JP2012007700A

JP2012007700A - 遊星歯車機構

Info

Publication number: JP2012007700A
Application number: JP2010145840A
Authority: JP
Inventors: Toru Onozaki; 徹小野崎; Hisashi Kobayashi; 恒小林
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】２枚の外歯歯車４０を複列に備え１８０度対向して偏心回転させる遊星歯車機構においては、外歯歯車４０の歯幅が内歯歯車１１の幅の１／２以下であるため、内歯歯車１１との噛合部で内歯歯車幅の片側にのみ力が加わる。これにより発生する噛合部での内部応力と歯面接触圧力の分布の不均一性を改善して１歯当りの伝達力を大きくすることで、小型でも伝達トルクの大きな遊星歯機構を提供する。
【解決手段】内歯歯車１１の歯幅端部と噛合する外歯歯車４０の端部の歯厚を他端部の歯厚より厚くすることで、内歯歯車１１の歯幅方向の端部の噛合点での力伝達歯面間のバックラッシ量Ｂｓ１を内歯歯車１１の中央側のバックラッシ量Ｂｓ２より小さくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、遊星歯車機構に関するものであり、詳しくは偏心回転し内歯歯車に内接噛合する複数の外歯歯車を備えた遊星歯車機構に関するものである。

内歯歯車の歯数と歯数差の小さな２枚の外歯歯車を、１８０度対向して偏心回転し内歯歯車に内接噛合させる遊星歯車機構は、小型で大きな速度比を実現できるため多くの装置に使用されている。減速比が大きいため伝達トルクも大きくなり、歯車に加わる力も大きい。このため大型の歯車が使用されている。

内歯歯車をピンとし、外歯歯車をトロコイド歯形としたサイクロイド減速機（例えば、特許文献１参照）や内外歯をインボリュート歯形とした減速機（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開２００２−２６６９５５号公報特開２００９−８１４３号公報

２枚の外歯歯車を１８０度対向して偏心回転し内歯歯車に内接噛合させる遊星歯車機構は、外歯歯車の歯幅が内歯歯車幅の１／２以下であるため、内歯歯車との噛合部で内歯歯車幅の片側にのみ力が加わる。そのため、図６ａに示すような無負荷状態で、回転軸に平行な直線で歯面が形成される平歯車で内歯歯車と外歯歯車が構成された遊星歯車機構では、図６ｂに示すように、力の伝達時には内歯歯車の歯が歯幅方向で曲がり噛合部での接触圧力分布が不均一となる。その結果、図７のＦＥＭ応力解析図に示すように、内歯歯車の歯幅中央部と外歯歯車の端部の噛合部に局部的に内部応力が大きな部分が生じ、内歯歯車の歯幅端部の内部応力は小さくなる。局部的に大きな内部応力や局部的に大きな面圧に対して余裕をみた歯車寸法とするため小型化に限界があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、噛合部での内部応力と歯面接触圧力の分布を均一化して１歯当りの伝達力を大きくすることで、小型でも伝達トルクの大きな遊星歯機構を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、内歯歯車の幅方向に積層配置されかつ前記内歯歯車の円周方向に略等分位置で前記内歯歯車と噛合し公転する複数の外歯歯車を備え、内歯歯車自転軸、外歯歯車公転軸、外歯歯車自転軸の３軸を入力軸、固定軸、出力軸のいずれかとして作動させる遊星歯車機構において、
前記内歯歯車の歯幅方向の端部と噛合する前記外歯歯車の力伝達歯面と前記内歯歯車の力伝達歯面間の無負荷時の隙間であるバックラッシを、前記内歯歯車の歯幅方向の端部のバックラッシである第１のバックラッシと前記内歯歯車の中央側のバックラッシである第２のバックラッシとし、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくしたことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記内歯歯車の端部と噛合する前記外歯歯車の端部の歯厚を前記外歯歯車の他端部の歯厚より厚くすることで、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくしたことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記内歯歯車の歯幅方向の両端部の歯厚を中央部の歯厚より厚くすることで、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくしたことである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記内歯歯車と前記外歯歯車の歯型をインボリュート歯形としたことである。

請求項1〜請求項３に係る発明によれば、内歯歯車の一方の端部と外歯歯車が噛合するため内歯歯車の歯が歯幅方向で曲がり内部応力が小さくなる側のバックラッシをあらかじめ小さくしているため内部応力が歯幅方向で均一化される。このため、外歯歯車の全幅で最大許容応力の限界値に近い大きな動力伝達をすることが可能となり、従来の内歯歯車の中央部での内部応力が大きくなり端部での内部応力が小さくなる遊星歯車機構に比べ小型で大きなトルクを伝達できる。

請求項４に係る発明によれば、歯幅方向でバックラッシの差を設けることが対象歯面をインボリュートはすば歯車面とすることで容易に成形できる。

本実施形態の遊星歯車機構の断面を示す概略図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態の変形例の歯車の噛合い部の断面を示す図である。本実施形態の変形例の歯車の噛合い部の断面を示す図である。従来の歯車の噛合い部の断面を示す概略図である。従来の歯車の噛合い部の応力分布を示すＦＥＭ解析図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づき説明する。
図１に示すように、本遊星歯車機構１は入力軸２０と出力軸３０とが同軸上に設けられ、入力軸２０の回転を減速して出力軸３０に伝達する減速機として機能する。なお、入力軸２０と出力軸３０の入出力を逆転させることで、増速機として機能する。

ハウジング１０の内周面に歯数Ｎ_Ｉを備えた内歯歯車１１を固着し、ハウジング１０の端面にキャップ１２を保持している。キャップ１２は軸受１４を介して出力軸３０を回転自在に支持している。ハウジング１０は軸受１３を介して入力軸２０の１端を回転自在に支持している。入力軸２０の他端は軸受２５を介して出力軸３０により回転自在に支持されている。
入力軸２０の軸方向中央部には第１偏心体２３と第２編心体２４を備えている。第１偏心体２３は入力軸２０の回転軸Ｘ１から偏心した第１偏心軸Ｘ２を中心とした円柱状である。第２編心体２４は、第１偏心軸Ｘ２と１８０度対向した位置で回転軸Ｘ１から偏心した第２偏心軸Ｘ３を中心とした円柱状である。第１偏心体２３は軸受２６を介して外周面に歯数Ｎ_Ｏを備えた外歯歯車４０を回転自在に支持し、第２偏心体２４は軸受２７を介して外周面に歯数Ｎ_Ｏを備えた外歯歯車５０を回転自在に支持している。図２に示すように、外歯歯車４０は偏心軸Ｘ２側の外周で内歯歯車１１と噛合する。外歯歯車５０は偏心軸Ｘ３側の外周で内歯歯車１１と噛合するので、２つの噛合点は内歯歯車１１の円周上で１８０度対向した位置となる。

出力軸３０の外歯歯車５０の側面に対向した面には回転軸Ｘ１の同心円上に等分配置された複数のピン６１が固着され、ピン６１の外周にはすべり軸受６２が嵌挿されている。
ピン６１とすべり軸受６２は内歯歯車４０に設けられた円形貫通穴４２と内歯歯車５０に設けられた円形貫通穴５２の内側を貫通しており、図２に示すように、すべり軸受６２の外周面の一部が円形貫通穴４２、５２の内周面の一部に接している。ここで、すべり軸受６２の外径をＤ_１、回転軸Ｘ１からの偏心軸Ｘ２と偏心軸Ｘ３の偏心量をｅとすると、円形貫通穴４２、５２の内径Ｄ_２は、Ｄ_２＝Ｄ_１＋２ｅの式を満たす径とする。

内歯歯車１１と外歯歯車４０の噛合部の断面図を図３に示す、ａは無負荷の状態で、ｂはトルク伝達時で歯面に力の加わった状態である。歯形はインボリュート歯形で、内歯歯車１１は平歯に成形され、外歯歯車４０の歯面は互いに反対のねじれを持つはすば歯に成形されている。ねじれの方向は、内歯歯車１１の端部と噛合する外歯歯車の端部の歯厚が他端より厚くなるように設定されている。このため、図３ａに示すように、無負荷状態でのバックラッシ量は内歯歯車１１の端部で小さなＢｓ１、中央部では大きなＢｓ２となっている。外歯歯車５０も同様にして、無負荷状態でのバックラッシ量は内歯歯車１１の端部で小さく、中央部では大きくなっている。この、歯幅方向におけるバックラッシ量の差（Ｂｓ２−Ｂｓ１）の大きさは、遊星歯車機構１の伝達トルクが大きいほど大きくなり適正値が存在する。例えば、常用トルクが決まっている場合は、そのトルク伝達時に外歯歯車の全幅方向の内部応力が均一となるように設定する。また、伝達トルクが変動する場合はその平均トルク伝達時に外歯歯車の全幅方向の内部応力が均一となるように設定する。

この遊星歯車機構を減速機として使用する例で詳細な作動について以下に説明する。
入力軸２０を入力軸２０側から見て反時計回りに回転速度ｎ_Ｉで回転させる。外歯歯車４０、５０は回転速度ｎ_Ｉで軸Ｘ１の廻りを公転半径ｅで公転する、外歯歯車４０、５０と内歯歯車１１の噛合点は内歯歯車１１の内周に沿って移動していき、入力軸２０が１回転したときに内歯歯車１１の同一歯が噛合する。このとき、外歯歯車４０、５０の噛合する歯は内歯歯車１１の歯数Ｎ_Ｉから外歯歯車４０、５０の歯数Ｎ_Ｏを引いた歯数分多く回転した歯が噛合する。つまり、外歯歯車４０、５０は（Ｎ_Ｉ−Ｎ_Ｏ）／Ｎ_Ｏ回転だけ入力軸２０と反対方向に自転することになる。この自転運動が外歯歯車４０、５０の貫通穴４２、５２に嵌挿されているすべり軸受６２とピン６１を介して出力軸３０に伝達される。
よって、出力軸３０は入力軸２０と反対の方向に回転し、回転速度はｎ_Ｉ・（Ｎ_Ｉ−Ｎ_Ｏ）／Ｎ_Ｏと減速される。

このときの、内歯歯車１１と外歯歯車４０の噛合部の断面を図３ｂに示す。内歯歯車１１の歯が内歯歯車１１の端部で大きく変形するため、それに対応した量だけあらかじめ端部のバックラッシを小さくしてある。このため、内部応力は外歯歯車４０の全幅でほぼ均一になる。
このため、同じ歯幅の場合より大きな力を伝達でき、同一伝達力の遊星歯車減速機を小型化できる。

上記事例では外歯歯車の歯の両歯面共にはすば歯面としたが、回転方向が一方向のみの場合は図４に示すような歯面の片側のみはすば面としてもよい。
さらに、図５に示すように、内歯歯車の歯の両端面側の歯厚を中央部より厚くして外歯歯車を平歯車とする組合せでもよい。

１：遊星歯車機構１０：ハウジング１１：内歯歯車２０：入力軸３０：出力軸４０、５０：外歯歯車６１：ピン６２：すべり軸受

Claims

内歯歯車の幅方向に積層配置されかつ前記内歯歯車の円周方向に略等分位置で前記内歯歯車と噛合し公転する複数の外歯歯車を備え、内歯歯車自転軸、外歯歯車公転軸、外歯歯車自転軸の３軸を入力軸、固定軸、出力軸のいずれかとして作動させる遊星歯車機構において、
前記内歯歯車の歯幅方向の端部と噛合する前記外歯歯車の力伝達歯面と前記内歯歯車の力伝達歯面間の無負荷時の隙間であるバックラッシを、前記内歯歯車の歯幅方向の端部のバックラッシである第１のバックラッシと前記内歯歯車の中央側のバックラッシである第２のバックラッシとし、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくした遊星歯車機構。
前記内歯歯車の端部と噛合する前記外歯歯車の端部の歯厚を前記外歯歯車の他端部の歯厚より厚くすることで、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくした請求項１記載の遊星歯車機構。
前記内歯歯車の歯幅方向の両端部の歯厚を中央部の歯厚より厚くすることで、前記第１のバックラッシの量を前記第２のバックラッシの量より小さくした請求項１または請求項２に記載の遊星歯車機構。
前記内歯歯車と前記外歯歯車の歯型をインボリュート歯形とした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の遊星歯車機構。