 stößt und damit bricht. Dies verbessert die Haltbarkeit des Käfigs 36, was das Wälzlager 32 für das Wellgetriebe zuverlässiger macht. Im Ergebnis kann ein zuverlässiges Wellgetriebe 5 erhalten werden.
Das Wellgetriebe 5 und das Wälzlager 32 der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Form beschränkt und könne jegliche andere Form im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben. In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem die Nocke 31 elliptisch ist. Jedoch kann die Nocke 31 eine andere, nicht kreisförmige Formgebung haben. In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem der Flex Spline 20 von außen direkt über den Außenumfang des Wälzlagers 32 (den Außenring 33) gesetzt ist. Jedoch kann der Flex Spline 20 von außen über das Wälzlager 32 mit einer elastischen Schicht dazwischen gesetzt werden. Auch kann ein Zwischenbauteil zwischen Nocke 31 und Innenring 34 gesetzt werden.
Das Wälzlager für das Wellgetriebe der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Belastung, welche im Käfig erzeugt wird und ermöglicht auch, dass der Käfig stabil drehen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 60-143244 A [0002]

Claims

Wälzlager für ein Wellgetriebe mit einem Circular Spline mit einer Innenverzahnung, einem Flex Spline, der innerhalb des Circular Spline angeordnet ist und eine Außenverzahnung hat, welche in Eingriff mit der Innenverzahnung ist, einem Drehbauteil, welches innerhalb des Flex Spline angeordnet ist und den Flex Spline in eine nichtkreisförmige Form verformt, um zu bewirken, dass die Außenverzahnung teilweise in Eingriff mit der Innenverzahnung ist, wobei das Wälzlager aufweist: einen inneren Lagerring, der zusammen mit einer nichtkreisförmigen Nocke drehbar ist, welche in dem Drehbauteil angeordnet ist und der elastisch verformbar ist; einen äußeren Lagerring, der zusammen mit dem Flex Spline drehbar ist und der elastisch verformbar ist; eine Mehrzahl von Kugeln, welche zwischen dem inneren Lagerring und dem äußeren Lagerring angeordnet sind; einen Käfig mit einer Mehrzahl von Taschen, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind, und in welchen die Kugeln aufgenommen sind, wobei der Käfig einen Ringabschnitt und eine Mehrzahl von Käfigwänden hat, welche sich vom Ringabschnitt in axialer Richtung erstrecken; die Taschen jeweils zwischen einander in Umfangsrichtung benachbarten Käfigwänden angeordnet sind; eine innenseitige Fläche der Tasche, welche mit der Kugel in Kontakt bringbar ist, aus einer Fläche gebildet ist, die in radialer Richtung gerade ist; und ein Umfangsabstand, der zwischen der Kugel und der Käfigwand gebildet ist, gleich oder größer als ein radialer Abstand eines Ringraums ist, der zwischen dem in die nichtkreisförmige Form verformten Lagerring und dem Käfig gebildet ist.
Wälzlager für ein Wellgetriebe nach Anspruch 1, wobei der Umfangsabstand gleich oder größer als ein radialer Abstand eines äußeren Ringraums ist, der zwischen dem äußeren Lagerring und dem Käfig gebildet ist.
Wälzlager für ein Wellgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Richtung einer langen Hauptachse des Lagerrings, der in eine nichtkreisförmige Form verformt ist, mit einer vertikalen Richtung zusammen fällt, der Umfangsabstand in der Tasche an einer Position in Richtung einer kurzen Hauptachse Achse gleich oder größer als ein radialer Abstand des Ringraums an einer Position der langen Hauptachse ist.
Wälzlager für ein Wellgetriebe nach Anspruch 3, wobei der Umfangsabstand gleich oder größer als der radiale Abstand des äußeren Ringraums an der Position der langen Hauptachse ist, wobei der äußere Ringraum zwischen dem äußeren Lagerring und dem Käfig gebildet ist.
Wälzlager für ein Wellgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, wobei an der Position der langen Hauptachse der radiale Abstand zwischen dem Käfig und dem inneren Lagerring gleich oder größer als der radiale Abstand zwischen dem Käfig und dem äußeren Lagerring ist.