DE19741226A1

DE19741226A1 - Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ

Info

Publication number: DE19741226A1
Application number: DE19741226A
Authority: DE
Inventors: Naomi Shirasawa
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: US5906142A; DE19741226B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ, d. h. auf ein Wellen-Zahnradgetriebe, das ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung aufweist. Ein derartiges Wellen-Zahnradgetriebe kann sowohl kompakt und klein ausgebildet sein als auch eine hohe Festigkeit aufweisen.

Im Stand der Technik ist bereits ein Wellen-Zahnradgetriebe bekannt, welches ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung aufweist. Typischerweise weist diese Form eines verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung einen zylindrischen Körper, eine ringförmige Membran, die sich nach auswärts in einer radialen Richtung von einem offenen Ende des zylindrischen Körpers erstreckt, eine ringförmige Nabe, die an einem über den Umfang verlaufenden, äußeren Umfangsrand der Membrane einstückig ausgebildet ist, sowie äußere Zähne auf, welche an einer über den Umfang verlaufenden Außenseite des anderen offenen Endbereichs des zylindrischen Körpers ausgebildet sind.

Vom Anmelder der vorliegenden Erfindung ist bereits ein Wellen- Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ vorgeschlagen worden, welches strukturell klein und kompakt ausgebildet werden kann, insbesondere in seiner Längenabmessung entlang einer axialen Richtung des Wellen- Zahnradgetriebes. Ein derartiges Wellen-Zahnradgetriebe ist bereits in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-312730 offenbart worden, welche ebenfalls von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ zu schaffen, welches noch kleiner und kompakter ausgebildet werden kann. Insbesondere soll ein derartiges Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ geschaffen werden, dessen Steifigkeit bzw. Festigkeit noch verbessert werden kann.

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut- Typ mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen:
Eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, welche in einem vorgegebenen Spalt entlang einer axialen Richtung des Getriebes positioniert sind; ein Schrägrollenlager, das zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte positioniert ist; eine drehbare Welle, welche sich durch die erste Endplatte und die zweite Endplatte erstreckt und durch diese Endplatten drehbar gelagert ist; ein ringförmiges, starres Zahnrad mit Innenverzahnung, das an einem Innenring des Schrägrollenlagers einstückig ausgebildet ist; ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung, weiches innerhalb des starren Zahnrads mit Innenverzahnung positioniert ist; und ein Wellengenerator, welcher an der drehbaren Welle fest angebracht und innerhalb des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung positioniert ist, wobei der Innenring des Schrägrollenlagers an der ersten Endplatte fest angebracht ist und ein Außenring des Schrägrollenlagers an der zweiten Endplatte fest angebracht ist, um eine relative Drehung der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte zu erlauben.

Das starre Zahnrad mit Innenverzahnung muß an der ersten Endplatte befestigt sein und gleichzeitig muß es an der Seite des Innenrings des Schrägrollenlagers befestigt sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, weil das starre Zahnrad mit Innenverzahnung an dem Innenring des Schrägrollenlagers einstückig ausgebildet ist, eine Befestigung dieser drei Elemente leicht ausgeführt werden und das Wellen-Zahnradgetriebe kann in seiner Gesamtstruktur klein und kompakt sein.

Hinzu kommt, daß es die Integration der getrennten Bauteile dieses Wellen-Zahnradgetriebes ermöglicht, sowohl Zusammenbaufehler dieser Teile zu verringern oder zu vermeiden als auch die Steifigkeit/Festigkeit des gesamten Wellen-Zahnradgetriebes zu erhöhen.

Diese drei Elemente können einstückig ausgebildet werden, d. h. als ein Bauteil. Insbesondere kann die erste Endplatte mit dem Innenring des Schrägrollenlagers einstückig ausgebildet sein und der Innenring kann mit dem starren Zahnrad mit Innenverzahnung einstuckig ausgebildet sein, so daß die Gesamtstruktur des Wellen-Zahnradgetriebes kleiner und kompakter gemacht werden kann und die Steifigkeit bzw. Festigkeit dieses Wellen-Zahnradgetriebes ebenfalls erhöht werden kann.

In bevorzugter Weise ist der Zahnbereich des starren Zahnrads mit Innenverzahnung annähernd an einer radial inneren Seite eines Laufrings des Schrägrollenlagers positioniert. Dies kann Verformung des Zahnbereichs des starren Zahnrads mit Innenverzahnung infolge Belastung unterdrücken, wodurch an den Schrägrollen ungünstige Beeinträchtigungen vermieden werden können, welche aufgrund durch Belastung bedingter Verformung des starren Zahnrads mit Innenverzahnung verursacht sein können.

Die drehbare Welle kann eine Hohlwelle sein, wobei der hohle Bereich der Weile als ein Raum für Verdrahtung und dergleichen verwendet werden kann. Darüberhinaus kann der Wellengenerator an der drehbaren Welle einstückig ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur (Fig. 1) stellt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wellen-Zahnradgetriebes dar.

Das im Schnitt veranschaulichte Wellen-Zahnradgetriebe 1 vom Zylinderhut-Typ weist eine erste Endplatte 2 sowie eine zweite Endplatte 3 auf, wobei diese Endplatten 2 und 3 in einem vorgegebenen Spalt entlang einer axialen Richtung 1a des Wellen-Zahnradgetriebes 1 positioniert sind. Ein Schrägrollenlager 4 ist an einer radial äußeren Seite zwischen der ersten Endplatte 2 und der zweiten Endplatte 3 positioniert. Eine drehbare Eingangswelle 5 ist so angeordnet, daß sie durch die erste Endplatte 2 und die zweite Endplatte 3 entlang der axialen Richtung 1a verläuft. Die drehbare Eingangswelle 5 ist durch diese Endplatten 2, 3 mittels Kugellagern 6 und 7 drehbar gelagert, wobei das Kugellager 6 bzw. 7 an einer über den Umfang verlaufenden inneren Seite 21 bzw. 31 der Endplatte 2 bzw. 3 angebracht ist.

Das Schrägrollenlager 4 weist einen Innenring 41 auf, der mit einem starren Zahnrad mit Innenverzahnung einstückig ausgebildet ist. Im einzelnen sind die inneren Zähne 11 des starren Zahnrads mit Innenverzahnung an einer über den Umfang verlaufenden, inneren Seite des Innenrings 41 ausgebildet. Innerhalb der inneren Zähne 11 ist ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung 13 mit äußeren Zähnen 12 vorgesehen, welche mit den inneren Zähnen 11 kämmen können. Ein elliptischer Wellengenerator 14 ist in das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 13 eingesetzt.

Das zylinderhutförmige Zahnrad mit Außenverzahnung 13 weist einen zylindrischen Körper 15, eine ringförmige Membrane 16, welche sich nach auswärts in einer radialen Richtung von einem offenen Ende des zylindrischen Körpers 15 erstreckt, und eine ringförmige Nabe 17 auf, die an einem über den Umfang verlaufenden, äußeren Umfangsrand der Membrane 16 einstückig ausgebildet ist. Die äußeren Zähne 12 sind an einer über den Umfang verlaufenden, äußeren Seite des anderen offenen Endbereichs des zylindrischen Körpers 15 ausgebildet. Der Wellengenerator 14 weist eine elliptische, starre Steuerscheibe 18 und ein Wellenauflager 19 auf, das an der Steuerscheibe 18 befestigt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die starre Steuerscheibe 18 an der drehbaren Eingangswelle 5 einstückig ausgebildet.

Auf der anderen Seite weist das Schrägrollenlager 4 einen Außenring 44 auf, welcher mit der zweiten Endplatte 3 in der Weise fest verbunden ist, daß die ringförmige Nabe 17 des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 zwischen dem Außenring 44 und der zweiten Endplatte 3 gehalten ist. Diese drei Elemente in diesem Zustand sind miteinander durch eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 81 miteinander befestigt, die über den Umfang verlaufend angeordnet sind. Der Innenring 41 des Schrägrollenlagers 4 ist an der ersten Endplatte 2 durch eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 82 befestigt, welche über den Umfang verlaufend angeordnet sind.

Bei dem Wellen-Zahnradgetriebe 1 vom Zylinderhut-Typ, das wie oben erläutert ausgebildet ist, weist die drehbare Eingangswelle 5 einen Endbereich auf, der von der zweiten Endplatte 3 zur Verbindung mit einer Antriebswelle aus vorsteht, z. B. einer (nicht gezeigten) Motorwelle und dergleichen, während die erste Endplatte 2 oder die zweite Endplatte 3 mit einer (nicht gezeigten) Abtriebsseite verbunden ist. Wenn die drehbare Eingangswelle 5 mit hoher Drehzahl gedreht wird, bewegen sich mit den inneren Zähnen 11 in Eingriff befindliche Bereiche der äußeren Zähne 12 in einer Umfangsrichtung. Weil das Zahnrad mit Innenverzahnung in der Zähnezahl von dem Zahnrad mit Außenverzahnung abweicht, wird eine relative Drehung aufgrund der Differenz in der Zähnezahl zwischen diesen Zahnrädern erzeugt. Die relative Drehung ist eine solche, daß sie, verglichen mit der Eingangsrotation, in der Drehzahl stark reduziert ist. Eine der Endplatten, d. h. die erste Endplatte 2 bzw. die zweite Endplatte 3, ist mit der Abtriebsseite verbunden und die andere Endplatte ist fixiert, um sich nicht zu drehen, so daß eine Ausgangsrotation auf die Abtriebsseite durch die Endplatte übertragen wird, die mit der Abtriebsseite verbunden ist.

Bei dem Wellen-Zahnradgetriebe 1 sind die inneren Zähne 11 annähernd an einer radial inneren Seite des Laufrings 47 des Schrägrollenlagers 4 positioniert, wenn entlang einer radialen Richtung beobachtet wird. Daher ist das Schrägrollenlager 4 daran gehindert, in ungünstiger Weise durch eine Verformung des Innenrings 41 aufgrund einer auf ihn einwirkenden Belastung beeinträchtigt zu werden.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das starre Zahnrad mit Innenverzahnung an dem Innenring des Schrägrollenlagers einstückig ausgebildet. Zum Zwecke der Reduzierung der Abmessung des Wellen- Zahnradgetriebes ist es vorzuziehen, daß die erste Endplatte mit dem Innenring einstuckig ausgebildet ist, welcher das starre Zahnrad mit Innenverzahnung aufweist. Wenn diese drei Elemente einstückig ausgebildet sind, d. h. als ein Bauteil, kann ein Zusammenbaufehler dieser Elemente vermieden werden und die Steifigkeit bzw. Festigkeit des Wellen-Zahnradgetriebes kann ebenfalls erhöht werden, ferner kann die Gesamtkonstruktion des Wellen-Zahnradgetriebes kleiner und kompakter gemacht werden.

Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehbare, hohle Eingangswelle verwendet wird, kann eine massive Eingangswelle ebenfalls verwendet werden.

Entsprechend dem Wellen-Zahnradgetriebe 1 dieses Ausführungsbeispiels wird ein Wellen-Zahnradmechanismus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte zusammengebaut, weist das Schrägrollenlager zum Ermöglichen einer relativen Drehung der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte den Innenring auf, welcher unmittelbar an der ersten Endplatte fixiert ist, und es ist das starre Zahnrad mit Innenverzahnung an dem Innenring einstückig ausgebildet. Infolgedessen kann das Wellen- Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ klein und kompakt ausgebildet werden.

Darüberhinaus sind die inneren Zähne, die an der über den Umfang verlaufenden Innenseite des Innenrings des Schrägrollenlagers ausgebildet sind, annähernd an einer radial inneren Seite des Laufrings des Schrägrollenlagers positioniert. Daher können ungünstige Beeinträchtigungen an dem Schrägrollenlager vermieden werden, welche durch unzweckmäßige Verformung des Innenrings aufgrund der Belastung verursacht sind, die auf den Innenring durch die inneren Zähne einwirkt.

Claims

1. Wellen-Zahnradgetriebe vom Zylinderhut-Typ, mit folgenden Merkmalen:
eine erste Endplatte (2) und eine zweite Endplatte (3), welche in einem vorgegebenen Spalt entlang einer axialen Richtung des Wellen-Zahnradgetriebes positioniert sind;.
ein Schrägrollenlager (4), das zwischen der ersten Endplatte (2) und der zweiten Endplatte (3) positioniert ist;
eine drehbare Welle (5), welche sich durch die erste Endplatte (2) und die zweite Endplatte (3) erstreckt und durch diese Endplatten in drehbarer Weise gelagert ist;
ein ringförmiges, starres Zahnrad mit Innenverzahnung, welches an einem Innenring (41) des Schrägrollenlagers (4) einstückig ausgebildet ist;
ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung (13), das innerhalb des starren Zahnrads mit Innenverzahnung positioniert ist; und
ein Wellengenerator (14), welcher an der drehbaren Welle (5) fest angebracht und in das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung (13) eingesetzt ist;
wobei der Innenring (41) des Schrägrollenlagers (4) an der ersten Endplatte (2) fest angebracht ist und ein Außenring (44) des Schrägrollenlagers (4) an der zweiten Endplatte (3) fest angebracht ist, um so eine relative Drehung der ersten Endplatte (2) und der zweiten Endplatte (3) zu erlauben.

2. Wellen-Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (41) des Schrägrollenlagers (4) an der ersten Endplatte (2) einstückig ausgebildet ist.

3. Wellen-Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich des starren Zahnrads mit Innenverzahnung, an welchem innere Zähne (11) ausgebildet sind, annähernd an einer radial inneren Seite eines Laufrings (47) des Schrägrollenlagers (4) positioniert ist.

4. Wellen-Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle (5) eine Hohlwelle ist.

5. Wellen-Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellengenerator (14) eine starre Steuerscheibe (18), welche an der drehbaren Welle (5) einstückig ausgebildet ist, und ein Wellenauflager (19) aufweist, das zwischen der Steuerscheibe (18) und dem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung (13) befestigt ist.