TWI572788B

TWI572788B - 減速傳動軸承

Info

Publication number: TWI572788B
Application number: TW103101749A
Authority: TW
Inventors: 李茂碷
Original assignee: 李茂碷
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2017-03-01
Also published as: TWM482664U; TW201506272A; CN104343894B; CN104343894A

Description

減速傳動軸承

本發明係有關一種減速傳動軸承，尤指一種可供傳動機構穩固地支承並兼有變速傳動作用之傳動元件設計。

習知的軸承係作為轉軸的轉動元件，能提供轉軸的徑向及軸向支撐，用來保持軸的中心位置，並增進轉軸的滑動性及降低磨擦力，除此之外，一般的軸承就不具有其他功能。因此當軸承應用在減速傳動的機構中，例如馬達若要減速帶動一傳動軸轉動時，不能利用上述軸承達到兼具有減速的功能；一般作法只能利用一變速裝置(例如變速箱)連接在馬達與傳動軸之間，使馬達轉軸的動力先輸入變速裝置，經過變速裝置內的多個齒輪減速後，再帶動變速裝置另一端的傳動軸；因此整體傳動機構的體積無法有效地減縮，難以應用在精密機器(例如機械手臂)或安裝空間有限的機具上。

另外，現今一種諧波傳動裝置(Harmonic drive)，舉例如美國專利US4625582、US5662008、US7552664、US4909098等，以及歐洲專利EP0514829等，其主要具有一鋼環，鋼環的內環面設有內齒；一杯形的柔輪，柔輪的外壁設有外齒，並將柔輪設置在鋼輪之中；及一諧波器，其包括一凸輪及一套設在凸輪的柔性軸承，透過凸輪撐開柔性軸承，使柔性軸承呈橢圓形抵靠在柔輪的內面，進而使柔輪的外齒嚙合在鋼環的內齒。但是這種諧波傳動裝置的杯形柔輪，不易加工製造，外齒被撐開時不能完全嚙合在鋼環的內齒，而且整體的軸向長度較大，也不易應用在空間有限的精密機器。

另外還有一種諧波傳動裝置，則不採用杯形柔輪，例如美國專利公開第US20130081587號，其包括兩個併排的鋼環，鋼環的內環面均設有內齒；一內環，內環的外壁設有外齒，並將柔輪設置在鋼輪之中；及一諧波器撐開內環，使內環的外齒嚙合在兩鋼環的內齒。然而，其兩個鋼環係為並排的構造，會發生軸向分離的情況，因此必需加裝其他外殼等構件，防止兩個鋼環軸向分離，因而導致其整體結構較龐大，製造成本也較高。

為此，如何將減速裝置與軸承融合為一體，構成一個最簡單的減速傳動軸承，可以直接裝入機械產品中(如機械手臂)，達到軸承兼有減速傳動作用，同時在體積與重量上，均具有極大的改進，為本發明所要積極揭露的技術。

本發明之目的在提供一種減速傳動軸承，其透過兩個相套接的外環的內齒，一內環的外齒嚙合於內齒，及一驅動內環的諧波器結構設計，進而達到體積縮小、結構精簡、兼具減速傳動與軸承功能之目的。

為了達到上述目的，本發明減速傳動軸承之較佳技術內容包括：一第一外環，其具有一第一外環面、一第一內環面及一第二內環面，該第一內環面的直徑大於該第二內環面的直徑，該第一內環面凹設有一圈第一滾子溝槽，該第二內環面設有第一內齒。一第二外環，其轉動地埋設在該第一外環的第一內環面之中，其具有一第二外環面及一第三內環面，該第二外環面凹設有一第二滾子溝槽，該第三內環面設有第二內齒，該第二內齒與該第一內齒的齒數具有齒數差。多數個第一滾動件，該第一滾動件排列設置於該第一外環的第一滾子溝槽與該第二外環的第二滾子溝槽之間。一內環，其轉動地設置在該第一外環及該第二外環內，其具有一第三外環面及一第四內環面，該第三外環面設有外齒。及一諧波器，其轉動地設置在該內環之中，其支撐在該內環的第四內環面，推擠該內環至少一嚙合部位的外齒嚙合於該第一內齒及該第二內齒。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該內環係為軟性的金屬環，及該諧波器推擠該內環兩個相對的嚙合部位的外齒嚙合於該第一內齒及該第二內齒。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該內環係為硬性的金屬環，及該諧波器推擠該內環的一嚙合部位的外齒嚙合於該第一內齒及該第二內齒。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該第一滾動件為滾柱或滾珠。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該諧波器包括一凸輪及多數個第二滾動件，該凸輪的周圍具有一凸輪面，該第二滾動件設置於該凸輪面，並抵靠在該內環的第四內環面。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該諧波器包括一保持環，該保持環套設於該凸輪的凸輪面，該第二滾動件設置在該保持環。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該第二滾動件為滾柱或滾珠。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該諧波器包括一凸輪及多數個第三滾動件，該凸輪的周圍設有多數支軸，該第三滾動件結合於該支軸上，並抵靠在該內環的第四內環面。

依上述較佳實施內容所述之減速傳動軸承，其中，該第三滾動件為軸承。

本發明之減速傳動軸承，能夠將動力傳遞至諧波器的凸輪，當諧波器的凸輪轉動時，使第二或第三滾動件抵靠在內環的第四內環面內滾轉，進而使內環的外齒嚙合於第一內齒及第二內齒，由於第一內齒及第二內齒有齒數差，當第一外環被固定時，將使第二外環被內環驅動而形成減速轉動，進而達到減速傳動兼具軸承的功效。特別是，本發明第一外環與第二外環係套接在一起的構造，並具有第一滾動件卡住第一外環與第二外環，如此能縮短減速傳動軸承的軸向寬度，降低第一外環與第二外環相互轉動的磨擦力，並能增進彼此套接的穩固性，有效防止第一外環與第二外環軸向脫離，因而不需要其他外殼構件，能達到體積縮小及結構精簡的功效。

1‧‧‧第一外環

11‧‧‧第一外環面

12‧‧‧第一內環面

13‧‧‧第二內環面

14‧‧‧第一滾子溝槽

15‧‧‧第一內齒

16‧‧‧連接部

161‧‧‧螺孔

2‧‧‧第二外環

21‧‧‧第二外環面

22‧‧‧第三內環面

23‧‧‧第二滾子溝槽

24‧‧‧第二內齒

25‧‧‧連接部

251‧‧‧螺孔

3‧‧‧第一滾動件

31‧‧‧滾柱

4‧‧‧內環

41‧‧‧第三外環面

42‧‧‧第四內環面

43‧‧‧外齒

44‧‧‧嚙合部位

5‧‧‧諧波器

51、51’‧‧‧凸輪

511‧‧‧凸輪面

512‧‧‧支軸

513‧‧‧長軸

52‧‧‧第二滾動件

521‧‧‧滾柱

522‧‧‧滾珠

53‧‧‧保持環

531‧‧‧定位部

10‧‧‧馬達

101‧‧‧轉軸

20‧‧‧傳動軸

第一圖為本發明第一較佳實施例之第一分解狀態示意圖

第二圖為本發明第一較佳實施例之第一分解狀態示意圖。

第三圖為本發明第一較佳實施例之組合狀態剖面示意圖。

第四圖為本發明第一較佳實施例之組合狀態剖面示意圖。

第五圖為本發明第一較佳實施例之嚙合狀態示意圖。

第六圖為本發明第一滾動件另一實施例之剖面示意圖。

第七圖為本發明第一較佳實施例中諧波器另一實施例之剖面示意圖。

第八圖為本發明第一較佳實施例中諧波器另一實施例之側視示意圖。

第九圖為本發明第一較佳實施例之應用狀態參圖。

第十圖為本發明第一較佳實施例之減速傳動動作示意圖一。

第十一圖為本發明第一較佳實施例之減速傳動動作示意圖二。

第十二圖為本發明第二較佳實施例之剖面示意圖。

第十三圖為本發明第二較佳實施例之側視示意圖。

茲依附圖實施例將本發明之結構特徵及其他之作用、目的詳細說明如下：一併如第一圖、第二圖及第三圖所示，本發明之減速傳動軸承，其第一較佳的實施例包括一第一外環1、一第二外環2、多數個第一滾動件3、一內環4及一諧波器5，其中：該第一外環1係一圓環體，其具有一第一外環面11、一第一內環面12及一第二內環面13，第一內環面12的直徑大於第二內環面13的直徑，使第一外環1形成為階級狀的內孔。且第一內環面12凹設有一圈第一滾子溝槽14，而第二內環面13設有第一內齒15。另外，第一外環1還可以設有連接在馬達或其他構件的連接部16，連接部16可以是多數個設置於一端面的螺孔161。

該第二外環2亦係一圓環體，其轉動地設置在第一外環1的第一內環面12之中(如第三圖及第四圖所示)，縮短減速傳動軸承的軸向寬度。第二外環2具有一第二外環面21及一第三內環面22，第二外環面21凹設有一第二滾子溝槽23，第三內環面設有第二內齒24，第二內齒24與第一內齒15的齒數具有齒數差，舉例第二內齒24的總數為 60齒時，第一內齒15的總數可為62齒，其具有2齒的齒數差(具體的齒數差係依減速比製造需求而定)。另外，第二外環2還可以設有連接在傳動軸或其他構件的連接部25，連接部25可以是多數個設置於一端面的螺孔251。

該第一滾動件3排列設置於第一滾子溝槽14與第二滾子溝槽23之間(如第四圖所示)，使第一滾動件3作為第一外環1與第二外環2的連接與限位的元件，防止其彼此軸向分離，同時也能降低第一外環1與第二外環2轉動時彼此的磨擦力。

該內環4係為可彈性變形的金屬環，其轉動地設置在第一外環1及第二外環2之中(如第三及第四圖所示)，其寬度等於第一內齒15與第二內齒24的總寬度，其具有一第三外環面41及一第四內環面42，第三外環面41設有外齒43，外齒43的齒數與第二內齒24的齒數在第一較佳實施例中係為相同的。

該諧波器5轉動地設置在內環4之中(如第四圖所示)，在第一較佳實施例中，其支撐在內環4的第四內環面42，推擠內環4至少兩個相對的嚙合部位44的外齒嚙合於第一內齒15及第二內齒24(如第五圖所示)，因此當諧波器5持續轉動時，即使第二外環2作減速轉動。

一併如第一圖及第四圖所示，上述第一滾動件3較佳地係為滾柱31或滾珠，第一滾動件3實施為圓柱形的滾柱31時，第一滾子溝槽14與第二滾子溝槽23係V形槽，並使滾柱31呈90度交錯排列在第一滾子溝槽14與第二滾子溝槽23之間(如第三圖所示)，因此能對第一外環1與第二外環2起到防止軸向脫離，增進彼此套接穩固性，同時具有徑向與軸向支撐作用，以及降低第一外環1與第二外環2彼此磨擦力等功效。

一併如第一圖、第二圖及第四圖所示，上述該諧波器5較佳地包括一凸輪51及多數個第二滾動件52。該凸輪51可為一長軸與一短軸的正橢圓形凸輪，於其周圍具有一凸輪面511。而該第二滾動件52較佳地為一排或兩排排列設置於凸輪面511，並使第二滾動件52抵靠在內環4的第四內環面42，因此當凸輪51轉動時，能使第二滾動件52同步滾動，如第五圖所示，進而推擠內環4使至少兩個相對的嚙合部位44的外齒嚙合於第一內齒15及第二內齒24。

再一併如第一圖、第二圖及第四圖所示，上述該諧波器5較佳地更包括一保持環53，保持環53兩側具有多數個定位部531，將保持環53套設於凸輪51的凸輪面511，如此就能將第二滾動件52設置在保持環53的定位部531之間，使第二滾動件52排列設置於凸輪面511。而該第二滾動件52較佳地係為滾柱521或滾珠522(如第六圖所示)。

另外，一併如第七圖及第八圖所示，在第一較佳實施例中，該諧波器5較佳的可改為包括一凸輪51及多數個第三滾動件54。該凸輪51可為一長軸與一短軸的橢圓形凸輪，在凸輪51的周圍設有多數軸向的支軸512。該第三滾動件54為軸承541，例如滾珠軸承或滾針軸承等，使第三滾動件54結合於支軸512上，並抵靠在內環4的第四內環面 42，如此能夠達到相同的功能，推擠內環4至少兩個相對的嚙合部位44的外齒嚙合於第一內齒15及第二內齒24。

如第九圖所示，本發明使用時，可將馬達10的轉軸101連接於諧波器5的凸輪51，並使第一外環1利用其連接部16的螺孔161結合於馬達10的法蘭端部或其他固定構件，使第一外環1作為不能轉動的固定端。而第二外環2則可利用其連接部25的螺孔251結合於傳動軸20(出力軸)或其他構件，使第二外環2作為出力轉動端。再一併如第十圖及第十一圖所示，當諧波器5的凸輪51被馬達10帶動旋轉時，凸輪51的長軸513持續轉動並推擠使內環4的外齒43的嚙合部位44改變，因而使第二外環2減速轉動，凸輪51每轉動1圈，因為第一內齒15與第二內齒24有齒數差的原理，僅使第二外環2轉動1個齒距，如此達到很高的減速比。

再如第十二圖所示，為本發明第二較佳實施例，其內環4可以改用為剛性的(rigid)金屬環，並轉動地設置在第一外環1及第二外環2內。而諧波器5較佳的實施例係包括一凸輪51’及多數個第三滾動件54，該凸輪51’係為一圓形的偏心輪，該第三滾動件54係為滾珠，並排列設置在凸輪51’的凸輪面與內環4之間。再一併如第十三圖，當諧波器5的凸輪51’轉動時，可透過第三滾動件54抵靠在內環4，推擠內環4的一嚙合部位44的外齒43嚙合於第一內齒15及第二內齒24，同理凸輪51’每轉動1圈，因為第一內齒15與第二內齒24的齒數差原理，僅使第二外環2轉動1 個齒距，如此同樣能達到很高的減速比。

綜上所述，本發明減速傳動軸承已確具實用性與進步性，其技術手段之運用亦出於新穎無疑，且功效與設計目的誠然符合，已稱合理進步至明。為此，依法提出發明專利申請，惟懇請鈞局惠予詳審，並賜准專利為禱，至感德便。