TW201333345A

TW201333345A - 齒輪傳動裝置

Info

Publication number: TW201333345A
Application number: TW102101805A
Authority: TW
Inventors: Shinya Hirose; Yoshikazu TSUTSUMI
Original assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-08-16
Also published as: WO2013108717A1; JP2013148161A; TWI560379B; JP5875876B2

Abstract

本發明提供一種齒輪傳動裝置。本發明的齒輪是透過一對軸承由外殼所支撐。一對軸承在內齒輪的軸線方向上配置於內齒輪的外側。一對軸承各自由外座圈、內座圈以及多個球面滾子所構成。在外座圈的內周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處。在內座圈的外周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處。在包含軸承中心軸的橫截面上，一對軸承以一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線和另一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線相交於一對軸承之間的方式配置。

Description

齒輪傳動裝置

本申請案是基於在2012年1月19日申請的日本國專利申請第2012-009055號而主張優先權。該申請案的所有內容經參考而引用於本說明書中。本說明書揭露有關齒輪傳動裝置的技術。

已知有一種齒輪傳動裝置，其外齒輪一邊和內齒輪嚙合，一邊進行偏心轉動。此種類型的齒輪傳動裝置已揭露於特開2010-156430號公報以及特開2010-159774號公報。在以下說明中，將特開2010-156430號公報稱作專利文獻1，特開2010-159774號公報稱作專利文獻2。

在專利文獻1及2的齒輪傳動裝置中，內齒輪形成於外殼(case)的內周，並由外齒輪所支撐。載體(carrier)由外殼所支撐。在曲柄軸(crank shaft)設有偏心體，外齒輪和曲柄軸的偏心體卡合並偏心轉動。外齒輪的齒數和內齒輪的齒數不同。因此，若外齒輪和內齒輪一邊嚙合一邊偏心轉動，載體便相對外殼轉動。在專利文獻1的齒輪傳動裝置中，載體是透過角滾珠軸承(angular ball bearing)由外殼所支撐。此外，在專利文獻2的齒輪傳動裝置中，載體透過角滾子軸承(angular roller bearing)由外殼所支撐。

專利文獻1及2的齒輪傳動裝置，大多使用於要求大輸出扭矩的領域。因此，較大外力會作用在配置於載體和外殼之間的軸承上。在專利文獻1的齒輪傳動裝置的情況下，上述軸承的轉動體是滾珠。因此，轉動體和座圈(race)的接觸面積較小。專利文獻1的軸承，無法承受較大外力。

在專利文獻2的齒輪傳動裝置的情況下，上述軸承的轉動體是圓筒狀的滾子。此外，轉動體是相對於齒輪傳動裝置的軸線而傾斜配置。因此，在轉動體的軸方向上，座圈直徑在每個位置有所差異。具體而言，在轉動體的軸方向上，座圈直徑是隨著朝向外側而變大。當轉動體使座圈轉動時，由於轉動體的滾動距離在每個位置有所差異，因此轉動體和座圈之間會產生滑動。轉動體的轉動軸依據此滑動會有從原本的軸方向傾斜之現象，其結果便是產生使轉動體往轉動體的軸方向移動之力。根據此現象，若載體和外殼相對轉動，使轉動體向齒輪傳動裝置外側移動的力會沿著轉動體的軸方向進行作用。在專利文獻2的齒輪傳動裝置的情況下，必須要有限制轉動體向軸方向移動的構件。其結果便是使齒輪傳動裝置的構造變複雜。本說明書以簡單的構造提供一種耐久性優異的齒輪傳動裝置。

本說明書所揭露的齒輪傳動裝置包括外殼、一對軸承、載體和曲柄軸以及外齒輪。在外殼的內周形成有內齒輪。載體透過一對軸承，和內齒輪由外殼所支撐。載體和內齒輪同軸。曲柄軸由載體所支撐。又，曲柄軸設有偏心體。外齒輪和曲柄軸的偏心體卡合，一邊和內齒輪嚙合一邊偏心轉動。在所述齒輪傳動裝置中，所述一對軸承分別在內齒輪的軸線方向上，配置於內齒輪的外側。又，所述一對軸承分別由外座圈、內座圈及多個球面滾子所構成，在所述外座圈的內周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處，在所述內座圈的外周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處，在所述外座圈和內座圈之間配置有所述多個球面滾子。所述一對軸承在包含軸承中心軸的剖面，以一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線和另一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線相交於一對軸承之間的方式配置。

以下對用於本說明書的用語進行說明。「環繞一圈形成有圓弧狀的凹處」意指不論將外(內)座圈沿著軸承中心軸的哪個剖面進行觀察，都會在內周面(外周面)呈現圓弧的型態。軸承中心軸等同內齒輪的軸線。此外，「球面滾子」意指沿著轉動體的轉動軸的剖面進行觀察時，呈現將轉動體的兩端以圓弧連接的形狀。換言之，意指觀察和轉動體的轉動軸垂直的剖面時，任何剖面皆為圓，且順著朝向轉動體的轉動軸方向的中心，圓的直徑會變大。「球面滾子」也被稱為「凸面滾子」。又，在本說明書中將配置於外殼和載體之間的軸承稱作「主軸承」。

根據上述齒輪傳動裝置，和使用角滾珠軸承的齒輪傳動裝置相比，可增大轉動體(球面滾子)和座圈的接觸面積。因此，上述齒輪傳動裝置可承受作用於載體和外殼之間的較大力。此外，在外(內)座圈的內周面(外周面)形成有圓弧，因此即使沿著轉動體的軸方向使轉動體移動至齒輪傳動裝置的外側，往轉動體的軸方向的移動仍受到限制。又，如上所述，一對軸承在包含軸承中心軸的剖面，以一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線和另一側的軸承的球面滾子的轉動軸的延長線相交於一對軸承之間的方式配置。因此，在軸向(axial)方向和徑向(radial)方向上，載體和外殼的相對移動受到限制。上述齒輪傳動裝置比起習知的齒輪傳動裝置更能以簡單的構造使耐久性得以改善。

2、2X、2Y、202、202X、202Y‧‧‧主軸承

4‧‧‧油封

6a‧‧‧虛線(表示垂直軸承中心軸36的面)

6b‧‧‧虛線(表示從球面滾子54施加至內座圈50的力之方向)

8、208‧‧‧載體

8a‧‧‧第1板

8b、208b‧‧‧柱狀部

8c‧‧‧第2板

8d、8e‧‧‧凸緣

12‧‧‧圓錐滾子軸承

14、214‧‧‧曲柄軸

18‧‧‧偏心體

22、222‧‧‧圓筒滾子軸承

24、224‧‧‧外齒輪

24a、224a‧‧‧貫通孔

26‧‧‧內齒銷

28、228‧‧‧內齒輪

32‧‧‧輸入齒輪

34、36、234、236‧‧‧軸線

38、238‧‧‧外殼

38a‧‧‧凸緣

40X、40Y‧‧‧轉動軸

50‧‧‧內座圈

50a、56a‧‧‧內周面

50b、56b‧‧‧外周面

50c、56c‧‧‧端面

52‧‧‧保持器

54‧‧‧球面滾子

54a‧‧‧轉動面

56‧‧‧外座圈

58‧‧‧圓弧中心

100、200‧‧‧齒輪傳動裝置

212‧‧‧深溝槽滾珠軸承

230‧‧‧扭矩銷

250‧‧‧凹處

Th‧‧‧接觸角

圖1繪示第1實施例的齒輪傳動裝置的剖面圖。

圖2繪示在第1實施例的齒輪傳動裝置的主軸承之擴大剖面圖。

圖3繪示第2實施例的齒輪傳動裝置的剖面圖。

以下將記述揭露於本說明書的實施例之數個技術特徵。又，以下所記述之事項分別單獨地具有技術上的有用性。

球面滾子和內座圈的接觸角可為30度以上，60度以下。若在此範圍中，可較佳平衡地負擔軸向荷重與徑向荷重兩者。又，「球面滾子和內座圈的接觸角」意指藉由垂直軸承中心軸的面，和表示從球面滾子施加於內座圈的力的方向之直線所形成的角度。

外殼和載體的相對的轉動速度可在100rpm以下。由於主軸承的溫度上升受到抑制，因此可施加較大預壓至主軸承。

對沿著球面滾子的轉動軸的剖面進行觀察時，球面滾子的圓弧的中心可位於球面滾子的外側。由於主軸承的尺寸變小，因此可實現小型的齒輪傳動裝置。

(第1實施例)

圖1繪示齒輪傳動裝置100的剖面圖。齒輪傳動裝置100是外齒輪24和內齒輪28一邊嚙合一邊偏心轉動的類型之減速裝置。具體而言，齒輪傳動裝置100是利用外齒輪24和內齒輪28的齒數差來增大傳遞至曲柄軸14的扭矩(torque)(使轉動進行減速)並從載體8輸出。換言之，即利用外齒輪24和內齒輪28的齒數差使載體8相對外殼38進行轉動。以下，對齒輪傳動裝置100的基本構造進行簡單說明。

齒輪傳動裝置100包括外殼38、載體8、曲柄軸14以及外齒輪24。內齒輪28是由外殼38和配置於外殼38內周的多個內齒銷(pin)26所構成。外殼38和載體8之間配置有一對主軸承2(2X、2Y)。載體8透過一對主軸承2由外殼38所支撐。載體8和內齒輪28同軸。軸線36是載體8以及內齒輪28的軸線。一對主軸承2在軸線36方向上配置於內齒輪28的外側。換言之，在軸線36方向上，內齒輪28配置於一對主軸承2之間。又，主軸承2的軸承中心軸相當於軸線36。關於主軸承2的詳細將敘述於後。

在外殼38的內周面形成有往徑方向延伸的凸緣38a。在本說明書所提之「徑方向」是意指垂直軸線36的方向。載體8是由第 1板8a和第2板8c所構成。從第1板8a朝向第2板8c延伸有柱狀部8b，柱狀部8b和第2板8c被固定住。在第1板8a的端部形成有延伸至徑方向的第1凸緣8d。此外，在第2板8c的端部形成有延伸至徑方向的第2凸緣8e。油封4配置於第1板8a和外殼38之間。油封4防止被注入齒輪傳動裝置100內部的潤滑劑等漏至齒輪傳動裝置100的外部。

載體8支撐曲柄軸14和外齒輪24。曲柄軸14藉由一對軸承12由載體8所支撐。一對軸承12是圓錐滾子軸承。曲柄軸14的軸線34平行於軸線36。亦即，曲柄軸14在偏移軸線36的位置平行軸線36而延伸。曲柄軸14包括偏心體18和輸入齒輪32。偏心體18透過圓筒滾子軸承22與外齒輪24卡合。外齒輪24透過曲柄軸14由載體8所支撐。又，載體8的柱狀部8b通過有外齒輪24的貫通孔24a。在貫通孔24a的內壁和柱狀部8b之間保留有間隙。

馬達(圖示省略)的扭矩傳遞至輸入齒輪32後，使得曲柄軸14轉動。偏心體18伴隨曲柄軸14的轉動，相對軸線34偏心轉動。外齒輪24伴隨偏心體18的偏心轉動，和內齒輪28一邊嚙合一邊偏心轉動。外齒輪24的齒數和內齒輪28(內齒銷26的數目)的齒數不同。如上所述，外齒輪24支撐於載體8，且內齒輪28形成於外殼38的內周面。因此，外齒輪24偏心轉動後，使得載體8 對應外齒輪24和內齒輪28的齒數差相對外殼38進行轉動。在齒輪傳動裝置100，載體8和外殼38的相對轉動速度被調整至100rpm以下。

主軸承2X的球面滾子的轉動軸40X的延長線和主軸承2Y的球面滾子的轉動軸40Y的延長線，相交於主軸承2X和主軸承2Y之間。更具體而言，轉動軸40X的延長線和轉動軸40Y的延長線在軸線36方向上相交於主軸承2X和主軸承2Y的中點。如此一來，藉由配置主軸承2，在軸向方向以及徑向方向上可限制載體8和外殼38的相對移動。亦即，主軸承2可負擔軸向荷重以及徑向荷重兩者。又，在齒輪傳動裝置100，從軸線36方向觀察時，轉動軸40X和轉動軸40Y的交點位於主軸承2的徑方向內側。亦可使轉動軸40X和轉動軸40Y的交點以位於主軸承2的徑方向外側之方式配置軸承2X、2Y。

參照圖2，對主軸承2詳細說明。圖2繪示配置於第1板8a和外殼38之間的主軸承2X。又，主軸承2Y(參照圖1)的構造和主軸承2X的構造相同。在以下說明中，僅對主軸承2X進行說明，而省略主軸承2Y的說明。

主軸承2包括外座圈56、內座圈50、球面滾子54以及保持器(retainer)52。多個球面滾子54配置於外座圈56和內座圈50之間。保持器52防止球面滾子54彼此接觸。又，保持器52並未接觸外殼38以及載體8。換言之，在保持器52和載體38之間，以及保持器52和載體8之間保留有間隙。即使是齒輪傳動裝置100的驅動中，保持器52仍不會接觸外殼38以及載體8。

在外座圈56的內周面56a環繞一圈形成有圓弧狀的凹處。外座圈56的外周面56b與外殼38嵌合。外座圈56的軸承中心軸36方向(參照圖1)的端面56c連接至凸緣38a。在內座圈50的外周面50b環繞一圈形成有圓弧狀的凹處。內座圈50的內周面50a嵌合至載體8的第1板8a。內座圈50的軸承中心軸36方向的端面50c連接至第1板8a的第1凸緣8d。球面滾子54的轉動面54a、外座圈56的內周面56a以及內座圈50的外周面50b的曲率幾乎相等。又，在主軸承2Y，內座圈50的軸承中心軸36方向的端面連接至第2板8c的第2凸緣8e(參照圖1)。

在齒輪傳動裝置100，對主軸承2施加徑向容量(Cr)的10~50%的預壓。使用於一般機械的軸承之情況下，對軸承施加徑向容量(Cr)的約3~5%的預壓。亦即，在齒輪傳動裝置100，比起一般軸承的使用方法施加較大的預壓。如上所述，由於載體8和外殼38的相對轉動速度被調整為100rpm以下，因此當齒輪傳動裝置100在驅動時，主軸承2的發熱受到抑制。因此，齒輪傳動裝置100可施加較大預壓至主軸承，並且可得到較高剛性。又，亦可將間隔壁(spacer)配置於內座圈50的端面50c和載體8的第1凸緣8d之間，以調整主軸承2的預壓。

對主軸承2的優點進行說明。如上所述，主軸承2包括於內周面56a形成有圓弧狀的凹處的外座圈56、於外周面50b形成有圓弧狀的凹處的內座圈50以及球面滾子54。因此，在主軸承2的情況下，轉動體(球面滾子)和座圈(外座圈以及內座圈)的接觸面積較習知的滾珠軸承(例如角滾珠軸承)更廣。藉由使用主軸承2，可使得齒輪傳動裝置的耐久性改善。

此外，齒輪傳動裝置100的驅動中，球面滾子54上作用有沿著球面滾子54的轉動軸40X(40Y)使齒輪傳動裝置100移動至外側的力。然而，由於在外座圈56以及內座圈50形成有圓弧狀的凹處，因此球面滾子54的移動受到限制。齒輪傳動裝置100就如習知的滾子軸承(例如角滾子軸承)，不需要限制轉動體移動的構造。此外，如上所述，由於保持器52並未接觸外殼38以及載體8，因此球面滾子54的轉動不會受到妨礙。齒輪傳動裝置100和習知的齒輪傳動裝置相比，能夠以簡單的構造實現高耐久性。

圖1繪示虛線6a和虛線6b，虛線6a表示垂直軸承中心軸36的面，虛線6b則表示從球面滾子54施加至內座圈50(亦參照圖2)的力之方向。在齒輪傳動裝置100，虛線6a、6b之間的角度，亦即球面滾子54和內座圈50的接觸角Th，約為40度。在齒輪傳動裝置100的情況下，接觸角Th較佳為調整至30度~60度之間。接觸角Th在未滿30度的情況下，無法充分承受施加至軸向方向的力，而使得齒輪傳動裝置的耐久性減少。此外，接觸角Th在超過60度的情況下，無法充分承受施加至徑向方向的力，而使得齒輪傳動裝置的耐久性減少。如接觸角Th在30度以上至60度以下，便可實現耐久性優異的齒輪傳動裝置。

如圖2所示，球面滾子54的圓弧中心58位於球面滾子54的外側。藉由使用此種球面滾子54，可縮短球面滾子的寬度(垂直轉動軸的方向的長度)。在維持球面滾子52和座圈(外座圈56以及內座圈50)的接觸面積的同時，能夠實現小型的齒輪傳動裝置100。

(第2實施例)

對齒輪傳動裝置200進行說明。圖3繪示齒輪傳動裝置200的剖面圖。齒輪傳動裝置200是齒輪傳動裝置100的變形例，並對和齒輪傳動裝置100相同的零件藉由標示為相同符號或者末二位為相同符號而省略說明。

在齒輪傳動裝置200，曲柄軸214和內齒輪228同軸地配置。亦即，曲柄軸214的軸線234和內齒輪228的軸線236為一致。曲柄軸214藉由一對軸承212由載體208所支撐。軸承212是深溝槽滾珠軸承。曲柄軸241的偏心體218透過圓筒滾子軸承222 與外齒輪224卡合。

載體208的柱狀部208b通過外齒輪224的貫通孔224a。柱狀部208b是圓柱狀。圓筒狀的扭矩銷(torque pin)230安裝於柱狀部208b，並且連接於貫通孔224a的內壁。柱狀部208b通過扭矩銷230的內部。在扭矩銷230和貫通孔224a的內壁的接點，扭矩從外齒輪224被傳遞至載體208。

在齒輪傳動裝置200，於載體208的外周環繞一圈形成有圓弧狀的凹處250。載體208的凹處250兼作主軸承202的內座圈。因此，構成主軸承202的零件較齒輪傳動裝置100要少。又，此技術也適用於齒輪傳動裝置100。亦即，即使在齒輪傳動裝置100，也可於載體8的外周環繞一圈形成圓弧狀的凹處，並作為載體的內座圈而使用。

以上雖詳細說明了本發明的具體例，但上述僅為示例，並非用以限定申請專利範圍。記載於申請專利範圍的技術，包含了將上述所示例的具體例進行種種變形、變更者。本說明書或者圖示所說明的技術特徵，是藉由單獨或者各種組合而發揮技術上的有用性，並非用以限定申請時記載於請求項的組合。此外，示例於本說明書或者圖示的技術同時達成多個目的，且藉由達成其中一個目的本身便具有技術上的有用性。

2、2X、2Y‧‧‧主軸承

4‧‧‧油封

6a‧‧‧虛線(表示垂直軸承中心軸36的面)

6b‧‧‧虛線(表示從球面滾子54施加至內座圈50的力之方向)

8‧‧‧載體

8a‧‧‧第1板

8b‧‧‧柱狀部

8c‧‧‧第2板

8d、8e‧‧‧凸緣

12‧‧‧圓錐滾子軸承

14‧‧‧曲柄軸

18‧‧‧偏心體

22‧‧‧圓筒滾子軸承

24‧‧‧外齒輪

24a‧‧‧貫通孔

26‧‧‧內齒銷

28‧‧‧內齒輪

32‧‧‧輸入齒輪

34、36‧‧‧軸線

38‧‧‧外殼

38a‧‧‧凸緣

40X、40Y‧‧‧轉動軸

100‧‧‧齒輪傳動裝置

Th‧‧‧接觸角

Claims

一種齒輪傳動裝置，包括：外殼，在內周形成有內齒輪；一對軸承；載體，透過所述一對軸承，和所述內齒輪同軸地由所述外殼所支撐；曲柄軸，由所述載體所支撐，並設有偏心體；以及外齒輪，和所述偏心體卡合，一邊和所述內齒輪嚙合一邊偏心轉動，其中所述一對軸承分別在所述內齒輪的軸線方向上，配置於所述內齒輪的外側，所述一對軸承分別由外座圈、內座圈及多個球面滾子所構成，在所述外座圈的內周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處，在所述內座圈的外周面環繞一圈形成有圓弧狀的凹處，在所述外座圈和內座圈之間配置有所述多個球面滾子，所述一對軸承在包含軸承中心軸的剖面，以一側的所述軸承的所述球面滾子的轉動軸的延長線和另一側的所述軸承的所述球面滾子的轉動軸的延長線相交於所述一對軸承之間的方式配置。
如申請專利範圍第1項所述的齒輪傳動裝置，其中上述球面滾子和上述內座圈的接觸角度是在30度以上，60度以下。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的齒輪傳動裝置，其中對沿著上述球面滾子的上述轉動軸的剖面進行觀察時，上述球面滾子的圓弧中心位於上述球面滾子的外側。