DE112013000538T5

DE112013000538T5 - Flexibles, außen verzahntes Zahnrad, Verformungswellgetriebe und Verfahren zum Befestigen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades

Info

Publication number: DE112013000538T5
Application number: DE112013000538.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Harmonic Drive Systems Inc. Hoshina Tatsuro; c/o Harmonic Drive Systems Inc. Kobayashi Masaru
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: KR20140142233A; DE112013000538B4; JPWO2014181374A1; TWI540273B; US20150240929A1; KR101542488B1; TW201506280A; CN104285075A; CN104285075B; US9394985B2; JP5885848B2; WO2014181374A1

Abstract

Ein Verformungswellgetriebe (1) hat ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad (3) mit einer Nabe (7). Eine nabenseitige Befestigungsfläche (16), die auf der Nabe (7) ausgebildet ist, ist koaxial mit einer elementseitigen Befestigungsfläche (15) eines Ausgangselements (11) überlagert, und die Nabe (7) und das Ausgabeelement (11) sind durch Befestigungsbolzen (13) aneinander befestigt. Die Bolzenspannung der Befestigungsbolzen (13) bewirkt, dass sich die Eingriffsvorsprünge (20) der nabenseitigen Befestigungsfläche (16) um eine vorgegebene Eingrabtiefe in die elementseitige Befestigungsfläche (15) eingraben. In den Befestigungsbereichen zwischen dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad (3) und dem Ausgabeelement (11) wird eine große Reibungskraft erzeugt. Dadurch ist es möglich, das notwendige Drehmoment allein durch die Bolzenspannung zu übertragen, ohne zusammen mit den Befestigungsbolzen Stifte oder eine Reibungsplatte zu verwenden.

Description

Flexibles, außen verzahntes Zahnrad, Verformungswellgetriebe und Verfahren zum Befestigen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes, in dem ein zu befestigendes Element zuverlässig befestigt werden kann, ein Verformungswellgetriebe mit einem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad und ein Befestigungsverfahren, zum Befestigen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades am zu befestigenden Element.
Stand der Technik
Wenn ein Verformungswellgetriebe als Reduktionsgetriebe verwendet wird, wird auf der Lastseite typischerweise eine reduzierte Ausgangsrotation von dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad an einer Ausgangswelle übertragen. Das flexible, außen verzahnte Zahnrad und die Ausgangswelle sind durch Befestigungsbolzen in befestigender Weise aneinander fixiert. 1 des Patentdokuments 1 zeigt einen Aufbau, in dem ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad durch Befestigungsbolzen an einer Ausgangswelle befestigt ist.
Ein bekanntes Beispiel einer Befestigungs- und Fixierungsstruktur für zwei Elemente zur Drehmomentübertragung ist eine Struktur, in der eine Reibungsplatte zwischen den Befestigungsflächen der beiden zu befestigenden Elemente eingeklemmt ist, und die beiden Elemente durch einen Bolzen oder Ähnliches auf befestigende Weise fixiert sind. Patentdokument 2 stellt eine Reibungsplatte zur Verfügung, wie sie in solch einem Befestigungs- und Fixierungsverfahren verwendet wird. Bei dieser Reibungsplatte ist die Oberfläche eines elastischen metallischen Blechs mit Diamantkörnern beschichtet, die sich in die Befestigungsflächen des zu befestigenden Element s eingraben können.
Wenn z. B. eine Reibungsplatte zwischen den Befestigungsstirnflächen von zwei Wellenelementen eingeklemmt ist, und die Befestigungsstirnflächen in befestigender Weise durch einen Befestigungsbolzen fixiert sind, graben sich die Diamantkörner auf beiden Seiten der Reibungsplatte in die Befestigungsstirnflächen der beiden Elemente ein und es wird eine große Reibungskraft zwischen diesen Befestigungsstirnflächen erzeugt. Dadurch nimmt die Befestigungskraft der beiden Wellenelemente zu, und es kann ein großes Drehmoment übertragen werden.
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP-A 2002-339990
Patentdokument 2: JP 3547645

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Um die Befestigungskraft der Ausgangswelle und des flexiblen, außen verzahnten Zahnrad eines Verformungswellgetriebes zu erhöhen und die Übertragung großer Drehmomente zu ermöglichen, wird ein Einschubstift benutzt. Es kann auch die im Patentdokument 2 offenbarte Reibungsplatte verwendet werden.
Wenn jedoch ein Einschubstift benutzt wird, müssen zusätzlich zu den Bolzenlöchern zum Befestigen der Bolzen Stiftlöcher in einer Nabe des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades, das an dem zu befestigenden Element befestigt ist, ausgebildet werden. In einer Befestigungs- und Fixierungsstruktur, die eine Reibungsplatte benutzt, kann Diamantstaub von der Beschichtung herabfallen. Diamantkörner, die von der Reibungsplatte abgefallen sind, können an Stellen, wie z. B. die Reibungsbereiche zwischen dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad und dem Wellgenerator und die Eingriffsbereiche zwischen dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad und dem steifen, innen verzahnten Zahnrad vordringen. Wenn die harten Diamantkörner an diese Stellen vordringen, können diese Stellen Abnutzung und Beschädigung ausgesetzt sein.
Angesichts dieser Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Wellgetriebes zur Verfügung zu stellen, in dem das notwendige Drehmoment allein durch Bolzenspannung übertragen werden kann, ohne dass es notwendig ist, eine Stiftöffnung auszubilden, und ohne eine Reibungsplatte zu benutzen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verformungswellgetriebe bereitzustellen, welches dieses neue flexible, außen verzahnte Zahnrad aufweist.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Befestigungsverfahren für ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad vorzuschlagen, wobei das notwendige Drehmoment allein durch Bolzenspannung übertragen werden kann, ohne die Notwendigkeit eine Stiftöffnung auszubilden, und ohne eine Reibungsplatte zu benutzen.
Mittel zum Lösen der zuvor genannten Probleme
Um die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist:
eine ring- oder scheibenförmige Nabe, die an einem zu befestigenden Element angebracht ist;
eine nabenseitige Befestigungsfläche, die auf der Nabe ausgebildet ist, wobei die nabenseitige Befestigungsfläche im Kontakt mit einer elementseitigen Befestigungsfläche steht, die auf dem zu befestigenden Element ausgebildet ist; und
mehrere Eingriffsvorsprünge mit einer vorgegebenen Größe, die in vorgegebenen Abständen auf der nabenseitigen Befestigungsfläche ausgebildet sind;
wobei die Eingriffsvorsprünge durch photographisches Ätzen integral in der nabenseitigen Befestigungsfläche ausgebildet sind; und
die Härte der nabenseitigen Befestigungsfläche und der Eingriffsvorsprünge wenigstens HRC45 beträgt.
Typische Eingriffsvorsprünge sind sich verjüngende Vorsprünge, die rechtwinklig von der nabenseitigen Befestigungsfläche hervorstehen, wobei die Spitzen der Eingriffsvorsprünge flache Gipfelflächen parallel zur nabenseitigen Befestigungsfläche sind, und die Querschnittsformen der Eingriffsvorsprünge orthogonal zur Richtung des Hervorstehens kreisförmig, quadratisch oder dreieckig sind.
In diesem Fall ist der Abstand nebeneinander angeordneter Eingriffsvorsprünge vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm, der maximale Durchmesser oder die maximale Breite der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge ist 0,01 bis 0,05 mm, und die Höhe der Eingriffsvorsprünge ist das 1,0 bis 1,2-fache des maximalen Durchmessers oder der maximalen Breite der Gipfelflächen der Vorsprünge.
Wenn der maximale Durchmesser oder die maximale Breite der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 0,03 bis 0,05 mm ist, ist die Tiefe mit der sich die Eingriffsvorsprünge in die elementseitige Befestigungsfläche eingraben vorzugsweise z. B. 0,015 bis 0,025 mm.
Auch sind die Eingriffsvorsprünge vorzugsweise in einer Dichte von 40 bis 250 pro 10 mm² angeordnet.
Wenn das flexible, außen verzahnte Zahnrad mit diesem Aufbau an dem zu befestigenden Element befestigt wird, ist die nabenseitige Befestigungsfläche des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades der elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements koaxial überlagert. In diesem Zustand ist das zu befestigende Element durch Befestigungsbolzen an der Nabe befestigt, und die Bolzenspannung der Befestigungsbolzen bewirkt, dass sich die Eingriffsvorsprünge der nabenseitigen Befestigungsfläche in einer vorgegebene Eingrabtiefe von der elementseitigen Befestigungsfläche aus in das zu befestigende Element eingraben. Durch das Eingraben der Eingriffsvorsprünge in die elementseitige Befestigungsfläche wird eine große Reibungskraft zwischen den Befestigungsflächen erzeugt.
Der Reibungskoeffizient zwischen der Nabe und dem zu befestigenden Element kann durch geeignetes Festlegen der Bolzenspannung, der Stärke und Härte der Nabe, der Härte des zu befestigenden Elements, der Form und Größe der Eingriffsvorsprünge und der Eingrabtiefe der Eingriffsvorsprünge erhöht werden. Es ist dadurch möglich, das notwendige Drehmoment allein durch die Befestigungsbolzen von dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad an das zu befestigende Element zu übertragen, ohne Stifte oder eine Reibungsplatte zu verwenden.
Daher besteht keine Notwendigkeit, Öffnungen für Stifte in der Nabe des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades auszubilden, oder eine Reibungsplatte zu verwenden. Da die Eingriffsvorsprünge integral durch photographisches Ätzen in der nabenseitigen Befestigungsfläche ausgebildet werden, ist es möglich, negative Effekte, wie z. B. ein Lösen der Eingriffsvorsprünge von der nabenseitigen Befestigungsfläche und ein Infiltrieren der Rotationsgleitbereichen und Eingriffsbereichen des Wellgetriebes zu verhindern oder zu unterdrücken.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades ist es auch möglich, Eingriffsvorsprünge auf der elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements auszubilden. In diesem Fall ist die Härte des Elements, in dem die Eingriffsvorsprünge ausgebildet werden, vorzugsweise genauso groß oder größer als die Härte des anderen Elements. Es ist auch möglich, Eingriffsvorsprünge sowohl in der nabenseitigen Befestigungsfläche als auch in der elementseitigen Befestigungsfläche auszubilden. in diesem Fall sollten die beiden Elemente vorzugsweise eine ähnliche Härte aufweisen.
Insbesondere ist das Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass:
an einem zu befestigenden Element eine elementseitige Befestigungsfläche ausgebildet wird;
an einer Nabe, die an dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad vorgesehen ist, eine nabenseitige Befestigungsfläche ausgebildet wird, um das zu befestigende Element zu befestigen;
wenigstens eine der Befestigungsflächen der elementseitigen Befestigungsfläche und der nabenseitigen Befestigungsfläche eine Befestigungsfläche mit Vorsprüngen wird;
an der Befestigungsfläche mit Vorsprüngen durch photograpisches Ätzen mehrere Eingriffsvorsprünge mit einer vorgegebenen Größe in vorgegebenen Abständen integral ausgebildet werden;
die Härte der Befestigungsflächen mit Vorsprüngen entweder gleich oder größer als die Härte der anderen Befestigungsfläche ist;
die nabenseitige Befestigungsfläche des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades koaxial der elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements überlagert wird;
die Nabe und das zu befestigende Element unter Benutzung eines Befestigungsbolzens befestigt sind; und
die Bolzenspannung des Befestigungsbolzens bewirkt, dass sich die Eingriffsvorsprünge der Befestigungsfläche mit Vorsprüngen bis zu einer vorgegebenen Eingrabtiefe in die andere Befestigungsfläche eingraben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: Perspektivische Ansicht eines becherförmigen Verformungsreduktionswellgetriebes, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird.
2: Eine Längsschnittansicht des Verformungsreduktionswellgetriebes.
3: Eine Längsschnittansicht, die dem Befestigungsbereich der Nabe des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades des Reduktionswellgetriebes und eine lastseitige Ausgangswelle zeigt.
4: Eine Längsschnittansicht, welche die strukturellen Komponenten des Befestigungsbereichs aus 3 in einem demontierten Zustand zeigt.
5: (a) ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der nabenseitigen Befestigungsfläche zeigt, (b) ist eine teilweise vergrößerter Querschnittansicht, und (c) ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht.
6: Ein schematisches Diagramm, das die Schritte des Herstellens der Eingriffsvorsprünge durch chemisches Ätzen zeigt.
7: (a) ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die ein anderes Beispiel der Eingriffsvorsprünge zeigt, (b) ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, und (c) ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht.
8: (a) ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die ein anderes Beispiel der Eingriffsvorsprünge zeigt, (b) ist eine vergrößerte Querschnittansicht, und (c) ist eine vergrößerte Teilquerschnittansicht.
9: (a) ist eine schematisches Diagramm, das einen konischen Vorsprung in einem Zustand zeigt, in dem er sich in die Oberfläche von eines stählernen Materials drückt, und (b) ist ein schematisches Diagramm, das einen Eingriffsvorsprung in einem in die Nabe eingegrabenen Zustand zeigt.
10: Ein Graph, der die Beziehung zwischen der Eingrabtiefe und dem ungefähren Reibungskoeffizienten von Eingriffsvorsprüngen mit verschiedenen Durchmessern der Gipfelfläche zeigt.
Art, die Erfindung auszuführen
Das Folgende ist eine mit Bezug auf die Zeichnungen gemachte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines Verformungswellgetriebes mit einem becherförmigen flexiblen, außen verzahnten Zahnrad, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in einem Verformungswellgetriebe benutzt werden, das ein zylinderhutförmiges flexibles, außen verzahntes Zahnrad hat.
Verformungswellgetriebe
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verformungswellgetriebe zeigt, und 2 ist eine Längsschnittansicht davon. Das Verformungswellgetriebe 1 hat ein ringförmiges steifes, innen verzahntes Zahnrad 2, ein becherförmiges flexibles, außen verzahntes Zahnrad 3, das in der Lage ist, in das steife, innen verzahnte Zahnrad 2 einzugreifen und einen elliptisch konturierten Wellgenerator 4, um zu bewirken, dass das sich flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 in eine elliptische Form verbiegt und teilweise in das steife, innen verzahnte Zahnrad 2 eingreift.
Das becherförmige flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 hat einen zylindrischen Trommelbereich 5, der in der Lage ist, sich in radialer Richtung zu verbiegen; eine ringförmige Membran 6, die sich von einem Rand am hinteren Ende des Trommelbereichs 5 nach innen erstreckt; eine ringförmige Nabe 7, die als Fortsetzung des inneren Umfangrandes der Membran 6 ausgebildet ist; und eine Außenverzahnung, die auf dem äußeren Umfangsflächenbereich am offenen Ende des zylindrischen Trommelbereichs 5 ausgebildet ist.
Ein zylinderhutförmiges flexibles, außen verzahntes Zahnrad hat einen zylindrischen Trommelbereich, der in der Lage ist, sich in radialer Richtung zu verbiegen, eine ringförmige Membran, die sich vom Rand am hinteren Ende des Trommelbereichs nach außen erstreckt, eine ringförmige Nabe, die als eine Fortsetzung des äußeren Umfangrandes der Membran ausgebildet ist, und eine Außenverzahnung, die auf dem äußeren Umfangsflächenbereich am offenen Ende des zylindrischen Trommelbereichs ausgebildet ist.
Der Wellgenerator 4 ist auf der Innenseite des Bereichs des zylindrischen Trommelbereichs 5 eingepasst, auf dem die Außenverzahnung 8 im flexiblen, außen verzahnten Zahnrad 3 ausgebildet ist. Der zylindrische Trommelbereich 5 wird durch den Wellgenerator 4 in eine elliptische Konfiguration gebogen, und die Bereiche der Außenverzahnung 8, die sich an beiden Enden der Hauptachse der elliptischen Konfiguration befinden, werden in Eingriff mit der Innenverzahnung 9 des steifen, innen verzahnten Zahnrades 2 gebracht.
Der Wellgenerator 4 ist fest mit einer (nicht gezeigten) Rotationseingangswelle, wie z. B. einer Motorwelle, verbunden, und wird durch diese Rotationseingangswelle rotierend angetrieben. Wenn der Wellgenerator 4 rotiert, bewegen sich die Eingriffspositionen der Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung. Als Ergebnis tritt in Übereinstimmung mit der Differenz der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern 2, 3 eine relative Rotation zwischen den Zahnrädern 2, 3 auf. Im vorliegenden Beispiel ist das steife, innen verzahnte Zahnrad 2 an einem (nicht gezeigten) feststehenden Element befestigt, und das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 bildet ein Ausgabeelement für eine reduzierte Rotation. Die reduzierte Rotation des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 wird an ein Element auf der Lastseite (zu befestigendes Element) ausgegeben.
3 ist eine Längsschnittansicht, die den Befestigungsbereich des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 und das zu befestigende Ausgabeelement zeigt, und 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Explosionsansicht der gleichen strukturellen Komponenten zeigt. Ein Ausgabeelement 11 auf der Lastseite ist in einer befestigten Art und Weise an der ringförmigen Nabe 7 des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 fixiert. Für diese Fixierung in befestigender Art und Weise werden ein ringförmiger Befestigungsflansch 12 und mehrere Befestigungsbolzen 13 benutzt.
Am hinteren Ende des Ausgangselements 11 ist ein elementseitiger Flansch 14 ausgebildet, der eine großen Durchmesser hat, und eine kreisförmige hintere Stirnfläche des elementseitigen Flansches 14 ist eine elementseitige Befestigungsfläche 15 orthogonal zu dessen Zentralachse. Die elementseitige Befestigungsfläche 15 ist koaxial einer nabenseitigen Befestigungsfläche 16 überlagert, welche die äußere Stirnfläche der Nabe 7 ist. Die nabenseitige Befestigungsfläche 16 ist eine Stirnfläche orthogonal zur Achse 1a der Vorrichtung. Der Befestigungsflansch 12 ist koaxial der inneren Stirnfläche der Nabe 7 überlagert. Bolzenöffnungen sind in festen Intervallen in der Umfangsrichtung im elementseitigen Flansch 14 ausgebildet, und in festen Intervallen in der Umfangsrichtung in der Nabe 7 und dem Befestigungsflansch 12 sind auf ähnliche Weise Bolzeneinfügeöffnungen ausgebildet. Die drei Elemente sind koaxial überlagert, so dass diese Bolzenöffnungen und die Bolzeneinfügeöffnungen übereinander liegen, und die drei Elemente sind durch Befestigungsbolzen 13, die von Seiten des Befestigungsflansches 12 eingefügt werden, in befestigender Weise mit einer vorgegebenen Bolzenspannung fixiert.
Die 5(a) bis (c) sind jeweils eine vergrößerte Teildraufsicht, die eine vergrößerte Ansicht der Fläche der nabenseitigen Befestigungsfläche 16, eine vergrößerte Teilschnittansicht, die entlang der Linie b-b geschnitten ist, und eine vergrößerte Teilschnittansicht, die entlang der Linie c-c geschnitten ist, zeigen.
Eingriffsvorsprünge 20 mit einer vorgegebenen Form sind photographisch in vorgegebenen Abständen integral in die nabenseitige Befestigungsfläche 16 geätzt. Die Eingriffsvorsprünge 20 sind in einer Matrix mit festen Abständen angeordnet, und die Abstände Px, Py benachbarter Eingriffsvorsprünge liegen im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm. Das Anordnungsmuster der Eingriffsvorsprünge 20 kann auch ein anderes Anordnungsmuster als ein Matrix-Muster sein.
Alle Eingriffsvorsprünge 20 sind sich verjüngende Vorsprünge, die in einem rechten Winkel von der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 hervorstehen. Die Spitzen der Eingriffsvorsprünge 20 sind flache Gipfelflächen parallel zur nabenseitigen Befestigungsfläche 16. Die Querschnittformen rechtwinklig zur Richtung des Hervorstehens der Eingriffsvorsprünge 20 sind kreisförmig. Insbesondere sind die Eingriffsvorsprünge 20 im vorliegenden Beispiel Vorsprünge mit einer Gesamtform, die einem kreisförmigen Kegelstumpf ähnelt, und ihre Zentralachsen 20a sind rechtwinklig zur nabenseitigen Befestigungsfläche 16. Die äußeren Umfangsflächen 20b der Eingriffsvorsprünge 20 sind als gekrümmte Flächen ausgebildet, die sich zur Spitze verjüngen. Die Gipfelflächen 20c der Eingriffsvorsprünge 20 sind flache kreisförmige Flächen orthogonal zu den Zentralachsen 20a.
Der maximale Durchmesser L der Gipfelflächen 20a der Eingriffsvorsprünge 20 ist 0,01 bis 0,05 mm. Die Höhe H der Eingriffsvorsprünge 20 ist das 1,0 bis 1,2-fache des maximalen Durchmessers L der Gipfelflächen 20c. Daher ist die Höhe H 0,06 mm oder weniger. Die Eingriffsvorsprünge 20 sind auch in einer Dichte von 40 bis 205 pro 10 mm² ausgebildet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser L der Gipfelflächen 20c der Eingriffsvorsprünge 20 0,05 mm, die Höhe H ist 0,065 mm und die Abstände Px, Py sind beide 0,2 mm.
Die Härte des Flächenbereichs der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 und der Eingriffsvorsprünge 20 ist HRC45 oder größer. Ein Material, das eine Härte von HRC34 oder mehr hat, kann als Rohling für das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 verwendet werden. Ansonsten, wenn die Härte des Rohlings kleiner als HRC45 ist, kann entweder vor oder nach dem Schritt des photographischen Ätzens der Eingriffsvorsprünge 20 eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, eine Karbonisierungsbehandlung oder eine Nitrierbehandlung auf der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 vorgenommen werden, um die Härte des Flächenbereichs der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 und der Eingriffsvorsprünge 20 auf HRC45 oder mehr zu erhöhen. Die Härte des Materials des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 ist typischerweise zwischen HRC36 und HRC45, und die Härte Materials des Ausgangselements 11 ist die gleiche. Die Härte der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 und der Eingriffsvorsprünge 20 ist auf der Befestigungsseite vorzugsweise gleich oder größer als die Härte der elementseitigen Befestigungsfläche 15.
Hierbei können die Eingriffsvorsprünge 20 durch übliches photographisches Ätzen ausgebildet werden. Z. B. wird, nachdem die Verzahnung auf dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad 3 ausgebildet worden ist, ein Fotoresistfilm 31 in einem Zustand ausgebildet, in dem er die äußere Stirnfläche 16A der Nabe 17 bedeckt, wie in 6 (6(a) und (b)) gezeigt. Der Fotoresistfilm 31 wird dann Lichtbestrahlung ausgesetzt und entwickelt, um auf dem Fotoresistfilm ein Maskierungsmuster auszubilden (6(c)). Dann wird auf den freigelegten Flächenbereichen der äußeren Stirnfläche 16A z. B. ein nasses Atzen durchgeführt, um die Eingriffsvorsprünge 20 auszubilden (6(d)). Das Maskierungsmuster auf dem Fotoresistfilm 31 wird dann abgeschält und Nachbehandlungen, wie z. B. Wasch- und Trockenschritte, werden durchgeführt (6(e)). Wenn das Maskierungsmuster kreisförmig ist, werden dadurch im Wesentlichen kreisförmige Eingriffsvorsprünge 20 in der Form von Kegelstümpfen integral in der nabenseitigen Befestigungsfläche 17 ausgebildet. Für den Fall, dass das Maskierungsmuster rechteckig oder dreieckig ist, werden Eingriffsvorsprünge ausgebildet, welche die Form rechteckiger oder dreieckiger Kegelstümpfe haben.
Die 7 und 8 zeigen andere Formen der Eingriffsvorsprünge 20. Die Eingriffsvorsprünge 20A, die in 7 gezeigt sind, haben insgesamt im Wesentlichen die Form eines rechteckigen Kegelstumpfes. Die Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 20A sind z. B. reguläre Tetraeder mit einer Breite von 0,05 mm, einer Höhe H von 0,06 mm und einem Abstand P von 0,2 mm.
Die Eingriffsvorsprünge 20B, die in 8 gezeigt sind, haben insgesamt im Wesentlichen die Form eines dreieckigen Kegelstumpfes. Die Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 20B sind z. B. gleichseitige Dreiecke und die Breite L dieser gleichseitigen Dreiecke ist 0,06 mm. Die Höhe H der Eingriffsvorsprünge 20B ist 0,06 mm und der Abstand P ist 0,2 mm. In jeder Reihe der in einer Matrix angeordneten Eingriffsvorsprünge 20B hat jedes zweite Dreieck eine umgekehrte Orientierung.
Wenn das zu befestigende Ausgangselement 11 an der Nabe 7 des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 mit diesem Aufbau befestigt ist, ist die nabenseitige Befestigungsfläche 17 koaxial mit der Befestigungsfläche 15 des zu befestigenden Elements 11 überlagert, und der Befestigungsflansch 12 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Nabe 7 überlagert. In diesem Zustand sind die Befestigungsbolzen 13 von Seiten des Befestigungsflansches 12 eingeführt, und die drei Elemente, das Ausgangselement 11, die Nabe 7 und der Befestigungsflansch 12 sind in befestigender Weise fixiert. Die Bolzenspannung der Befestigungsbolzen 18 bewirkt, dass sich die Eingriffsvorsprünge 20 der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 von der Befestigungsfläche 15 des zu befestigenden Elements 11 aus in eine vorgegebene Eingrabtiefe eingraben. Durch das Eingraben der Eingriffsvorsprünge 20 in die Befestigungsfläche 15 des zu befestigenden Elements 11 wird eine große Reibungskraft zwischen den Befestigungsflächen 15, 17 erzeugt.
Wenn die Eingriffsvorsprünge 20 der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 in die elementseitige Befestigungsfläche 15 eingegraben sind, kann die Befestigungskraft im befestigten Bereich des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3 des Ausgangselements 11 durch die Abnutzung angenähert werden, die mit dem Abtragen von Stahl verbunden ist. Um eine Beschreibung zu geben, ist in 9(a) ein Fall gezeigt, indem konische Vorsprünge in die Befestigungsfläche eines Stahlmaterials drücken. In diesem Fall sind n konische Vorsprünge im Kontakt mit der Befestigungsfläche. Der (dreieckige) projizierte Flächenbereich At der konischen Vorsprünge in der Bewegungsrichtung, die durch den fetten Pfeil gezeigt ist, wird durch folgende Formel ausgedrückt: At = n·r·d = n·r·r·cotθ = n·r2·(1/tanθ) r: mittleret Radius der Eindrücke, die durch die konischen Vorsprünge erzeugt werden
θ: halber Öffnungswinkel der konischen Vorsprünge
d: Tiefe
Der Flächenbereich der Vertiefungen, die durch die konischen Vorsprünge erzeugt werden, kann angenähert werden, wie in der folgenden Formel gezeigt: Flächenbereich der durch die konischen Vorsprünge erzeugten Vertiefungen (≈) realer Kontaktbereich Ar = P/Pm = n·πr²
P: Totale Belastung
Pm: mittlerer Flächendruck des realen Kontaktbereichs
Daher kann, wenn F eine Abtragungswiderstandkraft (Reibungskraft) ist, der Reibungskoeffizient μ durch folgende Formel ausgedrückt werden: Reibungskoeffizient μ = F/P = At·Pm/Ar·Pm = At/Ar = 1/(π·tanθ).
Wenn θ der konischen Vorsprünge 45° ist, ist μ = 0,3183.
9(b) zeigt einen Fall, in dem die Eingriffsvorsprünge 20 des vorliegenden Beispiels, welche die Form eines kreisförmigen Kegelstumpfes haben, in die elementseitige Befestigungsfläche 15 eingegraben sind. In diesem Fall können die Werte wie folgt angenähert werden:
Eingrabtiefe x ≈ d
projizierter Eingrabflächenbereich AT ≈ At
Vertiefungsflächenbereich AR ≈ Ar
ungefährer Reibungskoeffizient M = AT/AR
Wenn die Eingriffsvorsprünge 20 in die elementseitige Befestigungsfläche 15 gegraben sind, wird das durch den befestigten Bereich übertragbare Drehmoment stark durch den Reibungskoeffizienten der Reibungsflächen beeinflusst. Der Reibungskoeffizient kann durch den projizierten Eingrabflächenbereich AT und den wie zuvor beschriebenen Vertiefungsflächenbereich AR definiert werden. Der Reibungskoeffizient wird insbesondere durch die Form, Größe und Eingrabtiefe der Eingriffsvorsprünge 20 und durch die Differenz in der Härte zwischen der nabenseitigen Befestigungsfläche 16 und der elementseitigen Befestigungsfläche 15 bestimmt. Daher können Befestigungsflächen mit dem gewünschten Reibungskoeffizienten durch geeignetes Festlegen der Form und Größe der Eingriffsvorsprünge 20, der Härte der Nabe 7 und der Härte des Ausgangselements 11 erhalten werden. Im vorliegenden Beispiel werden die Eingriffsvorsprünge 20 photographisch in der Form kreisförmiger Kegelstumpf geätzt. Indem den so ausgebildeten Eingriffsvorsprüngen 20 die Größe L der Gipfelflächen, die Höhe H der Vorsprünge und die zuvor beschriebene Härte gegeben werden, kann ein hoher Reibungskoeffizient erreicht werden.
Die Anzahl der Vorsprünge 20 wird durch die Scherfestigkeit des Materials begrenzt, wie sie vom gesamten Vertiefungsflächenbereich (AR × n) erhalten wird. Im vorliegenden Beispiel ist die Anzahl der Vorsprünge n zwischen 40 und 250 pro 10 mm², wobei die Scherfestigkeit der Nabe 7 berücksichtigt wird.
Darüber hinaus unterscheidet sich die Eingrabtiefe x der Eingriffsvorsprünge in Abhängigkeit von der Form der Gipfelflächen der Vorsprünge, wenn die gleiche Bolzenspannung aufgebracht wird. Wenn die Form der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge kreisförmig, quadratisch und dreieckig ist, graben sich unter der Annahme, dass alle anderen Umstände gleich sind, dreieckige Flächen am einfachsten ein, und die kreisförmigen Flächen graben sich am schwierigsten ein. Befestigungsflächen mit einer geringeren Härte haben eine größere Eingrabtiefe x als Befestigungsfläche größerer Härte. Darüber hinaus unterscheidet sich die Eingrabtiefe x der Eingriffsvorsprünge 20 in Abhängigkeit von dem Flächenbereich der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge, Flächen mit einem kleineren Flächenbereich graben sich leichter ein. Genauso graben sich Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge, die eine kleinere Gesamtfläche haben, einfacher ein als Gipfelflächen, die eine größere Gesamtfläche haben. Daher werden die Größe und Form der Eingriffsvorsprünge 20 (die Form der Gipfelflächen, der Flächenbereich und die Höhe der Vorsprünge), die Abstände und die Anzahl der Eingriffsvorsprünge 20 pro Einheitsflächenbereich, und die Härte aller Komponenten vorzugsweise in Abhängigkeit von der Größe der nabenseitigen Befestigungsfläche 16, dem zu übertragenden Drehmoment und der hinzugefügten Bolzenspannung geeignet gewählt.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Eingrabtiefe (der Eindrücktiefe) und dem ungefähren Reibungskoeffizienten in einem Fall zeigt, in dem die Eingriffsvorsprünge 20 die Form kreisförmiger Kegelstümpfe haben und Durchmesser der kreisförmigen Fläche variiert wurde. Die Eingriffsvorsprünge 20 wurden in einer Matrix angeordnet, der Abstand einander benachbarter Eingriffsvorsprünge 20 war 0,2 bis 0,5 mm, es gab drei maximale Durchmesser L der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 20: 0,03 mm, 0,04 mm und 0,05 mm; und die Höhe der Eingriffsvorsprünge 20 war das 1,0 bis 1,2-fache der maximalen Größe der Durchmesser L der Gipfelflächen der Vorsprünge.
Wie aus diesem Graph zu erkennen ist, kann, wenn der maximale Durchmesser L der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 20 0,03 mm beträgt, der ungefähre Reibungskoeffizient 0,35 oder größer sein, wenn die Eingrabtiefe 0,01 bis 0,025 mm ist. Wenn der maximale Durchmesser L der Gipfelflächen 0,04 mm ist, kann der ungefähre Reibungskoeffizient 0,35 oder größer sein, wenn die Eingrabtiefe 0,015 bis 0,035 mm ist. Wenn der maximale Durchmesser L der Gipfelflächen 0,05 mm ist, kann der ungefähre Reibungskoeffizient 0,35 oder größer sein, wenn die Eingrabtiefe 0,020 bis 0,040 mm ist. Wenn der maximale Durchmesser L 0,03 bis 0,05 mm ist, kann der ungefährer Reibungskoeffizient 0,35 oder größer sein, wenn die Eingrabtiefe ungefähr 0,015 bis 0,025 mm ist.
Andere Ausführungsbeispiele
Im Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, Eingriffsvorsprünge in der elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements auszubilden. In diesem Fall ist die Härte des Elements, in dem die Eingriffsflächen ausgebildet werden, vorzugsweise gleich oder größer als die Härte des anderen Elements. Es ist auch möglich, Eingriffsvorsprünge sowohl in der nabenseitigen Befestigungsfläche als auch in der elementseitigen Befestigungsfläche auszubilden. In diesem Fall sind die Härten der beiden Elemente vorzugsweise ungefähr gleich.

Claims

Ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: eine an einem zu befestigenden Element befestigte Nabe; eine auf der Nabe ausgebildete nabenseitige Befestigungsfläche, wobei die nabenseitige Befestigungsfläche im Kontakt mit einer elementseitigen Befestigungsfläche steht, die an dem zu befestigenden Element ausgebildet ist; und mehrere Eingriffsvorsprünge mit einer vorgegebenen Größe, die in vorgegebenen Abständen auf der nabenseitigen Befestigungsfläche ausgebildet sind; wobei die Eingriffsvorsprünge integral in die nabenseitige Befestigungsfläche photogeätzt sind; und eine Härte der nabenseitigen Befestigungsfläche und der Eingriffsvorsprünge wenigstens HRC45 ist.
Flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsvorsprünge sich verjüngende Vorsprünge sind, die in einem rechten Winkel von der nabenseitigen Befestigungsfläche hervorstehen, die Spitzen der Eingriffsvorsprünge flache Gipfelflächen parallel zur nabenseitigen Befestigungsfläche sind, und die Querschnittsformen der Eingriffsvorsprünge in einem rechten Winkel zur Richtung ihres Hervorstehens kreisförmig, quadratisch oder dreieckig sind.
Flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes nach Anspruch 2, wobei die Abstände nebeneinander angeordneter Eingriffsvorsprünge 0,2 bis 0,5 mm betragen, ein maximaler Durchmesser oder eine maximale Breite der Gipfelflächen der Eingriffsvorsprünge 0,01 bis 0,05 mm ist, und eine Höhe der Eingriffsvorsprünge das 1,0 bis 1,2-fache des maximalen Durchmesser oder der maximalen Breite der Gipfelflächen der Vorsprünge ist.
Flexibles, außen verzahntes Zahnrad eines Verformungswellgetriebes nach Anspruch 3, wobei die Eingriffsvorsprünge in einer Dichte von 40 bis 250 pro 10 mm² angeordnet sind.
Verformungswellgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: ein steifes, innen verzahntes Zahnrad; ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad, das in Eingriff mit dem steifen, innen verzahnten Zahnrad bringbar ist; und einen Wellgenerator zum Biegen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades in eine elliptische Form, um es teilweise in Eingriff mit dem steifen, innen verzahnten Zahnrad zu bringen und die Eingriffsbereiche der beiden Zahnräder bei seiner Rotation in Umfangsrichtung zu bewegen, wobei das flexible, außen verzahnte Zahnrad eines nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades eines Verformungswellgetriebes an einem zu befestigenden Element, wobei das Verfahren zum Befestigen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: koaxiales Überlagern der nabenseitigen Befestigungsfläche des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements; Befestigen des zu befestigenden Elements an der Nabe durch Befestigungsbolzen; und Eingraben die Eingriffsvorsprünge der nabenseitigen Befestigungsfläche mit der Bolzenspannung der Befestigungsbolzen von der elementseitigen Befestigungsfläche aus um eine vorgegebene Eingriffstiefe in das zu befestigende Element.
Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades eines Verformungswellgetriebes an einem zu befestigenden Element, wobei das Verfahren zum Befestigen des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Ausbilden einer elementseitigen Befestigungsfläche am zu befestigenden Element; Ausbilden einer nabenseitigen Befestigungsfläche an einer Nabe, die an dem flexiblen, außen verzahnten Zahnrad ausgebildet ist, um das zu befestigende Element zu befestigen; Festlegen, dass wenigstens eine von der elementseitigen Befestigungsfläche und der nabenseitigen Befestigungsfläche eine mit Vorsprüngen ausgebildete Befestigungsfläche ist; Ausbilden mehrerer Eingriffsvorsprünge vorgegebener Größe und mit vorgegebenen Abständen in der mit Vorsprüngen ausgebildete Befestigungsfläche durch photograpisches Ätzen; Festlegen einer Härte der mit Vorsprüngen ausgebildeten Befestigungsfläche, so dass sie gleich oder größer als die Härte der anderen Befestigungsfläche ist; koaxiales Überlagern der nabenseitigen Befestigungsfläche des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades mit der elementseitigen Befestigungsfläche des zu befestigenden Elements; Befestigen der Nabe und des zu befestigenden Elements unter Benutzung eines Befestigungsbolzens; und Eingraben der Eingriffsvorsprünge der nabenseitigen Befestigungsfläche durch die Bolzenspannung der Befestigungsbolzen von der elementseitigen Befestigungsfläche aus in das zu befestigende Element über eine vorgegebene Eingrabtiefe.
Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades nach Anspruch 7, wobei die Eingriffsvorsprünge sich verjüngende Vorsprünge sind, die in einem rechten Winkel von der nabenseitigen Befestigungsfläche hervorstehen, Spitzen der Eingriffsvorsprünge flache Gipfelflächen parallel zur nabenseitigen Befestigungsfläche sind; und die Querschnittsformen der Eingriffsvorsprünge rechtwinklig zur Richtung ihres Hervorstehens kreisförmig, quadratisch oder dreieckig sind.
Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades nach Anspruch 8, wobei die Abstände benachbart angeordneter Eingriffsvorsprünge 0,2 bis 0,5 mm betragen, ein maximaler Durchmesser oder eine maximale Breite einer Gipfelfläche der Eingriffsvorsprünge 0,01 bis 0,05 mm ist, und die Höhe der Eingriffsvorsprünge das 1,0 bis 1,2-fache des maximalen Durchmessers oder der maximalen Breite der Gipfelflächen der Vorsprünge ist.
Verfahren zum Befestigen eines flexiblen, außen verzahnten Zahnrades nach Anspruch 9, wobei die Eingriffsvorsprünge in einer Dichte von 40 bis 250 pro 10 mm² angeordnet sind.