專利名稱：具有三維接觸漸開線正偏位齒形的波動齒輪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及撓曲量大于常規(guī)撓曲量的具有正偏位齒形的波動齒輪裝置。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及一種通過將具有比標(biāo)準(zhǔn)齒形更小的低壓力角的漸開線齒形用作波動齒輪裝置的剛性內(nèi)齒輪和可撓外齒輪的基本齒形并使外齒移位以令外齒的軸向垂直橫截面的漸開線齒形的直線部分從可撓外齒輪的外齒的齒線方向看呈一致而獲得的三維接觸漸開線正偏位齒形。
背景技術(shù)：
自從由C.W. Musser (專利文件I)作出波動齒輪裝置的發(fā)明以來直至今日，由創(chuàng)始者以及眾多研究者(包括本發(fā)明人)構(gòu)思出多種類型裝置的發(fā)明。即使將討論僅限于有關(guān)齒形的發(fā)明，已經(jīng)提出了許多不同類型。例如，本發(fā)明人在專利文件2中提出的一種作為波動齒輪裝置的基本齒形的漸開線齒形；在專利文件3、4中提出一種齒形設(shè)計方法，借助該方法波動齒輪裝置的剛性內(nèi)齒輪和可撓外齒輪的嚙合通過齒條而逼近，由此衍生出一種尖頭齒形，籍此兩個齒輪在寬面積上接觸。在專利文件5中，本發(fā)明人進(jìn)一步提出一種高棘輪效應(yīng)(ratcheting)扭矩的齒形，這使波動齒輪裝置中的連續(xù)嚙合變成可能。一般地，波動齒輪裝置具有環(huán)形的剛性內(nèi)齒輪、同軸地設(shè)置在其內(nèi)側(cè)的可撓外齒輪以及配合在其中的波動發(fā)生器。可撓外齒輪設(shè)有可撓圓柱筒部、沿徑向從該圓柱筒部的后端開始延伸的隔板以及在其前端開口側(cè)形成在圓柱筒部的外周面部分上的外齒。形成隔板已使圓柱筒部的后端開口封閉的狀態(tài)的可撓外齒輪被稱為杯形可撓外齒輪，而形成隔板已從圓柱形筒形部的后端向外伸出的狀態(tài)的可撓外齒輪被稱為大禮帽形可撓外齒輪。任一形狀的可撓外齒輪通過波動發(fā)生器被偏位成橢圓形，因此形成在其圓柱筒部的外周面部分上的外齒在橢圓的長軸方向上的任一端與剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒哨合。當(dāng)可撓外齒輪由波動發(fā)生器變形成橢圓形時，所研究的可撓外齒輪的外齒的邊緣中性圓也變形至橢圓形的邊緣中性曲線。其中w表示在該邊緣中性曲線的長軸位置上變形之前相對于該邊緣中性圓沿徑向的撓曲量，而Wtl表示撓曲的常規(guī)(標(biāo)準(zhǔn))量，該常規(guī)量是邊緣中性圓的半徑除以波動齒輪裝置的減速比得到的值，其比值(w/wO)是偏位系數(shù)κ。大于常規(guī)撓曲量的撓曲量(K > I)被稱為正偏位，而小于常規(guī)撓曲量的撓曲量(K < I)被稱為負(fù)偏位。這里，已被撓曲成橢圓形的可撓外齒輪的外齒沿其齒線方向從隔板側(cè)的后端部朝向前開口側(cè)的前端部以基本與離隔板的距離成比例的方式表現(xiàn)出遞增量的撓曲。此外，伴隨著波動發(fā)生器的轉(zhuǎn)動，可撓外齒輪的外齒的各個部分沿徑向重復(fù)撓曲。結(jié)果，例如當(dāng)沿外齒齒線方向在中心處的軸向垂直橫截面上的撓曲量被設(shè)定成常規(guī)的撓曲量(κ=1)時，正偏位撓曲狀態(tài)出現(xiàn)在從該截面開始朝向前端的一側(cè)，而負(fù)偏位撓曲狀態(tài)出現(xiàn)在從該截面開始朝向后端的一側(cè)。外齒處于沿齒線方向沿其整體正偏位撓曲狀態(tài)的外齒齒形被稱為正偏位齒形，而外齒處于沿齒線方向沿其整體負(fù)偏位撓曲狀態(tài)的外齒齒形被稱為負(fù)偏位齒形?！俺慑F”描述一種狀態(tài)，其中可撓外齒輪的各個部分以這種方式通過波動發(fā)生器而撓曲。迄今為止，在將外齒的成錐考慮在內(nèi)時，尚未對設(shè)置齒形的合理方法給予足夠的重視。目前，強(qiáng)烈要求市場上存在負(fù)載扭矩性能提高的波動齒輪裝置。為此，需要一種將外齒的成錐考慮在內(nèi)的合理齒形，籍此在整個齒線上連續(xù)嚙合是可能的。波動齒輪裝置的其中一個需求是為抗高減速比下的棘輪效應(yīng)提供對策。在齒數(shù)超過200的高減速比的情形下，需要增加齒高以防止高負(fù)載扭矩期間的棘輪效應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)I :美國專利No. 2906143 專利文獻(xiàn)2 JP-B2 45-41171專利文獻(xiàn)3 JP-A 63-115943專利文獻(xiàn)4 JP-A 64-79448專利文獻(xiàn)5 JP-A 2007-21190
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的一個目的是提供一種具有三維接觸漸開線正偏位齒形的波動齒輪裝置，籍此兩個齒輪在沿齒線方向在預(yù)定位置建立的主橫截面(軸向垂直橫截面)內(nèi)在很寬范圍上保持嚙合，同時也在齒線方向上的其它軸向垂直橫截面上保持部分嚙合，該齒形提供足夠大的齒高，該齒高可防止在高負(fù)載扭矩期間兩齒輪的棘輪效應(yīng)，即使在高減速比下也是如此。用于解決前述問題的手段為了達(dá)成前述目的，在本發(fā)明的波動齒輪裝置中，為了增加有效齒高，將小于20°的低壓力角的漸開線正偏位齒形采納作為基本齒形。此外，有鑒于漸開線齒形的齒條齒形是直線這一事實，取得一種可將齒的成錐考慮在內(nèi)地跨兩個齒輪的整個齒線連續(xù)嚙合的齒形。具體地說，根據(jù)本發(fā)明，設(shè)定在波動齒輪裝置的可撓外齒輪的外齒的齒線中心附近的標(biāo)準(zhǔn)軸向垂直橫截面(主橫截面)內(nèi)的齒高值為2 k Qmn=2(l+C)mn (偏位系數(shù)κ Q = l+c ；0< c < O. 5),它大于標(biāo)準(zhǔn)的2mn (其中m是模數(shù)而η是正整數(shù)，通常η=1)。此外，通過以將成錐考慮在內(nèi)的方式沿外齒的齒線方向移位齒，外齒的齒線方向上的軸向垂直橫截面內(nèi)的齒條齒形的直線部分沿齒線方向觀察是一致的。因此。在本發(fā)明的波動齒輪裝置中，可實現(xiàn)齒跨兩個齒輪的整個齒線以合理方式嚙合。進(jìn)一步說，根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種波動齒輪裝置，其具有環(huán)形的剛性內(nèi)齒輪，設(shè)置在內(nèi)齒輪內(nèi)側(cè)的可撓外齒輪，以及配合在外齒輪內(nèi)側(cè)的波動發(fā)生器，可撓外齒輪配有可撓的圓柱筒部以及沿徑向從圓柱筒部的后端開始延伸的環(huán)形隔板，形成在圓柱筒部的前端開口區(qū)域內(nèi)的外齒通過波動發(fā)生器撓曲成橢圓形，以從隔板側(cè)的后端部至開口側(cè)的前端部產(chǎn)生與離開隔板的距離基本成比例的撓曲量；其特征在于剛性內(nèi)齒輪和可撓外齒輪是模數(shù)為m的直齒輪；
剛性內(nèi)齒輪和可撓外齒輪各自的齒數(shù)為至少200 ；可撓外齒輪的齒數(shù)比剛性內(nèi)齒輪的齒數(shù)少2η,其中η是正整數(shù)；剛性內(nèi)齒輪和可撓外齒輪的基本齒形是壓力角α小于20°的漸開線齒形；通過波動發(fā)生器使可撓外齒輪變形至橢圓形，籍此可撓外齒輪的外齒的邊緣中性圓變形至橢圓形的邊緣中性曲線，在邊緣中性曲線的長軸位置上相對于邊緣中性圓沿徑向的撓曲量是κ nm，其中κ是大于I的偏位系數(shù)；在沿可撓外齒輪的外齒的齒線方向的各個位置的軸向垂直橫截面上推導(dǎo)出當(dāng)齒嚙合通過齒條嚙合近似時獲得的可撓外齒輪的外齒相對于剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒的移動軌跡，在可撓外齒輪的外齒的齒線方向上的前端部和后端部之間的中間位置處建立的軸向垂直橫截面被指定為主橫截面，在該主橫截面中獲得的移動軌跡被稱為第一移動軌跡，并且在該第一移動軌跡上的環(huán)形頂部向第一移動軌跡畫出的數(shù)條切線中相對于邊緣中性曲線的長軸成等于壓力角α的夾角的一條切線被稱為第一切線，以及沿齒線方向除外齒的主橫截面以外的軸向垂直橫截面獲得的移動軌跡被稱為第二移動軌跡，并且對此畫出的數(shù)條切線中相對于邊緣中性曲線的長軸成等于壓力角α的夾角的數(shù)條切線被稱為第二切線，除外齒主橫截面以外的軸向垂直橫截面的齒形是經(jīng)移位的齒形，其中包括漸開線齒形的基本齒形已經(jīng)歷位移，由此若沿外齒的齒線方向觀察，軸向垂直橫截面內(nèi)的第二移動軌跡是躍變的并且第二切線與第一切線是一致的；以及剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒的尖端已經(jīng)歷調(diào)整，由此沿齒線方向不存在與移位的齒形的干擾。這里，在優(yōu)選實踐中，主橫截面上的外齒的齒高是2 κ 0mn,其中κ ^是主橫截面中的偏位系數(shù)κ，且偏位系數(shù)κ 0=l+c (0<c<0. 5)。K0Ol)是外齒在主橫截面內(nèi)的偏位系數(shù)K，經(jīng)移位的齒形的移位量可以是通過下列方程給出的值。[方程I]
權(quán)利要求
1.一種波動齒輪裝置，其具有環(huán)形的剛性內(nèi)齒輪、設(shè)置在所述內(nèi)齒輪內(nèi)側(cè)的可撓外齒輪以及配合在所述外齒輪中的波動發(fā)生器， 所述可撓外齒輪配有可撓的圓柱筒部以及沿徑向從所述圓柱筒部的后端開始延伸的環(huán)形隔板，形成在所述圓柱筒部的前端開口區(qū)域內(nèi)的外齒通過所述波動發(fā)生器撓曲成橢圓形，由此從所述隔板側(cè)的后端部至開口側(cè)的前端部產(chǎn)生與離所述隔板的距離基本成比例的撓曲量； 其中所述波動齒輪裝置的特征在于 所述剛性內(nèi)齒輪和所述撓性外齒輪是模數(shù)為m的直齒輪； 所述剛性內(nèi)齒輪和所述撓性外齒輪的齒數(shù)為至少200 ； 所述撓性外齒輪的齒數(shù)比所述剛性內(nèi)齒輪的齒數(shù)少2n，其中η是正整數(shù)； 所述剛性內(nèi)齒輪和所述撓性外齒輪的基本齒形是壓力角α小于20°的漸開線齒形；通過所述波動發(fā)生器使所述可撓外齒輪變形至橢圓形，籍此所述撓性外齒輪的外齒的邊緣中性圓變形至橢圓形的邊緣中性曲線，在所述邊緣中性曲線的長軸位置上相對于邊緣中性圓沿徑向的撓曲量是Knm，其中κ是大于I的偏位系數(shù)； 在沿所述可撓外齒輪的外齒的齒線方向上的各個位置處的軸向垂直橫截面上推導(dǎo)出當(dāng)齒嚙合通過齒條嚙合近似時獲得的可撓外齒輪的外齒相對于剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒的運(yùn)動軌跡， 在所述可撓外齒輪的外齒的齒線方向上的前端部和后端部之間的中間位置處建立的軸向垂直橫截面被指定為主橫截面，在所述主橫截面中獲得的移動軌跡被稱為第一移動軌跡，而在所述第一移動軌跡上的環(huán)形頂部向第一移動軌跡畫出的數(shù)條切線中相對于邊緣中性曲線的長軸成等于壓力角α的夾角的一條切線被稱為第一切線，以及 沿所述齒線方向除外齒的主橫截面以外的軸向垂直橫截面中獲得的移動軌跡被稱為第二移動軌跡，并且對此畫出的數(shù)條切線中相對于邊緣中性曲線的長軸成等于壓力角α的夾角的數(shù)條切線被稱為第二切線， 除所述外齒的主橫截面以外的軸向垂直橫截面的齒形是經(jīng)移位的齒形，其中包括漸開線齒形的基本齒形已經(jīng)歷位移，由此若沿外齒的齒線方向觀察，所述軸向垂直橫截面內(nèi)的第二移動軌跡是躍變的并且所述第二切線與所述第一切線是一致的；以及 所述剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒的尖端已經(jīng)歷調(diào)整，由此沿齒線方向不存在與移位的齒形的干擾。
2.如權(quán)利要求I所述的波動齒輪裝置，其特征在于， 所述主橫截面中的外齒的齒高為2 K ，其中是主橫截面中的偏位系數(shù)K，并且 所述偏位系數(shù)κ ο是l+c (0〈c〈0. 5) ο
3.如權(quán)利要求I或2所述的波動齒輪裝置，其特征在于， K0OD是外齒在主橫截面內(nèi)的偏位系數(shù)κ，經(jīng)移位的齒形的移位量是通過下列方程給出的值，或者 由逼近從下面方程中獲得的移位量的曲線的恒定斜率的直線規(guī)定的值，其中水平軸是偏位系數(shù)K而垂直軸是移位量y。
[數(shù)I]
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的波動齒輪裝置，其特征在于， 所述可撓外齒輪是等齒高的錐形齒輪，以及 所述外齒的尖端圓柱表面的形狀是沿齒線方向從所述后端部朝向所述前端部外徑逐漸減小的圓錐面，由此在變形成橢圓形的狀態(tài)下包含所述可撓外齒輪的長軸的軸向橫截面中，所述可撓外齒輪的外齒的尖端基本平行于所述剛性內(nèi)齒輪的內(nèi)齒的根。
全文摘要
在一波動齒輪裝置(1)中，采用具有低壓力角α(<20°)的漸開線齒形作為可撓外齒輪(3)的外齒(11)的基本齒形。在外齒(11)的主橫截面(20)內(nèi)，其齒高滿足2κ0mn=2(1+c)mn(偏位系數(shù)κ0＝1+c,0<c<0.5)，它大于標(biāo)準(zhǔn)齒高。將成錐考慮在內(nèi)的齒移位沿外齒(11)的齒線方向進(jìn)行的，由此與外齒(11)的齒線方向的軸垂直的各個截面上的齒條齒形的各直線部分從齒線方向觀察是一致的。漸開線齒形的齒條齒形是直線，并因此可實現(xiàn)一種齒形，這種齒形允許將齒輪(2)和齒輪(3)兩者的整個齒線上的齒成錐考慮在內(nèi)的連續(xù)嚙合。
文檔編號F16H1/32GK102959275SQ20118003045
公開日2013年3月6日 申請日期2011年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月4日
發(fā)明者石川昌一, 瀧澤登, 有馬貴弘, 柴本裕輔 申請人:諧波傳動系統(tǒng)有限公司