DE10214086A1 - Transmission with cam disks and eccentric-roller wheels e.g. for precision machining has several planetary wheels with roller teeth engaging in cam teeth - Google Patents

Abstract

The transmission has cam disks and eccentric-roller wheels. Several planetary wheels (12) with roller teeth (10) engage in the shaped teeth (11) of a gear wheel to provide positive guidance in both directions, thus guaranteeing that the driven wheel has no rotary play, or very little rotary play, when the transmission is in operation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein spielfreies oder spielarmes Getriebe mit Kurvenscheiben und Rädern mit Excenterrollen. The invention relates to a backlash-free or low-backlash transmission Cam discs and wheels with eccentric rollers.

Spielarme oder spielfreie Getriebe werden überall dort benötigt, wo es auf präzise Drehbewegungen ankommt, wie bei hochpräzisen Bearbeitungsmaschinen oder bei Robotern. Low-backlash or backlash-free gearboxes are required wherever there is a need for precision Rotary movements arrive, as with high-precision processing machines or Robots.

Es sind eine Reihe von Getrieben bekannt, die als spielarm oder sogar spielfrei angesehen werden. A number of gears are known to be low-backlash or even backlash-free be considered.

Bei Zahnradgetrieben ist immer ein gewisses Spiel notwendig, damit die Zähne des einen Rades in die Zahnlücken des Gegenrades eindringen können. Bei spielarmen Planetengetrieben beträgt daher das Minimalspiel etwa 1 Winkelminute. With gear transmissions, a certain amount of play is always necessary so that the teeth of the a wheel can enter the tooth gaps of the counter wheel. With low backlash Planetary gear, the minimum game is therefore about 1 minute.

Weiterhin sind Getriebe bekannt, bei welchen ein Excenterrad mit darauf umlaufenden Zahn- oder Kurvenscheiben (z. B. Harmonic-Drive; Cyclo) dreht. Gearboxes are also known, in which an eccentric wheel is provided rotating toothed or cam discs (e.g. Harmonic-Drive; Cyclo) rotates.

Beim CycloGetriebe (z. B. DE 28 35 973) ist eine exzentrisch auf der Antriebswelle angeordnete Zwischenscheibe mit gehäusefesten Rollen und Rollen am Abtriebsrad, die in beide Drehrichtungen abstützen in permanentem Kontakt, sodaß theoretisch ein sehr geringes Spiel zwischen An- und Abtriebsbewegung realisierbar wäre. Tatsächlich stützt sich aber die Abtriebswelle an der Zwischenscheibe ab. Das Abstützen der Zwischenscheibe erfolgt

• 1. an den gestellfesten Rollen an sehr flachen Spalten (<α < 25°) in Drehrichtung. Ein Fehler F macht sich aber dabei mit dem Faktor F/sin α ≍ 3.F) bemerkbar.
• 2. und an der geringen Exzentrizität der Antriebswelle.

In the Cyclo gearbox (e.g. DE 28 35 973) an eccentric washer is arranged eccentrically on the drive shaft with rollers and rollers fixed to the housing on the driven wheel, which support in both directions of rotation in permanent contact, so that theoretically a very slight play between the input and output movement could be realized , In fact, the output shaft is supported on the washer. The intermediate washer is supported

• 1. on the frame-fixed rollers on very flat gaps (<α <25 °) in the direction of rotation. An error F is noticeable with the factor F / sin α ≍ 3.F).
• 2. and the low eccentricity of the drive shaft.

Damit addieren sich zwei Übertragungsfehler, die jeweils durch flache Übertragungswinkel vergrößert werden. This adds up two transmission errors, each by flat Transmission angle can be increased.

Ähnlich verhält es sich auch bei Getrieben mit flexiblen Excenterringen. Beide Getriebesysteme weisen daher ebenfalls ein Verdrehspiel bei Belastung von ca. 1 Winkelminute auf. The situation is similar with gears with flexible eccentric rings. Both transmission systems therefore also have a backlash when loaded by approx. 1 minute of angle.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung wie sie gekennzeichnet ist ermöglicht:

• - Rollkontakt zwischen den Rädern
• - eine direkte Übertragung der Drehbewegung von einem Rad auf das andere (zwischen Antriebsrad und Planeten Fehler F1; zwischen Planeten und Abtriebswelle Fehler F2)
• - steile Übertragungswinkel zwischen Antriebsrad und Planeten und zwischen Planeten und Abtriebsrad (α > 60°: Faktor F/sin α < 1,2.F)
• - durch Planetenanordnung geringe Radialkräfte an Abtriebswelle
• - Übertragungsfehler F1 zwischen Antriebswelle und Planetenrad mit dem Übersetzungsverhältnis i2 zwischen Planetenrad und Abtriebsrad zu verkleinern

The invention seeks to remedy this. The invention as characterized enables:

• - Roll contact between the wheels
• - a direct transmission of the rotary movement from one wheel to the other (between drive wheel and planet error F1; between planet and output shaft error F2)
• - steep transmission angle between drive wheel and planet and between planet and driven wheel (α> 60 °: factor F / sin α <1.2.F)
• - Low radial forces on the output shaft due to the planetary arrangement
• - Reduce transmission error F1 between the drive shaft and the planet gear with the transmission ratio i2 between the planet gear and the driven gear

Bei einem i2 von 5 würde sich der Gesamtfehler zu maximal (1,2/5).F1 + 1,2.F2 addieren (im Gegensatz zu Cyclo 3/5.F1 + 3.F2). In one i2 of 5, the total error to a maximum of (1, 2/5) .F1 + 1,2.F2 add (in contrast to Cyclo 3/5 .F1 + 3.F2) would.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Kraftfluß über mindestens zwei Räder geht, von denen das erste Rad drehfest mit einer oder mehrerer Scheiben verbunden ist mit einem geschlossenen, stetig differenzierbaren Kurvenzug oder mit mehreren Abschnitten von stetig differenzierbaren Kurvenzügen und von denen das andere Rad eine oder mehrere exzentrisch angeordnete drehbare Rollkörper trägt, die auf dem geschlossenen, stetig differenzierbaren Kurvenzug bei Drehung der beiden Räder entlangwälzen oder in den Abschnitten der stetig differenzierbaren Kurvenzüge abwechselnd entlangwälzen. Der oder die Kurvenzüge entstehen dadurch, daß das erste Rad zum zweiten Rad in einem festen Drehzahlverhältnis steht und im Abstand des Rollradius der Rollkörper von den durch das Drehzahlverhältnis entstehenden ganzzahligen oder (bei Abschnitten von stetig differenzierbaren Kurven) rational-gebrochenen Epizykloiden oder Hypozykloiden oder verlängerten oder verkürzten Epi- oder Hypozykloiden als Grundkurven. This is achieved in that the power flow goes over at least two wheels, from which the first wheel is rotatably connected to one or more discs with a closed, continuously differentiable curve or with several Sections of continuously differentiable curves and of which the other Wheel carries one or more eccentrically arranged rotatable rolling elements that on the closed, continuously differentiable curve when the two rotate Roll wheels along or in the sections of the constantly differentiable Roll turns along turns. The curve or curves arise in that the first wheel to the second wheel in a fixed speed ratio stands and in the distance of the rolling radius of the rolling body by the Speed ratio resulting integer or (for sections of continuous differentiable curves) rationally-broken epicycloids or hypocycloids or elongated or shortened epi- or hypocycloids as basic curves.

Anhand der Fig. 1-5 wird die Erfindung erläutert: The invention is explained with reference to FIGS. 1-5:

Fig. 1 zeigt die Entstehung der Kurvenzüge. Auf einem Grundkreis (K1) mit dem Mittelpunkt (M) rollt ein Erzeugungskreis (K2). Ein Rad (4) mit einem daran festen, drehbarem Rollkörper (2) rollt auf dem Grundkreis (K1). Die Achse des Rollkörpers (2) hat von der Achse des Rades (4) den Abstand r(d). Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes wird durch das Verhältnis der Radien des Grundkreises (K1) zum Radius des Erzeugungskreises (K2). Die erfindungsgemäße Kurve (3) entsteht dann dadurch, daß ein Fräser anstelle des Rollkörpers an dem Rad angebracht ist und die Kurve aus einer Kreisscheibe um den Mittelpunkt (M) ausschneidet. Fig. 1 shows the emergence of the curves. A generation circle (K2) rolls on a base circle (K1) with the center point (M). A wheel ( 4 ) with a rotatable roll body ( 2 ) fixed to it rolls on the base circle (K1). The axis of the rolling element ( 2 ) is at a distance r (d) from the axis of the wheel ( 4 ). The transmission ratio of the gear is determined by the ratio of the radii of the base circle (K1) to the radius of the generation circle (K2). The curve ( 3 ) according to the invention then arises from the fact that a milling cutter is attached to the wheel instead of the rolling element and the curve is cut out of a circular disk around the center (M).

Analog kann man auch eine Kurve an einem Hohlrad erzeugen und der Erzeugungskreis innen am Grundkreis abrollt und der Fräser eine Kurve aus einem Ring um (M) ausschneidet. Similarly, you can also create a curve on a ring gear and the Generation circle rolls on the inside of the base circle and the milling cutter turns out a curve Cut out ring around (M).

Fig. 2 zeigt dann die Entstehung einer Verzahnung, die aus mehreren stetig differenzierbaren Kurvenstücken zusammengesetzt ist. Mehrere Grundkurven (6) sind gegeneinander verdreht. Fig. 2 then shows the formation of a toothing, which is composed of several continuously differentiable curve pieces. Several basic curves ( 6 ) are rotated against each other.

Die resultierenden Kurvenabschnitte (7) werden durch ein Rad (8) mit mehreren Rollkörpern (bzw. Fräsern) (5) aus einer Kreisscheibe (9) ausgeschnitten. The resulting curve sections ( 7 ) are cut out of a circular disc ( 9 ) by a wheel ( 8 ) with several rolling elements (or milling cutters) ( 5 ).

Fig. 3 zeigt dann ein Abtriebsrad (13) mit einer erfindungsgemäßen Verzahnung (11) und vier Planetenrädern (12) mit Rollzähnen (10), die bei Drehung abwechselnd mit der Verzahnung (11) in Berührkontakt kommen. Die vier Planetenräder sind im Gestell so angeordnet, daß stets das Abtriebsrad (13) in beiden Drehrichtungen von Rollzähnen (10) der Planetenräder (12) gehalten werden. Dies garantiert die "Spielfreiheit". Fig. 3 then shows an output gear ( 13 ) with a toothing ( 11 ) according to the invention and four planet wheels ( 12 ) with roller teeth ( 10 ) which come into contact with the toothing ( 11 ) alternately when rotating. The four planet gears are arranged in the frame so that the driven gear ( 13 ) is always held in both directions by the rotating teeth ( 10 ) of the planet gears ( 12 ). This guarantees "freedom of play".

Fig. 4 zeigt ein gestellfestes Kurvenrad (18) mit dem Mittelpunkt (19) und den erfindungsgemäßen Kurven (16). Die Planetenräder (17) mit den Rollzähnen (15) sind in diesem Falle an einem drehbaren Planetenträger fest. Fig. 4 shows a frame-fixed cam wheel ( 18 ) with the center ( 19 ) and the curves ( 16 ) according to the invention. The planet gears ( 17 ) with the roller teeth ( 15 ) are in this case fixed to a rotatable planet carrier.

Fig. 5 eine weitere Möglichkeit der Anordnung eines Planetengetriebes. Die Planetenräder (25) sind Kurvenräder mit erfindungsgemäßen Kurvenabschnitten (21) die am gestellfesten Hohlrad (22) mit dem Radius r(g)und dem Mittelpunkt (26) und mit Rollkörpern (23) eingreifen und vom Sonnenrad (24) mit daran festen Rollkörpern (20) gedreht werden. Fig. 5 shows another possibility of arranging a planetary gear. The planet gears ( 25 ) are cam gears with cam sections ( 21 ) according to the invention which engage the ring gear ( 22 ) with the radius r (g) and the center point ( 26 ) and with rolling elements ( 23 ) and the sun gear ( 24 ) with fixed rolling elements ( 20 ) can be rotated.

Claims (3)

1. Getriebe für Drehbewegungen mit einer Antriebswelle und mit einer Abtriebswelle und mit drehbaren Rollkörpern (2; 5; 10; 15; 20, 23), die an einem drehenden Teil (4; 8; 12; 17; 24) oder an einem gestellfesten Teil (22) angeordnet sind und die auf Kurven (3; 6) oder Kurvenabschnitten (7; 11; 16; 21) an einem drehbaren Getriebeteil (1; 9; 13; 25) oder an einem gestellfesten Getriebeteil (18) abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß 1. die Rollkörper (2; 5; 10; 15; 20, 23) an einem drehenden Teil (4; 8; 12; 17; 24) im Abstand (r(d)) der Drehachse des drehenden Teils von der Drehachse der Rollkörper mit r(d) > 0 oder an einem gestellfesten Teil (22) kreisförmig im Abstand r(g) um eine Mittelachse (26) mit r(g) > 0 angeordnet sind, 2. die Kurven (3; 6) oder Kurvenabschnitte (7; 11; 16; 21), auf denen diese Rollkörper abrollen, an drehenden (1; 9; 13; 25) oder an gestellfesten (19) Teilen angeordnet sind und Epizykloiden oder Hypozykloiden oder Epi- oder Hypotrochoiden als Grundkurven haben, die a) bei Anordnung der Kurven oder der Kurvenabschnitte an einem drehenden Teil dessen Drehachse (M) als Mittelachse des "festen" Kreises haben, auf welchem die "Erzeugungskreise" abrollen, b) bei Anordnung der Kurven oder der Kurvenabschnitte an einem gestellfesten Teil (18) die Rollkörper (15) an drehenden Teilen (17) angeordnet sind, die als Planetenräder auf einem Kreis geführt werden, dessen Mittelpunkt (19) der Mittelpunkt des "festen" Kreises ist, auf welchen die "Erzeugungskreise" der Epi- oder Hypozykloiden oder der Epi- oder Hypotrochoiden abrollen. 3. daß weder die Kurven oder Kurvenabschnitte, noch die Rollkörper an einem kreisenden Teil angeordnet sind, d. h. der Mittelpunkt des drehenden Teiles (1; 9; 13; 25) mit den Kurven oder Kurvenabschnitten oder der Mittelpunkt der drehenden Teile(4; 8; 12; 17; 24) mit den Rollkörpern (2; 5; 10; 15; 20,23) bewegt sich nicht auf einer Kreisbahn. 1. Gearbox for rotary movements with an input shaft and with an output shaft and with rotatable rolling elements ( 2 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 , 23 ) on a rotating part ( 4 ; 8 ; 12 ; 17 ; 24 ) or on a fixed frame Part ( 22 ) are arranged and which roll on curves ( 3 ; 6 ) or curve sections ( 7 ; 11 ; 16 ; 21 ) on a rotatable gear part ( 1 ; 9 ; 13 ; 25 ) or on a fixed gear part ( 18 ), thereby characterized in that 1. the rolling elements ( 2 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 , 23 ) on a rotating part ( 4 ; 8 ; 12 ; 17 ; 24 ) at a distance (r (d)) of the axis of rotation of the rotating part from the axis of rotation of the rolling elements with r (d)> 0 or on a part ( 22 ) fixed to the frame in a circle at a distance r (g) around a central axis ( 26 ) with r (g)> 0, 2. the curves ( 3 ; 6 ) or curve sections ( 7 ; 11 ; 16 ; 21 ) on which these rolling elements roll, are arranged on rotating ( 1 ; 9 ; 13 ; 25 ) or on frame-fixed ( 19 ) parts and epicycloids or Have hypocycloids or epi- or hypotrochoids as basic curves that a) if the curves or the curve sections are arranged on a rotating part, its axis of rotation (M) has as the central axis of the "fixed" circle on which the "generating circles" roll, b) when the curves or curve sections are arranged on a part ( 18 ) fixed to the frame, the rolling elements ( 15 ) are arranged on rotating parts ( 17 ) which are guided as planet wheels on a circle, the center ( 19 ) of which is the center of the "fixed" Circle is on which the "generation circles" of the epi- or hypocycloids or the epi- or hypotrochoids roll. 3. that neither the curves or curve sections, nor the rolling elements are arranged on a rotating part, ie the center of the rotating part ( 1 ; 9 ; 13 ; 25 ) with the curves or curve sections or the center of the rotating parts ( 4 ; 8 ; 12 ; 17 ; 24 ) with the rolling elements ( 2 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 , 23 ) does not move on a circular path. 2. Getriebe unter Patentanspruch 1, bei denen die Rollkörper an einer ersten mit der Drehzahl n1 drehenden Welle und die Kurven bzw. Kurvenabschnitte an einer zweiten mit der Drehzahl n2 drehenden Wellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven bzw. die Kurvenabschnitte dadurch definiert sind, daß bei Drehung der beiden Wellen mit dem Drehzahlverhältnis n1/n2 stets mindestens ein Rollkörper der ersten Welle auf einem Kurvenabschnitt der zweiten Welle abrollt. 2. Transmission under claim 1, in which the rolling element at a first with the Speed n1 rotating shaft and the curves or curve sections on one second shafts rotating at the speed n2 are arranged, characterized, that the curves or the curve sections are defined in that at Rotation of the two shafts with the speed ratio n1 / n2 always at least a rolling element of the first shaft on a curve section of the second shaft rolls. 3. Getriebe unter Patentanspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehenden Wellen durch mehrere Rollkörper - Kurvenpaarungen (10, 11, 12; 15, 16, 17; 20, 21, 22; ) in beiden Drehrichtungen gehalten werden, sodaß "kein" Spiel entsteht. 3. Gearbox according to claim 1, 2, characterized in that the rotating shafts are held in two directions of rotation by a plurality of roller body - curve pairs ( 10 , 11 , 12 ; 15 , 16 , 17 ; 20 , 21 , 22 ;), so that "none "Game arises.