偏心摆动型齿轮装置

摘要

偏心摆动型齿轮装置(1)包括偏心部(10a)、具有供偏心部(10a)插入的贯穿孔并且具有外齿(14a)的摆动齿轮(14)、外筒(2)以及托架(4)。外筒(2)具有与摆动齿轮(14)的外齿(14a)啮合的内齿销(3)，托架(4)以保持着摆动齿轮(14)的状态配置在外筒(2)的径向内侧。外筒(2)与托架(4)通过与偏心部(10a)的旋转相伴的摆动齿轮(14)的摆动而能够呈同心状地彼此相对旋转。齿隙角度设定为2分～3分，以使得由于使用时的摆动齿轮(14)的热膨胀而使托架(4)相对于外筒(2)的齿隙角度成为大致1分。

权利要求

1.一种偏心摆动型齿轮装置，其是在第1构件与第2构件之间以预定的转速比变换转速并传递驱动力的齿轮装置，其中，该齿轮装置包括：曲轴，其具有偏心部；

摆动齿轮，其具有供上述偏心部插入的贯穿孔并且具有齿部；

外筒，其构成为能够安装在上述第1构件和上述第2构件中的一者上；以及托架，其构成为能够安装在上述第1构件和上述第2构件中的另一者上；

上述外筒具有与上述摆动齿轮的上述齿部啮合的内齿，上述托架以保持着上述摆动齿轮的状态配置在上述外筒的径向内侧，上述外筒与上述托架通过与上述偏心部的旋转相伴的上述摆动齿轮的摆动而能够呈同心状地彼此相对旋转，齿隙角度设定为2分～3分，以使得由于使用时的上述摆动齿轮的热膨胀而使上述托架相对于上述外筒的齿隙角度成为大致1分。

2.根据权利要求1所述的偏心摆动型齿轮装置，其中，上述外筒与上述托架之间的相对转速为80rpm～200rpm。

说明书

偏心摆动型齿轮装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种偏心摆动型齿轮装置。

背景技术

[0002] 以往，如下述专利文献1所公开的那样，公知有在两个配对构件之间以预定的减速比使转速减速的偏心摆动型齿轮装置。该偏心摆动型齿轮装置包括固定于一个配对构件的外筒和配置在外筒内、并且固定于另一个配对构件的托架。托架通过安装于曲轴的偏心部的摆动齿轮的摆动旋转而相对于外筒相对旋转。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2006－77980号公报

[0006] 近年来，根据机器人的使用环境的变化，存在机器人的运转率提高的倾向，与此相伴，减速机也被要求高速化。当使用偏心摆动型齿轮装置时，托架内的温度高于外筒的温度。因此，在使用时，摆动齿轮热膨胀。由于该热膨胀，摆动齿轮的外齿与外筒的内齿之间的间隙变窄，摆动齿轮的齿面的表面压力升高。其结果，摆动齿轮的寿命变短。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于通过抑制摆动齿轮的齿面的表面压力升高来抑制摆动齿轮的寿命变短。

[0008] 基于本发明的一技术方案的偏心摆动型齿轮装置是在第1构件与第2构件之间以预定的转速比变换转速并传递驱动力的齿轮装置，其中，该齿轮装置包括：偏心部；摆动齿轮，其具有供上述偏心部插入的贯穿孔并且具有齿部；外筒，其构成为能够安装在上述第1构件和上述第2构件中的一者上；以及托架，其构成为能够安装在上述第1构件和上述第2构件中的另一者上。上述外筒具有与上述摆动齿轮的上述齿部啮合的内齿。上述托架以保持着上述摆动齿轮的状态配置在上述外筒的径向内侧。上述外筒与上述托架通过与上述偏心部的旋转相伴的上述摆动齿轮的摆动而能够呈同心状地彼此相对旋转。在该偏心摆动型齿轮装置中，上述齿隙角度设定为2分～3分，以使得由于使用时的上述摆动齿轮的热膨胀使上述托架相对于上述外筒的齿隙角度成为大致1分。

附图说明

[0009] 图1是表示本发明的实施方式的偏心摆动型齿轮装置的结构的剖视图。

[0010] 图2的(A)是图1的II－II线的剖视图，(B)是(A)的局部放大图。

[0011] 图3是用于说明齿隙角度的图。

[0012] 图4是用于说明与外筒的温度变化相伴的齿隙角度变化的图。

具体实施方式

[0013] 以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的偏心摆动型齿轮装置。

[0014] 本实施方式的偏心摆动型齿轮装置(以下，称作齿轮装置)1是作为减速机应用于例如机器人的旋转躯干、臂关节等旋转部、各种工作机械的旋转部等的装置。该齿轮装置1例如在80rpm～200rpm(每分钟80转以上且每分钟200转以下)的转速范围内进行使用。

[0015] 本实施方式的齿轮装置1构成为，通过使输入轴8旋转来使曲轴10旋转，通过使摆动齿轮14、16与曲轴10的偏心部10a、10b连动地进行摆动旋转来获得自输入旋转减速后的输出旋转。在该齿轮装置1中，能够例如在机器人的基座(一个配对构件)与旋转躯干(另一个配对构件)之间产生相对旋转。

[0016] 如图1和图2的(A)所示，齿轮装置1包括外筒2、托架4、输入轴8、多个(例如3个)曲轴10、摆动齿轮(第1摆动齿轮14和第2摆动齿轮16)以及多个(例如3个)传递齿轮20。

[0017] 外筒2是构成齿轮装置1的外表面的构件，具有大致圆筒形状。外筒2例如紧固于机器人的基座(省略图示；第1构件)。在外筒2的内周面上形成有许多个销槽2b。各个销槽2b以沿外筒2的轴向延伸的方式配置，在与轴向正交的截面上具有半圆形的截面形状。这些销槽2b在外筒2的内周面上沿周向等间隔地进行排列。

[0018] 外筒2具有许多个内齿销3。各个内齿销3分别安装于销槽2b。具体地说，各个内齿销3分别嵌入对应的销槽2b内，并以沿外筒2的轴向延伸的姿势配置。由此，许多个内齿销3沿着外筒2的周向等间隔地进行排列。在这些内齿销3上啮合有第1摆动齿轮14的第1外齿14a和第2摆动齿轮16的第2外齿16a。

[0019] 在外筒2上设有凸缘部，该凸缘部形成有供紧固件(螺栓)贯穿的贯穿孔2c，该紧固件例如用于将外筒2固定于机器人的基座。

[0020] 托架4以与外筒2同轴配置的状态收纳于外筒2的内侧。托架4例如紧固于机器人的旋转躯干(省略图示；第2构件)。托架4相对于外筒2绕与外筒2相同的轴线相对旋转。具体地说，托架4配置在外筒2的径向内侧。在该状态下，托架4被在轴向上相互分开设置的一对主轴承6支承为能够相对于外筒2相对旋转。

[0021] 托架4包括基部和端板部4b，该基部具有基板部4a和多个(例如3个)轴部4c。

[0022] 基板部4a在外筒2内配置于轴向的一端部附近。在基板部4a的径向中央部设有圆形的通孔4d。在通孔4d的周围，沿周向等间隔地设有多个(例如3个)曲轴安装孔4e(以下，简称作安装孔4e)。

[0023] 在基板部4a形成有用于紧固省略了图示的紧固件(螺栓)的紧固孔4i，该紧固件(螺栓)用于将托架4固定于例如机器人的旋转躯干。

[0024] 端板部4b沿轴向与基板部4a分开地设置，在外筒2内配置于轴向的另一端部附近。在端板部4b的径向中央部设有通孔4f。在通孔4f的周围设有多个(例如3个)曲轴安装孔4g(以下，简称作安装孔4g)。各个安装孔4g分别配置在与基板部4a的安装孔4e对应的位置。在外筒2内形成有由端板部4b和基板部4a的彼此相对的两个内表面与外筒2的内周面围成的封闭空间。

[0025] 多个轴部4c与基板部4a一体设置，并从基板部4a的一个主面(内侧面)向端板部4b侧直线延伸。该多个轴部4c沿周向等间隔地进行配置(参照图2的(A))。各个轴部4c利用螺栓4h紧固于端板部4b(参照图1)。由此，将基板部4a、轴部4c及端板部4b一体化。

[0026] 输入轴8作为用于输入未图示的驱动马达的驱动力的输入部发挥作用。输入轴8插入端板部4b的通孔4f和基板部4a的通孔4d内。输入轴8配置为其轴心与外筒2的轴心和托架4的轴心对齐，并绕轴线旋转。在输入轴8的顶端部的外周面上设有输入齿轮8a。

[0027] 多个曲轴10在外筒2内等间隔地配置于输入轴8的周围(参照图2的(A))。各个曲轴10被一对曲轴轴承12a、12b以能够相对于托架4绕轴线旋转的方式支承于托架4(参照图1)。
具体地说，在各个曲轴10的距轴向的一端规定长度的轴向内侧的部分安装有第1曲轴轴承
12a。该第1曲轴轴承12a安装于基板部4a的安装孔4e内。另一方面，在各个曲轴10的轴向的另一端部安装有第2曲轴轴承12b。该第2曲轴轴承12b安装于端板部4b的安装孔4g内。由此，曲轴10以能够旋转的方式支承于基板部4a和端板部4b。

[0028] 各个曲轴10具有轴主体10c和一体形成于该轴主体10c的偏心部10a、10b。第1偏心部10a与第2偏心部10b沿轴向排列配置在由两曲轴轴承12a、12b支承的部分之间。第1偏心部10a与第2偏心部10b分别具有圆柱形状，均以相对于轴主体10c的轴心偏心的状态自轴主体10c向径向外侧突出。第1偏心部10a与第2偏心部10b分别以预定的偏心量自轴心偏心，配置为相互具有规定角度的相位差。

[0029] 在曲轴10的一端部、即安装于基板部4a的安装孔4e内的部分的轴向外侧的部位，设有用于安装传递齿轮20的被嵌合部10d。

[0030] 第1摆动齿轮14配置在外筒2内的上述封闭空间内，并且借助第1滚柱轴承18a安装于各个曲轴10的第1偏心部10a。若各个曲轴10旋转且第1偏心部10a偏心旋转，则第1摆动齿轮14与该偏心旋转连动地一边与内齿销3啮合一边进行摆动旋转。

[0031] 第1摆动齿轮14具有稍微小于外筒2的内径的大小。第1摆动齿轮14具有第1外齿14a、中央部通孔14b、多个(例如3个)第1偏心部贯穿孔14c以及多个(例如3个)轴部贯穿孔
14d。第1外齿14a具有在摆动齿轮14的周向整体上平滑地连续的波形状。

[0032] 中央部通孔14b设于第1摆动齿轮14的径向中央部。在中央部通孔14b内，以具有游隙的状态贯穿有输入轴8。

[0033] 多个第1偏心部贯穿孔14c在第1摆动齿轮14中沿周向等间隔地设于中央部通孔14b的周围。在各个第1偏心部贯穿孔14c内，以夹装有第1滚柱轴承18a的状态分别贯穿有各个曲轴10的第1偏心部10a。

[0034] 多个轴部贯穿孔14d在第1摆动齿轮14中沿周向等间隔地设于中央部通孔14b的周围。各个轴部贯穿孔14d在周向上分别配置在相邻的第1偏心部贯穿孔14c之间的位置。在各个轴部贯穿孔14d内，以具有游隙的状态贯穿有对应的轴部4c。

[0035] 第2摆动齿轮16配置在外筒2内的上述封闭空间内并且借助第2滚柱轴承18b安装于各个曲轴10的第2偏心部10b。第1摆动齿轮14和第2摆动齿轮16与第1偏心部10a和第2偏心部10b的配置相对应地沿轴向排列设置。若各个曲轴10旋转且第2偏心部10b偏心旋转，则第2摆动齿轮16与该偏心旋转连动地啮合于内齿销3，同时进行摆动旋转。

[0036] 第2摆动齿轮16具有稍微小于外筒2的内径的大小，成为与第1摆动齿轮14相同的结构。即，第2摆动齿轮16具有第2外齿16a、中央部通孔16b、多个(例如3个)第2偏心部贯穿孔16c以及多个(例如3个)轴部贯穿孔16d。这些构件具有与第1摆动齿轮14的第1外齿14a、中央部通孔14b、多个第1偏心部贯穿孔14c以及多个轴部贯穿孔14d相同的结构。在各个第2偏心部贯穿孔16c内，以夹装有第2滚柱轴承18b的状态贯穿有曲轴10的第2偏心部10b。

[0037] 各个传递齿轮20是用于将输入齿轮8a的旋转传递到对应的曲轴10的构件。各个传递齿轮20分别外套于对应的设于曲轴10的轴主体10c的一端部的被嵌合部10d。各个传递齿轮20绕与曲轴10的旋转轴线相同的轴线与该曲轴10一体地旋转。各个传递齿轮20具有与输入齿轮8a啮合的外齿20a。

[0038] 在此，说明本实施方式的齿轮装置1中的托架4的齿隙角度。齿隙角度是指当在固定了输入轴的状态下对托架4施加扭矩时在扭矩为零的状态下使托架4绕轴线转动的角度。即，在托架4内的摆动齿轮14、16的外齿14a、16a与外筒2内的内齿销3之间如图2的(B)所示具有间隙，因此若对托架4施加扭矩，则外齿14a、16a在保持扭矩为零的状态下稍微进行转动直至与内齿销3啮合为止。该转动角度成为与外齿14a、16a和内齿销3之间的间隙的大小相应的角度。而且，如图3所示，在外齿14a、16a啮合于内齿销3的状态下，托架4的扭转角度成为与所施加的扭矩的大小相应的大小。这样，在托架4中，能够以与上述间隙的大小相应的齿隙角度在保持扭矩为零的状态下进行转动，该齿隙角度的大小影响到机器人的定位精度(停止精度)。因此，一般来说，以齿隙角度成为约1分(60分之一度)的方式设定外筒和摆动齿轮的形状。

[0039] 与此相对，在本实施方式的齿轮装置1中，设定为在使用前的状态下齿隙角度为2分～3分。即，外筒2向外部气体散热，或者向紧固的配对构件(例如机器人的基座)散热，因此与摆动齿轮14、16和内齿销3相比，热膨胀量较小。因此，若使齿轮装置1工作，则存在摆动齿轮14、16的外齿14a、16a与内齿销3之间的间隙(空隙)变窄的倾向。由此，在本实施方式的齿轮装置1中，由于使用时升温，因此设定为当空隙比使用前变窄了时使齿隙角度成为大致1分。例如通过使内齿销3的外径比以往的情况小，能够预先附加与发热导致的空隙减少量相当的空隙。

[0040] 图4是针对与使用时的发热相伴的齿隙角度而示出自使用前的状态开始的变化。在使用时，外筒2的温度上升至70℃～80℃左右。因而，当在使用前的状态(例如20℃)下齿隙角度为2分时，70℃下的齿隙角度小于1分(约0.6分)。另外，当在使用前的状态下齿隙角度为3分时，70℃下的齿隙角度约为1.2分。因而，如果使用前的状态下的齿隙角度为2分～3分(2分以上且3分以内)，则使用中的齿隙角度约为1分(0.6分以上且1.2分以内)。特别是在本实施方式中，由于是以80rpm～200rpm进行使用的齿轮装置，因此直至达到该温度都没怎么花费时间，在齿隙较大的状态下使用的情况较少。另外，在图4中，使用前的状态下的齿隙角度为3分时的数据是推测值。

[0041] 像图4所示的比较例1那样，当使用前的状态下的齿隙角度为1分时，在60℃以上时，即使温度上升，齿隙角度也不下降，下降被阻止。推测这表示在60℃左右已经消除了间隙的状态。另一方面，比较例2表示使用前的状态下的齿隙角度为6分的情况。在该比较例2中，即使在外筒的温度上升的使用过程中，齿隙角度也大致有4分，机器人的定位精度(停止精度)较差。

[0042] 如以上所说明，在本实施方式的齿轮装置1中，由于齿隙角度设定为2分～3分，因此在通过使齿轮装置1工作而使摆动齿轮14、16升温且膨胀的情况下，能够将托架4相对于外筒2的齿隙角度设为大致1分。因而，在使用时托架4相对于外筒2的齿隙角度不会过大，因此作为偏心摆动型齿轮装置1能够维持停止精度。而且，能够抑制摆动齿轮14、16的齿面的表面压力升高，因此能够抑制摆动齿轮14、16的寿命降低。即，能够谋求实际使用时的齿隙角度的最优化。

[0043] 另外，在本实施方式中，外筒2与托架4之间的相对转速为80rpm～200rpm。在该形态下，由于以80rpm～200rpm这样的高速区域下的转速进行使用，因此使用开始后的摆动齿轮14、16的升温也较快。因而，在使用开始后达到通常的齿隙角度(大致1分)的时间也较短，能够缩短或消除暖机运转的时间。

[0044] 另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更、改良等。例如，在上述实施方式中，形成为设有两个摆动齿轮14、16的结构，但是并不限于此。例如，也可以是设有一个摆动齿轮的结构或者设有3个以上的摆动齿轮的结构。

[0045] 在上述实施方式中，输入轴8配置于托架4的中央部，多个曲轴10配置于输入轴8的周围。但是，并不限于该结构。例如，也可以是曲轴10配置于托架4的中央部的中心曲轴式。在该情况下，只要设置为输入轴8与安装于曲轴10的传递齿轮20相啮合，输入轴8就可以配置在任意位置。

[0046] 在上述实施方式中，成为了外筒2结合于机器人的基座并且托架4结合于机器人的旋转躯干、而且托架4相对于外筒2转动的结构。但是，并不限于该结构。例如，也可以设为托架4结合于机器人的基座并且外筒2结合于机器人的旋转躯干、外筒2相对于托架4转动的结构。

[0047] 在此，简要说明上述实施方式。

[0048] 一般来说，在使用偏心摆动型齿轮装置时，相比于外筒，摆动齿轮因发热而成为高温。因此，配置于外筒的内齿与摆动齿轮的齿部之间的间隙存在有在使用过程中比使用前变窄的倾向。因而，像通常的偏心摆动型齿轮装置那样，当托架4相对于外筒的齿隙角度设定为大致1分时，若上述间隙(游隙)因摆动齿轮的发热而变窄，则会导致摆动齿轮的齿面的表面压力上升，其结果，疲劳强度降低。与此相对，在本实施方式中，由于齿隙角度设定为2分～3分，因此若通过使偏心摆动型齿轮装置工作而使摆动齿轮升温并膨胀，则能够将托架相对于外筒的齿隙角度设为大致1分。因而，在使用时托架相对于外筒的齿隙角度不会过大，因此作为偏心摆动型齿轮装置能够维持停止精度。而且，能够抑制摆动齿轮的齿面的表面压力升高，能够抑制摆动齿轮的寿命降低。

[0049] 在此，上述外筒与上述托架之间的相对转速也可以为80rpm～200rpm。

[0050] 在该形态下，由于在80rpm～200rpm这样的高速区域下的转速范围内进行使用，因此使用开始后的摆动齿轮的升温也较快。因而，在使用开始后达到通常的齿隙角度(大致1分)的时间也较短，能够缩短或消除暖机运转的时间。

[0051] 如以上所说明，根据本实施方式，能够抑制摆动齿轮的齿面的表面压力上升，因此能够抑制摆动齿轮的寿命变短。

[0052] 附图标记说明

[0053] 1偏心摆动型齿轮装置；2外筒；3内齿销；4托架；6主轴承；10曲轴；10a第1偏心部；10b第2偏心部；10c轴主体；12a第1曲轴轴承；12b第2曲轴轴承；14第1摆动齿轮；14a外齿；16第2摆动齿轮；16a外齿。