TW202321596A - 諧波齒輪裝置 - Google Patents
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Abstract
諧波齒輪裝置(1)之諧波產生器(4)的波浪軸承(7)具備：一體形成於外齒齒輪(3)的外環、一體形成於波浪栓塞(6)的內環、複數個圓筒滾子(71)。外環一體型的外齒齒輪(3)與內環一體型的波浪栓塞(6)，是由超級工程塑膠所形成的零件。圓筒滾子(71)，在圓周方向上以等角度間隔配置13個以上的奇數個，外齒齒輪(3)的撓曲量大於標準的撓曲量，外齒(31)、內齒(21)的壓力角為20度以下的低壓力角度。能降低作用於圓筒滾子(71)、軌道面(36、62)的應力，並可實現具備「在可實際使用的負載扭矩內的使用中不會產生損傷」之塑膠製的軌道部的諧波產生器。
Description
本發明關於：具備「在波浪栓塞的外周面安裝有波浪軸承」之構造的諧波產生器的諧波齒輪裝置。更詳細地說，是關於：諧波產生器之波浪軸承的軌道部(內外環)採用塑膠製零件的諧波齒輪裝置。
諧波齒輪裝置是由以下的三種零件所形成：剛性的內齒齒輪；和可撓性的外齒齒輪；及將外齒齒輪朝半徑方向撓曲而嚙合於內齒齒輪的諧波產生器。諧波產生器是由「具備非圓形之外周面的波浪栓塞」與「安裝於波浪栓塞之非圓形外周面的波浪軸承」所構成。將該構造的諧波齒輪裝置之輕量化等作為目的，嘗試將金屬製的零件換成塑膠製的零件。在專利文獻1中提出一種波浪栓塞、外齒齒輪及內齒齒輪採用塑膠製的零件的諧波齒輪裝置。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開平5-332403號公報
[發明欲解決之問題]
傳統上，為了達成諧波齒輪裝置的輕量化，並未著眼於採用塑膠製的零件作為波浪軸承的構成零件亦即軌道部(外環及內環)。
在此，作為諧波齒輪裝置之諧波產生器的波浪軸承，為了能將「伴隨於波量栓塞的轉動而產生的波動運動」順利地傳達至外齒齒輪，而採用將軌道環予以薄型化之薄壁型軸承規格的軸承。倘若薄壁型軸承規格之諧波產生器的軌道部(外環、內環)單純地採用塑膠製的零件，即使是無負載及低負載時，也將於軌道部產生壓痕、磨耗、疲勞剝離等的損傷。即便採用圓筒滾子作為滾動體，也會在軌道部產生磨耗、熔融。此外，即使為了抑制磨耗而考慮採用潤滑劑等，也會產生軌道部的疲勞剝離。
有鑑於該點，本發明的目的是提供一種具備諧波產生器的諧波齒輪裝置，既能採用塑膠製的零件作為波浪軸承的軌道部而達成輕量化，又能避免軌道部的損傷，能在可實際使用的負載扭矩範圍內使用。
[解決問題之手段]
為了解決上述的問題，在本發明的諧波齒輪裝置中，藉由採用以下的手段(1)~(4)，可降低作用於滾動體及軌道部的應力，並形成：在可實際使用的負載扭矩內的使用中，不會對軌道部造成損傷。
(1)由超級工程塑膠(super engineering plastics)形成諧波產生器之波浪軸承的軌道部。
(2)採用適當直徑的圓筒滾子作為滾動體，並以等角度間隔在圓周方向上排列13個以上的奇數個。
(3)使外齒齒輪的撓曲量(橢圓量)大於標準的撓曲量。
(4)使外齒及內齒的壓力角形成20度以下的低壓力角度。
此外，在本發明中，預先在軌道面形成「由離子結晶性層狀化合物(ionic crystalline layered compound)所形成之剛硬的固體潤滑膜(轉移膜)」，並配合滑脂(grease)的使用，藉此提高可實際使用的負載扭矩範圍內之軌道部的疲勞剝離壽命。
以下，參考圖面說明有關「採用了本發明的實施形態」的諧波齒輪裝置。參考圖1A、圖1B進行說明，諧波齒輪裝置1具有：內齒齒輪2；和同軸狀地配置於內齒齒輪2內側，且形成杯狀之可撓性的外齒齒輪3；及嵌入外齒齒輪3內側的諧波產生器4。內齒齒輪2及外齒齒輪3，皆為模數m的正齒輪，且可相互嚙合。外齒齒輪3具備：形成有外齒31的圓筒部32；和從圓筒部32其中一端朝半徑方向的內側延伸的膜片33；及連接於膜片33的內周緣所形成之圓盤狀的輪轂34。在外齒齒輪的圓筒部32中形成有外齒31之開口側部分35的內側，嵌入有諧波產生器4。
藉由諧波產生器4，將外齒齒輪3撓曲成橢圓形，位於橢圓形之長軸Lmax之兩端部分的外齒31，嚙合於內齒齒輪2的內齒21。一旦諧波產生器4轉動，外齒齒輪3對內齒齒輪2的嚙合位置便朝圓周方向移動，在內齒齒輪2與外齒齒輪3之間，產生對應於兩齒輪之齒數差的相對轉動。在本例中，外齒齒輪3被撓曲成橢圓形，並在圓周方向的2個部位嚙合於內齒齒輪2，內齒齒輪2與外齒齒輪3的齒數差為2n齒(n：正的整數)，譬如為2齒，內齒齒輪2的齒數較多。在本例中，內齒齒輪2及外齒齒輪3，分別為塑膠零件。
諧波產生器4具有：具備軸孔之圓筒狀的輪轂5、已安裝於輪轂5之外周面的波浪栓塞6、已安裝於波浪栓塞6之橢圓形外周面61的波浪軸承7。這些諧波產生器4的構成零件為塑膠零件。此外，本例的波浪軸承7為滾柱軸承，具備：外環側軌道面36，形成於外齒齒輪3之開口側部分35的內周面；內環側軌道面62，形成於波浪栓塞6的橢圓形外周面61；複數個圓筒滾子71，以可滾動的狀態插入形成於外環側軌道面36與內環側軌道面62之間的軌道溝；保持器72，在圓周方向中將圓筒滾子71保持成等角度間隔。如此一來，在本例中，波浪軸承7的外環一體形成於外齒齒輪3之圓筒部32的開口側部分35，其內環一體形成於波浪栓塞6。波浪軸承7的外環及內環可各自採用獨立的塑膠零件。
在外齒齒輪3的內側，杯狀的外環護板8同軸地固定於輪轂34。在外環護板8、與諧波產生器4之輪轂5的軸端部之間，安裝有滾珠軸承9。諧波產生器4，透過滾珠軸承9，被外齒齒輪3之輪轂34的部分支承成自由轉動的狀態。外環護板8及滾珠軸承9的內外環也可以採用塑膠零件。
(波浪軸承)
針對諧波產生器4的波浪軸承7，進行更詳細的說明。首先，針對材質進行說明，一體形成有諧波產生器4之波浪軸承7的外環的外齒齒輪3、及一體形成有內環的波浪栓塞6，皆由超級工程塑膠所形成。在波浪軸承7的外環及內環為獨立的塑膠零件的場合中，至少外環及內環由超級工程塑膠所形成。
作為超級工程塑膠，譬如為以下的例子。作為結晶性樹脂，已知有聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合體(LCP)、氟樹脂(FR)等。此外，作為非晶性樹脂(amorphous resin)，已知有聚芳酯(PAR)、聚碸(PSU)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚醚醯亞胺(PEI)、熱可塑性聚醯亞胺(TPI)等。舉例來說，外環一體型的外齒齒輪3及內環一體型的波浪栓塞6的材質，可採用PEEK、PAI、TPI或者PPS。
如同先前所說明，在諧波產生器4之波浪軸承7的軌道部，亦即形成有外環側軌道面36及內環側軌道面62的零件，採用了塑膠零件的場合中，即使無負載、低負載時，也會在軌道面產生壓痕、磨耗、疲勞剝離等的損傷。為了提供「既能達成輕量化，又能避免軌道面的損傷，能在可實際使用的負載扭矩範圍內使用」的諧波產生器，在本例中，如以下所述地構成波浪軸承7。
首先，波浪軸承7的圓筒滾子71，為了降低作用於外環側軌道面36、內環側軌道面62的應力，其滾子徑最好較大。另外，為了使「伴隨著諧波產生器4之波浪栓塞6的轉動而產生於外齒齒輪3的波動運動」，從波浪栓塞6順利地傳達至外齒齒輪3，最好在圓周方向上以等角度間隔配置預定數量以上的圓筒滾子71。在本例中，將圓筒滾子71的數量設為13個以上的奇數個，並藉由保持器72在圓周方向上將圓筒滾子71保持於等角度間隔的位置。為了配置必要數量的圓筒滾子71，倘若將圓筒滾子71的滾子徑設為D，並將被撓曲成橢圓形前之波浪軸承7的軌道溝直徑設為PCD時，則成為：
D≦PCD×0.2。
此外，在本例中，盡可能地使外環厚度，亦即外環一體型之外齒齒輪3的開口側部分35增厚，無關於速比，將橢圓量(外齒齒輪3的撓曲量：df)設為：
df≧齒數差(2n)×齒的模數(m)。
如此一來，可加大無負載時的負載率(表示負載區域的範圍，該負載區域表示滾動軸承的載重分布)，即使是負載時，也能達成徑向負載(radial load)的下降。
不僅如此，將內齒齒輪2的內齒21及外齒齒輪3的外齒31之各自的齒的壓力角(或者平均壓力角)，設為20度以下的低壓力角。如此一來，能降低負載時的徑向負載。
接著，在波浪軸承7中，即使滾動體如以上所述採用圓筒滾子71時，仍然有「在外環側軌道面36、內環側軌道面62產生磨耗、熔融」的疑慮。此外，即便是「藉由考慮採用潤滑劑等，來抑制軌道面的磨耗」，仍然有「在軌道面產生疲勞剝離」的疑慮。為了確實地避免這些弊病，期望在內環側軌道面62及外環側軌道面36預先形成：由離子結晶性層狀化合物的細微粉體所形成的固體潤滑膜。可採用二硫化鉬(MoS
2)、二硫化鎢(WS
2)等作為離子結晶性層狀化合物。舉例來說，可藉由利用珠擊或者軟質的皮革拋光輪等將這種離子結晶性層狀化合物的細微粉體擦附於軌道面，而作為固體潤滑膜，在軌道面形成堅硬的轉移膜(transfer layer)。如此一來，能達成軌道面表面附近之剪應力(shearing stress)的下降。除此之外，藉由併用滑脂潤滑(grease lubrication)，能確實地防止外環側軌道面36、內環側軌道面62產生磨耗、熔融。
(其它的實施形態)
上述的例子，是將本發明應用於杯型諧波齒輪裝置的例子。本發明也同樣能適用於：具備煙囪狀之外齒齒輪的煙囪型諧波齒輪裝置、具備圓筒狀的外齒齒輪的平板型諧波齒輪裝置之各自的諧波產生器。
1:諧波齒輪裝置
2:內齒齒輪
3:外齒齒輪
4:諧波產生器
5:輪轂
6:波浪栓塞
7:波浪軸承
8:外環護板
9:滾珠軸承
21:內齒
31:外齒
32:圓筒部
33:膜片
34:輪轂
35:開口側部分
36:外環側軌道面
61:橢圓形外周面
62:內環側軌道面
71:圓筒滾子
72:保持器
Lmax:長軸
[圖1A]是顯示採用了本發明之諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖。
[圖1B]為顯示外齒齒輪對內齒齒輪之嚙合狀態的說明圖。
1:諧波齒輪裝置
2:內齒齒輪
3:外齒齒輪
4:諧波產生器
5:輪轂
6:波浪栓塞
7:波浪軸承
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21:內齒
31:外齒
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61:橢圓形外周面
62:內環側軌道面
71:圓筒滾子
72:保持器
Claims (3)
- 一種諧波齒輪裝置，具備：諧波產生器，將可撓性的外齒齒輪撓曲成非圓形，而形成局部性嚙合於剛性之內齒齒輪的狀態， 前述諧波產生器具備：具備非圓形外周面的波浪栓塞、安裝於該波浪栓塞之前述非圓形外周面的波浪軸承， 前述波浪軸承具備：外環；內環；複數個滾動體，以可滾動的狀態插入形成於前述外環之內周面的外環側軌道面、與形成於前述內環之外周面的內環側軌道面之間，其中， 前述外環及前述內環，分別是由超級工程塑膠所形成的零件， 前述滾動體為圓筒滾子， 前述圓筒滾子，在圓周方向上配置成等角度間隔， 前述圓筒滾子的數量，為13個以上的奇數個， 倘若將前述圓筒滾子的滾子徑設為D，並將被撓曲成前述非圓形前之前述波浪軸承的軌道溝直徑設為PCD時， 為D≦PCD×0.2， 前述內齒輪及前述外齒輪，是模數為m的齒輪， 前述內齒齒輪與前述外齒齒輪的齒數差，將n設成正的整數，則為2n齒， 前述外齒齒輪，被前述諧波產生器撓曲成橢圓形， 倘若將前述橢圓形的橢圓量亦即前述外齒齒輪的撓曲量設為df時， 為df≧2n×m， 前述內齒齒輪及前述外齒齒輪之各自的齒的壓力角，為20度以下的低壓力角， 在前述內環側軌道面及前述外環側軌道面，形成有由離子結晶性層狀化合物的細微粉體所形成的轉移膜，並塗裝滑脂。
- 如請求項1所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述外環，一體形成於前述外齒齒輪， 前述外齒齒輪，是由前述超級工程塑膠所形成的零件。
- 如請求項1所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述內環，一體形成於前述波浪栓塞， 前述波浪栓塞，是由前述超級工程塑膠所形成的零件。
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