НАПРЯЖЕННАЯ ВОЛНОВАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА И ГЕНЕРАТОР ВОЛН
STRESSED WAVE GEAR AND WAVE GENERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к напряженной волновой зубчатой передаче и, в частности, к генератору волн указанной передачи для изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления в некруглую форму для взаимодействия с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух или более положениях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В напряженной волновой зубчатой передаче генератор волн изгибает гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления в некруглую форму таким образом, что оно входит в зацепление с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух или более положениях, расположенных с равными угловыми интервалами в окружном направлении. Например, зубчатое колесо внешнего зацепления изгибают в эллиптическую форму с образованием участков зацепления с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух положениях на обоих концах большой оси эллиптической формы. При изгибании зубчатого колеса внешнего зацепления в трехлепестковую форму участок зацепления с зубчатым колесом внутреннего зацепления образуется в трех положениях с интервалами 120° в окружном направлении.
[0003] В этом изогнутом состоянии при вращении генератора волн посредством электродвигателя и т.п. участки зацепления обоих зубчатых колес перемещаются в окружном направлении зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Между двумя зубчатыми колесами происходит относительное вращение на величину, соответствующую разнице в числе зубьев между двумя зубчатыми колесами, каждый раз, когда участки зацепления обоих зубчатых колес совершают один оборот. Когда одно зубчатое колесо закреплено таким образом, что не вращается, с другого зубчатого колеса снимают вращение с пониженной скоростью. Число зубьев обоих зубчатых колес является целым числом, кратным числу участков зацепления.
[0004] В зубчатом колесе внешнего зацепления, которое изгибают в некруглую форму при помощи генератора волн, соответствующие участки зацепления имеют одинаковую форму. Например, когда зубчатое колесо внешнего зацепления изгибают в эллиптическую форму и вводят в зацепление с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух положениях, зубчатое колесо внешнего зацепления изгибается в центрально-симметричную эллиптическую форму, центр которой является точкой симметрии. Формы участков зацепления зубчатого колеса внешнего зацепления, образованных на обоих концах большой оси, одинаковы. Когда зубчатое колесо внешнего зацепления находится в зацеплении с зубчатым колесом внутреннего зацепления в трех положениях, зубчатое колесо внешнего зацепления изгибается в форму трехкратной симметрии, форма которой совпадает через каждые 120° вокруг центра. Формы трех участков зацепления в зубчатом колесе внешнего зацепления становятся одинаковыми.
[0005] Патентные документы 1 и 2 раскрывают напряженные волновые зубчатые передачи, в которых генератор волн заставляет зубчатое колесо внешнего зацепления изгибаться в эллиптическую форму для зацепления с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух положениях. В патентном документе 1 описано, что в качестве формы контура волнового кулачка для задания формы изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления используют яйцеобразную форму, состоящую из косинусного компонента, смешанную дугу, форму с четырьмя силами и т.п. Патентный документ 2 раскрывает эллиптическую форму волнового кулачка, представленную выражением отображения тангенциальной полярной координаты, содержащим четыре или более членов разложения Фурье.
Документы известного уровня техники
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1: JP 4067037 В
Патентный документ 2: JP 2916012 В
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0007] В данном случае зубчатое колесо внешнего зацепления, изогнутое в эллиптическую форму, находится в зацеплении с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух положениях на обоих концах большой оси эллиптической формы, так что каждый раз, когда генератор волн совершает один оборот, большая ось (каждый участок зацепления) проходит через одно и то же положение дважды. Каждый участок зубчатого колеса внешнего зацепления в окружном направлении выполняет волновое движение, при котором каждый участок многократно изгибают с постоянной амплитудой в радиальном направлении. Волновое движение представляет собой двухцикловую вибрацию на оборот генератора волн. Следовательно, в напряженной волновой зубчатой передаче, в которой зубчатое колесо внешнего зацепления изогнуто в эллиптическую форму, вибрационная составляющая двух циклов на оборот генератора волн, которая является вторичной вибрационной составляющей, включена в угловую погрешность зубчатого зацепления, образующуюся в напряженной волновой зубчатой передаче, и вторичная вибрационная составляющая больше, чем вибрационные составляющие других порядков.
[0008] Аналогичным образом, когда зубчатое колесо внешнего зацепления изогнуто в трехлепестковую форму, оно находится в зацеплении с зубчатым колесом внутреннего зацепления в трех положениях с угловым интервалом 120°, так что каждый раз, когда генератор волн совершает один оборот, участки зацепления проходят через одно и то же положение три раза. Каждый участок в окружном направлении зубчатого колеса внешнего зацепления подвергается волновому движению и многократно изгибается с постоянной амплитудой в радиальном направлении. Волновое движение представляет собой трехцикловую вибрацию на оборот генератора волн. В этом случае угловая погрешность зубчатого зацепления, возникающая в напряженной волновой зубчатой передаче, включает в себя вибрационную составляющую трех циклов на оборот генератора волн, которая является третичной вибрационной составляющей и больше, чем вибрационные составляющие других порядков.
[0009] Угловая погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи образуется из-за погрешности механической обработки зубчатых частей обоих зубчатых колес, погрешности сборки, такой как смещение или наклон между генератором волн и обоими зубчатыми колесами, и других погрешностей. Вторичная или третичная вибрационная составляющая вызывает резонанс устройства, в которое встроено волновое зубчатое устройство. Это приводит к тому, что система привода, например, система транспортировки, плохо осуществляет позиционирование. Кроме того, в вариантах применения, требующих высокой точности траектории движения, таких как манипулятор робота, из-за вибрационной составляющей иногда невозможно реализовать привод в состоянии, в котором поддерживается точность для удовлетворения уровня требований.
[0010] Такая проблема может также возникать в случае напряженной волновой зубчатой передачи, содержащей жесткое зубчатое колесо внешнего зацепления и гибкое зубчатое колесо внутреннего зацепления, в которой зубчатое колесо внутреннего зацепления изгибают в некруглую форму для частичного зацепления с зубчатым колесом внешнего зацепления.
[0011] Задачей настоящего изобретения является обеспечение напряженной волновой зубчатой передачи и ее генератора волн, с помощью которых можно уменьшить вибрацию, возникающую из-за составляющей угловой погрешности зубчатого зацепления, которая возникает в период, соответствующий количеству участков зацепления для каждого оборота входного вращения.
СПОСОБ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0012] Для решения вышеупомянутых проблем напряженная волновая зубчатая передача, предложенная в соответствии с настоящим изобретением, содержит жесткое зубчатое колесо, гибкое зубчатое колесо, выполненное с возможностью введения в зацепление с жестким зубчатым колесом, и генератор волн для изгибания гибкого зубчатого колеса с получением некруглой формы и образованием участка зацепления с жестким зубчатым колесом и для перемещения участка зацепления в окружном направлении жесткого зубчатого колеса. Генератор волн изгибает гибкое зубчатое колесо таким образом, что образуется участок зацепления гибкого зубчатого колеса с жестким зубчатым колесом в двух или более положениях с равными угловыми интервалами в окружном направлении гибкого зубчатого колеса. Участки зацепления, образованные по меньшей мере в двух положениях, имеют отличные друг от друга формы.
[0013] Каждый участок зацепления гибкого зубчатого колеса, изогнутый в некруглую форму, проходит через одно и то же положение в окружном направлении жесткого зубчатого колеса для каждого поворота входного вращения. Состояние зацепления в отношении жесткого зубчатого колеса отличается между первым и вторым участками зацепления, имеющими разные формы. Поскольку первое состояние зацепления, когда первый участок зацепления гибкого зубчатого колеса проходит через одно и то же положение, отличается от второго состояния зацепления, когда второй участок зацепления проходит через одно и то же положение, то способ возникновения погрешности зубчатого зацепления (время возникновения, амплитуда) отличается между этими участками зацепления. В результате, вибрация, вызванная составляющей угловой погрешности зубчатого зацепления, может быть уменьшена, причем составляющая угловой погрешности зубчатого зацепления возникает в периоде, соответствующем количеству положений участков зацепления для каждого оборота входного вращения.
[0014] Например, напряженная волновая зубчатая передача содержит жесткое зубчатое колесо внутреннего зацепления, гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления, обеспеченное возможностью вхождения в зацепление с зубчатым колесом внутреннего зацепления, и генератор волн для изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления с получением некруглой формы и образованием участка зацепления зубчатого колеса внешнего зацепления с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух или более положениях с равными угловыми интервалами в окружном направлении зубчатого колеса внешнего зацепления и для перемещения участков зацепления в окружном направлении зубчатого колеса внутреннего зацепления.
[0015] В случае, когда зубчатое колесо внешнего зацепления изогнуто генератором волн в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой с тем, чтобы образовывать участки зацепления в двух положениях, эллиптическая замкнутая кривая задана замкнутой кривой нецентральной симметрии. Например, эллиптическая замкнутая кривая задана замкнутой кривой линейной симметрии, где только большая ось эллиптической замкнутой кривой является осью симметрии, а ее малая ось не является осью симметрии.
[0016] Есть случай, в котором зубчатое колесо внешнего зацепления изгибается генератором волн в форму вдоль некруглой замкнутой кривой таким образом, чтобы образовывать участки зацепления в трех положениях. В этом случае замкнутая кривая, которая задает форму изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления, имеет три участка кривой разной формы, причем участки кривой задают соответствующие участки зацепления.
[0017] В качестве генератора волн можно использовать такой генератор волн, который содержит жесткий волновой кулачок и волновой подшипник, расположенный между наружной периферийной поверхностью волнового кулачка и внутренней периферийной поверхностью зубчатого колеса внешнего зацепления. В этом случае некруглая форма изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления задана формой контура наружной периферийной поверхности кулачка. Кроме того, в качестве генератора волн можно использовать такой генератор волн, который содержит множество роликов, которые приводят в контакт с внутренней периферийной поверхностью зубчатого колеса внешнего зацепления для его изгибания в некруглую форму.
[0018] Далее, настоящее изобретение относится к генератору волн для напряженной волновой зубчатой передачи, в которой генератор волн изгибает зубчатое колесо внешнего зацепления в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой для образования участка зацепления зубчатого колеса внешнего зацепления с зубчатым колесом внутреннего зацепления в двух положениях на обоих концах большой оси эллиптической замкнутой кривой, и генератор волн перемещает участки зацепления зубчатого колеса внешнего зацепления в окружном направлении зубчатого колеса внутреннего зацепления. Предложенный в соответствии с настоящим изобретением генератор волн содержит жесткий волновой кулачок и волновой подшипник, расположенный между наружной периферийной поверхностью волнового кулачка и внутренней периферийной поверхностью зубчатого колеса внешнего зацепления. Форма контура наружной периферийной поверхности кулачка определена на основании эллиптической замкнутой кривой. Кроме того, эллиптическая замкнутая кривая представляет собой линейно-симметричную замкнутую кривую, в которой только ее большая ось является осью симметрии, а ее малая ось не является осью симметрии.
[0019] Генератор волн для напряженной волновой зубчатой передачи, предложенной в соответствии с настоящим изобретением, содержит множество роликов, которые приведены в контакт с внутренней периферийной поверхностью зубчатого колеса внешнего зацепления для его изгибания в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой, и элемент удержания роликов для удержания роликов в разных положениях вдоль эллиптической замкнутой кривой таким образом, чтобы ролики были вписаны в эллиптическую замкнутую кривую. Эллиптическая замкнутая кривая представляет собой линейно-симметричную замкнутую кривую, в которой только ее большая ось является осью симметрии, а ее малая ось не является осью симметрии.
[0020] В настоящем описании "эллиптическая замкнутая кривая" включает в себя замкнутые кривые, образованные комбинацией множества эллиптических кривых, имеющих различные формы, комбинацией кривых, таких как дуги, аналогичных эллиптической кривой, комбинацией эллиптической кривой и кривой, аналогичной эллиптической кривой, и т.п.
[0021] Например, участок кривой на одной стороне малой оси в эллиптической замкнутой кривой и участок кривой на другой стороне малой оси заданы эллипсами, имеющими отличные друг от друга формы. Оба конца этих участков кривой плавно соединены друг с другом на обоих концах, расположенных на малой оси, посредством чего образована эллиптическая замкнутая кривая. В более конкретном примере участок кривой на одной стороне малой оси эллиптической замкнутой кривой задан кривой, раскрытой в вышеупомянутом Патентном документе 1, а участок кривой на другой стороне малой оси задан кривой, раскрытой в вышеупомянутом Патентном документе 2, и оба конца этих кривых плавно соединены друг с другом в обоих конечных положениях малой оси с образованием эллиптической замкнутой кривой.
[0022] Зубчатое колесо внешнего зацепления не изгибается в центрально-симметричную форму относительно его центра вращения, а изгибается, например, в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой, которая является линейно-симметричной относительно только большой оси, выступающей в качестве оси симметрии. Участки зацепления зубчатых колес образованы на обоих концах в направлении большой оси, что означает, что участки зацепления образованы в двух положениях. Таким образом, участок зацепления проходит дважды через одно и то же положение в окружном направлении зубчатого колеса внутреннего зацепления за один оборот генератора волн. Состояние зацепления в случае, когда проходит один участок зацепления, отличается от состояния зацепления в случае, когда проходит другой участок зацепления, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково. В результате можно уменьшить вибрацию, вызванную вторичной составляющей угловой погрешности зубчатого зацепления, возникающей в двух циклах на оборот генератора волн.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] ФИГ. 1(a) изображает схематический вид с торца напряженной волновой зубчатой передачи в соответствии с Вариантом 1 осуществления изобретения, и ФИГ. 1(b) представляет собой пояснительный чертеж, изображающий эллиптическую замкнутую кривую, которая задает форму изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления;
ФИГ. 2 изображает схематический продольный разрез напряженной волновой зубчатой передачи, показанной на ФИГ. 1;
ФИГ. 3(a) изображает схематический вид с торца напряженной волновой зубчатой передачи в соответствии с Вариантом 2 осуществления изобретения, и ФИГ. 3(b) представляет собой пояснительный чертеж, изображающий эллиптическую замкнутую кривую, которая задает форму изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления;
ФИГ. 4 изображает схематический продольный разрез напряженной волновой зубчатой передачи, показанной на ФИГ. 3;
ФИГ. 5 представляет собой пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 3 осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 6 представляет собой пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 4 осуществления настоящего изобретения; и
ФИГ. 7 представляет собой пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 5 осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] Далее приведено описание вариантов осуществления напряженной волновой зубчатой передачи в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на сопроводительные чертежи. Нижеследующие варианты осуществления изобретения относятся к чашеобразной напряженной волновой зубчатой передаче. Однако настоящее изобретение аналогичным образом применимо к цилиндрообразной напряженной волновой зубчатой передаче и плоской напряженной волновой зубчатой передаче.
[0025] [Вариант 1 осуществления изобретения]
На ФИГ. 1(a) изображен схематический вид с торца напряженной волновой зубчатой передачи в соответствии с Вариантом 1 осуществления изобретения, и на ФИГ. 1(b) представлен пояснительный чертеж, изображающий эллиптическую замкнутую кривую, которая задает форму изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления. На ФИГ. 2 изображен схематический продольный разрез напряженной волновой зубчатой передачи. Как показано на этих чертежах, напряженная волновая зубчатая передача 1 содержит кольцевое жесткое зубчатое колесо 2 внутреннего зацепления (жесткое колесо), чашеобразное гибкое зубчатое колесо 3 внешнего зацепления (гибкое колесо), соосно установленное внутри зубчатого колеса внутреннего зацепления, и генератор 4 волн, установленный внутри зубчатого колеса внешнего зацепления.
[0026] Зубчатое колесо 3 внешнего зацепления изогнуто в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой С0 генератором 4 волн. Зубчатое колесо 3 внешнего зацепления содержит участки зацепления, которые входят в зацепление с зубчатым колесом 2 внутреннего зацепления в двух положениях на обоих концах большой оси Lmax эллиптической замкнутой кривой С0. Участки, окруженные штрихпунктирными линиями на ФИГ. 1(a), обозначают эти участки 5а и 5b зацепления.
[0027] Когда электродвигатель или т.п. (не показан) вращает генератор 4 волн, участки 5а и 5b зацепления зубчатого колеса 3 внешнего зацепления с зубчатым колесом 2 внутреннего зацепления перемещаются в окружном направлении зубчатого колеса 2 внутреннего зацепления. Когда участки 5а и 5b зацепления соответственно совершают один оборот, между обоими зубчатыми колесами 2 и 3 возникает относительное вращение, обусловленное разницей в числе зубьев обоих зубчатых колес 2 и 3. Разница в числе зубьев между зубчатым колесом 2 внутреннего зацепления и зубчатым колесом 3 внешнего зацепления составляет 2n (где n - положительное целое число), например, 2 (при n=1). В случае, когда зубчатое колесо 2 внутреннего зацепления закреплено таким образом, что не вращается, вращение генератора 4 волн может быть выведено со стороны зубчатого колеса 3 внешнего зацепления как вращение с очень уменьшенной скоростью.
[0028] Зубчатое колесо 2 внутреннего зацепления содержит кольцевой элемент 6, имеющий по существу прямоугольное поперечное сечение, и внутренние зубья 7, образованные на кольцевой внутренней периферийной поверхности кольцевого элемента 6. Зубчатое колесо 3 внешнего зацепления содержит: цилиндрическое тело 11, выполненное с возможностью изгибания в радиальном направлении; дискообразную диафрагму 12, проходящую внутрь в радиальном направлении от заднего конца диафрагмы 12; кольцевой выступ 13, который представляет собой жесткий выступ и соединен с внутренней периферийной кромкой диафрагмы 12; и наружные зубья 14, образованные на участке наружной периферийной поверхности на стороне открытого конца цилиндрического тела 11.
[0029] Генератор волн 4 содержит: цилиндрическую ступицу 21; волновой кулачок 22 (кулачковый диск), прикрепленный к наружной периферийной поверхности ступицы; и волновой подшипник 23, установленный на наружной периферийной поверхности 22а волнового кулачка 22. Наружная периферийная поверхность 22а имеет контурную форму, подобную эллиптической замкнутой кривой С0. Волновой подшипник 23, установленный на наружной периферийной поверхности 22а, имеет наружную периферийную поверхность 23а наружного кольца, которая изогнута в форму контура, соответствующего эллиптической замкнутой кривой С0. Цилиндрическое тело 11 зубчатого колеса 3 внешнего зацепления содержит участок 15 формирования наружных зубьев, где образованы наружные зубья 14, причем участок формирования наружных зубьев изгибают в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой С0, соответствующую форме контура наружной периферийной поверхности 23а наружного кольца.
[0030] В данном случае пример эллиптической замкнутой кривой С0, которая задает форму зубчатого колеса 3 внешнего зацепления, изгибаемого генератором 4 волн, образован двумя видами эллиптических кривых, как показано на ФИГ. 1(b).
[0031] Эллиптическая замкнутая кривая СО задана первым участком С1 кривой и вторым участком С2 кривой, причем первый участок кривой определяет одну сторону (участок верхней половины на ФИГ. 1(b)) от малой оси Lmin эллиптической замкнутой кривой, а второй участок кривой определяет другую сторону (участок нижней половины на ФИГ. 1 (b)) от малой оси Lmin. На ФИГ. 1(b) кривая, которая является линейно-симметричной с первым участком С1 кривой относительно малой оси Lmin, показана штрихпунктирной линией, а разница между первым и вторым участками С1 и С2 кривой показана в преувеличенной форме.
[0032] Первый и второй участки С1 и С2 кривой являются эллиптическими кривыми, которые имеют разные формы, но имеют одинаковую окружную длину и малые оси одинаковой длины. Например, первый участок С1 кривой имеет часть, расположенную на большой оси Lmax и вблизи нее, кривизна которой больше, чем кривизна части второго участка С2 кривой, расположенной на большой оси Lmax и вблизи нее. Первый и второй участки С1 и С2 кривой плавно соединены своими концами, расположенными на обоих концах малой оси Lmin, так что образуется эллиптическая замкнутая кривая С0. Эллиптическая замкнутая кривая С0 содержит большую ось Lmax в качестве оси симметрии (является линейно-симметричной относительно большой оси Lmax), но ее малая ось не является осью симметрии (не является симметричной относительно малой оси Lmin).
[0033] Генератор 4 волн изгибает зубчатое колесо 3 внешнего зацепления в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой С0. Зубчатое колесо 3 внешнего зацепления в изогнутом состоянии находится в зацеплении с зубчатым колесом 2 внутреннего зацепления на обоих концах большой оси Lmax. В частности, участки 5а и 5b зацепления зубчатых колес 2 и 3 образованы на обоих концах большой оси Lmax. Поскольку участок зацепления зубчатых колес 2 и 3 образован в двух положениях, то их участок зацепления проходит дважды через одно и то же положение в окружном направлении зубчатого колеса 2 внутреннего зацепления за один оборот генератора 4 волн.
[0034] Участок зацепления (участок 5а зацепления на ФИГ. 1(a)), образованный первым участком С1 эллиптической замкнутой кривой С0, отличается в состоянии зацепления от участка зацепления (участок 5b зацепления на ФИГ. 1(a)), образованного вторым участком С2 эллиптической замкнутой кривой, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково для них. Таким образом, вибрация, вызванная вторичной составляющей погрешности, которая возникает в двух циклах на один оборот входного вращения (вращение генератора 4 волн), может быть уменьшена, причем вторичная составляющая погрешности включена в угловую погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи 1.
[0035] [Вариант 2 осуществления изобретения (пример, содержащий генератор волн роликового типа)]
На ФИГ. 3(a) изображен схематический вид с торца напряженной волновой зубчатой передачи в соответствии с Вариантом 2 осуществления изобретения, и на ФИГ. 3(b) представлен пояснительный чертеж, изображающий эллиптическую замкнутую кривую, которая задает форму изгибания зубчатого колеса внешнего зацепления. На ФИГ. 4 изображен схематический продольный разрез напряженной волновой зубчатой передачи. Напряженная волновая зубчатая передача 31 Варианта 2 осуществления изобретения содержит: кольцевое жесткое зубчатое колесо 32 внутреннего зацепления (жесткое колесо); чашеобразное гибкое зубчатое колесо 33 внешнего зацепления (гибкое колесо), установленное внутри зубчатого колеса 32 внутреннего зацепления; и шести роликовый генератор 34 волн, установленный внутри гибкого зубчатого колеса 33 внешнего зацепления. Генератор 34 волн изгибает зубатое колесо 33 внешнего зацепления в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой таким образом, что участок зацепления, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом 32 внутреннего зацепления, образован в двух положениях на обоих концах большой оси Lmax. Участки, обведенные штрихпунктирными линиями на ФИГ. 3(a), являются участками 35а и 35b зацепления зубчатого колеса 33 внешнего зацепления с зубчатым колесом 32 внутреннего зацепления.
[0036] Шести роликовый генератор 34 волн содержит: полый входной вал 41; опорный диск 42, который является элементом удержания роликов и соосно прикреплен к наружной периферийной поверхности полого входного вала 41 или выполнен за одно целое с полым входным валом 41; и шесть роликов 51-56, прикрепленных к опорному диску 42. Ролики 51-56 приведены в контакт с внутренней периферийной поверхностью участка формирования наружных зубьев зубчатого колеса 33 внешнего зацепления изнутри и изгибают зубчатое колесо 33 внешнего зацепления в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой C10. Ролики 51-56 расположены в местах вдоль эллиптической замкнутой кривой C10 с центром в центре 31а вращения (линия центральной оси устройства) таким образом, чтобы быть вписанными в эллиптическую замкнутую кривую C10.
[0037] Как показано на ФИГ. 3(b), эллиптическая замкнутая кривая C10 задана первым участком СИ кривой и вторым участком С12 кривой, причем первый участок кривой определяет одну сторону (участок верхней половины на чертеже) от малой оси Lmin эллиптической замкнутой кривой, а второй участок кривой, определяет другую сторону (участок нижней половины на чертеже) от малой оси Lmin. На ФИГ. 3(b) кривая, которая является линейно-симметричной с первым участком СИ кривой относительно малой оси Lmin, показана штрихпунктирной линией, а разница между первым и вторым участками СИ и С12 кривой показана в преувеличенной форме.
[0038] Например, первый и второй участки С11 и С12 кривой являются эллиптическими кривыми, которые имеют разные формы, но имеют одинаковую окружную длину и малые оси одинаковой длины. Первый участок С11 кривой имеет часть, расположенную на большой оси Lmax и вблизи нее, кривизна которой больше, чем кривизна части второго участка С12 кривой, расположенной на большой оси Lmax и вблизи нее. Первый и второй участки С11 и С12 кривой плавно соединены своими соответствующими концами, расположенными на обоих концах малой оси Lmin, так что образуется эллиптическая замкнутая кривая C10. Эллиптическая замкнутая кривая C10 содержит большую ось Lmax в качестве оси симметрии (является линейно-симметричной относительно большой оси Lmax), а ее малая ось Lmin не является осью симметрии (не является симметричной относительно малой оси Lmin).
[0039] Среди роликов 51-56 ролики 51, 52 и 53 расположены на одной стороне (верхняя сторона на чертеже) от малой оси Lmin, а остальные ролики 54, 53 и 56 расположены на другой стороне от нее. Ролик 51 расположен на большой оси Lmax, тогда как ролики 52 и 53 имеют одинаковый размер и расположены в местах, которые линейно-симметричны друг другу относительно большой оси Lmax. Аналогичным образом, ролик 54 расположен на большой оси Lmax, а ролики 55 и 56 имеют одинаковый размер и расположены в местах, которые линейно-симметричны друг другу относительно большой оси Lmax.
[0040] Например, ролик 51 и ролик 54 имеют одинаковый размер, но расстояния от центров этих роликов до центра 31а вращения (линия центральной оси устройства) немного отличаются друг от друга, и центры этих роликов расположены в точках, которые не являются центрально-симметричными друг другу. Ролик 52 и ролик 55 имеют одинаковый размер, но расстояния от центров этих роликов до центра 31а вращения (линия центральной оси устройства) немного отличаются друг от друга, и центры этих роликов расположены в точках, которые не являются центрально-симметричными друг другу. Аналогичным образом, ролик 53 и ролик 56 имеют одинаковый размер, но расстояния от центров этих роликов до центра 31а вращения (линия центральной оси устройства) немного отличаются друг от друга, и центры этих роликов расположены в точках, которые не являются центрально-симметричными друг другу. Кроме того, эллиптическая замкнутая кривая C10, не имеющая центра симметрии, может быть задана путем изменения размера роликов.
[0041] Эллиптическая замкнутая кривая C10, заданная этими роликами 51-56, имеет форму, которая является несимметричной относительно центра 31а вращения, как описано выше. В частности, кривая имеет форму, которая является линейно-симметричной относительно большой оси Lmax, но несимметричной относительно малой оси Lmin.
[0042] Кроме того, в напряженной волновой зубчатой передаче 31, предложенной в соответствии сданным вариантом осуществления изобретения, участок зацепления (участок 35а зацепления на ФИГ. 3(a)), образованный первым участком С11 эллиптической замкнутой кривой C10, отличается в состоянии зацепления от участка зацепления (участок 35b зацепления на ФИГ. 3(a)), образованного вторым участком С12 эллиптической замкнутой кривой, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково для них. Таким образом, вибрация, вызванная вторичной составляющей погрешности, которая возникает в двух циклах на один оборот входного вращения (вращение генератора 34 волн), может быть уменьшена, причем вторичная составляющая погрешности включена в угловую погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи 31.
[0043] [Вариант 3 осуществления изобретения]
На ФИГ. 5 представлен пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 3 осуществления настоящего изобретения. Напряженная волновая зубчатая передача 120 содержит жесткое зубчатое колесо 122 внешнего зацепления (жесткое зубчатое колесо), расположенное на самой внутренней стороне. Кольцевое гибкое зубчатое колесо 123 внутреннего зацепления (гибкое зубчатое колесо) расположено таким образом, что оно концентрически окружает зубчатое колесо 122 внешнего зацепления. Кольцевой генератор 124 волн расположен таким образом, что концентрически окружает зубчатое колесо 123 внутреннего зацепления.
[0044] Зубчатое колесо 123 внутреннего зацепления изогнуто в форму вдоль эллиптической замкнутой кривой C30, которая, например, аналогична эллиптической замкнутой кривой С0 в случае Варианта 1 осуществления изобретения. Зубчатое колесо 123 внутреннего зацепления которое изгибается генератором 124 волн, содержит участки 125а и 125b зацепления, входящие в зацепление с зубчатым колесом 122 внешнего зацепления, причем участки зацепления находятся в положениях на обоих концах малой оси Lmin эллиптической замкнутой кривой C30. Участки 125а и 125b зацепления являются участками, обведенными штрих-пунктирными линиями на ФИГ. 5.
[0045] Генератор 124 волн содержит кольцевой жесткий кулачковый диск 126 и волновой подшипник 127, установленным внутри жесткого кулачкового диска. Волновой подшипник 127 содержит наружное кольцо, выполненное за одно целое с жестким кулачковым диском 126 в изображенном варианте осуществления изобретения. Жесткий кулачковый диск 126 имеет некруглую внутреннюю периферийную поверхность 126а, которая задана эллиптической замкнутой кривой C30.
[0046] Зубчатое колесо 123 внутреннего зацепления, расположенное внутри генератора 124 волн, изгибается, таким образом, в эллиптическую форму, так что внутренние зубья, расположенные на обоих концах малой оси Lmin эллиптической формы, входят в зацепление с наружными зубьями зубчатого колеса 122 внешнего зацепления, расположенного на внутренней стороне. Например, когда генератор 124 волн вращают посредством источника привода вращения, такого как электродвигатель, и зубчатое колесо 122 внешнего зацепления закреплено таким образом, что не вращается, участки зацепления двух зубчатых колес 122 и 123 перемещают в окружном направлении, и между двумя зубчатыми колесами возникает относительное вращение, соответствующее разнице в числе зубьев указанных зубчатых колес. Это вращение может быть выведено с зубчатого колеса 123 внутреннего зацепления.
[0047] Эллиптическая замкнутая кривая C30 содержит участки кривой на обоих концах малой оси, и указанные участки кривой имеют разные формы. Участки 125а и 125b зацепления зубчатого колеса 123 внутреннего зацепления, изогнутые этими участками кривой, также имеют разные формы. В результате, состояние зацепления относительно зубчатого колеса 122 внешнего зацепления отличается между участками 125а и 125b зацепления, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково для них. Таким образом, вибрация, вызванная вторичной составляющей погрешности, которая возникает в двух циклах на один оборот входного вращения, может быть уменьшена, причем вторичная составляющая погрешности включена в угловую погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи 120.
[0048] [Вариант 4 осуществления изобретения]
На ФИГ. 6 представлен пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 4 осуществления изобретения. Напряженная волновая зубчатая передача 140 содержит жесткое зубчатое колесо 142 внутреннего зацепления (жесткое колесо), гибкое зубчатое колесо 143 внешнего зацепления (гибкое колесо); и генератор 144 волн некруглой формы, установленный внутри зубчатого колеса внешнего зацепления. Зубчатое колесо 143 внешнего зацепления содержит участок, на котором образованы наружные зубья, причем этот участок изогнут генератором 144 волн в некруглую форму.
[0049] Генератор 144 волн содержит жесткий кулачковый диск 146, имеющий некруглую форму, и волновой подшипник 147, установленный на наружной периферийной поверхности жесткого кулачкового диска. Жесткий кулачковый диск 146 имеет некруглую наружную периферийную поверхность 146а, заданную замкнутой кривой, которая может быть вписана в полную окружность во множестве положений с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности. В данном варианте осуществления изобретения некруглая наружная периферийная поверхность 146а имеет форму трилистника (трехлепестковую форму) и задана замкнутой кривой С40, которая может быть вписана в полную окружность в трех положениях, расположенных с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности. Некруглая наружная периферийная поверхность может быть задана замкнутой кривой, которая может быть вписана в полную окружность в четырех или более положениях, расположенных с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности.
[0050] Зубчатое колесо 143 внешнего зацепления изгибают при помощи генератора 144 волн вышеуказанной формы в форму вдоль некруглого контура генератора 144 волн, посредством чего образуют три участка 145а, 145b и 145с зацепления относительно зубчатого колеса 142 внутреннего зацепления с угловым интервалом 120 градусов. Замкнутая кривая С40, которая задает некруглую наружную периферийную поверхность 146а жесткого кулачкового диска 146 генератора 144 волн, имеет три участка С40а, C40b и С40с кривой, образующих участки 145а, 145b и 145с зацепления, и формы этих участков кривой выполнены таким образом, чтобы отличаться друг от друга. В результате, участки 145а, 145b и 145с зацепления в трех положениях отличаются друг от друга в своих состояниях зацепления с зубчатым колесом 142 внутреннего зацепления.
[0051] Генератор 144 волн соединен с высокооборотным входным валом, таким как вал электродвигателя. Когда генератор 144 волн вращается, положения зацепления между двумя зубчатыми колесами 142 и 143 перемещаются в окружном направлении, в результате чего между двумя зубчатыми колесами 142 и 143 создается относительное вращение, которое обусловлено разницей в числе зубьев между зубчатыми колесами. Например, зубчатое колесо 142 внутреннего зацепления закреплено таким образом, что не вращается, зубчатое колесо 143 внешнего зацепления соединено с элементом на стороне нагрузки, и вращение с пониженной скоростью выводят с зубчатого колеса 143 внешнего зацепления и передают на элемент на стороне нагрузки. В этом случае разница в числе зубьев между зубчатыми колесами 142 и 143 составляет 3n, (где n - положительное целое число).
[0052] Для трех участков 145а, 145b и 145с зацепления зубчатого колеса 143 внешнего зацепления с зубчатым колесом 142 внутреннего зацепления их состояния зацепления различны, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково. Таким образом, вибрация, вызванная третичной составляющей погрешности, которая возникает в трех циклах на один оборот входного вращения, может быть уменьшена, причем третичная составляющая погрешности включена в угловую погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи 140.
[0053] [Вариант 5 осуществления изобретения]
На ФИГ. 7 представлен пояснительный чертеж, изображающий напряженную волновую зубчатую передачу в соответствии с Вариантом 5 осуществления изобретения. В напряженной волновой зубчатой передаче 160, показанной на этом чертеже, гибкое зубчатое колесо 163 внутреннего зацепления (гибкое зубчатое колесо) расположено на наружной стороне жесткого зубчатого колеса 162 внешнего зацепления (жесткое зубчатое колесо), и генератор 164 волн, содержащий некруглую внутреннюю периферийную поверхность, расположен на наружной стороне зубчатого колеса 163 внутреннего зацепления.
[0054] Генератор 164 волн содержит жесткий кулачковый диск 166, имеющий некруглую внутреннюю периферийную поверхность 166а, и волновой подшипник 167, установленный на некруглой внутренней периферийной поверхности 166а. Некруглая внутренняя периферийная поверхность 166а жесткого кулачкового диска 166 задана замкнутой кривой, которая может быть вписана в полную окружность во множестве положений с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности. В данном варианте осуществления изобретения некруглая внутренняя периферийная поверхность 166а имеет форму трилистника (трехлепестковую форму) и задана замкнутой кривой С50, которая может быть вписана в полную окружность в трех положениях, расположенных с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности. Кроме того, некруглая внутренняя периферийная поверхность может быть задана замкнутой кривой, которая может быть вписана в полную окружность в четырех или более положениях, расположенных с равными угловыми интервалами вдоль окружного направления полной окружности.
[0055] Зубчатое колесо 163 внутреннего зацепления изгибают при помощи генератора 164 волн вышеуказанной формы в форму вдоль некруглого контура генератора 164 волн, посредством чего образуют три участка 165а, 165b и 165с зацепления относительно зубчатого колеса 162 внешнего зацепления с угловым интервалом 120 градусов. Замкнутая кривая С50, которая задает некруглую внутреннюю периферийную поверхность 166а генератора 164 волн, имеет три участка С50а, C50b и С50с кривой, образующих участки 165а, 165b и 165с зацепления в трех положениях, и формы этих участков кривой отличаются друг от друга. В результате, участки 165а, 165b и 165с зацепления отличаются друг от друга в своих состояниях зацепления с зубчатым колесом 162 внешнего зацепления.
[0056] Например, в случае, когда генератор 164 волн вращают при помощи электродвигателя или другого источника привода вращения, и зубчатое колесо 162 внешнего зацепления закреплено таким образом, что не вращается, участки зацепления между двумя зубчатыми колесами 162 и 163 перемещаются в окружном направлении, и между двумя указанными зубчатыми колесами образуется относительное вращение в соответствии с разницей в числе зубьев между зубчатыми колесами. Это относительное вращение может быть выведено с зубчатого колеса 163 внутреннего зацепления. В этом случае разница в числе зубьев между зубчатыми колесами 162 и 163 составляет 3n, (где n - положительное целое число).
[0057] Для трех участков 165а, 165b и 165с зацепления зубчатого колеса 163 внутреннего зацепления с зубчатым колесом 162 внешнего зацепления их состояния зацепления различны, и выходное состояние (время возникновения, амплитуда) угловой погрешности зубчатого зацепления не одинаково. Таким образом, вибрация, вызванная третичной составляющей погрешности, которая возникает в трех циклах на один оборот входного вращения, может быть уменьшена, причем третичная составляющая погрешности включена в угловую погрешность зубчатого зацепления напряженной волновой зубчатой передачи 160.
[0058] [Другие варианты осуществления изобретения]
Как описано выше, настоящее изобретение применимо не только к чашеобразной напряженной волновой зубчатой передаче, но и к цилиндрообразной напряженной волновой зубчатой передаче и плоской напряженной волновой зубчатой передаче.
[0059] Кроме того, в вышеописанных Вариантах 1, 2 и 3 осуществления изобретения достаточно, чтобы эллиптическая замкнутая кривая имела форму, не имеющую центральной симметрии, и в качестве первого и второго участков кривой, задающих эллиптическую замкнутую кривую, могут быть использованы различные формы. Например, может быть использована комбинация формы кулачка, предложенной в Патентном документе 1, и формы кулачка, предложенной в Патентном документе 2. Кроме того, могут быть использованы два типа формы кулачка, выбранные из традиционных типов формы кулачка, описанных в Патентном документе 1.