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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgetriebes und ein Wellgetriebe.
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[Hintergrundtechnik]
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In Industrierobotern, Werkzeugmaschinen usw. werden Untersetzungsgetriebe eingesetzt, um die Rotation einer Antriebsquelle wie eines Motors usw. zu verlangsamen (siehe z. B. Patentliteratur 1).
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Das in Patentliteratur 1 angegebene Untersetzungsgetriebe ist ein Wellgetriebe, das einen Wellengenerator (WG), einen Circularspline (CS) und einen Flexspline (FS) aufweist.
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Da es sich bei Zahnrädern um extrem kleine Module handelt, wird der Änderungsbetrag der Eingriffsposition der Zahnränder aufgrund der Anhäufung von Bearbeitungsfehlern im Verhältnis zum Modul vergrößert. Daher ist es allgemein erforderlich, die Zahnräder auf eine angemessene Eingriffsposition einzustellen und zusammenzubauen. Ein ähnliches Einstellverfahren ist auch auf dem Wellgetriebe in Patentliteratur 1 aufgenommen.
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D. h., als Beispiel eines Einstellverfahrens für die Eingriffsposition der Circularspline (innenverzahntes Zahnrad) und der Flexspline (außenverzahntes Zahnrad) des Wellgetriebes ist ein Wellengenerator integriert. Dann ist der Überstiftdurchmesser (over pin diameter) am Hauptachsenteil eines elliptisch verformten außenverzahnten Zahnrads gemessen. Das außenverzahnte Zahnrad ist dann gezielt bearbeitet (Einstellung des Versetzungsbetrags) um eine Verzahnung des außenverzahnten Zahnrads vorzunehmen, damit ein mit dem außenverzahnten Zahnrad kombiniertes innenverzahntes Zahnrad in der theoretischen Eingriffsposition eingreift.
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[RELEVANTE REFERENZEN]
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[Patentdokument]
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[Patentliteratur 1] Patentveröffentlichung Nr.
JP 2020 -
41600 A -
[Übersicht der Erfindung]
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[Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
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Bei herkömmlichen Einstellverfahren für die Eingriffsposition des innenverzahnen Zahnrads und des außenverzahnen Zahnrads ist das Zahnprofil des innenverzahnten Zahnrads individuell versetzt. D. h., im herkömmlichen Fall hat das innenverzahnte Zahnrad jeweils einen unterschiedlichen Eingriffszustand des Zahnprofils mit dem außenverzahnten Zahnrad. Daher besteht die Möglichkeit, dass die Leistung des Untersetzungsgetriebes Schwankungen unterliegt und die Haltbarkeit der Zahnflanke abnimmt.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgetriebes und ein Wellgetriebe bereit, das die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes aufgrund von Zahnprofilversetzungen unterdrücken kann, wenn eine angemessene Eingriffsposition eingestellt wird, und die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessern kann.
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[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
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(1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgetriebes gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Schritt zur Messung der Abmessung eines innenverzahnten Zahnrads, einem Schritt zur Messung der Abmessung eines außenverzahnten Zahnrads, das radial innerhalb des innenverzahnten Zahnrads angeordnet ist, im innenverzahnten Zahnrad greift und die Biegsamkeit aufweist, einem Schritt zur Messung der Abmessung eines Lagers, das radial innerhalb des außenverzahnten Zahnrads angeordnet ist und die Biegsamkeit aufweist, und einem Schritt zur Bearbeitung eines elliptischen Nockens versehen, der radial innerhalb des Lagers angeordnet ist und das außenverzahnte Zahnrad in eine nichtkreisförmige Form biegt. Bei der Bearbeitung des elliptischen Nockens erfolgt die Bearbeitung des elliptischen Nockens auf der Basis der Abmessung jeweiliger Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, des außenverzahnten Zahnrads und des Lagers derart, dass die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads und des außenverzahnten Zahnrads konstant ist.
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Durch diese Ausbildung kann ein elliptischer Nocken mit einer theoretischen Ellipsenform hergestellt werden, die dem Zielwert der Ellipsenform entspricht, der aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des zuvor bearbeiteten innenverzahnten Zahnrads, außenverzahnten Zahnrads und Lagers bestimmt wurde. D. h., für jedes Wellgetriebe können elliptische Nocken mit unterschiedlichen elliptischen Hauptachsenformen bearbeitet werden, anstelle der herkömmlichen Verfahren zur gezielten Bearbeitung des Zahnprofils. Indem die obigen elliptischen Nocken mit unterschiedlichen Hauptachsenformen, die entsprechend dem Zielwert bearbeitet wurden, dann ins außenverzahnte Zahnrad integriert werden, kann der Betrag der elastischen Verformung geändert werden. Hierdurch ist es möglich, den Überstiftdurchmesser des Hauptachsenteils des außenverzahnten Zahnrads einzustellen, während ein theoretisches Zahnprofil beibehalten wird. Hierdurch können die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes, die durch Änderung des Zahnprofils der Versetzung des innenverzahnten Zahnrads verursacht werden, unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessert werden.
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(2) Im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens kann der elliptische Nocken bearbeitet werden, indem ein Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform, das aus mehreren Schleifbearbeitungsprogrammen einer Ellipsenform ausgewählt wurde, verwendet wird.
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(3) Die Messstelle des innenverzahnen Zahnrads kann der Zwischen-Stift-Durchmesser (between pin diameter) sein.
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(4) Die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads kann der Überstiftdurchmesser sein.
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(5) Im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens kann die Hauptachsenabmessung des elliptischen Nockens auf der Basis der Messergebnisse bestimmt werden, und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens kann derart festgelegt werden, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens nicht geändert wird.
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(6) Ein Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Schritt zur Messung der Abmessung eines innenverzahnten Zahnrads, einem Schritt zur Messung der Abmessung eines außenverzahnten Zahnrads, das radial innerhalb des innenverzahnten Zahnrads angeordnet ist, im innenverzahnten Zahnrad greift und die Biegsamkeit aufweist, einem Schritt zur Messung der Abmessung eines Lagers, das radial innerhalb des außenverzahnten Zahnrads angeordnet ist und die Biegsamkeit aufweist, und einem Schritt zur Bearbeitung eines elliptischen Nockens versehen, der radial innerhalb des Lagers angeordnet ist und das außenverzahnte Zahnrad in eine nichtkreisförmige Form biegt. Bei der Bearbeitung des elliptischen Nockens erfolgt die Bearbeitung des elliptischen Nockens auf der Basis der Abmessung jeweiliger Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, des außenverzahnten Zahnrads und des Lagers derart, dass die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads und des außenverzahnten Zahnrads konstant ist. Im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens wird der elliptische Nocken bearbeitet, indem ein Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform, das aus mehreren Schleifbearbeitungsprogrammen einer Ellipsenform ausgewählt wurde, verwendet wird. Die Messstelle des innenverzahnen Zahnrads ist der Zwischen-Stift-Durchmesser. Die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads ist der Überstiftdurchmesser. Im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens wird die Hauptachsenabmessung des elliptischen Nockens auf der Basis der Messergebnisse bestimmt, und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens wird derart festgelegt werden, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens nicht geändert wird.
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Durch diese Ausbildung kann ein elliptischer Nocken mit einer theoretischen Ellipsenform hergestellt werden, die dem Zielwert der Ellipsenform entspricht, der aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des zuvor bearbeiteten innenverzahnten Zahnrads, außenverzahnten Zahnrads und Lagers bestimmt wurde. D. h., für jedes Wellgetriebe können elliptische Nocken mit unterschiedlichen elliptischen Hauptachsenformen bearbeitet werden, anstelle der herkömmlichen Verfahren zur gezielten Bearbeitung des Zahnprofils. Indem die obigen elliptischen Nocken mit unterschiedlichen Hauptachsenformen, die entsprechend dem Zielwert bearbeitet wurden, dann ins außenverzahnte Zahnrad integriert werden, kann der Betrag der elastischen Verformung geändert werden. Hierdurch ist es möglich, den Überstiftdurchmesser des Hauptachsenteils des außenverzahnten Zahnrads einzustellen, während ein theoretisches Zahnprofil beibehalten wird. Hierdurch können die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes, die durch Änderung des Zahnprofils der Versetzung des innenverzahnten Zahnrads verursacht werden, unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessert werden.
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Weiterhin kann ein optimales Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform ausgewählt werden, die dem Zielwert der Ellipsenform entspricht, der aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, außenverzahnten Zahnrads und Lagers bestimmt wurde. Durch das ausgewählte Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform kann dann ein elliptischer Nocken mit geringen Toleranzen und hoher Genauigkeit in Bezug auf den Zielwert bearbeitet werden.
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Weiterhin ist die Messstelle des innenverzahnten Zahnrads der Zwischen-Stift-Durchmesser. Folglich kann die Abmessung des innenverzahnten Zahnrads hochpräzis und einfach gemessen werden. Weiterhin ist die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads der Überstiftdurchmesser. Folglich kann die Abmessung des außenverzahnten Zahnrads hochpräzis und einfach gemessen werden.
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Weiterhin wird im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens die Hauptachsenabmessung des elliptischen Nockens auf der Basis der Messergebnisse bestimmt, und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens wird derart festgelegt, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens nicht geändert wird. Daher kann aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, des außenverzahnten Zahnrads und des Lagers die Länge des Hauptachsenteils bestimmt und der Zielwert der Ellipsenform festgelegt werden.
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(7) Ein Wellgetriebe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem innenverzahnten Zahnrad, einem außenverzahnten Zahnrad, das radial innerhalb des innenverzahnten Zahnrads angeordnet ist, im innenverzahnten Zahnrad greift und die Biegsamkeit aufweist, einem Lager, das radial innerhalb des außenverzahnten Zahnrads angeordnet ist und die Biegsamkeit aufweist, und einem elliptischen Nocken versehen, der radial innerhalb des Lagers angeordnet ist und das außenverzahnte Zahnrad in eine nichtkreisförmige Form biegt. Der elliptische Nocken ist auf der Basis der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, des außenverzahnten Zahnrads und des Lagers derart bearbeitet, dass die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads und des außenverzahnten Zahnrads konstant ist.
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Durch diese Ausbildung wird der elliptische Nocken aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads, des außenverzahnten Zahnrads und des Lagers derart bearbeitet, dass die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads und des außenverzahnten Zahnrads konstant ist. Folglich wird ein elliptischer Nocken erzeugt, der in einer theoretischen Ellipsenform gebildet ist. Hierdurch können die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes, die durch Änderung des Zahnprofils der Versetzung des innenverzahnten Zahnrads verursacht werden, unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessert werden.
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(8) Das innenverzahnte Zahnrad kann anhand des Zwischen-Stift-Durchmessers gemessen werden. Das außenverzahnte Zahnrad kann anhand des Überstiftdurchmessers gemessen werden. Der elliptische Nocken kann mit einem Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform, das aus mehreren Schleifbearbeitungsprogrammen einer Ellipsenform ausgewählt wurde, mittels der Hauptachsenabmessung des elliptischen Nockens, die auf der Basis der Messergebnisse bestimmt wurde, und der Bearbeitungsabmessung, die derart festgelegt wurde, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens nicht geändert wird, bearbeitet werden.
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[Effekte der Erfindung]
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Nach dem Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes und dem Wellgetriebe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes, die durch eine Versetzung des Zahnprofils beim Einstellen der angemessenen Eingriffsposition verursacht werden, unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessert werden.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines Industrieroboters, der mit einem Wellgetriebe einer Ausführungsform versehen ist;
- 2 eine Schnittansicht des Wellgetriebes der Ausführungsform;
- 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung des Wellgetriebes der Ausführungsform.
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[Ausführungsformen der Erfindung]
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. In jeder der nachfolgend erläuterten Ausführungsformen und der abgewandelten Beispiele sind die gemeinsamen Teile mit demselben Zeichen versehen, und einige doppelte Erläuterungen werden weggelassen.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Industrieroboters (im Folgenden einfach als Roboter 1 bezeichnet), für dessen Antrieb ein Wellgetriebe 10, das in einem Motor mit einem Untersetzungsgetriebe vorgesehen wird, aufgenommen ist.
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Bei dem Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um einen Industrieroboter, der für Arbeiten wie z. B. die Zuführung, die Auslieferung, den Transport und die Montage von Teilen wie Präzisionsinstrumenten usw. verwendet wird. Der Roboter 1 ist mit einer Basis 11, einem ersten Arm 12, einem zweiten Arm 13, einem Arbeitskopf 14 und einem Endeffektor 15 versehen.
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Mit der Basis 11 ist der erste Arm 12 verbunden, der um eine Achse J drehbarer ist. Mit dem ersten Arm 12 ist der zweite Arm 13 verbunden, der um eine Achse parallel zur Achse J drehbar ist. Am Vorderende des zweiten Arms 13 ist der Arbeitskopf 14 vorgesehen, mit dem der Endeffektor 15 verbunden ist.
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Im Inneren der Basis 11 sind ein Motor 16 wie ein Servomotor und das Wellgetriebe 10 vorgesehen, das als Untersetzungsgetriebe zur Verlangsamung der Drehung des Motors 16 dient.
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Der erste Arm 12 wird durch die Antriebskraft des Motors 16 gedreht. Die Eingangswelle des Wellgetriebes 10 ist mit der Rotationswelle des Motors 16 verbunden. Die Ausgangswelle des Wellgetriebes 10 ist mit dem ersten Arm 12 verbunden. Wenn die Antriebskraft des Motors 16 über das Wellgetriebe 10 auf den ersten Arm 12 übertragen wird, dreht sich der erste Arm 12 in der horizontalen Ebene um die Achse J.
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2 ist eine Schnittansicht des Wellgetriebes 10 (Schnitt entlang einer Ebene, die die Achse J enthält und orthogonal zur Achse J steht).
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Die Form und die Abmessung des in 2 dargestellten Wellgetriebes 10 sind ein Beispiel und stimmen nicht mit der tatsächlichen Abmessung überein.
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Das Wellgetriebe 10 wird z. B. als Untersetzungsgetriebe eingesetzt. Das Wellgetriebe 10 weist ein innenverzahntes Zahnrad 2, ein becherförmiges außenverzahntes Zahnrad 3, das innerhalb des innenverzahnten Zahnrads 2 angeordnet ist, und einen Wellengenerator 4A auf, der innerhalb des außenverzahnten Zahnrads 3 angeordnet ist. Jedes Teil des Wellgetriebes 10 ist mit einem Schmiermittel wie einem Schmierfett usw. den Umständen entsprechend gefüllt. Der Wellengenerator 4A ist mit einem elliptischen Nocken 4 und einem Lager 5 ausgebildet, das in der Außenumfangsfläche des elliptischen Nockens 4 eingelegt ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das innenverzahnte Zahnrad 2 mit der Basis 11 des Roboters 1 verbunden, wie in 1 dargestellt. Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist mit dem ersten Arm 12 verbunden. Der elliptische Nocken 4 wird auf die Drehwelle eines nicht dargestellten Motors aufgesetzt und ist durch Verschrauben usw. verbunden.
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Wie in 2 gezeigt, dreht sich bei dem Wellgetriebe 10 der elliptische Nocken 4 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Drehwelle des Motors, wenn sich die Drehwelle des Motors dreht. Hierbei haben das innenverzahnte Zahnrad 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 voneinander unterschiedliche Zähnezahlen. Folglich drehen sich das innenverzahnte Zahnrad 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 bedingt durch die Differenz der Zähnezahlen relativ um die Achse J (Drehwelle), während sich ihre Eingriffspositionen in Umfangsrichtung bewegen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zähnezahl des innenverzahnten Zahnrads 2 größer als die Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrads 3. Daher kann das außenverzahnte Zahnrad 3 zum innenverzahnten Zahnrad 2 mit einer niedrigeren Drehgeschwindigkeit als die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle des Motors gedreht werden.
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Hierdurch kann ein Untersetzungsgetriebe realisiert werden, bei dem der elliptische Nocken 4 als Eingangswelle und das außenverzahnte Zahnrad 3 als Ausgangswelle dient.
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Die Verbindungsform des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des elliptischen Nockens 4 ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt.
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Bspw. kann das außenverzahnte Zahnrad 3 an der Basis 11 des Roboters 1 fixiert und das innere Zahnrad 2 am ersten Arm 12 verbunden werden. Auch in diesem Fall kann das Wellgetriebe 10 als Untersetzungsgetriebe eingesetzt werden.
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Weiterhin kann das Wellgetriebe 10 als Untersetzungsgetriebe verwendet werden, wenn das außenverzahnte Zahnrad 3 mit der Drehwelle des Motors verbunden ist.
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Das innenverzahnte Zahnrad 2 ist ein ringförmiges Zahnrad, das eine Innenverzahnung 21 aufweist und mit einem starren Körper ausgebildet ist.
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Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist innerhalb des innenverzahnten Zahnrads 2 eingesetzt. Das außenverzahnte Zahnrad 3 weist eine Außenverzahnung 31 auf, die in die Innenverzahnung 21 des innenverzahnten Zahnrads 2 eingreift. Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist ein flexibles Zahnrad, das sich in radialer Richtung biegen und verformen kann. D. h., das außenverzahnte Zahnrad 3 weist die Biegsamkeit auf. Die Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrads 3 ist geringer als die Zähnezahl des innenverzahnten Zahnrads 2. Die Zähnezahlen des außenverzahnten Zahnrads 3 und des innenverzahnten Zahnrads 2 unterscheiden sich auf diese Weise voneinander, wodurch ein Untersetzungsgetriebe realisiert werden kann.
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Das außenverzahnte Zahnrad 3 der vorliegenden Ausführungsform ist becherförmig. An der Außenumfangsfläche des außenverzahnten Zahnrads 3 ist die Außenverzahnung 31 gebildet. Das außenverzahnte Zahnrad 3 weist bspw. einen zylindrischen Körperteil 30, der an einem Ende (einem Ende in 2 in Richtung orthogonal zur Papieroberfläche) offen ist, und einen Boden auf, der sich vom anderen Ende des Körperteils 30 radial nach innen erstreckt. Der Körperteil 30 ist koaxial zur Achse J angeordnet und weist die Außenverzahnung 31 auf, die in das innenverzahnte Zahnrad 2 eingreift. Am Boden wird z. B. ein ausgangsseitiger Wellenkörper durch Verschrauben usw. befestigt.
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Der Wellengenerator 4A ist innerhalb des außenverzahnten Zahnrads 3 angeordnet und kann sich um die Achse J drehen. Der Wellengenerator 4A verformt den Körperteil 30 des außenverzahnten Zahnrads 3, wodurch die Außenverzahnung 31 in die Innenverzahnung 21 des innenverzahnen Zahnrads 2 eingreift. Der Körperteil 30 verformt sich in eine Ellipsenform oder eine Ovalform, wobei der Querschnitt des betreffenden Körperteils 30 die Hauptachse La und die Nebenachse Lb ist. Das außenverzahnte Zahnrad 3 und das innenverzahnte Zahnrad 2 sind um dieselbe Achse J drehbar und greifen innen und außen ineinander.
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Am Außenumfang des elliptischen Nockens 4 ist das Lager 5 montiert. Der elliptische Nocken 4 weist einen Wellenteil 41 auf, der sich um die Achse J dreht. Die Außenumfangsfläche des elliptischen Nockens 4 ist von Richtung der Achse J aus gesehen elliptisch oder oval gebildet, wobei die Hauptachse La in vertikaler Richtung liegt.
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Das Lager 5 weist einen flexiblen Innenring 51 und einen Außenring 52 sowie mehrere Kugel 53 auf, die zwischen dem Innenring 51 und dem Außenring 52 angeordnet sind.
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Der Innenring 51 ist in der Außenumfangsfläche 4a des elliptischen Nockens 4 eingelegt. Der Innenring 51 ist daher entlang der Außenumfangsfläche 4a des elliptischen Nockens 4 in einer elliptischen oder ovalen Form elastisch verformt. Der Außenring 52 ist entsprechend der Form des Innenrings 51 in einer elliptischen oder ovalen Form elastisch verformt. D. h., das Lager 5 weist die Biegsamkeit auf. Die Biegsamkeit bedeutet die Möglichkeit einer biegsamen Verformung.
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Die Außenumfangsfläche des Außenrings 52 steht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Körperteils 30. An der Außenumfangsfläche des Innenrings 51 und der Innenumfangsfläche des Außenrings 52 sind jeweils Laufbahnflächen für mehrere Kugeln 53 gebildet. Die Laufbahnflächen führen die mehreren Kugeln 53 entlang der Umfangsrichtung, die um die Achse J herum geht, und wälzen diese.
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Die mehreren Kugeln 53 sind von einem nicht dargestellten Halter gehalten, damit diese in Umfangsrichtung einen konstanten Abstand zueinander halten. Dies ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und das Lager 5 kann auch ohne Halter ausgebildet werden.
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Der Wellengenerator 4A ändert seine Richtung (Richtung der Hauptachse La), indem sich der elliptische Nocken 4 um die Achse J dreht. Der Außenring 52 wird verformt, indem sich die Ausrichtung des elliptischen Nockens 4 ändert. Hierdurch können die Eingriffspositionen des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahnten Zahnrads 3 nacheinander in Umfangsrichtung der Reihe nach bewegt werden. Der Innenring 51 ist fest an der Außenumfangsfläche 4a des elliptischen Nockens 4 eingerichtet, so dass der Verformungszustand unverändert bleibt. D. h., bei der Ausbildung ändern sich die Umfangslängen des Innenrings 51 und des Außenrings 52 nicht mit der Drehung des elliptischen Nockens 4.
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Das Wellgetriebe 10 der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein unten beschriebenes Herstellungsverfahren hergestellt. Der elliptische Nocken 4 wird dadurch hergestellt, dass dieser auf der Basis der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5, deren Abmessungen durch das Herstellungsverfahren gemessen wurden, bearbeitet wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahnten Zahnrads 3 derart eingestellt, dass diese innerhalb eines Bereichs von etwa ±5 µm in Bezug auf einen Referenzwert (Entwurfswert) enthalten ist.
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Durch Aufnahme des unten beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Wellgetriebes 10 ist es möglich, die Bearbeitungsgenauigkeit der jeweiligen Teile, des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Wellengenerators 4A, bis auf das Niveau einiger µm zu erhöhen. Hierdurch kann die Eingriffsposition innerhalb des oben beschriebenen Bereichs realisiert werden.
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(Verfahren zur Herstellung eines Wellgetriebes)
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 mit der oben beschriebenen Ausbildung anhand eines in 3 gezeigten Flussdiagramms, das das Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 zeigt, und einer in 2 gezeigten Schnittansicht des Wellgetriebes 10 näher erläutert.
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Das Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 weist hauptsächlich einen Schritt zur Messung der Abmessung des innenverzahnten Zahnrads 2 (CS), einen Schritt zur Messung der Abmessung des außenverzahnten Zahnrads 3 (FS), einen Schritt zur Messung der Abmessung des Lagers 5 und einen Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 des WGs auf der Basis der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 auf.
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Zunächst werden in einem vorbereitenden Schritt das innenverzahnte Zahnrad 2, das außenverzahnte Zahnrad 3 und das Lager 5 hergestellt, und die in 3 gezeigte Schritte zur Messung in Schritten S1 bis S4 werden vorgenommen. Bei der Herstellung dieser drei Teile wird eine Fertigungssteuerung durchgeführt, damit die Abmessungsabweichung so weit wie möglich nicht vorhanden ist.
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Im ersten Schritt S1 wird die Abmessung des außenverzahnten Zahnrads 3 (FS) gemessen. Die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads 3 im ersten Schritt S1 ist z. B. der Überstiftdurchmesser. Der Überstiftdurchmesser ist die äußere Abmessung zwischen benachbarten Stiften bei der Einfügung einer Kugel oder eines Stifts in die Zahnrille der Außenverzahnung 31. Durch Messung des Überstiftdurchmessers kann der Außendurchmesser L2 des außenverzahnten Zahnrads 3 ermittelt werden.
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Die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads 3 ist nicht auf den Überstiftdurchmesser beschränkt, und kann eine andere Messstelle sein. Bspw. kann ein Messverfahren unter Verwendung eines berührungslosen Zahnprofilmessgeräts aufgenommen werden.
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Im zweiten Schritt S2 wird der Durchmesser (Innendurchmesser) einer Lagerbohrung 32 des außenverzahnten Zahnrads 3 (FS) gemessen.
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Im dritten Schritt S3 wird die Abmessung des innenverzahnten Zahnrads 2 (CS) gemessen. Die Messstelle des innenverzahnten Zahnrads 2 im dritten Schritt S3 ist z. B. der Zwischen-Stift-Durchmesser. Der Zwischen-Stift-Durchmesser ist die innere Abmessung zwischen benachbarten Stiften bei der Einfügung der Kugel oder des Stifts in die Zahnrille der Innenverzahnung 21. Durch Messung des Zwischen-Stift-Durchmessers kann der Innendurchmesser L1 des innenverzahnten Zahnrads 2 ermittelt werden.
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Die Messstelle des innenverzahnten Zahnrads 2 ist nicht auf den Zwischen-Stift-Durchmesser beschränkt, und kann eine andere Messstelle sein. Bspw. kann ein Messverfahren unter Verwendung eines berührungslosen Zahnprofilmessgeräts aufgenommen werden.
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Im vierten Schritt S4 wird die Dickenabmessung des Lagers 5 gemessen. Die gemessene Dicke L3 des Lagers 5 entspricht dem Abstand zwischen der Innenumfangsfläche des Innenrings 51 und der Außenumfangsfläche des Außenrings 52. Zur Messung der Dicke L3 des Lagers 5 kann z. B. ein Mikrometer eingesetzt werden.
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Die jeweiligen Toleranzen (Differenz zwischen Höchst- und Mindestabmessung der zulässigen Abweichung in Bezug auf den Referenzwert) für den Innendurchmesser L1 des innenverzahnten Zahnrads 2 und den Außendurchmesser L2 des außenverzahnten Zahnrads 3 werden z. B. auf ±10 µm festgelegt. Die Toleranz für die Dicke L3 des Lagers 5 wird demgegenüber z. B. auf ± 15 µm festgelegt.
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Indem die Abmessungsabweichungen des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 durch die Abmessung des unten beschriebenen elliptischen Nockens 4 aufgefangen werden, kann die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahnten Zahnrads 3 z. B. in einem Bereich von etwa ±5 µm in Bezug auf den Referenzwert (Entwurfswert) eingestellt werden. Weiterhin werden das innenverzahnte Zahnrad 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 jeweils mit einem einzigen Teil ausgebildet. Daher ist es einfach, die Abmessungsabweichungen des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahnten Zahnrads 3 im Vergleich zum Lager 5 zu verkleinern.
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Die Referenzwerte für die Abmessung jedes Teils sind die Entwurfswerte, für die die Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahntes Zahnrads 3 als Referenzwert dient.
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Das Bildungsverfahren dieser drei Teile ist nicht besonders beschränkt, und es können verschiedene Verfahren mechanischer Bearbeitung und verschiedene Formgebungsverfahren eingesetzt werden. Das außenverzahnte Zahnrad 3, das innenverzahne Zahnrad 2 und das Lager 5 sind als Bestandteil bevorzugt z. B. mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Insbesondere werden bevorzugt Werkstoffe auf Eisenbasis eingesetzt, da diese hervorragende mechanische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit aufweisen und relativ kostengünstig sind. Als Werkstoffe auf Eisenbasis werden bspw. Gusseisen, Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl, Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), martensitaushärtender Stahl, ausscheidungshärtender Edelstahl usw. angeführt, obwohl diese nicht besonders darauf beschränkt sind.
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Die Reihenfolge des ersten Schritts S1 und des zweiten Schritts S2 zur Messung des außenverzahnten Zahnrads 3, des dritten Schritts S3 zur Messung des innenverzahnten Zahnrads 2 und des vierten Schritts S4 zur Messung des Lagers 5 ist nicht besonders beschränkt und kann nach Bedarf geändert werden. So kann bspw. jeder der Schritte S1, S2, S3, S4 parallel durchgeführt werden.
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Im fünften Schritt S5 wird dann auf der Basis der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des oben beschriebenen innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 der elliptische Nocken 4 bearbeitet.
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Konkret wird im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 im fünften Schritt S5 auf der Basis der Messergebnisse die Hauptachsenabmessung L4 des elliptischen Nockens 4 als Zielwert bestimmt und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 derart festgelegt, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens 4 nicht geändert wird. Die Nebenachsenabmessung L5 des elliptischen Nockens 4 wird aus der Hauptachsenabmessung L4 und der Umfangslänge ermittelt.
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Beim elliptischen Nocken 4, der nach der Festlegung auf diese Weise bearbeitet wird, wird die Umfangslänge, die einen eingepressten Teil des Lagers 5 darstellt, beibehalten und währenddessen die Hauptachsenabmessung L4 geändert, wodurch der Betrag der elastischen Verformung nach der Integration des außenverzahnten Zahnrads 3 geändert wird. Folglich kann die Eingriffsposition des außenverzahnten Zahnrads 3 und des innenverzahnten Zahnrads 2 eingestellt werden.
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Daher entfällt im fünften Schritt S5 das herkömmliche Einstellverfahren der Eingriffsposition des innenverzahnten Zahnrads 2 und des außenverzahnten Zahnrads 3. D. h., keine Einstellung mehr ist nötig, bei der der Wellengenerator integriert, der Überstiftdurchmesser am Hauptachsenteil des elliptisch verformten außenverzahnten Zahnrads gemessen, und durch gezielte Bearbeitung des außenverzahnten Zahnrads eine Verzahnung vorgenommen wird, damit sich das innenverzahnte Zahnrad in der theoretischen Eingriffsposition befindet.
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Anschließend wird im sechsten Schritt S6 der optimale elliptische Nocken 4 entsprechend der im fünften Schritt S5 festgelegten Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 durch Schneiden bearbeitet.
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Die Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 wird bevorzugt unter den gleichen Bearbeitungsbedingungen vorgenommen wie bei dem innenverzahnten Zahnrad 2 und dem außenverzahnten Zahnrad 3, um die Einstellung in eine theoretische Eingriffsposition in der elliptischen Form vorzunehmen.
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Der elliptische Nocken 4 ist als Bestandteil bevorzugt z. B. mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Insbesondere werden bevorzugt Werkstoffe auf Eisenbasis eingesetzt, da diese hervorragende mechanische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit aufweisen und relativ kostengünstig sind. Als Werkstoffe auf Eisenbasis werden bspw. Gusseisen, Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl, Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), martensitaushärtender Stahl, ausscheidungshärtender Edelstahl usw. angeführt, obwohl diese nicht besonders darauf beschränkt sind.
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Als nächstes wird im siebten Schritt S7 die Länge des Hauptachsenteils des im sechsten Schritt S6 bearbeiteten elliptischen Nockens 4 (Hauptachsenabmessung L4) gemessen und die Hauptachsenabmessung L4 wird mit dem im fünften Schritt S5 bestimmten Zielwert verglichen.
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Liegt die gemessene Hauptachsenabmessung L4 innerhalb der zulässigen Toleranz zum Zielwert (S7: JA), dann wird das Wellgetriebe 10 im achten Schritt S8 zusammengebaut. Liegt demgegenüber die gemessene Hauptachsenabmessung L4 außerhalb der zulässigen Toleranz zum Zielwert (S7: NEIN), so erfolgt die Rückkehr zum sechsten Schritt S6. Der optimale elliptische Nocken 4 wird dann wieder durch Schneiden bearbeitet, der der im fünften Schritt S5 festgelegten Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 entspricht.
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Hierdurch kann hinsichtlich des elliptischen Nockens 4 der hochpräzise elliptische Nocken 4, dessen Toleranzen für die Abmessung des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 im Bereich von z. B. ± 2 µm enthalten sind, hergestellt werden.
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Im Schritt zum Zusammenbauen im achten Schritt S8 werden der elliptische Nocken 4, das Lager 5, das außenverzahnte Zahnrad 3, und das innenverzahnte Zahnrad 2 in die Richtung weg von der Mittelachse (Achse J) des im sechsten Schritt S6 und siebten Schritt S7 bearbeiteten elliptischen Nockens 4 derart zusammengebaut, dass diese in dieser Reihenfolge innen und außen aufgereiht sind. D. h., das in 2 gezeigte Wellgetriebe 10 wird zusammengebaut.
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Wie oben beschrieben, weist das Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 der vorliegenden Ausführungsform den Schritt zur Messung der Abmessung des innenverzahnten Zahnrads 2, den Schritt zur Messung der Abmessung des außenverzahnten Zahnrads 3, den Schritt zur Messung der Abmessung des Lagers 5 und den Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 auf der Basis der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5.
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Daher kann der elliptische Nocken 4 mit einer theoretischen Ellipsenform hergestellt werden, die dem Zielwert der Ellipsenform entspricht, der aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des zuvor bearbeiteten innenverzahnten Zahnrads 2, außenverzahnten Zahnrads 3 und Lagers 5 bestimmt wurde. D. h., in der vorliegenden Ausführungsform kann der elliptische Nocken 4 mit unterschiedlichen Hauptachsenformen der Ellipsenform für jedes Wellgetriebe 10 bearbeitet werden, anstelle der herkömmlichen Verfahren zur gezielten Bearbeitung des Zahnprofils. Der elliptische Nocken 4 mit unterschiedlichen Hauptachsenformen, die entsprechend dem Zielwert bearbeitet wurden, wird dann in das außenverzahnte Zahnrad 3 integriert und der Betrag der elastischen Verformung des elliptischen Nockens 4 wird geändert. Hierdurch ist es möglich, den Überstiftdurchmesser des Hauptachsenteils des außenverzahnten Zahnrads 3 unter Beibehaltung des theoretischen Zahnprofils einzustellen. Hierdurch können die Schwankungen in der Leistung des Untersetzungsgetriebes, die durch Änderung des Zahnprofils aufgrund der Versetzung des innenverzahnten Zahnrads 2 verursacht werden, unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit der Zahnflanke verbessert werden.
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Beim Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 der vorliegenden Ausführungsform ist die Messstelle des innenverzahnten Zahnrads 2 der Zwischen-Stift-Durchmesser. Folglich kann die Abmessung des innenverzahnten Zahnrads 2 hochpräzis und einfach gemessen werden.
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Beim Verfahren zur Herstellung des Wellgetriebes 10 der vorliegenden Ausführungsform ist ferner die Messstelle des außenverzahnten Zahnrads 3 der Überstiftdurchmesser. Folglich kann die Abmessung des außenverzahnten Zahnrads 3 hochpräzis und einfach gemessen werden.
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Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 die Hauptachsenabmessung L4 des elliptischen Nockens 4 auf der Basis der Messergebnisse bestimmt und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 wird derart festgelegt, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens 4 nicht geändert wird. Die Länge des Hauptachsenteils der Ellipsenform kann daher aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 bestimmt werden, um den Zielwert der Ellipsenform festzulegen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, sofern nicht von deren Kern abgewichen wird.
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Die Form des elliptischen Nockens 4 ist bspw. nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform (2) beschränkt. Die Form des elliptischen Nockens 4 kann z. B. eine Standard-Ellipse sein, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, oder eine spezielle Ellipsenform sein.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall als Beispiel angeführt, in dem die vorliegende Ausführungsform als Wellgetriebe 10 auf einen Bechertyp mit dem becherförmigen außenverzahnten Zahnrad 3 angewendet wurde, jedoch ist nicht auf diesen Fall beschränkt. Die vorliegende Ausführungsform kann z. B. auch auf einen Seidenhuttyp angewendet werden, bei dem das außenverzahnte Zahnrad 3 hutförmig ist, oder auf ein Wellgetriebe mit dem außenverzahnten Zahnrad in einer anderen Form als diese.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Industrieroboter als Anwendungsgegenstand des Wellgetriebes 10 erläutert, ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Zum Beispiel kann das Wellgetriebe der vorliegenden Erfindung bspw. auf Werkzeugmaschinen, Automobile usw. angewendet werden.
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Bspw. kann ein Herstellungsverfahren aufgenommen werden, in dem der elliptische Nocken 4 bearbeitet wird, indem im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 ein Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform, das aus mehreren vorab vorbereiteten Schleifbearbeitungsprogrammen einer Ellipsenform ausgewählt wurde, verwendet wird.
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Konkret kann im Verfahren zur Herstellung der Wellgetriebes 10 der oben beschriebenen Ausführungsform zwischen dem fünften Schritt S5 und dem sechsten Schritt S6 ein Schritt zur Auswahl eines Schleifbearbeitungsprogramms einer Ellipsenform aus mehreren Schleifbearbeitungsprogrammen einer Ellipsenform, die im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 verwendet werden (nachstehend als zehnter Schritt S10 bezeichnet), vorgesehen werden.
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In diesem Fall werden mehrere Schleifbearbeitungsprogramme einer Ellipsenform auf der Bearbeitungsmaschine vorab eingestellt. Im zehnten Schritt S10 wird ein optimales Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform ausgewählt, das der im fünften Schritt S5 festgelegten Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 entspricht. Im sechsten Schritt S6 kann dann das im zehnten Schritt S10 ausgewählte Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform verwendet werden, um den elliptischen Nocken 4 durch Schneiden zu bearbeiten.
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In diesem Fall kann ein optimales Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform ausgewählt werden, das dem Zielwert der Ellipsenform entspricht, der aus der Abmessung der jeweiligen Messergebnisse des innenverzahnten Zahnrads 2, des außenverzahnten Zahnrads 3 und des Lagers 5 bestimmt wurde. Mit dem ausgewählten Schleifbearbeitungsprogramm einer Ellipsenform kann dann der elliptische Nocken 4 mit einer geringen Toleranz in Bezug auf den Zielwert und hoher Genauigkeit bearbeitet werden.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Herstellungsverfahren vorgesehen, in dem im Schritt zur Bearbeitung des elliptischen Nockens 4 die Hauptachsenabmessung L4 des elliptischen Nockens 4 auf der Basis der Messergebnisse bestimmt und die Bearbeitungsabmessung des elliptischen Nockens 4 derart zum Zielwert festgelegt wird, dass die Umfangslänge des elliptischen Nockens 4 nicht geändert wird. Das Verfahren zur Bestimmung des Zielwertes der Ellipsenform des elliptischen Nockens 4 ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und es können auch andere Bestimmungsverfahren aufgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter,
- 2
- innenverzahntes Zahnrad,
- 3
- außenverzahntes Zahnrad,
- 4A
- Wellengenerator,
- 4
- elliptischer Nocken,
- 5
- Lager,
- 10
- Wellgetriebe,
- 21
- Innenverzahnung,
- 31
- Außenverzahnung,
- 41
- Wellenteil,
- 51
- Innenring,
- 53
- Kugel,
- 52
- Außenring,
- L1
- Innendurchmesser des innenverzahntenZahnrads,
- L2
- Außendurchmesser des außenverzahntenZahnrads,
- L3
- Dicke des Lagers,
- L4
- Hauptachsenabmessung,
- L5
- Nebenachsenabmessung,
- La
- Hauptachse,
- Lb
- Nebenachse,
- J
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2020 [0006]
- JP 41600 A [0006]
