專利名稱：混合包絡錐蝸桿蝸輪的制作方法
混合包絡錐蝸桿蝸輪相關申請的交叉引用本發(fā)明要求了 2009年3月10日提交的臨時美國專利申請61/158，801的優(yōu)先權。
背景技術：
本發(fā)明涉及包絡齒輪裝置，更具體地，涉及使用錐蝸桿蝸輪裝置的包絡齒輪裝置。齒輪是基本的機械機構之一并且已經被使用了幾個世紀。齒輪尤其被用于將能量從一個裝置傳遞到另一個裝置并能改變力的方向。已知有許多種齒輪一直齒齒輪、斜交軸傘齒輪、傘齒輪、蝸輪及這些和其他類型齒輪的結合。還已知的有使用曲線齒輪齒的SPIROID 牌齒輪。由于相對于形成在類似的齒輪輪坯(blank)上的直齒齒輪增加了齒輪齒的表面積，這種結構允許傳遞更大的負載。某些應用需要齒輪必須經受得住高負載(力)。通常，經受這種力的能力通過使用更大的齒輪以增加齒輪齒上的施加力的區(qū)域來實現。經受力的能力必須與齒輪組件的尺寸要求，或相反地，與尺寸限制相平衡。有時甚至必須滿足更小的尺寸要求，而錐蝸輪實現了這種平衡。一種這種齒輪齒型公開在Mari的美國專利3，631，736中，該專利與本發(fā)明一起轉讓并通過引用并入本申請中。因此，需要受限尺寸或小尺寸但能夠經受得住高負載/力的齒輪傳動系統。期望地，這種齒輪能夠由非金屬物形成，如聚合物材料。

發(fā)明內容
混合錐蝸桿蝸輪形成為具有旋轉軸的齒輪主體。所述齒輪主體具有多個形成在所述主體表面上的錐蝸輪齒，所述錐蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體徑向形成，所述齒輪主體還具有多個形成在主體中并與所述錐蝸輪齒分隔開的蝸輪齒。所述蝸輪齒相對于所述齒輪的旋轉軸總體縱向形成。已經發(fā)現本混合錐蝸桿蝸輪在沒有增加齒輪的尺寸的情況下使齒輪裝置的扭矩能力獲得了顯著增加。在優(yōu)選的實施例中，齒輪主體形成有一對大體上相對的表面和一中心輪轂，所述錐蝸輪齒形成在所述相對的兩個表面上，所述中心輪轂具有形成在其上的蝸輪齒，且所述蝸輪齒位于所述相對的兩個表面之間。齒輪可在錐蝸輪齒和蝸輪齒之間形成有間隙。本發(fā)明齒輪主體形成為兩個部分，所述兩個部分在輪轂處的彼此結合。該兩部分可大體上相同。所述兩部分可以通過壓合、焊接、粘合、緊固件等等而接合。所述蝸輪齒能形成有不同于或相同于所述錐蝸輪齒輪廓的輪廓，所述輪廓通過輪齒高度和/或輪齒間距限定。優(yōu)選的齒輪由聚合物材料(如乙縮醛材料等)制成。所述混合錐蝸桿蝸輪設置成與齒桿嚙合，所述齒桿以不垂直于齒輪主體軸的角度放置。所述齒桿設置成具有間隔開的第一和第三螺紋形狀，所述第一和第三螺紋形狀被設置為與所述相對的兩個表面上的錐蝸輪齒嚙合，所述齒桿還具有設置在中間的第二螺紋形狀，所述第二螺紋形狀被設置成與所述蝸輪齒嚙合。所述齒桿的第一和第三螺紋形狀優(yōu)選為相同。所述第二螺紋形狀可以不同于或相同于所述第一和第三螺紋形狀。所述第一、第二和第三螺紋形狀也能形成為在齒桿上連續(xù)的螺紋形狀。一種用于制造混合錐蝸桿蝸輪的方法，所述方法為形成第一齒輪主體部分，形成第二主體部分并且將第一和第二齒輪主體接合以形成混合錐蝸桿蝸輪。所述第一和第二主體部分可以形成為彼此相同。從下述詳細描述，結合所附的權利要求，本發(fā)明的這些和其他特征以及優(yōu)點將顯而易見。


在閱讀了下述詳細描述和附圖之后，本發(fā)明的益處和優(yōu)點對本領域的技術人員來說將變得顯而易見。圖1為體現了本發(fā)明原理的混合包絡錐蝸桿蝸輪(所示沒有相嚙合的齒桿)的頂部透視圖；圖2為與圖1近似的放大圖；圖3為朝中心的蝸輪看時齒輪組件的中心的頂視圖；圖3A是蝸輪上的齒的放大圖；圖4為與圖3相似的視圖并且還示出了能與混合錐蝸桿蝸輪一起使用的齒桿；圖5為處在混合錐蝸桿蝸輪中適當位置的齒桿的視圖，該齒桿相對于混合錐蝸桿蝸輪的軸歪斜；圖6為圖5中的齒桿和混合錐蝸桿蝸輪(從相對于圖5旋轉約90度的角度看去) 的放大圖；圖7A、7B和7C為分別沿圖6中的7A_7A、7B_7B和7C-7C線的剖視圖；圖8為當齒桿位于混合錐蝸桿蝸輪中時大致沿齒桿看去的視圖；以及圖9示出用于獲取混合錐蝸桿蝸輪和齒桿組件的扭矩數據的測試裝置。本發(fā)明的詳細描述雖然本發(fā)明容許有各種形式的實施例，附圖優(yōu)選示出了實施例，并且其將在下文中描述優(yōu)選實施例，但應當理解本公開應當被認為是本發(fā)明的示例且并不意味著將本發(fā)明限于所示的具體實施例。應當理解，本說明書的本部分的標題，即“本發(fā)明的詳細描述”，與美國專利商標局的要求有關，并不意味著也不應被推斷為對本發(fā)明公開的主題的限制?，F在參考附圖，特別是圖1，圖1示出了體現本發(fā)明原理的混合包絡錐蝸桿蝸輪 (齒輪組件10)。齒輪組件10為雙片齒輪(double gear) 11，其中兩個相向的(相對的)面 12、14具有形成在其中的齒輪齒16、18。齒輪組件10包括將相對的齒輪面12、14相互連接的中心輪轂區(qū)域20。相對的齒輪面12、14具有從外周22部分地向下朝向中心輪轂區(qū)域20延伸的齒 16、18。在現在的混合錐蝸桿蝸輪10中，相對的面12、14形成為具有錐蝸輪形狀24，中心輪轂區(qū)域20形成為具有蝸輪形狀26。間隙27限定在錐蝸輪形狀M和蝸輪形狀沈之間。 錐蝸輪形狀M具有如28所示的彎曲齒廓。在所示的實施例中，蝸輪沈具有較小的齒輪齒廓。但是，應當理解蝸輪沈的齒廓可以與錐蝸輪M的齒廓在間距、齒高和類似的齒特征上相同。參考圖3，組件10形成為一對部件30、32，每個部件具有錐蝸輪面齒面(spiroid face gear face)或輪廓(prof ile) M和蝸輪洸輪廓的一半洸a、b。兩個部件30、32由在齒輪組件10中的分型線40限定，然后彼此接合(例如通過壓合(press-fitting)、焊接、粘合劑、緊固件等等)以形成雙片齒輪部件11。在本發(fā)明的部件11中，兩個半齒輪部件30、 32的每個都包括蝸輪沈的一半以使單齒輪輪廓(和例如單齒輪模具)能被用于每個部件或半齒輪部件30、32。所示的齒輪系統(齒輪組件10和齒桿34)具有齒桿34，齒桿34具有兩個不同的并且間隔開的齒形36、38。兩個外部齒桿(螺桿)齒形36被設計用于與較大的相對的錐蝸輪輪廓M嚙合，而內部齒桿(螺桿)齒形38設計用于和中心蝸輪齒形沈嚙合。但是，應當理解齒桿34能被設置成具有單齒(螺紋齒桿)形并且也能被形成為沿著齒桿的長度具有連續(xù)齒形?？蛇x擇地，齒桿能被形成為從端部朝向中心逐漸變細(直徑逐漸減小)，如圖 4中P所示。所示的齒桿由金屬制成，但是，當然也能由其他適當的材料制成。如圖4-8所示，本發(fā)明的包絡錐蝸桿蝸輪組件10使用齒桿34，齒桿34具有相對于齒輪組件10的軸線Altl歪斜(斜交角為α)的軸線Α34。用這種方式，齒桿34的第一部分 36a靠在錐蝸輪面2 中之一上，而齒桿34的第二(或另一個)部分36b靠在另一個錐蝸輪面24b上。并且，齒桿34的中心部分38與中心蝸輪結構沈嚙合。進行測試來比較混合齒輪的扭矩能力與雙片錐蝸輪(沒有中心蝸輪)和蝸輪的扭矩能力。通過測試停止運轉時的最大扭矩來進行測試，如果在所施加的扭矩下齒輪齒停止運轉，則確定停止運轉。使用圖9中部分所示的ITW英斯特朗anstron)裝置T來進行測試。測試齒輪10 被保持在固定位置并且施加輸入扭矩以旋轉齒桿；34上。齒桿軸被連接到5英寸直徑盤D 的中心。齒桿上的輸入扭矩由鋼絲繩提供，并且其被設定為等于通過繩C接合盤D的圓周 (periphery) P并轉動盤D而施加在盤上的力乘以盤的2. 5英寸的半徑rD。力緩慢增加直到齒輪齒停止運轉。進行三輪測試。第一輪測試對三個蝸輪樣品進行。測試的計算結果在下表1中示出，其示出了適用于蝸輪的最大負載。第二輪測試對六個雙片錐蝸輪樣品進行。測試的計算結果在下表2中示出，其示出了適用于雙片錐蝸輪的最大負載。第三輪測試對六個混合包絡錐蝸桿蝸輪樣品進行。測試的計算結果在下表3中示出，其示出了適用于混合包絡錐蝸桿蝸輪的最大負載。
權利要求
1.一種混合錐蝸桿蝸輪包括齒輪主體，所述齒輪主體具有旋轉軸及形成在所述主體表面內的多個錐蝸輪齒，所述多個錐蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體徑向形成，所述齒輪主體還具有形成在所述主體上的多個蝸輪齒，所述蝸輪齒與所述錐蝸輪齒分隔開，所述蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體縱向形成。
2.根據權利要求1所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述蝸輪齒形成在所述主體的中心輪轂部分上，所述中心輪轂位于所述錐蝸輪齒的內側。
3.根據權利要求2所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒輪主體具有一對大體上相對的表面，并且其中所述錐蝸輪齒形成在所述相對的兩個表面上，并且其中所述蝸輪齒形成在所述相對的兩個表面之間。
4.根據權利要求1所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述主體限定所述錐蝸輪齒和所述蝸輪齒之間的間隙。
5.根據權利要求3所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒輪主體形成為兩個部分，所述兩個部分在所述輪轂處彼此接合。
6.根據權利要求5所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述兩個部分大體上彼此相同。
7.根據權利要求6所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述兩個部分通過卡壓、焊接、粘合劑或緊固件而接合。
8.根據權利要求1所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述蝸輪齒形成有輪廓，所述蝸輪齒的輪廓與所述錐蝸輪齒的輪廓不同。
9.根據權利要求1所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述蝸輪齒形成有輪廓，所述蝸輪齒的輪廓與錐蝸輪齒的輪廓大體上相同。
10.根據權利要求1所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒輪由聚合物材料制成。
11.根據權利要求10所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述聚合物材料為乙縮醛。
12.根據權利要求3所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中在所述相對的兩個表面上的所述錐蝸輪齒設置用于與齒桿嚙合，所述齒桿以不垂直于所述齒輪主體的軸的角度放置。
13.根據權利要求12所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒桿形成有隔開的第一和第三間螺紋形狀，所述第一和第三螺紋形狀設置用于與所述錐蝸輪齒嚙合，并且所述齒桿還具有位于中間的第二螺紋形狀，所述第二螺紋形狀設置用于與蝸輪齒嚙合。
14.根據權利要求13所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒桿的第一和第三螺紋形狀是相同的。
15.根據權利要求14所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述第二螺紋形狀與所述第一和第三螺紋形狀相同。
16.根據權利要求15所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述第一、第二和第三螺紋形狀在所述齒桿上形成為連續(xù)的螺紋形狀。
17.根據權利要求13所述的混合錐蝸桿蝸輪，其中所述齒桿是逐漸變細的，所述齒桿朝向所述第二螺紋形狀具有減小的直徑。
18.—種混合錐蝸桿蝸輪包括齒輪主體，所述齒輪主體具有旋轉軸以及一對大體上相對的表面，所述相對的表面具有多個相對于所述旋轉軸總體徑向形成的錐蝸輪齒，所述齒輪主體還具有在所述相對的表面之間并連接所述相對的表面的中心輪轂部分，所述中心輪轂部分具有多個形成在其上并與所述錐蝸輪齒分開的蝸輪齒，所述蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體縱向形成，所述主體限定所述錐蝸輪齒和所述蝸輪齒之間的間隙。
19. 一種形成混合錐蝸桿蝸輪的方法，所述齒輪裝置具有齒輪主體，所述齒輪主體形成為第一和第二部分并且具有旋轉軸，所述齒輪主體具有一對大體上相對的表面，所述相對的表面具有相對于所述旋轉軸總體徑向形成的多個錐蝸輪齒，所述齒輪主體還具有中心輪轂部分，所述中心輪轂部分在所述相對的表面之間并連接所述相對的表面，所述中心輪轂部分具有多個形成在其上的與所述錐蝸輪齒分開的蝸輪齒，所述蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體徑向形成，所述主體限定在所述錐蝸輪齒和所述蝸輪齒之間的間隙，所述方法包括形成所述第一齒輪主體部分；形成所述第二齒輪主體部分；以及將所述第一和第二齒輪主體部分接合以形成所述混合錐蝸桿蝸輪。
全文摘要
一種混合錐蝸桿蝸輪，所述混合錐蝸桿蝸輪形成為具有旋轉軸的齒輪主體。所述齒輪主體具有多個錐蝸輪齒，所述多個錐蝸輪齒形成在主體的相對的兩個表面上，且相對于旋轉軸總體徑向地形成。所述齒輪主體還具有多個形成在輪轂部分上的蝸輪齒，所述蝸輪齒在所述錐蝸輪齒之間，且與所述錐蝸輪齒分開。所述蝸輪齒相對于所述旋轉軸總體縱向形成。還公開了一種用于制造混合錐蝸桿蝸輪的方法。
文檔編號F16H1/16GK102395812SQ201080017117
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權日2009年3月10日
發(fā)明者加法爾·卡茲卡茲, 迪迪爾·理查德, 馬達夫·普帕拉 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司