DE112011100426T5

DE112011100426T5 - Flexibel eingreifende getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE112011100426T5
Application number: DE112011100426T
Authority: DE
Inventors: Shinji Yoshida; Manabu Andoh; Fumito Tanaka; Masaaki Shiba
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: JP2011158072A; KR20120117909A; CN102741586B; KR101324498B1; TWI425156B; CN102741586A; DE112011100426B4; TW201144632A; JP5312364B2; WO2011096347A1

Abstract

Ein Getriebedrehmoment kann hoch sein und die Lebensdauer von Erregerlagern kann verlängert werden. Eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung weist einen Erreger auf, weiter außenverzahnte Zahnräder, die am Außenumfang des Erregers angeordnet sind und flexibel sind, so dass sie durch die Drehung des Erregers flexibel verformt werden, innenverzahnte Zahnräder, die steif sind, so dass die außenverzahnten Zahnräder mit inneren Teilen der innenverzahnten Zahnräder in Eingriff kommen, und Erregerlager, die zwischen dem Erreger und den außenverzahnten Zahnrädern angeordnet sind. Die Erregerlager weisen Rollen als Wälzkörper auf und Käfige, welche die Rollen halten. Lastverringerungsbereiche, in denen radiale Spalte vorgesehen sind, welche die Last verringern, welche auf die Rollen vom Erreger und von den außenverzahnten Zahnrädern aufgebracht werden, sind in Nicht-Eingriffsbereichen des Erregers ausgeformt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung.
Technischer Hintergrund
Bei einer flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung (Harmonic-Drive-Getriebe) der verwandten Technik werden Kugellager als Erregerlager eines Erregers bzw. Wellengenerators verwendet, wie in der Patentschrift 1 offenbart. Wenn Taschen, die an den Käfigen der Erregerlager geformt sind, an Positionen in einer Hauptachsenrichtung angeordnet sind, wie in der Patentschrift 1, weisen die Taschen bogenförmige Oberflächen auf, deren Mitten im Wesentlichen den Mitten der Kugeln entsprechen, die in den Taschen gehalten werden.
Literaturliste
Patentliteratur

Patentschrift 1 JP-A-62-72946

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Da jedoch Kugellager bei der flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung des Standes der Technik verwendet wird, welches in der Patentschrift 1 offenbart wird, wird die Lebensdauer der Erregerlager verkürzt.
Das Auswechseln von Kugellagern durch Rollenlager ist ein wirksames Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer der Erregerlager. Auch wenn einfach Rollen anstelle von Kugeln verwendet werden, bleibt jedoch die Sorge, dass ein Problem des Verkippens bzw. Schrägstellens auftritt. Auch wenn Rollenlager verwendet werden, wird als eine Folge dessen, dass eine Schrägstellung auftritt, das Getriebedrehmoment verringert, und die Lebensdauer der Erregerlager wird verkürzt.
Entsprechend ist die Erfindung gemacht worden, um das oben erwähnte Problem zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist es, eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung (Harmonic-Drive-Getriebe bzw. Spannungswellengetriebe) vorzusehen, welches ein Getriebedrehmoment verbessern kann und die Lebensdauer der Erregerlager verlängern kann.
Lösung für das Problem
Um das Problem zu lösen, sieht die Erfindung eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung vor, die einen Erreger aufweist; weiter ein außenverzahntes Zahnrad, welches am Außenumfang des Erregers angeordnet ist und flexibel ist, so dass es flexibel durch die Drehung des Erregers verformt wird, ein innenverzahntes Zahnrad, welches steif ist, so dass das außenverzahnte Zahnrad mit dem inneren Teil des innenverzahnten Zahnrades in Eingriff steht, und ein Erregerlager, welches zwischen dem Erreger und dem außenverzahnten Zahnrad angeordnet ist. Das Erregerlager weist Rollen als Rollkörper auf, und einen Käfig, der die Rollen hält, und Lastverringerungsbereiche, welche die Last verringern, die vom Erreger auf die Rollen und das außenverzahnte Zahnrad aufgebracht wird, sind an speziellen Bereichen nahe einer Nebenachse des Erregers ausgeformt.
Bei der Erfindung werden Rollen anstelle von Kugeln als Wälzkörper im Erregerlager verwendet. Aus diesem Grund ist es möglich, das Getriebedrehmoment zu verbessern und die Lebensdauer des Erregerlagers zu verlängern.
Weiterhin wird eine Schrägstellung, die auftreten kann, wenn Rollen verwendet werden, durch Verwendung einer Beziehung zwischen den außenverzahnten und innenverzahnten Zahnrädern in speziellen Bereichen nahe einer Nebenachse des Erregers verhindert. Das heißt, da die außenverzahnten und innenverzahnten Zahnräder in speziellen Bereichen nicht miteinander in Eingriff stehen, werden Lastverringerungsbereiche, welche eine Last verringern, die auf die Rollen durch den Erreger und das außenverzahnte Zahnrad aufgebracht wird, in den Bereichen (nicht eingreifenden Bereichen) geformt. Aus diesem Grund kann tatsächlich die Last, welche auf die Rollen und durch den Erreger und das außen verzahnte Zahnrad in radialer Richtung des Erregers aufgebracht wird, im Wesentlichen eliminiert werden. Entsprechend werden, ungeachtet des Käfigs, die Rollen als Wälzkörper in den Lastverringerungsbereichen in einen im Wesentlichen freien Zustand gebracht und führen im Wesentlichen nur eine Umlaufbewegung aus. Das heißt, auch wenn die Rollen geneigt werden, während sie am äußeren Umfang des Erregers umlaufen, werden die Rollen durch den Käfig ausgerichtet, wenn die Rollen zu den Lastverringerungsbereichen bzw. Bereichen mit verringerter Last bewegt werden. Entsprechend kann der geneigte Zustand der Rollen freigegeben werden.
Auch wenn die Rollen bei der Erfindung als Wälzkörper verwendet werden, ist es aus diesem Grund möglich, zu verhindern, dass das Erregerlager vom Erreger vorsteht, es ist möglich, eine Vergrößerung des Rollwiderstandes zu vermeiden, eine Verringerung der Drehmomenteffizienz des Getriebes kann vermieden werden, ebenso eine Verringerung der Lebensdauer usw., was durch die Verkippung bzw. Schrägstellung verursacht wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, das Getriebedrehmoment zu verbessern und die Lebensdauer des Erregerlagers zu verlängern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der gesamten Struktur einer flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die einen Erreger zeigt.
3 ist eine Ansicht, die den Erreger zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie der Erreger und das Erregerlager miteinander montiert sind.
5 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen den Rollen des Erregerlagers und einem Käfig zeigt.
6 ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Eingriff zwischen einem innenverzahnten Zahnrad und einem virtuellen außenverzahnten Zahnrad zeigt.
7 ist eine Ansicht, die den Eingriff zwischen dem außenverzahnten Zahnrad und dem innenverzahnten Zahnrad veranschaulicht.
8 ist eine Ansicht, die die Form eines Erregers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung wird im Detail unten mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der gesamten Struktur einer flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die 2 und 3 sind Ansichten, die einen Erreger bzw. Wellengenerator zeigen. 4 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie ein Erreger und ein Erregerlager miteinander montiert sind, 5 ist Ansicht, welche die Beziehung zwischen Rollen des Erregerlagers und einem Käfig zeigt, 6 ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Eingriff zwischen einem innenverzahnten Zahnrad und einem virtuellen außenverzahnten Zahnrad veranschaulicht, 7 ist eine Ansicht, welche den Eingriff zwischen dem außenverzahnten Zahnrad und dem innenverzahnten Zahnrad veranschaulicht, und 8 ist eine Ansicht, welche die Form eines Erregers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Als erstes wird die gesamte Struktur dieses Ausführungsbeispiels schematisch hauptsächlich mit Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung 100 weist einen Erreger (Wellengenerator) 104 auf, weiter außenverzahnte Zahnräder 120A und 120B, die am Außenumfang des Erregers 104 angeordnet sind und flexibel sind, so dass sie flexibel durch die Drehung des Erregers 104 verformt werden, ein innenverzahntes Untersetzungszahnrad 130A und ein innenverzahntes Ausgangszahnrad 130B, die steif sind, so dass die außenverzahnten Zahnräder 120A und 120B mit den inneren Teilen des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A bzw. des innenverzahnten Ausgangszahnrades 130B in Eingriff stehen, und Erregerlager 110A und 110B, die zwischen dem Erreger 104 und den außenverzahnten Zahnrädern 120A und 120B angeordnet sind. Die jeweiligen Komponenten werden im Detail unten beschrieben.
Wie in den 2A und 2B gezeigt, hat der Erreger 104 eine Säulen- bzw. Zylinderform, und ein Eingangswellenloch 106, in welches eine (nicht gezeigte) Eingangswelle eingesetzt ist, ist in der Mitte des Erregers ausgeformt. Wenn die eingangswelle in das Eingangswellenloch eingesetzt ist und gedreht wird, wobei eine Passfedernut 108 am Eingangswellenloch 106 ausgeformt ist, wird der Erreger 104 integral mit der Eingangswelle gedreht.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist der Erreger 104 in einer Form ausgebildet, wo zwei Bogenteile (erste und zweite Bogenteile FA und SA) miteinander verbunden sind. Der erste Bogenteil FA hat einen Krümmungsradius R1 und bildet einen Bogenteil (der auch als Eingriffsbereich bezeichnet wird), wo das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A miteinander in Eingriff stehen. Der zweite Bogenteil SA hat einen Krümmungsradius R2 und bildet einen Bogenteil (der auch als ein Nicht-Eingriffsbereich bezeichnet wird), wo das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A nicht miteinander in Eingriff stehen. Die Länge des ersten Bogenteils FA wird durch einen Winkel θ eingestellt bzw. bestimmt.
Wenn der Radius des Erregers 104 in einer Hauptachsenrichtung X des Erregers durch R bezeichnet wird, wie in 3 gezeigt, und eine Exzentrizität bzw. Exzenterdistanz des Erregers 104 durch L bezeichnet wird, wird in diesem Fall der Krümmungsradius R1 des ersten Bogenteils FA durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt. R1 = R – L (1)
Weiterhin gibt es, wie in 3 gezeigt, eine gemeinsame Tangente T an einem Verbindungsteil A zwischen den ersten und zweiten Bogenteilen FA und SA. Aus diesem Grund ist ein Teil des Krümmungsradius R2 des Erregers 104 zwischen einem Punkt B und dem Verbindungsteil A zwischen den ersten und zweiten Bogenteilen FA und SA bei einem Winkel θ gleich dem Krümmungsradius R1, und der Krümmungsradius R2 wird durch die Länge zu einem Schnitt C zwischen einer Y-Achse (einer Nebenachsenrichtung des Erregers 104) und einer Verlängerungslinie vom Punkt B definiert. Das heißt, der Krümmungsradius R2 des zweiten Bogenteils SA wird durch den folgenden Ausdruck (2) dargestellt: R2 = R – L + L/cosθ (2)
Der Krümmungsradius des außenverzahnten Zahnrades 120A, welches flexibel durch den ersten Bogenteil FA entsprechend dem Krümmungsradius R1 verformt wird, wird hier als der Krümmungsradius eines virtuellen außenverzahnten Zahnrades 120C bezeichnet. Das virtuelle außenverzahnten Zahnrad 120C ist ein Zahnrad, von dem vorsorglich angenommen wird, dass es eine in Wahrheit kreisförmige Grundform hat, wie in 6 gezeigt, und dass es steif ist, um das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A ideal miteinander in Eingriff kommen zu lassen. Es ist leicht möglich, den Winkel θ und die Exzentrizität L des Erregers 104 einzustellen, indem man sich das virtuelle außenverzahnte Zahnrad 120C vorstellt.
Das Erregerlager 110A ist ein Lager, welches zwischen der Außenseite (Außenumfang) des Erregers 104 und der Innenseite des außenverzahnten Zahnrades 120A angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt, weist das Erregerlager 110A einen Innenring 112, einen Käfig 114A, Rollen 116A als Wälzkörper und einen Außenring 118A auf. Die Innenseite des Innenrings 112 kommt in Kontakt mit dem Erreger 104, und der Innenring 112 wird integral mit dem Erreger 104 gedreht.
Wie in 4 gezeigt, ist der Käfig 114A ein in Wahrheit kreisförmiges Glied, welches mit Taschen 114AA und Stegen 114AB versehen ist. Die Taschen 114AA sind Löcher, die in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung vorgesehen sind, so dass die Rollen 116A drehbar entlang des Außenumfangs des Innenrings 112 gehalten werden. Die Stege 114AB begrenzen die Taschen 114AA in Umfangsrichtung, und der Käfig 114A hat in Wahrheit eine Kreisform. Die Rollen 116A haben eine Zylinderform (was eine Nadel miteinschließt). Aus diesem Grund werden die Kontaktteile bzw. Kontaktbereiche der Rollen 116A, die in Kontakt mit den Innen- und Außenringen 112 und 118A kommen, vergrößert im Vergleich zu dem Fall, wo die Wälzkörper Kugeln sind. Das heißt, wenn die Rollen 116A verwendet werden, ist es möglich, das Getriebedrehmoment des Erregerlagers 110A zu vergrößern und die Lebensdauer des Erregerlagers 110A zu verlängern.
Der Außenring 118A ist an der Außenseite der Rollen 116A angeordnet. Der Außenring 118A wird flexibel zusammen mit dem außenverzahnten Zahnrad 120A verformt, welches auf der Außenseite des Außenrings 118A angeordnet ist, und zwar durch die Drehung des Erregers 104.
Hier ist nur ein Innendurchmesser Doi (Durchmesser) des Außenrings 118A größer als gewöhnlich gemacht, und zwar ohne eine Veränderung eines Außendurchmessers Doo (Durchmesser) des Außenrings 118A (d. h., eine Dicke To des Außenrings 118A in radialer Richtung des Außenrings ist klein gemacht). Wenn das Erregerlager 110A am Erreger 104 befestigt ist (wenn das Erregerlager 110A am Außenumfang des Erregers 104 angeordnet ist), ist es dann möglich, Lastverringerungsbereiche LA bzw. Bereiche mit verringerter Belastung zu formen, welche eine Last verringern, die auf die Rollen 116A durch den Erreger 104 und das außenverzahnte Zahnrad 120A aufgebracht wird, und zwar in den Nicht-Eingriffsbereichen SA, die spezielle Bereiche nahe einer Nebenachse des Erregers 104 sind. Insbesondere ist es möglich, die Last zu eliminieren, die in der radialen Richtung des Erregers 104 auf die Rollen 116A aufgebracht wird, indem ein radialer Spalt Gr zwischen den Rollen 116A und einer Innenumfangsfläche 118AA (die als eine Laufbahnfläche des Außenrings bezeichnet wird) des Außenrings 118A in den Nicht-Eingriffsbereichen SA geformt wird, wie in 4 gezeigt. Das heißt, der Ausdruck „die eine Last verringern” bedeutet hier, dass die Last, welche auf die Rollen 116A und das außenverzahnte Zahnrad 120A in radialer Richtung des Erregers 104 vom Erreger 104 aufgebracht wird, eliminiert (oder entfernt) wird. Weiterhin ist der Lastverringerungsbereich LA ein Winkelbereich des Nicht-Eingriffsbereichs SA, der einen Winkel miteinschließt, wo die Last, die auf die Rollen 116A in radialer Richtung des Erregers 104 aufgebracht wird, eliminiert wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lastverringerungsbereich LA ein Winkelbereich, der im Wesentlichen der Gleiche ist oder geringer ist als der Nicht-Eingriffsbereich SA, wie in 4 gezeigt.
Die Bewegungen des Käfigs 114A und der Rollen 116A, die in 5 gezeigt sind, werden hier beschrieben. Die Rolle 116A, die in den Nicht-Eingriffsbereich SA von einer Position P1 des Eingriffsendteils eintritt, wird in einem Bereich (Lastverringerungsbereich LA), in dem der radiale Spalt Gr geformt ist, sofort gestoppt und in einen freien Zustand gebracht. Weiterhin wird die Rolle 116A ausgerichtet, indem sie gegen den Steg 114AB des Käfigs 114A in Umfangsrichtung nahe der Position P2 in einer Nebenachsenrichtung Y gedrückt wird. Während die Rolle 116A ausgerichtet wird, tritt weiter die Rolle 116A in einen Eingriffsbereich FA bei einer Position P3 eines Eingriffsendteils ein und dreht sich und läuft um sich selbst um.
Wie in 1 gezeigt, kommt das außenverzahnte Zahnrad 120A in Eingriff mit dem inneren Teil des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A. Das außenverzahnte Zahnrad 120A ist aus einem Basisglied 122 und außenverzahnten Zähnen 124A geformt. Das Basisglied 122 ist ein zylindrisches Glied, welches äußere Zähne 124A trägt und flexibel ist, und es ist an der Außenseite des Erregerlagers 110A angeordnet. Die äußeren Zähne 124A sind aus zylindrischen Stiften geformt und werden durch Ringglieder 126A im Basisglied 122 gehalten.
Wie in 1 gezeigt, steht das außenverzahnte Zahnrad 120B in Eingriff mit dem inneren Teil des innenverzahnten Ausgangszahnrades 130B. Weiterhin ist das außenverzahnte Zahnrad 120B, genauso wie das außenverzahnte Zahnrad 120A, aus dem Grundglied 122 und den äußeren Zähnen 124B geformt. Die äußeren Zähne 124B sind aus den gleichen zylindrischen Stiften geformt, so dass die Anzahl der äußeren Zähne 124B die gleiche ist wie die Anzahl der äußeren Zähne 124A und diese werden am Basisglied 122 durch Ringglieder 126B gehalten. Hier trägt das Basisglied 122 die äußeren Zähne 124A und 124B, so dass es von den außenverzahnten Zahnrädern 124A und 124B gemeinsam verwendet wird. Aus diesem Grund wird die Exzentrizität L des Erregers 104 auf die äußeren Zähne 124A und 124B in der gleichen Phase übertragen.
Wie in 1 gezeigt, ist das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A aus einem steifen Glied geformt. Das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A hat eine Anzahl von Zähnen, die um i größer ist als die Anzahl der äußeren Zähne 124A des außenverzahnten Zahnrades 120A (wobei i gleich 2 oder größer ist). Ein (nicht gezeigtes) Gehäuse ist an dem innenverzahnten Untersetzungszahnrad 130A durch Schraubenlöcher 132A befestigt. Weiterhin verringert das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A die Drehung des Erregers 104 durch Eingriff mit dem außenverzahnten Zahnrad 120A. Übrigens ist das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B genauso wie das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A, ebenfalls aus einem steifen Glied geformt. Das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B hat eine Anzahl von inneren Zähnen 128B, die genauso groß ist wie die Anzahl der äußeren Zähne 124B des außenverzahnten Zahnrades 120B. Übrigens ist eine (nicht gezeigte) Ausgangswelle an dem innenverzahnten Ausgangszahnrad 130B durch Schraubenlöcher 132B befestigt, so dass die gleiche Drehung wie die Drehung des außenverzahnten Zahnrades 120B nach außen ausgegeben wird.
Um die Zahnprofile einzustellen, die miteinander in Eingriff stehen, wird hier das in 6 gezeigte virtuelle außenverzahnte Zahnrad 120C definiert. Die Anzahl (102) der inneren Zähne 128A des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A ist so eingestellt, dass sie um 2 größer ist als die Anzahl (100) der äußeren Zähne 124A des außenverzahnten Zahnrades 120A. Das heißt, eine Differenz i zwischen der Anzahl der inneren Zähne und der Anzahl der äußeren Zähne ist 2. Es wird ein virtuelles außenverzahntes Zahnrad 120C, dessen Zähnezahl kleiner ist als die Zähnezahl (102) des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A, beispielsweise um 4 (j = 4, j > i), angenommen, und das Zahnprofil des virtuellen außenverzahnten Zahnrades 120C wird als eine Basis verwendet. Da das außenverzahnte Zahnrad 120A in diesem Ausführungsbeispiel zylindrische Stifte als äußere Zähne 124A verwendet, wird das Zahnprofil des außenverzahnten Zahnrades 120A ein Bogenzahnprofil. Das heißt, das Grundzahnprofil des virtuellen außenverzahnten Zahnrades 120C wird ein Bogenzahnprofil, welches durch die äußeren Zähne 124A geformt wird. Aus diesem Grund wird ein Trochoiden-Zahnprofil für die inneren Zähne 128A bestimmt, um die äußeren Zähne 124A und die inneren Zähne 128A vollständig und theoretisch miteinander in Eingriff zu bringen.
Wenn das virtuelle außenverzahnte Zahnrad 120C bestimmt wird, ist es möglich, die Form des Außenumfangs des Erregers 104 zu erhalten. Im Übrigen kann als das Zahnprofil der inneren Zähne 128B, die mit den äußeren Zähnen 124B in Eingriff stehen, ein Trochoiden-Zahnprofil angewendet werden, oder andere Zahnprofile können angewendet werden.
Als nächstes wird der Betrieb der flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung 100 hauptsächlich mit Bezug auf 1 beschrieben.
Wenn der Erreger 104 durch die Drehung einer (nicht gezeigten) Eingangswelle gedreht wird, wird das außenverzahnte Zahnrad 120A flexibel durch das Erregerlager 110A gemäß der Drehung des Erregers 104 verformt. In diesem Fall wird übrigens auch das außenverzahnte Zahnrad 120B flexibel durch das Erregerlager 110B in der gleichen Phase verformt wie die Phase des außenverzahnten Zahnrades 120A.
Die flexible Verformung der außenverzahnten Zahnräder 120A und 120B hängt von der Form des Krümmungsradius R1 des Erregers 104 in der Hauptachsenrichtung X ab. Das heißt, da eine Krümmung an einer Position nahe dem ersten Bogenteil FA, der dem Krümmungsradius R1 des Außenumfangs des in 4 gezeigten Erregers 104 entspricht, konstant ist, wird die Auslenkungs- bzw. Verformungsspannung konstant. Da die Tangente T an einer Position des Verbindungsteils A zwischen den ersten und zweiten Bogenteilen FA und SA gleich ist, wird eine schnelle flexible Verformung am Verbindungsteil verhindert. Da die Positionen der Rollen 116A und 116B sich beim Verbindungsteil A nicht schnell verändern, ist weiter ein Schlupf bzw. Durchrutschen der Rollen 116A und 116B gering, und ein Getriebeverlust des Drehmomentes ist gering.
Die außenverzahnten Zahnräder 120A und 120B werden durch den Erreger 104 flexibel verformt, so dass eine Auslenkungs- bzw. Biegelast, die nach außen in radialer Richtung aufgebracht wird, auf die Rollen 116A und 116B vom Erreger 104 durch den Innenring 112 beim ersten Bogenteil (Eingriffsbereich) FA durch den Kontakt zwischen der Außenumfangsfläche (Laufbahnfläche des Innenrings) des Innenrings 112 der Erregerlager 110A und 110B und den Rollen 116A und 116B übertragen wird. Gleichzeitig wird eine Auslenkungs- bzw. Biegelast, die in radialer Richtung nach außen aufgebracht wird, auf die Außenringe 118A und 118B der Erregerlager 110A und 110B von den Rollen 116A und 116B durch den Kontakt zwischen den Rollen 116A und 116B und den Innenumfangsflächen 118AA und 118BA (Laufbahnflächen des Außenrings) der Außenringe 118A und 118B der Erregerlager 110A und 110B übertragen. Durch die Auslenkungs- bzw. Verformungslast, die auf den Außenring 118A übertragen wird, werden die äußeren Zähne 124A in radialer Richtung nach außen bewegt (ΔQo) und kommen mit den inneren Zähne 128A des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A in Eingriff. Durch die Auslenkungs- bzw. Verformungslast, die auf den Außenring 118B übertragen wird, kommen genauso die äußeren Zähne 124B mit den inneren Zähnen 128B des innenverzahnten Ausgangszahnrades 130B in Eingriff. Hier zeigt 7A, dass das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A und das außenverzahnte Zahnrad 120A miteinander in Eingriff stehen, und 7B zeigt, dass das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B und das außenverzahnte Zahnrad 120B miteinander in Eingriff stehen. Wenn die Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, wird der Verlust des Getriebedrehmomentes, der durch die Eingriffsbewegung bzw. das Kämmen verursacht wird, verringert, weil die äußeren Zähne 124A und 124B drehbare Stifte sind. Da das Zahnprofil der inneren Zähne 128A so geformt ist, dass die inneren Zähne 128A vollständig und theoretisch mit den äußeren Zähne 124A in Eingriff stehen, kommt weiter eine Vielzahl von Zähnen gleichzeitig miteinander in Eingriff. Aus diesem Grund wird ein Oberflächendruck, der auf die Oberfläche eines Zahns aufgebracht wird, verteilt, und es ist möglich, ein großes Drehmoment zu übertragen.
Da die Rollen 116A und 116B eine Zylinderform haben, ist darüber hinaus eine Last, der Widerstand geboten werden kann, groß, und es ist möglich die Lebensdauer der Erregerlager 110A und 110B zu verlängern und das Getriebedrehmoment zu verbessern. Weiterhin bewirken die Rollen 116A und 116B, die eine zylindrische Form haben, dass das Basisglied 122 der außenverzahnten Zahnräder 120A und 120B parallel zu einer axialen Richtung O flexibel verformt wird. Aus diesem Grund wird die Lebensdauer der äußeren Zähne 124A und 124B und der inneren Zähne 128A und 128B verlängert, und das hohe Drehmoment des Getriebes wird beibehalten.
Darüber hinaus sind die äußeren Zähne 124A und 124B in der axialen Richtung O in einen Teil aufgeteilt, der mit dem innenverzahnten Untersetzungszahnrad 130A in Eingriff steht, und in einen Teil, der mit dem innenverzahnten Ausgangszahnrad 130B in Eingriff steht. Wenn das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A miteinander in Eingriff stehen, stehen aus diesem Grund das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A miteinander in einem Eingriffsbereich in Eingriff, wo die äußeren Zähne 124A und die inneren Zähne 128A ursprünglich miteinander in axialer Richtung in Eingriff stehen sollten, ohne die äußeren Zähne 124B zu beeinflussen. Wenn das außenverzahnte Zahnrad 120B und das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B miteinander in Eingriff stehen, stehen genauso das außenverzahnte Zahnrad 120B und das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B miteinander in einem Eingriffsbereich in Eingriff, wo die äußeren Zähne 124B und die inneren Zähne 128B ursprünglich miteinander in axialer Richtung O in Eingriff stehen sollten, ohne die äußeren Zähne 124A zu beeinflussen. Das heißt, da die äußeren Zähne 124A und 124B geteilt sind, ist es möglich, die Drehgenauigkeit beizubehalten und eine Verringerung des Getriebedrehmomentes zu verhindern.
Durch die flexible Verformung werden die Erregerlager 110A und 110B in radialer Richtung flexibel nach innen verformt (ΔQi), und zwar in einer Position in der Nebenachsenrichtung Y des Erregers 104 am zweiten Bogenteil SA (Nicht-Eingriffsbereich). Da die Innendurchmesser Doi der Außenringe 118A und 118B groß sind, werden in diesem Fall die radialen Spalte Gr zwischen den Innenumfangsflächen 118AA und 118BA (Laufbahnflächen des Außenrings) der Außenringe 118A und 118B und den Rollen 116A und 116B geformt. Entsprechend kommen die Innenumfangsflächen 118AA und 118BA der Außenringe 118A und 118B nicht in Kontakt mit den Rollen 116A und 116B. Das heißt, eine radiale Last bzw. Verformungskraft des Erregers 104 wird nicht auf die Rollen 116A und 116B aufgebracht, und die Rollen 116A und 116B werden in Bereichen (Lastverringerungsbereichen LA), wo die radialen Spalte Gr geformt sind, von speziellen Bereichen (Nicht-Eingriffsbereichen SA) nahe den Nebenachsen in einen im Wesentlichen freien Zustand gebracht. Auch wenn die Rollen 116A und 116B in dem Eingriffsbereich FA in einen geneigten bzw. schräggestellten Zustand gebracht werden, wird aus diesem Grund eine radiale Kraft des Erregers 104, die den geneigten bzw. schräggestellten Zustand der Rollen 116A und 116B aufrechterhält, in den Lastverringerungsbereichen LA bzw. Bereichen mit verringerter Last der Nicht-Eingriffsbereiche SA weggenommen. Aus diesem Grund kehren die Rollen 116A und 116B in einen nicht geneigten Zustand zurück (sie werden wieder ausgerichtet), indem sie gegen die Käfige 114A und 114B in Umfangsrichtung gedrückt werden.
Eine Position, wo das außenverzahnte Zahnrad 120A und das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A miteinander in Eingriff stehen, wird in Drehrichtung bewegt, wenn der Erreger 104 sich in der Hauptachsenrichtung X bewegt. Wenn der Erreger 104 gedreht wird, wird hier die Drehphase des außenverzahnten Zahnrades 120A um eine Differenz zwischen der Zähnezahl des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A und der Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrades 120A verzögert. Das heißt, ein Getriebeuntersetzungsverhältnis, welches durch das innenverzahnte Untersetzungszahnrad 130A verursacht wird, kann wie folgt, erhalten werden: ((Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrades 120A – Zähnezahl des innenverzahnten Untersetzungszahnrades 130A)/Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrades 120A). Ein Getriebeuntersetzungsverhältnis, welches durch spezielle numerische Werte verursacht bzw. festgelegt wird, ist ((100 – 102)/100 = –1/50). Hier bedeutet „–”, dass die Drehung eines Eingangs umgekehrt zur Drehung eines Ausgangs ist.
Da die Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrades 120B die Gleiche ist wie die Zähnezahl des innenverzahnten Ausgangszahnrades 130B, wird ein Teil, wo das außenverzahnte Zahnrad 120B und das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B miteinander in Eingriff stehen, nicht bewegt, und das außenverzahnte Zahnrad 120B und das innenverzahnte Ausgangszahnrad 130B stehen miteinander mit den gleichen Zähnen in Eingriff. Aus diesem Grund wird die gleiche Drehung wie die Drehung des außenverzahnten Zahnrades 120B aus dem innenverzahnten Ausgangszahnrad 130B ausgegeben. Als eine Folge ist es möglich, eine Ausgangsgröße aus dem innenverzahnten Ausgangszahnrad 130B herauszuführen, die durch eine Untersetzung bzw. Verlangsamung der Drehung des Erregers 104 erhalten wird, und zwar mit (–1/50).
Das Ergebnis eines Versuchsaufbaus der flexibel eingreifenden Getriebevorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird beschrieben. Bei der versuchsweisen Herstellung bzw. einem Prototyp wurden die Innendurchmesser Doi der Außenringe 118A und 118B auf einen Wert von (47 mm → 47,01 mm) eingestellt, d. h. größer als gewöhnlich, wenn die Außendurchmesser Doo der Außenringe 118A und 118B der Erregerlager 110A und 110B 49,41 mm waren. Wenn die Erregerlager montiert wurden, war es möglich, die radialen Spalte Gr (6,5 μm oder mehr) (auf einer Seite) an einer Position in der Nebenachsenrichtung Y zu formen. Aus diesem Grund war es möglich, zu bestätigen, dass der Rollwiderstand Rt kleiner eingestellt war bzw. ausfiel als üblich (76,8 mNm → 36,4 mNm), Das heißt, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, es ist möglich, effektiv den Rollwiderstand Rt der Rollen 116A zu verringern, indem die Innendurchmesser Doi vergrößert werden, ohne die Außendurchmesser Doo der Außenringe 118A und 118B zu verändern. Das heißt, da es möglich ist, die radiale Last zu eliminieren, die auf die Rollen 116A und 116B aufgebracht wird, ist es möglich, effektiv eine Verkippung bzw. Schrägstellung der Rollen 116A und 116B zu verhindern.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Rollen 116A und 116B anstelle von Kugeln als Wälzkörper in den Erregerlagern 110A und 110B verwendet. Entsprechend ist es möglich, das Getriebedrehmoment zu verbessern und die Lebensdauer der Erregerlager 110A und 110B zu verlängern.
Weiterhin werden die Lastverringerungsbereiche LA, die die Last bzw. Verformungskraft verringern, welche vom Erreger 104 und den außenverzahnten Zahnrädern 120A und 120B auf die Rollen 116A und 116B aufgebracht wird, in den Nicht-Eingriffsbereichen SA geformt, so dass die Nebenachsenrichtungen Y des Erregers 104 miteingeschlossen sind. In den Lastverringerungsbereichen LA sind insbesondere die radialen Spalte Gr zwischen den Rollen 116A und 116B und den Laufbahnflächen 118AA und 118BA der Außenringe der Erregerlager 110A und 110B ausgeformt. Da die radialen Spalte Gr ohne eine Verformung des Erregers 104 ausgeformt sind, verschlechtert sich die Steifigkeit des Erregers 104 nicht. Weiterhin wird im Übrigen die Last, die auf die Rollen 116A und 116B und die außenverzahnten Zahnräder 120A und 120B vom Erreger 104 in radialer Richtung des Erregers 104 aufgebracht wird, im Wesentlichen eliminiert. Aus diesem Grund werden die Rollen 116A und 116B in den Lastverringerungsbereichen LA im Wesentlichen in einen freien Zustand gebracht, außer was die Käfige 114A und 114B betrifft, und die Rollen laufen im Wesentlichen nur um. Das heißt, auch wenn die Rollen 116A und 116B geneigt bzw. schräggestellt sind, während sie am Außenumfang des Erregers 104 umlaufen, werden die Rollen 116A und 116B ausgerichtet, indem sie in Umfangsrichtung gegen die Käfige 114A und 114B gedrückt werden, wenn die Rollen 116A und 116B zu den Lastverringerungsbereichen LA bewegt werden. Entsprechend kann der geneigte Zustand der Rollen 116A und 116B freigegeben werden bzw. wieder gerade gerichtet werden.
Auch wenn die Rollen 116A und 116B in der Erfindung als Wälzkörper verwendet werden, ist es aus diesem Grund möglich, zu verhindern, dass die Erregerlager 110A und 110B vom Erreger 104 vorstehen, die Steigerung des Wälzwiderstandes kann verringert werden, weiter kann eine Verringerung des Drehmomentwirkungsgrades des Getriebes verringert werden, eine Verringerung der Lebensdauer usw. kann verringert werde, wobei dies alles durch die Schrägstellung verursacht werden kann. Das heißt, gemäß der Erfindung ist es möglich, das Getriebedrehmoment zu verbessern und die Lebensdauer der Erregerlager 110A und 110B zu verlängern.
Die Erfindung ist mit Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden, jedoch ist die Erfindung nicht auf das erste Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Das heißt, es ist klar, dass die Erfindung Modifikationen und Konstruktionsänderungen durchlaufen kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist beim ersten Ausführungsbeispiel der Erreger 104 in einer Form ausgeführt worden, wo zwei Bogenteile miteinander verbunden sind. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Wie in einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in 8 gezeigt ist, gezeigt wird, kann beispielsweise nur der erste Bogenteil FA, der einen Eingriffsbereich definiert, bei einem Erreger 304 geformt sein, und der Nicht-Eingriffsbereich kann zwischen den Eingriffsendteilen oder in einem Bereich geformt werden, der enger ist als ein Bereich zwischen den Eingriffsendteilen, und zwar in Form einer geraden Linie (was eine Kurve nahe an einer geraden Linien miteinschließt), um einen Lastverringerungsbereich LA zu bilden. In einem solchen Fall können die Laufbahnflächen des Innenrings der Erregerlager direkt an Außenumfangsflächen 304A des Erregers 304 geformt sein. Entsprechend können radiale Spalte Gr entsprechend den Lastverringerungsbereichen LA zwischen den Rollen und den Laufbahnflächen des Innenrings der Erregerlager geformt werden, d. h. zwischen den Rollen und dem Erreger 304, so dass es möglich ist, die gleichen Effekte zu erreichen, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Da in einem solchen Fall die Innenringe nicht benötigt werden und die Außenringe im Vergleich zu dem Fall des Erregers, der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, nicht so dünn werden müssen, ist es möglich, die inneren Zähne und die äußeren Zähne vollständiger und theoretisch besser miteinander in den Eingriffsbereichen FA in Eingriff zu bringen.
Im Übrigen können Erregerlager, welche Innenringe aufweisen, für den Erreger 304 verwendet werden. In einem solchen Fall werden die radialen Spalte Gr entsprechend den Lastverringerungsbereichen LA zwischen den Innenringen der Erregerlager und den Außenumfangsflächen 304A des Erregers 304 geformt, d. h. auch in diesem Fall zwischen den Rollen und dem Erreger 304. Auch in diesem Fall ist es möglich, entsprechend eine radiale Last zu eliminieren, die vom Erreger 304 auf die Rollen aufgebracht wird. Entsprechend ist es möglich, in entsprechender Weise die gleichen Effekte zu erhalten wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Im Fall der Form des Erregers 104, der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, kann es weiter möglich sein, radiale Spalte Gr entsprechend den Lastverringerungsbereichen LA zwischen den Rollen und den Innenringen der Erregerlager zu formen, indem die Außendurchmesser der Innenringe verringert werden, ohne die Innendurchmesser der Innenringe der Erregerlager zu verändern.
Weiterhin umfassen die Lastverringerungsbereiche LA in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen die Nebenachsenrichtung Y, jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise können die Lastverringerungsbereiche LA nicht die Nebenachsenrichtung Y umfassen, und beide Seiten der Nebenachsenrichtung Y können Lastverringerungsbereiche LA sein.
Darüber hinaus sind die äußeren Zähne 124A und 124B im ersten Ausführungsbeispiel aus zylindrischen Stiften geformt gewesen, jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise können die äußeren Zähne 124A und 124B direkt auf dem Basisglied 122 ausgeformt sein. Das heißt, die äußeren Zähne müssen nicht notwendigerweise ein Bogenzahnprofil haben. Die äußeren Zähne können ein Trochoiden-Zahnprofil verwenden oder können andere Zahnprofile verwenden. In einem solchen Fall kann auch das Zahnprofil entsprechend den äußeren Zähnen bei den inneren Zähnen verwendet werden.
Weiterhin ist in dem ersten Ausführungsbeispiel eine verringerte bzw. verlangsamte Ausgangsgröße aus dem innenverzahnten Ausgangszahnrad 130B herausgeführt worden, jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auf eine flexibel eingreifende Getriebevorrichtung angewendet werden, die nur die Drehkomponente des außenverzahnten Zahnrades aus dem außenverzahnten Zahnrad heraus führt, und zwar unter Verwendung eines sogenannten napfförmigen außenverzahnten Zahnrades, welches flexibel verformt werden kann, und zwar anstelle des innenverzahnten Ausgangszahnrades. In diesem Fall tritt die flexible Verformung des außenverzahnten Zahnrades auch in axialer Richtung auf. Jedoch können unter der Berücksichtigung dieses Umstandes Kegelrollen bei den Lagern verwendet werden, und die axiale Form des außenverzahnten Zahnrades oder des Erregerlagers kann zuvor eine Neigung bzw. Schrägstellung haben, welche der flexiblen Verformung entspricht.
Weiterhin ist im ersten Ausführungsbeispiel eine Differenz i zwischen der Anzahl der inneren Zähne 128A des innenverzahnten Zahnrades 130A und der Anzahl der äußeren Zähne 124A des außenverzahnten Zahnrades 120A auf 2 eingestellt gewesen, jedoch ist die Differenz i zwischen der Anzahl der inneren Zähne 128A und der Anzahl der äußeren Zähne 124A bei der Erfindung nicht auf 2 eingeschränkt. Solange die Differenz eine gerade Zahl 2i ist, die gleich 2 oder größer ist, kann die Differenz i beispielsweise irgendeine geeignete Zahl sein. Solange die Anzahl der Zähne des virtuellen außenverzahnten Zahnrades 120C auch kleiner ist als die Anzahl der tatsächlichen äußeren Zähne 124A des außenverzahnten Zahnrades 120A, kann darüber hinaus die Anzahl der Zähne des virtuellen außenverzahnten Zahnrades 120C eine geeignete Anzahl sein, und das virtuelle außenverzahnte Zahnrad 120C muss nicht notwendigerweise angenommen werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Erfindung kann in großem Umfang bei flexibel eingreifenden Getriebevorrichtungen eingesetzt werden.
Die gesamte Offenbarung in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2010-022503 , die am 3. Februar 2010 eingereicht wurde, wird durch Bezugnahme in dieser Beschreibung mit aufgenommen.
Bezugszeichenliste

100: flexibel eingreifende Getriebevorrichtung
104, 304: Erreger bzw. Wellengenerator
110A, 110B: Erregerlager
112: Innenring
114A, 114B: Käfig
114AA, 114BA: Taschen des Käfigs
114AB, 114BB: Steg des Käfigs
116A, 116B: Rolle
118A, 118B: Außenring
118AA, 118BA: Laufbahnfläche des Außenrings
120A, 120B: außenverzahntes Zahnrad
122: Basisglied
124A, 124B: äußere Zähne
126A, 126B: Ringglied
128A, 128B: innere Zähne
130A: innenverzahntes Untersetzungszahnrad (innenverzahntes Zahnrad)
1306: innenverzahntes Ausgangszahnrad
132A, 132B: Schraubenloch
304A: Außenumfangsfläche des Erregers
O: Axialrichtung
X: Hauptachsenrichtung des Erregers
Y: Nebenachsenrichtung des Erregers
FA: erster Bogenteil (Eingriffsbereich)
SA: zweiter Bogenteil (Nicht-Eingriffsbereich)
LA: Lastverringerungsbereich
Gr: radialer Spalt
R: Hauptachsenradius des Erregers
R1: Krümmungsradius des ersten Bogenteils des Erregers
R2: Krümmungsradius des zweiten Bogenteils des Erregers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-022503 [0061]

Claims

Flexible eingreifende Getriebevorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Erreger, ein außenverzahntes Zahnrad, welches am Außenumfang des Erregers angeordnet ist und flexibel ist, so dass es flexibel durch die Drehung des Erregers verformt wird; ein innenverzahntes Zahnrad, welches steif ist, so dass das außenverzahnte Zahnrad mit dem inneren Teil des innenverzahnten Zahnrades in Eingriff kommt; und ein Erregerlager, welches zwischen dem Erreger und dem außenverzahnten Zahnrad angeordnet ist, wobei das Erregerlager Rollen als Wälzkörper aufweist, und einen Käfig, welcher die Rollen hält; und wobei Lastverringerungsbereiche, welche eine Last verringern, die vom Erreger und dem außen verzahnten Zahnrad auf die Rollen aufgebracht wird, in speziellen Bereichen nahe einer Nebenachse des Erregers ausgeformt sind.
Flexible eingreifende Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, wobei radiale Spalte zwischen den Rollen und einem Außenring des Erregerlagers oder zwischen dem Erreger und den Rollen in den Lastverringerungsbereichen ausgeformt sind.
Flexible eingreifende Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, wobei radiale Spalte zwischen den Rollen und einem Außenring des Erregerlagers oder zwischen den Rollen und einem Innenring des Erregerlagers in den Lastverringerungsbereichen ausgeformt sind.