DE202020103836U1

DE202020103836U1 - Verformungswellgetriebe

Info

Publication number: DE202020103836U1
Application number: DE202020103836.2U
Authority: DE
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2020-07-13
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: KR20210000222U; CN212804125U; TWM610119U; US20210018081A1

Abstract

Ein Verformungswellgetriebe (1) aufweisend:
ein steifes innenverzahntes Zahnrad (2);
ein becherförmiges außenverzahntes Zahnrad (3; 3A-3D); und
einen Wellgenerator (4),
wobei das außenverzahnte Zahnrad (3; 3A-3D) aufweist:
- einen zylindrischen Körper (31), der in einer radialen Richtung biegbar ist;
- eine Außenverzahnung (32), die auf Seiten eines Endes in Richtung einer Zentralachse des Körpers (31) auf einem äußeren Umfangsflächenbereich des Körpers (31) ausgebildet ist;
- eine scheibenförmige Membran (33; 33A-33D), die sich in radialer Richtung vom anderen Ende des Körpers (31) nach innen erstreckt; und
- eine steife Nabe (34; 34A-34D), die koaxial und integral in der Membran (33; 33A-33D) ausgebildet oder koaxial mit der Membran (33; 33A-33D) verbunden ist, und
wobei ein Maximalwert eines Verhältnisses B/A 0,59 ist, wobei A ein Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung und B ein Außendurchmesser der Nabe (34; 34A-34D) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verformungswellgetriebe und insbesondere auf ein Verformungswellgetriebe, das mit einem becherförmigen außenverzahnten Zahnrad ausgestattet ist.
Ein Verformungswellgetriebe, das mit einem becherförmigen außenverzahnten Zahnrad ausgestattet ist, ist zum Beispiel in JP 2014-206265 A offenbart. Ein becherförmiges außenverzahntes Zahnrad, das durch einen Wellgenerator in eine elliptische Form verbogen wird, hat einen zylindrischen Körper, der in der Lage ist, in einer radialen Richtung gebogen zu werden; ein Außenverzahnung, die auf dem Außenumfangsflächenbereich an einem Ende des Körpers ausgebildet ist; eine Membran, die sich in radialer Richtung vom anderen Ende des Körpers nach innen erstreckt, und eine steife Nabe, die eine ringförmige Form hat und integral am inneren Umfangsrand der Membran ausgebildet ist. Die Nabe dient als Befestigungsflansch, um das außenverzahnte Zahnrad an einem anderen Element zu befestigen. In dem Verformungswellgetriebe, das in dem zuvor genannten Patentdokument offenbart ist, ist die Nabe des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades koaxial mit einem inneren Ring eines Kreuzrollenlagers verbunden, wobei der innere Ring als Ausgangswelle dient.
Die 3(A) bis 3(D) sind erläuternde Ansichten, die einen Ausgangszustand des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades und einen Zustand des Zahnrades zeigen, nachdem es elliptisch verbogen worden ist. Insbesondere zeigt 3(A) einen wahren Kreis C1, der die Form des außenverzahnten Zahnrades 130 ist, bevor es durch den Wellgenerator 140 verbogen worden ist, und eine Ellipse C2, welche die Form des außenverzahnten Zahnrades 130 ist, nachdem es von dem Wellgenerator 140 verbogen worden ist. 3(B) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Querschnitt des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades 130 im Ausgangszustand eines wahren Kreises C1 zeigt. 3(C) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Querschnitt, der die Hauptachse L1 einer Ellipse C2 des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades 130 enthält, in einem gebogenen Zustand zeigt, und 3(D) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Querschnitt, der die Nebenachse L2 der Ellipse C2 des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades 130 enthält, im gebogenen Zustand zeigt.
In dem in der 3(C) gezeigten Querschnitt, der die Hauptachse L1 der Ellipse C2 enthält, wird der Bereich, auf dem die Außenverzahnung 132 auf dem zylindrischen Körper 131 des außenverzahnten Zahnrades 130 ausgebildet ist, wie folgt gebogen. Der Bereich, auf dem die Außenverzahnung 132 ausgebildet ist, wird in radialer Richtung nach außen gebogen, und das Ausmaß der Bildung in radialer Richtung nach außen davon nimmt entlang der Zahnbahnrichtung vom hinteren Ende 132b der Außenverzahnung 132 zum vorderen Ende 132a an ihrem offenen Ende allmählich zu. In dem in der 3(D) gezeigten Querschnitt, der die Nebenachse L2 der Ellipse C2 enthält, wird der Bereich, in dem die Außenverzahnung 132 ausgebildet ist, in radialer Richtung nach innen gebogen, und das Ausmaß der Biegung davon in radialer Richtung nach innen nimmt vom hinteren Ende 132b zum vorderen Ende 132a allmählich ab. Dieser Biegezustand des außenverzahnten Zahnrades wird „Konen“ genannt.
Im Stand der Technik werden die Abmessungen der Membran und der Nabe des becherförmigen außenverzahnten Zahnrades wie folgt festgelegt. Als Abmessung des Außendurchmessers der Membran wird der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung verwendet. Die Außenverzahnung ist auf dem zylindrischen Körper ausgebildet, der mit dem äußeren Umfangsrand der Membran verbunden ist. Die Membran und die Nabe sind so ausgelegt, dass das Verhältnis B/A im Bereich von 0,6 bis 0,7 ist, wobei A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung ist und wobei B der Außendurchmesser der Nabe ist.
Im Stand der Technik wurde sich nicht mit Änderungen des Abmessungsverhältnisses B/A der Membran und der Nabe, die im Zentrum der Membran ausgebildet ist, befasst.
Angesichts des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verformungswellgetriebe mit einem außenverzahnten Zahnrad bereitzustellen, das in der Lage ist, die Biegespannung, die aufgrund des Konens in der Membran erzeugt wird, zu reduzieren; eine Änderung des Eingriffszustandes der beiden Zahnräder in der Zahnbahnrichtung zu unterdrücken und das außenverzahnte Zahnrad durch geeignetes Festlegen des Größenverhältnisses zwischen der Membran und der Nabe flacher zu machen.
Ein Verformungswellgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein becherförmiges flexibles außenverzahntes Zahnrad. Das außenverzahnte Zahnrad umfasst einen zylindrischen Körper, der in der Lage ist, in radialer Richtung gebogen zu werden, eine Außenverzahnung, die auf einem äußeren Umfangsflächenbereich auf Seiten eines Endes in Richtung einer Zentralachse des Körpers ausgebildet ist, eine scheibenförmige Membran, die sich vom anderen Ende des Körpers in radialer Richtung nach innen erstreckt, und eine steife Nabe, die integral und koaxial in der Membran ausgebildet oder koaxial mit der Membran verbunden ist. Wenn A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung ist, und B der Außendurchmesser der Nabe ist, ist der maximale Wert des Verhältnisses B/A 0,59.
Im Vergleich zu einer konventionellen Konstruktion, in dem das außenverzahnte Zahnrad mit einer Membran ausgestattet ist, die den gleichen Außendurchmesser hat, wird in einem außenverzahnten Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausreichende radiale Länge vom inneren Umfangsrand der Membran, der mit der Nabe verbunden ist, zu ihrem äußeren Umfangsrand erreicht. Dadurch kann das Ausmaß an Biegung, das aufgrund des Konens des außenverzahnten Zahnrades im inneren Umfangsrand, im äußeren Umfangsrand oder in einem anderen Bereich der Membran erzeugt wird, reduziert werden; darüber hinaus kann auch die Änderung des Ausmaßes an Biegung entlang der Zahnbahnrichtung der Außenverzahnung reduziert werden. Als ein Ergebnis kann die Biegespannung, die in jedem Abschnitt des außenverzahnten Zahnrades erzeugt wird, reduziert werden, und auch der Eingriffszustand der Außenverzahnung mit der Innenverzahnung in der Zahnbahnrichtung kann verbessert werden. Es ist daher möglich, ein weiteres Abflachen des außenverzahnten Zahnrades zu realisieren.
Die Nabe ist üblicherweise integral mit der Membran ausgebildet. Mit anderen Worten, die Nabe und die Membran sind als eine Komponente ausgebildet. Statt die Nabe integral mit der Membran auszubilden, ist es auch möglich, die Nabe als Komponente separat von der Membran auszubilden und koaxial mit der Membran zu verbinden.

1(A) ist eine Querschnittsansicht, die ein Verformungswellgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, 1(B) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Eingriffszustand des außenverzahnten Zahnrades mit einem innenverzahnten Zahnrad zeigt, und 1(C) ist eine Querschnittsansicht, die ein außenverzahntes Zahnrad zeigt;
2(A) bis 2(D) sind erläuternde Ansichten, die Beispiele eines becherförmigen außenverzahnten Zahnrades zeigen; und
3(A) bis 3(D) sind erläuternde Ansichten, die das Konen eines außenverzahnten Zahnrades zeigen.

Ein Ausführungsbeispiel eines Verformungswellgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in den 1(A) bis 1(C) gezeigt, umfasst ein Verformungswellgetriebe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein kreisförmiges steifes innenverzahntes Zahnrad 2, ein becherförmiges flexibles außenverzahntes Zahnrad 3 und einen Wellgenerator 4.
Das innenverzahnte Zahnrad 2 umfasst ein steifes ringförmiges Element 21 und eine Innenverzahnung 22, die auf einer kreisförmigen Innenumfangsfläche des steifen ringförmigen Elements 21 ausgebildet ist. Das außenverzahnte Zahnrad 3 umfasst einen zylindrischen Körper 31, eine Außenverzahnung 32, die auf der Außenumfangsfläche auf Seiten eines Endes oder eines offenen Endes des Körpers 31 ausgebildet ist, eine scheibenförmige Membran 33, die sich in radialer Richtung vom anderen Ende des Körpers 31 nach innen erstreckt, und eine steife Nabe 34, die mit einem inneren Umfangsrand der Membran 33 verbunden ist. Die Nabe 34 hat eine ringförmige Form und umfasst einen hohlen Bereich, der einen zentralen Bereich der Nabe 34 in Richtung einer Zentralachse durchdringt. Die Außenverzahnung 32 liegt der Innenverzahnung 22 des innenverzahnten Zahnrades 2 in radialer Richtung von innen gegenüber und ist in der Lage, in die Innenverzahnung 22 einzugreifen.
Der Wellgenerator 4 ist koaxial in das Innere des Bereichs 31 des außenverzahnten Zahnrades 3, auf dem die Außenverzahnung 32 ausgebildet ist, eingepasst. Der Wellgenerator 4 umfasst einen ringförmigen (hohlwellenförmigen) steifen Stopfen 41 und ein Welllager 43, das auf eine äußere Umfangsfläche 42 des Stopfens 41 gepasst ist. Die Außenumfangsfläche 42 hat ein nicht kreisförmiges Profil, in diesem Ausführungsbeispiel ein elliptisches Profil. Der Wellgenerator 4 biegt den Bereich des außenverzahnten Zahnrades 3, auf dem die Außenverzahnung 32 ausgebildet ist, in eine elliptische Form. Zähne der Außenverzahnung 32, die an den beiden Endbereichen der Hauptachse Lmax der elliptischen Form angeordnet sind, werden mit der Innenverzahnung 22 in Eingriff gebracht.
Das innenverzahnte Zahnrad 2 ist beispielsweise ein feststehendes Element, das außenverzahnte Zahnrad 3 ist ein Element auf der angetriebenen Seite (Abtriebsseite), und der Wellgenerator 4 ist ein Eingangselement, über das eine Rotation von einem nicht gezeigten Motor oder Ähnlichem eingegeben wird. Wenn der Wellgenerator 4 rotiert, bewegen sich die Eingriffspositionen zwischen den beiden Zahnrädern 2, 3 in Umfangsrichtung. Eine relative Rotation, die zwischen den beiden Zahnrädern 2, 3 entsprechend der Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern 2, 3 erzeugt wird, wird von dem außenverzahnten Zahnrad 3 auf Seiten eines nicht gezeigten Lastelements ausgegeben.
Wie in der 1(C) gezeigt, ist A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung 32 des außenverzahnten Zahnrades 3, und B ist der Außendurchmesser der Nabe 34. Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist so konstruiert, dass das Verhältnis B/A kleiner oder gleich als 0,59 ist.
Das außenverzahnte Zahnrad 3 gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit einem konventionell konstruierten außenverzahnten Zahnrad verglichen, in dem der Außendurchmesser der gleiche Außendurchmesser wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist (mit anderen Worten, der Referenzwälzkreisdurchmesser ist A), aber das Verhältnis B/A zwischen 0,6 und 0,7 ist.
Die Länge R(33) ist der Abstand in radialer Richtung zwischen dem inneren Umfangsrand 33a der Membran 33, der mit der Nabe 34 verbunden ist, und dem äußeren Umfangsrand 33b der Membran 33, und die Länge R(33) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel größer als die konventionelle. Dies ermöglicht es, das Ausmaß der Biegung, die durch das Konen des außenverzahnten Zahnrades 3 verursacht und im inneren Umfangsrand 33a, der mit der Nabe 34 verbunden ist, oder in einem anderen Bereich der Membran 33 erzeugt wird, zu reduzieren, so dass die Änderung im Ausmaß an Biegung entlang der Zahnbahnrichtung der Au-ßenverzahnung 32 gehemmt werden kann. Im Ergebnis kann die Biegespannung, die in jedem Bereich des außenverzahnten Zahnrades 3 erzeugt wird, reduziert werden. Darüber hinaus kann auch der Eingriffszustand zwischen der Außenverzahnung 32 und der Innenverzahnung 22 entlang der Zahnbahnrichtung verbessert werden. Es ist auch vorteilhaft für das Abflachen des außenverzahnten Zahnrades 3.
Die 2(A) und 2(D) sind erläuternde Ansichten, die becherförmige außenverzahnte Zahnräder zeigen, die verschiedene Formen haben. Diese außenverzahnten Zahnräder können anstelle des zuvor erwähnten außenverzahnten Zahnrades 3 verwendet werden.
Ein außenverzahntes Zahnrad 3A, wie es in der 2(A) gezeigt ist, umfasst einen zylindrischen Körper 31, auf dem eine Außenverzahnung 32 ausgebildet sind, eine Membran 33A und eine Nabe 34A, die integral mit der Membran 33A ausgebildet ist. Das Verhältnis B/A wird zum Beispiel auf 0,5 festgelegt, wobei A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung 32 und B der Außendurchmesser der Nabe 34A ist.
Ein außenverzahntes Zahnrad 3B, wie es in der 2(B) gezeigt ist, hat denselben Aufbau wie das in der 1 gezeigte außenverzahnte Zahnrad 3 und umfasst einen zylindrischen Körper 31, auf dem eine Außenverzahnung 32 ausgebildet sind, eine Membran 33B und eine Nabe 34B, die integral mit der Membran 33B ausgebildet ist. Das Verhältnis B/A wird zum Beispiel auf 0,5 festgelegt, wobei A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung 32 und B der Außendurchmesser der Nabe 34B ist.
Ein außenverzahntes Zahnrad 3C, wie es in der 2(C) gezeigt ist, umfasst einen zylindrischen Körper 31, der mit einer Außenverzahnung 32 ausgebildet ist, eine Membran 33C und eine Nabe 34C, die integral mit der Membran 33C ausgebildet ist. Das Verhältnis B/A ist zum Beispiel auf 0,25 festgelegt, wobei A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung 32 und B der Außendurchmesser der Nabe 34C ist.
Ein außenverzahntes Zahnrad 3D, wie es in der 2(D) gezeigt ist, umfasst einen Hauptkörper und eine Nabe 34D, wobei der Hauptkörper von einem zylindrischen Körper 31, auf dem eine Außenverzahnung 32 ausgebildet ist, und einer Membran 33D gebildet wird und die Nabe 34B koaxial an einem Zentralbereich der Membran 33D befestigt ist. Die Nabe 34D hat eine scheibenförmige Form (oder die Form einer massiven Welle) und ist als Element getrennt von der Membran 33D hergestellt. Die Nabe 34D oder ein lastseitiges Element sind koaxial mit einem Zentralbereich der Membran 33D verbunden. Das Verhältnis B/A wird zum Beispiel auf 0,5 festgelegt, wobei A der Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung 32 und B der Außendurchmesser der Nabe 34D ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014206265 A [0002]

Claims

Ein Verformungswellgetriebe (1) aufweisend: ein steifes innenverzahntes Zahnrad (2); ein becherförmiges außenverzahntes Zahnrad (3; 3A-3D); und einen Wellgenerator (4), wobei das außenverzahnte Zahnrad (3; 3A-3D) aufweist: - einen zylindrischen Körper (31), der in einer radialen Richtung biegbar ist; - eine Außenverzahnung (32), die auf Seiten eines Endes in Richtung einer Zentralachse des Körpers (31) auf einem äußeren Umfangsflächenbereich des Körpers (31) ausgebildet ist; - eine scheibenförmige Membran (33; 33A-33D), die sich in radialer Richtung vom anderen Ende des Körpers (31) nach innen erstreckt; und - eine steife Nabe (34; 34A-34D), die koaxial und integral in der Membran (33; 33A-33D) ausgebildet oder koaxial mit der Membran (33; 33A-33D) verbunden ist, und wobei ein Maximalwert eines Verhältnisses B/A 0,59 ist, wobei A ein Referenzwälzkreisdurchmesser der Außenverzahnung und B ein Außendurchmesser der Nabe (34; 34A-34D) ist.
Das Verformungswellgetriebe (1) nach Anspruch 1, wobei die Nabe (34; 34A-34D) integral in einem zentralen Bereich der Membran (33; 33A-33D) ausgebildet ist.
Das Verformungswellgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nabe (34; 34A-34D) koaxial mit der Membran (33; 33A-33D) verbunden ist.
Das Verformungswellgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Nabe (34; 34A-34D) einen hohlen Bereich aufweist, die einen zentralen Bereich der Nabe (34; 34A-34D) in Richtung der Zentralachse durchdringt.