DE69519423T2

DE69519423T2 - Elastisches zahnrad

Info

Publication number: DE69519423T2
Application number: DE69519423T
Authority: DE
Inventors: Naomi Shirasawa; Noboru Takizawa
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: US5715732A; KR100381798B1; KR970701319A; CA2183251C; CA2183251A1; WO1996018833A1; DE69519423D1; EP0741256B1; EP0741256A1; EP0741256A4

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 9. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff, die ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung aufweist, das ähnlich einem Zylinderhut ausgebildet ist, wobei die Spannungskonzentration bei dem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung erleichtert und das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung im Außendurchmesser und in der axialen Länge verringert werden können.

Der Stand der Technik

Ein Typ einer Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff mit einem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung, das ähnlich zu einem Zylinderhut ausgebildet ist, ist in der Technik bekannt. In dieser Beschreibung wird dieser Typ der Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff als eine "Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff" bezeichnet.
Fig. 6 stellt eine vertikale Schnittansicht des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung einer Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff dar, wobei diese vertikale Schnittansicht längs einer die Einrichtungsachse enthaltenden Ebene genommen ist, um eine Schwierigkeit der herkömmlichen Einrichtung zu erläutern. Wie in dieser Figur dargestellt ist, weist das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 1 einen zylindrischen Körper 2, eine ringförmige Membran 3, deren innerer Rand mit dem offenen, nahe zur Einrichtung liegenden Ende des Körpers 2 kontinuierlich ist und eine dicke, ringförmige Nabe 5 auf, die mit dem äußeren Rand der Membran 3 kontinuierlich ist. Äußere Zähne 4 sind einstückig mit der Außenseite an dem offenen, entfernt zur Einrichtung liegenden Ende des Körpers 2 ausgebildet und befinden sich über die Umfangsrichtung.
Dieser Typ der Einrichtung ist zur Verwendung in Fällen geeignet, in denen ein drehbares Element oder dergleichen durch die Einrichtung entlang der Einrichtungsachse 1a verläuft. Dies ist deswegen der Fall, weil das Vorsehen der Membran 3 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung, um sich radial auswärts von dem Ende des Körpers 2 zu erstrecken, die Unterbringung des drehbaren Elements in dem Innenraum des Körpers 2 erleichtert.
In den jüngsten Jahren ergab sich ein erhöhter Bedarf, an kompakteren Drehzahlreduktionsmechanismen zur Verwendung in kleinen Robotern und dergleichen. Ein Weg, um diesem Bedarf zu entsprechen, besteht darin, die axiale Länge der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff zu verkürzen. Dazu ist es erforderlich, die axiale Länge des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung zu verkürzen. Bei den Zahnrädern mit Außenverzahnung in genereller Verwendung ist das Verhältnis der axialen Länge des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung zu dem Teilkreisdurchmesser seiner äußeren Zähne etwa 1 : 1. Wenn die axiale Länge kürzer gemacht wird, dann vergrößert dies den Konuswinkel des Zahnrads mit Außenverzahnung.
Mit anderen Worten, der Konuswinkel θ des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 1 vergrößert sich, wie in Fig. 5 gezeigt. Infolgedessen kann eine übermäßige Spannungskonzentration an solchen Stellen auftreten, wie dem inneren Rand 3a und dem äußeren Rand 3b der in Fig. 6 gezeigten Membran 3. Es kann ferner unmöglich werden, einen genauen Eingriff der Zahnräder mit Außenverzahnung und der Zahnräder mit Innenverzahnung aufrechtzuerhalten. Aus diesen Gründen ist ein herkömmliches, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung, das lediglich in der axialen Länge verkürzt ist, bei praktischen Anwendungen nicht brauchbar.
Weil, wie in dem Vorhergehenden erläutert, bei der Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff die Membran 3 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung sich radial nach auswärts von dem Ende des Körpers 2 erstreckt, kann ein drehbares Element oder dergleichen durch den Innenraum des Körpers 2 hindurchgeführt und in diesem Innenraum des Körpers 2 untergebracht werden. Jedoch verleiht diese radiale Auswärtserstreckung der Membran 3 der Einrichtung einen größeren Außendurchmesser als derjenige einer topfförmigen Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff, die mit einem topfförmigen, verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung ausgerüstet ist. Der Außendurchmesser der Einrichtung kann durch Verringern des Außendurchmessers der Membran 3 verringert werden.
Wie durch die Pfeile in Fig. 6 dargestellt, wirkt jedoch eine große Biegespannung wiederholt auf die Membran 3 aufgrund der Verformung des Körpers 2 ein, der in der radialen Richtung durch einen (nicht gezeigten) Wellengenerator verformt wird. Wenn der Durchmesser der Membran 3 verringert wird, erhöht sich die Spannung, die an dem inneren Rand 3a und dem äußeren Rand 3b der Membran 3 auftritt, in umgekehrter Proportion. Dies führt zu einer unerwünschten Spannungskonzentration an dem inneren Randbereich und an dem äußeren Randbereich.
Die Anmelderin hat daher bereits früher eine Konstruktion zum Erleichtern der Spannungskonzentration an dem inneren Rand und dem äußeren Rand der Membran vorgeschlagen. Diese Konstruktion, die in der JP-U 3-118346 offenbart ist, wird durch Verdünnen der Membran an ihrem mittleren Bereich und durch ihr Verdicken an beiden Randbereichen erhalten. Jedoch schlägt diese Veröffentlichung keine spezifische Konfiguration dafür vor, um die vorgeschlagene Verdünnung der Dicke an dem mittleren Bereich der Membran zu erzielen.
Entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9 offenbart die EP-A-514829 eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff, bei welcher das Ende des Körpers des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung an der Membranseite mit einem gekrümmten Bereich mit einer Dicke versehen ist, die im Wesentlichen zu derjenigen des benachbarten Endes des Körpers bzw. der Membran identisch ist. Die Querschnittsgestalt der Membran in einer eine Einrichtungsachse enthaltenden Ebene ist so definiert, daß eine Dicke an dem inneren Rand am größten ist, eine Dicke in der Mitte zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand einen Mittelwert bildet und eine Dicke an dem äußeren Rand am kleinsten ist, d. h., die Dicke der Membran erhöht sich von dem Körperbereich in der Richtung der Einrichtungsachse.
Im Hinblick auf den im Vorhergehenden genannten Gesichtspunkt besteht eine Aufgabe dieser Erfindung darin, eine Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff zu schaffen, bei der die Spannungskonzentration bei dem zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung nachgelassen und das zylinderhutförmige, verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung in der axialen Länge verringert werden können.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff zu schaffen, bei der ferner die Spannungskonzentration bei der Membran erleichtert wird, um eine Verringerung im Außendurchmesser der Einrichtung zu ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch die vorliegenden Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9 gelöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff vorgesehen, bei welcher die Spannungskonzentration bei dem zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung erleichtert und das zylinderhutförmige, verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung sowohl in der axialen Länge als auch im Außendurchmesser verringert werden können.
In fundamentaler Weise löst die Erfindung die vorgenannten Aufgaben dadurch, daß die Querschnittsgestalt des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung in der beanspruchten Art definiert wird.
Insbesondere ist der Endbereich des Körpers an der Membranseite mit einem gekrümmten Bereich versehen, der rechtwinklig zu der Einrichtungsachse gekrümmt ist, um sich in dem inneren Rand der Membran fortzusetzen, und der zu dem Beginn des gekrümmten Bereichs benachbarte Bereich des Körpers ist als ein verdünnter Bereich mit einer geringeren Dicke als der hierzu benachbarte Bereich ausgebildet.
Die Dicke des verdünnten Bereichs ist vorzugsweise etwa 0,8 derjenigen des benachbarten Körperbereichs.
Wenn das membranseitige Ende des Körpers der Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff mit dem verdünnten Bereich in dieser Art versehen wird, so führt dies zu einem Erleichtern der Konzentration der Spannung an dem inneren Rand und dem äußeren Rand der Membran und zu einer glatten Gesamtspannungsverteilung.
Hinzu kommt, daß die Körperlänge vorzugsweise innerhalb des angenäherten Bereichs von 0,2 bis 0,7 des Teilkreisdurchmessers der äußeren Zähne des Zahnrads mit Außenverzahnung definiert ist und daß die Länge der äußeren Zähne in der Richtung des Zahnverlaufs vorzugsweise innerhalb des angenäherten Bereichs von 0,1 bis 0,3 des Teilkreisdurchmessers der äußeren Zähne defmiert ist. Innerhalb dieser Bereiche kann ein genauer Eingriff der äußeren und inneren Zähne trotz einer Zunahme in dem Konuswinkel aufrechterhalten werden, die bei dem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung auftritt.
Ferner ist die Querschnittsgestalt der Membran des Zahnrads mit Außenverzahnung in einer die Einrichtungsachse enthaltenden Ebene vorzugsweise so definiert, daß die Dicke t (A) an dem inneren Rand am größten ist, die Dicke t (B) an dem Bereich im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand am kleinsten ist und die Dicke t (C) an dem äußeren Rand zwischen die Dicke t (A) und die Dicke t (B) fällt, d. h., derart, daß t (A) > t (C) > t (B).
In diesem Fall ist es, um die Änderung in der Spannungsverteilung von dem inneren Rand der Membran in Richtung zu deren äußerem Rand zu vergleichmäßigen, vorzuziehen, die vorerwähnte Querschnittsgestalt der Membran des Zahnrads mit Außenverzahnung so zu definieren, daß die Kontur wenigstens einer Seite der Membran durch mehrfache Krümmungen definiert ist, um eine gleichmäßige Änderung in der Dicke zu erzeugen.
Untersuchungen durch die Erfinder haben gezeigt, daß die Beziehung zwischen der Dicke t (A) an dem inneren Rand und der Dicke t (B) an dem mittleren Bereich vorzugsweise so defmiert ist, daß t (A)/t (B) in den angenäherten Bereich von 1,5 bis 2,2 fällt.
Die Beziehung zwischen der Dicke t (C) an dem äußeren Rand und der Dicke t (B) an dem mittleren Bereich ist vorzugsweise so defmiert, daß t (C)/t (B) in den angenäherten Bereich von 1,4 bis 2,0 fällt.
Das Definieren der Querschnittsgestalt, der Membran auf diese Art vergleichmäßigt die Spannungsverteilung bei der Membran der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff von dem inneren Rand in Richtung zu dem äußeren Rand. Es verhindert ferner die Spannungskonzentration an dem inneren Rand und dem äußeren Rand. Infolgedessen kann der Außendurchmesser der Membran verringert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht der Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff gemäß Fig. 1, in Richtung des Pfeils gemäß Fig. 1 betrachtet.
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht eines zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung der Einrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des vertikalen Schnitts des in Fig. 3 dargestellten Zahnrads mit Außenverzahnung.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Zunahme in dem Konuswinkel, die durch Verringern der axialen Länge des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung verursacht ist.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Schwierigkeit der herkömmlichen Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung.
Im folgenden wird nunmehr eine Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen die Gesamtausgestaltung dieser Ausführungsform der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff. Die Einrichtung 11 gemäß diesen Figuren weist auf: ein ringförmiges, starres Zahnrad mit Innenverzahnung 12, ein zylinderhutförmiges, verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung 13, das innerhalb des starren Zahnrads mit Innenverzahnung 12 angeordnet ist, und einen elliptischen Wellengenerator 14, der innerhalb des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 angeordnet ist.
Das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 13 weist auf: eine Körper 22, eine ringförmige Membran 23, deren innerer Rand 23a mit dem offenen, nahe der Einrichtung liegenden Ende des Körpers 22 kontinuierlich ist, und eine dicke, ringförmige Nabe 25, die mit dem äußeren Rand 23b der Membran 23 kontinuierlich ist. Äußere Zähne 24 sind mit der Außenseite des offenen, entfernt zur Einrichtung liegenden Endes des Körpers 22 einstückig ausgebildet und befinden sich über die Umfangsrichtung. Die Nabe 25 dient zum Anbringen der Einrichtung an einem (nicht gezeigten) anderen Gegenstand, so daß der Körper 22 und die Membran 23 von der Nabe 25 auskragend sind.
Der Wellengenerator 14 weist auf: eine hohle Nabe 14a, eine elliptische Steuerscheibe 14b, die an der Außenseite der Nabe 14a angebracht ist, und ein Kugellager 14c, das an der Außenseite der Steuerscheibe 14b angebracht ist. Der Wellengenerator 14 verformt den mit den äußeren Zähnen 24 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung versehenen Bereich des Körpers 22 in eine elliptische Gestalt. Infolgedessen kämmen die äußeren Zähne an zwei Bereichen, die sich an entgegengesetzten Enden der Hauptachse der Ellipse befinden, mit inneren Zähnen 12a des starren Zahnrads mit Innenverzahnung 12. Wenn der Wellengenerator 14 um die Einrichtungsachse 11a gedreht wird, drehen sich die Eingriffspositionen in der Umfangsrichtung. Diese Drehung erzeugt eine relative Drehung zwischen dem verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung 13 und dem starren Zahnrad mit Innenverzahnung 12 proportional zu der Differenz in der Anzahl der äußeren und inneren Zähne. Wenn beispielsweise das starre Zahnrad mit Innenverzahnung 12 feststehend ist und der Wellengenerator 14 als ein Hochdrehzahl- Eingangselement verwendet wird, wird das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 13 zu einem Ausgangselement mit reduzierter Drehzahl, von dem ein Rotationsausgang mit reduzierter Drehzahl erhalten werden kann.
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 in einer die Einrichtungsachse 11a enthaltenden Ebene. Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des vertikalen Schnitts des in Fig. 3 gezeigten Zahnrads mit Außenverzahnung.
Die Querschnittsgestalt der entsprechenden Bereiche, wie in einem Schnitt zu sehen ist, der in einer die Einrichtungsachse 11a enthaltenden Ebene genommen ist, ist wie folgt. Ausgehend von der Öffnung 22a an dem entfernt zur Einrichtung liegenden Ende des Körpers 22 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 ist die Innenseite des Körpers 22 durch eine gerade Linie 22b definiert, die parallel zu der Einrichtungsachse 11a liegt. Der Punkt 22c an dem nahe zur Einrichtung liegenden Ende der geraden Linie 22b ist mit einem Bogen 22d verbunden, der sich von der geraden Linie 22b gleichmäßig fortsetzt. An seinem anderen Ende, wie als Punkt A angegeben, setzt sich der Bogen 22d gleichmäßig in eine gerade Line 231 fort, die rechtwinklig zu der Einrichtungsachse 11a liegt und die hintere Seite der Membran 23 definiert. An dem äußeren, durch einen Punkt C angegebenen Rand setzt sich das andere Ende der geraden Linie 231 gleichmäßig in einen Bogen 25a fort, der mit der hinteren Seite der Nabe 25 kontinuierlich ist. Das andere Ende des Bogen 25a ist mit einer geraden Linie 25b verbunden, die rechtwinklig zu der Einrichtungsachse 11a liegt.
Die Außenseite des Körpers 22 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 ist in fundamentaler Weise durch eine gerade Linie 22e defmiert, die parallel zu der geraden Linie 22b der Innenseite liegt. Wie weiter oben angegeben, ist die Außenseite des entfernt zur Einrichtung liegenden Endes des Körpers 22 mit den äußeren Zähnen 24 einstückig ausgebildet. Das Ende der geraden Linie 22e setzt sich gleichmäßig in einen konvexen Bogen 22f fort, der seinen Mittelpunkt bei O1 aufweist. Der Bogen 22f setzt sich gleichmäßig in einen konkaven Bogen 22g fort, der seinen Mittelpunkt bei O2 aufweist. Der konkave Bogen 22g setzt sich weiterhin gleichmäßig in einen konkaven Bogen 22h mit kleinerer Krümmung fort, wobei dieser konkave Bogen 22h seinen Mittelpunkt bei O3 aufweist. Der konkave Bogen 22h setzt sich gleichmäßig in einen konkaven Bogen 221 mit größerer Krümmung fort, wobei dieser konkave Bogen 221 seinen Mittelpunkt bei O4 aufweist. Somit bildet der konkave Bogen 22g den nahe zur Einrichtung liegenden Endbereich des Körpers 22 mit einem verdünnten Bereich 221, dessen Dicke kleiner als die Dicke t (22) des Körpers 22 ist, der durch die geraden Linien 22b, 22e definiert ist.
Der Bogen 221 setzt sich gleichmäßig in einen Bogen 233 fort, der seinen Mittelpunkt bei O5 aufweist und die Vorderseite der Membran 23 definiert. Nahe zu der Mitte der Membran 23, d. h., an einem Punkt B im Zwischenbereich zwischen Punkt A und Punkt C, setzt sich der Bogen 233 gleichmäßig in einen Bogen 234 mit leicht größerer Krümmung fort, wobei dieser Bogen 234 seinen Mittelpunkt bei O6 aufweist. Das andere Ende des Bogens 234 setzt sich gleichmäßig in eine gerade Line 25c fort, die rechtwinklig zu der Einrichtungsachse 11a liegt und die Vorderseite der Nabe 25 definiert. Somit ist die Hinterseite der Membran 23 durch die gerade Linie 231 definiert und die Vorderseite der Membran 23 ist durch die zwei Bögen 233, 234 definiert. Die zwei Bögen 233, 234 sind bei dem Punkt B in der Mitte der Membran 23 verbunden. Die kleinste Dicke der Membran 23, die durch die gerade Linie und die Bögen definiert ist, ist die Dicke t (B) an dem mittleren Punkt B. Die größte Dicke ist die Dicke t (A) an dem Punkt A an dem inneren Rand der Membran 23. Die Dicke t (C) an dem Punkt C an dem äußeren Rand der Membran 23 ist leicht größer als die Dicke t (A).
Bei dem Körper 22 dieser Ausführungsform ist daher die Querschnittsgestalt des Hauptbereichs des Körpers 22 durch die gerade Line 22e und die gerade Linie 22b definiert. Der mit diesem Bereich kontinuierliche Bereich ist durch den konkaven Bogen 22g und die gerade Linie 22b als der verdünnte Bereich 221 definiert. Zusätzlich ist der zu dem verdünnten Bereich 221 benachbarte Bereich als ein gekrümmter Bereich 222 definiert, der durch den konkaven Bogen 221 und den konvexen Bogen 22d definiert ist, um mit dem inneren Rand der Membran kontinuierlich zu sein.
Bei der Zahnradeinrichtung 11 mit flexiblem Eingriff gemäß dieser Ausführungsform ist, weil der Körper 22 mit dem verdünnten Bereich 221 versehen ist und die Membran 23 so definiert ist, um die im Vorhergehenden beschriebene Querschnittsgestalt aufzuweisen, die Verteilung der während des Betriebs in der Membran 23 erzeugten Spannung glatter und gleichmäßiger als beim Stand der Technik. Darüberhinaus wird die Konzentration der Spannung an dem inneren Rand und an dem äußeren Rand gründlich erleichtert. Weil die bei der Membran 23 erzeugte Spannung auf diese Weise verringert werden kann, kann die Länge L (22) des Körpers 22 verkürzt werden. Der Außendurchmesser der Membran 23 kann ebenfalls kleiner als beim Stand der Technik gemacht werden. Mit anderen Worten, der Außendurchmesser der Einrichtung, der als D in Fig. 3 angegeben ist, kann verringert werden.
Während der verdünnte Bereich 221 an der Außenseite des Körpers 22 bei dieser Ausführungsform ausgebildet ist, ist es stattdessen möglich, einen ähnlichen, verdünnten Bereich an der Innenseite des Körpers 22 auszubilden oder einen verdünnten Bereich dadurch auszubilden, daß sowohl die Außenseite als auch die Innenseite durch konkave Linien definiert werden.
Durch die Erfinder durchgeführte Untersuchungen und dergleichen zeigten, daß die Dicke t (221) des verdünnten Bereichs 221 des Körpers 22 vorzugsweise auf etwa 80% der Dicke t (22) des Körpers 22 eingestellt wird.
Auf der anderen Seite zeigten durch die Erfinder durchgeführte Untersuchungen, daß, wenn die Dicken am Punkt A und am Punkt C innerhalb der folgenden Bereiche relativ zu der kleinsten Dicke t (B) eingestellt werden, die Spannungsverteilung zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand der Membran 23 glatt und die Konzentration der Spannung an dem inneren Rand und dem äußeren Rand erleichtert werden:
1,5 < t (A)/t (B) < 2,2
1,4 < t (C)/t (B) < 2,0
Bei dieser Ausführungsform werden zwei Bögen 233, 234 dazu verwendet, um die Dicke der Membran 23 zu definieren. Es ist jedoch ebenfalls möglich, drei oder mehrere Bögen dazu zu verwenden, um die Dicke der Membran 23 zu definieren. Während die Hinterseite der Membran 23 durch die gerade Linie 231 definiert ist, so kann die Hinterseite stattdessen durch gekrümmte Linien definiert sein und die Vorderseite kann durch eine gerade Linie definiert sein. Es ist ferner möglich, eine Querschnittsgestalt, die den vorgenannten Bedingungen genügt, dadurch zu definieren, daß beide Seiten der Membran 23 durch gekrümmte Linien definiert werden.
Es wird nunmehr die Konusbildung des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 bei der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung 11 mit flexiblem Eingriff erläutert. Das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 13 wird durch den hierin angeordneten Wellengenerator 14 wiederholt zu einer elliptischen Gestalt verformt. Um die infolge dieser Verformung, d. h. Konusbildung auf das Kugellager 14c des Wellengenerators 14 wirkende Konizitätskraft zu verringern, ist es vorzuziehen, die Länge (Zahnlänge) L (24) der äußeren Zähne 24 in der Zahnverlaufsrichtung zu verkürzen. Wenn die Zahnlänge L (24) verkürzt ist, kann die axiale Länge L (22) des Körpers 22 ebenfalls um einen entsprechenden Betrag verkürzt werden. Mit anderen Worten, es kann eine eine kurze axiale Länge aufweisende Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff verwirklicht werden.
Jedoch, wenn die axiale Länge verkürzt ist, vergrößert sich der Konuswinkel θ des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13, wie in Fig. 5 gezeigt. Infolgedessen wird bei der Membran 23 eine vergrößerte Spannung erzeugt.
Es ist jedoch festgestellt worden, daß, wenn die Dicken der verschiedenen Bereiche des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 so definiert werden, wie bei der Einrichtung 11 der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform, eine übermäßige Spannungskonzentration nicht auftritt und eine gleichmäßige Verteilung der erzeugten Spannung selbst dann erhalten werden kann, wenn die axiale Länge verkürzt ist.
Durch die Erfinder durchgeführte Untersuchungen und dergleichen zeigten, daß die Länge L (22) des Körpers 22 des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 13 vorzugsweise in dem angenäherten Bereich von 20-70% des Öffnungsdurchmessers der äußeren Zähne, d. h. des Teilkreisdurchmessers D (P) der äußeren Zähne, eingestellt wird. Es wurde weiterhin festgestellt, daß von dem praktischen Standpunkt aus die Länge L (24) der äußeren Zähne in der Zahnverlaufsrichtung vorzugsweise in dem angenäherten Bereich von 10 -30% des Teilkreisdurchmessers P (D) eingestellt werden soll.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie im Vorangehenden erläutert, sind bei der Zylinderhut- Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff entsprechend dieser Erfindung das Ende des Körpers des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung an der Seite der Membran mit einem gekrümmten Bereich versehen, der rechtwinklig zu der Einrichtungsachse gekrümmt ist, um sich gleichmäßig in den inneren Rand der Membran fortzusetzen, und der zu dem Beginn des gekrümmten Bereichs benachbarte Bereich des Körpers als ein verdünnter Bereich mit einer geringeren Dicke als der hierzu benachbarte Bereich ausgebildet. Ein Ausbilden des verdünnten Bereichs an dieser Stelle führt zu einem Erleichtern der Konzentration der Spannung an dem inneren Rand und dem äußeren Rand der Membran und zu einer glatten Gesamtspannungsverteilung. Infolgedessen ist es möglich, ein kürzeres verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung als in der Vergangenheit zu verwenden.
Die Körperlänge ist innerhalb des angenäherten Bereichs von 0,2 bis 0,7 des Teilkreisdurchmessers der äußeren Zähne des Zahnrads mit Außenverzahnung eingestellt und die Länge der äußeren Zähne in der Richtung des Zahnverlaufs ist innerhalb des angenäherten Bereichs von 0,1 bis 0,3 des Teilkreisdurchmessers der äußeren Zähne eingestellt. Infolgedessen kann ein genauer Eingriff der äußeren oder inneren Zähne trotz einer Zunahme in dem Konuswinkel des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung aufrechterhalten werden.
Bei der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff entsprechend der Erfindung ist die Dicke der Membran des zylinderhutförmigen, verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung so definiert, daß der mittlere Bereich am dünnsten ist, der innere Rand am dicksten ist und der äußere Rand dünner als der innere Rand, jedoch dicker als der mittlere Bereich ist, und so defmiert, daß dieses Dickemuster durch gleichmäßige Dickeänderung von dem inneren Rand zu dem äußeren Rand erhalten wird.
Entsprechend dieser Erfindung können daher die Spannungskonzentration an dem inneren Rand und an dem äußeren Rand der Membran erleichtert und die Verteilung der bei der Membran erzeugten Spannung gleichmäßig gemacht werden. Infolgedessen kann der Außendurchmesser der Membran ebenfalls kleiner als beim Stand der Technik gemacht werden. Darüberhinaus kann, weil eine übermäßige Spannungskonzentration an dem inneren und äußeren Rand der Membran vermieden werden kann, selbst dann, wenn die Länge des Körpers verkürzt ist, ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung, das eine kurze axiale Länge aufweist, hergestellt werden.

Claims

1. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung (11) mit flexiblem Eingriff, aufweisend: ein ringförmiges, starres Zahnrad mit Innenverzahnung (12), ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung (13), das innerhalb des starren Zahnrads mit Innenverzahnung (12) angeordnet ist, und einen Wellengenerator (14), der innerhalb des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) angeordnet ist und das Zahnrad mit Außenverzahnung (13) in einer radialen Richtung verformt, um dieses mit dem starren Zahnrad mit Innenverzahnung (12) teilweise in Eingriff zu bringen und um eine Eingriffsposition zwischen diesen Zahnrädern in einer Umfangsrichtung zu drehen, wobei das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung (13) einen zylindrischen Körper (22), der an seiner Außenseite an dem einen offenen Ende mit äußeren Zähnen (24) versehen ist, eine ringförmige Membran (23), deren innerer Rand (23a) mit dem anderen offenen Ende des Körpers (22) kontinuierlich ist, und eine ringförmige Nabe (25) aufweist, die mit einem äußeren Rand (23b) der Membran (23) kontinuierlich ausgebildet ist, und wobei das Ende des Körpers (22) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) an der Membranseite mit einem gekrümmten Bereich (222) versehen ist, der rechtwinklig zu einer Einrichtungsachse (11a) gekrümmt ist, um sich gleichmäßig in den inneren Rand (23a) der Membran (23) fortzusetzen,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Bereich des Körpers (22), wobei dieser Bereich zu den Beginn des gekrümmten Bereichs (222) benachbart ist, als ein verdünnter Bereich (221) mit einer geringeren Dicke als ein hierzu benachbarter Bereich ausgebildet ist.

2. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 1, bei welcher die Dicke (t 221) des verdünnten Bereichs (221) auf etwa 0,8 der Dicke (t 22) des benachbarten Bereichs des Körpers (22) eingestellt ist.

3. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Körper (22) eine Länge (L 22) aufweist, die innerhalb eines angenäherten Bereichs von 0,2-0,7 eines Teilkreisdurchmessers (D(P)) der äußeren Zähne (24) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) eingestellt ist.

4. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die äußeren Zähne (24) in einer Zahnverlaufsrichtung eine Länge aufweisen, die innerhalb eines angenäherten Bereichs von 0,1 bis 0,3 des Teilkreisdurchmessers (D(P)) der äußeren Zähne (24) eingestellt ist.

5. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher eine Querschnittsgestalt der Membran (23) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) in einer eine Einrichtungsachse (11a) enthaltenden Ebene so definiert ist, daß eine Dicke t(A) an dem inneren Rand am größten ist, eine Dicke t(B) an einem Bereich im wesentlichen in der Mitte zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand am kleinsten ist und eine Dicke t(C) an dem äußeren Rand zwischen die Dicke t(A) und die Dicke t(B) fällt, derart, daß t(A) > t(C) > t(B).

6. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 5, bei welcher die Querschnittsgestalt der Membran (23) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) in einer die Einrichtungsachse enthaltenden Ebene derart ist, daß eine Kontur wenigstens einer Seite der Membran (23) durch mehrfache Krümmungen definiert ist, um eine gleichmäßige Zunahme in der Dicke von dem mittleren Bereich in Richtung zu dem inneren Rand und dem äußeren Rand zu erzeugen.

7. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher eine Beziehung zwischen der Dicke t(A) an dem inneren Rand und der Dicke t(B) an dem mittleren Bereich so definiert ist, daß t(A)/t(B) in einen angenäherten Bereich von 1,5-2,2 fällt.

8. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welcher eine Beziehung zwischen der Dicke t(C) an dem äußeren Rand und der Dicke t(B) an dem mittleren Bereich so definiert ist, daß t(C)/t(B) in einen angenäherten Bereich von 1,4-2,0 fällt.

9. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung (11) mit flexiblem Eingriff, aufweisend: ein ringförmiges, starres Zahnrad mit Innenverzahnung (12), ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung (13), das innerhalb des starren Zahnrads mit Innenverzahnung (12) angeordnet ist, und einen Wellengenerator (14), der innerhalb des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung angeordnet ist und das Zahnrad mit Außenverzahnung (13) in einer radialen Richtung verformt, um dieses mit dem starren Zahnrad mit Innenverzahnung (12) teilweise in Eingriff zu bringen und um eine Eingriffsposition zwischen diesen Zahnrädern in einer Umfangsrichtung zu drehen, wobei das verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung (13) einen zylindrischen Körper (22), der an seiner Außenseite an dem einen offenen Ende mit äußeren Zähnen (24) versehen ist, eine ringförmige Membran (23), deren innerer Rand (23a) mit dem anderen offenen Ende des Körpers (22) kontinuierlich ist, und eine ringförmige Nabe aufweist, die mit einem äußeren Rand (23b) der Membran (23) kontinuierlich ausgebildet ist, und wobei eine Querschnittsgestalt der Membran (23) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) in einer eine Einrichtungsachse (11a) enthaltenden Ebene so definiert ist, daß eine Dicke t(A) an dem inneren Rand (23a) am größten ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke t(B) an einem Bereich im wesentlichen in der Mitte zwischen dem inneren Rand (23a) und dem äußeren Rand (23b) am kleinsten ist und eine Dicke t(C) an dem äußeren Rand zwischen die Dicke t(A) und die Dicke t(B) fällt, derart, daß t(A) > t(C) > t(B).

10. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 9, bei welcher die Querschnittsgestalt der Membran (23) des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung (13) in einer die Einrichtungsachse enthaltenden Ebene derart ist, daß eine Kontur wenigstens einer Seite der Membran (23) durch mehrfache Krümmungen definiert ist, um eine gleichmäßige Zunahme in der Dicke von dem mittleren Bereich in Richtung zu dem inneren Rand (23a) und dem äußeren Rand (23b) zu erzeugen.

11. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher eine Beziehung zwischen der Dicke t(A) an dem inneren Rand und der Dicke t(B) an dem mittleren Bereich so definiert ist, daß t(A)/t(B) in einen angenäherten Bereich von 1,5-2,2 fällt.

12. Eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welcher eine Beziehung zwischen der Dicke t(C) an dem äußeren Rand (23b) und der Dicke t(B) an dem mittleren Bereich so definiert ist, daß t(C)/t(B) in einen angenäherten Bereich von 1,4-2,0 fällt.