JPS6314216B2 - - Google Patents
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- JPS6314216B2 JPS6314216B2 JP6808985A JP6808985A JPS6314216B2 JP S6314216 B2 JPS6314216 B2 JP S6314216B2 JP 6808985 A JP6808985 A JP 6808985A JP 6808985 A JP6808985 A JP 6808985A JP S6314216 B2 JPS6314216 B2 JP S6314216B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H49/00—Other gearings
- F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
- F16H55/02—Toothed members; Worms
- F16H55/08—Profiling
- F16H55/0833—Flexible toothed member, e.g. harmonic drive
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、波動歯車装置を用いた増減速駆動機
用歯車に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a gear for an increasing/decelerating drive machine using a wave gear device.
[従来の技術]
C.W.Musser氏の発明(米国特許第2906143号
明細書、1959)による、いわゆるハーモニツク・
ドライブ(波動歯車装置)は、たわみ材のたわみ
を利用した駆動装置で、その構成要素であるサー
キユラスプライン(剛歯車)及びフレクススプラ
イン(波動歯車)の歯形としては、直線歯形ある
いはインボリユート歯形が用いられてきた。[Prior Art] The so-called harmonic
A drive (wave gear device) is a drive device that utilizes the deflection of a flexible material, and its constituent elements, circular splines (rigid gears) and flex splines (wave gears), have linear or involute tooth profiles. has been used.
しかしながら、その歯形は、厳密な歯車のかみ
あい理論に基づいて決定されたものではなく、減
速比が大きい場合の近似的解析結果によるもので
ある。現状のハーモニツク・ドライブの効率が低
い理由の一つに、不適正な歯形による無理なかみ
あいがある。減速比が小さくなつた場合、歯形が
特に問題となる。 However, the tooth profile is not determined based on a strict gear mesh theory, but is based on an approximate analysis result when the reduction ratio is large. One of the reasons for the low efficiency of current harmonic drives is the forced meshing caused by improper tooth profiles. Tooth profile becomes a particular problem when the reduction ratio becomes smaller.
このように、ハーモニツク・ドライブを含め、
一般的に波動運動をする歯車に関しては、まだ一
般の歯車に比べて研究は少なく、より円滑なかみ
あいを得るためには、波動運動をする歯車の幾何
学的運動及び歯のかみあいについて十分な解析を
行い、それにより歯形を決定する必要がある。 In this way, including harmonic drive,
Regarding gears that move in a wave motion, there is still less research compared to general gears, and in order to obtain smoother meshing, sufficient analysis of the geometric motion of gears that move in a wave motion and the meshing of teeth is required. It is necessary to determine the tooth profile accordingly.
[発明が解決しようとする問題点]
本発明の目的は、増減速駆動機に用いる波動歯
車装置の歯車を、十分な解析のもとに決定した適
切な歯形を備えたものとして提供することにあ
る。[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to provide a gear of a wave gear device used in an acceleration/deceleration drive machine, which has an appropriate tooth profile determined based on sufficient analysis. be.
[問題点を解決するための手段]
上記目的を達成するため、本発明の歯車は、一
方を変形しない剛体の歯車(この明細書において
は「剛歯車」と呼ぶ。)とすると共に、他方を波
状の運動をする歯車(この明細書においては「波
動歯車」と呼ぶ。)とし、その波動歯車に波動運
動を発生させる機構(この明細書においては「波
動発生器」と呼ぶ。)により、上記剛歯車と波動
歯車をその複数の波状凸部でかみあわせ、このと
き隣接する凸部と凸部との間の剛歯車と波動歯車
の歯数に差を設けることによつて、かみあい部の
移動と共に剛歯車と波動歯車との間に相対的移動
を可能とした波動歯車装置におて、互いにかみあ
う剛歯車と波動歯車の一対の歯のそれぞれと同じ
相対運動を行う仮想的運動板(この明細書におい
ては「ころがり運動板」と呼ぶ。)の形状を、歯
の相対運動の瞬間中心がそれぞれの歯に固定した
平面上に描く軌跡として設定し、歯のかみあい点
における両歯形の共通法線が上記ころがり運動板
の接触点を通るという条件のもとに、上記剛歯車
及び波動歯車の歯形を形成することにより構成さ
れる。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the gear of the present invention has one of the gears as a rigid gear that does not deform (referred to as a "rigid gear" in this specification), and the other as a rigid gear that does not deform. A gear that moves in a wave pattern (referred to as a "wave gear" in this specification) is used, and a mechanism that generates wave motion in the wave gear (referred to as a "wave generator" in this specification) is used to achieve the above. By meshing a rigid gear and a wave gear with their plurality of wavy convex portions, and creating a difference in the number of teeth of the rigid gear and wave gear between adjacent convex portions, movement of the meshing portion is achieved. In a wave gear device that enables relative movement between a rigid gear and a wave gear, a virtual motion plate (this specification) that performs the same relative movement as each of a pair of teeth of a rigid gear and a wave gear that mesh with each other (In books, it is called a "rolling motion plate." is constructed by forming the tooth profiles of the rigid gear and the wave gear under the condition that the rolling motion plate passes through the contact point of the rolling plate.
[作用]
互いにかみあう剛歯車と波動歯車のそれぞれの
歯形を十分な解析によつて適切な形状にしたの
で、それらの歯車のかみあいは極めて円滑に行わ
れ、増減速駆動機としての動作が安定的に行われ
る。[Function] The tooth profiles of the rigid gear and strain wave gear that mesh with each other have been given an appropriate shape through thorough analysis, so the meshing of these gears is extremely smooth, and the operation as an increase/decrease drive is stable. It will be held on.
[発明の効果]
波動歯車装置のかみあいが円滑に行われるた
め、運転性能、負荷能力及び寿命等のすぐれた増
減速駆動機を得ることができる。[Effects of the Invention] Since the wave gear device meshes smoothly, it is possible to obtain an acceleration/deceleration drive machine with excellent operating performance, load capacity, and service life.
[実施例]
以下、本発明の実施例を解析の過程に沿つてさ
らに詳細に説明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in more detail along the analysis process.
第1図aに示す波動歯車装置は、歯数の僅かに
異なる内歯車と外歯車とを備え(内歯の歯数>外
歯の歯数)、それらの歯車の一方の内歯車を変形
しない剛歯車1とし、いまこれを固定したとし
て、他方の外歯車を径方向にたわみ変形可能な薄
肉中空円筒状の波動歯車2となし、その波動歯車
2を、その内部に回転可能に配設したカムとして
機能する波動発生器3のローラ4,4により、放
射方向にたわみ変形させて、上記剛歯車1と複数
の凸部でかみあわせると共に、それらのかみあい
部を波動発生器3の回転によつて移動させること
により、波動歯車を波動発生器の回転と反対の方
向に回転させることができる。 The wave gear device shown in Fig. 1a includes an internal gear and an external gear with slightly different numbers of teeth (number of internal teeth > number of external teeth), and does not deform one of the internal gears. Assuming that a rigid gear 1 is now fixed, the other external gear is a thin-walled hollow cylindrical strain wave gear 2 that can be flexibly deformed in the radial direction, and the strain wave gear 2 is rotatably disposed inside it. The rollers 4, 4 of the wave generator 3, which function as cams, flex and deform in the radial direction to mesh with the rigid gear 1 at a plurality of convex portions, and the meshing portions are rotated by the rotation of the wave generator 3. By moving the wave gear, the wave gear can be rotated in a direction opposite to the rotation of the wave generator.
第1図bは、波動歯車装置の異種例を示すもの
で、同図aのものとは逆に、外歯車を剛歯車11
とし、内歯車を波動歯車12とし、波動歯車12
の外側にローラ14,14を備えた波動発生器1
3を回転可能に設けたものである。剛歯車を固定
した場合、波動歯車は波動発生器と同じ方向に回
転する。 Fig. 1b shows a different example of a strain wave gear device, in which the external gear is replaced by a rigid gear 11, contrary to that shown in Fig. 1a.
The internal gear is a wave gear 12, and the wave gear 12 is a wave gear 12.
Wave generator 1 equipped with rollers 14, 14 on the outside of
3 is rotatably provided. If the rigid gear is fixed, the wave gear rotates in the same direction as the wave generator.
基礎条件
上記波動歯車装置において、いま、波動歯車が
薄板のたわみ材でできている場合を考えると、歯
底の部分の板厚は歯の部分に比べて極端に薄いた
め、変形はもつぱら歯底の部分で生じていると考
えられる。即ち、相異なる歯は相対的に移動する
が、一歯一歯は剛体と考えることができる。これ
をさらにわかりやすく説明するならば、波動歯車
の動きは、歯の部分をリンクとし、歯底の部分を
ヒンジとするチエーンの運動とまさに同じであ
る。また、薄板が弾性変形するとき、変形前と同
じ長さを保つ中立線が存在するが、これはチエー
ンのヒンジの中心をなめらかに結んだ線と同じと
考えてよい。 Basic conditions In the wave gear device described above, if we consider the case where the wave gear is made of a thin flexible material, the plate thickness at the bottom of the tooth is extremely thin compared to the tooth area, so deformation occurs only when the teeth are bent. It is thought that this occurs at the bottom. That is, although different teeth move relative to each other, each tooth can be considered to be a rigid body. To explain this more clearly, the motion of a strain wave gear is exactly the same as that of a chain, with the teeth serving as links and the tooth bottoms serving as hinges. Also, when a thin plate is elastically deformed, there is a neutral line that maintains the same length as before deformation, and this can be thought of as the same line that smoothly connects the centers of the hinges of a chain.
そこで、いま第2図に示すように、波動歯車の
一歯一歯に固定した座標系で、中立線上の点Mi
における接線uiを横座標、法線Vi(これは歯の中
央を通るものとする。)を縦座標とする直交座標
系(Mi−ui,vi:iは歯の番号)を考える。この
とき、次のような仮定を置く。 Therefore, as shown in Figure 2, in the coordinate system fixed to each tooth of the wave gear, the point M i on the neutral line
A rectangular coordinate system (M i − u i , v i where i is the number of the tooth) has the tangent u i at the abscissa and the normal V i (which passes through the center of the tooth) as the ordinate. think. At this time, we make the following assumptions.
〓波動歯車が運動するとき、歯に固定した座標
(M−u,v)からその歯を観察したとき歯形は
変らない。また、中立線上において、各歯のピツ
チMi,Mi+1は一定である。〓
波動歯車の変形量が小さい場合、この仮定は妥
当であると考えられる。 When the wave gear moves, the tooth profile does not change when the tooth is observed from the coordinates (M-u,v) fixed to the tooth. Further, on the neutral line, the pitches M i and M i+1 of each tooth are constant. 〓 This assumption is considered valid if the amount of deformation of the strain wave gear is small.
一歯一歯を剛体と考えるならば、一般的な歯形
解法に従つて歯の運動を調べ、歯形を決定するこ
とができる。即ち、第3図に示すように、歯形
C1及びころがり運動板P1を一体のものとし、歯
形C2及びころがり運動板P2を一体のものとする
と、歯のかみあい点Cにおける歯形の共通法線T
は、同じ相対運動を行うころがり運動板P1,P2
のころがり接触点(瞬間中心)Pを通る、という
機構学的必要条件を与えて歯形を決定することが
できる。 If we consider each tooth as a rigid body, we can determine the tooth profile by examining the motion of the tooth using the general tooth profile solving method. That is, as shown in Fig. 3, the tooth profile
If C 1 and the rolling motion plate P 1 are integrated, and the tooth profile C 2 and the rolling motion plate P 2 are integrated, the common normal T of the tooth profile at the meshing point C of the teeth
are rolling motion plates P 1 , P 2 that perform the same relative motion
The tooth profile can be determined by giving the mechanistic requirement that the tooth pass through the rolling contact point (instantaneous center) P.
波動歯車の運動
波動歯車を使つた装置には、平面運動として直
線運動をさせるものと回転運動をさせるものが考
えられる。ここでは回転運動について調べるが、
それによつて直線運動は容易に理解できる。 Movement of wave gears Devices using wave gears can be thought of as those that perform linear motion in the form of planar motion or those that perform rotary motion. Here we will examine rotational motion.
Linear motion can thereby be easily understood.
いま、剛歯車と波動歯車は、それぞれ同じ固定
中心のまわりに回転運動できるものとする。そし
て、波動歯車は、回転運動と同時に波動発生器の
回転に起因して波動運動を行い、且つn個の凸部
をもち、それぞれの凸部の頂点近傍で剛歯車とか
みあつているとする。ここで、剛歯車は、基準ピ
ツチ円直径d0、歯数ZRの円筒歯車であり、そし
て、波動歯車は、変形前おいて中立線が直径dn、
歯車Zwの円筒歯車であり、且つ、上記中立線は
変形によつてその長さを変えることなく、基準ピ
ツチ曲線になり、剛歯車の基準ピツチ円上のピツ
チと同じピツチでかみ合つているものとする。普
通、歯数Zwと歯数ZRは等しくなく、第1図aは
Zw<ZRの場合であり、同図bはZw>ZRの場合で
ある。 Now, it is assumed that the rigid gear and the wave gear can each rotate around the same fixed center. It is assumed that the wave gear performs wave motion due to the rotation of the wave generator at the same time as the rotational motion, has n convex portions, and meshes with the rigid gear near the apex of each convex portion. . Here, the rigid gear is a cylindrical gear with a reference pitch circle diameter d 0 and the number of teeth Z R , and the wave gear has a neutral line with a diameter d n before deformation.
Gear Z w is a cylindrical gear, and the neutral line does not change its length due to deformation and becomes a reference pitch curve, meshing at the same pitch as the pitch on the reference pitch circle of the rigid gear. shall be taken as a thing. Normally, the number of teeth Z w and the number of teeth Z R are not equal, and Figure 1 a is
This is the case where Z w <Z R , and b in the same figure is the case where Z w > Z R.
なお、ここでは、波動発生器はn個の凸部をも
つ非円形カムと考え、薄肉の波動歯車の内側にそ
の中立線を伸縮させることなく嵌入させ、カムの
回転によつて波動歯車に波動運動を発生させる第
1図aの場合を想起しながら考察する、また、カ
ムと波動歯車との間に摩擦力はないものと考え
る。 In this case, the wave generator is considered to be a non-circular cam with n convex parts, and its neutral line is fitted inside a thin wave gear without expanding or contracting, and the rotation of the cam generates a wave in the wave gear. Consider the case of FIG. 1a in which motion is generated, and consider that there is no frictional force between the cam and the wave gear.
さて、いまある時点において、第4図に示すよ
うに、軸の回転中心Oを原点とする剛歯車に固定
した直交座標(O―x,y)を考え、y軸は波動
歯車の中立線の凸部頂点M0を通るものとする。
この状態から数えて、剛歯車の歯数Z分だけ凸部
頂点が移動するよう非円形カム(波動発生器)を
回転させ、そのとき頂点M0が点Mに移動したと
して、この軌跡を調べる。 Now, at a certain point in time, as shown in Figure 4, consider orthogonal coordinates (O-x, y) fixed to a rigid gear whose origin is the rotation center O of the shaft, and the y-axis is the neutral line of the wave gear. Assume that it passes through the convex vertex M 0 .
Counting from this state, rotate the non-circular cam (wave generator) so that the apex of the convex part moves by the number of teeth Z of the rigid gear, and then suppose that the apex M 0 moves to point M, and examine this trajectory. .
カムの回転に伴つて波動歯車の中立線の凸部頂
点が点Qに移動したとすると、始め(O―x,
y)に一致していたカムに固定した座標(O―
X,Y)は、第4図に示すように回転し、剛歯車
に対するカムの回転角φは角M0OQに等しく、
φ=2π/ZR×Z ……(1)
となる。 Assuming that the peak of the convex part of the neutral line of the strain wave gear moves to point Q as the cam rotates, at the beginning (O-x,
The coordinates (O-
X, Y) rotate as shown in FIG. 4, and the rotation angle φ of the cam with respect to the rigid gear is equal to the angle M 0 OQ, and φ=2π/Z R ×Z (1).
次に、中立線MQの弧の長さSを求めると、点
Mと点Qの間の波動歯車の歯数は同じくZであ
り、そのピツチは中立線lでπdn/Zwであるか
ら、
S=πdn/Zw×Z ……(2)
(1)式と(2)式より、
S=ZR/Zw×dn/2×φ ……(3)
となる。 Next, finding the arc length S of the neutral line MQ, the number of teeth of the wave gear between points M and Q is also Z, and the pitch is πd n /Z w at the neutral line l. , S=πd n /Z w ×Z ...(2) From equations (1) and (2), S=Z R /Z w ×d n /2×φ ...(3).
ここで変形後の中立線lの形状は、軸の回転中
心Oを原点とし、凸部頂点Qと点Oを結ぶ軸(以
下長軸と呼ぶ)からの角度をθ、原点Oからの距
離をrとする、次のような極座標で表わされるも
のとする。 Here, the shape of the neutral line l after deformation has the rotation center O of the shaft as its origin, θ as the angle from the axis connecting the convex apex Q and point O (hereinafter referred to as the long axis), and the distance from the origin O as the origin. Let r be expressed in the following polar coordinates.
r=f(θ) ……(4)
いま、非円形カムはn個の凸部をもち、f(θ)
は2π/nを周期とする関数であるとすると、こ
れを一般にフーリエ級数で表わせば、次のように
なる。 r=f(θ) ...(4) Now, the non-circular cam has n convex parts, and f(θ)
Assuming that is a function with a period of 2π/n, if this is generally expressed as a Fourier series, it becomes as follows.
ここで、
この曲線の凸部頂点から角度θまでの弧の長さ
をSとすると、
S=∫〓0√{()}2+{′()}2dθ……(7
)
となる。 here, If the length of the arc from the apex of the convex part of this curve to the angle θ is S, then S=∫〓 0 √{()} 2 +{′()} 2 dθ……(7
) becomes.
結局、(3)式と(7)式を等しいと置き、符号を含め
て表わすと、
S=ZR/Zw×dn/2×|φ|=∫|〓|0√{()}2
+
{f′(θ)}2dθ……(8)
となる。 In the end, if we consider equations (3) and (7) to be equal and express them including the sign, we get S=Z R /Z w ×d n /2×|φ|=∫|〓| 0 √{()} 2
+ {f′(θ)} 2 dθ……(8).
ただし、これから以後、角度は時計回りを正と
し、φはy軸を基準として長軸のなす角度、θは
長軸を基準として動径MOのなす角度とする。 However, from now on, the positive angle is clockwise, φ is the angle formed by the long axis with the y-axis as the reference, and θ is the angle formed by the radius vector MO with the long axis as the reference.
(8)式から、角度θと角度φの関係を簡単な初等
関数で表わすことはできないが、数値積分によつ
て必ず求めることができる。 From equation (8), the relationship between angle θ and angle φ cannot be expressed by a simple elementary function, but it can definitely be determined by numerical integration.
さて、中立線l上の点Mの(x,y)座標を
(xM,yM)とすると、
{XM=r sin(φ+θ) ……(9)
yM=r cos(φ+θ)}
となる。 Now, if the (x, y) coordinates of point M on the neutral line l are (x M , y M ), then {X M = r sin (φ + θ) ... (9) y M = r cos (φ + θ)} becomes.
次に第4図において、歯に固定した座標、即
ち、中立線l上M点における接線uを横座標、法
線vを縦座標とする直交座標(M―u,v)と、
剛歯車に固定した座標(O―x,y)との相対運
動を調べる。 Next, in FIG. 4, the coordinates fixed to the tooth, that is, the orthogonal coordinates (M-u, v) with the tangent u at point M on the neutral line l as the abscissa and the normal v as the ordinate,
Examine the relative motion with the coordinates (O-x, y) fixed to the rigid gear.
y軸を基準にv軸とy軸となす角度をψとする
と、
ψ=φ+θ+μ ……(10)
となる。 Letting ψ be the angle between the v-axis and the y-axis with the y-axis as a reference, ψ=φ+θ+μ...(10).
ただし、動径MOを基準としてv軸のなす角度
をμとすると、
−tan μ=1/r dr/dθ ……(11)
よりμを求めることができる。 However, if μ is the angle formed by the v-axis with respect to the radius vector MO, then μ can be obtained from −tan μ=1/r dr/dθ (11).
結局、(M―u,v)座標は(O―x,y)座
標に対して(xM,yM)だけ並進し、ψだけ回転
する。 As a result, the (M-u, v) coordinate is translated by (x M , y M ) and rotated by ψ with respect to the (O-x, y) coordinate.
座標変換式は、 {u=(x−xM)cos(−ψ) +(y−yM)sin(−ψ) ……(12) u=(y−yM)cos(−ψ) −(x−yM)sin(−ψ)} となる。 The coordinate conversion formula is {u=(x−x M )cos(−ψ) +(y−y M )sin(−ψ) ……(12) u=(y−y M )cos(−ψ) − (x−y M ) sin (−ψ)}.
歯形の解法
第5図において、剛歯車CRと波動歯車CWはC
点でかみあつているとする。いま、カムをわずか
動かしたとき、両歯車はP点を中心(瞬間中心)
として相対運動するものとすれば、このP点は、
剛歯車CRに固定した座標(O―x,y)から観
察しても、波動歯車CWに固定した座標(M―u,
v)から観察しても、止まつて見えるはずであ
る。 Tooth profile solution In Figure 5, the rigid gear C R and wave gear C W are C
Suppose that the points are engaged. Now, when the cam is moved slightly, both gears are centered at point P (momentary center)
If it moves relative to
Even when observed from the coordinates (O-x, y) fixed to the rigid gear C R , the coordinates (M-u, y) fixed to the wave gear C W are
Even when observed from point v), it should appear to be stationary.
これを式で表わすと、P点の(x,y)座標値
(xp,yp)及び(u,v)座標値(up,vp)を定
点と考え、(12)式をφで微分すると、
duP/dφ=−dxM/dφcos(−ψ)+(xP−xM)dψ/
dφsin(−ψ)
−dyM/dφsin(−ψ)−(yP−yM)dψ/dφcos(
−ψ)=0
dvP/dφ=−dyM/dφcos(−ψ)+(yP−yM)dψ/
dφsin(−ψ)
+dxM/dφsin(−ψ)+(xP−xM)dψ/dφcos
(−ψ)=0……(13)
(13)式から、
となる。これを(12)式のx,yに代入すれば、(uP,
vP)も求まる。 Expressing this in a formula, consider the (x, y) coordinate values (x p , y p ) and (u, v) coordinate values (u p , v p ) of point P as fixed points, and use formula (12) as φ When differentiated by, du P / dφ = −dx M / dφcos (−ψ) + (x P −x M ) dψ/
dφsin(−ψ) −dy M /dφsin(−ψ)−(y P −y M )dψ/dφcos(
−ψ)=0 dv P /dφ=−dy M /dφcos(−ψ)+(y P −y M )dψ/
dφsin(−ψ) +dx M /dφsin(−ψ)+(x P −x M )dψ/dφcos
(−ψ)=0……(13) From equation (13), becomes. By substituting this into x and y in equation (12), we get (u P ,
v P ) can also be found.
いま、波動発生器(カム)を回転させ、このP
点がそれぞれの歯に固定した座標に描く軌跡を求
めれば、これが、それぞれの歯と同じ相対運動を
行うころがり運動板PR,PWの形状となる。 Now, by rotating the wave generator (cam), this P
If we find the trajectory drawn by a point at the coordinates fixed to each tooth, this becomes the shape of the rolling plates P R and P W that make the same relative movement as each tooth.
結局、歯形の解法は、いま求めた一方のころが
り運動板に固定された歯形を与えたときに、それ
と共役な相手の歯形を求める問題に帰着される。
そのときの機構学的必要条件は、歯のかみあい点
Cにおける共通法線Tが、ころがり運動板の接触
点Pを通ることである。 In the end, solving the tooth profile comes down to the problem of finding the other tooth profile that is conjugate to the tooth profile that is fixed on one of the rolling plates just found.
The mechanical requirement then is that the common normal T at the engagement point C of the teeth passes through the contact point P of the rolling plate.
具体的計算例
―1 ころがり運動板の形状
これまでの解析の結果、(4)式あるいは(5)式、(6)
式で波動歯車の変形後の中立線lの形状が与えら
れると、(8)式からの剛歯車と波動歯車の相対的回
転角の関係がわかり、(14)式、(12)式からころが
り運動板の形状が求まることがわかつた。 Specific calculation example -1 Shape of rolling plate As a result of the analysis so far, equation (4) or (5), (6)
If the shape of the neutral line l after the strain wave gear is deformed is given by the formula, the relationship between the relative rotation angles of the rigid gear and the strain wave gear can be found from the formula (8), and the relationship between the relative rotation angles of the rigid gear and the strain wave gear can be determined from the formulas (14) and (12). It was found that the shape of the exercise board could be determined.
そこで、現在、ハーモニツク・ドライブに使用
されているカムの形状を例に、具体的計算を行な
つてみる。 Therefore, we will perform a specific calculation using the shape of the cam currently used in harmonic drives as an example.
2個の凸部をもつ非円形カムの形状は楕円に似
ており、いま負荷によつて波動歯車(フレクスス
プライン)とカムとの間にすき間は生じないもの
と仮定すると、波動歯車の中立線の形状は次のよ
うな極座標で表わされる。 The shape of a non-circular cam with two convex parts resembles an ellipse, and assuming that no gap is created between the wave gear (flexspline) and the cam due to load, the neutral position of the wave gear The shape of the line is expressed in polar coordinates as follows.
r=d/2+δ/2cos2θ ……(15)
これは長軸に関して対称で、πを周期とする偶
関数であり、(5)式の最も単純な形である。 r=d/2+δ/2cos2θ (15) This is an even function that is symmetrical about the long axis and has a period of π, and is the simplest form of equation (5).
波動歯車が変形する前の中立線の直径dnを求
めると、
となる。 Determining the diameter d n of the neutral line before the wave gear is deformed, we get: becomes.
次に、剛歯車(サーキユラスプライン)の基準
ピツチ円上のピツチt0=πd0/ZRと波動歯車の中
立線上のビツチtn=πdn/ZWは等しいので、
d0=ZR/Zw×dn ……(17)
なる関係がある。 Next, the pitch on the reference pitch circle of the rigid gear (circular spline), t 0 = πd 0 /Z R , and the pitch on the neutral line of the wave gear, t n = πd n /Z W , are equal, so d 0 = Z R /Z w ×d n ...(17) There is a relationship.
ここで、波動歯車の中立線の最大径d+δと剛
歯車の基準ピツチ円直径d0とは、次のように係数
λで結ばれているものとする。 Here, it is assumed that the maximum diameter d+δ of the neutral line of the wave gear and the reference pitch circle diameter d 0 of the rigid gear are connected by a coefficient λ as follows.
d+δ=λd0 ……(18)
λ=1.0のとき、すなわち、剛歯車の基準ピツ
チ円が中立線とその最大径の点で接する状態は、
ちようど、インボリユート歯車の標準歯車に相当
し、また、λ≠1の状態は転位歯車のかみあいに
相当する。 d+δ=λd 0 ...(18) When λ=1.0, that is, the state where the reference pitch circle of the rigid gear touches the neutral line at its maximum diameter is as follows:
It just corresponds to the standard gear of the involute gear, and the state of λ≠1 corresponds to the meshing of the shifted gear.
(17),(18)式より、 δ/d=λZR/Zw×dn/d−1 ……(19) となり、変形量δを与える式が求まる。 From equations (17) and (18), δ/d=λZ R /Z w ×d n /d−1 (19), and the equation that gives the amount of deformation δ can be found.
(14)式はφで微分した形になつているが、こ
れはφで微分しても同じなので、結局、
となり、ころがり運動板の形状が求まる。 Equation (14) is in the form of differentiation with respect to φ, but this is the same even if it is differentiated with respect to φ, so in the end, Then, the shape of the rolling plate can be found.
第6図a,b,cは歯数比ZR/ZW=1.1を例に、
それぞれλ=1.0、λ<1.0、λ>1.0について、剛
歯車と波動歯車のころがり運動板PR,PWを示し
たもので、波動歯車の歯が凸部頂点に位置してい
た時点から、凸非円形カムを剛歯車に対してφ
(=200)だけ回転させた状態を示す。このころが
り運動板は(20)式、(21)式からわかるように、
dψ/dθ→0においてある漸近線に近づく形状を
している。そして、これらは滑りなくころがり接
触運動を行い、第6図a,b,cではP点がその
接触点である。また、波動歯車が変形する前、す
なわち、中立線が円形のとき、歯に固定した座標
(M―u,v)における歯車の回転中心Oの座標
位置をO′として、MおよびO′の剛歯車に対する
軌跡LM,LO′を示す。このとき、M点、O′点は
PWと同じ相対運動を行うので、それぞれM点あ
るいはO′点に立てた軌跡LMあるいはLO′の法線は
P点を通ることになる。 Figure 6 a, b, and c take the tooth ratio Z R /Z W = 1.1 as an example,
The rolling motion plates P R and P W of the rigid gear and wave gear are shown for λ = 1.0, λ < 1.0, and λ > 1.0, respectively. From the time when the tooth of the wave gear is located at the apex of the convex portion, Convex non-circular cam to rigid gear φ
It shows the state rotated by (=20 0 ). As can be seen from equations (20) and (21), this rolling motion plate is
It has a shape that approaches a certain asymptote at dψ/dθ→0. Then, these perform a rolling contact movement without slipping, and the contact point is at point P in FIGS. 6a, b, and c. In addition, before the wave gear is deformed, that is, when the neutral line is circular, the coordinate position of the rotation center O of the gear in the coordinates (Mu, v) fixed to the teeth is O', and the rigidity of M and O' is The loci L M and L O ′ for the gear are shown. At this time, point M and point O′ are
Since it performs the same relative motion as P W , the normal to the locus L M or L O ' set at point M or O', respectively, passes through point P.
―2 剛歯車がインンボリユート歯形のとき
の波動歯車の歯形
歯車の歯形は無数に考えられるが、ここでは実
用上、現在最も広く用いられているインボリユー
ト曲線を剛歯車の歯形として与え、それと共役な
相手歯形を波動歯車の歯形とする例について述べ
る。 -2 Tooth profile of a strain wave gear when the rigid gear has an involute tooth profile There are countless tooth profiles for gears, but here we will give the involute curve, which is currently the most widely used in practice, as the tooth profile of a rigid gear, and find its conjugate counterpart. An example in which the tooth profile is that of a strain wave gear will be described.
第7図において、歯形CRは剛歯車の歯形であ
つて、基礎円半径をrgRとするインボリユート曲
線とする。そして、それとかみあう波動歯車の歯
形を歯形CWとし、いま、歯形CRと歯形CWは点C
においてかみあつているものとすると、点Cに立
てた歯形の共通法線Tは、歯形CR及び歯形CWと
同じ相対運動を行うころがり運動板のころがり接
触点Pを通ると同時に、インボリユート歯車の基
礎円と点Eで接する。 In FIG. 7, the tooth profile C R is the tooth profile of a rigid gear, and is an involute curve with a base circle radius r gR . Then, the tooth profile of the wave gear that meshes with it is tooth profile C W , and now tooth profile C R and tooth profile C W are at point C.
Assuming that the teeth are in mesh at point C, the common normal T of the tooth profile set at point C passes through the rolling contact point P of the rolling plate that makes the same relative movement as the tooth profile C R and the tooth profile C W , and at the same time, the involute gear It touches the base circle of at point E.
いま、歯の中央を通る軸をy軸とする剛歯車の
歯に固定した座標を(O―x,y)として、その
座標におけるC点の座標値(xc,yc)を求める。 Now, let the coordinates fixed to the teeth of the rigid gear whose y-axis is the axis passing through the center of the teeth be (O-x, y), and find the coordinate values (x c , y c ) of point C at those coordinates.
OPがy軸となす角度γRは、
γR=tan-1(xP/yP) ……(22)
角POEをτRとすると、
τR=cos-1(rgR/√P2+P2) ……(23)
となる。ただし、xP,yPはP点の(x,y)座標
値で、(20)式で与えられる。 The angle γ R that OP makes with the y-axis is γ R = tan -1 (x P / y P )...(22) If the angle POE is τ R , τ R = cos -1 (r gR /√ P2 + P2 ) ...(23) becomes. However, x P and y P are the (x, y) coordinate values of point P, which are given by equation (20).
また、基礎円上の歯溝幅半角をσRとすると、
σR=π/2ZR+invα0+2tanα0/ZRxR ……(24)
ただし、α0はインボリユート歯形の基準圧力
角、xRは転位係数である。 Also, if the half angle of tooth groove width on the base circle is σ R , σ R = π/2Z R +invα 0 +2tanα 0 /Z R x R ...(24) However, α 0 is the standard pressure angle of the involute tooth profile, x R is the dislocation coefficient.
インボリユートの性質から、 =BE=rgR(±γR+τR+σR) ……(25) また、 =rgR tan(±γR+τR+νR) ……(26) 故に、 νR=γR ±{τR−tan-1(±γR+τR+σR)} ……(27) 結局、 となる。 From the properties of involutes, =BE=r gR (±γ R +τ R +σ R ) ...(25) Also, =r gR tan (±γ R +τ R +ν R ) ...(26) Therefore, ν R = γ R ±{τ R −tan -1 (±γ R +τ R +σ R )} ...(27) In the end, becomes.
複号は上号が左歯面、下号が右歯面に対応す
る。 For double numbers, the upper number corresponds to the left tooth flank, and the lower number corresponds to the right tooth flank.
この座標xc,ycを波動歯車に固定した座標(M
―u,y)から観察すると、波動歯車の歯形が求
まる。すなわち、(12)式のx,y座標値xc,ycを代
入したときのu,vが求める歯形となる。 The coordinates ( M
- u, y), the tooth profile of the strain wave gear can be determined. That is, when the x and y coordinate values x c and y c of equation (12) are substituted, u and v become the tooth profile to be found.
第8図に、歯数ZR=22、圧力角20゜標準インボ
リユート歯形CRの剛歯車に対して、バツクラツ
シなし、且つλ=1の状態でかみあう歯数ZW=
20の波動歯車の歯形CWを、計算例に基づいたも
のとして示す。 Fig. 8 shows the number of teeth Z W = 22, pressure angle 20°, standard involute tooth profile C R for a rigid gear with no backlash and λ = 1 .
The tooth profile CW of 20 strain wave gears is shown based on a calculation example.
なお、同図に、剛歯車とかみあう歯数20、圧力
角20゜標準インボリユート歯車の歯形Csを点線で
示す。これから、波動歯車の歯形CWは標準イン
ボリユート歯形Csに比べて歯先と歯元で歯厚が減
少しているのがわかる。 In addition, in the same figure, the tooth profile Cs of a standard involute gear with a number of teeth of 20 and a pressure angle of 20° that meshes with a rigid gear is shown by a dotted line. From this, it can be seen that the tooth profile CW of the wave gear has a reduced tooth thickness at the tooth tip and tooth root compared to the standard involute tooth profile C s .
第8図の歯形について、波動歯車の運動してい
る状態を第9図に示す。第9図中で、点線は、剛
歯車と基礎円上でかみあう点の運動の軌跡を示
す。実際に歯車を製作するときは、歯が干渉しな
いように適当に設計する必要がある。 FIG. 9 shows the state in which the strain wave gear is in motion with respect to the tooth profile shown in FIG. 8. In FIG. 9, the dotted line indicates the trajectory of the motion of the point that meshes with the rigid gear on the base circle. When actually manufacturing gears, it is necessary to design them appropriately so that the teeth do not interfere.
第1図a,bはそれぞれ異なる波動歯車装置の
一部を示す断面図、第2図は波動歯車の座標につ
いての説明図、第3図は歯形ところがり運動板の
関係を示す説明図、第4図は波動歯車の1歯の運
動を示す説明図、第5図は剛歯車と波動歯車のか
みあいを示す説明図、第6図a〜cは剛歯車と波
動歯車のそれぞれのころがり運動板の異種例を示
す説明図、第7図はインボリユート歯形を有する
剛歯車と波動歯車のかみあいを示す説明図、第8
図はインボリユート歯形を有する剛歯車とかみあ
う波動歯車の歯形を示す説明図、第9図は剛歯車
とかみあう波動歯車の運動を示す説明図である。
1,11……剛歯車、2,12……波動歯車、
3,13……波動発生器。
Figures 1a and b are cross-sectional views showing parts of different wave gear devices, Figure 2 is an explanatory diagram of the coordinates of the wave gear, Figure 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the tooth profile and the rolling motion plate, Figure 4 is an explanatory diagram showing the movement of one tooth of the wave gear, Figure 5 is an explanatory diagram showing the meshing of the rigid gear and the wave gear, and Figures 6 a to c are the rolling movement plates of the rigid gear and the wave gear. An explanatory diagram showing a different example; Fig. 7 is an explanatory diagram showing the meshing of a rigid gear with an involute tooth profile and a wave gear; Fig. 8
The figure is an explanatory diagram showing the tooth profile of a wave gear meshing with a rigid gear having an involute tooth profile, and FIG. 9 is an explanatory diagram showing the motion of the wave gear meshing with the rigid gear. 1, 11... Rigid gear, 2, 12... Wave gear,
3,13...Wave generator.
Claims (1)
と共に、他方を波状の運動をする波動歯車とし、
その波動歯車に波動運動を発生させる波動発生器
により、上記剛歯車と波動歯車をその複数の波状
凸部でかみあわせ、このとき隣接する凸部と凸部
との間の剛歯車と波動歯車の歯数に差を設けるこ
とによつて、かみあい部の移動と共に剛歯車と波
動歯車との間に相対的移動を可能とした波動歯車
装置において、互いにかみあう剛歯車と波動歯車
の一対の歯のそれぞれと同じ相対運動を行うころ
がり運動板の形状を、歯の相対運動の瞬間中心が
それぞれの歯に固定した平面上に描く軌跡として
設定し、歯のかみあい点における両歯形の共通法
線が上記ころがり運動板の接触点を通るという条
件のもとに、上記剛歯車及び波動歯車の歯形を形
成したことを特徴とする増減速駆動機用歯車。1 One side is a rigid gear made of a rigid body that does not deform, and the other side is a wave gear that moves in a wave-like manner,
A wave generator that generates a wave motion in the wave gear meshes the rigid gear and the wave gear with their plurality of wavy convex portions, and at this time, the rigid gear and the wave gear between the adjacent convex portions are engaged with each other. In a wave gear device that allows relative movement between a rigid gear and a wave gear by providing a difference in the number of teeth as well as movement of the meshing part, each of a pair of teeth of the rigid gear and wave gear that mesh with each other. The shape of a rolling motion plate that performs the same relative motion as , is set as a locus drawn by the instantaneous center of the relative motion of the teeth on a plane fixed to each tooth, and the common normal of both tooth profiles at the meshing point of the teeth is the same as the above rolling motion. A gear for an increasing/decelerating drive machine, characterized in that the tooth profile of the rigid gear and wave gear is formed under the condition that the gear passes through a contact point of a moving plate.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6808985A JPS61228142A (en) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | Gear for accelerating/decelerating driving machine |
| US06/846,003 US4703670A (en) | 1985-03-30 | 1986-03-31 | Wave gear drive and gear generating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6808985A JPS61228142A (en) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | Gear for accelerating/decelerating driving machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61228142A JPS61228142A (en) | 1986-10-11 |
| JPS6314216B2 true JPS6314216B2 (en) | 1988-03-30 |
Family
ID=13363659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6808985A Granted JPS61228142A (en) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | Gear for accelerating/decelerating driving machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61228142A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016003764A (en) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 上銀科技股▲分▼有限公司 | Higher harmonic wave reduction gear |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02102948A (en) * | 1988-10-06 | 1990-04-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Gear for driving machine with adjustable speed |
| JP6526841B2 (en) * | 2016-02-02 | 2019-06-05 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | Wave gear device and actuator |
-
1985
- 1985-03-30 JP JP6808985A patent/JPS61228142A/en active Granted
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|---|---|---|---|---|
| JP2016003764A (en) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 上銀科技股▲分▼有限公司 | Higher harmonic wave reduction gear |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61228142A (en) | 1986-10-11 |
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