专利名称：混合包络锥蜗杆蜗轮的制作方法
混合包络锥蜗杆蜗轮相关申请的交叉引用本发明要求了 2009年3月10日提交的临时美国专利申请61/158，801的优先权。
背景技术：
本发明涉及包络齿轮装置，更具体地，涉及使用锥蜗杆蜗轮装置的包络齿轮装置。齿轮是基本的机械机构之一并且已经被使用了几个世纪。齿轮尤其被用于将能量从一个装置传递到另一个装置并能改变力的方向。已知有许多种齿轮一直齿齿轮、斜交轴伞齿轮、伞齿轮、蜗轮及这些和其他类型齿轮的结合。还已知的有使用曲线齿轮齿的SPIROID 牌齿轮。由于相对于形成在类似的齿轮轮坯(blank)上的直齿齿轮增加了齿轮齿的表面积，这种结构允许传递更大的负载。某些应用需要齿轮必须经受得住高负载(力)。通常，经受这种力的能力通过使用更大的齿轮以增加齿轮齿上的施加力的区域来实现。经受力的能力必须与齿轮组件的尺寸要求，或相反地，与尺寸限制相平衡。有时甚至必须满足更小的尺寸要求，而锥蜗轮实现了这种平衡。一种这种齿轮齿型公开在Mari的美国专利3，631，736中，该专利与本发明一起转让并通过引用并入本申请中。因此，需要受限尺寸或小尺寸但能够经受得住高负载/力的齿轮传动系统。期望地，这种齿轮能够由非金属物形成，如聚合物材料。
发明内容
混合锥蜗杆蜗轮形成为具有旋转轴的齿轮主体。所述齿轮主体具有多个形成在所述主体表面上的锥蜗轮齿，所述锥蜗轮齿相对于所述旋转轴总体径向形成，所述齿轮主体还具有多个形成在主体中并与所述锥蜗轮齿分隔开的蜗轮齿。所述蜗轮齿相对于所述齿轮的旋转轴总体纵向形成。已经发现本混合锥蜗杆蜗轮在没有增加齿轮的尺寸的情况下使齿轮装置的扭矩能力获得了显著增加。在优选的实施例中，齿轮主体形成有一对大体上相对的表面和一中心轮毂，所述锥蜗轮齿形成在所述相对的两个表面上，所述中心轮毂具有形成在其上的蜗轮齿，且所述蜗轮齿位于所述相对的两个表面之间。齿轮可在锥蜗轮齿和蜗轮齿之间形成有间隙。本发明齿轮主体形成为两个部分，所述两个部分在轮毂处的彼此结合。该两部分可大体上相同。所述两部分可以通过压合、焊接、粘合、紧固件等等而接合。所述蜗轮齿能形成有不同于或相同于所述锥蜗轮齿轮廓的轮廓，所述轮廓通过轮齿高度和/或轮齿间距限定。优选的齿轮由聚合物材料(如乙缩醛材料等)制成。所述混合锥蜗杆蜗轮设置成与齿杆啮合，所述齿杆以不垂直于齿轮主体轴的角度放置。所述齿杆设置成具有间隔开的第一和第三螺纹形状，所述第一和第三螺纹形状被设置为与所述相对的两个表面上的锥蜗轮齿啮合，所述齿杆还具有设置在中间的第二螺纹形状，所述第二螺纹形状被设置成与所述蜗轮齿啮合。所述齿杆的第一和第三螺纹形状优选为相同。所述第二螺纹形状可以不同于或相同于所述第一和第三螺纹形状。所述第一、第二和第三螺纹形状也能形成为在齿杆上连续的螺纹形状。一种用于制造混合锥蜗杆蜗轮的方法，所述方法为形成第一齿轮主体部分，形成第二主体部分并且将第一和第二齿轮主体接合以形成混合锥蜗杆蜗轮。所述第一和第二主体部分可以形成为彼此相同。从下述详细描述，结合所附的权利要求，本发明的这些和其他特征以及优点将显而易见。
在阅读了下述详细描述和附图之后，本发明的益处和优点对本领域的技术人员来说将变得显而易见。图1为体现了本发明原理的混合包络锥蜗杆蜗轮(所示没有相啮合的齿杆)的顶部透视图；图2为与图1近似的放大图；图3为朝中心的蜗轮看时齿轮组件的中心的顶视图；图3A是蜗轮上的齿的放大图；图4为与图3相似的视图并且还示出了能与混合锥蜗杆蜗轮一起使用的齿杆；图5为处在混合锥蜗杆蜗轮中适当位置的齿杆的视图，该齿杆相对于混合锥蜗杆蜗轮的轴歪斜；图6为图5中的齿杆和混合锥蜗杆蜗轮(从相对于图5旋转约90度的角度看去) 的放大图；图7A、7B和7C为分别沿图6中的7A_7A、7B_7B和7C-7C线的剖视图；图8为当齿杆位于混合锥蜗杆蜗轮中时大致沿齿杆看去的视图；以及图9示出用于获取混合锥蜗杆蜗轮和齿杆组件的扭矩数据的测试装置。本发明的详细描述虽然本发明容许有各种形式的实施例，附图优选示出了实施例，并且其将在下文中描述优选实施例，但应当理解本公开应当被认为是本发明的示例且并不意味着将本发明限于所示的具体实施例。应当理解，本说明书的本部分的标题，即“本发明的详细描述”，与美国专利商标局的要求有关，并不意味着也不应被推断为对本发明公开的主题的限制。现在参考附图，特别是图1，图1示出了体现本发明原理的混合包络锥蜗杆蜗轮 (齿轮组件10)。齿轮组件10为双片齿轮(double gear) 11，其中两个相向的(相对的)面 12、14具有形成在其中的齿轮齿16、18。齿轮组件10包括将相对的齿轮面12、14相互连接的中心轮毂区域20。相对的齿轮面12、14具有从外周22部分地向下朝向中心轮毂区域20延伸的齿 16、18。在现在的混合锥蜗杆蜗轮10中，相对的面12、14形成为具有锥蜗轮形状24，中心轮毂区域20形成为具有蜗轮形状26。间隙27限定在锥蜗轮形状M和蜗轮形状沈之间。 锥蜗轮形状M具有如28所示的弯曲齿廓。在所示的实施例中，蜗轮沈具有较小的齿轮齿廓。但是，应当理解蜗轮沈的齿廓可以与锥蜗轮M的齿廓在间距、齿高和类似的齿特征上相同。参考图3，组件10形成为一对部件30、32，每个部件具有锥蜗轮面齿面(spiroid face gear face)或轮廓(prof ile) M和蜗轮洸轮廓的一半洸a、b。两个部件30、32由在齿轮组件10中的分型线40限定，然后彼此接合(例如通过压合(press-fitting)、焊接、粘合剂、紧固件等等)以形成双片齿轮部件11。在本发明的部件11中，两个半齿轮部件30、 32的每个都包括蜗轮沈的一半以使单齿轮轮廓(和例如单齿轮模具)能被用于每个部件或半齿轮部件30、32。所示的齿轮系统(齿轮组件10和齿杆34)具有齿杆34，齿杆34具有两个不同的并且间隔开的齿形36、38。两个外部齿杆(螺杆)齿形36被设计用于与较大的相对的锥蜗轮轮廓M啮合，而内部齿杆(螺杆)齿形38设计用于和中心蜗轮齿形沈啮合。但是，应当理解齿杆34能被设置成具有单齿(螺纹齿杆)形并且也能被形成为沿着齿杆的长度具有连续齿形。可选择地，齿杆能被形成为从端部朝向中心逐渐变细(直径逐渐减小)，如图 4中P所示。所示的齿杆由金属制成，但是，当然也能由其他适当的材料制成。如图4-8所示，本发明的包络锥蜗杆蜗轮组件10使用齿杆34，齿杆34具有相对于齿轮组件10的轴线Altl歪斜(斜交角为α)的轴线Α34。用这种方式，齿杆34的第一部分 36a靠在锥蜗轮面2 中之一上，而齿杆34的第二(或另一个)部分36b靠在另一个锥蜗轮面24b上。并且，齿杆34的中心部分38与中心蜗轮结构沈啮合。进行测试来比较混合齿轮的扭矩能力与双片锥蜗轮(没有中心蜗轮)和蜗轮的扭矩能力。通过测试停止运转时的最大扭矩来进行测试，如果在所施加的扭矩下齿轮齿停止运转，则确定停止运转。使用图9中部分所示的ITW英斯特朗anstron)装置T来进行测试。测试齿轮10 被保持在固定位置并且施加输入扭矩以旋转齿杆；34上。齿杆轴被连接到5英寸直径盘D 的中心。齿杆上的输入扭矩由钢丝绳提供，并且其被设定为等于通过绳C接合盘D的圆周 (periphery) P并转动盘D而施加在盘上的力乘以盘的2. 5英寸的半径rD。力缓慢增加直到齿轮齿停止运转。进行三轮测试。第一轮测试对三个蜗轮样品进行。测试的计算结果在下表1中示出，其示出了适用于蜗轮的最大负载。第二轮测试对六个双片锥蜗轮样品进行。测试的计算结果在下表2中示出，其示出了适用于双片锥蜗轮的最大负载。第三轮测试对六个混合包络锥蜗杆蜗轮样品进行。测试的计算结果在下表3中示出，其示出了适用于混合包络锥蜗杆蜗轮的最大负载。
权利要求
1.一种混合锥蜗杆蜗轮包括齿轮主体，所述齿轮主体具有旋转轴及形成在所述主体表面内的多个锥蜗轮齿，所述多个锥蜗轮齿相对于所述旋转轴总体径向形成，所述齿轮主体还具有形成在所述主体上的多个蜗轮齿，所述蜗轮齿与所述锥蜗轮齿分隔开，所述蜗轮齿相对于所述旋转轴总体纵向形成。
2.根据权利要求1所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述蜗轮齿形成在所述主体的中心轮毂部分上，所述中心轮毂位于所述锥蜗轮齿的内侧。
3.根据权利要求2所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿轮主体具有一对大体上相对的表面，并且其中所述锥蜗轮齿形成在所述相对的两个表面上，并且其中所述蜗轮齿形成在所述相对的两个表面之间。
4.根据权利要求1所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述主体限定所述锥蜗轮齿和所述蜗轮齿之间的间隙。
5.根据权利要求3所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿轮主体形成为两个部分，所述两个部分在所述轮毂处彼此接合。
6.根据权利要求5所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述两个部分大体上彼此相同。
7.根据权利要求6所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述两个部分通过卡压、焊接、粘合剂或紧固件而接合。
8.根据权利要求1所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述蜗轮齿形成有轮廓，所述蜗轮齿的轮廓与所述锥蜗轮齿的轮廓不同。
9.根据权利要求1所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述蜗轮齿形成有轮廓，所述蜗轮齿的轮廓与锥蜗轮齿的轮廓大体上相同。
10.根据权利要求1所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿轮由聚合物材料制成。
11.根据权利要求10所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述聚合物材料为乙缩醛。
12.根据权利要求3所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中在所述相对的两个表面上的所述锥蜗轮齿设置用于与齿杆啮合，所述齿杆以不垂直于所述齿轮主体的轴的角度放置。
13.根据权利要求12所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿杆形成有隔开的第一和第三间螺纹形状，所述第一和第三螺纹形状设置用于与所述锥蜗轮齿啮合，并且所述齿杆还具有位于中间的第二螺纹形状，所述第二螺纹形状设置用于与蜗轮齿啮合。
14.根据权利要求13所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿杆的第一和第三螺纹形状是相同的。
15.根据权利要求14所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述第二螺纹形状与所述第一和第三螺纹形状相同。
16.根据权利要求15所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述第一、第二和第三螺纹形状在所述齿杆上形成为连续的螺纹形状。
17.根据权利要求13所述的混合锥蜗杆蜗轮，其中所述齿杆是逐渐变细的，所述齿杆朝向所述第二螺纹形状具有减小的直径。
18.—种混合锥蜗杆蜗轮包括齿轮主体，所述齿轮主体具有旋转轴以及一对大体上相对的表面，所述相对的表面具有多个相对于所述旋转轴总体径向形成的锥蜗轮齿，所述齿轮主体还具有在所述相对的表面之间并连接所述相对的表面的中心轮毂部分，所述中心轮毂部分具有多个形成在其上并与所述锥蜗轮齿分开的蜗轮齿，所述蜗轮齿相对于所述旋转轴总体纵向形成，所述主体限定所述锥蜗轮齿和所述蜗轮齿之间的间隙。
19. 一种形成混合锥蜗杆蜗轮的方法，所述齿轮装置具有齿轮主体，所述齿轮主体形成为第一和第二部分并且具有旋转轴，所述齿轮主体具有一对大体上相对的表面，所述相对的表面具有相对于所述旋转轴总体径向形成的多个锥蜗轮齿，所述齿轮主体还具有中心轮毂部分，所述中心轮毂部分在所述相对的表面之间并连接所述相对的表面，所述中心轮毂部分具有多个形成在其上的与所述锥蜗轮齿分开的蜗轮齿，所述蜗轮齿相对于所述旋转轴总体径向形成，所述主体限定在所述锥蜗轮齿和所述蜗轮齿之间的间隙，所述方法包括形成所述第一齿轮主体部分；形成所述第二齿轮主体部分；以及将所述第一和第二齿轮主体部分接合以形成所述混合锥蜗杆蜗轮。
全文摘要
一种混合锥蜗杆蜗轮，所述混合锥蜗杆蜗轮形成为具有旋转轴的齿轮主体。所述齿轮主体具有多个锥蜗轮齿，所述多个锥蜗轮齿形成在主体的相对的两个表面上，且相对于旋转轴总体径向地形成。所述齿轮主体还具有多个形成在轮毂部分上的蜗轮齿，所述蜗轮齿在所述锥蜗轮齿之间，且与所述锥蜗轮齿分开。所述蜗轮齿相对于所述旋转轴总体纵向形成。还公开了一种用于制造混合锥蜗杆蜗轮的方法。
文档编号F16H1/16GK102395812SQ201080017117
公开日2012年3月28日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年3月10日
发明者加法尔·卡兹卡兹, 迪迪尔·理查德, 马达夫·普帕拉 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司