本發(fā)明涉及一種波動(dòng)齒輪裝置的柔性外齒輪，特別是涉及一種較小尺寸的杯形狀的柔性外齒輪。

背景技術(shù)：

圖1(a)是表示典型的杯式波動(dòng)齒輪裝置的縱向截面圖，圖1(b)是表示在與裝置的中心軸線正交的平面進(jìn)行剖切后的情況下的概略構(gòu)成圖。如這些圖所示，波動(dòng)齒輪裝置1具有：圓環(huán)狀的剛性內(nèi)齒輪2、在其內(nèi)側(cè)呈同心狀態(tài)配置的杯形狀的柔性外齒輪3、以及嵌入在其內(nèi)側(cè)的橢圓狀輪廓的波動(dòng)發(fā)生器4。柔性外齒輪3具有：柔性的圓筒狀胴體部11、從該圓筒狀胴體部的中心軸線1a方向上的一端朝向半徑方向上的內(nèi)側(cè)延伸的圓環(huán)狀的膜片12、與該膜片12的內(nèi)周緣相連的圓盤狀的剛性凸起13、以及形成在圓筒狀胴體部11的另一端部的外周面部分的外齒14。

該形狀的柔性外齒輪3的形成有外齒14的圓筒狀胴體部11的部分利用波動(dòng)發(fā)生器4而彎曲變形成橢圓狀，位于該橢圓狀的長(zhǎng)軸方向上的兩端位置的外齒14與剛性內(nèi)齒輪2的內(nèi)齒15嚙合。由于兩齒輪2、3有2n(n是整數(shù))的齒數(shù)差，因此，當(dāng)利用馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源而使波動(dòng)發(fā)生器4旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩齒輪2、3的嚙合位置在周向上移動(dòng)，兩齒輪2、3產(chǎn)生與齒數(shù)差對(duì)應(yīng)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。一般情況下，剛性內(nèi)齒輪2被固定，柔性外齒輪3輸出：大幅度地被減了速的旋轉(zhuǎn)。

圖2是表示利用波動(dòng)發(fā)生器4而彎曲變形的杯形狀的柔性外齒輪3的變形狀態(tài)的示意圖。柔性外齒輪3的圓筒狀胴體部11如圖2(a)所示，在變形前的狀態(tài)下呈圓筒形狀。在利用波動(dòng)發(fā)生器4而彎曲變形成橢圓狀之后，含有該橢圓狀的長(zhǎng)軸在內(nèi)的截面如圖2(b)所示，圓筒狀胴體部11成：從膜片12一側(cè)朝向開口端11a一側(cè)而向外側(cè)漸漸擴(kuò)展的狀態(tài)。另外，含有該橢圓狀的短軸在內(nèi)的截面如圖2(c)所示，圓筒狀胴體部11成：從膜片12一側(cè)朝向開口端11a一側(cè)而向內(nèi)側(cè)漸漸縮窄的狀態(tài)。

為了將圓筒狀胴體部11的開口端11a一側(cè)的部分彎曲變形成橢圓狀，在圓筒狀胴體部11與剛性凸起13之間形成有膜片12。圓筒狀胴體部11的開口端11a一旦彎曲變形成橢圓狀，在含有該橢圓狀的長(zhǎng)軸在內(nèi)的截面內(nèi)，如圖2(b)所示，膜片12以與剛性凸起13相連的根部分為中心，如箭頭所示那樣折彎。對(duì)此，在含有短軸在內(nèi)的截面內(nèi)，如圖2(c)所示，膜片12如箭頭所示那樣朝向開口端11a一側(cè)傾斜。膜片12在有朝向中心軸線11b的方向的彎曲應(yīng)力作用的同時(shí)，還有扭矩傳遞引起的剪切應(yīng)力作用。

由此，膜片12在這些組合應(yīng)力的作用狀態(tài)下，用于使圓筒狀胴體部11的開口端側(cè)的部位變形成橢圓狀的力較小就可以，而且為了能夠傳遞較大的扭矩，其截面形狀被精心設(shè)計(jì)。特別是，在這些組合應(yīng)力的作用狀態(tài)下，其截面形狀是被精心設(shè)計(jì)過的，以使得膜片不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。

在專利文獻(xiàn)1所記載的杯式柔性花鍵中，利用膜片的內(nèi)側(cè)端面與中心軸線正交的直線來規(guī)定膜片的截面形狀，利用流線來規(guī)定其外側(cè)端面上的與凸起相連的根部分，以使得其厚度朝著凸起而漸漸變厚。在專利文獻(xiàn)2所記載的柔性外齒輪中，使膜片整體上相對(duì)于與中心軸線正交的方向傾斜少許，利用3個(gè)圓弧來規(guī)定膜片上的與凸起側(cè)相連的根部分的外側(cè)的輪廓形狀。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本實(shí)開昭61-173851號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：國(guó)際公開第2013/024511號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了規(guī)定杯形狀的柔性外齒輪上的膜片的凸起側(cè)根部分的輪廓形狀，而采用了在力學(xué)特性方面比較優(yōu)異的流線形狀。如專利文獻(xiàn)1所公開的那樣，通過將多個(gè)直徑不同的曲線群連接起來，來形成流線形狀。曲線群的半徑隨著向凸起的根側(cè)的接近而變小。

在此，柔性外齒輪一般通過車削加工來制造的，當(dāng)是小尺寸的柔性外齒輪的情況下，構(gòu)成流線的曲線群的直徑較小。由此，通過車削加工，將膜片的凸起側(cè)根部分的輪廓形狀做成沿著流線的形狀是極其困難的。

一般情況下，能夠到手的車床的刀具的刀尖半徑的最小值為0.2mm。難以通過車削加工膜片的凸起側(cè)根部分的輪廓形狀來獲得含有半徑小于0.2mm的曲線群的流線。例如，當(dāng)是節(jié)圓直徑為20～40mm的小尺寸的柔性外齒輪的情況下，如果想利用流線來規(guī)定膜片的凸起側(cè)根部分的輪廓形狀，則要在構(gòu)成凸起側(cè)的流線的曲線群中含有比刀具的刀尖半徑最小值還要小的半徑的曲線。

因此，例如，如圖3所示，可以考慮：在小尺寸的柔性外齒輪40中，替換流線，而利用能夠進(jìn)行車削加工的與刀具的刀尖最小半徑相同的半徑r3的圓弧54，來規(guī)定膜片42的凸起側(cè)根部分42a的外側(cè)端面部分的輪廓形狀。

然而，在這樣的輪廓形狀的膜片42中，與使用流線形狀的情況相比，其凸起側(cè)根部分42a會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。由此，柔性外齒輪40的疲勞強(qiáng)度會(huì)降低，從而無法提高波動(dòng)齒輪裝置的負(fù)載容量。

鑒于上述的問題點(diǎn)，本發(fā)明的課題在于實(shí)現(xiàn)適于使用在杯形狀的柔性外齒輪上的柔性外齒輪的膜片的輪廓形狀，其中，該杯形狀的柔性外齒輪是難以利用車削加工來形成流線的輪廓形狀的小尺寸的杯形狀的柔性外齒輪。

另外，本發(fā)明的課題還在于實(shí)現(xiàn)波動(dòng)齒輪裝置，該波動(dòng)齒輪裝置具有呈該新的輪廓形狀的杯形狀的柔性外齒輪。

為了解決上述問題，本發(fā)明的波動(dòng)齒輪裝置的杯形狀的柔性外齒輪通過波動(dòng)發(fā)生器彎曲變形成橢圓狀而與剛性內(nèi)齒輪進(jìn)行局部嚙合，

杯形狀的柔性外齒輪具有：柔性的圓筒狀胴體部、從該圓筒狀胴體部的中心軸線方向上的一端朝向半徑方向上的內(nèi)側(cè)延伸的圓環(huán)狀的膜片、一體地形成在所述膜片的中心部分的圓盤狀或圓環(huán)狀的剛性凸起、以及形成在所述圓筒狀胴體部的中心軸線方向上的另一端部的外周面部分的外齒，

波動(dòng)齒輪裝置的杯形狀的柔性外齒輪通過嵌入到形成有所述外齒的所述圓筒狀胴體部的內(nèi)側(cè)的橢圓狀輪廓的波動(dòng)發(fā)生器而彎曲變形成橢圓狀，并且與剛性內(nèi)齒輪進(jìn)行局部嚙合，其特征在于，

在含有所述中心軸線的平面進(jìn)行剖切的情況下，

由與所述中心軸線正交的內(nèi)側(cè)直線來規(guī)定所述剛性凸起的凸起內(nèi)側(cè)端面輪廓以及所述膜片的內(nèi)側(cè)端面輪廓，

由規(guī)定所述剛性凸起的圓形外周面且一端圓滑地與平行于所述中心軸線的平行直線相連的第1半徑的第1凹圓弧、圓滑地與第1凹圓弧的另一端相連的第2半徑的第2凹圓弧、以及圓滑地與第2凹圓弧的另一端相連且相對(duì)于所述中心軸線向所述內(nèi)側(cè)直線一側(cè)傾斜的傾斜直線來規(guī)定所述膜片的外側(cè)端面輪廓，

所述第2凹圓弧的所述第2半徑大于所述第1凹圓弧的所述第1半徑，

所述膜片的厚度從所述剛性凸起一側(cè)朝向所述圓筒狀胴體部一側(cè)逐漸減小。

在本發(fā)明中，利用與所述中心軸線正交的直線，來規(guī)定膜片的內(nèi)側(cè)端面輪廓，利用第1、2圓弧以及傾斜直線，來規(guī)定所述膜片的外側(cè)端面輪廓。根據(jù)本發(fā)明人們等的實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)可知：能夠緩和膜片的凸起側(cè)根部分的應(yīng)力集中，并能夠與采用流線的情況同種程度地改善柔性外齒輪的疲勞強(qiáng)度。

在此，本發(fā)明特別適用于使用在小尺寸的柔性外齒輪方面。具體而言，適用于：難以或者不可能利用車削加工來形成流線形狀的、外齒的節(jié)圓直徑小于40mm左右的這種小尺寸的柔性外齒輪。這種情況下，優(yōu)選為，使第1凹圓弧的第1半徑大于等于可以利用車削加工來加工的0.2mm。

接著，本發(fā)明的波動(dòng)齒輪裝置的特征在于，具有上述構(gòu)成的柔性外齒輪。根據(jù)本發(fā)明，可以提高波動(dòng)齒輪裝置的負(fù)載容量。

附圖說明

圖1是表示普通的杯式波動(dòng)齒輪裝置的縱向截面圖，以及在與其中心軸線正交的平面進(jìn)行剖切的情況下的概略構(gòu)成圖。

圖2是表示杯形狀的柔性外齒輪的變形狀態(tài)的示意圖。

圖3是表示杯形狀的柔性外齒輪的膜片的凸起側(cè)根部分的截面形狀的參考例的示意圖。

圖4是表示適用了本發(fā)明的杯形狀的柔性外齒輪的半截面圖。

圖5是表示圖3及圖4所示的柔性外齒輪的應(yīng)力分布狀態(tài)的曲線圖。

符號(hào)說明

1杯式波動(dòng)齒輪裝置2剛性內(nèi)齒輪

3柔性外齒輪4波動(dòng)發(fā)生器

20柔性外齒輪21圓筒狀胴體部

21a中心軸線21b端部

22膜片22a凸起側(cè)根部分

22b部分22c外周端

23凸起24外齒

31內(nèi)側(cè)直線32外側(cè)直線

33平行直線34第1凹圓弧

34a端點(diǎn)34b端點(diǎn)

35第2凹圓弧35b端點(diǎn)

36傾斜直線r1第1半徑

r2第2半徑

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖，說明適用了本發(fā)明的杯式波動(dòng)齒輪裝置的杯形狀的柔性外齒輪的例子。

圖4是表示本例子的杯形狀的柔性外齒輪的縱向截面圖。本例子中的柔性外齒輪20的基本構(gòu)成與以往的外齒輪(參照?qǐng)D1、2)同樣，是節(jié)圓直徑為20～40mm左右的小尺寸的外齒輪。

柔性外齒輪20具有：能夠在半徑方向上彎曲變形的圓筒狀胴體部21、從該圓筒狀胴體部的中心軸線21a方向上的一端朝向半徑方向上的內(nèi)側(cè)延伸的圓環(huán)狀的膜片22、與該膜片22的中心部分呈同心狀地一體形成的圓盤狀的剛性凸起23、以及形成在圓筒狀胴體部11的另一端部的外周面部分的外齒24。

關(guān)于各部分的截面輪廓形狀進(jìn)行說明。首先，在圖4中，在含有杯形狀的柔性外齒輪20的中心軸線21a的平面，針對(duì)柔性外齒輪20進(jìn)行剖切的情況下，其杯形狀的內(nèi)側(cè)的端面稱之為內(nèi)側(cè)端面，其外側(cè)的端面稱之為外側(cè)端面。

利用與中心軸線21a正交的內(nèi)側(cè)直線31，來規(guī)定凸起23的凸起內(nèi)側(cè)端面輪廓以及膜片22的內(nèi)側(cè)端面輪廓。在本例子中，凸起23的外側(cè)端面輪廓也是利用與中心軸線21a正交的外側(cè)直線32來規(guī)定的，凸起23呈一定厚度的圓環(huán)形狀。

利用以點(diǎn)o1為中心且半徑為第1半徑r1的第1凹圓弧34，來規(guī)定膜片22的外側(cè)端面輪廓的凸起側(cè)根部分。第1凹圓弧34是：一方的端點(diǎn)34a圓滑地與規(guī)定凸起23的圓形外周面的且與中心軸線21a平行的平行直線33相連的第1半徑r1的圓弧。

利用以點(diǎn)o2為中心的第2半徑r2的第2凹圓弧35、以及與該第2凹圓弧圓滑地相連的傾斜直線36，來規(guī)定膜片22的外側(cè)端面輪廓的除了凸起側(cè)根部分22a以外的部分22b。

第2凹圓弧35是：其一端圓滑地與第1凹圓弧34的另一端點(diǎn)34b相連的圓弧。傾斜直線36與第2凹圓弧35的端點(diǎn)35b相連。傾斜直線36以些許的角度相對(duì)于中心軸線21a朝向內(nèi)側(cè)直線31一側(cè)傾斜。

通過利用內(nèi)側(cè)直線31而被規(guī)定的內(nèi)側(cè)端面部分、利用外側(cè)的第1凹圓弧34、第2凹圓弧35以及傾斜直線36而規(guī)定的外側(cè)端面部分，膜片22的厚度從凸起23一側(cè)起朝向圓筒狀胴體部21一側(cè)逐漸減小。

第2凹圓弧35的第2半徑r2大于第1凹圓弧34的第1半徑r1。第1凹圓弧34的第1半徑r1被設(shè)定成：例如，可以到手的車床的刀具的刀尖半徑的最小值。例如，設(shè)定成0.2mm。

另外，膜片22的外周端22c圓滑地與圓筒狀胴體部21上的彎曲成圓弧狀的端部21b的內(nèi)周緣端相連。例如，圓筒狀胴體部21具有幾乎恒定的厚度，并且是與膜片22的外周端22c的厚度相同的厚度。

在此，在圖4中，以雙點(diǎn)劃線所示的輪廓形狀50是：使圖3所示的柔性外齒輪40中的圓弧54與第1凹圓弧34相同，并使傾斜直線36的延長(zhǎng)線圓滑地與圓弧的一端相連而成的。

本發(fā)明人使用圖4所示的柔性外齒輪20和圖3所示的柔性外齒輪40來對(duì)動(dòng)作時(shí)的應(yīng)力分布進(jìn)行了測(cè)定。相對(duì)于柔性外齒輪20而言，柔性外齒輪40是：只有圖4中以雙點(diǎn)劃線所示的輪廓形狀50的部分不同，其它部分是相同的。

圖5(a)表示應(yīng)力測(cè)定位置，圖5(b)是表示測(cè)定結(jié)果亦即應(yīng)力分布狀態(tài)的曲線圖。在曲線圖中，實(shí)線是表示柔性外齒輪20的應(yīng)力分布的曲線，虛線是表示柔性外齒輪40的應(yīng)力分布的曲線，應(yīng)力測(cè)定位置p0為端點(diǎn)34a，p2是端點(diǎn)34b，p6是第2凹圓弧35的中途位置，p8是第2凹圓弧35的端點(diǎn)35b，p10是膜片22的外周端22c。

從該曲線圖可知，膜片22的凸起側(cè)根部分22a的應(yīng)力集中被大幅度地緩和，柔性外齒輪20的疲勞強(qiáng)度得以提高。另外，雖省略了圖示，但本例子中的柔性外齒輪20的壓曲扭矩也提高了。

上述構(gòu)成的杯形狀的柔性外齒輪20可以作為圖1、2所示的柔性外齒輪3來使用。組裝有柔性外齒輪20的杯式波動(dòng)齒輪裝置與使用圖3所示的柔性外齒輪40的情況相比，可以提高負(fù)載容量。