專利名稱：曲面蝸輪傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及曲面蝸輪傳動裝置。更具體來說，本發明涉及由相互嚙合的曲面蝸桿和曲面蝸輪構成的曲面蝸輪傳動裝置。
機械領域中公知曲面蝸輪傳動裝置具有比圓柱蝸輪傳動裝置好得多的性能。因此，曲面蝸輪傳動裝置在實際中有著很廣泛的應用領域，人們認識到，曲面蝸輪具有很好的工作性能，且有著很高的承載能力。
但是，普通的曲面蝸輪傳動裝置具有下面講到的嚴重缺陷(普通曲面蝸輪的曲型實例見日本專利申請公開文本第2-50341號)。這些缺陷主要是由于曲面蝸桿和曲面蝸輪具有復雜的截面形狀且曲面蝸輪具特殊齒形的緣故。
(1)難于加工沿曲面蝸輪外周面分布的許多齒面。
(2)難于正確地相對于曲面蝸輪設置曲面蝸桿。
(3)當曲面蝸輪中牢固裝著軸時，實際上不可能在該軸的軸向上將曲面蝸輪組裝于曲面蝸桿。
關于上述三個缺陷需要參閱兩篇論文(1)1991年第43卷第八期“機械研究”中的論文“曲面蝸輪傳動裝置和圓周蝸輪傳動裝置的嚙合性質”;(2)日本機械協會文庫1984年第50卷第458期中的論文“曲面蝸輪傳動裝置中的齒接觸分析”。
本發明致力于消除上述三個缺陷。
本發明的一個目的是提供一種由曲面蝸桿和曲面蝸輪構成的曲面蝸輪傳動裝置，它能夠象普通的曲面蝸輪傳動裝置那樣不變地保持相同的極佳的性能和高的承載能力，其中，當蝸輪中固定地穿裝一條軸時，曲面蝸輪可在該軸的軸向上與曲面蝸桿相組裝。
本發明的另一個目的是提供一種上述種類的曲面蝸輪傳動裝置，其中，每次當曲面蝸輪上的齒磨損時，可將曲面蝸輪相對于曲面蝸桿在曲面蝸輪軸的軸向上錯位而重復使用曲面蝸輪。
在本發明所提供的由曲面蝸桿和曲面蝸輪構成的曲面蝸輪傳動機構中，曲面蝸桿的每個齒面是以平面或圓錐面的形式產生的，曲面蝸輪的每個與曲面蝸桿的齒面相嚙合的齒面的形成是與一漸開線螺旋齒輪的齒面相重合的。
假定在曲面蝸輪軸的軸向看去時，曲面蝸桿的齒面可在任意位置上與曲面蝸輪的齒面進入嚙合，那么，曲面蝸輪的齒頂面和齒底面在曲面蝸輪軸的軸向上加工成直線性延伸狀。
由于上述結構，在曲面蝸輪軸的軸向上，使曲面蝸桿和曲面蝸輪之一相對于兩者中的另一個錯位，都可以在任意位置，在曲面蝸桿的齒面和曲面蝸輪的齒面之間總是形成齒緊密接觸的狀態。
另外，當曲面蝸輪磨損時，只要在曲面蝸輪軸的軸向上使曲面蝸桿和曲面蝸輪之一相對于兩者中的另一個逐步錯位，即可重復使用曲面蝸輪。
如上所述，按照本發明，由于曲面蝸桿的每個齒面是以包括平面或圓錐面的所謂欣德瑞式(Hindrey type)形成的，曲面蝸輪的每個齒面的形成與漸開線螺旋齒輪的每個齒面相重合，因而沿曲面蝸輪外周面分布的許多齒面可以容易地加工，而且，曲面蝸桿和曲面蝸輪可以容易而正確地相對設置。另外，當軸穿過曲面蝸輪牢固裝配時，曲面蝸桿可裝、拆于曲面蝸輪。
通過閱讀下面對照附圖的詳細描述，可更清楚地理解本發明的其它目的，特征和優點。
圖1是按照本發明一實施例的曲面蝸輪傳動裝置的局部剖開的視圖;
圖2沿圖1中A-B線的剖視圖;
圖3是普通曲面蝸輪傳動裝置的局剖剖開的視圖;
圖4是沿圖3中C-D線的剖視圖;
圖5表示當完成曲面蝸桿和曲面蝸輪的正確裝配以便可相互嚙合時，在曲面蝸輪側的一齒面上的最初的齒接觸狀態;
圖6表示當曲面蝸輪從該曲面蝸輪和曲面蝸桿的正常裝配位置軸向錯位時在曲面蝸輪側的一齒面上出現的最初的齒接觸狀態;
圖7表示曲面蝸輪傳動裝置承受的負載增加，以及在曲面蝸輪側的齒面(齒面S1)與曲面蝸桿側相對的齒面的接觸狀態逐漸變化的情況;
圖8表示當曲面蝸輪承受500Kgf-m的負載轉矩時，曲面蝸輪側的齒面(齒面S1)與曲面蝸桿側的相對齒面的接觸狀態逐漸變化的情況。
現對照上述附圖詳述本發明的一個推薦實施例。
圖1表示按照本發明實施例的曲面蝸輪傳動裝置的結構，圖2是沿圖1中A-B線的剖視圖。
在附圖中，標號1代表曲面蝸桿，標號2代表與曲面蝸桿嚙合的曲面蝸輪。
為了便于理解本發明，在圖3和圖4示出一種普通的曲面蝸輪傳動裝置。圖3是普通曲面蝸輪傳動裝置的局部剖開的視圖，圖4是沿圖3中C-D線的剖視圖。圖中標號3代表普通曲面蝸桿，標號4代表與曲面蝸桿3嚙合的曲面蝸輪，標號5代表曲面蝸桿3的軸。
另外，標號R代表標準節圓，標號Ra代表齒頂圖，標號Rb代表本發明的曲面蝸輪2的齒頂，標號Rc代表普通曲面蝸輪傳動裝置的曲面蝸輪4的齒頂，標號Ra代表本發明的曲面蝸輪2的齒底，標號Re代表普通蝸輪傳動裝置的曲面蝸輪4的齒底。
在圖5和圖6中，標號S1代表曲面蝸輪一側的齒面，標號S2代表曲面蝸輪另一側的齒面。在圖7和圖8中，標號T代表具有一定面積的齒接觸型。
按照本發明的曲面蝸輪傳動裝置的一個區別特征在于，曲面蝸桿1的每個齒面是以平面或圓錐面形式形成的，而與曲面蝸桿1相嚙合的曲面蝸輪2的每個齒面的形成與一漸開線螺旋齒輪的每個齒面相重合。在普通曲面蝸輪4中齒頂Rc和齒底Re都呈弧形面，如圖4所示，與此相反，本發明的曲面蝸輪2的齒頂Rb和齒底Rd都呈平面，如圖2所示。由于這種結構，曲面蝸桿1可容易地與曲面蝸輪2組裝，容易地從曲面蝸輪2拆卸下來，只要使曲面蝸桿1在曲面蝸輪2的軸向上位移即可。另外，當發現曲面蝸輪2的有關齒面磨損時，只要使曲面蝸桿1在軸向上位移即可。以便使每個齒面的其它部分重復使用，情況與用新的曲面蝸輪傳動裝置更換已磨損的曲面蝸輪傳動裝置相同。
包括曲面蝸輪2的許多齒面的漸開線螺旋齒輪可以用迄今已知的機加工方法制造，另外，采用迄今已知的測量方法可從尺寸上檢測漸開線螺旋齒輪的每個齒。
已經確證，當連續使用本發明的曲面蝸輪傳動裝置時，曲面蝸輪2的每個齒面逐步磨損，使其以增大的面積與曲面蝸桿1的相對齒面緊密接觸，使其間呈現極好的齒接觸狀態。鑒于上述事實，值得推薦的是，采用齒輪的齒接觸分析法進行具有上述性能的漸開線螺旋齒輪的設計工作，齒接觸分析法是現代的計算機輔助齒嚙輪嚙合性質模擬法之一。
本發明人進行了一系列試驗，其結果如下對規格示于表1中的曲面蝸輪傳動裝置進行了試驗。在試驗之前，由滾齒機改裝的蝸輪齒接觸狀態試驗機準備用作裝配操作性能試驗裝置。另外，準備了一臺負載試驗裝置，用于試驗曲面蝸輪傳動裝置的功率傳遞能力，以及在曲面蝸輪2(相當于一個漸開線螺旋齒輪)上相鄰齒面間緊密接觸狀態的進展情況。
表1準備試驗的曲面蝸輪裝置的試驗規格模數 齒輪螺紋和齒 節圓直徑 材料的數目 (mm)蝸桿 8 3條螺紋 74.000 JIS SCM440蝸輪 47個齒 376.000 JIS FH20在上述試驗中，曲面蝸輪2的軸(未畫)上出現的負載轉矩如表2(試驗負載曲線圖)所示。
在表2中，縱坐標代表出現在曲面蝸輪2的軸上的轉矩(Kgf-m)，假定曲面蝸桿1的轉速調至500rpm。進行有關的試驗。另外，在表2中，每個插號中的數字表示KW值(允許的傳遞功率)。橫坐標代表負載試驗裝置工作的時間。
表2在試驗過程中作用在曲面蝸輪傳動裝置上的負載變化曲線圖
注1曲面蝸桿1轉速調至500rpm注2每個括號中的數字為KW值。
齒接觸狀態試驗的結果示于圖5至圖8。在圖5中。1號至6號表示被測的每個曲面蝸輪傳動裝置的編號。圖5和6中左側表示曲面蝸桿2上的齒面S2，而右側表示曲面蝸桿2上的齒面S1。現參閱圖5，齒面S2左側表示曲面蝸輪2的內側，齒面S2右側表示曲面蝸輪的外側，而齒面S1的左側表示齒面S1的外側，齒面S1的右側表示齒面S1的內側。現參閱圖6，各視圖表示當每個齒的接觸部分接續地從正常組裝位置錯位5mm時，齒接觸狀態的變化。圖7表示在負載轉矩按照100kgf-m，200kgf-m，300kgf-m，400kgf-m和500kgf-m的順序變化且負載作用在曲面蝸輪2的軸5上20分鐘的情況下，1號至6號的試驗裝置的齒接觸狀態的變化。另外，圖8表示在負載轉矩預調至500kgf-m且轉矩作用在曲面蝸輪2的軸5上的時間按照180分鐘，360分鐘，540分鐘，720分鐘和960分鐘的順序變化的情況下，試驗裝置1號至6號的齒接觸狀態的變化。
試驗結果(一)裝配性能試驗結果當使曲面蝸桿1與曲面蝸輪2進入嚙合，從而正常組裝本發明的曲面蝸輪裝置時，曲面蝸輪2的最初接觸狀態示于圖5，另外，當曲面蝸輪在軸向上從正常裝配位置錯位時，曲面蝸輪2的最初齒接觸狀態示于圖6。通過對比審查兩附圖可得出以下結論1.如最初設想的那樣，當沿著曲面蝸輪2的每個齒的高度方向看去時，最初的齒接觸型是在每個齒的中部看到的。
2.盡管曲面蝸輪2有軸向錯位(見圖6)，同樣可觀察到與正常裝配位置的最初齒接觸型相同的最初齒接觸型。
3.以前一段所述的情況為依據可證實，可以通過在曲面蝸輪2的軸向上使曲面蝸桿1錯位的方法組裝曲面蝸桿1和曲面蝸輪2。
(二)負載操作試驗的結果在曲面蝸輪2的齒面上緊密接觸狀態逐漸變化表示在圖7和圖8中，這是以對本發明的曲面蝸輪傳動裝置進行負載操作試驗所獲結果為基礎的。通過對兩圖的審查可澄清下述情況1.圖7各視圖表示，當負載轉矩增加時，各齒面上緊密接觸狀態的逐漸變化。從圖7可以看出，緊密接觸狀態很短時間完全在各齒面上形成。
2.圖8各視圖表示，當曲面蝸輪傳動裝置以和普通曲面蝸輪傳動裝置額定傳動功率相同的功率工作時所引起的在各齒面上緊密接觸狀態的逐漸變化。從對圖8所示各齒面上緊密接觸狀態的觀察證實，本發明的曲面蝸輪傳動裝置可以產生等于或高于普通曲面蝸輪傳動裝置的傳動功率強度。
3.在完成曲面蝸輪傳動裝置的負載特征之后，從對曲面蝸輪傳動裝置各齒面上緊密接觸狀態的觀察可證實，均勻的齒接觸狀態，從蝸桿的進入側至其引出側，不僅沿每個齒高而且也沿每條齒螺紋方向，可以得到維持，從而在曲面蝸桿和曲面蝸輪之間可形成理想的嚙合。
本發明曲面蝸輪傳動裝置的上述結構可以獲得下述有利效果。
1.在普通的曲面蝸輪傳動裝置中，曲面蝸輪的齒面形狀復雜，使其機加工非常困難，然而，由于本發明的曲面蝸輪的每個齒面設計成與一漸開線螺旋齒輪的各齒面重合，因而加工十分簡便。另外，已經發現，短時間內在曲面蝸桿側的齒面和曲面蝸輪側的相對齒面間即可形成緊密的齒面接觸。
2.由于本發明的曲面蝸輪的每個齒面設計得與一漸開線螺旋齒輪的每個齒面重合，因而曲面蝸桿可在曲面蝸輪軸的軸向看去的任何位置上與曲面蝸輪正確嚙合，所以易于正確地使曲面蝸桿和曲面蝸輪相對地調整。
3.由于普通的曲面蝸輪不僅其齒頂面且其齒底也設計成弧形面，因而普通曲面蝸輪傳動裝置的曲面蝸桿與曲面蝸輪在曲面蝸輪軸的軸向上的組裝操作實際上無法進行，這是因為曲面蝸桿的齒頂與曲面蝸輪的齒底干擾的緣故。與普通曲面蝸輪傳動裝置相反，按照本發明，曲面蝸輪的齒頂和齒底都設計得在軸向上直線延伸，因而在曲面蝸輪軸向上可容易地實現裝配操作。
雖然已對本發明的一個實施例進行了詳細描述，但是顯然本發明并不局限于此，可對其作各種變化和改進，而并不超出本發明的范圍。
權利要求
1.一種由相互嚙合的曲面蝸桿和曲面蝸輪構成的曲面蝸輪傳動裝置，其改進在于所述曲面蝸桿的每個齒面是以平面或圓錐面的形式形成的，以及與所述曲面蝸桿的所述齒面嚙合的所述曲面蝸輪的每個齒面與一漸開線螺旋齒輪的每個齒面相重合。
2.如權利要求1所述的曲面蝸輪傳動裝置，其特征在于所述曲面蝸輪的齒頂面及其齒底面在所述曲面蝸輪的軸的軸向上加工成直線延伸。
3.如權利要求2所述的曲面蝸輪傳動裝置，其特征在于所述曲面蝸桿的所述齒面在順著所述曲面螺輪的所述軸的軸向看去的任何位置上與所述曲面蝸輪的所述齒面形成嚙合。
4.如權利要求1所述的曲面蝸輪傳動裝置，其特征在于通過使所述曲面蝸桿和所述曲面蝸輪中的一個相對于其中的另一個在所述曲面蝸輪的所述軸的軸向上錯開任何位置的方式，緊密的齒接觸在所述曲面蝸桿的所述齒面和所述曲面蝸輪的所述齒面間正常地形成。
5.如權利要求4所述的曲面蝸輪傳動裝置，其特征在于當所述曲面蝸輪上的有關齒面磨損時，通過逐步使所述曲面蝸桿和所述曲面蝸輪中的一個相對于其中另一個在所述曲面蝸輪的所述軸的軸向上錯位的方式，所述曲面蝸輪被重復使用。
全文摘要
一種曲面蝸輪傳動裝置中，曲面蝸桿的每個齒面是以平面或圓錐面的形式形成的，曲面蝸輪的每個齒面與一漸開線螺旋齒輪的每個齒面重合。曲面蝸輪的齒頂面及其齒底面在曲面蝸輪軸向上加工成直線延伸。因而曲面蝸桿齒面在曲面蝸輪軸向任何位置可與曲面蝸輪形成嚙合。曲面蝸桿和曲面蝸輪在曲面蝸輪軸向上相對錯開任何位置，其齒面間卻可正常形成緊密齒接觸。曲面蝸輪有關齒面磨損時，使蝸桿和蝸輪間在蝸輪軸向逐步相對錯位即可使蝸輪重復使用。
文檔編號F16H55/22GK1103936SQ9411481
公開日1995年6月21日 申請日期1994年7月25日 優先權日1993年7月30日
發明者牧充, 綠川勇, 北原健一 申請人:株式會社長谷川齒車