TW201447145A - 共軛波動傳動裝置 - Google Patents

Abstract

一種共軛波動傳動裝置，它與行星傳動類似，包含一機體外殼，一以入力偏心軸套和軸套上的軸承及軸承上的行星齒輪所構成的激波器，一裝置於外殼機體兩側之法蘭等三部分構件所組成。當激波器轉動時，行星齒輪依序激動嚙合外環的太陽齒輪，依循共軛包絡曲線波動傳動，嚙合齒的輪廓均為較易加工之簡單曲線。固定三個構件中任一組件，另外兩個互為主、從動件，可實現內外轉之減速、增速或微動傳動，輕薄短小，是一種最新的傳動形式。

Description

共軛波動傳動裝置

本發明係關於一種傳動裝置；特別關於一種共軛波動傳動裝置，該裝置係利用共軛包絡曲線取代傳統等距曲線之擺線傳動，避免輪齒嚙合時產生頂切或尖角現象，用以改善傳動性能之噪音、溫升及其精度要求，並簡化傳動裝置和增加成本效益。

已知技術傳動係有一發生圓G於基圓C上作無滑動之滾動，圓上一固定點A1所滾繪出之弧線A1 A2 A3，稱為普通外擺線，請參閱第2圖，若將此點置放於發生圓G內為A4點，那麼A4點的軌跡A4 A5 A6稱為短幅外擺線，請參閱第3圖，短幅外擺線在連接處有一小段過渡圓弧，能使傳動平穩，衝擊較小，可作為擺線傳動近似理論曲線，實際應用上齒廓曲線並不是短幅外擺線，而是它的等距曲線，請參閱第四圖，因為針銷齒22直徑不可能為零，無法符合擺線齒廓的基本定律，在固定太陽齒輪節徑和偏心距e可變動之行星齒輪節徑下，短幅外擺線連接處之圓弧是不可能完全吻合的，必然產生干涉現象，無法達到理想狀態。

已知擺線傳動技術之針銷齒22既不能為零，只能以等距曲線近似取代齒廓曲線，因此尖角和頂切限象必然存在，針銷齒22直徑太大(6mm以上，須附加軸套)，等距傳動曲線交接處過渡圓弧自然縮小，易發生頂切 現象，請參閱第5圖，導致傳動噪音分貝大、溫升高，針銷齒22直徑太小(6mm以下)，等距傳動曲線交接處過渡圓弧變大，易發生尖角現象，請參閱第6圖，這些干涉現象，均使傳動品質受到影響。

擺線針輪傳動之針銷齒22和附加之軸套是獨立個體，非連貫性之環狀擺線齒連結，在相同節徑下，為了結構的強度，針銷齒徑不能太小，因而無法容納較多之針銷齒，高速比不可多得，反之低速比中之針銷徑較大，基於擺線傳動壹枚齒差之特性，無法以多枚齒差縮小它的針銷徑，更不利於傳動，干涉現象勢所必然。

坊間伺服馬達正夯，精度愈趨精密，售價也漸趨平穩，伺服控制技術日新月異，轉數更高，用途五花八門，在搭配傳動裝置之要求更趨嚴格，實務上機械手臂、機器人、精密控制及背隙需求精準之連控裝置，都需配套高精度及多功能之傳動裝置，本發明即從傳動曲線性能瑕疵點，作根本修正以改良傳動之性能，並配套適當能做多功能傳動之裝置，以提高附加價值及其應用，使趨於更符合市場需求。

本發明共軛波動傳動裝置之共軛波動結構，主要是先決定扭矩，由此再估算出約略太陽齒輪節徑2A或行星齒輪節徑2y，然後畫出簡略幾何圖形，選擇圖形於65度和135度間，找出偏中位置兩對嚙合齒，列出相關方程式精算出嚙合齒之偏心距，再以偏心距值算出中心距，由精確中心距來決定兩者之直徑，由於太陽齒輪齒數永遠大於行星齒輪齒數壹齒，更由於偶數高速比傳動加工之需求，所以行星齒直徑通常要大於針銷齒直徑，從而於精確數據中，找出消除傳動干涉的參數。

本發明共軛波動傳動裝置之共軛波動結構，嚙合齒偏心距和 中心距的計算方程式如下，請參閱第9圖：根據畢氏定理列出a b和a’b’中心距的方程式，a b=[(g o’+e-do)平方+(ad-b g)平方]開平方a’b’=[(g’o’+e-d’o)平方+(a’d’-b’g’)平方]開平方角度Ap、Ap1和Ap2，太陽齒輪節圓半徑A和行星齒輪節圆半徑y為已知數，解聯立方程式，得偏心距e將e代入前方程式中任一組可得中心距a b或a’b’，驗算中心距a b必等於a’b’(取小數點以下3位數)。

本發明共軛波動傳動裝置中，高速比頂切量gb，請參閱第7圖，可以df1=dg+2e+2bh和行星齒徑畫弧交錯，刪除交錯處，可得共軛傳動曲線行星齒輪16之行星齒21齒廓曲線之共軛圓弧，請參閱第11圖，低速比傳動中過渡圓弧df1未能接觸行星齒21，請參閱第8圖，並不表示齒輪無嚙合，實際運轉在嚙合處將會卡死，無法動彈，因此共軛圓弧直徑df2應以g1作修正df2=dg+2e+2g1，請參閱第10圖，高低速比之共軛包絡傳動曲線及行星齒輪16之傳動輪廓就此產生。

本發明共軛波動傳動裝置中，太陽齒輪15之齒廓是固定的較為簡單，兩齒間圓弧也是一種固定圓弧，因它沒有偏心之故，不管是內轉或外轉，總是繞著機體中心旋轉，太陽齒輪15和行星齒輪16一樣，都是連貫之齒形輪廓，非獨立之個體，它和擺線獨立之針銷齒22迥然不同，但在兩個針銷齒22間之固定圓弧，直徑至少大於dr+2e+0.002y，幾何圖形畫法較為簡易，請參閱第12圖，以0為中心畫弧和針銷齒22圓弧相切，截取圓弧刪除多餘線條，即可求得共軛波動傳動裝置中太陽齒輪15共軛齒輪輪廓和連接之固定圓弧。

本發明共軛波動傳動裝置，係包括一機體外殼10(請參閱第1圖)，殼內銑有太陽齒輪15，機體外殼10左右有置放滾珠軸承或接觸角軸承26，軸承內部分別安置左側法蘭17和右側法蘭12，右側法蘭12中半數螺孔為貫穿沉頭孔，半數螺孔為攻牙沉頭孔，左右法蘭以固定螺栓13通過行星齒輪16連結，固定螺栓13可調整兩只滾珠軸承或接觸角軸承26之角度，然後再以止動螺栓25連結，防止鬆動，左側法蘭17和右側法蘭12可同步自由轉動，固定螺栓13和止動螺栓25於傳動中並不觸及行星齒輪16，一激波器是由入力偏心軸套11，滾珠軸承18和行星齒輪16所組成，載體銷19緊配於左側法蘭17上，穿過行星齒輪16止於右側法蘭12，齒輪嚙合後之公轉轉速經由載體銷19由兩側之法蘭輸出，固定機體外殼10，轉動激波器，激動行星齒輪16和太陽齒輪15依共軛定義波動嚙合，兩只法蘭17和12異向同步減速轉動，固定左側法蘭17或右側法蘭12，轉動激波器，機體外殼10同向減速轉動，固定機體外殼10，轉動左側法蘭17或右側法蘭，入力偏心軸套11異向增速轉動，固定任意法蘭，轉動機體外殼10，入力偏心軸套11異向微動。

10‧‧‧機體外殼

11‧‧‧入力偏心軸套

12‧‧‧右側法蘭

13‧‧‧固定螺栓

14‧‧‧間隔環

15‧‧‧太陽齒輪

16‧‧‧行星齒輪

17‧‧‧左側法蘭

18‧‧‧滾珠軸承

19‧‧‧載體銷

20‧‧‧油封

21‧‧‧行星齒

22‧‧‧針銷齒

23‧‧‧過渡圓弧

24‧‧‧共軛圓弧

25‧‧‧止動螺栓

26‧‧‧滾珠軸承或接觸角軸承

e‧‧‧偏心距

G‧‧‧發生圓

C‧‧‧基圓

A‧‧‧太陽齒輪節半徑

y‧‧‧行星齒輪節半徑

g‧‧‧間隙

g1‧‧‧2倍(間隙+背隙)

gb‧‧‧頂切量

bh‧‧‧背隙

dg‧‧‧針銷齒直徑

dr‧‧‧行星齒直徑

Dc‧‧‧基圓直徑

Dt‧‧‧擺線齒頂圓直徑

df1‧‧‧過渡圓弧直徑

df2‧‧‧共軛圓弧直徑

df3‧‧‧太陽齒輪齒底圓

第1圖係本發明典型傳動機構縱剖面圖

第2圖為顯示傳統普通外擺線狀態線圖

第3圖為顯示傳統短幅外擺線狀態線圖

第4圖為顯示傳統擺線等距曲線傳動狀態線圖

第5圖為針銷齒固定時齒廓出現頂切狀態線圖

第6圖為針銷齒固定時齒廓出現尖角狀態線圖

第7圖為過渡圓弧產生頂切現象狀態線圖

第8圖為過渡圓弧產生尖角現象狀態線圖

第9圖係本發明行星齒輪嚙合太陽齒輪平面示意圖

第10圖係本發明將尖角現象經適當修整後之共軛圓弧狀態線圖

第11圖係本發明將頂切現象經適當修整後之共軛圓弧狀態線圖

第12圖係本發明太陽齒輪齒間固定圓弧幾何圖形構成之狀態圖

通常本發明較佳傳動裝置之實施例，係一機體外殼10，左右兩側附加滾珠軸承或接觸角軸承26以固定螺栓13和止動螺栓25連結左側法蘭17和右側法蘭12，機體外殼10內銑有太陽齒輪15，對稱兩只行星齒輪16置放於中間入力偏心軸套11上，軸套與行星齒輪16間有滾珠軸承18，行星齒輪16間有載體銷19、固定螺栓13和止動螺栓25之穿越孔，載體銷19緊配於左側法蘭17，穿過行星齒輪16止於右側法蘭12，左側滾珠軸承或接觸角軸承26和入力偏心軸套11兩側，皆置放油封20，固定螺栓13和止動螺栓25穿越行星齒輪16鎖定於左側法蘭17，固定螺栓13於右側法蘭為貫穿沉頭孔，止動螺栓25則為攻牙沉頭孔。

10‧‧‧機體外殼

11‧‧‧入力偏心軸套

12‧‧‧右側法蘭

13‧‧‧固定螺栓

14‧‧‧間隔環

15‧‧‧太陽齒輪

16‧‧‧行星齒輪

17‧‧‧左側法蘭

18‧‧‧滾珠軸承

19‧‧‧載體銷

20‧‧‧油封

25‧‧‧止動螺栓

26‧‧‧滾珠軸承或接觸角軸承

Claims (10)

1. 一種共軛波動傳動裝置，包括：一機體外殼，內銑有太陽齒輪，左右兩側分別以滾珠軸承或接觸角軸承安裝法蘭，並以固定螺栓和止動螺栓穿過行星齒輪連結調整之，一激波器，該器係由入力偏心軸套和行星齒輪組成，兩者間置放滾珠軸承，行星齒輪和太陽齒輪齒廓係一種簡單共軛包絡曲線，一載體銷緊配於左側法蘭通過行星齒輪止於右測法蘭，公轉轉速經由載體銷和法蘭平行輸出。
2. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，固定太陽齒輪之外形尺寸，共軛嚙合行星齒輪輪廓基本尺寸之背隙可先以預定加工公差的形式預先附予。
3. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，行星齒輪齒與齒間之圓弧是一種共軛圓弧而非過渡圓弧，太陽齒輪齒間圓弧則是一種固定圓弧。
4. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，行星齒輪共軛嚙合太陽齒輪時之中心距恆永久不變。
5. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，共軛波動之行星齒輪齒數小於太陽齒輪齒數永遠是壹齒，太陽齒輪齒之直徑也永遠小於行星齒輪齒之直徑。
6. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，太陽齒輪、法蘭和激波器三構件中固定任一構件，另外兩構件互為主、從動件，可做正逆轉減速、增速及微調之共軛傳動。
7. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，太陽齒輪之齒非獨立個體，而是一種連貫之齒形，齒和齒間必有固定圓弧連接。
8. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，激波器中之入力偏心軸套之偏心距被180度對稱安排排列。
9. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，是一種純摩擦傳動，所有傳動元件均不附加滾動件。
10. 根據申請專利範圍第1項之共軛波動傳動裝置，於連結左右兩側法蘭之固定螺栓為調整滾珠軸承或接觸角軸承角度用，止動螺栓為防止左右兩側法蘭鬆脫用。