JP6400491B2 - Inscribed planetary gear unit - Google Patents
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Description
本発明は、内接式遊星歯車装置に関する。 The present invention relates to an inscribed planetary gear device.
内接式遊星歯車装置は、内歯を備えた内歯歯車と、外歯を備えた外歯歯車と、前記内歯歯車の中心軸線周りに回転自在で、前記内歯と前記外歯とが噛み合った状態で前記外歯歯車を前記内歯歯車の中心軸線に対して偏心した軸線周りに回転自在に支持する偏心部材とを有している。内接式遊星歯車装置は、内歯歯車の歯数が外歯歯車の歯数より少なくとも一つ少なく、偏心部材を入力部材とし、内歯歯車と外歯歯車との何れか一方を固定部材、他方を出力部材とすることにより、減速機(ハイポサイクロイド型減速機)として用いられる。 The internal planetary gear device includes an internal gear with internal teeth, an external gear with external teeth, and a rotation around a central axis of the internal gear, and the internal teeth and the external teeth are And an eccentric member that rotatably supports the external gear around an axis that is eccentric with respect to the central axis of the internal gear in a meshed state. In the internal planetary gear device, the number of teeth of the internal gear is at least one less than the number of teeth of the external gear, the eccentric member is an input member, and either the internal gear or the external gear is a fixed member, By using the other as an output member, it is used as a reduction gear (hypocycloid type reduction gear).
従来の内接式遊星歯車装置では、内歯および外歯は、インボリュート曲線あるいはトロコイド曲線による歯形によるものである(例えば、特許文献1)。 In the conventional inscribed planetary gear device, the inner teeth and the outer teeth are based on a tooth profile based on an involute curve or a trochoid curve (for example, Patent Document 1).
インボリュート曲線あるいはトロコイド曲線による歯形は、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚を徐々に減少する歯形で、噛み合い圧力角が正になる歯形によるものであるから、内歯と外歯との噛み合いにより生じる径方向分力は、歯同士が互い離れる方向、つまり噛み合いが離れる方向に作用する。 The tooth profile based on the involute curve or trochoid curve is a tooth profile that gradually decreases the tooth thickness from the root side to the tip side, and is due to the tooth profile that makes the meshing pressure angle positive. The radial component force generated by the meshing acts in a direction in which the teeth are separated from each other, that is, in a direction in which the meshing is separated.
このため、このような歯形によるものにおいて、トルク伝達効率を高めるためには、また、歯飛び現象(ラチェット現象)を避けるためには、内歯と外歯との径方向への偏心押付力を上げる等によって噛み合い力を大きくする必要がある。しかし、噛み合い圧が高いと、歯面の摩耗が激しくなり、歯車の耐久性に問題が生じる。 For this reason, in such a tooth profile, in order to increase the torque transmission efficiency and to avoid the tooth skipping phenomenon (ratchet phenomenon), the eccentric pressing force in the radial direction between the inner teeth and the outer teeth is increased. It is necessary to increase the meshing force by raising it. However, if the meshing pressure is high, tooth surface wear becomes severe and a problem occurs in the durability of the gear.
本発明が解決しようとする課題は、内接式遊星歯車装置において、噛み合い圧を高めることなく、高いトルク伝達効率が得られ、歯飛び現象も生じないようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is to achieve high torque transmission efficiency without increasing the meshing pressure in the inscribed planetary gear device and to prevent the tooth skipping phenomenon from occurring.
本発明による内接式遊星歯車装置は、内歯(12)を備えた内歯歯車(10)と、外歯(22)を備えた外歯歯車(20)と、前記内歯歯車(10)の中心軸線周りに回転自在で、前記内歯(12)と前記外歯(22)とが噛み合った状態で前記外歯歯車(20)を前記内歯歯車(10)の中心軸線に対して偏心した軸線周りに回転自在に支持する偏心部材(30)とを有する内接式遊星歯車装置であって、前記内歯(12)および前記外歯(22)は、少なくとも一部において噛み合い圧力角が負になる歯形である。噛み合い圧力角が負になる部分(12A、22A)の歯形は、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に増大する歯形である。 An internal planetary gear device according to the present invention includes an internal gear (10) having internal teeth (12), an external gear (20) having external teeth (22), and the internal gear (10). The external gear (20) is eccentric with respect to the central axis of the internal gear (10) with the internal teeth (12) and the external teeth (22) meshing with each other. An internal planetary gear device having an eccentric member (30) rotatably supported around the axis line, wherein the internal teeth (12) and the external teeth (22) have at least a partial meshing pressure angle. This is a negative tooth profile. The tooth profile of the portion (12A, 22A) where the meshing pressure angle is negative is a tooth profile in which the tooth thickness gradually increases from the tooth base side toward the tooth tip side.
噛み合い圧力角が負による噛み合いでは、内歯(12)と外歯(22)との噛み合い圧による反力(Fa)の径方向の分力(Fb)は、歯同士が径方向に互い近付く方向(噛み合いが深くなる方向)に作用する。これにより、偏心押付力を大きくすることなく、確実な噛み合い状態が確保され、高いトルク伝達効率が得られると共に、歯飛び現象が生じることがない。 In meshing with a negative meshing pressure angle, the component force (Fb) in the radial direction of the reaction force (Fa) due to the meshing pressure between the inner teeth (12) and the outer teeth (22) is the direction in which the teeth approach each other in the radial direction. Acts in the direction of deepening the mesh. As a result, a positive meshing state is ensured without increasing the eccentric pressing force, high torque transmission efficiency is obtained, and tooth skipping does not occur.
本発明による内接式遊星歯車装置は、好ましくは、前記内歯(12)および前記外歯(22)は、噛み合い初期から中期にかけて噛み合い圧力角が負になり、噛み合い末期に噛み合い圧力角が正になる歯形である。噛み合い圧力角が正になる部分(12E、22E)の歯形は、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に減少する歯形である。 In the internal planetary gear device according to the present invention, preferably, the internal teeth (12) and the external teeth (22) have a negative meshing pressure angle from the initial meshing stage to the middle meshing period, and the meshing pressure angle is positive at the final meshing stage. Tooth shape that becomes. The tooth profile of the portion (12E, 22E) where the meshing pressure angle becomes positive is a tooth profile in which the tooth thickness gradually decreases from the tooth base side toward the tooth tip side.
この構成によれば、噛み合い末期に噛み合い圧力角が正による噛み合いがあるので、その分、トルク伝達効率が向上する。 According to this configuration, since the meshing pressure angle is meshed with positive at the end of meshing, the torque transmission efficiency is improved accordingly.
本発明による内接式遊星歯車装置は、好ましくは、噛み合い圧力角が負になる部分(22A)と噛み合い圧力角が正になる部分(22E)とが円弧(22F)によって接続されている歯形である。 The inscribed planetary gear device according to the present invention preferably has a tooth profile in which a portion (22A) where the meshing pressure angle is negative and a portion (22E) where the meshing pressure angle is positive are connected by an arc (22F). is there.
この構成によれば、噛み合い圧力角が負になる部分(22A)と噛み合い圧力角が正になる部分(22E)との接続部が尖った形状である場合に比して内歯(12)および外歯(22)の摩耗が減少し、歯車の耐久性が向上する。 According to this configuration, the internal teeth (12) and the teeth (12) and the portion (22A) where the meshing pressure angle is negative and the portion (22E) where the meshing pressure angle is positive have a sharp shape as compared with the case where The wear of the external teeth (22) is reduced, and the durability of the gear is improved.
本発明による内接式遊星歯車装置は、好ましくは、前記内歯歯車(10)の歯溝(14)の形状は、前記外歯(22)と干渉しないように前記外歯(22)の噛み合い軌跡によって画成される輪郭形状と同じ形状あるいは前記輪郭形状に近似した形状である。 In the internal planetary gear device according to the present invention, preferably, the shape of the tooth groove (14) of the internal gear (10) meshes with the external teeth (22) so as not to interfere with the external teeth (22). It is the same shape as the contour shape defined by the trajectory or a shape approximate to the contour shape.
この構成によれば、内歯歯車(10)と外歯歯車(20)とが互いに干渉することなく、内歯(12)と外歯(22)とが良好に噛み合う。 According to this configuration, the internal gear (10) and the external gear (20) mesh with each other well without interfering with each other.
本発明による内接式遊星歯車装置によれば、内歯と外歯との噛み合い圧による反力の径方向の分力が歯同士が径方向に互い近付く方向に作用するので、噛み合い圧を高めることなく、高いトルク伝達効率が得られ、歯飛び現象が生じることもない。 According to the inscribed planetary gear device according to the present invention, the component force in the radial direction of the reaction force caused by the meshing pressure between the inner teeth and the outer teeth acts in the direction in which the teeth approach each other in the radial direction, so that the meshing pressure is increased. Therefore, high torque transmission efficiency can be obtained, and the tooth skipping phenomenon does not occur.
以下に、本発明による内接式遊星歯車装置の実施形態を、図1〜図4を参照して説明する。 Embodiments of an inscribed planetary gear device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
内接式遊星歯車装置は、図1に示されているように、円環形状の内歯歯車10を有する。内歯歯車10の内周部には周方向に一連の内歯12が形成されている。内歯歯車10は、不図示の固定部材に固定され、反力要素をなす。内歯歯車10の内側には円環形状の外歯歯車20が配置されている。外歯歯車20の外周部には周方向に一連の外歯22が形成されている。外歯22の歯数Zbは内歯12の歯数Zaより1つ少なく、外歯歯車20のピッチ円半径は内歯歯車10のピッチ円半径より小さい。
The inscribed planetary gear device has an annular
内歯歯車10および外歯歯車20は、プレス成形あるいはレーザ切断加工された複数枚の金属薄板の積層構造体によって構成されている。
The
外歯歯車20の内側には偏心部材30が配置されている。偏心部材30は、内歯歯車10と同心の中心軸部32と、中心軸部32に対して偏心した偏心軸部34とを有する。偏心部材30は、中心軸部32を不図示の固定部材に当該中心軸部32の中心軸線周りに回転自在に支持され、偏心軸部34の外周部に軸受36によって外歯歯車20を、内歯12と外歯22とが噛み合った状態で、偏心軸部34の中心軸線周りに回転自在に支持している。つまり、偏心部材30は、中心軸部32を固定部材(不図示)に固定自在に支持されていることにより、内歯歯車10の中心軸線周りに回転自在であり、偏心軸部34において、内歯12と外歯22とが噛み合った状態で外歯歯車20を内歯歯車10の中心軸線に対して偏心した軸線周りに回転自在に支持している。
An
この構成において、偏心部材30が中心軸部32の中心軸線周りに回転駆動される入力要素をなし、オルダム継手等によって外歯歯車20の、中心軸部32の中心軸線周りに回転成分のみが取り出されることにより、外歯歯車20が出力要素をなす。
In this configuration, the
なお、図1において、符号Aは内歯歯車10および中心軸部32の中心を、符号Bは外歯歯車20および偏心軸部34の中心を示している。
In FIG. 1, the symbol A indicates the center of the
この内接式遊星歯車装置では、中心Aを回転中心とした偏心部材30の回転によって、外歯歯車20が偏心軸部34の中心軸線周りに、つまり中心Bを回転中心として回転(自転)しながら、内歯12と外歯22とが噛み合った状態で外歯歯車20が内歯歯車10の内周を転動する。外歯歯車20が内歯歯車10に対して内サイクロイド運動をする。
In this inscribed planetary gear device, the rotation of the
これにより、式による減速比のハイポサイクロイド型減速機が得られる。
減速比=Zb/(Za−Zb)=Zb/1=Zb
Thereby, a hypocycloid type reduction gear having a reduction ratio according to the equation is obtained.
Reduction ratio = Zb / (Za−Zb) = Zb / 1 = Zb
上述の内接式遊星歯車装置において、偏心部材30が図1で見て反時計廻り方向に回転している場合の、外歯22の回転方向進み側の歯先近傍点C(外歯22が最も周方向に突出した点、図3参照)の内歯12に対する運動軌跡(噛み合い軌跡)は、図4に符号Dにより示されているようになる。
In the above-described inscribed planetary gear device, when the
内歯12および外歯22の歯形は、図2、図3に示されているように、上述の噛み合いにおいて、噛み合い初期から中期にかけて噛み合い圧力角が負になり、噛み合い末期に噛み合い圧力角が正になる歯形である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the tooth profile of the
噛み合い圧力角が負である場合は、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に増大する歯形で、内歯12あるいは外歯22を歯先側から歯底側を見て歯面がオーバハングした面をなすようになる。これに対し、噛み合い圧力角が正である場合には、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に減少する歯形をなす。
When the meshing pressure angle is negative, the tooth thickness gradually increases as it goes from the tooth base side to the tooth tip side, and the tooth surface of the
内歯12および外歯22において、噛み合い圧力角が負となる部分は、歯末の負傾斜部分12A、22Aであり、負傾斜部分12A、22Aでは歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に増大している。負傾斜部分12A、22Aより歯元側は、すみ肉曲線部12B、22Bを経て歯底部12C、22Cに至る歯形になっている。
In the
内歯12および外歯22において、噛み合い圧力角が正となる部分は、負傾斜部分12A、22Aより歯先側の正傾斜部分12E、22Eであり、正傾斜部分12E、22Eでは歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に減少している。外歯22の正傾斜部分22Eと負傾斜部分22Aとは円弧部22Fによって滑らかに接続されている。円弧部22Fは外歯22が最も周方向に突出した部位(歯先近傍点C相当の部位)をなす。
In the
隣接する内歯12間に画定される歯溝14は、外歯22の歯先近傍点Cがハイポサイクロイド状の運動をするとして、外歯22との干渉を避けるべく、外歯22の外周軌跡によって画成される輪郭形状とほぼ同じ形状になっている。これにより、内歯歯車10と外歯歯車20とが互いに干渉することなく、内歯12と外歯22との良好な噛み合いが保証される。
The
なお、厳密には、トルク伝達に関与しない歯溝14の底部(歯底部12C)と外歯22の歯先部22Dとの摺接による摩擦損失が生じないように、この部分においては歯溝14の底部(歯底部12C)と外歯22の歯先部22Dとの間に隙間16(図7参照)ができるように歯溝14が形成されている。
Strictly speaking, in this portion, the
オーバハング部を含む上述の歯形による内歯12および外歯22は、ホブカッタ等による切削加工によって創成することは困難であるが、内歯歯車10および外歯歯車20は、プレス成形あるいはレーザ切断加工された複数枚の金属薄板の積層構造体によって構成すれば、歯形設計の自由度が高く、オーバハング部を含む歯形でも容易に製作することができる。これにより、上述の歯形による内歯12、外歯22による内歯歯車10、外歯歯車20を容易に生産性よく実現することができる。
Although it is difficult to create the
図5〜図11は、内歯歯車10の周方向の各位置における内歯12と外歯22との噛み合い状態を示している。この図示例の外歯歯車20の回転方向は反時計廻り方向である。以下の説明では、外歯22が内歯12に最も深く噛み合う位置(最大偏心位置)を原点位置X(図1参照)とし、それより回転方向遅れ側の位置を前角度の位置、それより回転方向進み側の位置を後角度の位置と呼ぶ。
5 to 11 show the meshing state of the
内歯12と外歯22とは、図5に示されているように、前90度程度の位置で、負傾斜部分12A、22Aによって噛み合いが始まる。この負傾斜部分12A、22Aによる噛み合いは、図6に示されているように、原点位置付近の回転角位置まで続く。これにより、内歯12と外歯22とは、噛み合い初期から中期にかけて噛み合い圧力角が負になる。
As shown in FIG. 5, the
原点位置Xでは、図7に示されているように、負傾斜部分12Aと22Aとが離間し、外歯22の歯先部22Dが歯溝14の底部に最も近付く。
At the origin position X, as shown in FIG. 7, the negatively
原点位置Xより後90度程度の位置までの区間では、図8に示されているように、トルク伝達をしない側(回点方向遅れ側)の負傾斜部分12Aと22Aとが接触しつつ外歯22が歯溝14より抜け出す方向に移動する。後90度程度の位置では、図9に示されているように、正傾斜部分12Eと22Eとの噛み合いが始まる。正傾斜部分12Eと22Eとによる噛み合いは、図10に示されているように、後135度程度の位置まで続く。これより更に回転方向進み側の位置では、図11に示されているように、正傾斜部分12Eと22Eとが離間し、内歯12と外歯22との噛み合いが終了する。これにより、内歯12と外歯22とは、噛み合い末期において噛み合い圧力角が正になる。
As shown in FIG. 8, in the section from the origin position X to a position of about 90 degrees, the negative
上述した噛み合い初期から中期にかけて生じる噛み合い圧力角が負による噛み合いでは、図12に示されているように、内歯12と外歯22との噛み合い圧による反力Faの径方向の分力Fbは、その噛み合い圧力角からして歯同士が径方向に互い近付く方向、つまり、噛み合いが深くなる方向に作用する。これにより、歯飛び現象を生じ易い噛み合い初期から中期にかけて、噛み合いが離れる方向に変位することに対する抵抗力が増大する。このことにより、噛み合い圧を高めることなく、確実な噛み合い状態が確保され、高いトルク伝達効率が得られる。また、確実な噛み合い状態のもとに歯飛び現象が生じことがない。
In meshing with a negative meshing pressure angle generated from the initial meshing stage to the middle stage as described above, the component force Fb in the radial direction of the reaction force Fa due to the meshing pressure between the
噛み合い末期において、噛み合い圧力角が正による噛み合いが存在するので、その分、トルク伝達効率が向上する。この噛み合いは後90度以降の回転角位置で生じるから、噛み合い圧による反力の径方向の分力が、噛み合い圧力角が負となる噛み合いの回転位置での内歯12と外歯22との噛み合いを離すように作用することがない。
At the end of meshing, there is a meshing with positive meshing pressure angle, so that the torque transmission efficiency is improved accordingly. Since this meshing occurs at the rotational angle position after 90 degrees, the radial component of the reaction force due to the meshing pressure is the difference between the
上述の噛み合いにおいて、外歯22の最も周方向に突出して内歯12に接触する部位が円弧部22Fであることにより、これが尖った形状である場合に比して内歯12の摩耗が軽減される。これにより、内歯歯車10の耐久性が向上する。
In the above-described meshing, the portion of the
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to such embodiments and can be deviated from the spirit of the present invention, as will be readily understood by those skilled in the art. It is possible to change appropriately within the range not to be.
例えば、内歯12、外歯22の正傾斜部分12E、22Eは必須でなく、内歯12および外歯22は、少なくとも一部において噛み合い圧力角が負になる歯形であればよく、外歯22の歯形は、基本的には、図3に仮想線Eによって示されているように、歯元側から歯先側に向かうに従って歯厚が徐々に増大する台形の歯形である。
For example, the positively
また、内歯12の外歯22から見た相対運動の軌跡によって外歯22の歯形を生成することもできる。これにより、内歯12と外歯22とが互い接触し合うことで噛み合い面積を大きくして応力を緩和することができる。
Further, the tooth profile of the
外歯22の歯数Zbが内歯12の歯数Zaより1つ少ないことが、大きい減速比を得るうえで好ましいが、この歯数差は、2、3など、1以外であってもよい。内歯歯車10を固定要素として外歯歯車20を出力要素としたが、外歯歯車20を固定要素として内歯歯車10を出力要素とすることもできる。
The number of teeth Zb of the
10 内歯歯車
12 内歯
12A 負傾斜部分
12B 肉曲線部
12C 歯底部
12E 正傾斜部分
14 歯溝
16 隙間
20 外歯歯車
22 外歯
22A 負傾斜部分
22D 歯先部
22E 正傾斜部分
22F 円弧部
30 偏心部材
32 中心軸部
34 偏心軸部
36 ボール軸受
DESCRIPTION OF
Claims (6)
外歯を備えた外歯歯車と、
前記内歯歯車の中心軸線周りに回転自在で、前記内歯と前記外歯とが噛み合った状態で前記外歯歯車を前記内歯歯車の中心軸線に対して偏心した軸線周りに回転自在に支持する偏心部材とを有する内接式遊星歯車装置であって、
前記内歯および前記外歯は、少なくとも一部において噛み合い圧力角が負になる歯形である内接式遊星歯車装置。 An internal gear with internal teeth;
An external gear with external teeth;
The external gear is rotatable about a central axis of the internal gear, and the external gear is supported rotatably about an axis eccentric with respect to the central axis of the internal gear in a state where the internal teeth and the external teeth are engaged with each other. An inscribed planetary gear device having an eccentric member that comprises:
The internal planetary gear device, wherein the internal teeth and the external teeth are tooth shapes in which at least a part of the internal teeth and the external pressure angle are negative.
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