NL8005555A - Mechanisme voor het overbrengen van een beweging. - Google Patents

Description

I ^ J

N/29.937-tM-dV/f.

' Mechanisme voor het overbrengen van een beweging.

De uitvinding heeft betrekking op een mechanisme voor het overbrengen van een beweging, voorzien van een ringvormig tandwiel, een buisvormig buigzaam tandwiel met een aan het éne uiteinde gelegen diafragma, dat op een as is be-5 vestigd en een golfgenerator, die het buigzame tandwiel progressief in ingrijping brengt met het ringvormige tandwiel.

De uitvinding betreft in het bijzonder een tandwieloverbrenging, waarbij een relatieve beweging optreedt tussen een ellipsvormige generator en een buigzaam buisvormig tandwiel of 10 "flexspline" en een stijf tandwiel of cirkelvormige "spline".

De beweging treedt op, doordat een spanningsgolf in de "flexspline" wordt geïntroduceerd en voortbewogen door het inbrengen en roteren van de golfgenerator in een contactgebied of bij voorkeur een aantal contactgebieden tussen de respec-15 tieve tandwielen en het contactgebied vooruit te bewegen.

De uitvinding betreft een verbeterd "flexspline"-diafragma, dat een aanvaardbaar werkspanningsniveau kan handhaven, dat gepaard gaat met het buigen van het diafragma en de spanning kan minimaliseren, welke in het diafragma wordt opgewekt ten-20 gevolge van het uitoefenen van een axiale kracht, die optreedt wanneer de golfgenerator in de boring van het buisvormige tandwiel wordt gebracht.

Gewoonlijk worden "flexsplines" gevormd uit een buisvormig buigzaam orgaan met nabij één van de einden 25 aangebrachte uitwendige tanden en een diafragma, dat radiaal binnenwaarts verloopt en aan het tegenoverliggende einde van het buisvormige orgaan is bevestigd. Het diafragma verricht twee functies; het vermindert de axiale beweging van het buisvormige orgaan in het gebied, waar het door het diafragma 30 tot een cirkelvorm wordt gedwongen, en het vormt een middel, om de "flexspline" te bevestigen op een stijf orgaan, dat een draaibare uitgang kan vormen of stationair kan worden gehouden.

In de vorm, waarin zij momenteel in spanningsgolf-tandwielin-richtingen (strain wave gearing devices) worden toegepast, 35 zijn de "flexsplines" ontworpen met het oog op de werkspanningen. Deze werkspanningen omvatten de radiale buigspanning in het buisvormig gedeelte van de "flexspline" en de axiale buigspanning in het diafragma. De axiale buigspanning wordt g η n e c c c -2- * veroorzaakt doordat het diafragma-einde van het buisvormige orgaan niet in hetzelfde vlak blijft, doch gaat uitschulpen wanneer het van tanden voorziene einde van het buisvormige orgaan vanuit een ronde vorm tot een ellipsvorm wordt gebogen.

5 Langs de maximale as vindt een uitschulping in de richting van het diafragma plaats, terwijl langs de minimale as de uitschulping van het diafragma is afgericht.

Wanneer de ellipsvorm wordt geroteerd, roteert tevens het uitschulpingspatroon, dat door het buisvor-10 mige orgaan aan het diafragma wordt opgelegd, waarbij de maximale uitwijking tussen de maximale en minimale as ligt.

Ten einde de axiale buigspanning in het diafragma te minimaliseren werd volgens de bekende technieken de dikte hiervan minimaal gehouden, waarbij de dikte voldoende groot werd 15 gehouden om het piek-koppel, dat de "flexspline" volgens het ontwerp moest kunnen verwerken, over te brengen. De dikte van de bekende diafragma's was nominaal 0,8% van de inwendige boring van het buisvormige orgaan van de "flexspline", welke dikte in het algemeen voldoende was om de opgelegde 20 werkspanningen te verwerken.

Van tijd tot tijd zijn "flexsplines" tijdens bedrijf aan het diafragma-einde en in het gebied tussen het montagegedeelte en het buiggedeelte defekt geraakt. Aangezien de storingen tijdens bedrijf optraden, werd.in het 25 verleden vermoed, dat de axiale uitschulpspanning de storing veroorzaakte, zodat het voor de hand lag om een vermindering van deze werkspanning te bereiken door de dikte van het diafragma te verminderen. Het is echter gebleken, dat onder omstandigheden de monteur van het systeem onbewust een buiten-30 gewoon grote axiale kracht uitoefent om het buisvormige gedeelte van "flexspline" op de ellipsvormige golfgenerator te monteren. Aangezien een dergelijke axiale kracht een re-actiekracht veroorzaakt in het diafragma, zal een uitgeoefende excessieve axiale kracht het diafragma doen meegeven 35 en uitbuigen, waardoor restspanningen in het diafragma kunnen blijven bestaan, welke tijdens het daaropvolgende bedrijf een defekt van het diafragma kunnen veroorzaken.

Volgens de uitvinding is nu gebleken, dat een verbeterd diafragma kan worden verkregen door de dikte 40 hiervan tot een. vooraf bepaald gebied te vergroten, waar- 8005555 • * -3- door de werkbuigspanning iets groter zal worden dan de momenteel gebruikelijke spanning/ doch waardoor de tijdens de montage veroorzaakte spanning aanmerkelijk zal worden verlaagd en derhalve de kans op blijvende restspanningen na het samen-5 stellen minimaal wordt.

Volgens de uitvinding heeft het mechanisme van de in de aanhef genoemde soort hiertoe het kenmerk/ dat de dikte van het diafragma tussen ongeveer I/O en 2,0% van de diameter van de boring van het buisvormige buigzame tandwiel 10 bedraagt.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van het mechanisme volgens de uitvinding is weergegeven.

Fig. 1 is een gedeeltelijk in doorsnede 15 weergegeven zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van het mechanisme voor het overbrengen van een beweging volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede van een "flexspline" volgens de uitvinding, waarin een niet-gespannen 20 stand is weergegeven, alsmede twee afgebogen standen tengevolge van het roteren van de ellipsvormige golfgenerator.

Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van een golf-generator en een "flexspline", waarin de krachten zijn weergegeven, die optreden als de "flexspline" en de golfgenerator 25 worden samengevoegd.

Fig. 3A toont een andere uitvoeringsvorm van het bevestigingsgedeelte, waar de uitgangsas op de "flexspline" wordt bevestigd.

Fig. 4 is een diagram, waarin de buigspan-3Q ning is weergegeven, die wordt uitgeoefend op diafragma's van verschillende dikten, waarbij tevens de axiale krachten zijn weergegeven, die optreden als de golfgenerator en de "flexspline" worden samengevoegd.

In fig. 1 is een mechanisme voor het over-35 brengen van een beweging weergegeven, welke is voorzien van een ingangsas 30, die bij 31 in een huis 32 is gelegerd. Het huis 32 is door middel van bouten 55 op een huis 54 bevestigd, nadat het mechanisme is samengesteld. Een golfgenerator of spanningsopwekker 35 is op de as 30 vergrendeld door mid-40 del van een moer 33, die met schroefdraad 34 in ingrijping is.

8005555 -4-

De golfgenerator 35 heeft bij voorkeur een ellipsvorm/ waarbij een buigzame binnenloopring 36 op de golfgenerator 35 is geperst, waardoor de binnenloopring 36 de ellipsvorm van de golfgenerator 35 aanneemt. De binnenloopring 36 neemt kogels 5 37 met uniforme diameter op, die in aanraking zijn met een buitenloopring 38, welke buigbaar is en is bevestigd op de binnenzijde van een buisvormige gedeelte 44 van een "flex-spline"-tandwiel 43, dat is voorzien van uitwendige tanden 41, die in ingrijping zijn met inwendige tanden 42. De inwendige 10 tanden 42 vormen een ringvormig tandwiel, dat op de binnenzijde van het huis 54 is aangebracht. Het buigbare buisvormige gedeelte 44 is verbonden met een diafragma 51, dat op zijn beurt met een uitgangsas 45 is verbonden. De uitgangsas 45 is gelegerd in legers 46, die zich in een huis 47 bevinden. 15 Het inwendige einde van de uitgangsas 45 is op het diafragma 51 bevestigd door middel van twee kragen 52a en 52b, die in aanraking zijn met de tegenoverliggende zijden van het diafragma 51 en met elkaar zijn verbonden door middel van bouten 53. De omtrekken van de kragen 52a en 52b bepalen een onbuig-20 zaam gedeelte van het diafragma 51, terwijl het overige gedeelte van het diafragma 51 relatief buigzaam is.

Tijdens bedrijf wordt door het roteren van de ingangsas 30 de golfgenerator 35 geroteerd via de kogels 37 en de loopring 38. ,De 'Ïfilexspline" 43 wordt elastisch ge-25 bogen en hierdoor in het geval van een eenheid met twee lobben op twee van elkaar gescheiden punten of in het geval van een eenheid met drie lobben in drie gescheiden punten in ingrijping gebracht met de inwendige tanden 42 van het huis 54. De beweging van de ingangsas 30 veroorzaakt een relatieve 30. rotatie van de uitgangsas 45 via het buisvormige gedelte 44, de "flexspline" 43 en het diafragma 51.

Wanneer het buisvormige gedeelte 44 wordt gemonteerd om de buitenloopring 38, welke door de golfgenerator 35 de ellipsvorm heeft verkregen, treedt een bepaalde 35 hoeveelheid buiging op in het buigzame gedeelte van het diafragma 51. De ruimte, waarin de "flexspline" moet worden gemonteerd, is slechts iets groter dan de "flexspline" zelf en aangezien de golfgenerator 35 een ellipsvorm heeft, moet het buisvormige gedeelte 44 dezelfde ellipsvorm aannemen.

40 Met andere woorden aan het open einde van het buisvormige ge- 8005555 9 -» -5- deelte 44 van de "flexspline" treedt een radiale buiging op, welke in de langsrichting geleidelijk minder wordt, totdat het buisvormige gedeelte ter plaatse van het diafragma-einde 51 in hoofdzaak cirkelvormig wordt. Door de vermindering van deze 5 afbuiging in het buisvormige gedeelte 44 doet zich een uit-schulp-toestand voor, welke aan het diafragma 51 wordt overgebracht en het diafragma 51 axiaal doet buigen, waardoor een axiale spanning wofdt veroorzaakt.

In fig. 2 is een dwarsdoorsnede van een 10 buisvormig gedeelte weergegeven in drie standen ten opzichte van de stand van de golfgenerator. Ter illustratie van de optredende buiging is de grootte van de buiging in vergrote mate weergegeven. De middenstand tussen de maximale en minimale assen is met Ά aangeduid, welke overeenkomt met een 15 doorsnede van het niet-gebogen gedeelte. De doorsnede door de maximale as B is aan het open einde radiaal omhoog gebogen en axiaal in de richting van het diafragma 3 verplaatst. De doorsnede door de minimale as C is radiaal binnenwaarts naar het middelpunt van het open einde gebogen en axiaal van het 20 diafragma 3 af verplaatst. Zoals is aangegeven is de axiale buiging x aan het open einde van de "flexspline" equivalent met de axiale buiging x van het buigzame gedeelte van het diafragma.

Wanneer de elliptische golfgenerator in een 25 boring van een "flexspline" is gemonteerd en de golfgenerator wordt geroteerd, roteert de buiging in de "flexspline" eveneens en wordt de buigingsgolf in het diafragma derhalve ook geroteerd. Bij mechanismen voor het overbrengen van een beweging van het onderhavige type werd de axiale buigspanning 30 in het diafragma gebruikt voor het vaststellen van de diafrag-madikte en voor het minimaliseren van deze spanning werd de diafragmadikte minimaal gehouden, waarbij de dikte echter voldoende was om het vereiste uitgangskoppel te leveren.

Het is gebleken, dat de maximale spanning, welke kan optreden, 35 niet noodzakelijkerwijs samenhangt met de werkspanningen in de eenheid, doch veeleer wordt veroorzaakt door een buitengewoon grote axiale spanning, die in het diafragma wordt opgewekt als de "flexspline" en de golfgenerator worden samengesteld.

40 In fig. 3 is een golfgeneratorsamenstel 9 8005555 —6— weergegeven, terwijl het in de boring van de "flexspline" wordt gemonteerd. De met een vector F^ aangeduide kracht wordt gebruikt om de golfgenerator 9 in de boring te drukken, welke kracht F^ via het buisvormige gedeelte 5 wordt 5 overgedragen naar het Buigzame gedeelte 3a van het diafragma 3. De kracht F^ veroorzaakt een tegengestelde reactiekracht F2 ter plaatse van het niet-buigzame gedeelte van het diafragma 3 en wordt door het diafragma 3 overgedragen, waardoor een "uithuiging" van het diafragma wordt veroorzaakt en 10 een piekbuigspanning in het gebied 10 optreedt.

Het geschetste probleem doet zèK in het bijzonder voor indien tijdens het samenstellen de golfgenerator enigszins schuin wordt gehouden of indien een thermische gradiënt over de onderdelen aanwezig zijn, waardoor 15 een vaste passing wordt veroorzaakt, of indien zich vuil of materiaalgruis in de boring 6 of op de buitenloopring 11 bevindt. In bepaalde gevallen veroorzaakt de tijdens het samenstellen uitgeoefende axiale kracht overspanningen in het diafragma in het gebied 10, waardoor een hoge restspanning 20 in dit gedeelte wordt veroorzaakt. Als de golfgenerator nu tijdens het bedrijf van de eenheid wordt geroteerd, worden de cyclisch afwisselende spanningen gecombineerd met de hoge restspanning, welke spanningen te zanten een defect in het gebied 10 van dit onderdeel kunnen veroorzaken. In fig.

25 3A is een met fig. 3 overeenkomende uitvoering weergegeven, waarbij in plaats van het gebruik van kragen en bouten voor de bevestiging van het diafragma aan de uitgangsas, het diafragma gedeeltelijk is verdikt, zodat een hiermede één geheel vormende naaf is verkregen.

30 In fig. 4 is een diagram weergegeven, waaruit de samenhang blijkt tussen de buigspanning tengevolge van het uitschulpen en de "uitbuig"-spanning, die wordt Veroorzaakt door. de axiale samenstellingskrachten, voor verschillende diafragma-dikten. Voor het opstellen van dit dia-35 gram bedroeg de verhouding van het mechanisme tussen de golf-generatoringang en de "flexspline"-uitgang 80:1, waarbij de afmetingen van de "flexspline" -lengte en inklemdiameter van het diafragma hetzelfde waren als bij de bekende mechanismen. Uit het diagram blijkt, dat een zeer dun diafragma een lage 40 buigspanning met zich Brengt en hierdoor werd in het alge- 8005555 * f -7- meen bij de bekende mechanismen een diafragma toegepast met een dikte met een orde van grootte van 0,8% van de diameter van<lde boring van de"flexspline". Hoewel een dun diafragma een lage buigspanning zal veroorzaken, is volgens de uitvin- 5 ding gebleken, dat een bijzonder hoge axiale spanning kan worden veroorzaakt door een buitengewoon grote axiale kracht tijdens het samenstellen. Volgens de uitvinding is gebleken, 2 dat de axiale spanning gelijk is aan 6327 kg/cm of meer.

Bij toepassing van een diafragma met een afmeting van 0,8% 10 wordt een buigspanning met een orde van grootte van 879 kg/ 2 cm opgewekt. De axiale kracht, die is gebruikt voor het berekenen van deze spanningswaarden, is gebaseerd op de formule 2 kracht= (8)D , hetgeen de bovengrens voor de kracht, die wordt toegepast om de golfgenerator in de boring te plaatsen.

15 Volgens de uitvinding is nu gebleken, dat indien de dikte van het diafragma wordt verhoogd tot tussen 1,0 en 2,0% van de diameter van de boring de axiale spanning in aanmerkelijke 2 2 mate wordt gereduceerd tot tussen 1055 kg/cm en 3867 kg/cm , waarbij de buigspanning slechts toeneemt tot een waarde tus-· 2 2 20 sen ongeveer 1055 kg/cm en 2110 kg/cm .

Bij het diafragma volgens de uitvinding is de buigspanning derhalve slechts iets groter dan bij de bekende uitvoeringen, doch het diafragma zal nog steeds beneden de vermoeiingsgrens van het materiaal blijven. Vastgesteld 25 werd, dat de buigspanning evenredig is met de diafragmadikte, terwijl de axiale spanning omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de dikte, zodat een kleine verhoging van de axiale diafragmadikte de buigspanning slechts in geringe mate doet toenemen, doch de axiale scanning in aanmerkelijke 30 mate verlaagt.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

8005555

Claims (5)

1. 2. Mechanisme volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het diafragma (3;51) is verdeeld in een buigzaam gedeelte (3a) en een niet-buigzaam gedeelte waarbij het niet-buigzame gedeelte is bevestigd aan en zich bevindt om een as (45), terwijl het buigzame gedeelte (3a) 15 zich bevindt tussen het einde van het buisvormige buigzame tandwiel (5; 43) en het niet-buigzame gedeelte.
2. 3. Mechanisme volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat ten minste één kraag (52a;52b) op het niet-buigzame gedeelte van het diafragma (3?51) is 20 aangebracht.
3. 4. Mechanisme volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een tandwiel, dat is voorzien van een buigzame buis met langs de omtrek aangebrachte, radiale tanden en een diafragma (3;51),dat nabij 25 het éne uiteinde is aangebracht, waarbij de dikte van het diafragma (3;51) tussen ongeveer 1,0 en 2,0% van de diameter van de boring (6) van de buis (44) bedraagt.
4. 5. Mechanisme volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het diafragma (3; 511 een axiaal 30 niet-buigzaam gedeelte (52a; 52b, 3') en een buigzaam gedeelte (Sajbezit, dat zich tussen het axiaal niet-buigzame gedeelte en de buis (44) bevindt.
5. 6. Mechanisme volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat een golfgenerator (35) met ten 35 minste twee lobben wordt gebruikt voor het forceren van het buisvormige buigzame tandwiel (5;43). 8005555