CN108138911B - 齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

一种齿轮传动装置，具有驱动齿轮(G2)以及与其啮合的从动齿轮(G1)，从动齿轮(G1)具有根据旋转角度使驱动负荷变化的多个区域，被该多个区域所包含的齿部(5)的齿宽度不同。

Description

齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及将输入侧的齿轮的旋转传递到从动齿轮的齿轮传动装置。

背景技术

作为如上所述构成的齿轮传动装置，在专利文献1中公开了具有不等速平面齿轮、与其啮合的小齿轮的技术。该技术是利用电动机驱动小齿轮的技术，使不等速平面齿轮与转向系统的转向机构连动。

在该专利文献1的转向系统中构成为，与作用小扭矩的区域相比，在需要大扭矩的区域，不等速平面齿轮与小齿轮的压力角变小。另外，在不等速平面齿轮中，也够成为通过对从齿轮中心到形成齿面的区域的距离进行各种改变，实现转向齿轮特性。

在专利文献2中公开了利用由电动机驱动的输入齿轮和与其啮合的平面齿轮对离合装置进行操作的技术。平面齿轮形成为扇状，仅在与扇形弧对应的区域形成齿部。

在该专利文献2中，通过利用平面齿轮支承对离合装置进行操作的杆的一端，而伴随平面齿轮的摆动实现离合装置的离合。

专利文献1：日本特开2014‐169745号公报

专利文献2：日本特开2015‐148258号公报

在相对于输入侧的齿轮的旋转而使输出侧的齿轮在不足360度的角度的范围内旋转的齿轮传动装置中，在伴随输出侧的齿轮的旋转角的变化而使负荷变化的结构中，由于伴随该负荷的上升，齿轮的面压也上升，因此会导致摩擦损耗。另外，在伴随负荷的上升而使齿轮的面压上升的结构中，摩擦上升而使操作阻力增大，容易导致齿轮的磨损，并与导致发热等不良影响有关。

例如，如专利文献2那样，在利用电动机驱动输入齿轮，并使平面齿轮旋转的结构中，在负荷达到最大值的情况下，以输入齿轮与平面齿轮的齿面彼此的面压不超过规定值的方式设计各个齿部。另外，如专利文献1那样，虽然使压力角减小能够提高效率，但制造困难，而导致成本上升，因此难以实现。

并且，齿轮传动装置期望小型。对此，以耐受最大负荷的方式设计所有齿部的结构中，会增大原本不作用大负荷的齿部的尺寸，而抑制了小型化，并与重量化有关。

发明内容

发明要解决的技术课题

基于如上所述的理由，谋求使具有驱动齿轮、与该驱动齿轮啮合的从动齿轮的齿轮传动装置以小型并顺利动作地构成。

用于解决技术课题的技术方案

本发明的特征在于，齿轮传动装置具有：驱动齿轮以及从动齿轮，该从动齿轮与该驱动齿轮啮合，能够旋转的角度为不足360度，并且该从动齿轮具有驱动负荷根据旋转角度而变化的多个区域，在所述从动齿轮的齿部中的所述多个区域所包含的每个齿部的齿宽度不同。

利用该结构，在伴随着从动齿轮的旋转而使驱动负荷增大的情况下，相对于驱动负荷变化的多个区域的齿部中的齿宽度大的结构，使驱动齿轮的齿部啮合，能够扩大齿面彼此的接触面积。由此，由于即便在高负荷下，也能够抑制齿面彼此的面压的上升，因此耐久性提高，抑制摩擦损耗。与之相反，在作用于从动齿轮的负荷降低的情况下，相对于驱动负荷变化的多个区域中的齿宽度小的结构，使驱动齿轮的齿部啮合，能够使啮合阻力减小。

由此，在作用高负荷的状况下，致动器的消耗能量不过度增大，在作用低负荷的状况下，降低对驱动齿轮进行驱动旋转的致动器的起动扭矩而能够提高起动特性。

因此，能够构成为使具有驱动齿轮、与该驱动齿轮啮合的从动齿轮的齿轮传动装置小型并且顺利地动作。

另外，本发明的特征在于，具有：驱动齿轮；以及从动齿轮，该从动齿轮与该驱动齿轮啮合，能够旋转的角度为360度的区域，并且具有根据旋转角度使驱动负荷变化的多个区域，在所述从动齿轮的齿部中的被述多个区域所包含的每个齿部的齿宽度不同。

利用该结构，在以轴芯为中心的360度的区域中，在利用从动齿轮驱动负荷变化的对象的情况下，在作用大负荷的旋转角中，通过使驱动齿轮与从动齿轮中的齿宽度大的区域啮合，即便在高负荷下，也能够抑制齿面彼此的面压的上升而提高耐久性。与此相反，在作用小负荷的旋转角中，通过使驱动齿轮与从动齿轮中的齿宽度小的区域啮合而能够减小啮合阻力。

由此，在作用高负荷的状况下，致动器的消耗能量不会过度增大，在作用低负荷的状况下，使对驱动齿轮进行驱动旋转的致动器的起动扭矩降低而能够提高起动特性。

因此，能够构成为使具有驱动齿轮、与该驱动齿轮啮合的从动齿轮的齿轮传动装置小型并且顺利地动作。

作为其他结构，也可以使形成于所述从动齿轮的齿部的齿宽度以与该从动齿轮的旋转角度成比例的关系被设定。

例如，在假定使利用弹簧施力的驱动对象克服弹簧的施力而位移的结构时，在向弹簧的施力增大的方向使驱动对象位移的情况下，与位移量成比例地使驱动负荷增大。因此，在本结构中，在与以轴芯为中心的旋转角成比例的关系下驱动负荷变化的对象的情况下，与驱动负荷的值无关地将齿面彼此的面压维持为一定而实现流畅的驱动。

作为其他结构，也可以使所述从动齿轮的各个齿部的齿线方向的两端部中的外侧的端部沿着以所述从动齿轮的轴芯为中心的圆周形成。

由此，不会扩大从动齿轮的外径，而能够设定从动齿轮的多个齿部的齿宽度，进一步实现小型化。

作为其他结构，也可以使所述从动齿轮的各个齿部的齿线方向的两端部中的内侧的端部沿着以所述从动齿轮的轴芯为中心的圆周形成。

由此，虽然从动齿轮的外径扩大，但不仅是扩大的区域的齿部的齿宽度，还能够扩大齿厚度，因此能够提高从动齿轮的耐久性。

作为其他结构，也可以使所述驱动齿轮为小齿轮，所述从动齿轮为平面齿轮。

在如以上那样利用小齿轮构成驱动齿轮，利用平面齿轮构成从动齿轮的装置中，能够使装置小型化，并且获得大的减速比。

附图说明

图1是在低负荷状态下的齿轮传动装置的俯视图。

图2是在高负荷状态下的齿轮传动装置的俯视图。

图3是图1的III-III线剖视图。

图4是图1的IV-IV线剖视图。

图5是图2的V-V线剖视图。

图6是图2的VI-VI线剖视图。

图7是从动齿轮的立体图。

图8是表示传动状态的离合机构、传动装置的侧视图。

图9是表示断开状态的离合机构、传动装置的侧视图。

图10是其他实施方式(a)的齿轮传动装置的俯视图。

图11是其他实施方式(e)的齿轮传动装置的俯视图。

图12是其他实施方式(e)的从动齿轮的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

〔齿轮传动装置的基本结构〕

如图1～图7所示，使以第一轴芯X1为中心在不足360度的规定角度范围内旋转自如的扇状的平面齿轮G1(从动齿轮的一个例子)和以与第一轴芯X1位置不一致的第二轴芯X2为中心旋转自如的小齿轮G2(驱动齿轮的一个例子)互相啮合而构成齿轮传动装置。

该齿轮传动装置100被设置在通过利用电动机等致动器驱动旋转小齿轮G2而对平面齿轮G1进行减速驱动的传动系统。

平面齿轮G1在以第一轴芯X1为中心的扇状的齿轮主体1的摆动中心形成有支承孔2，并且在齿轮主体1中相对于与扇形弧对应的齿部形成区域A形成有多个齿部5。

在该齿轮传动装置100中，通过将支承轴插通于支承孔2而使平面齿轮G1以第一轴芯X1为中心摆动自如地被支承。此外，也可以构成为在输出轴相对于支承孔2插通的状态下与齿轮主体1连结固定，并经由输出轴取出摆动力。

假定平面齿轮G1通过锻造、冲压加工进行制造，但也可以是通过切削原材料来制造多个齿部5的结构，或者通过使用了模具的树脂成形来进行制造。

小齿轮G2构成为相对于轴10使呈螺纹状的两条齿轮部11(小齿轮G2的齿部)一体形成的螺旋齿轮型的小齿轮，并以第二轴芯X2为中心旋转自如地被支承。

〔从动齿轮的齿部〕

扇状的齿轮主体1形成有沿着以第一轴芯X1为中心的圆周的圆弧状的外周部(与扇形弧的部分对应的区域)，并沿着该外周部形成有齿部形成区域A。在齿部形成区域A形成有向沿着第一轴芯X1的方向突出的多个齿部5。

如图5、图7所示，多个齿部5分别沿着齿线曲线形成有齿顶5a、齿面5b、齿底5c。另外，各个齿顶5a配置在与第一轴芯X1正交的姿态的虚拟平面上。

在齿轮主体1中，在比齿部形成区域A更靠近第一轴芯X1的区域形成有比齿部5的齿底5c更向沿着第一轴芯X1的方向凹陷的凹状空间S。

通过形成该凹状空间S，抑制小齿轮G2的齿轮部11中的比平面齿轮G1的齿部形成区域A更向内侧(第一轴芯X1的方向)突出的部分与平面齿轮G1的结构部件(基本为齿轮主体1)的干涉。此外，通过形成凹状空间S，例如容易配置用于支承小齿轮G2的齿轮部11中的向第一轴芯X1的方向突出的突出部分(内端部)的轴承。

另外，设定为以齿轮主体1中的形成凹状空间S的底面为基准，使形成于齿部形成区域A的多个齿部5的突出量相等。即，以前述底面为基准，使多个齿顶5a与多个齿底5c分别形成为相等的高度。

齿部形成区域A形成为利用沿着平面齿轮G1的外周缘的外缘部Aa和比外缘部Aa更向第一轴芯X1的方向配置的内缘部Ab进行包围。外缘部Aa配置在沿着以第一轴芯X1为中心的圆周的圆弧上，而内缘部Ab形成为不以第一轴芯X1为中心的曲线。具体而言，齿部5的齿线方向上的两端部中的径向外侧的端部配置在以第一轴芯X1为中心的圆弧上，在齿部5的齿线方向上的两端部中的径向内侧的端部配置在不以第一轴芯X1为中心的曲线上。

通过如上所述地设定齿部形成区域A的形状，在以第一轴芯X1为中心的周向上的一方的端部中的内缘部Ab与外缘部Aa的间隔Da为基准时，以扩大周向上的另一方的端部中的内缘部Ab与外缘部Aa之间的间隔Db的方式设定内缘部Ab的曲线。由此，齿宽度越大，面向第一轴芯X1的方向的内端面的位置(内缘部Ab的位置)越向第一轴芯X1的方向伸出。

即，平面齿轮G1被设置在越向箭头F旋转，驱动负荷越变动的传动系统，与平面齿轮G1中的驱动负荷变动的多个区域对应而使齿部5的齿宽度不同。另外，设定为负荷越增大，齿部5与小齿轮G2的齿轮部11接触的齿宽度越扩大。

例如，假定利用杆等将拉伸操作量越增大则弹簧施力越增大的操作对象和平面齿轮G1的齿轮主体1连接起来，通过使平面齿轮G1沿箭头F的方向旋转，克服弹簧的施力而对操作杆进行拉伸操作，则伴随着平面齿轮G1向箭头F的方向的旋转量的增大而负荷增大。

为了能够与该假定对应，以越靠近箭头F的上游侧越使齿部形成区域A的外缘部Aa与内缘部Ab的间隔扩大(齿宽度扩大)的方式设定齿部形成区域A的形状。此外，间隔Da与间隔Db的值根据齿轮传动机构的结构、负荷的大小决定。

〔传动方式〕

在此，尝试考虑将构成为齿部形成区域A的宽度一定的(间隔Da与间隔Db变为相等)的齿轮传动机构作为比较结构。在该比较结构中，在伴随着平面齿轮G1的旋转量的增大而负荷增大的情况下，平面齿轮G1的齿部5与小齿轮的齿轮部11之间的面压上升，伴随着该面压的上升，啮合阻力也增大而使摩擦损耗也增大。这不仅会导致传动效率降低，还会导致驱动小齿轮G2的电动机等容量的增大。

对此，在图1，图2所示的设定间隔Da和间隔Db的齿轮传动装置100中，在利用小齿轮G2的驱动而开始使平面齿轮G1沿箭头F的方向驱动的情况下，在该驱动的初期，小齿轮G2的齿轮部11啮合的平面齿轮G1的齿部5的齿宽度小，啮合阻力也小。由此，使驱动旋转小齿轮G2的电动机等的起动扭矩降低而使起动特性提高。

然后，由于伴随小齿轮G2的旋转而使平面齿轮G1的旋转量越增大，小齿轮G2的齿轮部11啮合的平面齿轮G1的齿部5的齿宽度越扩大，齿轮部11与齿部5的面彼此的接触面积扩大，而抑制面压的上升，因此耐久性提高，抑制摩擦损耗，抑制磨损，也抑制发热。并且，抑制驱动旋转小齿轮G2的电动机等消耗电力过度上升的不良影响。

尤其是，在该结构中，由于扇状的齿轮主体1的圆弧状的外周部以第一轴芯X1为中心而形成，因此抑制平面齿轮G1的大型化。

在作用于平面齿轮G1的负荷增大的情况下，以通过与该增大成比例地使平面齿轮G1的齿部5与小齿轮G2的齿轮部11接触的面积增大而获得在齿部5与齿轮部11之间作用的面压一定的齿宽度的方式设定内缘部Ab的曲线的形状较为理想。然而，内缘部Ab的曲线不一定形成为精确计算的曲线，也可以是椭圆或者抛物线的一部分的曲线，也可以是在与第一轴芯X1不同的轴芯位置描绘比外缘部Aa的半径小的半径的圆弧。

〔齿轮传动装置的利用例〕

图8，图9表示作为将平面齿轮G1设置在驱动负荷变动的传动系的利用例而利用齿轮传动装置100操作离合机构C的结构。

在该利用例中，平面齿轮G1相对于车辆、装置等的框架经由齿轮支轴16旋转自如地被支承。平面齿轮G1的齿部5与小齿轮G2的齿轮部11相互啮合，未图示的电动机的驱动力传递到小齿轮G2的轴10。

离合机构C将与驱动轴20一体旋转的驱动盘21和设置于与输出轴22一体旋转的套筒23的从动盘24配置在传动轴芯Y的同轴芯上。尤其是，相对于形成在输出轴22的花键部，通过使套筒23嵌合，套筒23相对于输出轴22使扭矩传递自如地，并且沿传动轴芯Y移动自如地被支承。

在输出轴22与套筒23之间具有使从动盘24向驱动盘21压接的弹簧25。利用该结构，离合机构C如图8所示，利用弹簧25的施力维持为传动状态(接入状态)。另外，通过克服弹簧25的施力而使从动盘24从驱动盘21分离，如图9所示，使离合机构C设定为断开状态(切断状态)。

对离合机构C进行断续操作的操作臂26相对于装置等的框架，利用支轴27被支承为摆动自如。在该操作臂26的动作端位置形成有配置在包围套筒23的位置的一对叉部26a，在各个叉部26a的相对的面上分别具有卡合销28。该一对卡合销28在套筒23与形成于外周的卡合槽23a卡合。

另外，利用操作杆30连接平面齿轮G1和操作臂26。操作杆30通过将两端部弯折而在一个端部形成动作端30a，在另一个端部形成操作端30b。并且，使动作端30a与扇状的平面齿轮G1的齿轮主体1卡合，使操作端30b与操作臂26卡合。

在该结构中，在图8所示的离合机构C为传动状态的情况下，在平面齿轮G1的齿部形成区域A中的齿宽度小的区域啮合有小齿轮G2的齿轮部11。另外，在该传动状态下，利用弹簧25的施力使从动盘24压接于驱动盘21，驱动轴20的驱动力向输出轴22传递。

并且，在将离合机构C向断开状态操作的情况下，利用电动机驱动小齿轮G2，使平面齿轮G1向箭头F的方向旋转。伴随该旋转，平面齿轮G1的旋转力经由操作杆30作用于操作臂26的操作端部，操作臂26以支轴27为中心摆动。利用该摆动，克服弹簧25的施力而与套筒23一起使从动盘24沿传动轴芯Y移动，从驱动盘21分离。由此，驱动力的传递被断开。

在该结构中，设定为负荷越增大，齿部5与小齿轮G2的齿轮部11接触的齿宽度越扩大。即，越靠近箭头F的上游侧，齿部形成区域A的外缘部Aa与内缘部Ab的间隔越扩大(齿宽度扩大)。其结果是，抑制齿面彼此的面压的上升而提高耐久性，抑制摩擦损耗，抑制磨损，抑制发热。

〔其他实施方式〕

本发明除了上述实施方式以外，也可以如以下那样构成(对具有与实施方式相同功能的结构标注与实施方式相同的符号、附图标记)。

(a)如图10所示，齿部形成区域A形成于被在内周侧沿着以第一轴芯X1为中心的圆周的弧状的内缘部Ab和不以第一轴芯X1为中心的曲线构成的外缘部Aa包围的区域。即，在平面齿轮G1沿箭头F的方向旋转的情况下，小齿轮G2啮合的齿宽度构成为向外侧扩大。由此，在齿部5的齿线方向上的两端部中的内侧的端部配置在以第一轴芯X1为中心的圆弧上，在齿部5的齿线方向上的两端部中的外侧的端部配置在不以第一轴芯X1为中心的曲线上。

利用以上结构，由于在齿宽度扩大的区域使齿厚度扩大，因此能够使齿部的强度提高，装置的耐久性提高。

(b)齿部形成区域A也可以形成为被不以其他实施方式(a)所示的第一轴芯X1为中心的曲线的外缘部Aa和形成为不以实施方式所示的第一轴芯X1为中心的曲线的内缘部Ab包围。

(c)也可以使齿部形成区域A形成为通过将规定的齿宽度的区域和与其相比齿宽度扩大的区域组合而使齿宽度阶段性地扩大。即，平面齿轮G1的多个齿部5也可以将规定齿宽度的结构和与该齿宽度不同的结构在平面齿轮G1的外周区域连续配置。

(d)作为平面齿轮G1在外周形成有由直齿构成的齿部，以与平面齿轮G1的齿部啮合地具有由直齿构成的齿部的小齿轮G2地构成传动装置。在该结构中，平面齿轮G1的能够旋转的角度设定为不足360度，扩大平面齿轮G1的多个齿部中的作用高负荷的区域的结构的齿宽度。

作为该结构的具体例，考虑通过在与实施方式同样地以第一轴芯X1为中心摆动自如地被支承的平面齿轮G1的圆弧部分形成由直齿构成的齿部5而构成从动齿轮G1，并与该齿部5啮合地构成驱动齿轮G2的结构。即便在这样的结构中，在作用高负荷的状况下，不会使驱动旋转驱动齿轮G2的致动器的消耗能量过度增大，而在作用低负荷的状况下，使驱动旋转驱动齿轮G2的致动器的起动扭矩降低而能够提高起动特性。

(e)如图11，图12所示，构成为使作为从动齿轮的平面齿轮G1在以第一轴芯X1为中心的360度的区域具有齿部。在该结构中，齿部形成区域A的外缘部Aa为沿着以第一轴芯X1为中心的圆周的圆形，齿部形成区域A的内缘部Ab设定为以从第一轴芯X1偏心的位置为中心的圆形。

尤其是，即便在该平面齿轮G1中，多个齿部5也分别使齿顶5a、齿面5b、齿底5c沿齿线曲线形成。另外，各个齿顶5a配置在与第一轴芯X1正交的姿态的虚拟平面上，在比齿部5的齿底5c更靠近沿着第一轴芯X1的方向上形成有凹陷的凹状空间S。另外，内缘部Ab与外缘部Aa的齿宽度方向上的距离最窄的部位用间隔Da表示，最宽的部位用间隔Db表示。

由此，例如，在以第一轴芯X1为中心的360度的区域内，即便在对驱动负荷变化的对象进行驱动的情况下，也能够以作用大负荷的旋转角使小齿轮G2(驱动齿轮)啮合于齿宽度大的区域，以作用小负荷的旋转角使小齿轮G2啮合于齿宽度小的区域。通过设定啮合关系，即便例如在驱动对象转一圈时负荷变化，也能够抑制摩擦损耗，减轻啮合阻力。

在该其他实施方式(e)所示的平面齿轮G1中，设定为以齿轮主体1中的形成凹状空间S的底面为基准，形成于齿部形成区域A的多个齿部5的突出量(从齿顶5a到齿底5c的高度)相等。另外，在该平面齿轮G1中，以第一轴芯X1为中心的旋转角与齿宽度的关系设定为一定的比率。

在该其他实施方式(e)中，平面齿轮G1例如也可以设定为，齿部形成区域A的内缘部Ab为以第一轴芯X1为中心的圆形，齿部形成区域A的外缘部Aa为沿着以从第一轴芯X1偏心的位置为中心的圆周的圆形。另外，外缘部Aa和内缘部Ab不需要形成为圆形，例如，也可以形成为椭圆形、圆形、二次曲线组合而成的形状。

工业实用性

本发明能够用于相对于输入侧的齿轮的旋转，输出侧的齿轮在不足360度的角度的范围内旋转的齿轮传动装置。

附图标记说明

1 齿轮主体

5 齿部

A 齿部形成区域

G1 从动齿轮(平面齿轮)

G2 驱动齿轮(小齿轮)

X1 轴芯(第一轴芯)

Claims (5)

1.一种齿轮传动装置，其中，

具备驱动齿轮以及从动齿轮，

该从动齿轮与该驱动齿轮啮合，能够旋转的角度不足360度，并且该从动齿轮具有各自的齿宽度不同的多个齿部，

所述从动齿轮的多个所述齿部向沿着所述从动齿轮的轴芯的方向突出，所述从动齿轮的多个所述齿部的突出量设定为相等，

所述从动齿轮的各个所述齿部的齿线方向的两端部中的外侧的端部沿着以所述从动齿轮的所述轴芯为中心的圆周形成，

所述从动齿轮的各个所述齿部的齿线方向的两端部中的内侧的端部沿着以与所述从动齿轮的所述轴芯不同的轴芯为中心的圆弧形成。

2.一种齿轮传动装置，其中，

具备驱动齿轮以及从动齿轮，

该从动齿轮与该驱动齿轮啮合，能够旋转的角度为360度的区域，并且该从动齿轮具有各自的齿宽度不同的多个齿部，

所述从动齿轮的各个所述齿部的齿线方向的两端部中的外侧的端部沿着以所述从动齿轮的轴芯为中心的圆周形成，

所述从动齿轮的各个所述齿部的齿线方向的两端部中的内侧的端部沿着以与所述从动齿轮的所述轴芯不同的轴芯为中心的圆弧形成。

3.如权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中，

形成于所述从动齿轮的齿部的齿宽度以与该从动齿轮的旋转角度成比例的关系被设定。

4.如权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中，

所述驱动齿轮为小齿轮，所述从动齿轮为平面齿轮。

5.如权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中，

所述与所述从动齿轮的所述轴芯不同的轴芯从所述从动齿轮的所述轴芯偏心规定距离。

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