TWI638105B - Harmonic gear device with negative offset tooth profile with 2 degree contact - Google Patents

Harmonic gear device with negative offset tooth profile with 2 degree contact Download PDF

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TWI638105B
TWI638105B TW103136299A TW103136299A TWI638105B TW I638105 B TWI638105 B TW I638105B TW 103136299 A TW103136299 A TW 103136299A TW 103136299 A TW103136299 A TW 103136299A TW I638105 B TWI638105 B TW I638105B
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Abstract

諧波齒輪裝置(1)的內齒(24)、外齒(34)的齒冠齒形，是由第1、第2相似曲線所限定，該第1、第2相似曲線是根據「兩齒輪之嚙合以齒條嚙合形成近似的場合中，從移動軌跡(Mc)的反曲點(A)到底點(B)為止的曲線部分」所獲得。內齒(24)的齒冠齒形，是由「在外齒(34)的齒冠齒形從移動軌跡(Mc)的反曲點(A)移動至頂點(D)的過程中，形成於內齒(24)的曲線」所限定。外齒(34)的齒冠齒形，是由「在內齒(24)的齒冠齒形從反曲點(A)移動至頂點(D)時，形成於外齒(34)的曲線」所限定。外齒的齒冠齒形和內齒的齒根齒形及齒冠齒形形成2度接觸，內齒的齒冠齒形和外齒的齒根齒形及齒冠齒形形成2度接觸，因此兩齒的嚙合範圍變廣。

Description

具有2度接觸之負偏位齒形的諧波齒輪裝置
本發明關於諧波齒輪裝置中的剛性內齒輪及可撓性外齒輪之齒形的改良。更詳細地說，是兩齒輪在齒交線方向之各軸直角剖面中，具有大範圍嚙合(咬合)之2度接觸的負偏位齒形的平板型諧波齒輪裝置。此外，本發明關於：兩齒輪在齒交線方向之各軸直角剖面中，具有大範圍嚙合，且遍及整個齒交線方向近似(approximation)且連續地嚙合之2度接觸、3維接觸之負偏位齒形的杯型或者煙囪型的諧波齒輪裝置。
一般而言，諧波齒輪裝置具有：剛性內齒輪；和在其內側配置成同軸狀的可撓性外齒輪；及嵌合於其內側的諧波產生器。平板型的諧波齒輪裝置，具備「在可撓性的圓筒外周面形成有外齒」的可撓性外齒輪。杯型及煙囪型之諧波齒輪裝置的可撓性外齒輪，具備：可撓性的圓筒狀本體；和從該圓筒狀本體的後端朝半徑方向延伸的膜片；及形成於圓筒狀本體之前端開口側的外周面部分的外齒。在典型的諧波齒輪裝置中，圓形的可撓性外齒輪 是被諧波產生器彎折成橢圓狀，而被彎折成橢圓狀之可撓性外齒輪的長軸方向的兩端部，嚙合於剛性內齒輪。
諧波齒輪裝置，從創始者C.W.Musser的發明(專利文獻1)以來，截至今日為止，以該創始者為首包含本案發明人的眾多研究者，已發展出本裝置的各種發明創作。即使單就「與其齒形相關的發明」而言，同樣有著各種的發明創作。本案的發明人，在專利文獻2中揭示了一種「將基本齒形設成漸開線齒形(involute tooth profile)」的發明，在專利文獻3、4中揭示了一種：採用以齒條使剛性內齒輪與可撓性外齒輪之齒的嚙合近似的手法，執行大範圍接觸而導出兩齒輪之齒冠齒形的齒形設計法。
另外，在杯型、煙囪型的諧波齒輪裝置中，被折彎成橢圓狀之可撓性外齒輪的齒部，沿著其齒交線方向，從膜片側朝向前端開口，增加朝向半徑方向的彎折量，該彎折量大致和「從膜片起的距離」成比例。此外，伴隨著諧波產生器的轉動，可撓性外齒輪之齒部的各部分，反覆地朝向半徑方向的外側及內側彎折(撓曲、彎曲)。接至目前為止，對於這種「考慮了諧波產生器所造成之可撓性外齒輪的撓曲動作(錐進：coning)之合理齒形的設定方法」，仍然未經充分的考慮。
本案的發明人，在專利文獻5中揭示了一種：具備「考慮了齒的錐進且能連續地嚙合」之齒形的諧波齒輪裝置。該專利文獻5中所揭示的諧波齒輪裝置，將該可撓性外齒輪之齒交線方向的任意軸直角剖面定為主剖 面，且在主剖面之可撓性外齒輪的橢圓狀圓周中立線(rim neutral line)的長軸方向，相對於其撓曲(彎曲)前之圓周中立圓(rim neutral circle)的撓曲(彎曲)量2 κ mn(κ為撓曲係數，m為模數，n為正的整數)，在2mn(κ=1)的無偏位狀態設成撓曲。
此外，在以齒條嚙合使可撓性外齒輪及剛性內齒輪的嚙合近似，在包含「可撓性外齒輪之齒交線方向的主剖面」之各位置的軸直角剖面中，求出「伴隨著諧波產生器的轉動，可撓性外齒輪的齒相對於剛性內齒輪的齒之各移動軌跡」，「在主剖面所獲得之無偏位移動軌跡中之頂部的點A到下一個底部的點B」的曲線部分，是將點B作為相似的中心而求出縮小成λ倍(λ<1)的第1相似曲線BC，並將該第1相似曲線BC作為剛性內齒輪之齒冠的基本齒形而加以採用。
不僅如此，將第1相似曲線BC的端點C作為中心，並藉由將該第1相似曲線BC轉動180度所獲得的曲線，將該端點C作為相似的中心求出形成(1-λ)/λ倍的第2相似曲線，並將該第2相似曲線作為可撓性外齒輪之齒冠的基本齒形而加以採用。
除此之外，在彎折成「較主剖面更位於膜片側之負偏位狀態(撓曲係數κ<1)」的各軸直角剖面所獲得的各負偏位側移動軌跡、及在彎折成「較主剖面更位前端開口側之正偏位狀態(撓曲係數κ>1)」的各軸直角剖面所獲得的各正偏位側移動軌跡的雙方，為了描繪出在主剖面之 無偏位移動軌跡的底部接觸的曲線，而在可撓性外齒輪的齒形處包挾主剖面，並在其齒交線方向兩側的齒形部分施以移位。
形成有上述齒形的諧波齒輪裝置，不僅能遍及「兩齒輪之主剖面的外齒與內齒之齒冠齒形間的廣大範圍」連續地嚙合，也能在齒交線方向的全部範圍中，實現外齒與內齒之齒冠齒形間的有效嚙合。據此，相較於在狹小的齒交線範圍內嚙合之傳統的諧波齒輪裝置，可傳遞更多的扭矩(扭力)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：美國專利第2906143號公報
專利文獻2：日本特公昭45-41171號公報
專利文獻3：日本特開昭63-115943號公報
專利文獻4：日本特開昭64-79448號公報
專利文獻5：WO2010/070712號公報
期望能提升諧波齒輪裝置之負載扭矩(load torque)性能的市場需求日益提高。為了達到此一需求，相較於以往，諧波齒輪裝置之兩齒輪的齒形，必須是「能以 更廣大的範圍連續地嚙合的合理齒形」。
有鑑於此，本發明的課題為實現一種諧波齒輪裝置，該諧波齒輪裝置具備：不僅是外齒與內齒之齒冠齒形間的嚙合，還能遍及更大範圍地嚙合的齒形。
為了解決上述的課題，本發明的諧波齒輪裝置，為了使其可撓性外齒輪的齒冠齒形，可接觸(2度接觸)於剛性內齒輪的齒根(Dedendum)齒形及齒冠齒形，且使剛性內齒輪的齒冠齒形，可接觸(2度接觸)於可撓性外齒輪的齒根齒形與齒冠齒形，而對兩齒輪的齒形做了設定。
此外，本發明之杯型、煙囪型的諧波齒輪裝置，為了在其可撓性外齒輪的齒幅中央附近，使其可撓性外齒輪的齒冠齒形，可接觸(2度接觸)於剛性內齒輪的齒根齒形及齒冠齒形，且使剛性內齒輪的齒冠齒形，可接觸(2度接觸)於可撓性外齒輪的齒根齒形與齒冠齒形，而對兩齒輪的齒形做了設定，且為了遍及可撓性外齒輪的整個齒交線地使其齒冠齒形與剛性內齒輪的齒冠齒形嚙合，而對兩齒輪的齒形施以移位(dislocation)。
亦即，本發明中具有2度接觸之負偏位齒形的諧波齒輪裝置，具有：剛性內齒輪(2)；和在其內側配置成同軸狀的可撓性外齒輪(3)；及嵌合於其內側的諧波產生器(4)，前述可撓性外齒輪(3)被前述諧波產生器(4)彎折成橢 圓狀，而被彎折成橢圓狀之前述可撓性外齒輪的外齒(34)，在其長軸方向的兩端部，嚙合於前述剛性內齒輪(2)的內齒(24)，前述剛性內齒輪(2)、及變形成橢圓狀前的前述可撓性外齒輪(3)，皆為模數m的正齒輪(spur wheel；或稱為平齒輪)，前述可撓性外齒輪(3)的齒數，倘若將n設成正的整數，便較前述剛性內齒輪(2)的齒數少2n齒，在前述外齒(34)之齒交線方向的任意位置之軸直角剖面中，於前述可撓性外齒輪(3)之橢圓狀圓周中立線上的長軸位置(L1)，相對於其彎折前之圓周中立圓的撓曲量，倘若將κ設為撓曲係數，便為2 κ mn，前述外齒(34)，是撓曲係數κ為0<κ<1的負偏位齒形，前述內齒(24)，其齒冠齒形由第1相似曲線所限定，其齒根齒形則由第1齒形演生曲線(generating curve)所限定，前述外齒(34)，其齒冠齒形由第2相似曲線所限定，其齒根齒形則由第2齒形演生曲線(generating curve)所限定，前述第1、第2相似曲線，在前述外齒(34)與前述(24)的嚙合是以齒條嚙合形成近似的場合中，是依據「在前述外齒(34)之齒交線方向的各位置，前述外齒(34)伴隨著前述諧波產生器(4)的轉動而相對於前述內齒(24)的移動軌跡 (Mc)」所獲得的曲線，前述第1相似曲線，是擷取從前述移動軌跡(Mc)的一個頂點(D)到下一個底點(B)為止的曲線部分，以前述底點(B)作為相似的中心，將從該曲線部分的反曲點(inflection point)(A)到前述底點(B)為止的第1曲線部分(AB)，縮小λ倍(0<λ<1)的曲線，前述第2相似曲線，是將「把前述第1相似曲線(BC)中前述底點(B)之相反側的端點(C)作為中心，並藉由將該第1相似曲線(BC)轉動180度」而所獲得的曲線，以該端點(C)作為中心而形成(1-λ)/λ倍的曲線，前述第1齒形演生曲線，是在「由前述第2相似曲線(AC)所限定之前述外齒的齒冠齒形，從前述移動軌跡(Mc)的前述反曲點(A)，移動至該移動軌跡(Mc)之頂點(D)」的過程中，形成於前述內齒(24)的曲線，前述第2齒形演生曲線，是在「由前述第1相似曲線(BC)所限定之前述內齒的齒冠齒形，從前述反曲點(A)，抵達前述頂點(D)」的移動過程中，形成於前述外齒(34)的曲線。
在本文中，杯型或者煙囪型的可撓性外齒輪(3)，具備：可撓性的圓筒狀本體(31)；和從該圓筒狀本體(31)的後端朝半徑方向延伸的膜片(32)，並在前述圓筒狀本體(31)之前端開口(31a)側的外周面部分，形成前述外齒(34)。前述外齒(34)的撓曲量，是沿著其齒交線方向，從前述膜片(32)側的內端部(34b)朝向前述前端開口(31a)側的 開口端部(34a)，是對「從前述膜片(32)起的距離」成比例地增加。
在該場合中，本發明的諧波齒輪裝置(1)，倘若將「前述外齒(34)的前述開口端部(34a)與前述內端部(34b)間之齒交線方向的任意位置」設為主剖面位置，位於該主剖面位置之前述外齒(34)的齒形，是由前述第2相似曲線與前述第2齒形演生曲線所規定的基本外齒齒形。前述外齒(34)之齒交線方向上的前述主剖面位置以外之位置的齒形形狀，是對前述基本外齒齒形，施以對應於前述撓曲量之移位的移位齒形。亦即，前述外齒(34)從前述主剖面位置到前述開口端部(34a)之齒交線方向的各位置的齒形形狀，是藉由施以移位而使「在各位置描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡的頂點」，接觸於「位於前述主剖面位置之前述移動軌跡(Mc)的頂點」而所獲得的齒形形狀，前述外齒(34)從前述主剖面位置到前述內端部(34b)之齒交線方向的各位置的齒形形狀，是藉由施以移位而使「在各位置描繪出前述基本外齒齒形之前述移動軌跡的底部」，接觸於「位在前述主剖面位置之前述移動軌跡(Mc)的底部」而所獲得的齒形形狀。
此外，最好是分別對前述內齒(24)的齒根齒形及前述外齒(34)的齒根齒形實施修正，以確保與相對應之齒冠齒形間所需的頂部間隙(top clearance)。
A‧‧‧反曲點
AB‧‧‧第1曲線部分
AC‧‧‧第2相似曲線
B‧‧‧底點
B1C‧‧‧曲線
BA‧‧‧曲線
BC‧‧‧第1相似曲線
C‧‧‧端點
C1‧‧‧4次曲線
D‧‧‧頂點
L1‧‧‧長軸位置(長軸)
L2‧‧‧短軸
Ma‧‧‧移動軌跡(曲線)
Ma1‧‧‧移動軌跡
Mb‧‧‧移動軌跡(曲線)
Mb1‧‧‧移動軌跡
Mc‧‧‧移動軌跡(曲線)
1‧‧‧諧波齒輪裝置
2‧‧‧剛性內齒輪(齒輪)
3‧‧‧可撓性外齒輪(齒輪)
4‧‧‧諧波產生器
24‧‧‧內齒
24A‧‧‧曲線
31‧‧‧圓筒狀本體
31a‧‧‧前端開口
31b‧‧‧後端
32‧‧‧膜片
33‧‧‧輪轂
34‧‧‧外齒
34A‧‧‧曲線
34a‧‧‧開口端部
34b‧‧‧內端部
34c‧‧‧主剖面位置
第1圖：是顯示採用了本發明的諧波齒輪裝置之其中一例的概略前視圖。
第2圖：為顯示杯型及煙囪型之可撓性外齒輪的彎折狀態的說明圖，其中(a)顯示變形前的狀態，(b)顯示包含「已變形成橢圓狀之可撓性外齒輪的長軸」之剖面的狀態，(c)顯示包含「已變形成橢圓狀之可撓性外齒輪的短軸」之剖面的狀態。
第3圖A：是顯示利用齒條使兩個齒輪近似(approximation)時，在外齒之齒交線(tooth trace)方向的內端面、主剖面及開口端部的各位置所獲得之外齒的移動軌跡的圖表。
第3圖B：是顯示利用齒條使兩個齒輪接近時，在外齒之齒交線方向的內端面、主剖面及開口端部的各位置所獲得之「經移位(dislocation)的外齒之移動軌跡」的圖表。
第4圖：是顯示由「位於可撓性外齒輪的主剖面位置」之外齒的移動軌跡所導出，用來限定兩齒輪之各自的齒冠(addendum)之基本齒形的相似曲線(homothetic curve)的說明圖。
第5圖：為顯示可撓性外齒輪之齒交線的中央附近之形狀的圖表。
第6圖：是顯示「經施以移位之可撓性外齒輪之齒的齒交線方向之輪廓」的說明圖。
第7圖：(a)、(b)及(c)顯示由「分別位於開口端部、主 剖面及內端部」的可撓性外齒輪之齒的移動軌跡；及可撓性外齒輪及剛性內齒輪的齒條近似(rack approximation)之嚙合(咬合)的說明圖。
(諧波齒輪裝置的構造)
第1圖，為本發明之對象的的諧波齒輪裝置的前視圖。第2圖(a)~(c)，是顯示將該可撓性外齒輪的開口部彎折成橢圓狀之狀態的剖面圖，第2圖(a)為變形前的狀態，第2圖(b)是顯示變形後包含橢圓狀之長軸的剖面，第2圖(c)是顯示變形後包含橢圓之短軸的剖面。而在第2圖(a)~(c)中，實線是表示杯型可撓性外齒輪之膜片及輪轂的部分，虛線則表示煙囪型可撓性外齒輪之膜片及輪轂的部分。
如同上述圖面所示，諧波齒輪裝置1具有：圓環狀剛性內齒輪2；和配置於其內側的可撓性外齒輪3；及嵌合於其內側之橢圓狀輪廓的諧波產生器4。剛性內齒輪2、及變形前的可撓性外齒輪3，皆為模數m的正齒輪。剛性內齒輪2與可撓性外齒輪3的齒數差為2n(n為正的整數)，諧波齒輪裝置1之圓形的可撓性外齒輪3，是由橢圓狀輪廓的諧波產生器4彎折成橢圓狀。在被彎折成橢圓狀之可撓性外齒輪3之其長軸L1方向的兩端部分，可撓性外齒輪3嚙合於剛性內齒輪2。
一旦諧波產生器4轉動，兩齒輪2、3的嚙合位置便朝周方向移動，對應於兩齒輪之齒數差的相對轉動在兩齒輪2、3間產生。可撓性外齒輪3具備：可撓性的圓筒狀本體31；和從圓筒狀本體31之其中一側的後端31b朝半徑方向擴張的膜片32；和連接於膜片32的輪轂33；及形成於圓筒狀本體31之另一側的開口端31a側之外周面部分的外齒34。
橢圓狀輪廓的諧波產生器4，嵌入圓筒狀本體31之外齒形成部分的內周面部分。藉由諧波產生器4，圓筒狀本體31從其膜片側的後端31b朝向開口端31a，逐漸增加朝向半徑方向之外側或內側的撓曲量。如第2圖(b)所示，在包含橢圓狀曲線之長軸L1的剖面，朝向外側的撓曲量是對「從後端31b到開口端31a的距離」成比例地漸增。如第2圖(c)所示，在包含橢圓狀曲線之短軸L2的剖面，朝向內側的撓曲量是對「從後端31b到開口端31a的距離」成比例地漸增。形成於開口端31a側之外周部分的外齒34，也從其齒交線方向的內端部34b朝向開口側的開口端部34a，對「從後端31b起的距離」成比例地使撓曲量漸增。
在外齒34之齒交線方向的任意位置之軸直角剖面中，通過被彎折成橢圓狀前之外齒34的齒底圓周之厚度方向中央的圓，為圓周中立圓。相對於此，通過被彎折成橢圓狀後的齒底圓周之厚度方向中央的橢圓狀曲線，則被稱為圓周中立曲線。相對於「位於橢圓狀的圓周中立 曲線之長軸位置的圓周中立圓」之長軸方向的撓曲量w，是將κ(包含1的實數(real number))作為撓曲係數，而以2 κ mn表示。本發明之可撓性外齒輪3的齒形為負偏位齒形，其開口端31a的撓曲係數κ被設定成0<κ<1。
亦即，將可撓性外齒輪3之外齒34的齒數設為ZF，將剛性內齒輪2之內齒24的齒數設為ZC，將諧波齒輪裝置1的減速比設成R(=ZF/(ZC-ZF)=ZF/2n)，而將「可撓性外齒輪3的節距圓直徑mZF」除以減速比R的值(mZF/R=2mm)作為長軸方向之正規(標準)的撓曲量w。諧波齒輪裝置1，一般是設計成在「諧波產生器4之波形軸承的滾珠中心，位於其可撓性外齒輪3之齒交線方向」的部位，以正規的撓曲量wO(=2mn)彎折(撓曲)。撓曲係數κ是表示：「在可撓性外齒輪3之齒交線方向的各軸直角剖面的撓曲量w」除以正規撓曲量的值。因此，在外齒34中，獲得正規撓曲量wO之位置的撓曲係數為κ=1，在撓曲量w更少之剖面位置的撓曲係數則成為κ<1，在撓曲量w更多之剖面位置的撓曲係數則成為κ>1。將獲得外齒34之正規撓曲量wO(κ=1)的齒形稱為標準偏位齒形，將獲得較正規撓曲量更少之撓曲量(κ<1)的齒形稱為負偏位齒形，將獲得較正規撓曲量更多之撓曲量(κ>1)的齒形稱為正偏位齒形。如同先前所述，本發明之可撓性外齒輪3的外齒34被設定為負偏位齒形。
第3圖A，是顯示利用齒條使諧波齒輪裝置1的兩齒輪2、3的相對運動近似(approximation)時所獲得 之「可撓性外齒輪3的外齒34相對於剛性內齒輪2的內齒24之移動軌跡」的圖。在圖面中，x軸表示齒條的平移方向，y軸表示對平移方向呈直角的方向。y軸的原點是作為移動軌跡之振幅的平均位置。曲線Ma，是在外齒34之開口端部34a所獲得的移動軌跡，曲線Mb，是在內端部34b所獲得的移動軌跡。曲線Mc，是在齒交線方向上從開口端部34a到內端部34b間的任意位置所獲得的移動軌跡，在本例中是於齒交線方向的中央部(以下，將該位置稱為「主剖面位置」)所獲得。可撓性外齒輪3的外齒34相對於剛性內齒輪2的內齒24的移動軌跡，由以下的算式所表示。
x=0.5mn(θ-κsinθ) y=κmncosθ
倘若為了能簡單地說明，而設成模數m=1、n=1(齒數差2n=2)時，上述的算式則能以下述的算式1表示。
(算式1)x=0.5(θ-κsinθ) y=κcosθ
(主剖面位置之齒形的形成方法)
第4圖，是顯示「位於主剖面位置的外齒34、內齒24之齒條齒形形成的原理」的說明圖。在本發明中，為了限定「位於主剖面位置的齒冠齒形」，而利用在可撓性外齒輪3的主剖面位置所獲得的移動軌跡Mc。
首先，在第4圖以粗實線所表示的移動軌跡 Mc中，取出參數θ為從π到θA為止之範圍的第1曲線AB。參數θ=π的位置，是移動軌跡Mc的底部的B點，參數θ=θA的位置，是移動曲線Mc之反曲點的A點。接著，以B點作為相似中心對第1曲線AB進行λ倍(0<λ<1)的相似變換，而獲得第1相似曲線BC。採用第1相似曲線BC作為剛性內齒輪2之內齒24的齒冠齒形。在第4圖中，顯示λ=0.4的場合。
接著，以「第1相似曲線BC中，B點之相反側端點的C點」作為相似中心，將第1相似曲線BC轉動180度，而獲得以虛擬線所表示的曲線B1C。以C點作為相似中心，對該曲線B1C進行(1-λ)/λ倍的相似變換，而獲得第2相似曲線CA。採用第2相似曲線CA作為可撓性外齒輪3之外齒34中的基本齒冠齒形。
經上述說明所設定的齒冠齒形，倘若以算式來說明時，將成為以下的算式2、算式3。
<剛性內齒輪之齒冠齒形的基本式>
(算式2)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-κsinθ)} y(θ)=κ{λ(1+cosθ)-1} (θA≦θ≦π)
<可撓性外齒輪之齒冠齒形的基本式>
(算式3)x(θ)=0.5{(1-λ)(π-θ+κsinθ)+θA-κsinθA} y(θ)=κ{cosθA-(1-λ)(1+cosθ)} (θA≦θ≦π)
在此，將「可撓性外齒輪3的齒冠齒形，從移 動軌跡Mc之頂點的D點移動至反曲點的A點的期間」，形成於剛性內齒輪2的曲線，制定為剛性內齒輪2之基本的齒根齒形。該齒根齒形，是由「從算式1與算式3所求出」的後述算式4所賦予。
(算式4)x(θ)=0.5{(1-λ)(π-θ+κsinθ) +κ(sinθA-sinθ)-(θA/π)θ+θA-κsinθA} y(θ)=κ{cosθ-(1-λ)(1+cosθ)}
同樣地，將「可撓性外齒輪3的齒冠齒形，從移動軌跡Mc之頂點的D點移動至反曲點的A點的期間」，剛性內齒輪2的齒冠齒形形成於可撓性外齒輪的曲線，制定為可撓性外齒輪之基本的齒根齒形。該齒根齒形，是由「從算式1與算式2所求出」的後述算式5所賦予。
(算式5)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-κsinθ)-κ(sinθA-sinθ)+(θA/π)θ} y(θ)=κ{λ(1+cosθ)-1+cosθA-cosθ}
第4圖所示的曲線24A，是表示具備「以上述說明所設定之齒冠齒形與齒根齒形」的內齒24的形狀，曲線34A則表示具備「以上述說明所設定之齒冠齒形與齒根齒形」的外齒34的形狀。兩齒輪2、3之實際的齒根齒形，為了確保與「所對應之齒輪的齒前緣」之間的頂部間隙，對採上述說明所設定的基本齒根齒形實施修正。
在此，剛性內齒輪2的齒形，在其齒交線方向上為相同的形狀，是由上述的齒冠齒形；與對上述齒根齒形實施了「用來確保與外齒的齒前緣間之頂部間隙」之修 正的修正齒根齒形所限定。
另外，對於可撓性外齒輪3的齒形，在平板型諧波齒輪裝置的場合中，與剛性內齒輪的場合相同，是由上述齒冠齒形；與對上述齒根齒形實施了「用來確保與內齒的齒前緣間之頂部間隙」之修正的修正齒根齒形所限定。換言之，齒交線方向上之各位置的齒形形狀皆相同。
相對於此，在應用於杯型、煙囪型諧波齒輪裝置的杯型、煙囪型之可撓性外齒輪的場合中，在主剖面位置，是由上述齒冠齒形；與對「如上述說明所設定的齒根齒形」實施了「用來確保與內齒的齒前緣間之頂部間隙」之修正的修正齒根齒形所限定。對於主剖面位置以外的齒形，如同以下所述地，形成「對主剖面位置的齒形，施以對應於撓曲量之移位」的移位齒形。
(位於主剖面位置以外的位置之外齒齒形的形成方法)
在可撓性外齒輪3的齒形，從外齒34的主剖面位置到開口端部34a、及從主剖面位置到內端面34b，施以對應於撓曲係數κ之值的移位。倘若將對外齒34之齒形實施的移位量設為mnh時，在m=1、n=1之場合中的移位量成為h。倘若將主剖面位置的撓曲係數設成κA時，在移位齒形之齒交線方向的各位置處的移動軌跡及移位量，是以下述的算式1A所表示。
(算式1A) x=0.5(θ-κsinθ) y=κcosθ+h h=-｜κA-κ｜
根據該移位，第3圖A所示之開口端部34a處的移動軌跡Ma及內端部34b處的移動軌跡Mb，分別變化成第3圖B所示的移動軌跡Ma1、Mb1。亦即，從主剖面位置到開口端部34a，在外齒34的各位置，移動軌跡的頂部在主剖面位置處之移動軌跡Mc的頂部形成一致。此外，從主剖面位置到內端部34b，在外齒34的各位置，移動軌跡的底部在主剖面位置處之移動軌跡Mc的底部形成一致。
如此一來，在可撓性外齒輪3中，其主剖面位置以外的齒形，形成：對主剖面位置處的齒形，施以「由算式1A的第3算式所賦予的移位量h之移位」的移位齒形。
第5圖，為顯示可撓性外齒輪3之齒交線方向的中央附近之移位量的其中一例的圖表。該圖面中的橫軸，表示從外齒34之齒交線方向的中央(主剖面位置)起的距離，縱軸則表示移位量h。移位量h，是以相同傾斜的移位直線L1、L2所表示。移位直線L1，表示從主剖面位置到開口端部34a的移位量，移位直線L2，表示從主剖面位置到內端面34b的移位量。
此外，在第5圖中，是將主剖面位置作為頂點，並顯示連接於移位直線L1、L2的4次曲線C1。倘若依據該4次曲線C1來決定各位置處的移位量時，由於在 包含外齒34之主剖面位置的齒交線方向的中央部分，形成實質上的平坦部，因此能保證移位的順暢變化，可撓性外齒輪3之切齒(gear cutting)時的尺寸管理也變得容易。
第6圖，是顯示沿著外齒34及內齒24的齒交線方向之齒形輪廓的說明圖。在該圖中，是顯示在「包含兩齒輪之嚙合狀態中的長軸」之剖面處的狀態(最深度嚙合的狀態)。外齒34之齒交線方向的齒形輪廓，在包含其主剖面位置34c之齒交線方向的中央部分，是由上述的4次曲線C1所限定，在從該中央部分到開口端部34a之間的部分，是由移位直線L1所限定，在從中央部分到內端部34b之間的部分，則由移位直線L2所限定。
第7圖(a)、(b)、(c)，是以齒條近似來表示「以上述說明設定齒形的外齒34與內齒24間之嚙合狀態」的說明圖。第7圖(a)是在外齒34之開口端部34a的位置所獲得，第7圖(b)是在外齒34的主剖面位置所獲得，第7圖(c)是在外齒34之內端部34b的位置所獲得。從這些移動軌跡可得知，在形成近似的同時，可撓性外齒輪3的外齒34，在從其開口端部34a經由主剖面位置到達內端部34b的所有位置，對內齒24進行了充分的接觸。
如以上所說明，諧波齒輪裝置1，其可撓性外齒輪3的齒冠齒形，與剛性內齒輪2的齒根齒形及齒冠齒形形成2度接觸，且剛性內齒輪2的齒冠齒形，與可撓性外齒輪的齒根齒形與齒冠齒形形成2度接觸。因此，兩齒輪2、3，不僅是齒冠齒形間的連續嚙合，還能遍及更大 範圍地嚙合。據此，可以實現能傳遞更多的扭矩(扭力)的諧波齒輪裝置。

Claims (3)

  1. 一種具有2度接觸之負偏位齒形的諧波齒輪裝置(1)，其特徵為：具有：剛性內齒輪(2)；和在其內側配置成同軸狀的可撓性外齒輪(3)；及嵌合於其內側的諧波產生器(4)，前述可撓性外齒輪(3)被前述諧波產生器(4)彎折成橢圓狀，而被彎折成橢圓狀之前述可撓性外齒輪的外齒(34)，在其長軸方向的兩端部，嚙合於前述剛性內齒輪(2)的內齒(24)，前述剛性內齒輪(2)、及變形成橢圓狀前的前述可撓性外齒輪(3)，皆為模數m的正齒輪，前述可撓性外齒輪(3)的齒數，倘若將n設成正的整數，便較前述剛性內齒輪(2)的齒數少2n齒，在前述外齒(34)之齒交線方向的任意位置之軸直角剖面中，於前述可撓性外齒輪(3)之橢圓狀圓周中立線上的長軸位置(L1)，相對於其彎折前之圓周中立圓的撓曲量，倘若將κ設為撓曲係數，便為2 κ mn，前述外齒(34)，是撓曲係數κ為0<κ<1的負偏位齒形，前述內齒(24)，其齒冠齒形由第1相似曲線所限定，其齒根齒形則由第1齒形演生曲線所限定，前述外齒(34)，其齒冠齒形由第2相似曲線所限定，其齒根齒形則由第2齒形演生曲線所限定，前述第1、第2相似曲線為：在前述外齒(34)與前述 (24)的嚙合是以齒條嚙合形成近似的場合中，依據「在前述外齒(34)之齒交線方向的各位置，前述外齒(34)伴隨著前述諧波產生器(4)的轉動而相對於前述內齒(24)的移動軌跡(Mc)」所獲得的曲線，前述第1相似曲線為：擷取從前述移動軌跡(Mc)的一個頂點(D)到下一個底點(B)為止的曲線部分，以前述底點(B)作為相似的中心，將從該曲線部分的反曲點(A)到前述底點(B)為止的第1曲線部分(AB)，縮小λ倍(0<λ<1)的曲線，前述第2相似曲線為：將「把前述第1相似曲線(BC)中前述底點(B)之相反側的端點(C)作為中心，並藉由將該第1相似曲線(BC)轉動180度」而所獲得的曲線，以該端點(C)作為中心而形成(1-λ)/λ倍的曲線，前述第1齒形演生曲線為：在由前述第2相似曲線(AC)所限定之前述外齒的齒冠齒形，從前述移動軌跡(Mc)的前述反曲點(A)，移動至該移動軌跡(Mc)之頂點(D)的過程中，形成於前述內齒(24)的曲線，前述第2齒形演生曲線為：在由前述第1相似曲線(BC)所限定之前述內齒的齒冠齒形，從前述反曲點(A)，抵達前述頂點(D)的移動過程中，形成於前述外齒(34)的曲線。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的具有2度接觸之負偏位齒形的諧波齒輪裝置(1)，其中前述可撓性外齒輪(3)具備：可撓性的圓筒狀本體(31)；和從該圓筒狀本體的後 端朝半徑方向延伸的膜片(32)，並在前述圓筒狀本體(31)之前端開口(31a)側的外周面部分，形成前述外齒(34)，前述外齒(34)的撓曲量，是沿著其齒交線方向，從前述膜片(32)側的內端部(34b)朝向前述前端開口(31a)側的開口端部(34a)，對「從前述膜片(32)起的距離」成比例地增加，倘若將前述外齒(34)的前述開口端部(34a)與前述內端部(34b)間之齒交線方向的任意位置設為主剖面位置，位於該主剖面位置之前述外齒(34)的齒形，是由前述第2相似曲線與前述第2齒形演生曲線所規定的基本外齒齒形，前述外齒(34)之齒交線方向上的前述主剖面位置以外之位置的齒形形狀，是對前述基本外齒齒形，施以對應於前述撓曲量之移位的移位齒形，前述外齒(34)從前述主剖面位置到前述開口端部(34a)之齒交線方向的各位置的齒形形狀，是藉由施以移位而使「在各位置描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡的頂點」，接觸於「位於前述主剖面位置之前述移動軌跡(Mc)的頂點」而所獲得的齒形形狀，前述外齒(34)從前述主剖面位置到前述內端部(34b)之齒交線方向的各位置的齒形形狀，是藉由施以移位而使「在各位置描繪出前述基本外齒齒形之前述移動軌跡的底部」，接觸於「位在前述主剖面位置之前述移動軌跡(Mc)的底部」而所獲得的齒形形狀。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的具有2度接 觸之負偏位齒形的諧波齒輪裝置(1)，其中分別對前述內齒(24)的齒根齒形及前述外齒(34)的齒根齒形實施修正，以確保與相對應之齒冠齒形間所需的頂部間隙。
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