技术领域
[0001] 本
发明涉及一种组装有礼帽形状的挠性的外齿齿轮的礼帽型的波动齿轮装置。更详细而言，本发明涉及一种提高作用有高负荷
扭矩的运转状态下的疲劳强度的波动齿轮装置的外齿齿轮。
背景技术
[0002] 礼帽型的波动齿轮装置的外齿齿轮具有：圆筒状的主体部；隔膜，其相对于上述主体部的一端连续地向半径方向的外侧扩展；以及环状的厚壁的凸台，其相对于隔膜的外周端连续。在主体部的前端侧开口端的外周部分，朝向周向而一体成型有外齿。
[0003] 对于这种形状的外齿齿轮，由于隔膜向半径方向的外侧扩展，因此，与组装有杯状的外齿齿轮的杯型的波动齿轮装置相比，装置的外径尺寸有所增大。为了减小装置的外径尺寸，只要减小隔膜的外径即可。然而，因波动发生器而使得主体部反复在半径方向上挠曲，并且因该主体部的
变形而导致较大的弯曲应
力反复作用于隔膜。因此，如果减小隔膜的直径，则在隔膜的内周端部及外周端部所产生的
应力与之成反比地增大，从而在这些部分产生应力集中，因此并非为优选方式。
[0004]
专利文献1中提出了如下方案：对于礼帽型的波动齿轮装置，使得在因波动发生器而挠曲的外齿齿轮的隔膜产生的应力集中缓和而提高强度。对于专利文献1所公开的外齿齿轮而言，隔膜的厚度设为在内周端及外周端处比它们之间的中央部更厚，由此使得隔膜的应力集中缓和。
[0005] 专利文献2中提出了专利文献1所记载的发明的改良发明。在该专利文献2中，外齿齿轮的隔膜部的厚度设为在内周端最大、且在内周端与外周端之间的中央部最小。由此，使得外齿齿轮的隔膜部的应力集中进一步缓和，从而能够使隔膜部的应力状态实现均匀化。
[0006] 专利文献3中提出了如下方案：为了规定隔膜的凸台的根部的截面形状而使用
流线。
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本实开平3-118346号
公报[0009] 专利文献2：日本特许第3580506号公报
[0010] 专利文献3：日本实开昭61-173851号公报
发明内容
[0011] 以往，通过考虑了由波动发生器引起的椭圆状的挠曲变形、作用的负荷扭矩、外齿齿轮的安装误差的应力解析而进行礼帽形状的外齿齿轮的隔膜形状的设计。以开发出能够应对高负荷的产品为目的，进一步提升了现行的负荷而进行了外齿齿轮的耐久试验。根据现行的应力解析，虽然设想为即便在该提升后的负荷下隔膜也不会发生疲劳破坏，但是，根据耐久试验结果，在隔膜确认到疲劳破坏。
[0012] 本发明的
发明人基于应力解析等而研究了隔膜断裂的原因，在应力解析中考虑了因负荷扭矩而引起的、在外齿齿轮所产生的轴向力(thrust)的影响。其结果，能够确认：在应力解析中也能够再现实际的高负荷扭矩状态下的外齿齿轮的耐久试验中所观察到的隔膜的断裂现象。
[0013] 本发明的发明人着眼于因以往的外齿齿轮的隔膜形状的设计中并未考虑的负荷扭矩而引起的轴向力。本发明的发明人以此为
基础，考虑了轴向力的影响而设计了隔膜形状。结果发现：由于考虑了因负荷扭矩而引起的轴向力，从而，即使在高负荷扭矩的状态下，也能够抑制隔膜的断裂并能够提高外齿齿轮的耐久性。
[0014] 基于以上这种新的见解，本发明的目的在于提供一种波动齿轮装置的外齿齿轮，其具有能够使得高负荷扭矩下的隔膜的疲劳强度提高的隔膜形状。
[0015] 本发明涉及一种波动齿轮装置的外齿齿轮，其因波动发生器而挠曲成椭圆状、且形成为与刚性的内齿齿轮在局部
啮合的状态，该波动齿轮装置的外齿齿轮的特征在于，具有：
[0016] 筒状的主体部，其一端为开口端；外齿，其形成于所述主体部的外周面的所述开口端侧的部分；隔膜，其相对于所述主体部的另一端连续地向该主体部的半径方向的外侧扩展；以及环状的凸台，其相对于所述隔膜的外周端连续地形成，
[0017] 所述隔膜具有：
[0018] 隔膜主体部分，其沿所述半径方向延伸；
[0019] 弯曲部分，其相对于所述隔膜主体部的内周端连续，从朝向所述半径方向的内侧的方向沿中
心轴线而在朝向所述主体部的方向上弯曲，并与所述主体部连接；以及[0020] 凸台根部，其从所述隔膜主体部的外周端向所述半径方向的外侧延伸，并与所述凸台的内周面连接，
[0021] 所述隔膜的厚度从与所述凸台的内周面连接的所述凸台根部的
位置至所述隔膜主体部的所述外周端与所述内周端之间的中央部逐渐减小，从所述中央部至所述隔膜主体部的所述内周端逐渐增大，
[0022] 当所述隔膜的所述内周端、所述中央部以及所述外周端的厚度分别设为t(A)、t(B)以及t(C)、且所述弯曲部分的与所述主体部连接的主体部侧端部的厚度设为t(D)时，t(A)＞t(C)＞t(D)＞t(B)。
[0023] 在本发明中，针对隔膜主体部分，隔膜的厚度设为与其中央部相比而内周端及外周端的隔膜的厚度更厚，并且与外周端相比而内周端的隔膜的厚度更厚。另外，隔膜的弯曲部分的主体部侧端部的厚度比隔膜主体部分的最小厚度的中央部厚，并且比隔膜主体部分的外周端薄。
[0024] 通过这样设定隔膜的各部分的厚度，能够使从隔膜的内周端沿着外周端的
应力分布变得平稳。特别地，能够使得因负荷扭矩造成的轴向力而在隔膜产生的应力集中缓和，能够降低该最大应力。其结果，能够防止或抑制高负荷扭矩的运转状态下的隔膜的断裂，能够提高外齿齿轮的耐久性。
[0025] 这里，优选地，当以隔膜主体部分的中央部的厚度t(B)为基准时，[0026] 隔膜主体部分的内周端的厚度t(A)为：1.2＜t(A)/t(B)＜2.7，
[0027] 隔膜主体部分的外周端的厚度t(C)为：1.0＜t(C)/t(B)＜2.3，
[0028] 隔膜的弯曲部分的主体部侧端部的厚度t(D)为：1.0＜t(D)/t(B)＜2.3。
[0029] 即，隔膜的弯曲部分的主体部侧端部的厚度t(D)比隔膜主体部分的中央部的厚度t(B)厚。另外，隔膜主体部分的内周端的厚度t(A)以中央部的厚度t(B)作为基准、且与以往的外齿齿轮的情况相比而更厚。
[0030] 通过这样设定隔膜的各部的厚度，能够使得在高负荷扭矩的运转状态下因轴向力而在隔膜产生的应力集中进一步缓和，能够大幅地降低最大应力。由此，能够提高隔膜的疲劳强度。
[0031] 另外，优选地，在隔膜的弯曲部分，将从与隔膜主体部分连接的内周端至与主体部连接的主体部侧端部之间的中央位置称为弯曲部分中央位置。在该情况下，在弯曲部分的内周端至弯曲部分中央位置之间，隔膜的厚度从内周端至弯曲部分中央位置逐渐增大，从弯曲部分中央位置至主体部侧端部逐渐减小，
[0032] 当弯曲部分中央位置的厚度设为t(E)时，t(E)＞t(A)，
[0033] 当以隔膜主体部分的中央部的厚度t(B)作为基准时，1.3＜t(E)/t(B)＜2.8。
[0034] 此外，针对主体部，可以将从形成有外齿的外齿形成部分至隔膜的弯曲部分的主体部侧端部之间的圆筒部分的厚度设为恒定、且与主体部侧端部的厚度t(D)相同。
附图说明
[0035] 图1是本发明的实施方式所涉及的礼帽型的波动齿轮装置的概要纵剖视图。
[0036] 图2是表示图1的波动齿轮装置的齿的啮合状态的说明图。
[0037] 图3是表示图1的外齿齿轮的半剖视图。
具体实施方式
[0038] 下面，参照附图，对应用了本发明的礼帽型的波动齿轮装置的实施方式进行说明。
[0039] 图1是表示本实施方式所涉及的礼帽型的波动齿轮装置的整体结构的概要纵剖视图，图2是表示齿的啮合状态的说明图。波动齿轮装置1构成为包括：环状的刚性的内齿齿轮2；礼帽形状的挠性的外齿齿轮3，其同轴地配置于上述内齿齿轮2的内侧；以及椭圆状轮廓的波动发生器4，其嵌入于上述外齿齿轮3的内侧。
[0040] 外齿齿轮3具有主体部10、隔膜20以及凸台30，整体呈礼帽形状。主体部10呈圆筒形状、且能够挠曲。主体部10的一端为开口端11。隔膜20相对于主体部10的另一端连续地向半径方向的外侧扩展。相对于隔膜20的外周缘连续地形成有矩形截面的圆环状的凸台30。凸台30是用于将外齿齿轮3安装于其他部件(未图示)的刚体部分。
[0041] 波动发生器4构成为包括：中空毂41；椭圆形的刚性
凸轮板42，其嵌合于上述中空毂41的外周；以及波动
轴承43，其嵌合于上述刚性凸轮板42的外周。因波动发生器4而使得挠性的外齿齿轮3的形成有外齿5的外齿形成部分挠曲成椭圆形。外齿齿轮3的外齿5在位于椭圆形的长轴两端的2处位置与刚性的内齿齿轮2的内齿6啮合。
[0042] 如果波动发生器4以中心轴线1a为中心进行旋转，则两个齿轮的啮合位置沿圆周方向进行旋转。因该旋转而与外齿5和内齿6的齿数差相应地在外齿齿轮3与内齿齿轮2之间产生相对旋转。例如，如果将内齿齿轮2固定、且将波动发生器4设为高速旋转输入要素，则外齿齿轮3成为减速旋转输出要素，从而输出与两个齿轮的齿数差相应地减速后的旋转。
[0043] 图3是针对礼帽形的外齿齿轮3利用包含其中心轴线1a的平面进行剖切的情况下的半剖视图。外齿齿轮3的主体部10具有：一端为开口端11的外齿形成部分12；以及从外齿形成部分12至隔膜20之间的厚度恒定的圆筒部分13。在外齿形成部分12的外周面侧的部分形成有外齿5。
[0044] 本例中设为圆筒部分13的厚度恒定，但例如也可以将圆筒部分13的截面形状设定为壁厚从隔膜20侧趋向外齿形成部分12逐渐减小。
[0045] 隔膜20具有凸台根部21、隔膜主体部分22以及弯曲部分23。隔膜主体部分22沿作为与中心轴线1a
正交的方向的半径方向延伸。弯曲部分23相对于隔膜主体部分22的内周端A连续，且从朝向半径方向的内侧的方向沿中心轴线1a向朝向主体部10的方向弯曲。弯曲部分23的主体部侧端部D与主体部10的圆筒部分13连接。凸台根部21从隔膜主体部分22的外周端C向半径方向的外侧延伸而与凸台30的圆形内周面31连接。
[0046] 更详细地说明，外齿齿轮3的主体部10的圆筒部分13的内周面部分，从与外齿形成部分12连接的部位51至主体部侧端部D由与中心轴线1a平行地延伸的内侧直线52规定。圆筒部分13的外周面部分也由与中心轴线1a平行地延伸的外侧直线53规定。由内侧直线52及外侧直线53规定恒定厚度的圆筒部分13。
[0047] 与圆筒部分13连接的隔膜20的弯曲部分23的内周面部分由凹圆弧55规定。凹圆弧55的一端在主体部侧端部D的位置处与内侧直线52平滑地连接。弯曲部分23的外周面部分由下述部分规定：延伸超过主体部侧端部分D的外侧直线53的延长直线端部分；凸圆弧57，其与上述延长直线部分53a平滑地连接；以及直线部分58a，其与凸圆弧57的另一端平滑地连接、且向半径方向的外侧延伸。
[0048] 对于弯曲部分23而言，将从内周端A至主体部侧端部D之间的弯曲部分中央位置设为E。对于弯曲部分23而言，与内侧的凹圆弧55相比，外侧的凸圆弧57的
曲率半径更小。弯曲部分23的壁厚在弯曲部分中央位置E处最大，从内周端A至弯曲部分中央位置E逐渐增大，从弯曲部分中央位置E至主体部侧端部D逐渐减小。
[0049] 接下来，与弯曲部分23连接的隔膜主体部分22的主体部侧的端面部分由复合凹曲线59规定。隔膜主体部分22的从内周端A至外周端C之间的中央部设为B。复合凹曲线59例如构成为包括：对从内周端A至中央部B的部分进行规定的凹圆弧59a、以及对从中央部B至外周端C的部分进行规定的凹圆弧59b。凹圆弧59a的一端在内周端A的位置处与凹圆弧55平滑地连接，另一端与凹圆弧59b平滑地连接。
[0050] 隔膜主体部分22的相反侧的端面部分由从直线部分58a的端部延伸超过内周端A的直线58规定。直线58沿与中心轴线1a正交的半径方向延伸至外周端C的位置。
[0051] 由复合凹曲线59和直线58规定的隔膜主体部分22的厚度在中央部B处最薄，从中央部B向内周端A逐渐增大，从中央部B向外周端C逐渐增大。
[0052] 接下来，与隔膜主体部分22的外周端C连接的凸台根部21的主体部侧的端面部分由复合凹曲线59的凹圆弧59b的延伸超过外周端C的圆弧部分规定。凹圆弧59b的端部与对凸台30的同一侧的端面进行规定的直线61连接。
[0053] 凸台根部21的相反侧的端面部分由在外周端C的位置处与直线58的端部平滑地连接的复合凹曲线63规定。复合凹曲线63的另一端与凸台30的圆形内周面31平滑地连接。作为复合凹曲线63，可以使用专利文献3(日本实开昭61-173851号公报)中提出的流线。凸台根部21的厚度从外周端C的位置向凸台30的圆形内周面31增大。
[0054] 如果隔膜20的内周端A、中央部B、外周端C、主体部侧端部D以及弯曲部分中央位置E的厚度分别设为t(A)、t(B)、t(C)、t(D)以及t(E)，则设定为：t(E)＞t(A)＞t(C)＞t(D)＞t(B)。
[0055] 另外，优选地，以最薄的中央部B的厚度t(B)为基准而对内周端A、外周端C、主体部侧端部D以及弯曲部分中央位置E的厚度进行如下设定。
[0056] 内周端A的厚度t(A)为：1.2＜t(A)/t(B)＜2.7，
[0057] 外周端C的厚度t(C)为：1.0＜t(C)/t(B)＜2.3，
[0058] 主体部侧端部D的厚度t(D)为：1.0＜t(D)/t(B)＜2.3，
[0059] 弯曲部分中央位置E的厚度t(E)为：1.3＜t(E)/t(B)＜2.8。
[0060] 对于本例的外齿齿轮3而言，如上所述，与作为隔膜20的最小厚度部分的中央部B的厚度t(B)相比，隔膜20的弯曲部分23的主体部侧端部D的厚度t(D)更厚。另外，在以隔膜20的中央部的厚度t(B)为基准的情况下，与以往的礼帽形状的外齿齿轮的情况相比，隔膜
20的内周端A的厚度t(A)设定得更厚。并且，弯曲部分中央位置E的厚度t(E)设为隔膜20中的最大厚度的部分。
[0061] 如果轴向力作用于礼帽形状的外齿齿轮3，则应力集中于隔膜主体部分22的靠近外周端C的部分、以及靠近内周端A的部分。根据本发明的发明人的试验，能够确认：在各种型号的礼帽型的波动齿轮装置中，如果如上所述那样设定外齿齿轮3的各部的厚度，则能够使得因高附加扭矩的运转状态下的轴向力所引起的集中
应力降低20％～40％。另外，能够确认：通过以上述方式设定隔膜20的厚度，在高负荷扭矩的运转状态下，对于抑制或避免隔膜20的断裂较为有效。并且，能够确认：对于提高外齿齿轮3的扭转刚性及屈曲强度也较为有效。
