DE102020201392A1

DE102020201392A1 - Shape-optimized corrugated washer

Info

Publication number: DE102020201392A1
Application number: DE102020201392.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Löchte; Thomas Merath
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellscheibe (101) für ein Wellgetriebe. Ein äußerer Umriss der Wellscheibe ist in mindestens einem Querschnitt durch eine Menge {(R((φ), φ) | 0° ≤ <φ ≤ 360°} von Punkten in Polarkoordinaten beschrieben wird, mit R(φ): = a - (a - b) · lsinφlp, a > b > 0 und p > 0The invention relates to a wave washer (101) for a wave gear. An outer contour of the corrugated washer is described in at least one cross section by a set {(R ((φ), φ) | 0 ° ≤ <φ ≤ 360 °} of points in polar coordinates, with R (φ): = a - ( a - b) lsinφlp, a> b> 0 and p> 0

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellscheibe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a corrugated washer according to the preamble of claim 1.

Die Druckschriften CN 107 676 456 A , DE 10 2014 111 722 B4 , CN 104 565 219 A , US 9 470 301 B2 und CN 103 453 078 B beschreiben Wellgetriebe mit Wellscheiben, deren Form im Querschnitt von einer Ellipse abweicht. Dies hat den Vorteil einer geringeren Spannungsbelastung des elastischen Rads.The pamphlets CN 107 676 456 A , DE 10 2014 111 722 B4 , CN 104 565 219 A , US 9 470 301 B2 and CN 103 453 078 B describe wave drives with wave washers, the shape of which deviates from an ellipse in cross section. This has the advantage of less stress on the elastic wheel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wellgetriebe verfügbar zu machen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Wellgetriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung und dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.The invention is based on the object of making an improved harmonic drive available. This object is achieved by a harmonic drive according to claim 1. Preferred developments emerge from the following description and that in 1 illustrated embodiment.

Die Wellscheibe ist für die Verwendung in einem Wellgetriebe ausgebildet. Dort ist die Wellscheibe drehfest mit einer Eingangswelle verbunden. Die Wellscheibe ist im Inneren eines elastischen Rads angeordnet. Das elastische Rad ist ein außenverzahntes Hohlrad, das in radialer Richtung elastisch ist. Es ist drehfest mit einer Ausgangswelle des Wellgetriebes verbunden. Über ein Lager übt die Wellscheibe einen Druck auf das elastische Rad aus, der das elastische Rad radial nach außen hin verformt. Infolge dieser Verformung greift die Verzahnung des elastischen Rads in die Verzahnung eines sogenannten starren Rads ein. Das starre Rad ist ein gehäusefest angeordnetes Hohlrad, welches koaxial zu dem elastischen Rad angeordnet ist und das elastische Rad in Umfangsrichtung umgibt.The wave washer is designed for use in a wave gear. There the corrugated washer is non-rotatably connected to an input shaft. The corrugated washer is arranged inside an elastic wheel. The elastic wheel is an externally toothed ring gear that is elastic in the radial direction. It is non-rotatably connected to an output shaft of the harmonic drive. The corrugated washer exerts a pressure on the elastic wheel via a bearing, which pressure deforms the elastic wheel radially outwards. As a result of this deformation, the teeth of the elastic wheel mesh with the teeth of a so-called rigid wheel. The rigid wheel is a ring gear fixed to the housing, which is arranged coaxially to the elastic wheel and surrounds the elastic wheel in the circumferential direction.

Durch die Verformung des elastischen Rads und den Zahneingriff mit dem starren Rad kommt eine drehwirksame Verbindung zwischen der Wellscheibe und dem elastischen Rad zustande. Eine Drehung der Wellscheibe überträgt sich auf das elastische Rad. Zwischen der Wellscheibe und dem elastischen Rad besteht ein linearer Drehzahlzusammenhang.The deformation of the elastic wheel and the meshing of the teeth with the rigid wheel create a rotationally effective connection between the corrugated washer and the elastic wheel. A rotation of the corrugated washer is transmitted to the elastic wheel. There is a linear speed relationship between the corrugated washer and the elastic wheel.

Ein äußerer Umriss der Wellscheibe ist wird in mindestens einem Querschnitt durch eine Menge {(R(<φ), φ) | 0° ≤ φ ≤ 360°} von Punkten in Polarkoordinaten beschrieben, mit $R (φ) : = a - (a - b) \cdot {| sin φ |}^{p},$

a > b > 0 und p > 0. Die Menge {(R(<φ), <p) | 0° ≤ φ ≤ 360°} und die Menge sämtlicher Punkte des äußeren Umrisses der Wellscheibe in dem mindestens einem Querschnitt sind gleich.An outer contour of the corrugated washer is in at least one cross-section through a set {(R (<φ), φ) | 0 ° ≤ φ ≤ 360 °} described by points in polar coordinates, with

R. (φ) : = a - (a - b) \cdot {| sin φ |}^{p},

a>b> 0 and p> 0. The set {(R (<φ), <p) | 0 ° ≤ φ ≤ 360 °} and the set of all points of the outer contour of the corrugated washer in the at least one cross section are the same.

R(<p) gibt einen Abstand eines Punkts des Umrisses von einem in dem mindestens Querschnitt liegenden Mittelpunkt des Umrisses an. <p bezeichnet einen Winkel, den eine Gerade, die den genannten Punkt des Umrisses mit dem Mittelpunkt verbindet, und eine vollständig in dem mindestens einen Querschnitt enthaltene, durch den Mittelpunkt verlaufende Bezugsgerade einschließen.R (<p) specifies a distance between a point of the outline and a center point of the outline that is located in the at least cross section. <p denotes an angle enclosed by a straight line which connects the named point of the outline with the center point and a reference straight line which is contained completely in the at least one cross section and runs through the center point.

Für φ = 0, φ = 90°, φ = 180° und φ = 270° liegt der genannte Punkt des Umrisses auf einer Ellipse. Der Parameter p ist so gewählt, dass der Punkt des Umrisses für 0 < φ < 90°, 90° < φ < 180°, 180° < φ < 270° und 270° < φ < 360° außerhalb der Ellipse liegt. Ein Punkt der Ellipse, der von der Geraden, die den Punkt des Umrisses mit dem Mittelpunkt verbindet, geschnitten wird, hat für diese Winkelbereiche einen geringeren Abstand von dem Mittelpunkt als der Punkt des Umrisses.For φ = 0, φ = 90 °, φ = 180 ° and φ = 270 °, the named point of the outline lies on an ellipse. The parameter p is chosen so that the point of the outline for 0 <φ <90 °, 90 ° <φ <180 °, 180 ° <φ <270 ° and 270 ° <φ <360 ° lies outside the ellipse. A point of the ellipse which is intersected by the straight line connecting the point of the outline with the center point has a smaller distance from the center point than the point of the outline for these angular ranges.

Vorzugsweise gilt 2 ≤ p ≤ 2,5. Besonders bevorzugt gilt 2,2 ≤ p ≤ 2,3.Preferably, 2 p 2.5 applies. 2.2 p 2.3 is particularly preferred.

Insbesondere kann eine untere Grenze p_min für den Parameter p wie folgt in Abhängigkeit des Verhältnisses b/a festgelegt werden: b/a Pmin 0.80 2.16 0.85 2.12 0.90 2.07 0.95 2.04 0.96 2.03 0.97 2.03 0.98 2.01 0.99 2,00 In particular, a lower limit p _min for the parameter p can be determined as follows depending on the ratio b / a: b / a Pmin 0.80 2.16 0.85 2.12 0.90 2.07 0.95 2.04 0.96 2.03 0.97 2.03 0.98 2.01 0.99 2.00

Der äußere Umriss in dem mindestens einen Querschnitt wird gebildet durch einen Teil der Oberfläche der Wellscheibe, der die Wellscheibe in axialer Richtung nach außen hin begrenzt. Sämtliche Teile der Wellscheibe in dem mindestens einen Querschnitt sind innerhalb des äußeren Umrisses angeordnet. Der Teil der Oberfläche, der den äußeren Umriss in dem mindestens einen Querschnitt bildet, bewirkt bei einer Drehung der Wellscheibe die oben beschriebene Verformung des elastischen Rads. Entsprechend ist dieser Teil der Oberfläche der Wellscheibe als Lagersitz oder Lagerlaufbahn des oben beschriebenen Lagers ausgestaltet. (The outer contour in the at least one cross section is formed by a part of the surface of the corrugated washer which delimits the corrugated washer towards the outside in the axial direction. All parts of the corrugated washer in the at least one cross section are arranged within the outer contour. The part of the surface which forms the outer contour in the at least one cross section causes the above-described deformation of the elastic wheel when the corrugated washer rotates. Correspondingly, this part of the surface of the corrugated washer is designed as a bearing seat or bearing raceway of the bearing described above. (

Ein Querschnitt ist ein Schnitt, dessen Schnittebene orthogonal zu einer Längsachse ausgerichtet ist. Die Längsachse ist vorliegend identisch mit einer gemeinsamen Drehachse der Wellscheibe und des elastischen Rads.A cross section is a section whose cutting plane is oriented orthogonally to a longitudinal axis. In the present case, the longitudinal axis is identical to a common axis of rotation of the corrugated washer and the elastic wheel.

Die Erfindung ermöglicht es, Spannungen an den am stärksten belasteten Stellen des Wellgetriebes zu reduzieren. Die Bereiche, an denen die Verzahnungen des elastischen Rads und des starren Rads in Eingriff stehen, spannen unter Beibehaltung der ursprünglichen Kinematik des Getriebes einen großen Winkel auf. Dadurch wird erreicht, dass die sich im Eingriff befindlichen Zähne vollständig oder nahezu vollständig tragen und sich das zu übertragende Drehmoment gleichmäßig auf viele Zähne verteilt.The invention makes it possible to reduce stresses at the most heavily loaded points of the harmonic drive. The areas in which the teeth of the elastic wheel and the rigid wheel are in engagement span a large angle while maintaining the original kinematics of the transmission. This ensures that the teeth that are in mesh wear completely or almost completely and the torque to be transmitted is evenly distributed over many teeth.

Gegenüber den oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Wellscheiben, deren Umrisse durch zusammengesetzte Konturen oder komplexe mathematische Definitionen beschrieben werden, hat die erfindungsgemäße Wellscheibe den Vorteil einer größeren Einfachheit bzw. verringerten Komplexität der Formgebung. Dies vereinfacht die Konstruktion, die Optimierung und die Fertigung der Wellscheibe.Compared to the above-described corrugated washers known from the prior art, the outlines of which are described by composite contours or complex mathematical definitions, the corrugated washer according to the invention has the advantage of greater simplicity or reduced complexity of the shape. This simplifies the design, optimization and manufacture of the corrugated washer.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

1 einen Umriss einer Wellscheibe.

A preferred embodiment of the invention is shown in 1 shown. In detail shows:

1 an outline of a corrugated washer.

In 1 wird ein äußerer Umriss einer Wellscheibe 101 dem Umriss einer Ellipse 103 gegenübergestellt. Der Umriss der Wellscheibe 101 wird über eine erste Achse 105 und eine zweite Achse 107, die orthogonal zueinander verlaufen, aufgespannt. Die Achsen 105, 107 schneiden sich in einem Mittelpunkt 109.In 1 becomes an outer contour of a corrugated washer 101 the outline of an ellipse 103 juxtaposed. The outline of the corrugated washer 101 is via a first axis 105 and a second axis 107 , which run orthogonally to each other, stretched. The axes 105 , 107 intersect at a center point 109 .

Für den Abstand R eines beliebigen Punkts 111 des Umrisses der Wellscheibe 101 von dem Mittelpunkt 109 gilt: $R = a - (a - b) \cdot {| sin φ |}^{p}$

<p bezeichnet dabei einen Winkel, den eine den Mittelpunkt 109 und den Punkt 111 miteinander verbindende Strecke und die erste Achse 105 einschließen. a gibt den Abstand des Mittelpunkts 109 von einem Schnittpunkt des Umrisses 101 mit der ersten Achse 105 an. Entsprechend bezeichnet b den Abstand des Mittelpunkts 109 von einem Schnittpunkt der zweiten Achse 107 mit dem Umriss 101.For the distance R from any point 111 of the outline of the corrugated washer 101 from the center point 109 is applicable:

R. = a - (a - b) \cdot {| sin φ |}^{p}

<p denotes an angle, one of which is the center 109 and the point 111 interconnecting line and the first axis 105 lock in. a gives the distance from the center point 109 from an intersection of the outline 101 with the first axis 105 on. Correspondingly, b denotes the distance from the center point 109 from an intersection of the second axis 107 with the outline 101 .

Der Umriss der Wellscheibe 101 weicht zwischen den Achsen 105, 107 von dem Umriss der Ellipse 103 ab. Je weiter sich der Punkt 111 einer der Achsen 105, 107 annähert, desto geringer wird die Abweichung. Die Umrisse der Wellscheibe 101 und der Ellipse 103 schneiden die Achsen 105, 107 in denselben Punkten.The outline of the corrugated washer 101 gives way between the axes 105 , 107 from the outline of the ellipse 103 away. The further the point 111 one of the axes 105 , 107 approaches, the smaller the deviation becomes. The outline of the corrugated washer 101 and the ellipse 103 cut the axes 105 , 107 in the same points.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

101101: WellscheibeCorrugated washer
103103: Ellipseellipse
105105: erste Achsefirst axis
107107: zweite Achsesecond axis
109109: MittelpunkCenter point
111111: PunktPoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

CN 107676456 A [0002]
DE 102014111722 B4 [0002]
CN 104565219 A [0002]
US 9470301 B2 [0002]
CN 103453078 B [0002]

Claims

Wave washer (101) for a wave gear; characterized in that an outer contour of the corrugated washer in at least one cross section through a set {(R (<φ), φ) | 0 ° ≤ φ ≤ 360 °} is described by points in polar coordinates, with

R. (φ) : = a - (a - b) \cdot {| sin φ |}^{p},

a>b> 0 and p> 0.