TWI753118B - 滾子齒輪凸輪機構 - Google Patents

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Abstract

提供一種可提升動力傳達效率的滾子齒輪凸輪機構。滾子齒輪凸輪機構具備有凸輪、及沿著外周方向配置複數個軸承的旋轉構件，軸承具備有軸構件、及可繞著軸構件旋轉的外輪部，外輪部的外周面在包含外輪部的中心軸線在內之外輪部的截面中為圓弧形狀，與外輪部的外周面接觸之凸輪肋的接觸部分在包含凸輪軸線在內之凸輪的截面中為圓弧形狀，外輪部的圓弧形狀構成為沿著凸輪肋的圓弧形狀，且外輪部的圓弧形狀的曲率半徑及凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯。

Description

滾子齒輪凸輪機構
本發明是有關於一種無齒隙，高剛性，具有高效率傳達性，並且可高速化、高精度化的滾子齒輪凸輪機構。
滾子齒輪凸輪機構是藉由凸輪與軸承之咬合，而以凸輪及旋轉構件其中一者之軸作為輸入軸，並以另一者之軸作為輸出軸來傳達動力的機構，其中該凸輪是以凹面桶狀凸輪(concave globoidal cam、roller gear cam)為代表，且具有螺旋形狀的凸輪肋，並且作為其中一者之軸，該軸承為複數個滾子從動件或凸輪從動件等，且是沿著正交配置於凸輪的作為另一者之軸的旋轉構件的外周方向配置。凸輪肋形成為錐面形狀，藉由操作輸入軸與輸出軸的軸間距離，在軸承與凸輪肋的接觸部會產生楔形效應所形成的預壓，而可消除輸出及輸入間的齒隙。再者，由於輸入軸的扭矩會藉由軸承的滾動接觸而往輸出軸傳達，所以可在無齒隙的狀態下平順地旋轉，並且可進行接觸部的摩擦損失受到抑制的高效率之扭矩傳達。
軸承具備軸構件及外輪部，略圓筒狀的外輪部可在軸構件的周圍旋轉，外輪部是以與凸輪肋進行線接觸並旋轉的方式，而對軸承與凸輪肋的接觸部賦予預壓。在此情況下，在軸承與凸輪肋的接觸部中的滾動點上，由 於軸承的外輪部的速度與凸輪肋的速度是一致的，所以不會產生滑動。然而，在比軸承與凸輪肋的接觸部中的該滾動點更靠近旋轉構件側，凸輪肋的速度會比軸承的外輪部的速度更大，所以會產生滑動。又，在比軸承與凸輪肋的接觸部中的該滾動點更靠近凸輪側，軸承的外輪部的速度會比凸輪肋的速度更大，所以會產生滑動。因為像這樣產生滑動，動力的傳達效率會降低。再者，在令略圓筒狀的半徑為r，且令外輪部的每單位時間的旋轉數為Nr時，軸承的外輪部的速度Vr是藉由Vr=2π×r×Nr而決定。又，在令從該滾動點到凸輪的旋轉軸線為止的距離為Rc，且令凸輪的每單位時間的旋轉數為Nc時，凸輪肋在該滾動點的速度Vcam是藉由Vcam=2π×Rc×Nc而決定。在該滾動點，Vr=Vcam(Nr=Rc/r×Nc)。
又，因凸輪肋的母線形狀或軸承的外輪部的圓筒形狀等加工誤差而產生的軸線失準(misalignment)會造成應力分布有所變化，而使該滾動點的位置(即Rc)有所變化。藉此，軸承的外輪部的旋轉速度會有所變化，成為振動或扭矩變動等的原因。進而，軸承與凸輪肋之間的滑動部分會有所變化，因此，在軸承和凸輪肋上會產生偏摩耗，驅動扭矩會變大。
為了避免這種因軸線失準造成的應力集中，在專利文獻1中，考量到包含軸線失準在內的接觸條件，揭示了降低觸壓的凸輪從動件。在凸輪從動件的外輪部及/或凸輪彼此相對的接觸面上，施加有對數凸起。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開第2007-211861號公報
在專利文獻1的凸輪從動件中，也是因為凸輪從動件與凸輪肋之接觸部中的滾動點的兩側之滑動，而有偏斜力矩作用在凸輪從動件的外輪部，因此外輪部傾斜於凸輪從動件的軸構件(產生偏斜)，外輪部會對軸構件的軸線方向進行移動，所以會有該滾動點的位置產生變化的問題點。又，藉由在外輪部與軸構件的突緣之間插入球體，雖然也可承受外輪部對軸線方向的移動所造成的載重，但空間狹窄，無法承受較大的載重。
因此，本發明之目的在於提供一種解決上述問題點、無齒隙、高剛性、具有高效率傳達性，且可高速化、高精度化的滾子齒輪凸輪機構。
根據本發明的1個觀點，滾子齒輪凸輪機構真備：凸輪，是可以凸輪軸線為中心旋轉的凸輪，呈螺旋形狀，且具有凸輪肋及凸輪溝；旋轉構件，可以垂直於凸輪軸線的旋轉構件軸線為中心旋轉；及複數個軸承，是沿著旋轉構件的外周方向配置的複數個軸承，且可滾動接觸於凸輪肋，複數個軸承的各個軸承具備有軸構件、及可繞著軸構件旋轉的外輪部，外輪部的外周面的至少一部分在包含外輪部 的中心軸線在內之外輪部的截面中為圓弧形狀，與外輪部的外周面的至少一部分接觸之凸輪肋的接觸部分在包含凸輪軸線在內之凸輪的截面中為圓弧形狀，外輪部的圓弧形狀構成為沿著凸輪肋的圓弧形狀，且外輪部的圓弧形狀的曲率半徑及凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部的外周面的至少一部分相對於外輪部的中心軸線為凸面形狀，凸輪肋的接觸部分為沿著凸面形狀的凹面形狀，凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑比外輪部的圓弧形狀的曲率半徑更大。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部的圓弧形狀的曲率半徑，是從外輪部的中心軸線到外周面的至少一部分為止的距離以上。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部的外周面的至少一部分相對於外輪部的中心軸線為凹面形狀，凸輪肋的接觸部分為沿著凹面形狀的凸面形狀，外輪部的圓弧形狀的曲率半徑比凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑更大。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部的圓弧形狀中的旋轉構件軸線側的曲率半徑，與外輪部的圓弧形狀中的凸輪軸線側的曲率半徑為不同。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，凸輪肋的圓弧形狀中的旋轉構件軸線側的曲率半徑， 與凸輪肋的圓弧形狀中的凸輪軸線側的曲率半徑為不同。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部的圓弧形狀的曲率半徑及凸輪肋的圓弧形狀的半徑，是根據下列條件中的至少1個，而被界定成彼此相關聯：複數個軸承的各個軸承與凸輪肋之間被賦予的預壓、在使滾子齒輪凸輪機構動作的期間被賦予至複數個軸承的各個軸承與凸輪肋之間的外加負載、及因外輪部朝中心軸線的方向移動而被賦予的偏位負載。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，軸構件具備有構成為夾著外輪部之內側部的一對突緣，且一對突緣的各個突緣與外輪部的內側部之間設置有間隙，外輪部的圓弧形狀的曲率半徑及凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯，而當複數個軸承的各個軸承與凸輪肋接觸時，外輪部不會朝中心軸線的方向移動間隙的寬度以上。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，外輪部與凸輪肋可進行線接觸，外輪部的圓弧形狀的曲率半徑及凸輪肋的圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯，而在凸輪肋的接觸部分中可均等地承受外加負載。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，複數個軸承的各個軸承為滾子從動件或凸輪從動件。
根據本發明的一具體例，在滾子齒輪凸輪機構中，複數個軸承的各個軸承為滾動接觸的軸承或滑動接 觸的軸承。
根據本發明，軸承的外輪部的外周面及凸輪肋的凸輪面在曲率半徑上相關聯，且是做成各自沿著彼此的圓弧形狀，藉此，外周面與凸輪面之間的滑動接觸部分減少，可提升滾子齒輪凸輪機構的動力之傳達效率。特別是，將外周面及凸輪面做成凸面形狀及凹面形狀、或是凹面形狀及凸面形狀之沿著彼此的圓弧形狀，並使外周面與凸輪面接觸，藉此，外輪部對軸線方向的移動被消除，外輪部不會與軸構件接觸，可抑制滾子齒輪凸輪機構的旋轉扭矩或振動。
再者，本發明之其他目的、特徵及優點，從以下所記載之與附加圖式相關的本發明之實施例應可明確看出。
1、2:物體
101:滾子齒輪凸輪機構
102:旋轉構件
103:旋轉構件軸線
201:軸承
202:外輪部
203:中心軸線
204:外周面
205:軸構件
206:旋轉滾子、圓筒形滾子
207:滾動點
208:突緣
209:內側部
210:間隙
211:半徑
212:第1曲率半徑
213:第2曲率半徑
214:接觸長
301:凸輪
302:凸輪軸線
303:凸輪肋
304:凸輪面
305:凸輪溝
306:曲率半徑
308:凸面高度
307:凹面深度
309:厚度
a:長半徑
2a:長徑
b:短半徑
L:長度
P:外加負載
r:半徑
α、ω:角度
Vcam、Vr:速度
Nc、Nr:旋轉數
Rr:曲率半徑
Rx:第1曲率半徑
Ry:暫定的第1曲率半徑
Rc:距離
圖1是從正面觀看本發明之其中一實施形態的滾子齒輪凸輪機構的概略圖。
圖2是從側面觀看圖1的滾子齒輪凸輪機構的概略圖。
圖3是表現出從III方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構時，在垂直於軸承的外輪部的中心軸線之截面中，軸承的外輪部與凸輪肋相接觸的放大概略圖。
圖4是表現出習知軸承之外輪部與凸輪肋相接觸的放大截面圖。
圖5是表現出從IV方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構 時，習知軸承之外輪部與凸輪肋相接觸下的接觸應力分布及外輪部的外周面的速度部分的圖。
圖6是表現出本發明之其中一實施形態之軸承的外輪部與凸輪肋相接觸的放大截面圖。
圖7是表現出本發明之另一實施形態之軸承的外輪部與凸輪肋相接觸的放大截面圖。
圖8是表現出圖6之軸承的外輪部與凸輪肋因為外輪部朝直徑方向移動而相接觸的放大概略圖。
圖9是表現出圖6之軸承的外輪部與凸輪肋因為外輪部朝直徑方向移動及朝軸線方向移動而相接觸的放大概略圖。
圖10是表現出從III方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構時，在垂直於軸承的外輪部的中心軸線之截面中，當凸輪肋具有傾斜時軸承的外輪部與凸輪肋相接觸的放大概略圖，以及表現出從IV方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構時，軸承的外輪部與滾動點的關係的放大概略圖。
圖11是表現出本發明之更進一步的另一實施形態之軸承的外輪部與凸輪肋相接觸的放大截面圖。
圖12是表現出圖6之軸承的外輪部與凸輪肋的線接觸的放大截面圖。
以下，參照圖式說明本發明之實施例，但本發明並非限定於該等實施例。
參照圖1~12，說明本發明之滾子齒輪凸輪機 構的實施例。
圖1、2分別顯示本發明之滾子齒輪凸輪機構101從正面觀看時的概略圖、及從側面觀看時的概略圖。滾子齒輪凸輪機構101具備：凸輪301，具有凸輪肋303及凸輪溝305而呈螺旋形狀，且可以旋轉軸線即凸輪軸線302為中心旋轉；及旋轉構件102，是可以垂直於凸輪軸線302的旋轉軸線即旋轉構件軸線103為中心旋轉的旋轉構件或旋轉台(以下稱作旋轉構件)102，且沿著旋轉構件102的外周方向配置的複數個軸承201的各個軸承可滾動接觸於凸輪肋303。凸輪軸線302、旋轉構件軸線103的任一者為輸入軸，另一者為輸出軸，該關係亦可相互顛倒。複數個軸承201的各個軸承是藉由嵌合於旋轉構件102等而沿著旋轉構件102的外周方向配置。藉由複數個軸承201的各個軸承與凸輪肋303的凸輪面304滾動接觸，可提升從凸輪301或從旋轉構件102輸入的扭矩傳達到輸出軸側的傳達效率，並且可延長滾子齒輪凸輪機構101的壽命。又，由於複數個軸承201的各個軸承與凸輪肋303的凸輪面304之間為線接觸，所以相對於旋轉構件102之旋轉方向的外力具有高剛性。
圖3顯示了從III方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構101時，在垂直於軸承201的外輪部202的中心軸線203之截面中，外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304的接觸關係。複數個軸承201的各個軸承具備軸構件205、可繞著軸構件205旋轉的外輪部202、及可在外輪 部202與軸構件205之間旋轉的滾針即旋轉滾子206。再者，軸承201亦可不具備滾針即旋轉滾子206。外周面204與凸輪面304是以滾動接觸中的滾動點207為中心進行接觸。在此，令Vcam為凸輪面304的滾動點207的速度，令r為從外周面204的中心軸線203起算的距離、亦即半徑，令Nr為外輪部202的每單位時間的旋轉數，因為在滾動點207是進行滾動接觸(沒有滑動接觸)，所以在滾動點207上的凸輪面304的速度與外周面204的速度相同，為Vcam=2π×r×Nr。
圖4顯示了表現出習知軸承201之外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之接觸關係的放大截面圖。又，圖5顯示了從IV方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構時，習知軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304相接觸下的接觸應力分布及外周面204的速度部分。外周面204與凸輪面304是以滾動點207為中心進行接觸。雖然在滾動點207是進行滾動接觸，但接觸中的凸輪面304上的滾動點207以外的速度與外周面204的速度不同，所以在滾動點207以外是滑動接觸。外周面204的速度是相較於凸輪面304的滾動點207，在旋轉構件102側的速度較慢，且相較於凸輪面304的滾動點207，在凸輪301側的速度較快。因為速度像這樣有所不同，所以會產生滑動，使滾子齒輪凸輪機構101的動力傳達效率降低。進而，因為產生凸輪肋303的凸輪面304或軸承201的外輪部202的加工誤差所造成的軸線失準，導致滾動點207朝中心軸線203的方向移動，使習知軸承201的外輪部202的內側部 209與習知軸承201的軸構件205的突緣208接觸，而引起滾子齒輪凸輪機構101之旋轉扭矩的降低或振動。
圖6顯示了本發明之滾子齒輪凸輪機構101之軸承201與凸輪301的其中一實施例，且是表現出軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之接觸關係的放大截面圖。軸承201的外輪部202的外周面204，在包含外輪部202的中心軸線203在內之外輪部202的截面中是形成為圓弧形狀。再者，也可以是外周面204的一部分為圓弧形狀。與外輪部202的外周面204接觸之凸輪肋303的凸輪面304的接觸部分，在包含凸輪軸線302在內之凸輪301的截面中是形成為圓弧形狀。再者，在圖6的情況中，包含外輪部202的中心軸線203在內之外輪部202的截面、與包含凸輪軸線302在內之凸輪301的截面是相同的截面，且是沿著圖2的VI-VI之平面的截面。外輪部202的外周面204的圓弧形狀是構成為沿著凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀，亦即，外輪部202的外周面204的圓弧形狀是構成為與凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀朝大致相同的方向彎曲，且外輪部202的外周面204之圓弧形狀的第1曲率半徑212、及凸輪肋303的凸輪面304之圓弧形狀的曲率半徑306，是被界定成彼此相關聯。像這樣使外輪部202的外周面204及凸輪肋303的凸輪面304在曲率半徑上相關聯，並做成各自沿著彼此的圓弧形狀，藉此，外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之間的滑動接觸的部分會減少，所以可提升滾子齒輪凸輪機構101的動 力傳達效率。
在圖6中，亦可是外輪部202的外周面204相對於外輪部202的中心軸線203為凸面形狀，且凸輪肋303的凸輪面304的接觸部分為沿著外周面204的凸面形狀之凹面形狀。在此情況下，凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306，比外輪部202的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212更大。又，外輪部202的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212亦可是從外輪部202的中心軸線203到外周面204的距離，亦即，亦可是外輪部202的半徑211以上。若將圖5的外輪部202削去邊緣側，使其像圖6的外輪部202一樣具有第1曲率半徑212，藉此將外周面204做成凸面形狀，進而將凸輪面304做成沿著外周面204的凸面形狀之凹面形狀，則與圖5的外輪部202及凸輪肋303相比，可縮小外輪部202的慣性力矩而使外輪部202高速地旋轉，並且凸輪肋303的厚度會對應於沿著外輪部202的凸面形狀之凸輪肋303的凹面深度307而變厚，因此可提升滾子齒輪凸輪機構101之凸輪肋303的剛性。
圖7顯示了本發明之滾子齒輪凸輪機構101之軸承201及凸輪301的另外一實施例，且是表現出軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之接觸關係的放大截面圖。圖7也與圖6同樣，軸承201的外輪部202的外周面204在包含外輪部202的中心軸線203在內之外輪部202的截面中是形成為圓弧形狀。再者，亦可是外周面204的一部分為圓弧形狀。與外輪部202的外周面 204接觸之凸輪肋303的凸輪面304的接觸部分，在包含凸輪軸線302在內之凸輸301的截面中是形成為圓弧形狀。再者，在圖7的情況中也與圖6同樣，包含外輪部202的中心軸線203在內之外輪部202的截面、與包含凸輪軸線302在內之凸輪301的截面是相同的截面。在圖7中，亦是外輪部202的外周面204的圓弧形狀是構成為沿著凸輪肋303的凸輪面304之圓弧形狀，亦即，外輪部202的外周面204的圓弧形狀是構成為與凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀朝大致相同的方向彎曲，且外輪部202的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212、及凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306是被界定成彼此相關聯。像這樣使外輪部202的外周面204及凸輪肋303的凸輪面304在曲率半徑上相關聯，並做成各自沿著彼此的圓弧形狀，再使外周面204與凸輪面304接觸，藉此，外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之間的滑動接觸的部分會減少，所以可提升滾子齒輪凸輪機構101的動力傳達效率。
在圖7中，外輪部202的外周面204相對於外輪部202的中心軸線203為凹面形狀，凸輪肋303的凸輪面304的接觸部分為沿著外周面204的凹面形狀之凸面形狀。在此情況下，外輪部202的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212，比凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306更大。若將圖5的凸輪肋303削去邊緣側，使其像圖7的凸輪肋303一樣具有曲率半徑306，藉此將凸輪面304做成凸面形狀，並將外周面204做成沿著凸輪面304的 凸面形狀之凹面形狀，則與圖5的外輪部202及凸輪肋303對比，可以像圖7的凸輪肋303一樣使厚度309變薄，這在滾子齒輪凸輪機構101動作時的負荷容量較小時是有效的。
如圖6、圖7所示，使外輪部202的外周面204及凸輪肋303的凸輪面304在曲率半徑上相關聯，並分別做成以凸面形狀及凹面形狀、或凹面形狀及凸面形狀的方式沿著彼此的圓弧形狀，再使外周面204與凸輪面304接觸，藉此，可消除或減少外輪部202相對於中心軸線203方向的移動，即使有因凸輪肋303的凸輪面304或軸承201的外輪部202之加工誤差而產生的軸線失準，外輪部202的內側部209也不會與軸構件205的突緣208接觸，可抑制滾子齒輪凸輪機構101的旋轉扭矩或振動。進而，可消除內側部209與突緣208之間的摩耗。
如圖8所示，在滾子齒輪凸輪機構101中，為了消除齒隙而操作旋轉構件軸線103與凸輪軸線302的軸間距離，藉此，在各軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之間，會產生楔形效應所形成的預壓。進而，在滾子齒輪凸輪機構101動作的期間，在各軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之間，會產生與旋轉構件102結合而旋轉的負荷所帶來的外加負載。基於預壓及外加負載，外輪部202朝直徑方向移動，外輪部202和凸輪肋303以外周面204陷入凸輪面304的方式相接觸。藉由該接觸，外周面204與凸輪面304之間 以滾動點207為中心而分布左右對稱的載重。
如圖9所示，在滾子齒輪凸輪機構101動作的期間，藉由凸輪面304的傾斜，外輪部202朝中心軸線203的方向移動，外輪部202與凸輪肋303以外周面204陷入凸輪面304的方式相接觸。圖10顯示了從III方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構101時，在垂直於軸承201的外輪部202的中心軸線203之包含滾動點207在內的截面中，外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之接觸關係、及從IV方向觀看圖1之滾子齒輪凸輪機構101時，軸承201的外輪部202與滾動點207的關係。外周面204與凸輪面304是以滾動點207為中心而接觸。在滾動點207上雖然是進行滾動接觸，但接觸時的凸輪面304中的滾動點207以外的速度與外周面204的速度不同，因此在滾動點207以外是滑動接觸。且，凸輪面304是藉由在滾動點207上以凸輪301的凸輪軸線302為中心旋轉，而具有速度Vcam(外周面204是以Vcam的速度旋轉)，且凸輪肋303是扭轉成螺旋形狀，因此凸輪面304是以相對於速度Vcam具有角度α之傾斜的方式滾動接觸於外周面204。另一方面，就接觸時的凸輪面304中的滾動點207以外的各處而言，除了以凸輪301的凸輪軸線302為中心旋轉所形成的速度彼此不同，相對於速度之因凸輪肋303的扭轉所形成的傾斜角度α也彼此不同，由於是以這樣的方式滑動接觸於外周面204，因此像圖10的箭頭一樣，外輪部202變得帶有朝中心軸線203的方向移動的運動成分，如圖9所示，左右非對稱的偏位負載會分布 在外周面204與凸輪面304之間，且凸輪面304會產生對外周面204的偏位負載反力。
當載重像這樣不平均時，為了避免應力集中，圖11顯示了本發明之滾子齒輪凸輪機構101的軸承201及凸輪301之更進一步的另一實施例，且是表現出軸承201的外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304之接觸關係的放大截面圖。如圖11所示，亦可將外輪部202的外周面204的圓弧形狀中之旋轉構件102的旋轉構件軸線103側的曲率半徑，做成與外輪部202的外周面204的圓弧形狀中之凸輪301的凸輪軸線302側的曲率半徑不同。在圖11中，旋轉構件軸線103側之外輪部202的第2曲率半徑213，比凸輪軸線302側之外輪部202的第1曲率半徑212更小。再者，外輪部202相對於中心軸線203朝哪一方向移動，是取決於各個設計中的滾子齒輪凸輪機構101之軸承201的外輪部202與凸輪301的凸輪肋303之間的接觸狀態，例如凸輪301的凸輪肋303及凸輪溝305的螺旋形狀等，所以是因應於各滾子齒輪凸輪機構101，而決定要縮小第1曲率半徑212及第2曲率半徑213中的哪一種曲率半徑。
又，亦可將凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀中之旋轉構件102的旋轉構件軸線103側的曲率半徑，做成與凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀中之凸輪301的凸輪軸線302側的曲率半徑不同。在此情況下，要縮小旋轉構件軸線103側的曲率半徑及凸輪軸線302側的曲率半徑中哪一側的曲率半徑，也是取決於各個設計中的滾子齒輪凸 輪機構101。
外輪部202的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212、第2曲率半徑213、及凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306，亦可根據以下條件中的至少1個條件而界定成彼此相關聯：各軸承201與凸輪肋303之間被賦予的預壓、在使滾子齒輪凸輪機構101動作的期間被賦予至各軸承201與凸輪肋303之間的外加負載、以及因軸承201的外輪部202朝中心軸線203的方向移動而被賦予的偏位負載。如上述所示，預壓被賦予，是因為為了消除齒隙而操作旋轉構件軸線103與凸輪軸線302的軸間距離所致，外加負載被賦予，是因為在使滾子齒輪凸輪機構101動作的期間與旋轉構件102結合並旋轉所造成的負荷。又，偏位負載被賦予，是因為在凸輪面304與外周面204的各接觸部分中，凸輪肋303的螺旋形狀的扭轉有所不同等，導致外輪部202朝中心軸線203的方向移動。使用外輪部202之直徑方向的移動量、外輪部202相對於中心軸線203方向的移動量，並藉由赫茲接觸應力的算式等，可算出如圖8、圖9所示的載重分布，其中外輪部202之直徑方向的移動量是取決於被賦予的預壓及被賦予的外加負載，外輪部202相對於中心軸線203方向的移動量是取決於因凸輪肋303之扭轉而形成的凸輪面304之傾斜。亦可根據算出的載重分布，決定最佳的外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212、第2曲率半徑213、及凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306。
軸承201的軸構件205具備有一對突緣208，該一對突緣208是構成為夾著軸承201的外輪部202之內側部209，外輪部202是以內側部209沿著一對突緣208的方式，以中心軸線203為中心旋轉。一對突緣208的各個突緣與內側部209之間設置有間隙210。亦可將外輪部202的圓弧形狀的第1曲率半徑212、第2曲率半徑213、及凸輪肋303的凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306界定成彼此相關聯，以使外輪部202的外周面204與凸輪肋303的凸輪面304接觸時，外輪部202不會朝中心軸線203的方向移動各間隙210的寬度Δ/2以上。藉此，外輪部202的內側部209不會與軸構件205的突緣208接觸，可抑制滾子齒輪凸輪機構101的旋轉扭矩或振動。又，可消除內側部209與突緣208之間的摩耗。
如圖12所示，若產生外加負載P，外周面204與凸輪面304會以滾動點207為中心，並以長度L的接觸長214進行線接觸，但在像這樣進行線接觸的情況下，外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212、及凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306，亦可如下述般藉由使用赫茲應力計算而決定。
然而，若從垂直於2個物體相接觸的共有切平面的方向，對2個物體施加如同圖12的外加負載P，則2個物體會以具有橢圓狀之接觸部分的方式相接觸，且該橢圓狀之接觸部分具有長半徑a及短半徑b。使用赫茲應力計算來求出該等長半徑a及短半徑b。根據赫茲應力計算，若 令垂直於共有切平面且對彼此也是垂直的2個平面上的2個物體的曲率分別為ρ1I、ρ1II、ρ2I、ρ2II，則輔助變數cosτ定義如下。
Figure 107106564-A0305-02-0020-1
在此，ρ1I為物體1在平面I上的曲率，ρ1II為物體1在平面II上的曲率，ρ2I為物體2在平面I上的曲率，ρ2II為物體2在平面II上的曲率。當曲率像凸輪面304一樣是凹面時帶有負的記號。又，ω為物體1的平面I與物體2的平面I(物體1的平面II與物體2的平面II)所形成的角度。在如同外周面204與凸輪面304相接觸的情況下，可認為物體1的平面I與物體2的平面I為一致且ω的角度為0，因此〔數式1〕成為以下。
Figure 107106564-A0305-02-0020-2
輔助變數cosτ是以完全橢圓積分為媒介而表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0020-3
在此，K及E分別為第一類及第二類的完全橢圓積分，且表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0020-4
Figure 107106564-A0305-02-0021-5
且，2個物體的接觸部分即接觸橢圓的長半徑a及短半徑b是表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0021-6
在此θ1及θ2是藉由物體1及2各自的帕松比(Poisson’s ratio)1/m1及1/m2，以及物體1及2各自的楊氏模數(Young’s modulus)E1及E2而表現如下。再者，帕松比、楊氏模數是根據外輪部202、凸輪肋303的材質而決定的值。
Figure 107106564-A0305-02-0021-7
又，μ、ν是表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0021-8
Figure 107106564-A0305-02-0022-9
若使用上述數式，具有長半徑a及短半徑b的接觸橢圓之接觸部分內的任意位置(x，y)上的壓力σ是表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0022-10
且，最大壓力σmax是表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0022-11
另一方面，如圖12所示，由於認為外周面204與凸輪面304接觸時的狀態是線接觸，因此令進行線接觸的接觸部分的圓周方向接觸寬度為b’，則接觸寬度b’及最大壓力σmax’是藉由接觸部分的接觸長214的長度L及外加負載P而表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0022-12
在此，做成當外周面204與凸輪面304進行線接觸時，外輪部202不會朝中心軸線203的方向移動，且，為了做成在接觸部分均等地承受外加負載P且不會在外周面204的端部產生邊緣應力，亦可以接觸橢圓的長徑2a成為接觸長 214的長度L的1.5倍的方式，來決定外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212、及凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306。在此情況下，b’=b，σmax’=σmax。
更具體而言，如圖12所示，當外周面204的圓弧形狀的第1曲率半徑212為Rx，凸輪面304的圓弧形狀的曲率半徑306為-1/Rr時，曲率ρ1I=1/r，ρ1II=1/Rx，ρ2I=0，ρ2II=-1/Rr，因此可由〔數式2〕求出cosτ的值，若以該值與〔數式3〕一致的方式決定k、K、E，則可由〔數式7〕求出μ、ν，進而，可由〔數式5〕求出接觸橢圓的長半徑a及短半徑b。且，一邊變更第1曲率半徑212即Rx及曲率半徑306即Rr各自的值，一邊求出與2a=1.5L一致之接觸橢圓的長半徑a，藉由使用已求出該一致之接觸橢圓的長半徑a之各自具有第1曲率半徑212即Rx及曲率半徑306即Rr的外周面204及凸輪面304，可使外輪部202不會朝中心軸線203的方向移動，進而，外輪部202及凸輪肋303可在接觸部分均等地承受外加負載P。再者，在圖12中，外周面204相對於外輪部202的中心軸線203為凸面形狀，且凸輪面304的接觸部分為沿著外周面204的凸面形狀之凹面形狀，但如圖7所示，即使外周面204相對於外輪部202的中心軸線203為凹面形狀，且凸輪面304的接觸部分為沿著外周面204的凹面形狀之凸面形狀，也與上述同樣，可以一邊變更第1曲率半徑212即Rx及曲率半徑306即Rr，一邊求出與2a=1.5L一致之接觸橢圓的長半徑a。再者，就第2曲率半徑213而言，亦可與第1曲率半徑212同樣地求出。
又，亦可假設凸輪面304為平面，一邊變更暫定的第1曲率半徑212即Ry，一邊求出與2a=1.5L一致之接觸橢圓的長半徑a，並從已求出該一致之接觸橢圓的長半徑a之暫定的第1曲率半徑212即Ry，求出第1曲率半徑212即Rx及曲率半徑306即Rr。在此情況下，接觸部分的接觸寬度b’與最大壓力σmax’是與〔數式10〕相同，Σρ則是表現如下。
[數式11]Σρ=ρ1I+ρ1II '
在此，ρ1II’是根據暫定的第1曲率半徑212即Ry的曲率。根據暫定的第1曲率半徑212即Ry的Σρ，與根據第1曲率半徑212即Rx及根據曲率半徑306即Rr的Σρ為相同，因此表現如下。
Figure 107106564-A0305-02-0024-13
亦可做成如此，而更容易地求出與2a=1.5L一致的第1曲率半徑212即Rx及曲率半徑306即Rr。
複數個軸承201的各個軸承亦可是滾子從動件或凸輪從動件。
複數個軸承201的各個軸承雖然具備有軸構件205、可沿著軸構件205的外周面旋轉的外輪部202等，但亦可是在軸構件205及外輪部202之間具備有滾針、圓筒形滾子206等的滾動接觸之軸承，且亦可是不具備滾針、圓 筒形滾子206等的滑動接觸之軸承。
上述記載雖是就特定的實施例所做成，但所屬技術領域中具有通常知識者明白本發明不限於該實施例，可在本發明的原理與附加的申請專利範圍之範圍內進行各種變更及修正。
102‧‧‧旋轉構件
201‧‧‧軸承
202‧‧‧外輪部
203‧‧‧中心軸線
204‧‧‧外周面
205‧‧‧軸構件
206‧‧‧旋轉滾子、圓筒形滾子
207‧‧‧滾動點
208‧‧‧突緣
209‧‧‧內側部
210‧‧‧間隙
211‧‧‧半徑
212‧‧‧第1曲率半徑
301‧‧‧凸輪
303‧‧‧凸輪肋
304‧‧‧凸輪面
306‧‧‧曲率半徑
307‧‧‧凹面深度
r‧‧‧半徑
Rx‧‧‧第1曲率半徑
Rr‧‧‧曲率半徑

Claims (9)

  1. 一種滾子齒輪凸輪機構，具備：凸輪，是可以凸輪軸線為中心旋轉的凸輪，呈螺旋形狀，且具有凸輪肋及凸輪溝；旋轉構件，可以垂直於前述凸輪軸線的旋轉構件軸線為中心旋轉；及複數個軸承，是沿著前述旋轉構件的外周方向配置的複數個軸承，且可滾動接觸於前述凸輪肋，前述複數個軸承的各個軸承具備有軸構件、及可繞著前述軸構件旋轉的外輪部，前述外輪部的外周面的至少一部分在包含前述外輪部的中心軸線在內之前述外輪部的截面中為圓弧形狀，與前述外輪部的前述外周面的至少一部分接觸之前述凸輪肋的接觸部分在包含前述凸輪軸線在內之前述凸輪的截面中為圓弧形狀，前述外輪部的前述圓弧形狀構成為沿著前述凸輪肋的前述圓弧形狀，前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑及前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯，前述外輪部的前述外周面的至少一部分相對於前述中心軸線為凸面形狀，前述凸輪肋的前述接觸部分為沿著前述凸面形狀的凹面形狀，前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑比前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑更大；或前述外輪部的前述外周面的至少一部分相對於前述 中心軸線為凹面形狀，前述凸輪肋的前述接觸部分為沿著前述凹面形狀的凸面形狀，前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑比前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑更大。
  2. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中在前述外輪部的前述外周面的至少一部分相對於前述中心軸線為凸面形狀，前述凸輪肋的前述接觸部分為沿著前述凸面形狀的凹面形狀，前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑比前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑更大的情況，前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑，是從前述中心軸線到前述外周面的至少一部分為止的距離以上。
  3. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述外輪部的前述圓弧形狀中的前述旋轉構件軸線側的曲率半徑，與前述外輪部的前述圓弧形狀中的前述凸輪軸線側的曲率半徑為不同。
  4. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述凸輪肋的前述圓弧形狀中的前述旋轉構件軸線側的曲率半徑，與前述凸輪肋的前述圓弧形狀中的前述凸輪軸線側的曲率半徑為不同。
  5. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑及前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑，是根據下列條件中的至少1個，而被界定成彼此相關聯：前述複數個軸承的各個軸承與前述凸輪肋之間被賦予的預壓、在使前述滾子齒輪凸輪機構動作的期間被賦予至前述複數個軸承的各個軸承與前述凸輪肋 之間的外加負載、及因前述外輪部朝前述中心軸線的方向移動而被賦予的偏位負載。
  6. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述軸構件具備有構成為夾著前述外輪部之內側部的一對突緣，且前述一對突緣的各個突緣與前述外輪部的內側部之間設置有間隙，前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑及前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯，而當前述複數個軸承的各個軸承與前述凸輪肋接觸時，前述外輪部不會朝前述中心軸線的方向移動前述間隙的寬度以上。
  7. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述外輪部與前述凸輪肋可進行線接觸，前述外輪部的前述圓弧形狀的曲率半徑及前述凸輪肋的前述圓弧形狀的曲率半徑是被界定成彼此相關聯，而在前述凸輪肋的接觸部分中可均等地承受外加負載。
  8. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述複數個軸承的各個軸承為滾子從動件或凸輪從動件。
  9. 如請求項1之滾子齒輪凸輪機構，其中前述複數個軸承的各個軸承為滾動接觸的軸承或滑動接觸的軸承。
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