[發明專利]大比例應力波齒輪速度轉換裝置

在審

• 申請號: 201310161211.9
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103382982A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 林頒千
• 申請（專利權）人: 林頒千
• 主分類號: F16H1/28
• 分類號: F16H1/28;F16H57/021
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;呂俊清

技術領域

本發明大致涉及速度轉換裝置(speed?changing?apparatus)，且特別涉及大比例的速度轉換裝置。更特定而言，本發明涉及大比例應力波齒輪(strain?wave?gearing)速度轉換裝置。

背景技術

轉速的變換是不可或缺的。原動機(prime?mover)時常必須在較高的旋轉速度的下運行以求較佳的效率，但其所驅動的負載則常須以其轉速的數十甚或數百分的一的速度運轉。獲得此等大比例的轉速減降比的一種方法，是使用減速比例較小但效率較高的，前后串接的一串行(cascade)的個別減速機(或，減速器，reducer)所形成的減速系統。

不過，由于減速系統的整個負載必須接續地逐級通過串行中每一個別減速機級的原因，此等前后串接的串行式速度減降做法，其本質上會有整體轉速轉換效率低落的問題。此外，亦由于系統中的每一個別串接級皆必須擁有足以承受整個系統所須處理，由原動機所產出的百分的百總動力的明顯緣故，此種串行式的安排，亦使整個系統變得龐大笨重。

目前所廣泛應用的有一種「單級」型式的減速機，其是為日本東京的住友重工公司(Sumitomo?Heavy?Industries,Ltd.)所產制的擺線式減速機(cycloidal?drive)。其雖然在由數十至超過一百的速度轉換比例范圍內具有相對較為密實(compact)的構造，但此種擺線式減速機實質上是為在一個擺線齒輪級(cycloidal?gearing?stage)的后耦接上一個偏軸動力擷取級(off-axis?power?extraction?stage)的系統構造。

圖1以示意圖顯示這樣的一種擺線式減速機(cycloidal?speed?reducer)的橫截面。圖1的現有技術裝置具有一固定環齒輪(或稱內齒輪)11與具特定形狀的行星元件(shaped?planet?element)12，其可為具特定形狀的盤(shaped?disc)，或亦可簡單地是為一只齒輪。行星元件12與環齒輪11齒咬合(engage)，并在其內進行行星式的周轉運動(moves?inside?epicyclically)。兩者的工作節圓直徑(或，節徑，working?pitch?diameters)間的差異盡可能地小。

其偏軸動力擷取級具有在軸線19上同軸地固定在行星元件(planet?element)12上的一圓盤(disc)13，其上開有數個圓孔17，以容許分別與圓板(plate)14上相同數量滾柱(roller?pin)18中的每一對應者的接合。圓板14被耦接至減速機的輸出軸16，并對準于整個系統裝置的中心軸線10。此等「動力擷取」機構安排可使擺線式減速機產生-K/i的轉速減降比，其中K為行星元件12的節徑，而i則為元件11與12兩者節徑間的差值。在其環齒輪11為80齒且其齒輪式行星元件12為79齒的典型實例中(K=80且i=1)，當此減速機所傳輸的機械動力經由軸15而輸入時，此系統的減速比是為–80。

圖2的示意圖顯示圖1現有技術擺線式減速機所使用的偏軸動力擷取耦合機構。在任何時刻，其典型八或更多支與擺線盤上的孔接合的滾柱之中，只有一支是在全力地傳輸力矩。例如，在圖中所顯示的偏軸相對角度位置以及轉動方向的情況下，系統中只有滾柱18C與孔17C的配對正在全力地傳輸動力。

上述情況是屬明顯，因為驅動盤13的孔17C與被驅動板14的滾柱18C互相接觸的邊緣，在順著旋轉方向上必須位于滾柱18C的后方，驅動盤13才得以帶動被驅動板14。依此原則，由于其滾柱與孔的配對的接觸點相對于盤13與板14的轉動方向不對的原因，圖中標示為B及D的滾柱與孔的配對皆只局部地產生動力傳輸作用。依同樣原則，由于被驅動的滾柱18G轉進到了原應要進行驅動的孔17G的后方，滾柱18G與孔17G的配對因此而完全未有任何傳動作用。

現有的擺線式齒輪減速機必須倚賴其軸線互相偏離，且具不同節徑的兩元件(齒輪)之間的同步咬合才得以運行。但由于前述偏低利用比例的原因，此種機構并非為最佳化的構造：圖2中所有的八對滾柱與孔的配對之中，有一半(即四至五對，依角度位置而定)未能處于驅動負載的位置上。在其另一半配對之中，只有一對能處于全力驅動負載的位置上，其余的三對則只產生局部的驅動效果。由于類如此種限制的原因，擺線式齒輪減速機在正常的負載情形下，通常只能達成約80%的效率。