TWI546474B - Design Method of Socket Profile, Bearing Wheel Profile and Cam Profile of Multi-roller Type - Google Patents

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TWI546474B
TWI546474B TW104121034A TW104121034A TWI546474B TW I546474 B TWI546474 B TW I546474B TW 104121034 A TW104121034 A TW 104121034A TW 104121034 A TW104121034 A TW 104121034A TW I546474 B TWI546474 B TW I546474B
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Description

多滾子式波動傳動器之承窩輪廓、承窩輪輪廓及凸輪輪廓的設計方法
本發明涉及多滾子式波動傳動器的構件設計，特別有關於一種多滾子式波動傳動器之承窩輪廓、承窩輪輪廓及凸輪輪廓的設計方法。
傳統技術中並未公開有關本發明所涉及的波動傳動器(wave-motion)，傳統技術中較為接近者，是一種產生正弦或餘弦傳動波形的旋波傳動器(spin-wave driver)。
傳統的旋波傳動器與行星齒輪組均為典型的減速傳動機構。其中，旋波傳動是一種可以產生旋波的減速機構；旋波傳動的原理，最早可見由C.W.Musser於1955年提出申請的美國發明第2906143號專利所揭露的諧波傳動(harmonic driver)；其次，經過不斷的改進，例如美國第5643128號專利，更進一步的揭露出旋波傳動(或稱旋波減速)機構的構件細節。相較於傳統行星齒輪，傳統旋波傳動機構能提供較多的囓合齒數及較大的傳動範圍，因此在整體減速比的出力值上，傳統旋波傳動器相對的具有較佳的傳動精度及傳動效率。
總括地說，一般所見的傳統旋波傳動的組成，由內而外包括同軸配置有一凸輪(cam)(或稱波形產生器wave generator)、多數個滾子(rollers)及一承窩輪(具有特殊內齒型鋼輪circular spline wheel)；其中該凸輪通常作為入力軸，所述多數個滾子是圍繞的配置於凸輪與承窩輪之間，且承窩輪上呈環狀的佈設有多數個可以容納滾子囓觸的承窩，利用凸 輪提供入力來驅動多數個滾子之中的部分滾子囓觸於承窩輪的對應承窩之中，以驅動珠環產生減速比的出力轉動。
進一步的說，由上述專利所揭技術可以知悉，傳統旋波傳動中每一承窩包括由一齒谷的雙側分別延伸形成斜傾狀的齒面，且雙側齒面並延伸連接至雙側的齒峰，使得每一承窩的輪廓形狀概略呈V形。由於傳統旋波傳動過程中所述的多個滾子之中只有部分滾子會接受凸輪輪面的驅動而囓觸承窩的齒面，因此承窩的齒面是傳達滾子驅動力的有效接觸面；其次，例如前述的美國第5643128號專利中，揭露於所述凸輪與承窩輪之間還配置有一容載多個滾子用的珠環(rollers ring)，在部分實施上該珠環亦可作為出力端，而使得凸輪的驅動力能經由承窩齒面的傳遞而對滾子提供分力去推動珠環產生減速比的出力轉動。
由上述可知，承窩的齒面不但能作為傳達作用力的有效接觸面，還可以作為對滾子提供凸輪所產生之分力的有效接觸面；此外，在旋波傳動過程中還可以進一步察覺，當凸輪輪面推引滾子接觸承窩齒面的過程中，該被推引的滾子包含朝著凸輪軸心的徑向以及圓周角方向產生位移，這也將影響到所述齒面是否能充分的或真實的作為傳達作用力及提供凸輪所產生之分力的有效接觸面；雖然，在整體減速比的出力值上，傳統旋波傳動器能維持良好的傳動精度及傳動效率；惟，先前技術中僅揭露承窩的輪廓概略呈V形，並沒有進一步揭露、探討或教示該承窩與凸輪的輪廓形成技術是否足以有效傳遞作用力，如入力軸旋轉半周時滾子會進入下一個承窩位置，此過程的速度會因V形定義不明，導致滾子進入下一承窩的速度不穩定，乃至於影響到傳統旋波傳動器的出力端在細微轉動角度上的傳動精度。
有鑑於此，本發明之一目的旨在改善傳統旋波傳 動器之V形承窩中的齒面輪廓的形成，並沒有考量到滾子在承窩中的移動方式，難以作為傳達滾子驅動力及對滾子提供凸輪所產生之分力的的有效接觸面，而影響到出力端在細微轉動角度上的傳動精度的技術課題。
為了實現上述目的並解決問題，本發明提供一種多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，其技術手段包括：依單位時間等比例劃分滾子在凸輪與承窩之間的徑向移動位移量以及圓周旋轉量，而依序取得滾子在移動過程中的多個軌跡圓的圓心及其圓面切點；接著連接所述多個圓面切點成為承窩上介於齒峰與齒谷之間的單邊齒面輪廓；隨後以齒谷的中心線鏡射所述單邊齒面輪廓成為對應邊齒面輪廓，並由單邊齒面輪廓與對應邊齒面輪廓之間連結齒谷輪廓而組成所述承窩輪廓；其中，所述多個軌跡圓的圓面切點(X' n ,Y' n )，表示如下式： 其中，n表示滾子移動之軌跡圓的號數，n為>0的自然數，R d 為滾子直徑，X n-1 ,Y n-1 為第n號軌跡圓的圓心座標，n-1為第n號滾子軌跡圓的號數。
在進一步實施細節上，特別是在取得所述多個軌跡圓的圓面切點之前，係依下式取得圓心座標(X n ,Y n )：[X n ,Y n ]=[(L f -N．△y)．sin(N．△θ),(L f -N．△y)．cos(N．△θ),]其中，L f 為最遠離凸輪軸心之滾子軌跡圓的圓心與凸輪軸心之間的距離，N為承窩之單邊齒面輪廓所劃分的等分量，△y為每 一滾子軌跡圓的有效徑向位移量的N等分位移量，△θ為每一滾子軌跡圓的有效旋動轉角的N等分旋轉角。
本發明之另一目的旨在改善傳統旋波傳動器中由多數個V形承窩所圍繞形成的承窩輪輪廓的形成，並沒有考量到滾子在承窩中的移動方式，而影響傳動精度及傳動效率的技術課題。
為此，本發明提供一種多滾子式波動傳動器之承窩輪輪廓的設計方法，包括應用上述承窩輪廓設計方法，並進一步以凸輪軸心為旋轉中心，陣列所述承窩輪廓等圓周間距的環繞於承窩輪的內輪面，而形成該承窩輪輪廓。
本發明之再一目的旨在改善傳統旋波傳動器中凸輪輪面輪廓的形成，並沒有考量到滾子在承窩中的移動方式，而影響傳動精度及傳動效率的技術課題。
為此，本發明提供一種多滾子式波動傳動器之凸輪輪廓的設計方法，包括：依單位時間等比例劃分滾子在凸輪與承窩之間的徑向位移量以及圓周旋轉量，而依序取得滾子在移動過程中的多個軌跡圓的圓心及其圓面切點；接著連接所述多個圓面切點成為凸輪輪廓中的單位輪面輪廓；隨後以凸輪軸心上的X軸線及Y軸線分別鏡射所述單位輪面輪廓而合組成所述凸輪輪廓； 其中所述多個軌跡圓的圓面切點(X' m ,Y' m )，表示如下式： 其中，m表示滾子移動之軌跡圓的號數，m為>0的自然數，R d 為滾子直徑，X m-1 ,Y m-1 為第m號軌跡圓的圓心座標，m-1為第m號滾子軌跡圓的號數。
在進一步實施細節上，特別是在取得所述多個軌跡圓的圓面切點之前，係依下式取得圓心座標(X m ,Y m )：[X m ,Y m ]=[(L f -M．△y')．sin(M．△α),(L f -M．△y')．cos(M．△α),]其中，L f 為最遠離凸輪軸心之滾子軌跡圓的圓心與凸輪軸心之間的距離，M為滾子之多個軌跡圓所劃分的等分量，△y'為每一滾子軌跡圓的有效徑向位移量的M等分位移量，△α為每一滾子軌跡圓之有效旋動轉角的M等分旋轉角。
根據上述技術手段，本發明的技術效果在於：根據多滾子式波動傳動器中滾子的理想移動方式，設計出V形承窩中的齒面輪廓，進而設計出承窩輪輪面輪廓，並且根據多滾子式波動傳動器中滾子的理想移動方式，設計出足以和承渦輪中承窩相匹配的凸輪輪面，以便於當凸輪輪面推引滾子接觸承窩齒面的過程中，能透過該齒面來充分且真實的傳遞滾子所施加的驅動力，而且該齒面也能作為對滾子提供凸輪所產生之分力的有效接觸面，以便於能夠維持多滾子式波動傳動器在整體減速比之出力值的傳動精度及傳動效率的情況下，進一步的提升多滾子式波動傳動器出力端的傳動精度。
以上所述之方法與裝置之技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式加以說明。
1‧‧‧凸輪
10‧‧‧輪面
11‧‧‧軸心
12‧‧‧弧凸部
13‧‧‧凸輪輪廓
13a‧‧‧單位輪面輪廓
14‧‧‧入力軸
2‧‧‧滾子
3‧‧‧承窩輪
30‧‧‧承窩
31‧‧‧承窩輪廓
31a‧‧‧單邊齒面輪廓
31b‧‧‧對應邊齒面輪廓
32‧‧‧齒峰輪廓
33‧‧‧齒谷輪廓
34‧‧‧承窩輪輪廓
4‧‧‧珠環
40‧‧‧珠槽
41‧‧‧出力軸
5‧‧‧座體
6‧‧‧座蓋
S1至S5‧‧‧承窩輪廓設計流程的步驟說明
S5至S6‧‧‧承窩輪輪廓設計流程的步驟說明
S1、S2及S30至S50‧‧‧凸輪輪廓設計流程的步驟說明
圖1是本發明多滾子式波動傳動器的立體分解圖。
圖2是圖1的剖示圖。
圖2a是圖2所示承窩、凸輪與滾子間的放大解說圖。
圖3是本發明設計承窩輪廓的步驟流程圖。
圖4是本發明承窩輪廓及凸輪輪廓的設計解說圖。
圖5是圖4所示承窩中滾子軌跡圓的有效移動範圍的放大解說圖。
圖6是圖5所示滾子軌跡圓有效移動範圍的等比例劃分解說圖，用以解說承窩輪廓之設計。
圖7是本發明設計承窩輪輪廓的步驟流程圖。
圖8是本發明設計凸輪輪廓的步驟流程圖。
圖9是本發明凸輪外圍之滾子軌跡圓的有效移動範圍的解說圖。
首先請合併參閱圖1及圖2，分別揭露出本發明所欲設計的多滾子式波動傳動器的組成構件及其配置芻形，說明該波動傳動器係在一座體5及座蓋6之間採同心圓方式由內而外的配置包含一凸輪1、多個滾子2、珠環4及一承窩輪3；其中，該凸輪1的軸心位置形成有入力軸14作為波動傳動器的入力端，該入力軸14能銜接動力源入力驅動凸輪1自轉，該凸輪1之輪面10包含有至少一相對遠離軸心11且由雲形線(spline)構成的弧凸部12，該弧凸部12為施力推觸滾子傳遞動力的有效作用區，進而圍組成一凸輪輪廓13；所述滾子2在本實施中為滾柱，但不排除可以是滾珠等滾動元件；該承窩輪3呈環體狀，係同軸配置於凸輪1之輪面10的外圍，且承窩輪3的內環壁面環設有多個承窩30，進而使得所述多個滾子2能環設於凸輪1之輪面10與承渦輪3的承窩30之間；該珠環4係配置於凸輪1與承窩輪3之間，珠環4的軸心位置形成有出力軸41作為波動傳動器的出力端，且該珠環4四周等間環設的多個珠槽40，用以配合滾子2的形體而使滾子2局部的活動容置於內。其中，可以考量維護珠環強度，而於實施上將滾子2的數量實施為實際珠槽40數量的1/2。
請續參閱圖2a，揭露出上述承窩30、凸輪1與 滾子2之間的放大配置示意圖，說明本實施中可經由凸輪輪面10的弧凸部12驅動部分滾子2移動至相對應的承窩30內接觸承窩輪廓31，以傳遞驅動作用力而帶動承珠環4產生既定減速比的出力轉動。
為了方便說明，在本發明以下所述的實施細節中，將以凸輪1的入力軸14作為入力端，並且以固定承窩輪3而使珠環4的軸心位置所形成的出力軸41成為出力端的方式作解說。但本發明所概括的範圍，還應包含固定珠環4而使承渦輪3成為出力端的實施方式。其中，必須說明的是，無論是以承渦輪3或珠環4作為出力端，皆不影響本發明表述於下之相關承窩輪廓、承窩輪輪廓及凸輪輪廓的形成結果。
上述中，所述承窩輪廓31包含有單邊齒面輪廓31a及其鏡射之對應端所形成的對應邊齒面輪廓31b，且單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b之間連結有一齒谷輪廓33；依此陣列承窩輪廓31而環繞圍組成一承窩輪輪廓34(如圖1所示)；其中，當承窩輪輪廓34形成後，每一承窩輪廓31中之單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b相對遠離的端部分別銜接有齒峰輪廓32，以完整呈現該承窩輪輪廓34；再者，本發明中所述的承窩輪輪廓34係專指該承渦輪3之內環壁面的特徵輪廓。
為了據實且明確的實施圖1及圖2所示配置，首先本發明針對上述承窩輪廓31，提出一較佳的設計方案，包括執行下述步驟S1至S5(如圖3所示)：
步驟S1：分析滾子的移動軌跡
在未知凸輪輪廓13與承窩輪廓31之前，本發明先針對滾子2的移動軌跡進行分析；更具體的說，當滾子2接受凸輪輪面10的弧凸部12漸近推觸時會在相對應的承窩30內同時產生兩種移動速度，所述兩種移動速度包括朝著凸輪軸心11的徑向產生徑向移動速度v，以及朝著凸輪1之圓周 方向產生角速度ω(如圖2a所示)；本發明的具體手段是以單位時間t來等比例劃分該徑向位移量L成為徑向位移速度v(△L=v×△t)，同時並以該單位時間t來等比例劃分該圓周方向的有效的旋轉角度θ成為圓周方向的角速度ω(△θ=ω×△t)，依此，可於承窩30內模擬滾子2的移動路徑而繪製出多個軌跡圓(詳如步驟2至步驟4，容後詳述)。
步驟S2：初始設定
本發明基於減速比及配置尺寸上的需求，可以依據下列所舉例設定的數據而逐步的繪製形成如圖4，其中圖4是舉例在X-Y座標系的四個象限中作圖，特別是依據下列設定的數據而在第二象限中繪製滾子2的多個軌跡圓表示，所述設定的數據包括：
1. 預設所述多個滾子的數量為Rn=40，為了確保珠環4中各珠槽40的剛性，所以實際滾子及珠槽的數量皆為其1/2。
2. 預設凸輪1的輪面弧凸部12數量Cn=2。
3. 承窩數量Sn=Rn-Cn=40-2=38。
4. 滾子直徑Rd=2.0mm。
5. 滾子有效作用數量可設定為非整數，例如En=5.3。
步驟S3：繪製承窩中的滾子軌跡圓
依據步驟2的設定之後，本發明可進一步依據下列所舉例之參數的定義而繪製如圖5所示滾子軌跡圓的有效移動範圍圖面(配合圖4所示)：
6. 最遠離凸輪軸心11之滾子軌跡圓的圓心與凸輪軸心11之間的距離L f ，預設座標(0,L f )，其中L f =14.6mm。
7. 本實施例設定初始兩軌跡圓之間的切線角度為44.5°~45.5°。
8. 滾子有效作用位移0.52mm。
9. 滾子有效作用圓周角度1)=38.7°(如圖3所示)。
10. 由上述可以計算出承窩與滾子相對角度差△β，亦即(圖中未示)。
11. 進而設定承窩30的單邊齒面輪廓31a有效作用範圍的移動轉角δθ，亦即 。
接續圖5狀態，本發明可以在滾子2有效移動範圍內(包含有效徑向位移量δy與有效圓周移動轉角δθ)劃分出合適的等份量N，並以該等分量N來作為承窩之單邊齒面輪廓31a所劃分的等分量，詳如圖6所示，依該等份量N(例如N=100)等比例劃分有效徑向位移量的每一軌跡圓的徑向位移量，並將產生的弧線由外而內依序編號為L0、L1、.....、LN，隨後依設定的等份量N來等比例劃分有效移動轉角的每一滾子軌跡圓的移動轉角△θ=，所產生的輻射線由左至右依序編號為A0、A1、......、AN。
接著，以上述弧線L0、L1、.....、LN與其編號對應相同的輻射線A0、A1、......、AN的各交點(例如L0與A0的交點等)作為滾子軌跡圓的圓心，而依序劃出多個軌跡圓(滾子直徑Rd=2.0mm)，其中所述多個軌跡圓的圓心座標(X n ,Y n )，可依式(一)取得： [X n ,Y n ]=[(L f -N．△y)．sin(N．△θ),(L f -N．△y)．cos(N．△θ),] 式(一)
其中，n表示滾子移動之軌跡圓的號數，n為>0的自然數。
依此，可以依序取得第一點圓心座標[X0,Y0]=[0,L f ]=[0,14.6]，第二點圓心座標[X1,Y1]=[0.005188,14.594799]，並以此類推而取得第n+1號軌跡圓的圓心座標[X n ,Y n ]=[0.500433,14.071104](當n=N=100等比例劃分時)。
步驟S4：繪製承窩的單邊齒面輪廓
接續上述步驟S3，而在每兩個相鄰的軌跡圓之間作一切線T，隨後選取各切線T的第一個圓面切點，依下式計算各圓面切點座標[X' n ,Y' n ]，表示如式(二)：
其中，X n-1 ,Y n-1 為第n號軌跡圓的圓心座標，n-1為第n號滾子軌跡圓的號數。
依此，可依序取得第一軌跡圓的切點座標[X’ 0 ,Y’ 0 ]=[0.707959,15.306254]，第二軌跡圓的切點座標[X’ 1 ,Y’ 1 ]=[0.713524,15.300675]，並以此類推而取得第n+1號軌跡圓的切點座標[X’ n ,Y’ n ]=[1.245266,14.738354](當n=N=100等比例劃分時)。
接著，以雲形線(spline)連接所述多個圓面切點成一體，即形成承窩30上介於齒峰與齒谷之間的單邊齒面輪廓31a；必須說明的是，此時的齒峰與齒谷可意指為已預留空間但未形成真實輪廓線的虛擬部位，通常知識者應能瞭解一般的承窩齒面雙端皆具有齒峰及齒谷的普通知識，且依前述 步驟S2初始設定之承窩數量Sn、滾子的數量Rn及滾子直徑Rd等數據，即可無歧異得知承窩輪3上所應預留的齒峰及齒谷的距離，以便於在形成單邊齒面輪廓31a及其對應邊齒面輪廓31b之後才形成齒峰及齒谷的輪廓(容後詳述)。
步驟S5：繪製承窩輪廓
接續步驟S4，請回復參閱圖2，係以虛擬的齒谷的中心線Y(實質上即是圖6所示第0號軌跡圓的圓心與凸輪軸心11之間的連接線)鏡射所述單邊齒面輪廓31a成為對應邊齒面輪廓31b。
接著以單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b之間最鄰近的兩個軌跡圓的圓面切點作連線，而虛擬的齒谷位置形成真實的齒谷輪廓33，該齒谷輪廓33以不干涉所述多個軌跡圓的輪面為原則，而得以例如是凹形或弧凹形的輪廓線連接形成。藉此，經由單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b之間連結齒谷輪廓33而組成完整的承窩輪廓31。此外，上述中虛擬的齒峰部位必須等到整個承窩輪輪廓34形成之後，再予繪製(容後詳述)。
本發明另一設計方案是實施承窩輪輪廓34的繪製，具體的說，本發明必須依據上述步驟S5繪製成承窩輪廓31之後，進一步實施下述的步驟S6(如圖7所示)：
步驟S6：繪製承窩輪輪廓
在上述步驟S5之後，本發明續以凸輪軸心11為旋轉中心(如圖4所示)，將所述承窩輪廓31依上述既定的承窩數量Sn而等圓周間距的陣列於承窩輪3的內輪面環繞，而形成該承窩輪輪廓34；其中，所述的等圓周間距，意指預留上述虛擬的齒峰的形成距離。
進一步的說，所述齒峰部位必須繪製形成真實的齒峰輪廓32，包括在每一承窩輪廓31中之單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b相對遠離的端部之間以倒圓角方式作 連線，而形成真實的齒峰輪廓32(如圖2所示)；其中，所述相對遠離的端部之間作倒圓角連線，可意指每一承窩輪廓31中之單邊齒面輪廓31a與對應邊齒面輪廓31b之間最遠離的兩個相對應的軌跡圓的圓面切點作圓角連線，而形成銜接於每一承窩輪廓31之間的齒峰輪廓32，以完整呈現該承窩輪輪廓34。其中該齒峰輪廓32用以導引所述滾子2移動至相鄰的承窩30內接觸承窩輪廓31；所述導引，包含持續接觸式的導持及非持續接觸或非接觸式的護持。
本發明再一設計方案是實施凸輪輪廓13的繪製，具體的說，包括接續上述步驟S1至S2之後執行步驟S30至步驟S50(如圖8所示)：
步驟S30：繪製凸輪的滾子軌跡圓
依據上述步驟2的設定之後，本發明可進一步依據下列參數的定義而繪製如圖9所示凸輪1外圍之滾子軌跡圓的有效移動範圍的圖面。
在圖9中，本發明舉例在X-Y座標系的第二象限中作圖，包括在滾子2有效移動範圍內(包含有效徑向位移量δy與有效圓周移動轉角δθ)劃分出合適的等份量M，並以該等分量M來作為凸輪輪廓13所劃分的等分量，例如以M=300來等比例劃分有效徑向位移量的每一軌跡圓位移量△y'，使，並將產生的弧線由外而內依序編號為L’0、L’1、.....、L’M(M=300)，隨後依設定的等份量M來等比例劃分有效移動轉角的每一滾子軌跡圓的轉動角△α，使，所產生的輻射線由右至左依序編號為A’0、A’1、......、A’M(M=300)。
接著，以上述弧線L’0、L’1、.....、L’M與其編號對應相同的輻射線A’0、A’1、......、A’M的各交點(例如L’0與A’0的交點等)作為滾子軌跡圓的圓心，而依序劃出多個軌跡圓(滾子直徑Rd=2.0mm)，其中可以考量到滾子2與凸輪輪面10間的裕度，例如本案以滾子直徑Rd+預設的裕度=2.0+0.04=2.04mm，依此繪製出多個軌跡圓的圓心座標[X m ,Y m ]，所述圓心座標[X m ,Y m ]可依式(三)取得：[X m ,Y m ]=[(L f -M．△y')．sin(M．△α),(L f -M．△y')．cos(M．△α),] 式(三)
依此，可以依序取得第一點圓心座標[X0,Y0]=[0,L f ]=[0,14.6]，第二點圓心座標[X1,Y1]=[-0.032868,14.598230]，並以此類推而取得第m+1號軌跡圓的圓心座標[X m ,Y m ]=[-8.8034166,10.988460](當m=M=300等比例劃分時)。
步驟S40：繪製凸輪的單位輪面輪廓
隨後在上述每兩個相鄰的軌跡圓之間作一切線T’，並選取各切線T’的第一個圓面切點，依下式計算各圓面切點座標[X' m ,Y' m ]，表示如式(四)：
其中，X m-1 ,Y m-1 為第m號軌跡圓的圓心座標，m-1為第m號滾子軌跡圓的號數。
依此，可依序取得第一軌跡圓的切點座標[X’ 0 ,Y’ 0 ]=[0.053785,13.601447]，第二軌跡圓的切點座標[X’ 1 ,Y’ 1 ]=[0.023171,13.599801]，並以此類推而取得第m+1號軌跡圓的切點座標[X’ m ,Y’ m ]=[-8.135657,10.244083](當 m=M=300等比例劃分時)。接著，以雲形線連接第二象限中的所述多個圓面切點成一體，即形成凸輪輪廓13中的單位輪面輪廓13a；其中，由切線T’所連接涵蓋的多個切點位置，即是形成凸輪1位在第二象限中之局部弧凸部12的雲形線輪廓位置，而由雲形線所連接形成的單位輪面輪廓13a的範圍，包含該局部弧凸部12的雲形線輪廓及其它非屬弧凸部12的輪面輪廓。
步驟S50：繪製凸輪輪廓
請合併參閱圖2及圖9所示，係將步驟S40繪製形成在第二象限中的單位輪面輪廓13a(如圖9所示)，以其凸輪軸心11上的X軸線及Y軸線分別鏡射於其它三個象限(包括第一、第三及第四象限)中而合組成所述凸輪輪廓13；所述分別鏡射，包括先對X軸線鏡射之後再對Y軸線鏡射，或者先對Y軸線鏡射之後再對X軸線鏡射，使得存在於X-Y座標的四個象限中之任一象限的單位輪面輪廓13a，能夠依序鏡射至其它三個象限之中，佈滿X-Y座標的四個象限，而圍繞合組成一完整的凸輪輪廓13(如圖2所示)。其中，各單位輪面輪廓13a位在Y軸線的交點上(亦即弧凸部位置)所產生的多餘線段及尖點，可施予倒圓角處理或小圓弧修除。
上述實施方式中所述之有效，意指當滾子2、承窩3、凸輪1及珠環4同時接觸時的角度範圍為有效，在此範圍以外的角度則為無效。
上述實施例是根據多滾子式波動傳動器中滾子的理想移動方式而設計形成，因此當入力端的凸輪輪面10推引所述多個滾子2中的部分滾子在相對應的承窩30內同時產生徑向及圓周方向移動時，即能透過上述繪製形成的承窩輪廓31、承窩輪輪廓34及凸輪輪廓13來充分且真實的傳達動力，包括維持既有減速比的傳動，更進一步的，當入力軸旋轉半周時滾子會進入下一個承窩位置，此過程的速度會為等速， 依本發明方法所設計形成的波動傳動器相對傳統旋波傳動器更能提升其傳動精度。
然而，必須說明的是，以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式而已，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。
S1至S5‧‧‧承窩輪廓設計流程的步驟說明

Claims (11)

  1. 一種多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，包括：依單位時間等比例劃分滾子在凸輪與承窩之間的徑向移動軌跡以及圓周旋轉軌跡，而依序取得滾子在移動過程中的多個軌跡圓的圓心及其圓面切點；接著連接所述多個圓面切點成為承窩上介於齒峰與齒谷之間的單邊齒面輪廓；隨後以齒谷的中心線鏡射所述單邊齒面輪廓成為對應邊齒面輪廓，並由單邊齒面輪廓與對應邊齒面輪廓之間連結齒谷輪廓而組成所述承窩輪廓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，其中所述多個軌跡圓的圓心，係依下式取得圓心座標(X n ,Y n )：[X n ,Y n ]=[(L f -N．△y)．sin(N．△θ),(L f -N．△y)．cos(N．△θ),]其中，L f 為最遠離凸輪軸心之滾子軌跡圓的圓心與凸輪軸心之間的距離，N為承窩之單邊齒面輪廓所劃分的等分量，△y為等分有效徑向位移量的每一滾子軌跡圓的徑向位移量，△θ為等分有效移動轉角的每一滾子軌跡圓的移動轉角。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，其中所述多個軌跡圓的圓面切點(X' n ,Y' n )，表示如下式： 其中，n表示滾子移動之軌跡圓的號數，n為>0的自然數，R d 為滾子直徑，X n-1 ,Y n-1 為第n號軌跡圓的圓心座標，n-1為第n號滾子軌跡圓的號數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，其中係以雲形線連接所述多個圓面切點而形成單邊齒面輪廓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述多滾子式波動傳動器之承窩輪廓的設計方法，其中所述齒谷輪廓係以單邊齒面輪廓與對應邊齒面輪廓之間最鄰近的兩個軌跡圓的圓面切點作連線而形成，該齒谷輪廓不干涉所述多個軌跡圓的輪面。
  6. 一種多滾子式波動傳動器之承窩輪輪廓的設計方法，包括應用如申請專利範圍第1或2項所述的承窩輪廓設計方法，並以凸輪軸心為旋轉中心，陣列所述承窩輪廓等圓周間距的環繞於承窩輪的內輪面，而形成該承窩輪輪廓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述多滾子式波動傳動器之承窩輪輪廓的設計方法，其中所述齒峰係以單邊齒面輪廓與對應邊齒面輪廓之間最遠離的兩個相對應的軌跡圓的圓面切點作圓角連線，而形成齒峰輪廓，該齒峰輪廓導引所述滾子移動至相鄰的承窩內接觸承窩輪廓。
  8. 一種多滾子式波動傳動器之凸輪輪廓的設計方法，包括：依單位時間等比例劃分滾子在凸輪與承窩之間的徑向移動軌跡以及圓周旋轉軌跡，而依序取得滾子在移動過程中的多個軌跡圓的圓心及其圓面切點；接著連接所述多個圓面切點成為凸輪輪廓中的單位輪面輪廓；隨後以凸輪軸心上的X軸線及Y軸線分別鏡射所述單位輪面輪廓而合組成所述凸輪輪廓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述多滾子式波動傳動器之凸輪輪廓的設計方法，其中所述多個軌跡圓的圓心，係依下式取得圓心座標(X m ,Y m )，表示如下式：[X m ,Y m ]=[(L f -M．△y')．sin(M．△α),(L f -M．△y')．cos(M．△α),]其中，L f 為最遠離凸輪軸心之滾子軌跡圓的圓心與凸輪軸心之間的距離，M為滾子之多個軌跡圓所劃分的等分量，△y'為等份有效徑向位移量的每一滾子軌跡圓的徑向位移量，△α為等份有效移動轉角的每一滾子軌跡圓的移動轉角。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述多滾子式波動傳動器之凸輪輪廓的設計方法，其中所述多個軌跡圓的圓面切點(X' m ,Y' m )，表示如下式： 其中，m表示滾子移動之軌跡圓的號數，m為>0的自然數，R d 為滾子直徑，X m-1 ,Y m-1 為第m號軌跡圓的圓心座標，m-1為第m號滾子軌跡圓的號數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述多滾子式波動傳動器之凸輪輪廓的設計方法，其中係以雲形線連接所述多個圓面切點而形成單位輪面輪廓。
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