[发明专利]大比例应力波齿轮速度转换装置

说明书

技术领域

本发明大致涉及速度转换装置(speed changing apparatus)，且特别涉及大比例的速度转换装置。更特定而言，本发明涉及大比例应力波齿轮(strain wave gearing)速度转换装置。

背景技术

转速的变换是不可或缺的。原动机(prime mover)时常必须在较高的旋转速度的下运行以求较佳的效率，但其所驱动的负载则常须以其转速的数十甚或数百分的一的速度运转。获得此等大比例的转速减降比的一种方法，是使用减速比例较小但效率较高的，前后串接的一串行(cascade)的个别减速机(或，减速器，reducer)所形成的减速系统。

不过，由于减速系统的整个负载必须接续地逐级通过串行中每一个别减速机级的原因，此等前后串接的串行式速度减降做法，其本质上会有整体转速转换效率低落的问题。此外，亦由于系统中的每一个别串接级皆必须拥有足以承受整个系统所须处理，由原动机所产出的百分的百总动力的明显缘故，此种串行式的安排，亦使整个系统变得庞大笨重。

目前所广泛应用的有一种「单级」型式的减速机，其是为日本东京的住友重工公司(Sumitomo Heavy Industries,Ltd.)所产制的摆线式减速机(cycloidal drive)。其虽然在由数十至超过一百的速度转换比例范围内具有相对较为密实(compact)的构造，但此种摆线式减速机实质上是为在一个摆线齿轮级(cycloidal gearing stage)的后耦接上一个偏轴动力撷取级(off-axis power extraction stage)的系统构造。

图1以示意图显示这样的一种摆线式减速机(cycloidal speed reducer)的横截面。图1的现有技术装置具有一固定环齿轮(或称内齿轮)11与具特定形状的行星元件(shaped planet element)12，其可为具特定形状的盘(shaped disc)，或亦可简单地是为一只齿轮。行星元件12与环齿轮11齿咬合(engage)，并在其内进行行星式的周转运动(moves inside epicyclically)。两者的工作节圆直径(或，节径，working pitch diameters)间的差异尽可能地小。

其偏轴动力撷取级具有在轴线19上同轴地固定在行星元件(planet element)12上的一圆盘(disc)13，其上开有数个圆孔17，以容许分别与圆板(plate)14上相同数量滚柱(roller pin)18中的每一对应者的接合。圆板14被耦接至减速机的输出轴16，并对准于整个系统装置的中心轴线10。此等「动力撷取」机构安排可使摆线式减速机产生-K/i的转速减降比，其中K为行星元件12的节径，而i则为元件11与12两者节径间的差值。在其环齿轮11为80齿且其齿轮式行星元件12为79齿的典型实例中(K=80且i=1)，当此减速机所传输的机械动力经由轴15而输入时，此系统的减速比是为–80。

图2的示意图显示图1现有技术摆线式减速机所使用的偏轴动力撷取耦合机构。在任何时刻，其典型八或更多支与摆线盘上的孔接合的滚柱之中，只有一支是在全力地传输力矩。例如，在图中所显示的偏轴相对角度位置以及转动方向的情况下，系统中只有滚柱18C与孔17C的配对正在全力地传输动力。

上述情况是属明显，因为驱动盘13的孔17C与被驱动板14的滚柱18C互相接触的边缘，在顺着旋转方向上必须位于滚柱18C的后方，驱动盘13才得以带动被驱动板14。依此原则，由于其滚柱与孔的配对的接触点相对于盘13与板14的转动方向不对的原因，图中标示为B及D的滚柱与孔的配对皆只局部地产生动力传输作用。依同样原则，由于被驱动的滚柱18G转进到了原应要进行驱动的孔17G的后方，滚柱18G与孔17G的配对因此而完全未有任何传动作用。

现有的摆线式齿轮减速机必须倚赖其轴线互相偏离，且具不同节径的两元件(齿轮)之间的同步咬合才得以运行。但由于前述偏低利用比例的原因，此种机构并非为最佳化的构造：图2中所有的八对滚柱与孔的配对之中，有一半(即四至五对，依角度位置而定)未能处于驱动负载的位置上。在其另一半配对之中，只有一对能处于全力驱动负载的位置上，其余的三对则只产生局部的驱动效果。由于类如此种限制的原因，摆线式齿轮减速机在正常的负载情形下，通常只能达成约80%的效率。