TWI650495B - 扁平型諧波齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

在扁平型諧波齒輪裝置(1)的可撓性外齒齒輪(4)之外齒(7)，係在第1外齒部分(8)與第2外齒部分(9)之間形成有鏟齒部分(10)。鏟齒部分(10)之齒交線方向的長度L1，係在外齒的齒寬L之0.1至0.5的範圍內。當將外齒的節圓直徑設為PCD時，鏟齒部分(10)的最大鏟齒量t，就滿足條件式：3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4。支撐第1外齒部分(8)、第2外齒部分(9)的第1、第2波浪型軸承之支撐中心間距離Lo，係滿足條件式：0.35L<Lo<0.7L。可以將外齒之齒交線方向的齒面荷重分布平均化，且可以實現傳遞負荷容量較高的扁平型諧波齒輪裝置。

Description

扁平型諧波齒輪裝置

本發明係關於一種具備有一對剛性內齒齒輪、圓筒形狀之可撓性外齒齒輪、及諧波產生器的扁平型諧波齒輪裝置。

扁平型諧波齒輪裝置，係使一方的第1剛性內齒齒輪之齒數比可撓性外齒齒輪更多，而使另一方的第2剛性內齒齒輪之齒數與可撓性外齒齒輪相同。可撓性外齒齒輪係能藉由諧波產生器而撓曲成非圓形、例如橢圓狀，並與第1、第2剛性內齒齒輪之各個局部地嚙合。

當藉由馬達等使諧波產生器旋轉時，齒數不同的第1剛性內齒齒輪與可撓性外齒齒輪之間的嚙合位置就朝向圓周方向移動。當以不旋轉之方式固定第1剛性內齒齒輪時，可撓性外齒齒輪就在諧波產生器旋轉1圈的期間，對第1剛性內齒齒輪僅以其等之齒數差進行相對旋轉。另一方的第2剛性內齒齒輪係被支撐成旋轉自如之狀態，且與可撓性外齒齒輪一體旋轉。因而，藉由第1剛性 內齒齒輪與可撓性外齒齒輪之齒數差，輸入旋轉(諧波產生器之旋轉)就能以既定的減速比來減速，而減速後的旋轉則能從第2剛性內齒齒輪輸出。

在專利文獻1、2中，已有記載一種具備二排滾珠軸承之諧波產生器的扁平型諧波齒輪裝置。該形式的諧波產生器，係由具備有橢圓狀輪廓之外周面的剛性栓塞、以及安裝於該外周面的二排滾珠軸承所構成。藉由撓曲成橢圓狀的各滾珠軸承之外座圈之長軸兩端的部分，可撓性外齒齒輪會被推向半徑方向之外方，而能保持可撓性外齒齒輪對第1、第2剛性內齒齒輪之嚙合。

另外，在具有具備二排滾珠軸承之諧波產生器的扁平型諧波齒輪裝置中，二排滾珠軸承係偏靠於外齒之齒交線方向的中央部分而配置，且其滾珠中心間距離為外齒的全齒寬之1/3以下。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本實開平01-91151號公報

專利文獻2：日本特開平02-275147號公報

在此，可撓性外齒齒輪，係使其齒交線方向之一方的部分與第1剛性內齒齒輪嚙合，而使另一方的部 分與第2剛性內齒齒輪嚙合。因而，藉由負載轉矩(load torque)，在齒交線方向之一方及另一方不同大小之力，就從第1、第2剛性內齒齒輪，作用於可撓性外齒齒輪，且在可撓性外齒齒輪上產生扭彎。因此，齒交線方向之各位置的輪齒接觸會變化，且作用於齒交線方向之各部分的齒面荷重會變化。

又，薄壁彈性體之可撓性外齒齒輪與第1、第2剛性內齒齒輪之嚙合狀態、尤其是其等之齒交線方向的嚙合狀態，係受到諧波產生器之支撐剛性所左右。當齒交線方向之各位置的嚙合狀態並非適當時，諧波齒輪裝置之傳遞負荷容量就降低。

為了提高可撓性外齒齒輪之齒底疲勞強度並提升傳遞負荷容量，而需要將齒交線方向之齒面荷重分布平坦化，且降低最大齒面荷重。又，為了在齒交線方向之各位置形成適當的嚙合狀態，而需要提高諧波產生器之支撐剛性。

更且，當藉由諧波產生器而致使的可撓性外齒齒輪之支撐狀態並非適當時，二排滾珠軸承之軸承滾珠荷重分布就大幅地變化，且其等的壽命會降低。

本發明之課題係在於有鑑於此種問題點，並為了提高可撓性外齒齒輪之齒底疲勞強度及裝置之傳遞負荷容量，而提供一種可以將可撓性外齒齒輪之齒交線方向的齒面荷重分布平坦化，且可以在齒交線方向之各位置形成優異之嚙合狀態的扁平型諧波齒輪裝置。

又，本發明之課題係在於為了延長諧波產生器之壽命，而提供一種可以將在該二排滾珠軸承所產生之軸承滾珠荷重分布平坦化的扁平型諧波齒輪裝置。

為了解決上述課題，本發明之扁平型諧波齒輪裝置，其特徵為，具有：第1剛性內齒齒輪，其係具備第1齒數的第1內齒；及第2剛性內齒齒輪，其係同軸地配置於前述第1剛性內齒齒輪的隔壁，且具備與前述第1齒數不同之第2齒數的第2內齒；及圓筒形狀之可撓性外齒齒輪，其係同軸地配置於前述第1、第2剛性內齒齒輪的內側，且具備能夠與前述第1內齒及前述第2內齒嚙合的外齒，能夠朝向半徑方向撓曲；以及諧波產生器，其係配置於前述可撓性外齒齒輪的內側，用以將該可撓性外齒齒輪撓曲成非圓形，並使前述外齒與前述第1、第2內齒局部地嚙合，前述外齒係具備包含前述第1、第2內齒的齒寬，在前述外齒之前述齒寬方向的一方側形成有與前述第1內齒對峙的第1外齒部分，在另一方側形成有與前述第2內齒對峙的第2外齒部分，前述第1、第2外齒部分之間的部分，係成為及於既定之長度而形成於該齒交線方向的鏟齒 部分，前述諧波產生器，係具備：支撐前述第1外齒部分的第1波浪型軸承；以及支撐前述第2外齒部分的第2波浪型軸承，前述鏟齒部分，係以齒高在該鏟齒部分中的前述齒交線方向之中央變成最低的方式所形成，當將前述外齒的全齒寬設為L，將前述鏟齒部分之前述齒交線方向的鏟齒長度設為L1時，該鏟齒長度L1，就滿足條件式0.1L<L1<0.5L，當將前述外齒的節圓直徑設為PCD，將前述鏟齒部分中的從前述外齒之齒頂面至齒高方向(tooth depth direction)的最大鏟齒量設為t時，該最大鏟齒量t，就滿足條件式3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4，當將前述第1、第2波浪型軸承的支撐中心間距離設為Lo時，該支撐中心間距離Lo，就隨著前述鏟齒長度L1之增減而增減，且對前述外齒的全齒寬L，滿足條件式0.35L<Lo<0.7L。

本發明之扁平型諧波齒輪裝置，係在可撓性外齒齒輪之外齒，於第1外齒部分與第2外齒部分之間形成有鏟齒部分。由於是適當地設定鏟齒部分之鏟齒形狀(齒交線方向之鏟齒長度L1、齒高方向之最大鏟齒量t)，所以可以抑制齒交線方向的外齒之扭彎發生。因而，在外 齒與第1、第2內齒之間，可以在外齒之齒交線方向的各位置形成優異的嚙合狀態，且可以將外齒之齒交線方向的齒面荷重分布平坦化。藉此，可以提高可撓性外齒齒輪之齒底疲勞強度，且可以提高扁平型諧波齒輪裝置之傳遞負荷容量。

又，在本發明中，係使第1、第2波浪型軸承之支撐中心間距離Lo，隨著鏟齒長度L1之增減而增減。藉此，可以使第1、第2波浪型軸承之支撐中心，靠近第1外齒部分與第1內齒之嚙合中心、以及第2外齒部分與第2內齒之嚙合中心。藉此，可以提高藉由諧波產生器而致使的外齒之支撐剛性。

更且，在本發明中，係以相對於第1、第2外齒部分之側的嚙合中心，使第1、第2波浪型軸承之支撐中心在齒交線方向之內側形成為較大的方式，將支撐中心間距離Lo設為比0.35L還大。又，以第1、第2波浪型軸承之外座圈，沿著齒交線方向收在外齒之齒寬內的方式，將支撐中心間距離Lo設為未滿0.7L。

在此，第1外齒部分係藉由第1波浪型軸承所支撐，第2外齒部分係藉由第2波浪型軸承所支撐，鏟齒部分，係在外齒之齒交線方向，位於第1、第2波浪型軸承之支撐中心之間。較佳為：外齒的鏟齒部分之鏟齒長度L1，係對第1、第2波浪型軸承之支撐中心間距離Lo，滿足以下的條件式。

0.3Lo<L1<0.7Lo

藉此，可以防止第1外齒部分之側的嚙合中心從第1波浪型軸承之支撐中心朝向齒交線方向大幅地脫離，且可以防止第2外齒部分之側的嚙合中心從第2波浪型軸承之支撐中心朝向齒交線方向大幅地脫離。

在此，第1、第2剛性內齒齒輪，係與按照鏟齒長度而使齒寬增減的第1、第2外齒部分嚙合。因而，較佳為：第1、第2剛性內齒齒輪之齒寬，也是按照鏟齒長度而使齒寬增減。

亦即，較佳為：當將第1、第2剛性內齒齒輪之齒寬、即前述第1內齒及前述第2內齒之各自的齒寬設為齒寬L2時，該齒寬L2，係對前述外齒的全齒寬L，設為滿足以下的條件式。

0.3L<L2<0.5L。

又，在滿足該條件式的範圍內，只要將前述齒寬L2，設為當前述鏟齒長度L1增加時就使其減少，而當該鏟齒長度L1減少時就使其增加即可。

在本發明之扁平型諧波齒輪裝置中，係如上述般，使二排波浪型軸承之支撐中心間距離，伴隨鏟齒長度L1之增加而增加。又，相對於第1外齒部分之側的嚙合中心，使第1波浪型軸承之支撐中心成為從齒交線方向之內側接近既定之範圍內的位置。同樣地，相對於第2外齒部分之側的嚙合中心，使第2波浪型軸承之支撐中心成為從齒交線方向之內側接近既定之範圍內的位置。

藉此，藉由鏟齒部分而分開的齒交線方向之 第1外齒部分及第2外齒部分之各個，能藉由第1、第2波浪型軸承，在齒交線方向之各位置確實地支撐。因而，可以分別改善在第1外齒部分與第1內齒間之齒交線方向之各位置的輪齒接觸、以及在第2外齒部分與第2內齒間之齒交線方向之各位置的輪齒接觸。又，可以將諧波產生器之各波浪型軸承中的轉動體之荷重分布平坦化，且可以降低其最大荷重。

結果，依據本發明，可以提高可撓性外齒齒輪之齒底疲勞強度，且可以提高諧波齒輪裝置之傳遞負荷容量。更且，可以延長諧波產生器之各波浪型軸承的壽命。

1‧‧‧扁平型諧波齒輪裝置(諧波齒輪裝置)

1a‧‧‧裝置中心軸線

2‧‧‧第1剛性內齒齒輪

2a‧‧‧第1內齒

3‧‧‧第2剛性內齒齒輪

3a‧‧‧第2內齒

4‧‧‧可撓性外齒齒輪

5‧‧‧諧波產生器

6‧‧‧圓筒體

7‧‧‧外齒

7a‧‧‧中央位置

7b‧‧‧齒頂面

8‧‧‧第1外齒部分

9‧‧‧第2外齒部分

10‧‧‧鏟齒部分

11‧‧‧剛性栓塞

11a‧‧‧第1外周面

11b‧‧‧第2外周面

12‧‧‧第1波浪型軸承

12a‧‧‧軸承滾珠中心

13‧‧‧第2波浪型軸承

13a‧‧‧軸承滾珠中心

t‧‧‧最大鏟齒量

Lo‧‧‧軸承滾珠中心間距離

L‧‧‧全齒寬

L1‧‧‧鏟齒長度

L(2)、L(3)‧‧‧齒寬

PCD‧‧‧節圓直徑

第1圖(a)及(b)係顯示應用本發明的扁平型諧波齒輪裝置之端視圖及縱剖視圖。

第2圖係顯示第1圖的扁平型諧波齒輪裝置之主要部分的示意圖。

以下，參照圖式說明應用本發明的扁平型諧波齒輪裝置之實施形態。

第1圖(a)係顯示扁平型諧波齒輪裝置的端視圖，第1圖(b)係顯示以第1圖(a)之b-b線切斷後的部分 之縱剖視圖。第2圖係顯示諧波齒輪裝置之可撓性外齒齒輪和諧波產生器的示意圖。扁平型諧波齒輪裝置1(以下，稱為「諧波齒輪裝置1」)，係具備：圓環狀之第1剛性內齒齒輪2；及圓環狀之第2剛性內齒齒輪3；及能夠朝向半徑方向撓曲之由薄壁彈性體所構成的圓筒形狀之可撓性外齒齒輪4；以及橢圓狀輪廓之諧波產生器5。

第1、第2剛性內齒齒輪2、3，係在裝置中心軸線1a之方向，隔開些微之間隙，而同軸地排列配置。在本例中，第1剛性內齒齒輪2為以不旋轉之方式所固定的靜止側內齒齒輪，其第1內齒2a之齒數為Zc1。第2剛性內齒齒輪3為能以旋轉自如之狀態所支撐的驅動側內齒齒輪，其第2內齒3a之齒數為Zc2。第1內齒2a之齒數Zc1，係比第2內齒3a之齒數Zc2僅多出2n片(n：正的整數)。第2剛性內齒齒輪3為諧波齒輪裝置1的減速旋轉輸出要件。

圓筒形狀之可撓性外齒齒輪4，係同軸地配置於第1、第2剛性內齒齒輪2、3之內側。可撓性外齒齒輪4，係具備：能夠朝向半徑方向撓曲之由薄壁彈性體所構成的圓筒體6；以及形成於該圓筒體6之圓形外周面的外齒7。外齒7係能夠與第1、第2內齒2a、3a嚙合，且其齒數Zf係與驅動側的第2內齒3a之齒數Zc2相同。

外齒7，係具備大致包含第1、第2內齒2a、3a的齒寬。又，外齒7，係在其齒交線方向之一方側形成有與第1內齒2a對峙的第1外齒部分8，在另一方側形 成有與第2內齒3a對峙的第2外齒部分9。第1、第2外齒部分8、9之間的外齒7之部分係成為鏟齒部分10。

諧波產生器5為諧波齒輪裝置1的旋轉輸入要件。諧波產生器5，係具備：橢圓狀輪廓之剛性栓塞11；以及安裝於該剛性栓塞11之橢圓狀外周面的第1波浪型軸承12及第2波浪型軸承13。在第1、第2波浪型軸承12、13係使用滾珠軸承。

諧波產生器5係嵌入可撓性外齒齒輪4之圓筒體6的內側，且將可撓性外齒齒輪4撓曲成橢圓狀。在撓曲成橢圓狀的可撓性外齒齒輪4之長軸位置的兩端，第1外齒部分8是與第1內齒2a嚙合，而第2外齒部分9是與第2內齒3a嚙合。當將諧波產生器5藉由未圖示之馬達等而旋轉時，第1、第2剛性內齒齒輪2、3、與可撓性外齒齒輪4之嚙合位置就朝向圓周方向移動。藉此，在齒數不同的第1剛性內齒齒輪2與可撓性外齒齒輪4之間會產生相應於齒數差的相對旋轉。由於另一方的第2剛性內齒齒輪3的齒數係與可撓性外齒齒輪4相同，所以會與可撓性外齒齒輪4成為一體而旋轉，且使減速旋轉從該第2剛性內齒齒輪3朝向未圖示之負載側輸出。

(鏟齒部分)

主要參照第2圖，針對形成於外齒7的鏟齒部分10之形狀加以說明。

首先，外齒7之第1外齒部分8、第2外齒部 分9，係分別與第1內齒2a及第2內齒3a對峙。在本例中，第1、第2內齒2a、3a之各自的齒寬L(2)、L(3)實質上是相同的。以外齒7中的齒交線方向之中央位置7a為境界，一方之側為第1外齒部分8，另一方之部分為第2外齒部分9，而第1、第2外齒部分8、9則是同一齒寬。在第1內齒2a、第2內齒3a之齒寬L(2)、L(3)為互異的情況下，係對應於此，而使第1外齒部分8、第2外齒部分9也被設為不同的齒寬。

鏟齒部分10，為藉由對外齒7之齒交線方向的中央部分施予鏟齒作業所形成的部分。鏟齒部分10之齒交線方向的長度為L1，其中心係與外齒7之中央位置7a一致。又，在鏟齒部分10中，係以從該外齒7之齒頂面7b起算的鏟齒量，在鏟齒部分10之齒交線方向的中央位置7a中成為最大的方式，施予鏟齒作業。在本例中，係以成為沿著在中央位置7a變成最深之凹曲面形狀的方式，施予鏟齒作業。也能夠施予鏟齒而成為倒梯形狀，以取代凹曲面。

當具體地說明，將外齒7之全齒寬設為L時，鏟齒部分10之齒交線方向的鏟齒長度L1，就被設定為滿足以下之條件式的值。

0.1L<L1<0.5L

又，當將變形前的圓筒狀之外齒7中的節圓直徑設為PCD，將鏟齒部分10中之從外齒7之齒頂面7b至齒高方向的最大鏟齒量設為t時，該最大鏟齒量t，就 被設定為滿足以下之條件式的值。

3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4

(軸承滾珠中心間距離)

其次，參照第2圖針對第1、第2波浪型軸承12、13之軸承滾珠中心間距離(支撐中心間距離)加以說明。

諧波產生器5之剛性栓塞11，係在其中心軸線之方向的一方側，形成有一定寬度的橢圓形輪廓之第1外周面11a，在另一方側，則形成有一定寬度的橢圓形輪廓之第2外周面11b。第1外周面11a和第2外周面11b為同一形狀的外周面。在第1外周面11a，係以撓曲成橢圓狀的狀態安裝有第1波浪型軸承12，而在第2外周面11b，係以撓曲成橢圓狀的狀態安裝有第2波浪型軸承13。第1、第2波浪型軸承12、13係在本例中為相同。在第1、第2外齒部分8、9之齒寬為不同的情況下，係對應於此，而使用尺寸不同的第1、第2波浪型軸承12、13。

第1波浪型軸承12及第2波浪型軸承13之軸承滾珠中心12a、13a，係從外齒7之齒交線方向的中央位置7a，沿著齒交線方向位在等距離的位置。又，當將軸承滾珠中心間距離設為Lo時，該軸承滾珠中心間距離Lo，就隨著鏟齒長度L1之增減而增減。又，軸承滾珠中心間距離Lo，係設定為滿足以下之條件式的值。

0.35L<Lo<0.7L

(軸承滾珠中心間距離與鏟齒長度的關係)

其次，由於第1外齒部分8係藉由第1波浪型軸承12所支撐，而第2外齒部分9係藉由第2波浪型軸承13所支撐，所以鏟齒部分10，係在外齒之齒交線方向，位於此等第1、第2波浪型軸承12、13之支撐中心之間。

外齒7之鏟齒部分10的鏟齒長度L1，係對第1、第2波浪型軸承12、13之支撐中心間距離、即軸承滾珠中心間距離Lo，設定為滿足以下之條件式的值。

0.3Lo<L1<0.7Lo

(外齒之齒寬與內齒之齒寬的關係)

另外，第1、第2剛性內齒齒輪2、3，係與按照鏟齒長度L1而使齒寬增減的第1、第2外齒部分8、9嚙合。因而，第1、第2剛性內齒齒輪2、3之各自的齒寬，也是按照鏟齒長度L1而增減。

亦即，當將第1、第2剛性內齒齒輪2、3之齒寬、即第1、第2內齒2a、3a之各自的齒寬L(2)、L(3)設為齒寬L2時，該齒寬L2，就對外齒7之全齒寬L，設定為滿足以下之條件式的值。

0.3L<L2<0.5L

又，在滿足該條件式的範圍內，齒寬L2，係當鏟齒長度L1增加就減少，而當鏟齒長度L1減少時就增加。

如以上說明般，在本例之諧波齒輪裝置1中，係對外齒7之齒交線方向的中央部分施予鏟齒作業。藉此，可以緩和外齒7之齒交線方向之中央部分的應力集中，且可以抑制外齒7之扭彎變形。結果，能在外齒7之齒交線方向的各部分中維持優異的嚙合狀態，可以謀求在外齒7之齒交線方向之各部分所產生的齒面荷重之均等化，且可以提高外齒7之齒底疲勞強度。

又，由於是如上述般地設定諧波產生器5之軸承滾珠中心間距離Lo，所以可以提高與第1內齒2a嚙合的第1外齒部分8、以及與第2內齒3a嚙合的第2外齒部分9之各自的支撐剛性。藉此，能在外齒7之齒交線方向之各部分維持優異的嚙合狀態。又，可以抑制在諧波產生器5之各波浪型軸承12、13所產生的軸承滾珠荷重之變動，且可以降低其最大荷重。

因而，可以實現一種傳遞負荷容量較高的諧波齒輪裝置，且可以延長諧波產生器5之壽命。

Claims (3)

1. 一種扁平型諧波齒輪裝置，其特徵為，具有：第1剛性內齒齒輪，其係具備第1齒數的第1內齒；及第2剛性內齒齒輪，其係同軸地配置於前述第1剛性內齒齒輪的隔壁，且具備與前述第1齒數不同之第2齒數的第2內齒；及圓筒形狀之可撓性外齒齒輪，其係同軸地配置於前述第1、第2剛性內齒齒輪的內側，且具備能夠與前述第1內齒及前述第2內齒嚙合的外齒，能夠朝向半徑方向撓曲；以及諧波產生器，其係配置於前述可撓性外齒齒輪的內側，用以將該可撓性外齒齒輪撓曲成非圓形，並使前述外齒與前述第1、第2內齒局部地嚙合，前述外齒係具備包含前述第1、第2內齒的齒寬，在前述外齒之前述齒寬方向的一方側形成有與前述第1內齒對峙的第1外齒部分，在另一方側形成有與前述第2內齒對峙的第2外齒部分，前述第1、第2外齒部分之間的部分，係成為及於既定之長度而形成於該齒交線方向的鏟齒部分，前述諧波產生器，係具備：支撐前述第1外齒部分的第1波浪型軸承；以及支撐前述第2外齒部分的第2波浪型軸承，前述鏟齒部分，係以齒高在該鏟齒部分中的前述齒交線方向之中央變成最低的方式所形成，當將前述外齒的全齒寬設為L，將前述鏟齒部分之前述齒交線方向的鏟齒長度設為L1時，該鏟齒長度L1，就滿足條件式0.1L<L1<0.5L，當將前述外齒的節圓直徑設為PCD，將前述鏟齒部分中的從前述外齒之齒頂面至齒高方向的最大鏟齒量設為t時，該最大鏟齒量設為t，就滿足條件式3.3×10^-4<t/PCD<6.3×10^-4，當將前述第1、第2波浪型軸承的支撐中心間距離設為Lo時，該支撐中心間距離Lo，就隨著前述鏟齒長度L1之增減而增減，且對前述外齒的全齒寬L，滿足條件式0.35L<Lo<0.7L。
2. 如申請專利範圍第1項所述的扁平型諧波齒輪裝置，其中，前述鏟齒長度L1，係對前述支撐中心間距離Lo，滿足條件式0.3Lo<L1<0.7Lo。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的扁平型諧波齒輪裝置，其中，當將前述第1內齒及前述第2內齒之各自的齒寬設為齒寬L2時，該齒寬L2，係當前述鏟齒長度L1增加時就減少，而當該鏟齒長度L1減少時就增加，且對前述外齒的全齒寬L，滿足條件式0.3L<L2<0.5L。