JP6191890B2 - 自動ロック機能を有する波動減速機及びその複合型減速装置 - Google Patents
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Description
F ×R sinθ<R ×μ×F cosθ
0<θ≦4°
Fはローラーにより弧凸部に施される垂直抗力であり、Rは弧凸部とローラーとの間の接触点のカムのカム軸に対する距離であり、θはFのリード角であり、μは弧凸部とローラーとの間の摩擦係数である。前記リード角とは、ローラー及びカムの接触点の切線が接触点からカムのカム軸に接続されて生成される垂直線との夾角を指す。
F ×R sinθ=T1
R ×μ×F cosθ=T2
のT1はローラーにより弧凸部に力が施されるさいの回転トルクであり、T2は弧凸部とローラーとが接触したさいの摩擦力(μ×F )の分力(μ×F cos θ)の回転トルクである。
F×R sinθ<R×μ×F cosθ ………式(1)
上の式(1)の計算後に、さらに以下の式(2)によりリード角θが取得される:
<4°が得られ、これにより、本発明で仮定される摩擦係数μ=0.07が表検索から得られる0.1〜0.12より小さいため、0<θ≦4°の場合、自動ロック効果を十分に達成させる。
本発明では、まずローラー2の移動軌跡に対して分析を行う。より具体的には、ローラー2がカムのカム面10の弧凸部12が近付いて推動される場合、対応されるソケット30内に2つの移動速度が同時に発生し、前記2つの移動速度はカムのカム軸11の径方向に向けて発生する径方向の移動速度v及びカム1の円周方向に向けて発生する角速度ωを含む(図4a参照)。本発明の具体的な手段は、単位時間tにより前記径方向の変移量Lを等比例で分割して径方向の変移速度v(ΔL=ν×Δt)とし、同時に前記単位時間tにより前記円周方向の有効な回転角度θを等比例で分割して円周方向の角速度ω(Δθ=ω×Δt)とし、これにより、ソケット30内のローラー2の移動経路をシミュレートして複数の軌跡円を描画する(詳しくはプロセスS2乃至プロセスS4に後述する)。
本発明は減速比及び配置サイズの需要に合わせて、以下の設定データに基づいて図8のように徐々に描画する。図8はX−Y座標系の4つの象限中に作図するのを例に挙げ、特に、以下の設定データに基づいて第二象限中にローラー2の複数の軌跡円を描画して表示し、前記設定データは、以下を含む。
1.前記複数のローラーの数量Rn=40が予め設定され、ただし、ベアリング4の各ベアリング溝40の剛性を確保するため、ベアリング溝及びローラーの数は共に1/2となる。
2.カム1のカム面の弧凸部12の数量がCn=2に予め設定される。
3.ソケットの数量Sn=Rn−Cn=40−2=38が予め設定される。
4.ローラーの直径はRd=2.0mmである。
5.ローラーの有効な作用数量は非整数に設定され、例えばEn=5.3である。
上述のプロセス2の設定後、本発明はさらに以下のパラメータの定義に基づいて図9に示すカム1の外囲のローラーの軌跡円の有効な移動範囲の図面を描画する。
[Xm、Ym]=[-8.8034166,10.988460]が推測されて取得される(m=M=300で等比例で分割される場合)。
その後に、上述の各2つの隣接する軌跡円の間に切線T’を形成させ、且つ各切線T’の1つ目の円面接線を選択し、以下の式により各円面接線の座標
[X’m、Y’m]を計算し、式(4)に表示する:
ここでは、Xm−1及びYm−1は第m号軌跡円の円心の座標であり、m−1は第m号ローラーの軌跡円の番号である。
図4及び図9はプロセスS4の第二象限中に形成される単位カム面輪郭13aが描画され(図9参照)、カムのカム軸11のX軸線及びY軸線により他の3つの象限(第一象限と、第三象限と、第四象限とを含む)中にそれぞれ鏡映されると共に合わされて前記カム輪郭13が構成される。前記のそれぞれの鏡映には、まずX軸線に対して鏡映された後にY軸線に対して鏡映される、或いはまずY軸線に対して鏡映された後にX軸線に対して鏡映され、X−Y座標に存在する4つの象限中の何れか1つの象限の単位カム面輪郭13aが、他の3つの象限中に順に鏡映され、X−Y座標の4つの象限を満たし、囲むように合わされて完全なカム輪郭13が構成されることを含む(図参照)。各単位カム面輪郭13aがY軸線の交差点上(即ち、弧凸部位置)に発生させる余った線段及び尖点には、面取り処理或いはばり取りが施される。
プロセス2の設定後、本発明はさらに以下に例示するパラメータに基づいて定義された図11に示すローラーの軌跡円の有効な移動範囲の図面を描画する(図8に示す)。
6.カムのカム軸11のローラーの軌跡円の円心とカムのカム軸11との間の最も離れる距離はLfであり、座標(0、Lf)が予め設定され、Lf=14.6mmである。
7.本実施形態では初期の2つの軌跡円の間の切線角度が44.5° 〜 45.5°に設定される。
8.ローラーの有効な作用変移は0.52 mmである。
9.ローラーの有効な作用円周角度は
10.上述からソケット及びローラーの角度差
11.ソケット30の片側歯車歯面輪郭31aの有効な作用範囲の移動回転角
ここでは、Nはローラーの移動の軌跡円の番号を表し、Nは>0の自然数である。
[Xn、Yn]=[0.500433,14.071104]が推測されて取得される(n=N=100で等比例で分割される)。
上述のプロセスS30に続いて、各2つの隣接する軌跡円の間に切線Tが形成され、各切線Tの1つ目の円面接線が選択され、以下の式により各円面接線の座標[X’n、Y’n]が計算され、式(6)に表示される:
ここでは、Xn−1及びYn−1は第n号の軌跡円の円心の座標であり、n−1は第n号のローラーの軌跡円の番号である。
プロセスS40に続き、図4は仮想の歯の谷の中心線Y(実質的に図6に示す第0号の軌跡円の円心とカムのカム軸11との間の接続線)により前記片側歯車歯面輪郭31aが鏡映されて対応辺歯車歯面輪郭31bとなる。
上述のプロセスS50の後、本発明は続けてカムのカム軸11を回転の中心とし(図9参照)、前記ソケット輪郭31は上述の既定のソケット数量Snに基づいてソケットホイール3の内カム面に等円周間隔で配列されて包囲させ、前記ソケットホイール輪郭34が形成される。前述の等円周間隔とは、上述の歯の先端に保留される仮想の距離の形成を指す。
10 カム面
11 カム軸
110 環状歯車部
12 弧凸部
13 カム輪郭
13a 単位カム面輪郭
14 入力軸
2、200、201 ローラー
3、300 ソケットホイール
30、310、311 ソケット
31 ソケット輪郭
31a 片側歯車歯面輪郭
31b 対応辺歯車歯面輪郭
32 歯先面輪郭
33 歯底部輪郭
34 ソケットホイール輪郭
4、400、401 ベアリング
40 ベアリング溝
41 出力軸
410 環状接合部
5、50、500 台座
6、60、600 カバー
71 ウォーム軸
72 ウォームホイール
71a、72a 歯面
800、840 遊星歯車セット
810、811 太陽歯車
820、84 遊星歯車
82 歯車セット
82a、841a フロントギア
82b、842b リアギア
841 第一セット遊星歯車
842 第二セット遊星歯車
841b、85 ホイールディスク
841c センターギヤ
88、880 環状歯車
90、91 回転駆動装置
S1乃至S5 カム輪郭設計プロセスの工程説明
S1、S2及びS30乃至S50 ソケットホイール輪郭設計プロセスの工程説明
S50乃至S60 ソケット輪郭設計プロセスの工程説明
Claims (19)
- カム軸の環周にカム輪郭を有し、前記カム輪郭は形成される少なくとも1つの弧凸部を具備するカムと、
カムの外囲に配置され、内環の壁面には複数のソケットが周設されるソケットホイールと、
前記カムとソケットホイールとの間に配置され、それの円周には複数のベアリング溝が等間隔で設置され、前記各ベアリング溝の活動空間にはローラーが配置され、前記カムの入力により弧凸部が駆動されて回転させ、前記弧凸部の応力によりローラーが推動されて対応されるソケット内まで移動すると共にソケットホイール及びそれの内の何れか1つが連動されて既定の減速比の出力回転を行うベアリングとを備えると共に同心円方式で配置され、
ここでは、前記弧凸部の形成は以下の式に制限され:
F×R sinθ<R×μ×F cosθ
0<θ≦4°
Fはローラーにより弧凸部に施される垂直抗力であり、Rは弧凸部とローラーとの間の接触点のカムのカム軸に対する距離であり、θはFのリード角であり、μは弧凸部とローラーとの間の摩擦係数である自動ロック機能を有する波動減速機において、
前記カム輪郭の形成プロセスは、
ローラーのカムとソケットとの間の径方向の移動軌跡及び円周回転軌跡が単位時間に基づいて等比例で分割され、ローラーの移動過程での複数の軌跡円の円心及び円面接線が順に取得されるプロセスと、
前記複数の円面接線が連接されてカム輪郭中の単位カム面輪郭となるプロセスと、
カムのカム軸上のX軸線及びY軸線により前記単位カム面輪郭がそれぞれ鏡映されて合わされることで前記カム輪郭が構成されるプロセスとを含み、
前記複数の軌跡円の円心は、以下の式により円心の座標(X m, Y m )が取得され:
- F ×R sinθ=T1
R ×μ×F cosθ=T2
ここでは、T1はローラーにより弧凸部に力が施されるさいの回転トルクであり、T2は弧凸部とローラーとが接触したさいの摩擦力(μ×F )の分力(μ×F cos θ)の回転トルクであることを特徴とする、請求項1に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。 - 前記複数の軌跡円の円面接線(X′m,Y′m)は、以下の式で表され:
- スプラインが前記複数の円面接線に連接されて単位カム面輪郭が形成されることを特徴とする、請求項3に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- 前記ソケットはソケット輪郭を有し、前記ソケット輪郭の形成プロセスは、
ローラーのカムとソケットとの間の径方向の移動軌跡及び円周回転軌跡が単位時間に基づいて等比例で分割され、ローラーの移動過程での複数の軌跡円の円心及びその円面接線が順に取得されるプロセスと、
前記複数の円面接線が連接されてソケットの歯の先端と歯の谷との間の片側歯車歯面輪郭が形成されるプロセスと、
歯の谷の中心線により前記片側歯車歯面輪郭が鏡映されて対応辺歯車歯面輪郭が形成され、且つ片側歯車歯面輪郭と対応辺歯車歯面輪郭との間に歯底部輪郭が連結されて前記ソケット輪郭が構成されるプロセスとを含むことを特徴とする、請求項1または2項に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。 - 前記複数の軌跡円の円心は、以下の式により円心の座標(Xn,Yn)が取得され:
- 前記複数の軌跡円の円面接線[X'n、Y'n] は、以下の式で表され:
- スプラインが前記複数の円面接線に連接されて片側歯車歯面輪郭が形成されることを特徴とする、請求項7に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- 前記歯底部輪郭は片側歯車歯面輪郭と対応辺歯車歯面輪郭との間の最も隣接される2つの軌跡円の円面接線が連接されて形成され、前記歯底部輪郭は前記複数の軌跡円のカム面に干渉しないことを特徴とする、請求項5に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- カムのカム軸を回転中心とし、前記ソケット輪郭に等円周間隔で配列されるソケットホイールを包囲させる内カム面をさらに備え、前記ソケットホイールが有するソケットホイール輪郭が形成されることを特徴とする、請求項5に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- 前記歯の先端は片側歯車歯面輪郭と対応辺歯車歯面輪郭との間の最も離れる2つの対応される軌跡円の円面接線が円角に連接され、歯先面輪郭が形成され、前記歯先面輪郭により前記ローラーが導引されて隣接するソケット内のソケット輪郭に接触するまで移動されることを特徴とする、請求項10に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- 前記カムの内環には入力端となる動力入力インターフェースとして使用される歯孔形の環状歯車部が形成されることを特徴とする、請求項1または2項に記載の自動ロック機能を有する波動減速機。
- カム軸の環周にカム輪郭を有し、前記カム輪郭は形成される少なくとも1つの弧凸部を具備するカムと、
カムの外囲に配置され、内環の壁面には複数のソケットが周設されるソケットホイールと、
前記カムとソケットホイールとの間に配置され、それの円周には複数のベアリング溝が等間隔で設置され、前記各ベアリング溝の活動空間にはローラーが配置され、前記カムの入力により弧凸部が駆動されて回転させ、前記弧凸部の応力によりローラーが推動されて対応されるソケット内まで移動すると共にソケットホイール及びそれの内の何れか1つが連動されて既定の減速比の出力回転を行うベアリングとを備えると共に同心円方式で配置され、
ここでは、前記弧凸部の形成は以下の式に制限され:
F×R sinθ<R×μ×F cosθ
0<θ≦4°
Fはローラーにより弧凸部に施される垂直抗力であり、Rは弧凸部とローラーとの間の接触点のカムのカム軸に対する距離であり、θはFのリード角であり、μは弧凸部とローラーとの間の摩擦係数である自動ロック機能を有する波動減速機
に応用され、前記波動減速機の一側に複合される遊星歯車セットを備える複合型減速装置であって、前記カムの内環には環状歯車部が形成され、前記遊星歯車セットは、
ホイールディスクの一側の円周端面に等間隔で配設されると共にカムの環状歯車部にそれぞれ噛合される複数の遊星歯車を含み、前記ホイールディスクは回転駆動装置に軸着されることを特徴とする複合型減速装置。 - 前記遊星歯車セットは太陽歯車をさらに備え、前記ホイールディスクは太陽歯車が回転駆動装置に軸着されることで、前記複数の遊星歯車が太陽歯車の周辺にそれぞれ噛合されて伝動されることを特徴とする、請求項13に記載の複合型減速装置。
- 前記遊星歯車は固定端として使用される環状歯車をさらに備え、前記環状歯車は前記複数の遊星歯車の外囲に噛合され、前記複数の遊星歯車は複数の歯車セットを含み、各歯車セットは同軸で配置されるフロントギア及びリアギアを具備し、前記複数のフロントギアは環状歯車に噛合され、且つ前記複数の遊星歯車は前記複数のリアギア及びカムの環状歯車部により噛合されることを特徴とする、請求項13または14に記載の複合型減速装置。
- 前記ベアリングの中心が延伸されて環状接合部が形成されて出力軸となることを特徴とする、請求項13に記載の複合型減速装置。
- 請求項1の前記波動減速機に応用され、前記波動減速機の一側に複合される遊星歯車セットを備える複合型減速装置であって、前記遊星歯車セットは、
回転駆動装置に軸着される太陽歯車と、
カムの一側の円周端面に等間隔で配設されると共に前記太陽歯車の周辺にそれぞれ噛合されてカムを連動させて回転させる複数の遊星歯車とを含むことを特徴とする複合型減速装置。 - 前記複数の遊星歯車は、
ホイールディスクの一側の円周端面に等間隔で配置される複数のフロントギアを具備し、前記複数の遊星歯車は前記複数のフロントギアにより太陽歯車の周辺に噛合され、前記ホイールディスクの他側の回転中心にはセンターギヤが固設される第一セット遊星歯車と、
カムの一側の円周端面に等間隔で配置される複数のリアギアを具備し、前記複数のリアギアはギヤの周辺に噛合される第二セット遊星歯車とを備えることを特徴とする、請求項17に記載の複合型減速装置。 - 前記遊星歯車は固定端として使用される環状歯車をさらに備え、前記環状歯車は前記複数のフロントギアの周辺に噛合されることを特徴とする、請求項17に記載の複合型減速装置。
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