TWI452218B - No backlash gear structure - Google Patents

Description

無背隙齒輪結構

本發明係有關一種齒輪傳動結構，特別是有關一種無背隙齒輪傳動結構。

無背隙齒輪常用於高精度的力矩傳遞機構，如工具機工件轉台，習知之無背隙齒輪結構，主要存在下列兩類缺點：整體結構剛性較差造成機構輸出力矩存在微小時間差，不適合運用於大馬力傳遞機構，另外組裝時須額外設計置具；機構之尺寸大、零件數較多，製造技術及成本較高，組裝效率差，且無法適用於單對及多對之嚙合元件對上。換言之，目前齒輪齒隙調整與消除之機構，無法兼具齒輪對無力矩傳遞時間差、高剛性、廣用性、低製造成本及組裝容易。

而目前無背隙機構大致上可分為兩大類：一為利用由兩顆馬達配合光學編碼器(rotary encoder)分別控制正、反轉精度，但此類機構不但成本高且不適用於多重嚙合元件對，二為利用齒輪背隙消除機構，此類機構用於高扭力傳遞時，於機構反轉會壓縮其位移彈性元件產生傳遞角度延遲的現象，嚴重影響整體機構之效能，且此機構零件數多及加工複雜造成製造成本高，且常有正、反轉剛性差異大，製造成本高及組裝效率差等問題，嚴重影響正、反轉精度且減低市場競爭力。

關於習知之齒輪背隙消除機構可參考美國專利公開號US20040089089 A1，參閱第1圖，以說明習知之齒輪背隙消除結構圖，如圖所示，其於齒輪產生磨耗時，能使上齒輪2及下齒輪4與第一齒輪6自動產生相對轉動各自消除第二齒輪7及第三齒輪8間所產生之背隙，但其產生之扭力需大於齒輪對所傳遞之力矩才可達到零背隙之傳遞誤差，整體結構剛性較差不適合運用於大馬力傳遞機構，且此種設計於組裝時須額外設計置具。

有鑑於此，可知目前極需要有一種高精度、高剛性及低成本自動 消除背隙之機構，本發明人針對上述之機構所產生之問題進行研究與探討，藉由大量分析，終於開發出一種可以自動消除所有齒輪對之背隙且組裝容易之無背隙齒輪結構，可應用於單對及各類之行星齒輪上，大大改善以上所述之缺失。

本發明之主要目的，係在提供一種無背隙齒輪結構，係利用於栓槽與齒輪的齒形具有螺旋角差可使複數齒輪可利用栓槽與齒輪軸做相對軸向位移，並利用彈性元件於齒隙產生時，可以自動使複合式齒輪組上的複數齒輪互相接近，使嚙合元件及複數齒輪正轉或反轉時，皆直接由接觸齒面與栓槽間的剛體接觸直接帶動，達到消除齒輪傳動背隙與高剛性正、反轉傳動之目的以提升整體無背隙齒輪機構之正、反運轉精度、順暢度、使用壽命、效能及市場競爭力，藉此以解決習知之齒輪背隙消除機構剛性較差且不適合運用於大馬力傳遞機構，而無法兼具齒輪對無力矩傳遞時間差之缺失。

本發明之又一目的，係在提供一種無背隙齒輪結構，利用複合式齒輪組於底設有一突緣，並且使突緣與栓槽及齒輪軸成為一體式工件，以達到無背隙及無力矩傳遞時間差的效果，由於突緣在齒輪軸於製造加工上較容易，具有大量生產製造的優點。

為達上述之目的，本發明提供一種無背隙齒輪結構，至少包括：嚙合元件上設有複數嚙合齒槽，複合式齒輪組包括有複合式齒輪、齒輪軸及栓槽，其中複合式齒輪具有至少二齒輪，第一齒輪及第二齒輪，第二齒輪可嚙合栓槽，且第一齒輪及第二齒輪可嚙合複數嚙合齒槽，彈性元件設置於第二齒輪之一側，使第二齒輪可接近第一齒輪，以及固定元件套合齒輪軸，以抵合第二齒輪及彈性元件，使固定元件及複合式齒輪組可同步運動。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

關於本發明之實施方式及其所欲解決之問題、解決問題之技術手段及對照先前技術之功效，在搭配參考圖式之詳細說明中，得以一一呈現。

本發明之第一實施例請參閱第2圖及第3圖，以說明第一實施例之結構圖及第一實施例之分解圖，本發明於此揭示一種無背隙齒輪結構10，至少包括：可為齒輪或齒條(圖未示)之嚙合元件12，嚙合元件12上設有複數嚙合齒槽14，其中嚙合元件12及嚙合齒槽14之實施態樣可以是套合式組件亦可以是一體式工件，複合式齒輪組16包括複合式齒輪18、齒輪軸20及栓槽22，其中複合式齒輪18係具有至少二齒輪，此至少二齒輪於第一實施例係以第一齒輪24及第二齒輪26表示，其中第一齒輪24及第二齒輪26係為螺旋齒輪，齒輪軸20、栓槽22及第一齒輪24可以是一體式工件，第二齒輪26設有第一內齒輪28，第一內齒輪28可套合在栓槽22上，因此第二齒輪26可嚙合栓槽22，其中嚙合齒槽14之寬度至少可橫跨第一齒輪24及第二齒輪26之軸距，使第一齒輪24及第二齒輪26可完全嚙合此複數嚙合齒槽14，彈性元件30設置於第二齒輪26之一側，其中彈性元件30可以是華司或墊片，其材質可選用金屬、塑膠、橡膠或紙纖維，並在固定元件32設有母螺紋34，複合式齒輪組16之一側設有公螺紋36，因此固定元件32利用母螺紋34與公螺紋36套合於齒輪軸20上，以進行抵合第二齒輪26及彈性元件30，使固定元件32及複合式齒輪組16可以正反轉或前後移動的方式進行同步運動，當嚙合元件12係為齒輪時，固定元件32及複合式齒輪組16係為正反轉，當嚙合元件12係為齒條時，固定元件32及複合式齒輪組16係為前後移動。

如第2圖及第3圖所示，當齒輪軸20上的第一齒輪24及第二齒輪26同時嚙合此嚙合元件12之時，嚙合元件12與第一齒輪24及第二齒輪26於彼此的齒形之間將會產生間隙，由於本發明之栓槽22與 第二齒輪26的齒形具有螺旋角差，而第一齒輪24可抵緊第二齒輪26，再利用彈性元件30來迫使第一齒輪24及第二齒輪26互相接近，而第一齒輪24因係與齒輪軸20及栓槽22為一體式工件，因此第二齒輪26可在齒輪軸20上而產生相對軸向位移往第一齒輪24的方向逼近，利用第二齒輪26軸向位移與螺旋角差可進行調整無背隙齒輪結構10軸上嚙合元件12與第一齒輪24及第二齒輪26的相對迴轉角度，使第一齒輪24及第二齒輪26可夾緊嚙合元件12之左右齒面而消除其嚙合間隙，由於在第一齒輪24及第二齒輪26同時利用栓槽22與第一齒輪24及第二齒輪26的齒形間的螺旋角差達到第一齒輪24及第二齒輪26傳動正、反轉時，皆可直接由第一齒輪24及第二齒輪26的接觸齒面與栓槽22間的剛體接觸直接帶動，達到消除嚙合元件12與第一齒輪24及第二齒輪26傳動背隙與高剛性正、反轉傳動之目的，使正、反旋轉時皆能無背隙及無力矩傳遞時間差。

接續，同時參閱第2圖、第3圖及第4圖，以說明複合式齒輪組結構圖，如圖所示，無背隙齒輪結構10在實際運用時，輸入動力源可設定在嚙合元件12或複合式齒輪組16，當輸入動力源設定在嚙合元件12，於正轉時可帶動第一齒輪24直接輸出動力，反轉時，嚙合元件12帶動第二齒輪26，透過第二齒輪26的第一內齒輪28與栓槽22，帶動第一齒輪24輸出動力，由於第二齒輪26之第一內齒輪28與第一齒輪24及栓槽22保持緊貼的情況之下，可使無背隙齒輪結構10於正、反轉皆無背隙及無傳遞角度延遲的現象，大大改善無背隙齒輪結構10之剛性，以達到自動消除背隙可具有高精度及低組裝要求公差。

本發明於此提出第二實施例請參閱第5圖及第6圖，參閱同時輔以第3圖，以說明第二實施例之結構圖及第二實施例之分解圖，如圖所示，本發明於第一實施例係採第一齒輪24因與齒輪軸20及栓槽22為一體式工件，然而本發明為了使製造加工更加容易實施，故在複合式齒輪組38上改採用複數齒輪40做為實施態樣，此複數齒輪40皆具有一第二內齒輪42，此複數第二內齒輪42可嚙合栓槽44，並且使栓 槽44之寬度至少可橫跨複數齒輪40之軸距，複合式齒輪組38於底設有一突緣46，並且突緣46與栓槽44及齒輪軸48係為一體式工件，此突緣46可使此複數齒輪40相互抵合連接，同樣地在複合式齒輪組38之另一端設有彈性元件50，使此些齒輪40可互相接近，因此當最靠近突緣46的齒輪40往突緣46方向抵緊時，此時的突緣46便可具有如同第一實施例當中的第一齒輪24可抵緊齒輪40之作用，此實施原理同第一實施例，故不再贅述，因此第二實施例同樣可達到如同第一實施例無背隙及無力矩傳遞時間差的效果。於第二實施例當中，由於突緣46在齒輪軸48於製造加工上較容易，具有大量生產製造的優點。

藉此，本發明透過前述第一實施例及第二實施例當中技術手段的展現，使本發明之無背隙齒輪結構於背隙產生時，自動消除所有齒輪之間的背隙以達零背隙，可提升嚙合精度、降低振動及噪音，且於正轉或反轉時具有較佳之剛性，零件少及組裝容易，具有較佳的市場競爭力。

雖然，本發明前述之實施例揭露如上，然其並非用以限訂本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內所為之更動與潤飾，均屬於本發明專利範圍之主張。關於本發明所界定之專利範圍請參考所附之請求項。

2‧‧‧上齒輪

4‧‧‧下齒輪

6‧‧‧第一齒輪

7‧‧‧第二齒輪

8‧‧‧第三齒輪

10‧‧‧無背隙齒輪結構

12‧‧‧嚙合元件

14‧‧‧嚙合齒槽

16‧‧‧複合式齒輪組

18‧‧‧複合式齒輪

20‧‧‧齒輪軸

22‧‧‧栓槽

24‧‧‧第一齒輪

26‧‧‧第二齒輪

28‧‧‧第一內齒輪

30‧‧‧彈性元件

32‧‧‧固定元件

34‧‧‧母螺紋

36‧‧‧公螺紋

38‧‧‧複合式齒輪組

40‧‧‧齒輪

42‧‧‧第二內齒輪

44‧‧‧栓槽

46‧‧‧突緣

48‧‧‧齒輪軸

50‧‧‧彈性元件

第1圖係為習知之齒輪背隙消除結構圖。

第2圖係為本發明之第一實施例之結構圖。

第3圖係為本發明之第一實施例之結構分解圖。

第4圖係為本發明之複合式齒輪組結構圖。

第5圖係為本發明之第二實施例之結構圖。

第6圖係為本發明之第二實施例之結構分解圖。

10‧‧‧無背隙齒輪結構

12‧‧‧嚙合元件

14‧‧‧嚙合齒槽

20‧‧‧齒輪軸

22‧‧‧栓槽

24‧‧‧第一齒輪

26‧‧‧第二齒輪

28‧‧‧第一內齒輪

30‧‧‧彈性元件

32‧‧‧固定元件

34‧‧‧母螺紋

36‧‧‧公螺紋

Claims (10)

1. 一種無背隙齒輪結構，至少包括：一嚙合元件，設有複數嚙合齒槽；一複合式齒輪組，包括一複合式齒輪、一齒輪軸及一栓槽，該複合式齒輪具有至少二齒輪，一第一齒輪及一第二齒輪，該第二齒輪內設有一內齒輪，該內齒輪可嚙合該栓槽，且該第一齒輪及該第二齒輪可嚙合該嚙合齒槽；一彈性元件，設置於該第二齒輪之一側，使該第二齒輪可接近該第一齒輪；以及一固定元件，套合該齒輪軸以抵合該第二齒輪及該彈性元件，使該固定元件及該複合式齒輪組可同步運動。
2. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該嚙合元件及該嚙合齒槽可為一體式工件。
3. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該第一齒輪、該齒輪軸及該栓槽可為一體式工件。
4. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該嚙合元件係為齒輪或齒條。
5. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該嚙合齒槽之寬度至少可橫跨該第一齒輪及該第二齒輪之軸距。
6. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該第一齒輪及該第二齒輪係為螺旋齒輪。
7. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該至少二齒輪皆具有該內齒輪，該等內齒輪可嚙合該栓槽，該複合式齒輪組於底設有一突緣，該突緣可使該等齒輪相互抵扣連接，該複合式齒輪組之另一端設有該彈性元件，使該等齒輪互相接近。
8. 如請求項7所述之無背隙齒輪結構，其中該突緣、該栓槽及該齒輪軸可為一體式工件。
9. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該複合式齒輪組之一側設有一公螺紋，該固定元件設有一母螺紋，該公螺紋可嚙合該母螺紋。
10. 如請求項1所述之無背隙齒輪結構，其中該彈性元件可為華司或墊片，其材質可為金屬、塑膠、橡膠或紙纖維。