JP3580506B2 - Silk hat type flexible meshing gear device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はシルクハット形状の可撓性外歯歯車が組み込まれたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の応力集中を緩和して外径寸法を小さくできるようにしたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
撓み噛み合い式歯車装置としては、その可撓性外歯歯車がシルクハット形状をした形式のものが知られている。本明細書では、この形式の装置をシルクハット型撓み噛み合い式歯車と呼ぶものとする。図6には、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車を、その装置軸線を含む平面で切断した縦断面図を示してある。この図に示すように、可撓性外歯歯車1は、円筒状の胴部2と、この基端側開口端に連続した内周端部を備えた環状のダイヤフラム部3と、このダイヤフラム部3の外周端部に連続している環状の厚肉のボス部5を備えている。胴部4の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯4が一体成形されている。
【0003】
この形式の装置は、装置軸線1aに沿って回転部材等を貫通させた状態に配置する場合等に都合がよい。すなわち、可撓性外歯歯車のダイヤフラム部3が胴部2の端から半径方向の外側に広がっているので、胴部3の内側空間を貫通させて回転部材等を配置できる。しかし、ダイヤフラム部3が半径方向の外側に向けて広がっているので、コップ型の可撓性外歯歯車が組み込まれたコップ状撓み噛み合い式歯車装置に比べて、装置の外径寸法が大きくなる。装置の外径寸法を小さくするためにはダイヤフラム部3の外径を小さくすればよい。しかしながら、図6において矢印で示すように、ダイヤフラム部3には、波動発生器(図示せず)によって半径方向に撓められた胴部2の変形によって、大きな曲げ応力が繰り返し作用する。このため、ダイヤフラム部3の径を小さくすると、それに逆比例して、ダイヤフラム部3の内周端部3a、および外周端部3bに発生する応力が増加してしまう。この結果、これらの内周端部、外周端部に応力集中が発生してしまい好ましくない。
【0004】
そこで、本願人は、実開平3−118346号公報において、このダイヤフラム部の厚さを中央部分で薄くし、両端部分で厚くし、これにより、ダイヤフラム部の内周端部および外周端部での応力集中を緩和する構成を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記公報に開示の考案の改良に関するものである。上記公報においては、ダイヤフラム部の厚さを中央部分で薄くする点を開示しているのである。
【0006】
本発明者等は、これ以外の点を明確にするために、このシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置におけるシルクハット型可撓性外歯歯車の応力発生状態を検討すると共に多数の実験を行なった。
【0007】
本発明は、このような検討結果に基づくものであり、一層効率良くダイヤフラム部の応力集中を緩和でき、また、この部分に発生する応力状態を均一化できるダイヤフラム部の形状を提案することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓性の外歯歯車と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を円周方向に回転させる波動発生器とを有し、前記外歯歯車は、一方の開口端側の外周面に外歯が形成された筒状の胴部と、この胴部の他方の開口端に対して内周端部が連続している環状のダイヤフラム部と、このダイヤフラム部の外周端部に連続して形成されている環状のボス部とを有するシルクハット形状をしているシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置において、可撓性外歯歯車の断面形状を次のように設定している。
【0009】
すなわち、当該外歯歯車のダイヤフラム部の装置軸線を含む平面で切断した場合の断面形状は、その内周端部の厚さをt(A)、その外周端部の厚さをt(C)、内周端部と外周端部のほぼ中央の部分の厚さをt(B)とすると、t(A)を最大厚さ、t(B)を最小厚さに設定すると共に、t(A)>t(C)>t(B)となるように設定している。
【0010】
ここで、ダイヤフラム部の内周端から外周端に向けての応力分布の変化を滑らかにするために、外歯歯車のダイヤフラム部の前記断面形状を、少なくとも一方の表面輪郭形状が複数の曲線によって規定して滑らかに肉厚を変化させるようにすることが好ましい。
【0011】
本発明者等の検討によれば、内周端部の厚さt(A)と前記中央の部分の厚さt(B)の関係は、t(A)/t(B)が約1.5から約2.2の範囲内の値となるようにすることが好ましい。また、外周端部の厚さt(C)と前記中央の部分の厚さt(B)の関係は、t(C)/t(B)が約1.4から約2.0の範囲内となるように設定することが好ましい。
【0012】
【作用】
シルクハット型可撓性外歯歯車のダイヤフラム部では、内周端部から外周端部に沿っての応力分布がなだらかになる。また、内周端部および外周端部での応力集中も回避される。この結果、ダイヤフラム部の外径寸法を小さくできる。
【0013】
【実施例】
以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【0014】
図1および図2には、本例のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の全体構成を示してある。この図において、装置11は、環状の剛性内歯歯車12と、この内側に配置されたシルクハット形状の可撓性外歯歯車13と、この内側にはめ込まれた楕円状の波動発生器14から構成されている。可撓性外歯歯車13は、円筒形の胴部22と、その基端開口に連続した内周端部23aを備えた環状のダイヤフラム部23と、このダイヤフラム部23の外周端部23bに連続して一体形成された厚肉の環状ボス部25を備えている。胴部22の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯24が一体形成されている。環状のボス部25は、他の部材(図示せず)への取付けのためのものであり、このボス部25によって胴部22およびダイヤフラム部23は片持ち状態で支持される。
【0015】
一方、波動発生器14は、中空ハブ14aと、その外周に嵌めた楕円形の剛性カム板14bと、この外周に嵌めたボールベアリング14cから構成されている。波動発生器14によって、可撓性外歯歯車の外歯24が形成されている胴部22の部分が楕円形に撓められ、楕円形の長軸両端に位置する2箇所の外歯部分が剛性内歯歯車12の内歯12aに噛み合わされる。この状態で波動発生器14が装置軸線11aを中心として回転すると、これらの噛み合い位置が円周方向に回転する。この回転によって、外歯と内歯の歯数差に応じて、これらの可撓性外歯歯車13と剛性内歯歯車12の間には相対回転が発生する。したがって、例えば、剛性内歯歯車12を固定し、波動発生器14を高速回転入力要素とすれば、外歯歯車13は減速回転出力要素となり、ここから減速された回転出力が得られることになる。
【0016】
図3は、上記のシルクハット形の可撓性外歯歯車13の装置軸線11aを含む平面で切断した縦断面を示す図である。また、図4には、可撓性外歯歯車13のダイヤフムラ部を拡大して示してある。各部分の断面形状は、装置軸線11aを含む平面で切断して見た場合に次のようになっている。まず、外歯歯車13の胴部22の内周面は、その先端側開口端22aから装置軸線11aに平行な直線22bによって規定されている。この直線22bの基端側の点22cは、この直線22bに滑らかに連続する円弧22dに繋がっている。円弧22dの他端側はA点において、ダイヤフラム部23の裏面を規定している装置軸線11aに直交する直線231に滑らかに連続している。この直線231の他端である外周側の端はC点において、ボス部25の裏面側に連続している円弧25aに滑らかに連続している。円弧25aの他端は、装置軸線11aに直交する直線25bに繋がっている。
【0017】
これに対して、外歯歯車13の胴部22の外周面は、基本的には、内周面側の直線22bに平行な直線22eによって規定されている。胴部22の先端側の外周部分には前述したように外歯24が一体成形されている。この直線22eの端は、中心がO1点の凸円弧22fに滑らかに連続している。この円弧22fは、中心がO2の凹円弧22gに滑らかに連続している。さらに、この凹円弧22gは、これよりも曲率の小さな中心がO3である凹円弧22hに滑らかに連続している。この凹円弧22hは、曲率の大きな中心がO4である凹円弧22iに滑らかに連続している。このように、胴部22の基端側の部分は、円弧22gによって、直線22b、22eにより規定される胴部22の厚さt(22)よりも薄い薄肉部分が形成されている。
【0018】
円弧22iは、ダイヤフラム部23の表面側を規定している中心がO5の円弧233に滑らかに連続している。この円弧233は、ダイヤフラム部23のほぼ中心位置、すなわちA点とC点の中央の位置であるB点において、これよりも曲率が僅かに大きな中心がO6の円弧234に滑らかに連続している。円弧234の他端は、ボス部25の表面を規定している装置軸線11aに直交する直線25cに滑らかに連続している。このように、ダイヤフラム部23は、裏面側が直線231で規定され、表面側が2つの円弧233、234により規定されている。
【0019】
2つの円弧233、234はダイヤフラム部23の中央であるB点で連続している。したがって、これらの直線、円弧により規定されるダイヤフラム部23の厚さは、その中央位置であるB点での厚さt(B)が最小厚さとなる。また、ダイヤフラム部23の内周端部であるA点での厚さt(A)が最大厚さとなる。さらには、ダイヤフラム部23の外周端部であるC点での厚さt(C)は、厚さt(A)よりも僅かに薄い厚さとなる。
【0020】
このように可撓性外歯歯車13の断面形状を規定した撓み噛み合い式歯車装置11においては、その動作時にダイヤフラム部23に発生する応力の分布は、従来に比べてなだらかで均一化される。また、その内周端部、外周端部での応力集中も充分に緩和される。したがって、従来に比べて、ダイヤフラム部23の外径寸法を小さくできる。すなわち、図3における装置外径寸法Dを小さくすることができる。また、ダイヤフラム部23に発生する応力を低減できるので、胴部22の長さL(22)を短くすることができる。
【0021】
一方、本例においては、胴部22において、ダイヤフラム部23の内周端部に連続する部分に薄肉部分を形成してある。本発明者等の実験によれば、この部分は発生応力が小さい部分である。よって、この部分を隣接する胴部22の厚さに比べて薄くすることにより、胴部22からダイヤフラム部23にかけての応力分布を均一化することができる。
【0022】
ここで、本発明者等の実験によれば、A点およびC点の厚さは、最小厚さt(B)に対して次の範囲内に設定すると、ダイヤフラム部23の内周端部から外周端部にかけての応力部分がなだらかになり、内周端部および外周端部での応力集中が緩和されることが確認された。
【0023】
1.5 < t(A)/t(B) < 2.2
1.4 < t(C)/t(B) < 2.0
なお、本例では、ダイヤフラム部23の厚さを規定するために、2つの円弧233、234を用いている。しかし、3つ以上の円弧を用いて、ダイヤフラム部23の厚さを規定してもよい。また、ダイヤフラム部23の裏面側は直線231によって規定しているが、この代わりに曲線を用いて、表面側を直線より規定するようにしてもよい。さらには、ダイヤフラム部23の両面を曲線により規定して、上述した条件を満たす断面形状に設定してもよい。
【0024】
また、本例では、胴部22の外周面側に薄肉部分を形成してあるが、この代わりに胴部22の内周面側にこのような薄肉部分を形成してもよい。あるいは、この部分を、外周面および内周面の双方において凹曲線により規定して、薄肉部分としてもよい。
【0025】
ここで、本発明者等の実験等によれば、胴部22の薄肉部分221の厚さt(221)は、胴部22の厚さt(22)の約80%に設定することが望ましいことが確認された。
【0026】
次に、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置11における可撓外歯歯車13のコーニングについて考察する。可撓性外歯歯車13は、その内側にはめ込まれた波動発生器14によって繰り返し楕円形に撓まされる。この変形現象、すなわちコーニングにより波動発生器14のベアリング14cに作用するコーニング力を小さくするためには、外歯24の歯筋方向の長さ(歯部長さ)L(24)を短くすることが好ましい。歯部長さL(24)を短くすれば、それに応じて胴部22の軸長さL(22)も短くすることができる。すなわち、軸長の短い撓み噛み合い式歯車装置を実現できる。しかるに、軸長を短くすると、図5に示すように、可撓性外歯歯車13のコーニング角θが増加する。この結果、ダイヤフラム23の発生応力も増加してしまう。
【0027】
しかしながら、前述した本例の装置11におけるように、可撓性外歯歯車13の各部分の肉厚さを設定することにより、その軸長さを短くしても、過剰な応力集中が発生せず、また発生応力の分布もなだらかにできることが確認された。
【0028】
ここで、本発明者等の実験等によれば、可撓性外歯歯車13の胴部22の長さL(22)を、外歯の開口径すなわち外歯のピッチ円直径D(p)の約20から約70%の範囲内の寸法に設定することが望ましいことが確認された。また、外歯の歯筋方向の長さL(24)は実用上、ピッチ円直径D(p)の約10から約30%の範囲内の長さにすることが望ましいことが確認された。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置においては、そのシルクハット形状の可撓性外歯歯車のダイヤフラム部の厚さを、中央部分において最小厚さとし、内周端部において最大厚さとし、外周端部の厚さを内周端部の厚さよりも薄く、中央部分の厚さよりも厚くなるように設定すると共に、内周端部から外周端部に沿ってこのような肉厚さが形成されるように滑らかに肉厚を変化させるようにしている。したがって、本発明によれば、ダイヤフラム部の内周端部および外周端部の応力集中を緩和でき、しかも、ダイヤフラム部の発生応力分布を均一化することができる。よって、ダイヤフラム部の外径寸法を従来よりも小さくすることができる。また、胴部の長さを短くしてもダイヤフラム部の内外周端部に過剰が応力集中が発生することを回避できるので、軸長の短い可撓性外歯歯車を実現できる。
【0030】
このように、本発明によれば、外径寸法のみならず、軸長も短い小型でコンパクトなシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の概略縦断面図である。
【図2】図1の装置を矢印の方向から見た概略正面図である。
【図3】図1の装置のシルクハット形状の可撓性外歯歯車を示す縦断面図である。
【図4】図3の外歯歯車のダイヤフラム部を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図5】可撓性外歯車の軸長を短くすることによるコーニング角の増加を示す説明図である。
【図6】従来のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
11・・・シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置
11a・・装置軸線
12・・・剛性内歯歯車
13・・・シルクハット形状の可撓性外歯歯車
14・・・波動発生器
22・・・胴部
23・・・ダイヤフラム部
24・・・外歯
25・・・ボス部
221・・・胴部の薄肉部分
A・・・ダイヤフラム部の内周端部
B・・・ダイヤフラム部の中央部分
C・・・ダイヤフラム部の外周端部
t(A)・・・内周端部の厚さ
t(B)・・・中央部分の厚さ
t(C)・・・外周端部の厚さ
t(22)・・・胴部の厚さ
t(221)・・・薄肉部分の厚さ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a silk hat type flexible meshing gear device incorporating a silk hat shaped flexible external gear. More specifically, the present invention relates to a silk hat type flexible meshing gear device capable of reducing stress concentration of a silk hat shaped external gear having a reduced outer diameter.
[0002]
[Prior art]
As a flexible meshing gear device, a type in which a flexible external gear has a silk hat shape is known. In this specification, this type of device will be referred to as a silk hat type flexible meshing gear. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the flexible external gear of the silk hat type flexible meshing gear device cut along a plane including the device axis. As shown in this figure, a flexible
[0003]
This type of device is convenient when the rotary member or the like is arranged to penetrate along the device axis 1a. That is, since the
[0004]
Therefore, in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 3-118346, the present applicant reduces the thickness of the diaphragm portion at the center portion and increases the thickness at both end portions, whereby the diaphragm portion at the inner peripheral end portion and the outer peripheral end portion thereof is formed. A configuration that alleviates stress concentration is proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to an improvement of the device disclosed in the above publication. The above publication discloses that the thickness of the diaphragm is reduced at the center.
[0006]
In order to clarify the other points, the present inventors examined the stress generation state of the silk hat type flexible external gear in the silk hat type flexible meshing gear device and performed a number of experiments. .
[0007]
The present invention is based on the results of such studies, and it is an object of the present invention to propose a shape of a diaphragm portion that can more efficiently reduce the stress concentration in the diaphragm portion and can make the stress state generated in this portion uniform. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an annular rigid internal gear, a flexible external gear inside thereof, and a radial internal bending of the external gear arranged inside the rigid internal gear so as to partially form the rigid internal gear. And a wave generator for rotating these meshing positions in the circumferential direction while meshing with each other. The external gear has a cylindrical body having external teeth formed on an outer peripheral surface on one opening end side. And an annular diaphragm part whose inner peripheral end is continuous with the other open end of the body part, and an annular boss part formed continuously with the outer peripheral end of the diaphragm part. In a silk hat type flexible meshing gear device having a silk hat shape, the cross-sectional shape of a flexible external gear is set as follows.
[0009]
That is, when the diaphragm portion of the external gear is cut along a plane including the device axis, the thickness of the inner peripheral end is t (A), and the thickness of the outer peripheral end is t (C). Assuming that the thickness of the substantially central portion between the inner peripheral end and the outer peripheral end is t (B), t (A) is set to the maximum thickness, t (B) is set to the minimum thickness, and t (A) is set. )> T (C)> t (B).
[0010]
Here, in order to smooth the change in the stress distribution from the inner peripheral end to the outer peripheral end of the diaphragm portion, the cross-sectional shape of the diaphragm portion of the external gear is defined by at least one surface contour shape by a plurality of curves. It is preferable that the thickness is changed smoothly in a prescribed manner.
[0011]
According to the study by the present inventors, the relationship between the thickness t (A) of the inner peripheral end portion and the thickness t (B) of the central portion is such that t (A) / t (B) is about 1. It is preferred that the value be in the range of 5 to about 2.2. The relationship between the thickness t (C) of the outer peripheral end and the thickness t (B) of the central portion is such that t (C) / t (B) is in the range of about 1.4 to about 2.0. It is preferable to set so that
[0012]
[Action]
In the diaphragm portion of the silk hat type flexible external gear, the stress distribution from the inner peripheral end to the outer peripheral end becomes gentle. Further, stress concentration at the inner peripheral end and the outer peripheral end is also avoided. As a result, the outer diameter of the diaphragm can be reduced.
[0013]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIGS. 1 and 2 show the overall configuration of a silk hat type flexible meshing gear device of this embodiment. In this figure, the
[0015]
On the other hand, the
[0016]
FIG. 3 is a view showing a vertical cross section of the top hat-shaped flexible
[0017]
On the other hand, the outer peripheral surface of the
[0018]
The center defining the surface side of the
[0019]
The two arcs 233 and 234 are continuous at a point B which is the center of the
[0020]
As described above, in the flexible
[0021]
On the other hand, in the present example, a thin portion is formed in a portion of the
[0022]
Here, according to experiments by the present inventors, when the thickness at the points A and C is set within the following range with respect to the minimum thickness t (B), the thickness from the inner peripheral end of the
[0023]
1.5 <t (A) / t (B) <2.2
1.4 <t (C) / t (B) <2.0
In this example, two
[0024]
Further, in this example, the thin portion is formed on the outer peripheral surface side of the
[0025]
Here, according to experiments by the present inventors, it is desirable that the thickness t (221) of the
[0026]
Next, the coning of the flexible
[0027]
However, by setting the thickness of each portion of the flexible
[0028]
Here, according to experiments by the present inventors, etc., the length L (22) of the
[0029]
【The invention's effect】
As described above, in the silk hat-type flexible meshing gear device of the present invention, the thickness of the diaphragm portion of the flexible external gear having the silk hat shape is set to the minimum thickness at the center portion and the inner peripheral end portion. In the maximum thickness, the thickness of the outer peripheral end is set to be thinner than the thickness of the inner peripheral end and larger than the thickness of the central part, and such a thickness is set along the outer peripheral end from the inner peripheral end. The thickness is smoothly changed so that the thickness is formed. Therefore, according to the present invention, stress concentration at the inner peripheral end and the outer peripheral end of the diaphragm can be reduced, and the generated stress distribution of the diaphragm can be made uniform. Therefore, the outer diameter of the diaphragm can be made smaller than before. Further, even if the length of the body portion is shortened, excessive stress concentration can be prevented from being generated at the inner and outer peripheral ends of the diaphragm portion, so that a flexible external gear having a short shaft length can be realized.
[0030]
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a small and compact silk hat type flexible meshing gear device having a short shaft length as well as an outer diameter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a silk hat type flexible meshing gear device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of the apparatus of FIG. 1 as viewed from a direction of an arrow.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a silk hat-shaped flexible external gear of the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a partially enlarged sectional view showing a diaphragm portion of the external gear shown in FIG. 3 in an enlarged manner.
FIG. 5 is an explanatory view showing an increase in a coning angle by shortening the axial length of a flexible external gear.
FIG. 6 is an explanatory view for explaining a problem of a conventional silk hat type flexible meshing gear device.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 11: Silk-hat type flexible meshing gear device 11a: Device axis 12: Rigid internal gear 13: Flexible external gear having a silk hat shape 14:
Claims (4)
当該外歯歯車のダイヤフラム部の装置軸線を含む平面で切断した場合の断面形状は、その内周端部の厚さをt(A)、その外周端部の厚さをt(C)、内周端部と外周端部のほぼ中央の部分の厚さをt(B)とすると、t(A)を最大厚さ、t(B)を最小厚さに設定すると共に、t(A)>t(C)>t(B)となるように設定したことを特徴とするシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置。An annular rigid internal gear, an internal flexible external gear, and a radial internal flexure of the external gear that is disposed on the inner side and partially meshes with the rigid internal gear; A wave generator configured to rotate these meshing positions in a circumferential direction, wherein the external gear has a cylindrical body having external teeth formed on an outer peripheral surface on one opening end side; An annular diaphragm portion whose inner peripheral end is continuous with the other open end of the portion, and a silk hat shape having an annular boss portion formed continuously at the outer peripheral end of the diaphragm portion. And
The sectional shape of the diaphragm portion of the external gear when cut along a plane including the device axis is as follows: the thickness of the inner peripheral end is t (A), and the thickness of the outer peripheral end is t (C). Assuming that the thickness of the substantially central portion between the peripheral end and the outer peripheral end is t (B), t (A) is set to the maximum thickness, t (B) is set to the minimum thickness, and t (A)> A silk-hat-type flexible meshing gear device, wherein t (C)> t (B) is set.
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