TWI695942B - 諧波產生器及諧波齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

諧波齒輪裝置(1)的諧波產生器(4)，係具有：剛性旋塞(5)、以及波動軸承(7)。深槽滾珠軸承式的波動軸承(7)係安裝在剛性旋塞(5)的橢圓形外周面，其外環(9)、內環(8)係被彎曲成橢圓形。當以滾珠(10)的滾珠直徑為D、外環的軌道面半徑為Ro、內環的軌道面半徑為Ri，並以外環嚙合性為Ro/D、內環嚙合性為Ri/D時，外環嚙合性Ro/D係大於內環嚙合性Ri/D。在將波動軸承(7)的實用壽命維持得跟以往相同程度的同時，也能降低其摩擦扭矩。

Description

諧波產生器及諧波齒輪裝置

本發明係有關諧波齒輪裝置的諧波產生器，特別是關於具有摩擦扭矩較小之波動軸承的諧波產生器。

諧波齒輪裝置係具備：剛性的內齒齒輪；可撓性的外齒齒輪；以及諧波產生器。利用諧波產生器將外齒齒輪朝向半徑方向彎曲，使其局部嚙合於內齒齒輪。藉由使諧波產生器旋轉，使兩齒輪的嚙合位置朝向圓周方向移動，使在兩兩齒輪之間產生因為兩齒輪之齒數差所引起的相對旋轉。

一般的諧波產生器，係具備：橢圓形輪廓的剛性旋塞；以及安裝在其外周面的深槽滾珠軸承式的波動軸承。波動軸承係具備：可朝向半徑方向彎曲的外環與內環；以及以可轉動的狀態被安裝在該外環與內環之間的複數個滾珠。波動軸承係被剛性旋塞彎曲成橢圓形。波動軸承係嵌入至外齒齒輪的內側，將外齒齒輪與剛性旋塞保持在可相對旋轉的狀態。諧波齒輪裝置因應該外齒齒輪的形狀，可分為：扁平型、杯型、以及禮帽型等三種。在專利文獻1、2以及3中，揭示了各種形態的諧波齒輪裝置。

諧波齒輪裝置，例如是以諧波產生器的剛性旋塞作為旋轉輸入要素，將內齒齒輪或外齒齒輪作為減速旋轉輸出要素。剛性旋塞是一邊使波動軸承與外齒齒輪的各部分反覆朝向半徑方向移位一邊旋轉。波動軸承的內環係與剛性凸輪板一起高速旋轉，其外環是與外齒齒輪成為一體而旋轉。被插入到內、外環之間的滾珠，係沿著外環以及內環的軌道面轉動。剛性旋塞與外齒齒輪可順暢地相對旋轉。

在以往的波動軸承中，外環軌道面與內環軌道面係被設定在同一曲率半徑的彎曲面。本發明者們在專利文獻4中，為了達到延長諧波齒輪裝置中，可一邊朝向半徑方向彎曲一邊旋轉之波動軸承的使用壽命而做出提案。在此提案中，係將波動軸承的滾珠直徑設定為：大於各型號之現行品尺寸的5～15%，並以內環的軌道面半徑與滾珠直徑之比(內環嚙合性)、以及外環的軌道面半徑與滾珠直徑之比(外環嚙合性)，相對於各型號之現行品的各比，都是以小於0.8～2%的方式來設定內外環的軌道面半徑。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]特開平05-172195號公報 [專利文獻2]特開平08-166052號公報 [專利文獻3]實開平02-91238號公報 [專利文獻4]特開2010-164068號公報

在此，為了降低諧波齒輪裝置的起動扭矩等、改善其諸多性能，有時會期待能降低波動軸承的摩擦扭矩。有鑑於此點，本發明的目的即為提供一種具有低摩擦扭矩之波動軸承的諧波產生器。

在現行品的波動軸承中，內外環是一邊朝向半徑方向被反覆彎曲，而插入到該內、外環之間的滾珠一邊轉動，外環的理論壽命大幅度地大於內環。本發明者等著眼於此點，即增加外環嚙合性，降低波動軸承的摩擦扭矩。

意即，根據本發明之諧波齒輪裝置的諧波產生器，其係將可撓性的外齒齒輪彎曲成橢圓形，使其局部嚙合於剛性的內齒齒輪，並使兩齒輪的嚙合位置朝向上述內齒齒輪的圓周方向移動，其特徵為： 具有：剛性旋塞；以及波動軸承， 上述波動軸承，係具備：可朝向半徑方向彎曲的圓環狀外環；可朝向半徑方向彎曲的圓環狀內環；以及插入至上述外環與上述內環之間的複數個滾珠， 上述波動軸承係安裝在上述剛性旋塞的橢圓形外周面，分別將上述外環以及上述內環彎曲成橢圓形， 當以上述滾珠的滾珠直徑為D、上述外環的軌道面半徑為Ro、上述內環的軌道面半徑為Ri，並以外環嚙合性為Ro/D、內環嚙合性為Ri/D時， 上述外環嚙合性Ro/D係大於上述內環嚙合性Ri/D。

在本發明中，外環軌道面的軌道面半徑(曲率半徑)Ro，係大於內環軌道面的軌道面半徑(曲率半徑)Ri。這和外環軌道面的軌道面半徑與內環軌道面的軌道面半徑為相同的情形(外環嚙合性與內環嚙合性為相同時)相較，滾珠對外環軌道面的相對運動變得較為容易，可降低在滾珠與外環軌道面之間所產生的摩擦力。如此一來，整體而言即可獲得低摩擦扭矩的波動軸承。再者，當增加外環嚙合性時，外環的理論壽命變短。如以往般，在外環嚙合性和內環嚙合性相同時，外環的理論壽命較內環的理論壽命為長。藉由對外環嚙合性適當地加以設定，即可將波動軸承的實用壽命維持得跟以往相同程度的同時，也能降低該摩擦扭矩。

波動軸承的內環，係與剛性旋塞的橢圓形外周面呈一體化，內環軌道面有時是形成在該橢圓形外周面。此時，也同樣可適用本發明。

在以往的波動軸承中，外環嚙合性為51.1%~52.3%，內環嚙合性為51.5%~52.5%。此時，如下式所示般，外環的理論壽命是比內環長。

L_10外環/L_10內環≒2.5~3.1

在本發明中，當內環嚙合性和以往相同，為51.1%~52.3%時，外環嚙合性以設定在52.6%~58.1%為佳。藉由如此，外環理論壽命會變成接近或大約相同於內環理論壽命，可將波動軸承的實用壽命維持得和以往相同程度的同時，還可降低摩擦扭矩。

以下係參照圖面來說明適用本發明之諧波齒輪裝置的實施形態。以下的實施形態是將本發明適用於杯 型諧波齒輪裝置的諧波產生器(Wave generator)者。本發明同樣可適用於禮帽型、以及扁平型之諧波齒輪裝置的諧波產生器。

圖1係本實施形態之杯型諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖，圖2為諧波齒輪裝置之嚙合狀態的說明圖。諧波齒輪裝置1係具有：剛性的內齒齒輪2；配置在其內側且呈杯型之可撓性的外齒齒輪3；以及嵌入至其內側，且為橢圓形輪廓的諧波產生器4。外齒齒輪3中，形成有外齒3a之圓筒狀的部分係被諧波產生器4彎曲成橢圓形。外齒3a之橢圓形之長軸Lmax方向的兩端部分，係嚙合於圓環狀之內齒齒輸2的內齒2a。

馬達軸等的高速旋轉輸入軸係連結在諧波產生器4。當諧波產生器4旋轉，兩齒輪2、3的嚙合位置就會朝向圓周方向移動，在兩齒輪2、3之間產生因為其齒數差所引起的相對旋轉。例如：將內齒齒輪2固定成不會旋轉，將外齒齒輪3連結於負荷側的構件，從外齒齒輪3讀取減速旋轉並傳達至負荷側的構件。

圖3為諧波產生器4的前視圖，圖4為其波動軸承的部分剖面圖。若參照這些圖式來加以說明，諧波產生器4係具有：剛性旋塞5，該剛性旋塞5是固定在連結於無圖示之旋轉輸入軸之凸出部(hub)的外周面；以及安裝在該橢圓形外周面6的波動軸承7。波動軸承7係具備：可朝向半徑方向彎曲之圓形的內環8；可朝向半徑方向彎曲之圓形的外環9；以及以可轉動的狀態被安裝在該內環8與 外環9之間的複數個滾珠10。

波動軸承7係以被剛性旋塞5彎曲成橢圓形的狀態，嵌入到外齒齒輪3的內側，將外齒齒輪3、以及連結在高速旋轉輸入軸的剛性旋塞5，保持在可相對旋轉的狀態。在內環8的外周面形成有內環軌道面11，在外環9的內周面形成有外環軌道面12。藉由插入到被彎曲成橢圓形之內環8與外環9之間的滾珠10，沿著內環軌道面11與外環軌道面12進行滾動運動，剛性旋塞5以及外齒齒輪3即可以較小的扭矩相對旋轉。

更詳細來說，波動軸承7係被剛性旋塞5彎曲成橢圓形，若以橢圓形的長軸為Lmax，以短軸為Lmin的話，位在長軸Lmax之兩端的1個或複數個滾珠10係為緊密滾珠10a。緊密滾珠10a是被既定的按壓力夾在內環軌道面11與外環軌道面12之間，保持在以點接觸到內環軌道面11、外環軌道面12的狀態，進行滾動運動的緊密狀態。位在長軸Lmax兩端以外之部分的其他滾珠10則為鬆動滾珠10b。鬆動滾珠10b係在內環軌道面11與外環軌道面12之間，在與內環軌道面11或外環軌道面12的至少其中一方之間具有空隙，使滾動運動保持在自由的鬆動狀態。

如圖4所示，波動軸承7的基本構造係和以往之深槽滾珠軸承式的波動軸承相同。本例的波動軸承7，其外環9的嚙合性(外環的軌道面半徑與滾珠直徑的比)是和以往品不同。

以滾珠直徑為D、內環軌道面11的軌道面半 徑為Ri、外環軌道面12的軌道面半徑為Ro。若將內環軌道面半徑Ri與滾珠直徑D的比Ri/D稱為內環嚙合性、將外環軌道面半徑Ro與滾珠直徑D的比Ro/D稱為外環嚙合性的話，則外環嚙合性Ro/D係大於內環嚙合性Ri/D。在本例中，設定如表1所示。

根據本發明者們的應證，藉由將外環嚙合性設定為上記範圍內之值，即可將波動軸承7的實際壽命維持得和以往程度相同的同時，也能降低摩擦扭矩。

(其他實施形態)

圖5係為可適用本發明之扁平型諧波齒輪裝置之一例。圖5(a)為扁平型諧波齒輪裝置的概略端面圖，圖5(b)為其概略縱剖面圖。

諧波齒輪裝置20係具備：作為剛性內齒齒輪的第1內齒齒輪21、以及第2內齒齒輪22。第1、第2內齒齒輪21、22係同軸地並列配置，在第1、第2內齒齒輪21、22的內側，配置有圓筒狀之可撓性的外齒齒輪23。橢圓形輪廓的諧波產生器24係嵌入到外齒齒輪23的內側。外齒齒輪 23被諧波產生器24彎曲成橢圓形，在橢圓形之長軸Lmax的兩端部分，外齒23a係嚙合於第1內齒齒輸21的內齒21a、以及第2內齒齒輪22的內齒22a雙方。例如：第1內齒齒輪21的齒數是比第2內齒齒輪22的齒數多2n齒(n為正整數)，外齒齒輪23的齒數是和第2內齒齒輪22的齒數相同。外齒23a係在外齒齒輪23之橢圓形的長軸Lmax的位置，嚙合於內齒21a、22a。

諧波產生器24係具備：剛性旋塞25；以及安裝在其橢圓形外周面26的波動軸承27。波動軸承27係具備：形成在剛性旋塞25之橢圓形外周面的內環軌道面31；可朝向半徑方向彎曲之圓形的外環29；以及複數個滾珠30。滾珠30係以可轉動的狀態被安裝在：內環軌道面31、與形成在外環29之內周面的外環軌道面32之間。

波動軸承27係以被剛性旋塞25彎曲成橢圓形的狀態，被嵌入到外齒齒輪23的內側，將外齒齒輪23、以及連結於高速旋轉輸入軸的剛性旋塞25保持在可相對旋轉的狀態。藉由插入到內環軌道面31與外環軌道面32之間的滾珠30是沿著內環軌道面31外環軌道面32進行滾動運動，剛性旋塞25與外齒齒輪23即可用較小的扭矩順利地相對旋轉。

在本例中，波動軸承27的基本構造雖然也是和以往的深槽滾珠軸承式之波動軸承相同，但是外環嚙合性是大於內環嚙合性。例如：將內環嚙合性設定為51.1%~52.3%範圍內之值，將外環嚙合性設定為52.6%~58.1% 範圍內之值。

1:諧波齒輪裝置

2:內齒齒輪

2a:內齒

3:外齒齒輪

3a:外齒

4:諧波產生器

5:剛性旋塞

6:橢圓形外周面

7:波動軸承

8:內環

9:外環

10:滾珠

10a:緊密滾珠

10b:鬆動滾珠

11:內環軌道面

12:外環軌道面

20:諧波齒輪裝置

21:第1內齒齒輪

21a:內齒

22:第2內齒齒輪

22a‧‧‧內齒 23‧‧‧外齒齒輪 23a‧‧‧外齒 24‧‧‧諧波產生器 25‧‧‧剛性旋塞 26‧‧‧橢圓形外周面 27‧‧‧波動軸承 29‧‧‧外環 30‧‧‧滾珠 31‧‧‧內環軌道面 32‧‧‧外環軌道面 D‧‧‧滾珠直徑 Ro‧‧‧軌道面半徑 Ri‧‧‧軌道面半徑 Lmax‧‧‧長軸 Lmin‧‧‧短軸

圖1係可適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖。

圖2係顯示圖1的諧波齒輪裝置中，外齒齒輪對內齒齒輸之嚙合狀態的說明圖。

圖3係顯示圖1之諧波產生器的前視圖。

圖4係顯示圖1之諧波產生器的波動軸承的部分剖面圖。

圖5係顯示可適用本發明之扁平型諧波齒輪裝置的概略端面圖及概略縱剖面圖，圖5(a)為概略端面圖，圖5(b)為概略縱剖面圖。

4‧‧‧諧波產生器

5‧‧‧剛性旋塞

6‧‧‧橢圓形外周面

7‧‧‧波動軸承

8‧‧‧內環

9‧‧‧外環

10‧‧‧滾珠

10a‧‧‧緊密滾珠

10b‧‧‧鬆動滾珠

Lmax‧‧‧長軸

Lmin‧‧‧短軸

Claims (4)

1. 一種諧波齒輪裝置的諧波產生器，其係將可撓性的外齒齒輪彎曲成橢圓形，使其局部嚙合於剛性的內齒齒輪，並使兩齒輪的嚙合位置朝向上述內齒齒輪的圓周方向移動，其特徵為：具有：剛性旋塞；以及波動軸承，上述波動軸承，係具備：可朝向半徑方向彎曲的圓環狀外環；可朝向半徑方向彎曲的圓環狀內環；以及插入至上述外環與上述內環之間的複數個滾珠，上述波動軸承係安裝在上述剛性旋塞的橢圓形外周面，分別將上述外環以及上述內環彎曲成橢圓形，當以上述滾珠的滾珠直徑為D、形成在上述外環之內周面的外環軌道面的軌道面半徑為Ro、形成在上述內環之外周面的內環軌道面的軌道面半徑為Ri，並以外環嚙合性為Ro/D、內環嚙合性為Ri/D時，上述外環嚙合性Ro/D，係大於上述內環嚙合性Ri/D。
2. 一種諧波齒輪裝置的諧波產生器，其係將可撓性的外齒齒輪彎曲成橢圓形，使其局部嚙合於剛性的內齒齒輪，並使兩齒輪的嚙合位置朝向上述內齒齒輪的圓周方向移動，其特徵為：具有：剛性旋塞；以及波動軸承，上述波動軸承，係具備：可朝向半徑方向彎曲的圓環 狀外環；形成在上述剛性旋塞之橢圓形外周面的內環軌道面；以及複數個滾珠，該複數個滾珠係插入至形成在上述外環之內周面的外環軌道面、與上述內環軌道面之間，上述外環，係被彎曲成沿著上述橢圓形外周面的橢圓形狀，當以上述滾珠的滾珠直徑為D、上述外環軌道面的軌道面半徑為Ro、上述內環軌道面的軌道面半徑為Ri，並以外環嚙合性為Ro/D、內環嚙合性為Ri/D時，上述外環嚙合性Ro/D，係大於上述內環嚙合性Ri/D。
3. 如請求項1或2所述的諧波齒輪裝置的諧波產生器，其中，上述外環嚙合性為52.6%~58.1%，上述內環嚙合性為51.1%~52.3%。
4. 一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具備：請求項1、2或3所述的諧波產生器。

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