TW201525327A - 諧波齒輪裝置 - Google Patents

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Abstract

一種扁平型的諧波齒輪裝置(1)，係具備：齒幅彼此不同的第1內齒齒輪(2)與第2內齒齒輪(3)；筒狀的可撓性外齒齒輪(4)；以及橢圓狀輪廓的諧波產生器(wave generator)(5)。諧波產生器(5)之外齒的支承中心(P2)，是在中心軸線(1a)的方向上，位於第1、第2內齒齒輪(2A、3A)之間，相對於外齒齒輪(4)之外齒的齒幅中心(P1)，僅偏移了偏移量△。可實現一種諧波齒輪裝置，其係可因應於所要求的機械特性、運轉條件，在適當的狀態下來支撐齒幅不同之第1、第2內齒齒輪與外齒齒輪的嚙合部分。

Description

諧波齒輪裝置
本發明係關於一種被稱之為扁平型諧波齒輪裝置的諧波齒輪裝置，其係具備可彎折成非圓形之圓筒狀的外齒齒輪。
扁平型的諧波齒輪裝置係具備：並列配置的第1、第2內齒齒輪；配置在該內側的圓筒狀外齒齒輪；以及配置在外齒齒輪內側的諧波產生器。一般而言，第1內齒齒輪為被固定成不轉動的靜止側內齒齒輪，齒數多於第2內齒齒輪。第2內齒齒輪的齒數同於外齒齒輪，為可與外齒齒輪一體旋轉的驅動側內齒齒輪。藉由諧波產生器將外齒齒輪彎折成非圓形，而部分嚙合於第1、第2剛性內齒齒輪。
一旦藉由馬達等使諧波產生器高速旋轉，第1、第2內齒齒輪與外齒齒輪之間的嚙合位置就會朝向圓周方向移動。在第1內齒齒輪與外齒齒輪之間產生對應於齒數差的相對旋轉。因為第1內齒齒輪是被固定成不會旋轉，所以是外齒齒輪旋轉。外齒齒輪的旋轉是從與外齒齒 輪一體旋轉的第2內齒齒輪讀取，並傳達至負荷側的構件。
在專利文獻1、2中，係記載一種使用滾珠軸承的扁平型諧波齒輪裝置，該滾珠軸承係做為諧波產生器，具有可撓性的內外輪。在專利文獻3中係記載一種使用針型滾子軸承的扁平型諧波齒輪裝置，該針型滾子軸承係做為諧波產生器，具備可撓性的內外輪。而在專利文獻4中則記載一種：具備諧波產生器的扁平型諧波齒輪裝置，該諧波產生器係具有一對的滾子。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-240876號公報
[專利文獻2]日本特開2008-180259號公報
[專利文獻3]日本特開2011-190826號公報
[專利文獻4]日本特開2007-205450號公報
以往的扁平型諧波齒輪裝置係如專利文獻1~4中所記載般，為滿足以下條件A1~A4的構成。參照圖3來加以說明。
條件A1：靜止側的第1內齒齒輪102與驅動側的第2內齒齒輪103，為具備同一齒幅的齒輪。
條件A2：外齒齒輪104，是具備該第1、第2內齒齒輪102、103之各齒幅的大約2倍之齒幅的齒輪。
條件A3：第1、第2內齒齒輪102、103，係以正交面PL為中心，配置成左右對稱，該正交面PL是通過外齒齒輪104的齒幅中心P1(齒幅方向的中央位置)，且與諧波齒輪裝置100之中心軸線100a正交。換言之，第1、第2內齒齒輪102、103之間的中央位置P3，係與外齒齒輪104的齒幅中心P1一致。
條件A4：諧波產生器105係以正交面PL為中心，配置成左右對稱。換言之，諧波產生器105之外齒的支承中心P2(滾珠中心)，係與外齒齒輪104的齒幅中心P1一致。
在此，並沒有特別提及在扁平型諧波齒輪裝置具有不同齒幅之第1、第2內齒齒輪的情況下，諧波產生器的支承中心(滾珠中心)要配置在齒幅方向的哪個位置較佳。並且，也沒有做出任何提案。
本發明的課題即為提供一種諧波齒輪裝置，其係可因應於所要求的機械特性、運轉條件，在適當的狀態下來支撐齒幅不同之第1、第2內齒齒輪與外齒齒輪的嚙合部分。
為了解決上述課題，本發明的諧波齒輪裝置係具有：並列配置在中心軸線之方向的第1內齒齒輪與第 2內齒齒輪；呈筒狀的可撓性外齒齒輪，該可撓性外齒齒輪係配置在上述第1、第2內齒齒輪的內側，可分別嚙合於該第1、第2內齒齒輪；諧波產生器，該諧波產生器是配置在上述外齒齒輪的內側，將該外齒齒輪朝向半徑方向彎折，且分別對上述第1、第2內齒齒輪形成局部嚙合。上述外齒齒輪的外齒具備：相對於上述第1、第2內齒齒輪雙方的內齒，可遍及這些內齒之整體的齒幅方向而嚙合的齒幅。上述諧波產生器係具備：抵接到上述外齒齒輪的內周面，將該外齒齒輪朝向半徑方向彎折成非圓形的外齒支承面。若將上述中心軸線方向之上述外齒支承面的中心位置稱為支承中心，並將上述外齒之齒幅方向的中央位置稱為齒幅中心時，上述支承中心相對於上述齒幅中心是被設定在：沿著上述中心軸線的方向，朝向上述第1內齒齒輪側、或者是上述第2內齒齒輪側偏移的位置。此外，上述第1內齒齒輪的齒幅與上述第2內齒齒輪的齒幅係為不同，以通過上述支承中心，且與上述中心軸線正交的正交面為中心，上述第1內齒齒輪係位在上述中心軸線方向的其中一端側，上述第2內齒齒輪則位在另一端側。
在此，在外齒的齒筋方向上，支承中心對齒幅中心的偏移量以設定在外齒齒輪之節徑(pitch diameter)的1%~4%的範圍內為佳。偏移量是因應具體的運轉條件等來做適當的設定。一旦偏移量變大，與支承中心分開之那一側的內齒齒輪的機械特性就可能會大幅下降。就實用上而言，偏移量以設定在外齒齒輪之節徑的 1%~4%的範圍內為佳。
例如，以第1內齒齒輪為被固定成不會旋轉的靜止側內齒齒輪，並以第2內齒齒輪為輸出減速旋轉的驅動側內齒齒輪。此時，如果支承中心朝驅動側內齒齒輪側偏移的話，就會提高產生相對旋轉之靜止側內齒齒輪與外齒齒輪之間的齒面摩損的抑制效果。相對地，若支承中心對齒幅中心而言，是朝向靜止側內齒齒輪那一側偏移的話，則可提昇增加棘輪扭矩(ratcheting torque)的效果。
根據本發明的話，即可實現一種諧波齒輪裝置，其係可因應於所要求的機械特性、運轉條件，在適當的狀態下來支撐齒幅不同之第1、第2內齒齒輪與外齒齒輪的嚙合部分。
一般而言，諧波產生器是具備：波形插塞；以及裝設在該波形插塞之外周面的波形軸承。波形軸承具有可朝向半徑方向彎折的外輪，外輪的外周面為外齒支承面。此時，支承中心為波形軸承之轉動體之中心軸線方向的中央位置。當轉動體為滾珠時，支承中心是與滾珠中心一致。
再者，一般而言，第1內齒齒輪的齒數為第1齒數，第2內齒齒輪的齒數為少於第1齒數的第2齒數，外齒齒輪的齒數是設定為與第2齒數相同。
1、1A、100‧‧‧諧波齒輪裝置
1a、100a‧‧‧中心軸線
2、2A、102‧‧‧第1內齒齒輪
3、3A、103‧‧‧第2內齒齒輪
2a、2b‧‧‧內齒
2b、3b‧‧‧內齒
4、104‧‧‧外齒齒輪
4a‧‧‧外齒
5、105‧‧‧諧波產生器
6‧‧‧波形插塞
6a‧‧‧軸孔
7‧‧‧波形軸承
8a‧‧‧外輪
8b‧‧‧內輪
9‧‧‧滾珠
P1‧‧‧齒幅中心
P2‧‧‧支承中心
P3‧‧‧中央位置
PL‧‧‧正交面
W2A、W3A‧‧‧齒幅
[圖1](a)、(b)為適用本發明之實施形態的諧波齒輪裝置的端面圖、與縱剖面圖。
[圖2]為圖1之諧波齒輪裝置的齒幅中心與支承中心的關係說明圖。
[圖3]為以往之諧波齒輪裝置的端面圖與縱剖面圖。
以下茲參照圖面來說明適用本發明之諧波齒輪裝置的實施形態。
圖1(a)為本實施形態之諧波齒輪裝置的端面圖，圖1(b)為其縱剖面圖。圖2為諧波齒輪裝置之齒幅中心與支承中心的關係說明圖。
諧波齒輪裝置1A係具備：並列配置在中心軸線1a方向的第1內齒齒輪2A與第2內齒齒輪3A。在第1、第2內齒齒輪2A、3A的內側係同軸地配置了可朝向半徑方向彎折的筒狀外齒齒輪4。外齒齒輪4係可分別嚙合於第1、第2內齒齒輪2A、3A。在外齒齒輪4的內側係同軸地配置了諧波產生器5。諧波產生器5係將外齒齒輪4朝半徑方向彎折成非圓形，且使該外齒齒輪4分別對第1、第2內齒齒輪2A、3A形成局部嚙合。
第1內齒齒輪2A為被固定在無圖示之固定側構件的靜止側內齒齒輪，第2內齒齒輪3A為輸出減速旋轉的驅動側內齒齒輪。靜止側之第1內齒齒輪2A的齒數多於驅動側之第2內齒齒輪3A的齒數。又，第1、第2 內齒齒輪2A、3A之內齒2b、3b的齒幅為彼此不同。在本實施例中，靜止側之第1內齒齒輪2A的齒幅較大。
外齒齒輪4的外齒4a具備：相對於上述第1、第2內齒齒輪2A、3A雙方的內齒2b、3b，可遍及這些內齒2b、3b之整體的齒幅方向而嚙合的齒幅。第1、第2內齒齒輪2A、3A僅以極小的間隙並列配置，外齒4a的齒幅大致與這些內齒2a、3a的合計寬度相同。外齒齒輪4的齒數是與驅動側之第2內齒齒輪3A的齒數相同。
諧波產生器5係具備：呈橢圓形輪廓，且具預定厚度的波形插塞6；以及裝設在該波形插塞6之橢圓形外周面的波形軸承7。在波形插塞6的中心部係形成具有軸孔6a的輪轂6b，該軸孔6a是用來安裝在馬達軸(無圖示)等。波形軸承7具有：可朝向半徑方向彎折的外輪8a與內輪8b；以及以可轉動的狀態被裝設在該外輪8a與內輪8b之間的複數個滾珠9。外輪8a被彎折成橢圓形的外周面為抵接到外齒齒輪4之內周面4b的外輪支承面5a。
外齒齒輪4係被諧波產生器5彎折成橢圓狀，第1、第2內齒齒輪2A、3A雙方是在該橢圓形之長軸兩端的位置嚙合。一旦諧波產生器5旋轉，第1、第2內齒齒輪2A、3A與外齒齒輪4的嚙合位置就會朝向圓周方向移動。在本實施例中，第1內齒齒輪2A的齒數相對於第2內齒齒輪3A的齒數以及外齒齒輪4的齒數，是多了2n齒(n為正整數)。例如：多了2齒。一旦諧波產 生器5轉一圈，在第1內齒齒輪2A與外齒齒輪4之間產生該齒數差的相對旋轉。因為第1內齒齒輪2A為被固定成不會轉動的靜止側內齒齒輪，所以是外齒齒輪4旋轉。又因為嚙合於外齒齒輪4之另一方的第2內齒齒輪3A的齒數是與外齒齒輪4相同，所以會與外齒齒輪4一體旋轉。
在此，係以外齒齒輪4之外齒4a的齒幅方向的中央位置為齒幅中心P1。又以諧波產生器5之外齒支承面5a的中心軸線1a方向的中央位置為支承中心P2。支承中心P2在中心軸線1a的方向上，係與轉動體之滾珠9的中心一致。
在本實施例中，如先前所述般，第1內齒齒輪2A之第1內齒2b的齒幅，係大於第2內齒齒輪3A之第2內齒3b的齒幅。諧波產生器5的支承中心P2，係與第1內齒齒輪2A及第2內齒齒輪3A之齒筋方向的中央位置P3一致。換言之，第1、第2內齒齒輪2A、3A係位在正交面PL的左右。
再者，以通過諧波產生器5的支承中心P2，且與中心軸線1a正交的正交面為PL。正交面PL相對於外齒齒輪4的齒幅中心P1，是被設定在：沿著中心軸線1a的方向，朝向驅動側之第2內齒齒輪3A側偏移的位置。這些偏移量△係被設定在：外齒齒輪4被彎折成橢圓形之前，呈正圓形狀態時的節徑PCD的1%~4%範圍內。
(其他實施形態)
在上述的實施形態中，靜止側之第1內齒齒輪2A的齒幅係大於驅動側之第2內齒齒輪3A的齒幅。相反地，靜止側之第1內齒齒輪2A的齒幅也可能是小於驅動側之第2內齒齒輪3A的齒幅。此時，以通過支承中心且與中心軸線正交的正交面為中心，將第1內齒齒輪配置在中心軸線方向的其中一端側，將第2內齒齒輪配置在另一端側。再者，在外齒的齒筋方向上，支承中心對齒幅中心的偏移量，以被設定在外齒齒輪之節徑的1%~4%範圍內為佳。
在上述的實施形態中，係將具有可撓性內外輪的滾子軸承使用於諧波產生器。除此之外，亦可如先前引用之專利文獻3所記載般，將具有可撓性之內外輪的針型滾子軸承使用於諧波產生器。
此外，諧波產生器係可以使用：先前引用之專利文獻4所記載之具有一對滾子的諧波產生器、或者是具有複數對滾子的諧波產生器。
1a‧‧‧中心軸線
1A‧‧‧諧波齒輪裝置
2A‧‧‧第1內齒齒輪
2b、3b‧‧‧內齒
3A‧‧‧第2內齒齒輪
4‧‧‧外齒齒輪
4a‧‧‧外齒
5‧‧‧諧波產生器
5a‧‧‧外齒支承面
6‧‧‧波形插塞
7‧‧‧波形軸承
8‧‧‧外輪
9‧‧‧轉動體
P1‧‧‧外齒齒輪的齒幅中心
P2‧‧‧外齒齒輪的支承中心
P3‧‧‧中央位置
PL‧‧‧正交面
W2A、W3A‧‧‧齒幅

Claims (4)

  1. 一種諧波齒輪裝置(1A)，其特徵為：具有：並列配置在中心軸線(1a)之方向的第1內齒齒輪(2A)與第2內齒齒輪(3A)；呈筒狀的可撓性外齒齒輪(4)，該可撓性外齒齒輪(4)係配置在上述第1、第2內齒齒輪(2A、3A)的內側，可分別嚙合於該第1、第2內齒齒輪；諧波產生器(5)，該諧波產生器(5)是配置在上述外齒齒輪(4)的內側，將該外齒齒輪朝向半徑方向彎折，且分別對上述第1、第2內齒齒輪(2A、3A)形成局部嚙合，上述外齒齒輪(4)的外齒(4a)具備：相對於上述第1、第2內齒齒輪(2A、3A)雙方的內齒(2b、3b)，可遍及這些內齒(2b、3b)之整體的齒幅方向而嚙合的齒幅，上述諧波產生器(5)係具備：抵接到上述外齒齒輪(4)的內周面，將該外齒齒輪朝向半徑方向彎折成非圓形的外齒支承面(5a)，若將上述中心軸線(1a)方向之上述外齒支承面(5a)的中心位置稱為支承中心(P2)，並將上述外齒(4a)之齒幅方向的中央位置稱為齒幅中心(P1)時，上述支承中心(P2)相對於上述齒幅中心(P1)是被設定在：沿著上述中心軸線(1a)的方向，朝向上述第1內齒齒輪(2)側、或者是上述第2內齒齒輪(3)側偏移 的位置，上述第1內齒齒輪(2A)的齒幅(W2A)與上述第2內齒齒輪(3A)的齒幅(W3A)，係為不同，以通過上述支承中心(P2)，且與上述中心軸線(1a)正交的正交面(PL)為中心，上述第1內齒齒輪(2A)係位在上述中心軸線(1c)方向的其中一端側，上述第2內齒齒輪(3A)則位在另一端側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置(1A)，其中，上述支承中心(P2)對上述齒幅中心(P1)的偏移量(△)，是在上述外齒齒輪(4)之節徑的1%~4%的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的諧波齒輪裝置(1A)，其中，諧波產生器(5)係具備：波形插塞(6)、以及安裝在該波形插塞(6)之外周面的波形軸承(7)，上述波形軸承(7)係具備：可朝向半徑方向彎折的外輪(8)，上述外輪(8)的外周面為上述外齒支承面(5a)，上述支承中心(P2)是上述波形軸承(7)之轉動體(9)之上述中心軸線(1a)方向的中央位置。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的諧波齒輪裝置(1A)，其中，上述第1內齒齒輪(2)的齒數為第1齒數，上述第2內齒齒輪(3)的齒數為少於上述第1齒數 的第2齒數，上述外齒齒輪(4)的齒數係被設定為與上述第2齒數相同。
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