DE112004002907T5

DE112004002907T5 - Wellgetriebe-Trieb mit Zahnprofil, das mit Negativausbiegung kämmt

Info

Publication number: DE112004002907T5
Application number: DE112004002907T
Authority: DE
Inventors: Shoichi Yokohama Ishikawa; Noboru Takizawa
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: US20070266819A1; WO2005124189A1; DE112004002907B4; US7735396B2; JP4650954B2; JPWO2005124189A1

Abstract

Wellgetriebe-Trieb mit einem kreisförmigen, starren Innenzahnrad bzw. innenverzahnten Zahnrad, einem darin vorhandenen, flexiblen Außenzahnrad bzw. außenverzahnten Zahnrad, einem darin eingefügten Wellgenerator, wobei das flexible Außenzahnrad einen flexiblen zylindrischen Hauptteil und eine ringförmige Membran aufweist, die sich in radialer Richtung von einem hinteren Ende des zylindrischen Hauptteils erstreckt, wobei ein Verzahnungsbereich an einer Vorderende-Offenbereich-Seite des zylindrischen Hauptteils ausgebildet ist und um ein Biegungsausmaß zu einer elliptischen Form gebogen wird, wobei das Ausmaß der Biegung durch einen Wellgenerator so erzeugt wird, dass es von einem hinteren Endbereich an der Membran-Seite zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite des flexiblen Außenzahnrads nahezu proportional zur Entfernung von der Membran ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das starre Basis-Innenzahnrad und das flexible Basis-Außenzahnrad Stirnzahnräder mit einem Modul m sind,
dass eine Zähnezahl des flexiblen Außenzahnrads 2n (n ist eine positive ganze Zahl) kleiner als die Zähnezahl des starren Innenzahnrads ist,
dass ein...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wellgetriebe-Trieb, insbesondere einen Wellgetriebe-Trieb mit einem Zahnprofil, das bei hoher (Drehzahl-)Reduktion das Ratschen vermeiden kann.
Stand der Technik
Seitdem der Wellgetriebe-Trieb von C.W. Musser erfunden wurde (Patent-Bezugsstelle 1) bis zum heutigen Tage, sind verschiedene Arten von Wellgetriebe-Trieben durch viele Forscher, einschließlich Musser und des Erfinders in der vorliegenden Anmeldung, erfunden worden. Diverse Erfindungen sind ferner vorgeschlagen worden, die sich gerade auf Zahnprofile von Wellgetriebe-Trieben beziehen. So hat der in der vorliegenden Erfindung genannte Erfinder z.B. vorgeschlagen, das Basis-Zahnprofil als Evolventen-Zahnprofil auszubilden (Patent-Bezugsstelle 2), und ein Verfahren zum Auslegen eines Zahnprofils vorgeschlagen, bei dem die Zahnkopfprofile für weiten Kontakt zwischen dem starren Innenzahnrad und dem flexiblen Außenzahnrad abgeleitet sind, indem eine Zahnstangen-Annäherung des Eingriffs zwischen den zwei Zahnrädern verwendet wird (Patent-Bezugsstellen 3 und 4). Außerdem ist eine Erfindung vorgeschlagen worden zum Vermeiden des Gegeneinanderstoßens zwischen zwei Zahnstangen-angenäherten Zahnprofilen (Patent-Bezugsstelle 5).

Patent-Bezugsstelle 1: US-Patent Nr. 2 906 143
Patent-Bezugsstelle 2: JP 45-41171 B
Patent-Bezugsstelle 3: JP 63-115943 A
Patent-Bezugsstelle 4: JP 64-79448 A
Patent-Bezugsstelle 5: JP 7-167228 A

Offenbarung der Erfindungen
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Bei einem Wellgetriebe-Trieb mit einem geringen (Drehzahl-)Reduktionsverhältnis, bei dem die beiden Zahnräder eine niedrige Anzahl von Zähnen haben, muss das Ausmaß des radialen Biegens des flexiblen Außenzahnrads klein sein, um die Zunahme der Biegespannungen, welche die elliptische Deformation des flexiblen Außenzahnrads begleiten, zu vermeiden. Das heißt, dass das maximale Ausmaß des Ausbiegens, wenn das kreisförmige Profil des flexiblen Außenzahnrads zu einer elliptischen Gestalt verformt wird, auf ein Biegeausmaß κmn (κ < 1) festgelegt werden muss; dieses Biegeausmaß ist kleiner als das normale Biegeausmaß mn, welches Standard ist. Eine derartige Maßnahme ist z.B. im Fall eines niedrigen Reduktionsverhältnisses von 60 erforderlich, bei welchem die Anzahl der Zähne der zwei Zahnräder 124 nicht übersteigt. Hierbei ist n eine positive ganze Zahl, und die Differenz zwischen der Zähnezahl der zwei Zahnräder ist 2n. m ist der Modul. Ferner ist κ ein Koeffizient, der Biegungskoeffizient genannt wird; ein Fall, in dem das Ausmaß der Biegung in radialer Richtung, bei κmn (κ < 1), kleiner als das Biegungsausmaß mit mit κ = 1 ist, wird negative Ausbiegung genannt.
Die Verzahnungstiefe der zwei Zahnräder steht jedoch in Beziehung mit dem Biegungsausmaß, und wenn das Ausmaß radialer Ausbiegung als ein Biegungsausmaß negativer Ausbiegung festgelegt wird, das kleiner als das normale Biegungsausmaß (= mn) ist, ist die Verzahnungstiefe kleiner und besteht während Hochbelastung-Drehmoment ein Risiko des Auftretens des Phänomens des Zahnüberspringens, was Ratschen genannt wird.
Mittel zur Lösung der Aufgaben
Die vorliegende Erfinders löst die obigen Aufgaben mit einem Wellgetriebe-Trieb mit einem kreisförmigen, starren Innenzahnrad bzw. innenverzahnten Zahnrad, einem darin vorhandenen, flexiblen Außenzahnrad bzw. außenverzahnten Zahnrad, einem darin eingefügten Wellgenerator, wobei das flexible Außenzahnrad einen flexiblen zylindrischen Hauptteil und eine ringförmige Membran aufweist, die sich in radialer Richtung von einem hinteren Ende des zylindrischen Hauptteils erstreckt, wobei ein Verzahnungsbereich an einer Vorderende-Offenbereich-Seite des zylindrischen Hauptteils ausgebildet ist und um ein Biegungsausmaß zu einer elliptischen Form gebogen wird, wobei das Ausmaß der Biegung durch einen Wellgenerator so erzeugt wird, dass es von einem hinteren Endbereich an der Membran-Seite zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite des flexiblen Außenzahnrads nahezu proportional zur Entfernung von der Membran ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das starre Basis-Innenzahnrad und das flexible Basis-Außenzahnrad Stirnzahnräder mit einem Modul m sind,
dass eine Zähnezahl des flexiblen Außenzahnrads 2n (n ist eine positive ganze Zahl) kleiner als die Zähnezahl des starren Innenzahnrads ist,
dass ein Biegungsausmaß einer großen Achse einer Neutrallinie eines elliptischen Kranzes des flexiblen Außenzahnrads in einem Querschnitt des flexiblen Außenzahnrads rechtwinklig zu der Achse an einer beliebig gewählten Stelle bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie des flexiblen Außenzahnrads (nachfolgend als Hauptquerschnitt bezeichnet) zu 2κ mn (κ < 1) festgelegt ist,
dass der Eingriff der Zähne des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads in dem Hauptquerschnitt als Zahnstangeneingriff angenähert ist und eine Bewegungsbahn eines Zahns des flexiblen Außenzahnrads in Relation zu einem Zahn des starren Innenzahnrads, welche Bewegungsbahn einhergeht mit der Rotation des Wellgenerators, erhalten worden ist,
dass an einer Zahneintrittsseite des Kämmens der Zähne in Richtung zu der großen Achse der Bewegungsbahn ein Bereich, der sich von einer Stelle eines Wendepunkts der Bewegungsbahn zu einer Stelle tiefsten Kämmens der zwei Zahnräder erstreckt, ein gekrümmter, als ein Verzahnungsprofil benutzter Bereich ist,
dass der gekrümmte Bereich um den Faktor λ vergrößert wird, um eine erste Ähnlichkeitskurve zu erhalten, die als das Verzahnungsprofil des flexiblen Außenzahnrads benutzt wird,
dass der gekrümmte Bereich um den Faktor (λ + 1) vergrößert wird, um eine zweite Ähnlichkeitskurve zu erhalten, die als Verzahnungsprofil des starren Innenzahnrads benutzt wird,
und dass das Verzahnungsprofil des starren Innenzahnrads einen Bereich hat, wodurch der Zahnkopf des Innenzahnrads die Bewegungsbahn des Zahnkopfes des flexiblen Außenzahnrads berührt.
Hierbei ist es wünschenswert, dass der Bereich des Zahnprofils des starren Innenzahnrads dort der größte sein kann, wo sein Zahnkopf bzw. Zahnkopfkreis den Maximalpunkt der Bewegungsbahn des Zahnkopfes bzw. Zahnkopfkreises des flexiblen Außenzahnrads berührt.
Bei einem Wellgetriebe-Trieb, bei dem das flexible Außenzahnrad um ein Biegungsausmaß negativer Ausbiegung (κ < 1) zu einer elliptischen Form gebogen wird, werden die Bewegungsbahnen des Kämmens der Zähne des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads in dem Hauptquerschnitt durch Zahnstangenkämmen angenähert, und kontinuierlicher Kontakt zwischen den Zahnrädern wird durch Benutzung von Ähnlichkeitskurven bewirkt, die durch analoge Vergrößerung eines gekrümmten Bereichs auf der Kämmeintrittsseite von der Stelle des tiefsten Kämmens, das ist der Gipfel der Zahnstangen-Bewegungsbahnen, erhalten worden sind, als die Basis-Verzahnungsprofile der zwei Zahnräder.
Bei der Erfindung wird ferner das Drehmoment des Ratschens angehoben, indem λ so groß wie möglich gemacht wird, um die Verzahnungstiefe beider Zahnräder zu vergrößern. Das heißt, der Maximalwert von λ ist eine Stelle auf der Bewegungsbahn der Zähne des flexiblen Außenzahnrads, zu der der Zahnkopf des starren Innenzahnrads kommt; das Vergrößern von λ darüber hinaus führt zu Gegeneinanderstoßen zwischen den Köpfen der zwei Zahnräder. Bei der Erfindung wird das Drehmoment des Ratschens vergrößert, indem die Verzahnungstiefe so groß wie möglich gemacht wird, ohne Gegeneinanderstoßen der zwei Zahnräder zu bewirken.
Um sicherzustellen, dass wirksames Kämmen der zwei Zahnräder in einer Region, die im Fall, dass der Hauptquerschnitt am hinteren Endbereich an der Membran-Seite des flexiblen Außenzahnrads ist, nicht der Hauptquerschnitt des flexiblen Außenzahnrads ist, und zwar auf dem Axialschnitt, der die große Achse des in elliptische Form gebogenen, flexiblen Außenzahnrads enthält, ist es hierbei wünschenswert, die Zähne des flexiblen Außenzahnrads, von der Stelle des Hauptquerschnitts zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite, zurückzunehmen, so dass die Zahnköpfe des flexiblen Außenzahnrads den Verzahnungsgründen bei den Zähnen des starren Innenzahnrads folgen.
Das flexible Außenzahnrad kann z.B. als Kegelzahnrad mit Zähnen konstanter Höhe ausgeführt werden, bei welchem die zylindrische Fläche der Köpfe des flexiblen Außenzahnrads eine kegelförmige Oberfläche bilden, wobei der Außendurchmesser des Kegels allmählich abnimmt, wenn man vom hinteren Endbereich an der Membran-Seite zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite geht, und zwar in der Zahnerstreckungslinienrichtung, so dass die Zahnköpfe des flexiblen Außenzahnrads parallel zu den Verzahnungsgründen bei den Zähnen des starren Innenzahnrads in dem Axialschnitt, der die große Achse nach Verformung des flexiblen Außenzahnrads enthält, sind.
Wenn der Hauptquerschnitt ein Querschnitt rechtwinklig zu einer durch das Zentrum der Kugeln eines Welllagers des Wellgenerators in dem flexiblen Außenzahnrad gehenden Achse ist, ist es wünschenswert, bei den Zähnen des flexiblen Außenzahnrads eine Zurücknahme in der Richtung der Zahnerstreckungslinie vorzunehmen, und zwar von der Stelle des Hauptquerschnitts zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite und zu dem hinteren Endbereich an der Membran-Seite.
Der Wellgetriebe-Trieb gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein Zahnprofil mit negativer Ausbildung und mit großer Verzahnungstiefe besitzt, ist geeignet zur Verwendung in Fällen kleinen Reduktionsverhältnisses, bei denen die Zähnezahlen der zwei Zahnräder nicht größer 124 sind.
Wirkung der Erfindungen
Wie vorstehend erklärt, macht es die vorliegende Erfindung möglich, die Verzahnungstiefe der zwei Zahnräder bei einem Wellgetriebe-Trieb zu maximieren, bei dem das flexible Außenzahnrad mit einem Biegungsausmaß negativer Ausbiegung (κ < 1) in eine elliptische Form gebogen wird. Außerdem werden die Bewegungsbahnen des Kämmens der Zähne der zwei Zahnräder durch Zahnstangenkämmen angenähert, und kontinuierlicher Kontakt zwischen den zwei Zahnrädern kann durch die Verwendung von Ähnlichkeitskurven bewirkt werden, die durch analoges Vergrößern eines gekrümmten Bereichs an der Kämmeintrittsseite von der Stelle des tiefsten Kämmens, das ist der Scheitel der Zahnstangen-Bewegungsbahnen, erhalten worden ist, als die Basis-Verzahnungsprofile der zwei Zahnräder.
Deshalb kann gemäß dem Wellgetriebe-Trieb mit Verzahnungsprofil negativer Ausbiegung gemäß der Erfindung die Verzahnungstiefe größer gemacht werden, was es ermöglicht, ein Kämmen mit hohem Drehmoment des Ratschens zu realisieren, obwohl das Biegungsausmaß des flexiblen Außenzahnrads kleiner als beim üblichen Standard (κ = 1) ist. Es ist ferner möglich, kontinuierliches Kämmen über den Bereich der zum Definieren des Zahnprofils verwendeten Bewegungsbahnen zu erreichen, anders als die momentane Art von Kämmen, die durch ein Verzahnungsprofil vom linearen Typ geschaffen wird. Deshalb macht es die vorliegende Erfindung möglich, die Lastübertragungsfähigkeiten von Wellgetriebe-Trieben mit niedrigem Reduktionsverhältnis, die eine kleine Zähnezahl haben, zu erhöhen.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Ein Wellgetriebe-Trieb, der die vorliegende Erfindung verwirklicht, wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
(Aufbau des Wellgetriebe-Triebs)
1 ist eine Frontansicht des Wellgetriebe-Triebs, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine Schnittdarstellung, die einen axialen Schnitt zeigt, der den Offenbereich des flexiblen Außenzahnrads bzw. außenverzahnten Zahnrads des Wellgetriebe-Triebs im in elliptische Gestalt gebogenen Zustand zeigt, wobei (a) den Zustand vor der Verformung, (b) einen Schnitt zeigt, der die große Achse der Ellipse nach der Verformung enthält, und (c) einen Schnitt zeigt, der die kleine Achse der Ellipse nach der Verformung enthält. Ferner zeigt in 2 eine durchgezogene Linie ein becherförmiges, flexibles Außenzahnrad, und eine unterbrochene Linie ein Zylinderhut-förmiges flexibles Außenzahnrad.
Wie es in diesen Zeichnungen gezeigt ist, besitzt der Wellgetriebe-Trieb ein kreisförmiges, starres Innenzahnrad bzw. innenverzahntes Zahnrad 2, ein darin befindliches, flexibles Außenzahnrad bzw. außenverzahntes Zahnrad 3, und einen darin eingefügten Wellgenerator 4. Der Unterschied zwischen der Anzahl der Zähne des starren Innenzahnrads 2 und des flexiblen Außenzahnrads 3 beträgt 2n (n ist eine positive ganze Zahl). Das flexible Außenzahnrad 3 des Wellgetriebe-Triebs 1 wird durch den Wellgenerator 4, der ein elliptisches Profil hat, zu einer Ellipse gebogen, welche mit dem starren Innenzahnrad 2 in den zwei Endbereichen der Richtung der großen Achse L1 der Ellipse in Eingriff ist. Der Wellgenerator 4 ist mit einer starren Steuerflächenplatte 41, die an einer nicht gezeichneten Drehwelle befestigt ist, und einem Welllager 42 ausgestattet, das an der äußeren Umfangsfläche der Steuerflächenplatte 41 angebracht ist. Das Welllager 42 ist mit einem flexiblen Innenring und einem flexiblen Außenring 43, 44 ausgestattet, und mit einer Mehrzahl von Kugeln 45, die dazwischen eingefügt sind und frei abrollen können. Wenn der Wellgenerator 4 rotiert, bewegt sich die Stelle des Kämmens bzw. des Eingriffs der zwei Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung, was Relativrotation zwischen den zwei Zahnrädern 2, 3 erzeugt, die mit dem Unterschied der Zähnezahl der zwei Zahnräder korrespondiert.
Wie es in 2(a) gezeigt ist, weist das flexible Außenzahnrad 3 einen flexiblen, zylindrischen Hauptteil 31, eine Membran 32, die sich radial erstreckt und kontinuierlich in ein hinteres Ende 31a des Hauptteils 31 übergeht, eine Verdickung 33, die in die Membran 32 übergeht, und äußere Zähne 34 auf, die an einem äußeren Umfangsflächenbereich einer Offenende 31b-Seite des zylindrischen Hauptteils 31 ausgebildet sind. Mittels des Wellgenerators 4 mit elliptischem Profil, der in den inneren Umfangsflächenbereich des äußere Zähne bildenden Bereichs des zylindrischen Hauptteils 31 eingesetzt ist, wird das Ausmaß, um welches der zylindrische Hauptteil 31 radial nach innen oder nach außen gebogen wird, vom hinteren Ende 31a der Membran-Seite des Hauptteils 31 in Richtung zu dem Offenende 31b allmählich vergrößert.
Somit, wie es in 2(b) gezeigt ist, nimmt das Ausmaß der Biegung nach außen in einem Schnitt, der die große Achse L1 der Ellipse enthält, allmählich proportional zum Abstand von dem hinteren Ende 31a zu dem Offenende 31b zu, und wie es in 2(c) gezeigt ist, nimmt das Ausmaß der Biegung nach innen in einem Schnitt, der die kleine Achse L2 der Ellipse enthält, allmählich proportional zu der Entfernung von dem hinteren Ende der 31a zu dem Offenende 31b zu. Infolgedessen nimmt das Ausmaß der Biegung der äußeren Zähne 34, die auf dem äußeren Umfangsflächenbereich an der Offenende 31b-Seite gebildet sind, ebenfalls allmählich von dem hinteren Endbereich 34a zu dem vorderen Endbereich 34b bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie der Zähne zu, und zwar proportional zu dem Abstand von dem hinteren Ende 31a des zylindrischen Hauptteils.
(Verfahren zum Erzeugen des Zahnprofils im Hauptschnitt)
3 ist eine Darstellung, die die Bewegungsbahn der Zähne des flexiblen Außenzahnrads 3 in Relation zu dem starren Innenzahnrad 2 zeigt, erhalten in dem Fall, bei dem die Relativbewegung der zwei Zahnräder 2, 3 des Wellgetriebe-Triebs 1 Zahnstangen-angenähert sind. Die Bewegungsbahn M isst diejenige, die man in dem Hauptquerschnitt, der die Basis für die Bildung bzw. Erzeugung der Zahnprofile der zwei Zahnräder 2, 3 bildet, erhält (der Querschnitt rechtwinklig zu der Achse an einer vorbestimmten, ausgewählten Stelle bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie der äußeren Zähne 34 des flexiblen Außenzahnrads 3). Die Bewegungsbahn M der Zähne des Zahnrads 3 ist durch die folgende Gleichung gegeben. x = 0,5 mm (Θ – κsinΘ) y = κmn(1 – cosΘ)
Hierin ist κ ein Biegungskoeffizient, der kleiner als "1" ist, und m der Modul. Ferner ist die Gesamtamplitude der Bewegungsbahn M des flexiblen Außenzahnrads 3 2κmn.
4 ist eine erklärende Darstellung, welche den Verwendungsbereich der Zahnbewegungsbahn M zeigt. Der verwendete Zahnbewegungsbereich AB ist derjenige, der an der Kämmeintrittsseite des tiefsten Kämmstellenpunkts B sich von dem Punkt A, welcher ein Wendepunkt der Bewegungsbahn M ist, zu dem Punkt B der tiefsten Position erstreckt, an welchem der Neigungswinkel (Druckwinkel) einer Tangente der Bewegungsbahn M relativ zur y-Achse (Radiallinie des starren Innenzahnrads) 90° beträgt. Kämmen mit negativer Ausbiegung beginnt durch Zähne des flexiblen Außenzahnrads 3, welche in den Zahnzwischenraum des starren Innenzahnrads 2 eintreten und die Zähne des starren Innenzahnrads 2 vom Punkt A an (Wendepunkt der Bewegungsbahn M) auf der Seite vor Erreichen der tiefsten Position B berühren. Der Bewegungsbahnbereich AB wird verwendet, um die Zahnprofile der zwei Zahnräder 2, 3 zu erhalten, wie es nachfolgend beschrieben wird. Zuerst wird, wie in 5(a) gezeigt, ein Teil AC des Arbeitsbereichs des Bewegungsbahnbereichs AB benutzt. Der Kurvenbereich AC wird mit λ multipliziert, um eine erste Ähnlichkeitskurve FG zu erhalten, die als das Zahnprofil des flexiblen Außenzahnrads 3 verwendet wird. Außerdem wird der gekrümmte Bereich AC mit (λ + 1) multipliziert, um eine zweite Ähnlichkeitskurve DE zu erhalten, die als das Zahnprofil des starren Innenzahnrads 2 verwendet wird. Wie es durch das in 5(b) dargestellte Prinzip hinsichtlich der so festgelegten, zwei Zahnprofile gezeigt ist, angesichts der Natur der Ähnlichkeit und wenn die Bewegungsbahn zu Punkt C' bewegt wird, überlagern der Punkt F' auf dem Zahnprofil FG und die Tangente an diesem Punkt den Punkt D' auf dem Zahnprofil DE und die Tangente an diesem Punkt, wodurch kontinuierliches Kämmen zwischen den Bewegungsbahnen ermöglicht ist.
Es ist hierbei erforderlich, die Zahntiefe so groß wie möglich zu machen, um das Drehmoment des Ratschens zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird λ so groß wie möglich gewählt. Der maximale Wert davon ist die Position, an welcher der Zahnscheitel des starren Innenzahnrads 2 auf die Bewegungsbahn M kommt. Wenn es größer gemacht wird, kommt es zum Gegeneinanderstoßen zwischen den Zahnköpfen der zwei Zahnräder. 5(a) zeigt diesen Fall. Der extreme Wert des maximalen Werts von λ ist der Fall, bei dem der Zahnscheitel des starren In nenzahnrads als Stelle der maximalen Amplitude (maximaler Wert) der Bewegungsbahn M gewählt wird.
6 zeigt die Bewegung eines Zahns des flexiblen Außenzahnrads 3 in Bezug auf einen Zahn des starren Innenzahnrads 2 im Hauptquerschnitt. Diese Zeichnung ist nicht ein Fall des Zahnstangenkämmens, sondern ein Fall einer finiten Anzahl von Zähnen, nämlich 102 Zähnen des starren Innenzahnrads und 100 Zähnen des flexiblen Außenzahnrads. Sie zeigt, dass die Zahnprofilfestlegung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf Zahnstangen-Annäherung basiert, auch im Fall einer konkreten Anzahl von Zähnen wirksam ist.
(Zahnprofil an einer Position des Querschnitts rechtwinklig zu der Achse, welche nicht die Position des Hauptquerschnitts ist)
Die vorangehende Erklärung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung des Zahnprofils in dem Hauptquerschnitt des flexiblen Außenzahnrads 3. Ein Zahnprofil kann folgendermaßen erzeugt werden, um effektiven Eingriff in einem Querschnitt rechtwinklig zu der Achse, welcher nicht der Hauptquerschnitt ist, beizubehalten.
Bei dem flexiblen Außenzahnrad 3 ist es zuerst wünschenswert, den hinteren Endbereich 34a an der Membranseite als den Hauptquerschnitt zu benutzen und ein Zurücknehmen in Richtung zu dem vorderen Endbereich 34b einzusetzen, um ein Beibehalten des Kämmens in jedem Querschnitt der Zahnerstreckungslinie in Richtung zu dem vorderen Endbereich 34b an der Außenseite zu ermöglichen.
Wie es in 7(a) gezeigt ist, wird z.B. das flexible Außenzahnrad 3 als ein Kegelzahnrad mit Zähnen konstanter Höhe und mit dem kleineren Durchmesser in Richtung zu dem vorderen Endbereich 34b ausgebildet, um ein Beibehalten des Kämmens in jedem Querschnitt hinsichtlich der Richtung der Zahnerstreckungslinie von dem vorderen Endbereich 34b an der Außenseite zu dem hinteren Endbereich 34a beibehalten zu können. Auch die Gestalt der zylindrischen Oberfläche 34c der Zahnspitzen des Außenzahnrads 3 ist als Kegelfläche ausgebildet, wobei der größere Durchmesser in Richtung zu dem hinteren Endbereich 34a des flexiblen Außenzahnrads 3 gerichtet ist, und in dem Querschnitt rechtwinklig zu der Achse, der die große Achse des Wellgenerators 4 enthält, wird die Erzeugen de des Kopfkegels des flexiblen Außenzahnrads 3 so festgelegt, dass sie den Zahngründen 24c der Zähne 24 des starren Innenzahnrads 2, welches ein Stirnzahnrad ist, folgt (den Zahngründen parallel ist). 7(b) zeigt den Eingriffszustand mit dem starren Innenzahnrad 2 in einem Schnitt, der die große Achse des flexiblen Außenzahnrads 3, das durch den Wellgenerator 4 in eine elliptische Gestalt gebogen ist, enthält.
8 ist eine Darstellung, die den Kämmzustand des hinteren Endbereichs 34a bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie, und das ist der Hauptquerschnitt S in einem Fall, in dem das flexible Außenzahnrad 3 so als ein Kegelzahnrad ausgebildet ist, zeigt, und zwar in einem Fall, in dem die Zahntiefe maximal gemacht ist. 9 ist eine Erklärungsdarstellung, die den Kämmzustand des vorderen Endbereichs 34b der Zahnerstreckungslinie (das Ende an der Offenseite) zeigt. Hieraus lässt sich ersehen, wobei es sich um eine Annäherung handelt, dass es Kämmeingriff der Zahnprofile in Querschnitten gibt, die nicht der Hauptquerschnitt sind.
Als Nächstes, und zwar in einem Fall, in dem der Querschnitt rechtwinklig zu der Achse, der durch das Zentrum des Welllagers 42 des Wellgenerators 4 geht, als der Hauptquerschnitt S (Position S in 2) genommen wird, kann Gegeneinanderstoßen beim Kämmen dadurch vermieden werden, dass man Zurücknehmen anwendet von dieser Position aus zu dem hinteren Endbereich 34a (Membranseite) und zu dem vorderen Endbereich 34b (Offenseite) hinsichtlich der Richtung der Zahnerstreckungslinie. 10 zeigt ein Beispiel des Zurücknehmens für diesen Fall. In dieser Zeichnung ist die unterbrochene Linie A die Zahnerstreckungslinie in einem Fall, in welchem sie sich über die gesamte Zahnerstreckungslinie in dem Hauptquerschnitt S erstreckt. Die durchgezogene Linie B zeigt die Zahnerstreckungslinie, die man bei Anwendung des Zurücknehmens auf diese Zahnerstreckungslinie erhält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine generelle Frontansicht eines Wellgetriebe-Triebs, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine Erklärungsdarstellung, die einen Axialschnitt zeigt, der den Biegungszustand des flexiblen Außenzahnrads enthält, wobei (a) den Zustand vor Verformung, (b) einen Schnitt, der die große Achse nach Verformung zu einer Ellipse enthält, und (c) einen Schnitt, der die kleine Achse enthält, zeigt.
3 ist die Bewegungsbahn einer Zahnstange in einem Fall, in dem die Basis der Zahnprofil-Ausbildung der vorliegenden Erfindung κ < 1 ist.
4 ist eine Erklärungsdarstellung, die von der Bewegungsbahn der 3 den Verwendungsbereich für die Zahnprofilbildung zeigt.
5 ist eine Erklärungsdarstellung, die Beispiele der festgelegten Zahnprofile für die zwei Zahnräder zeigt.
6 ist eine Erklärungsdarstellung, welche die Bewegung eines Zahns des flexiblen Außenzahnrads bezogen auf einen Zahn des starren Innenzahnrads in dem Hauptquerschnitt zeigt.
7 sind Schnittdarstellungen, die den Schnitt vor Verformung und den Zustand des Kämmens nach Verformung in einem Fall, in dem das flexible Außenzahnrad ein Kegelzahnrad ist, zeigen.
8 ist eine Erklärungsdarstellung, die das Kämmen im Hauptquerschnitt der zwei Zahnräder zeigt.
9 ist eine Erklärungsdarstellung, die den Kämmzustand der zwei Zahnräder in einem Querschnitt rechtwinklig zu der Achse des vorderen Endbereichs der Zahnerstreckungslinie (das Ende an der Offenseite) zeigt.
10 ist eine Erklärungsdarstellung, die Zurücknehmen bei den Zähnen des flexiblen Außenzahnrads in einem Fall, in dem der Hauptquerschnitt durch das Zentrum der Kugel des Welllagers des Wellgenerators geht, zeigt.

1: Wellgetriebe-Trieb
2: Innenzahnrad
24: Zähne
3: Außenzahnrad
31a: hinteres Ende
31b: Offenende
34: äußere Zähnezahl
34a: hinterer Endbereich bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie
34b: vorderer Endbereich bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie
4: Wellgenerator
41: starre Steuerflächenplatte
42: Welllager
45: Kugel
M: Bewegungsbahn
AB: Bereich der Bewegungsbahn, der zur Festlegung des Zahnprofils
: verwendet wird
FG: erste Ähnlichkeitskurve
DE: zweite Ähnlichkeitskurve
B: tiefste Position der Bewegungsbahn
A: Position des Wendepunkts auf der Bewegungsbahn
S: Hauptquerschnitt

ZUSAMMENFASSUNG
Ein starres Innenzahnrad (2) oder ein flexibles Außenzahnrad (3) eines Wellgetriebe-Triebs (1) sind Stirnzahnräder mit dem Modul m. Die Zähnezahl des Außenzahnrads (3) ist um 2n (n ist eine positive ganze Zahl) kleiner als die Zähnezahl des Innenzahnrads (2). Die Ausbiegung der großen Achse der Neutrallinie des elliptischen Kranzes ist im Hauptquerschnitt des Außenzahnrads (3) mit 2 κmn (κ < 1) festgelegt. Im Hauptquerschnitt wird das Kämmen der zwei Zahnräder (2, 3) durch Zahnstangen-Kämmen angenähert. Die Bewegungsbahn M eines Zahns des Außenzahnrads (3), die durch die Rotation des Wellgenerators (4) erzeugt wird, wird ermittelt. Ein Teil AC der Bewegungsbahn M von dem Wendepunkt A der Bewegungsbahn M zu der tiefsten Position B des Kämmens wird an der Eintrittsseite des Kämmens der Zähne in Richtung zu der großen Achse der Bewegungsbahn bestimmt. Eine erste Ähnlichkeitskurve FG, die durch Multiplizieren des Kurventeils AC mit dem Faktor λ erzeugt worden ist, wird als das Zahnprofil des Außenzahnrads (3) verwendet, und eine zweite Ähnlichkeitskurve DE, die durch Multiplizieren des Kurventeils AC mit dem Faktor (λ + 1) erzeugt worden ist, wird als das Zahnprofil des Innenzahnrads (2) verwendet. Die gesamte Verzahnungstiefe wird gesteigert wo immer möglich, so dass der Bereich des Zahnprofils des Innenzahnrads (2) bei dem die Zahnspitze die Bewegungsbahn der Zahnspitze des Außenzahnrads (3) berührt, am größten sein kann, wodurch ein Wellgetriebe-Trieb mit hohem Drehmoment des Ratschens realisiert wird.

Claims

Wellgetriebe-Trieb mit einem kreisförmigen, starren Innenzahnrad bzw. innenverzahnten Zahnrad, einem darin vorhandenen, flexiblen Außenzahnrad bzw. außenverzahnten Zahnrad, einem darin eingefügten Wellgenerator, wobei das flexible Außenzahnrad einen flexiblen zylindrischen Hauptteil und eine ringförmige Membran aufweist, die sich in radialer Richtung von einem hinteren Ende des zylindrischen Hauptteils erstreckt, wobei ein Verzahnungsbereich an einer Vorderende-Offenbereich-Seite des zylindrischen Hauptteils ausgebildet ist und um ein Biegungsausmaß zu einer elliptischen Form gebogen wird, wobei das Ausmaß der Biegung durch einen Wellgenerator so erzeugt wird, dass es von einem hinteren Endbereich an der Membran-Seite zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite des flexiblen Außenzahnrads nahezu proportional zur Entfernung von der Membran ist, dadurch gekennzeichnet, dass das starre Basis-Innenzahnrad und das flexible Basis-Außenzahnrad Stirnzahnräder mit einem Modul m sind, dass eine Zähnezahl des flexiblen Außenzahnrads 2n (n ist eine positive ganze Zahl) kleiner als die Zähnezahl des starren Innenzahnrads ist, dass ein Biegungsausmaß einer großen Achse einer Neutrallinie eines elliptischen Kranzes des flexiblen Außenzahnrads in einem Querschnitt des flexiblen Außenzahnrads rechtwinklig zu der Achse an einer beliebig gewählten Stelle bezüglich der Richtung der Zahnerstreckungslinie des flexiblen Außenzahnrads (nachfolgend als Hauptquerschnitt bezeichnet) zu 2κ mn (κ < 1) festgelegt ist, dass der Eingriff der Zähne des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads in dem Hauptquerschnitt als Zahnstangeneingriff angenähert ist und eine Bewegungsbahn eines Zahns des flexiblen Außenzahnrads in Relation zu einem Zahn des starren Innenzahnrads, welche Bewegungsbahn einhergeht mit der Rotation des Wellgenerators, erhalten worden ist, dass an einer Zahneintrittsseite des Kämmens der Zähne in Richtung zu der großen Achse der Bewegungsbahn ein Bereich, der sich von einer Stelle eines Wendepunkts der Bewegungsbahn zu einer Stelle tiefsten Kämmens der zwei Zahnräder erstreckt, ein gekrümmter, als ein Verzahnungsprofil benutzter Bereich ist, dass der gekrümmte Bereich um den Faktor λ vergrößert wird, um eine erste Ähnlichkeitskurve zu erhalten, die als das Verzahnungsprofil des flexiblen Außenzahnrads benutzt wird, dass der gekrümmte Bereich um den Faktor (λ + 1) vergrößert wird, um eine zweite Ähnlichkeitskurve zu erhalten, die als Verzahnungsprofil des starren Innenzahnrads benutzt wird, und dass das Verzahnungsprofil des starren Innenzahnrads einen Bereich hat, wodurch der Zahnkopf des Innenzahnrads die Bewegungsbahn des Zahnkopfes des flexiblen Außenzahnrads berührt.
Wellgetriebe-Trieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Zahnprofils des starren Innenzahnrads am größten ist, wo dessen Zahnkopf einen Maximalpunkt der Bewegungsbahn des Zahnkopfes des flexiblen Außenzahnrads berührt.
Wellgetriebe-Trieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Hauptquerschnitt an dem hinteren Endbereich an der Membranseite des flexiblen Außenzahnrads ist, und dass in einem axialen Schnitt, der die große Achse des zu einer elliptischen Gestalt gebogenen, flexiblen Außenzahnrads enthält, die Zähne des flexiblen Außenzahnrads von der Position des Hauptquerschnitts zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite zurückgenommen sind, so dass Zahnköpfe des flexiblen Außenzahnrads parallel zu den Verzahnungsgründen der Zähne des starren Innenzahnrads sind.
Wellgetriebe-Trieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Außenzahnrad als Kegelzahnrad mit konstanter Zahnhöhe ausgebildet ist, und dass in einem Axialschnitt, der die große Achse des flexiblen Außenzahnrads nach Verformung enthält, die Gestalt der zylindrischen Oberfläche der Zahnspitzen des Außenzahnrads als Kegelfläche mit einem Außendurchmesser ausgebildet ist, der allmählich von dem hinteren Endbereich an der Membranseite in Richtung zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite abnimmt, so dass die Zahnköpfe des flexiblen Außenzahnrads parallel zu den Verzahnungsgründen der Zähne des starren Innenzahnrads sind.
Wellgetriebe-Trieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptquerschnitt ein Querschnitt rechtwinklig zu einer Achse, der durch ein Zentrum der Kugeln des Welllagers des Wellgenerators in dem flexiblen Außenzahnrad geht, ist, und dass die Zähne des flexiblen Außenzahnrads in der Richtung der Zahnerstreckungslinie von der Position des Hauptquerschnitts zu dem vorderen Endbereich an der Offenseite und zu dem hinteren Endbereich an der Membranseite zurückgenommen sind.
Wellgenerator-Trieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zähnezahl des starren Innenzahnrads und des flexiblen Außenzahnrads nicht größer als 124 ist.