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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellgetriebe und insbesondere einen Wellengenerator für ein Reduktionsgetriebe einer Wellgetriebestruktur.
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Stand der Technik
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Ein Wellgetriebe (harmonic drive ®) ist bei industriellen Robotern, numerisch gesteuerten (NC) Maschinenwerkzeugen, Halbleiterfertigungssystemen usw. weit verbreitet. Das Wellgetriebe ist klein und leicht, weist ein gesteigertes Drehmoment auf, kann ein hohes Untersetzungsverhältnis erhalten, weist kaum Spiel auf und ist exzellent bei Winkelübertragung und Winkeldrehung.
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Solch ein herkömmliches Wellgetriebe beinhaltet einen Wellengenerator, einen Flex-Spline und einen Circular-Spline. Der Wellengenerator beinhaltet einen Stopfen darin. Der Stopfen, der in einer ovalen Form gebildet wird, ist mit einer Antriebswelle eines Antriebssystems verbunden, um eine Drehbewegung zu übertragen, und verformt durch die Form des Stopfens des Wellengenerators elastisch den Flex-Spline, der die Form einer dünnen Büchse aufweist, sodass der Flex-Spline eine reduzierte Drehbewegung in die entgegengesetzte Richtung verursacht.
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Der Wellengenerator dreht sich durch Drehenergie von der Antriebswelle des Antriebssystems und der Flex-Spline wird in die gleiche Form wie der Stopfen verändert, nämlich in die ovale Form, sodass sich die Position der Zähne, die in Eingriff mit den Zähnen der Circular-Spline stehen, an einem Längsachsenteil der ovalen Form in fortlaufender Reihenfolge bewegt. Wenn der Wellengenerator vollständig eine Umdrehung macht, dreht sich der Flex-Spline in die entgegengesetzte Richtung so viel wie der Unterschied in der Anzahl der Zähne, und solch eine Drehung in die entgegengesetzte Richtung verursacht eine Geschwindigkeitsreduktion.
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Da das Wellgetriebe in einer Zahneingriffsstruktur einer symmetrischen Form am Längsachsenteil der ovalen Form arbeitet, wenn es durch Zwang oder Ratschenmechanismus mit einer großen externen Kraft, die angewendet wird, zusammengesetzt wird, entsteht häufig das Dedoidal-Phänomen, bei dem der Eingriff der Zähne zwischen dem Circular-Spline und dem Flex-Spline vorübergehend dejustiert wird.
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Patentliteratur
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Patentdokumente
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Patentdokument 1: Koreanische Patentveröffentlichung Nr. 10-2011-0112027, veröffentlicht am 12. Oktober 2011
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegenden Erfindung wurde geschaffen, um die oben genannten Probleme, die in den vorherigen Techniken aufkommen, zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wellengenerator für ein Reduktionsgetriebe mit einer Wellgetriebestruktur bereitzustellen, dessen Zähne in Eingriff mit anderen Zähnen an drei oder mehr Stellen zu selben Zeit rotieren.
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Technische Aufgaben, die durch die vorliegende Erfindung erfüllt werden sollen, sind nicht auf die oben beschriebenen Aufgaben beschränkt und können auf verschiedenen Wegen erweitert werden, ohne vom Anwendungsbereich und Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Um die obige Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird ein Reduktionsgetriebe einer Wellgetriebestruktur bereitgestellt, das Folgendes beinhaltet: einen Circular-Spline in einer Ringform; einen Flex-Spline, der innerhalb des Circular-Spline montiert ist und Zähne aufweist, die mit Zähnen, die an drei oder mehr Positionen der inneren Umfangsfläche des Circular-Spline in Eingriff stehen, um gedreht zu werden; und einen Wellengenerator, der innerhalb des Flex-Spline montiert wird, und eine kreisförmige Nockenplatte und drei oder mehr Vorsprünge beinhaltet, die an drei oder mehr Positionen der äußeren Umfangsfläche der kreisförmigen Nockenplatte gebildet werden, sodass die Vorsprünge, die auf der äußeren Umfangsfläche der Nockenplatte gebildet werden, elastisch die drei oder mehr Positionen innerhalb des Flex-Spline verformen.
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Außerdem beinhaltet der Wellengenerator Folgendes: eine Nockenplatte, die einen kreisförmigen Mittelteil und Vorsprünge aufweist, die an drei oder mehr Positionen der äußeren Umfangsfläche des Mittelteils gebildet werden; und ein Kugellager, das an einer Außenfläche davon gebildet wird, um die Nockenplatte zu umgeben, und durch die Vorsprünge, die an der äußeren Umfangsfläche der Nockenplatte gebildet werden, elastisch verformt ist.
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Des Weiteren sind Radien R2 von verschiedenen Kreisen, die jeweils die Vorsprünge beinhalten, die an den drei oder mehr Positionen gebildet werden, alle gleich und die Beziehung zwischen dem Radius R2 und einem Radius R1 des Mittelteils ist in einer mathematischen Formel (R2 = k x R1) definiert, wobei k eine proportionale Konstante ist, die in einem Bereich von 0,6 bis 0,8 ist.
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Insbesondere ist die proportionale Konstante k 0,7.
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Darüber hinaus sind die Vorsprünge, die an den drei oder mehr Positionen gebildet werden, in regelmäßigen Abständen um eine Drehwelle des Wellengenerators gebildet.
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Des Weiteren weist der Flex-Spline Zähne auf, die an der äußeren Umfangsfläche davon gebildet werden, und er wird elastisch durch die Form des Wellengenerators verformt und die Zähne des elastisch verformten Teils stehen in Eingriff mit den Zähnen, die an der inneren Umfangsfläche des Circular-Spline gebildet werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung werden drei oder mehr Vorsprünge an der äußeren Umfangsfläche des kreisförmigen Wellengenerators in regelmäßigen Abständen angebracht und Zähne des Flex-Spline, bei denen sich die drei oder mehr Vorsprünge befinden, stehen mit Zähnen des Circular-Spline zur selben Zeit in Eingriff, um einen stabilen Zahneingriffszustand zu erreichen. Daher kann der Wellengenerator für das Reduktionsgetriebe der Wellgetriebestruktur einem Dedoidal-Phänomen vorbeugen, bei dem die Zähne zwischen dem Circular-Spline und dem Flex-Spline aus der Ausrichtung geraten.
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Darüber hinaus kann der Wellengenerator für das Reduktionsgetriebe der Wellgetriebestruktur nach der vorliegenden Erfindung eine Zahneingriffsrate erheblich steigern und auch Leistungselemente des Reduktionsgetriebes wie z.B. Nenndrehmoment, Spitzendrehmoment usw. deutlich verbessern, beim Vergleich mit Reduktionsgetrieben desselben Niveaus.
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Auswirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Auswirkungen beschränkt und können auf verschiedenen Wegen ausgeweitet werden, ohne vom Anwendungsbereich und Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Figurenliste
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Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich sein, in denen:
- 1 eine Ansicht ist, die ein Wellgetriebe nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2a bis 2c Ansichten sind, die eine Form eines Wellengenerators, der in 1 illustriert wird, zeigen;
- 3 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Wellengenerator auf einem Flex-Spline montiert ist;
- 4 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Flex-Spline, der in 3 illustriert wird, auf einem Circular-Spline montiert ist;
- 5 eine Ansicht ist, die ein Funktionsprinzip des Reduktionsgetriebes nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsformen werden im Detail beschrieben, damit ein Fachmann die vorliegende Erfindung ohne weiteres implementieren kann. Es ist zu verstehen, dass sich die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung voneinander unterscheiden, aber nicht exklusiv sein müssen. Z. B. kann eine spezifische Form, Struktur oder Charakteristik, die in dieser Spezifikation in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, als eine andere Ausführungsform implementiert werden, ohne vom Sinn und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist auch zu verstehen, dass die Position oder Anordnung eines individuellen Elements innerhalb jeder offenbarten Ausführungsform verändert werden kann, ohne vom Sinn und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende, detaillierte Beschreibung beabsichtigt dementsprechend nicht, eine beschränkte Bedeutung aufzuweisen, und die Rechte der vorliegenden Erfindung sind nur durch die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem gesamten Bereich, der äquivalent zu den durch die Ansprüche beanspruchten Dingen ist, beschränkt, wenn es entsprechend beschrieben wurde. Ähnliche Referenznummern in den Zeichnungen bezeichnen dieselben oder ähnliche Funktionen von mehr Aspekten.
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Nachstehend wird ein Wellengenerator für ein Reduktionsgetriebe einer Wellgetriebestruktur nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Besonders beinhaltet ein kreisförmiger Wellengenerator nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung drei oder mehr Vorsprünge, die an der äußeren Umfangsfläche davon in regelmäßigen Abständen angebracht werden, und Zähne eines Flex-Spline, bei denen sich die drei oder mehr Vorsprünge befinden, stehen mit Zähnen eines Circular-Spline zur selben Zeit in Eingriff.
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1 ist eine Ansicht, die ein Wellgetriebe nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und die 2a bis 2c sind Ansichten, die eine Form eines Wellengenerators, der in 1 illustriert wird, zeigen.
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Mit Bezug auf 1 beinhaltet das Wellgetriebe nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Wellengenerator 100, einen Flex-Spline 200 und einen Circular-Spline 300.
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Der Wellengenerator 100 weist generell eine Dreiecksform auf und ist mit einer Antriebswelle verbunden, um eine Drehbewegung auszuführen. Der Wellengenerator 100 ist innerhalb des Flex-Spline 200 montiert, um elastisch den Flex-Spline 200 zu verformen, sodass der Flex-Spline 200 eine reduzierte Drehbewegung in die entgegengesetzte Richtung verursacht.
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Mit Bezug auf die 2a und 2b beinhaltet der Wellengenerator 100 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Nockenplatte 110 und ein Kugellager 120, das an der Außenfläche davon gebildet wird, um die Nockenplatte 110 zu umgeben.
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Die Nockenplatte 110 beinhaltet einen kreisförmigen Mittelteil 111 und sichelförmige Vorsprünge 110a, 110b und 110c, die an drei oder mehr Positionen auf der äußeren Umfangsfläche des Mittelteils 111 gebildet werden. Die Nockenplatte 110 wird mit der Antriebswelle verbunden, um eine Drehbewegung auszuführen. Die sichelförmigen Vorsprünge 110a, 110b und 110c, die an drei oder mehr Positionen gebildet werden, sind in regelmäßigen Abständen gebildet, und korrespondieren mit drei Spitzen eines Dreiecks. Solch eine Nockenplatte 110 kann aus einem starren Material gefertigt werden, von dem die Form nicht verformt ist.
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Das Kugellager 120 weist eine Ringform auf und eine Vielzahl von Kugeln 130 werden auf dessen Außenfläche angebracht, um die Nockenplatte 110 zu umgeben. Die Innenfläche des Kugellagers 120 kommt in Kontakt mit der Außenfläche der Nockenplatte 110 und ein Teil der Außenfläche des Kugellagers 120 kommt in Kontakt mit einem Teil der Innenfläche des Flex-Spline 200.
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Da das Kugellager 120 elastisch durch die Form der Nockenplatte 110 verformt ist, beinhaltet das Kugellager 120 Vorsprünge 120a, 120b und 120c, die auf der äußeren Umfangsfläche gebildet werden, um mit den Vorsprüngen 110a, 110b und 110c der Nockenplatte 110 zu korrespondieren. Die Vorsprünge 120a, 120b und 120c, die an drei oder mehr Positionen korrespondierend zu den Vorsprüngen 110a, 110b und 110c der Nockenplatte 110 gebildet werden, werden in regelmäßigen Abständen gebildet und korrespondieren mit drei Spitzen eines Dreiecks.
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Die Vorsprünge 120a, 120b und 120c des Kugellagers 120 verformen den Flex-Spline 200 elastisch, sodass die drei oder mehr Positionen des Flex-Spline 200 in Kontakt mit der Innenfläche des Circular-Spline 300 kommen, sodass Zähne des Flex-Spline mit den Zähnen des Circular-Spline an den drei Positionen gleichzeitig in Eingriff stehen.
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Wie oben beschrieben, können die Zähne des Flex-Spline 200 und des Circular-Spline 300 kombiniert mit der Nockenplatte gleichzeitig miteinander an drei Positionen in Eingriff stehen, weil die sichelförmigen Vorsprünge an den drei oder mehr Positionen auf der äußeren Umfangsfläche der kreisförmigen Nockenplatte 110 gebildet werden.
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Der Flex-Spline 200 wird in einer Büchsenform gebildet und der Wellengenerator 100 wird darin montiert. Der Flex-Spline 200 weist Zähne auf, die auf der äußeren Umfangsfläche davon gebildet werden.
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Mit Bezug auf 2c sind die Vorsprünge 110a, 110b und 110c, die auf der äußeren Umfangsfläche des Mittelteils 111 gebildet werden, jeweils in verschiedenen drei Kreisen als Teil von jedem der Kreise beinhaltet, und Durchmesser der drei verschiedenen Kreise sind alle gleich.
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Die Radien
R2 der drei Kreise, die jeweils die Vorsprünge
110a,
110b und
110c beinhalten, sind kleiner als ein Radius
R1 des kreisförmigen Mittelteils
111, und die Radiusbeziehung wird in der folgenden [mathematischen Formel 1] definiert.
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wobei k eine proportionale Konstante ist und innerhalb eines Bereichs von 0,6 bis 0,8 ist, vorzugsweise ist k 0,7. Wenn k kleiner als 0,6 ist, nämlich k < 0,6, werden die Kugeln 130 nicht flüssig bewegt, da die ganze Form der Nockenplatte 110 nicht kreisförmig ist, und es kann ein Drehungsproblem verursachen. Jedoch, wenn k größer als 0,8 ist, nämlich k > 0,8, werden die Teile, in denen die Zähne an den drei Positionen in Eingriff stehen, zu breit, da die ganze Form der Nockenplatte 110 nahezu kreisförmig ist.
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3 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Wellengenerator auf einen Flex-Spline montiert ist.
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Mit Bezug auf 3 wird der Flex-Spline 200 mit einem elastischen Metallkörper hergestellt und ist elastisch durch die Form des Wellengenerators 100 verformt, da der Wellengenerator 100 innerhalb des Flex-Spline 200 montiert wird.
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Der elastisch verformte Teil des Flex-Spline 200, der elastisch durch die Vorsprünge 120a, 120b und 120c verformt ist, kommt in Kontakt mit der Innenfläche des Circular-Spline 300, sodass die Zähne des Flex-Spline mit den Zähnen des Circular-Spline in Eingriff stehen, um den Circular-Spline 300 zu drehen.
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Der Circular-Spline 300 wird in einer Ringform gebildet und der Flex-Spline 200 wird innerhalb des Circular-Spline 300 montiert. Der Circular-Spline 300 wird aus einem starren Material hergestellt, um nicht verformt zu werden, und beinhaltet die Zähne, die an der inneren Umfangsfläche gebildet werden, um mit den Zähnen des Flex-Spline 200 in Eingriff gebracht zu werden.
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Die Anzahl der Zähne, die auf der inneren Umfangsfläche des Circular-Spline 300 gebildet werden, kann mehr als die Anzahl der Zähne sein, die auf der äußeren Umfangsfläche des Flex-Spline 200 gebildet werden, um ein Untersetzungsverhältnis zu verbessern.
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4 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der in 3 illustrierte Flex-Spline auf einem Circular-Spline montiert ist.
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Mit Bezug auf 4 kann der Wellengenerator Zahnradeingriff an den drei oder mehr Positionen A1, A2 und A3 aufweisen, weil der Flex-Spline innerhalb des Circular-Spline mit der Ringform montiert wird. Die Zähne, die auf der äußeren Umfangsfläche des Flex-Spline, der elastisch durch die Form des Wellengenerators verformt ist, gebildet sind, stehen mit den Zähnen, die auf der inneren Umfangsfläche des Circular-Spline gebildet sind, in Eingriff.
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Weil die Zähne, die auf der äußeren Umfangsfläche des Flex-Spline gebildet sind, mit den Zähnen, die auf der inneren Umfangsfläche des Circular-Spline an den drei verschiedenen Positionen in regelmäßigen Abständen gebildet sind, in Eingriff stehen, können sie einem Dedoidal-Phänomen vorbeugen, bei dem die Zähne zwischen dem Circular-Spline und dem Flex-Spline dejustiert werden. Hier bedeutet Dedoidal-Phänomen, dass der Eingriffszustand der Zähne auf eine Seite versetzt wird, wenn ein Ratschenmechanismus auftritt oder Teile durch Zwang zusammengesetzt werden. Ratschenmechanismus bedeutet, dass, wenn überschüssige Drehmomentstöße während des Betriebs angewendet werden, der Eingriff der Zähne zwischen dem Circular-Spline und dem Flex-Spline vorübergehend dejustiert werden, ohne den Flex-Spline zu beschädigen.
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5 ist eine Ansicht, die ein Funktionsprinzip des Reduktionsgetriebes nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit Bezug auf 5, ist das Funktionsprinzip des Reduktionsgetriebes wie folgt.
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(a) Der Flex-Spline 200 wird elastisch durch den Wellengenerator 100 verformt, die Zähne 210, die sich an den drei Positionen befinden, stehen in Eingriff mit den Zähnen 310, die an der inneren Umfangsseite des Circular-Spline 300 gebildet sind, und die Zähne, die an den anderen Positionen gebildet sind, sind komplett getrennt.
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(b) Wenn der Circular-Spline 300 fixiert wird und der Wellengenerator 100 um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Flex-Spline 200 elastisch verformt und der Zahneingriff mit dem Circular-Spline 300 wird in fortlaufender Reihenfolge bewegt.
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(c) Wenn der Wellengenerator 100 um 180 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird, bewegt sich der Flex-Spline 200 gegen den Uhrzeigersinn.
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(d) Wenn der Wellengenerator 100 sich um 360 Grad dreht, bewegt sich der Flex-Spline 200 gegen den Uhrzeigersinn. In diesem Fall, bewegt sich der Flex-Spline 200 so viel gegen den Uhrzeigersinn, wie die Differenz zwischen der Anzahl der Zähne des Flex-Spline 200 und der Anzahl der Zähne des Circular-Spline 300 beträgt.
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Die Merkmale, Strukturen, Auswirkungen und Ähnliches, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben werden, beinhalten mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, aber die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf eine Ausführungsform beschränkt. Ferner können die Merkmale, Strukturen, Auswirkungen und Ähnliches, die in jeder Ausführungsform illustriert werden, von einem Fachmann zu anderen Ausführungsformen kombiniert oder modifiziert werden. Daher sollten Inhalte im Zusammenhang mit der Kombination oder der Modifikation so interpretiert werden, dass sie im Rahmen der Erfindung beinhaltet sind.
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Während die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung darüber hinaus nicht darauf beschränkt. Es wird vom Fachmann verstanden, dass verschiedene Modifikationen und Anwendungen, die oben nicht illustriert sind, hergestellt werden können, ohne vom Sinn und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z. B. kann jede Komponente, die in den Ausführungsformen illustriert wird, modifiziert und hergestellt werden. Es sollte interpretiert werden, dass Unterschiede im Zusammenhang mit diesen Modifikationen und Anwendungen im Anwendungsbereich der Erfindung beinhaltet sind, der in den angehängten Ansprüchen definiert wird.
