TW201512566A

TW201512566A - 諧波齒輪裝置

Info

Publication number: TW201512566A
Application number: TW103122063A
Authority: TW
Inventors: Noboru Takizawa; Yuya Murayama; Yoshihide Kiyosawa
Original assignee: Harmonic Drive Systems
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-04-01
Also published as: CN105358871A; WO2015001974A1; US20160178044A1; KR20160008615A; JPWO2015001974A1; DE112014003117T5

Abstract

諧波齒輪裝置(1)的外齒齒輪(4)係具備：可嚙合於靜止側之第1內齒(2a)的第1外齒(7)、以及可嚙合於驅動側之第2內齒(3a)的第2外齒(8)，第1、第2外齒(7、8)的齒數Zf1、Zf2為不同。第1內齒(2a)的齒數Zc1係大於第1外齒(7)的齒數Zf1。第2內齒(3a)的齒數Zc2係小於第2外齒(8)的齒數Zf2。利用具有不同齒數之第1、第2外齒(7、8)的外齒齒輪(4)，即可實踐速比未達30之低減速比的諧波齒輪裝置。

Description

諧波齒輪裝置

本發明係關於一種具備：一對的內齒齒輪、可朝向半徑方向彎曲的圓筒狀之外齒齒輪、以及諧波產生器的諧波齒輪裝置。

平面型的諧波齒輪裝置，一般而言係具備：固定成不會旋轉的靜止側內齒齒輪；為旋轉輸入要素的諧波產生器；為減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪；以及圓筒狀的外齒齒輪，該外齒齒輪係可嚙合於靜止側內齒齒輪與驅動側內齒齒輪，並可朝向半徑方向彎曲。在典型的諧波齒輪裝置中，外齒齒輪係被彎折成橢圓形，在橢圓形之長軸兩端的位置嚙合於靜止側以及驅動側的內齒齒輪。

在專利文獻1中係記載一種：靜止側內齒齒輪的齒數係比外齒齒輪多2齒，且驅動側內齒齒輪的齒數同於外齒齒輪的一般的諧波齒輪裝置。外齒齒輪在齒幅方向分成：嚙合於靜止側內齒齒輪的外齒部分、以及嚙合於驅動側內齒齒輪的外齒部分。一旦諧波產生器旋轉，外齒齒輪就會以根據與靜止側內齒齒輪的齒數差之速比而減速旋轉。外齒齒輪的減速旋轉是從：與外齒齒輪一體旋轉的驅動側內齒齒輪輸出。

諧波齒輪裝置的特徵為：可獲得較大的減速比，無背隙且具良好應答性。但是，依據情況，也會有謀求低減速比之諧波齒輪減速機的情形。在諧波齒輪裝置中，速比愈小，外齒齒輪朝向半徑方向的彎曲量就愈多。若考量到外齒齒輪一邊彎曲一邊嚙合於內齒齒輪等的諧波齒輪減速機之機械特性、機械性能等的話，一般而言，要將諧波齒輪減速機的速比設定在50以上，如此就不易得到未達30，例如為20~15左右的低速比。

在專利文獻2中係記載一種：靜止側內齒齒輪的齒數比外齒齒輪多2齒，且驅動側內齒齒輪的齒數比外齒齒輪少2齒的諧波齒輪裝置。在該諧波齒輪裝置中，一旦諧波產生器旋轉，外齒齒輪會以根據與靜止側內齒齒輪之齒數差的速比來減速旋轉。外齒齒輪的旋轉是根據該外齒齒輪與驅動側內齒齒輪之間的齒數差的速比來增速，從驅動側內齒齒輪輸出。從驅動側內齒齒輪所輸出的旋轉，相對於對諧波產生器的輸入旋轉，會變成以小於速比50的較小速比所減速的減速旋轉。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-112214號公報

[專利文獻2]日本特開平02-275147號公報

本發明之課題為提供一種：可輕易實現未達30之低速比的諧波齒輪裝置。

本發明的諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：形成有第1內齒之剛性的第1內齒齒輪；同軸地並列配置在上述第1內齒齒輪，且形成有第2內齒之剛性的第2內齒齒輪；可撓性的外齒齒輪，該可撓性的外齒齒輪係同軸地配置在上述第1、第2內齒齒輪的內側，且在可朝向半徑方向彎曲之圓筒體的外周面形成第1外齒、以及第2外齒，該第1外齒係可嚙合於上述第1內齒，該第2外齒係可嚙合於上述第2內齒，並且齒數不同於上述第1外齒的齒數；以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪朝向半徑方向彎折，使上述第1外齒部分嚙合於上述第1內齒，並使上述第2外齒部分嚙合於上述第2內齒，上述第1外齒的齒數不同於上述第1內齒的齒數，且上述第2外齒的齒數不同於上述第2內齒的齒數。

在本說明書中，具備外齒齒輪的諧波齒輪裝置是指「雙重式諧波齒輪裝置」，該外齒齒輪是在可彎曲的圓筒體之外周面，形成齒數不同的第1、第2外齒。

在本發明之雙重式諧波齒輪裝置中，若以第1內齒的齒數為Zc1、第2內齒的齒數為Zc2、第1外齒的齒數為Zf1、第2外齒的齒數為Zf2時，則第1內齒齒輪與具備第1外齒的外齒齒輪之間的速比R1、第2內齒齒輪與具備第2外齒的外齒齒輪之間的速比R2、以及諧波齒輪裝置的速比R，分別如下所示。

R1=1/{(Zf1-Zc1)/Zf1}

R2=1/{(Zf2-Zc2)/Zf2}

R=(R1．R2-R1)/(-R1+R2)

根據本發明的雙重式諧波齒輪裝置，即可能獲得未達50，例如大幅度低於30的低速比。此外，本發明之外齒齒輪的外齒係形成一種齒數、模組不同於以往的第1外齒以及第2外齒。因此，和以往相較，更容易實踐一種：設定速比的自由度較高，且為低速比的諧波齒輪裝置。

在此，一般而言，第1外齒的齒數Zf1是不同於第1內齒的齒數Zc1，且第2外齒的齒數Zf2是不同於第2內齒的齒數Zc2。例如：可使第1外齒的齒數Zf1少於第1內齒的齒數Zc1，並使第1內齒的齒數Zc1與第2內齒的齒數Zc2相同。

再者，以諧波產生器做為旋轉輸入要素，在第1內齒齒輪與第2內齒齒輪中，將其一方做為固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，另一方做為減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪。

外齒齒輪係被諧波產生器彎折成橢圓形、三葉狀等非圓形的形狀。藉由如此，外齒齒輪即可在離開圓周方向的數個位置嚙合於剛性的內齒齒輪。一般而言，外齒齒輪是被折成橢圓形，在距離圓周方向180度的2個位置(橢圓形之長軸的兩端位置)嚙合。此時，第1外齒的齒數Zf1與第2外齒的齒數Zf2的齒數差，若n為整數的話，則為2n個。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧第1內齒齒輪

2a‧‧‧第1內齒

3‧‧‧第2內齒齒輪

3a‧‧‧第2內齒

4‧‧‧外齒齒輪

5‧‧‧諧波產生器

6‧‧‧圓筒體

7‧‧‧第1外齒

8‧‧‧第2外齒

9‧‧‧剛性插塞

9a‧‧‧軸孔

10‧‧‧波形軸承

11‧‧‧輸入旋轉軸

[圖1]為適用本發明之雙重式諧波齒輪裝置，(a)為其端面圖、(b)為縱剖面圖、(c)為部分放大剖面圖。

[圖2]為圖1之雙重式諧波齒輪裝置的模式圖。

以下茲參照圖面來說明適用本發明之雙重式諧波齒輪裝置的實施形態。

圖1為本發明之實施形態之雙重式諧波齒輪裝置(以下簡稱為「諧波齒輪裝置」)的端面圖、縱剖面圖以及部分放大剖面圖，圖2為圖1的模式圖。諧波齒輪裝置1例如可做為減速機來使用，具備：圓環狀之剛性的第1內齒齒輪2、圓環狀之剛性的第2內齒齒輪3、可朝半徑方向彎曲的圓筒狀之外齒齒輪4、以及橢圓形輪廓的諧波產生器5。

第1、第2內齒齒輪2、3係以極小的空隙並列配置在中心軸線1a的方向。第1內齒齒輪2是為被固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，其第1內齒2a的齒數為Zc1。第2內齒齒輪3是為被支持成自由旋轉狀態的驅動側內齒齒輪，其第2內齒3a的齒數為Zc2。第2內齒齒輪3為諧波齒輪裝置1的減速旋轉輸出要素。

外齒齒輪4係同軸地配置在第1、第2內齒齒輪2、3的內側。外齒齒輪4具備：可朝向半徑方向彎曲的圓筒體6、形成在該圓筒體6之圓形外周面的第1外齒7以及第2外齒8。第1外齒7係在圓筒體6的圓形外周面，形成於中心軸線1a之方向的一側，第2外齒8則形成在另一側。

亦即，第1外齒7是形成在與第1內齒2a對峙的那一側，其齒數為Zf1，可嚙合於第1內齒2a。第2外齒8係形成在與第2內齒3a對峙的那一側，其齒數為Zf2，可嚙合於第2內齒3a。這些齒數Zf1、Zf2為不同。在第1外齒7與第2外齒8之間，係在中心軸線1a的方向僅稍微分開。

諧波產生器5係具備：橢圓形輪廓的剛性插塞9、以及安裝在該剛性插塞9之橢圓形外周面的波形軸承(wave bearing)10。波形軸承10係為具備可朝向半徑方向彎曲之內外輪的滾珠軸承。諧波產生器5是嵌入外齒齒輪4之圓筒體6的內周面，將外齒齒輪4彎折成橢圓形。被彎成橢圓形的外齒齒輪4係在其橢圓形之長軸L1的兩端位置，嚙合於第1，第2內齒齒輪2、3。亦即，第1外齒7係在長軸L1的兩端位置嚙合於第1內齒2a，而第2外齒8是在長軸的兩端位置嚙合於第2內齒3a。

諧波產生器5是為諧波齒輪裝置1的輸入旋轉要素。該諧波產生器5的剛性插塞9係具備軸孔9_a，在此，輸入旋轉軸11(參照圖2)是以同軸地被連結固定。例如：馬達輸出軸是被連結固定。一旦諧波產生器5旋轉，外齒齒輪4的第1外齒7與靜止側之第1內齒2a的嚙合位置、以及外齒齒輪4的第2外齒8與驅動側之第2內齒3a的嚙合位置就會朝向圓周方向移動。

第1外齒7的齒數Zf1是不同於第2外齒8的齒數Zf2，在本例中，第2外齒的齒數Zf2較多。又，第1內齒2a的齒數Zc1是不同於第1外齒7的齒數Zf1，在本例中，第1內齒2a的齒數Zc1較多。第2內齒3a的齒數Zc2是不同於第2外齒8的齒數Zf2，在本例中，第2內齒3a的齒數Zc2較少。

在本例中，外齒齒輪4是被折成橢圓形狀，在圓周方向的2個位置嚙合於內齒齒輪2、3。因此，第1外齒7的齒數Zf1與第2外齒8的齒數Zf2之齒數差，若以n₀為正整數時，則為2n₀個。同樣的，第1內齒2a的齒數Zc1與第1外齒7的齒數Zf1的齒數差，若n₁為正整數時，則為2n₁個。第2內齒3a的齒數Zc2與第2外齒8的齒數Zf2之齒數差，若n₂為正整數時，則為2n₂ 個。

Zf1=Zf2+2n₀

Zc1=Zf1+2n₁

Zc2=Zf2-2n₂

具體例為：各齒數可如下設定(n₀=n₁=n₂=1)。

Zc1=62

Zf1=60

Zc2=62

Zf2=64

第1內齒齒輪2與第1外齒7之間的速比R1、第2內齒齒輪3與第2外齒8之間的速比R2，分別如下式。

i1=1/R1=(Zf1-Zc1)/Zf1=(60-62)/60=-1/30

i2=1/R2=(Zf2-Zc2)/Zf2=(64-62)/64=1/32

所以，R1=-30、R2=32。

諧波齒輪裝置1的速比R係使用速比R1、R2，如下式所示。因此，若根據本發明，即可實現大幅度減小的速比(降低速比)的諧波齒輪裝置。(再者，速比的負號是表示：輸出旋轉的方向為輸入旋轉之方向的反方向)R=(R1．R2-R1)/(-R1+R2)=(-30×32+30)/(30+32)=-930/62=-15

(其他實施形態)

在圖1、圖2的實施例中，是將第1內齒齒輪2做為靜止側內齒齒輪，將第2內齒齒輪3做為驅動側內齒齒輪。相反地，也可以將第1內齒齒輪2做為驅動側內齒齒輪，而將第2內齒齒輪3做為靜止側內齒齒輪。

此外，外齒齒輪4係被諧波產生器5彎成橢圓形以外的非圓形形狀，例如可被彎折成三葉形狀等非圓形的形狀。若以被彎折成非圓形的外齒齒輪與內齒齒輪之嚙合位置的個數為h(h：2以上的正整數)，則只要將兩齒輪的齒數差設定為h．p(p：正整數)即可。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

2‧‧‧第1內齒齒輪

3‧‧‧第2內齒齒輪

4‧‧‧外齒齒輪

5‧‧‧諧波產生器

7(Zf1)‧‧‧第1外齒(齒數)

8(Zf2)‧‧‧第2外齒(齒數)

11‧‧‧輸入旋轉軸

R1，R2‧‧‧速比

2a(Zc1)‧‧‧第1內齒(齒數)

3a(Zc2)‧‧‧第2內齒(齒數)

Claims

一種雙重式諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：形成有第1內齒之剛性的第1內齒齒輪；同軸地並列配置在上述第1內齒齒輪，且形成有第2內齒之剛性的第2內齒齒輪；可撓性的外齒齒輪，該可撓性的外齒齒輪係同軸地配置在上述第1、第2內齒齒輪的內側，且在可朝向半徑方向彎曲之圓筒體的外周面形成第1外齒、以及第2外齒，該第1外齒係可嚙合於上述第1內齒，該第2外齒係可嚙合於上述第2內齒，並且齒數不同於上述第1外齒的齒數；以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪朝向半徑方向彎折，使上述第1外齒部分嚙合於上述第1內齒，並使上述第2外齒部分嚙合於上述第2內齒，上述第1外齒的齒數不同於上述第1內齒的齒數，且上述第2外齒的齒數不同於上述第2內齒的齒數。
如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述第1外齒的齒數係少於上述第1內齒的齒數，上述第1內齒的齒數係同於上述第2內齒的齒數。
如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述諧波產生器係為旋轉輸入要素，在上述第1內齒齒輪以及上述第2內齒齒輪中，其中一方係為被固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，另一方則為減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪。
如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述諧波產生器係將上述外齒齒輪彎折成橢圓形狀，在圓周方向的2個部位使上述第1外齒嚙合於上述第1內齒，並在圓周方向的2個部位使上述第2外齒嚙合於上述第2內齒，當n為整數時，上述第1外齒的齒數與上述第2外齒的齒數差為2n個。