專利名稱：管的波紋壓制裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種管的波紋壓制裝置，尤其是涉及這種裝置的波紋壓制頭。
背景技術：
波紋管的應用在通信和電力傳輸領域已經不斷地變得更加普遍。波紋管是一種用于傳輸各種信息和/或電流的有效器件。人們已經研發了幾種不同的方法和裝置以用于制造這種管。
本發明涉及一種用于給管壓制波紋的裝置，尤其是用于對在這類管的連續生產線上形成波紋，這類管被用在高頻電纜、導波器和類似器件上。
人們已經設計出許多方法和裝置以在金屬(包括金屬類)管上制造出波紋。通常是在特別需要柔性的場合要運用壓制波紋。波紋管有兩種一般分類，螺旋形的和環形的。在螺旋形管中，管是沿著其長度以一連續的螺旋線形成波紋的。在環形管中，波紋是以單個波紋環帶的形式而成形的。環形電纜典型地被應用在戶外，在這里要考慮到水份遷移的因素。采用螺旋形電纜，波紋螺旋的連續形式能夠允許進入孔中的水份沿著管長度上的螺旋進行遷移。而環形電纜的單個的波紋或者環帶卻限制了這種遷移。
在用于高頻發射傳輸的波紋管的情況下，波紋形成的平滑度和均勻性是特別關鍵的，比如同軸電纜和波導器，其中衰減和一致性必須符合機械標準，比如軍事標準ML-C-28830C。人們發現，容易被觀察到的環帶不完整以及節距變化太小會產生不希望的高反射或者駐波。
質量缺陷可以來源于機械振動，這可以由設備的各種因素引起。軸承座、皮帶輪、齒輪箱、皮帶和托輥都可能是這種振動的因素。這種振動，常常數目上很小，通常是周期性的并與波紋形成的不相容，它反過來能夠在電纜或者管在頻譜上的電響應中產生變化，并且特別是在電纜的電壓駐波比(VSWR)中產生變化。希望的是，VSWR盡可能的低，1.00表示沒有反射損失，通常的希望數值是1.05-1.15。一種具有幾個齒輪的波紋壓制裝置的典型波紋壓制頭的旋轉是產生這種振動的首要因素，并且在制造具有低的和穩定的VSWR的電纜和波導器中是一個有意義的范圍。
美國專利US3780556是用于制造環形波紋管的示例性公知裝置。一個波紋壓制頭具有一個或者多個齒輪樣的波紋壓制輪，每一波紋壓制輪被安裝成既可以繞一根與要被波紋壓制的管的主縱軸橫切的軸線自由轉動，又可以繞該管的縱軸進行軌道旋轉。管沿著該縱軸穿過該波紋壓制頭而被拉動，同時該波紋壓制輪繞管進入軌道運行。齒輪齒在管上壓出環形波紋，作為齒輪的自由轉動特性的結果，波紋壓制輪的單個齒輪齒與由其它齒輪產生的波紋部分排列成行。齒輪的通常形狀、以及它們的軌道轉速和管子穿過壓制頭前進的縱向速度，都是按照現有技術來確定和應用。
盡管采用上述技術的壓制波紋裝置通常能夠以有效的方式制造環形的波紋管，由于需要高的公差，特別是再連同高頻射頻電纜的高生產率，因而最后已經很難大量制造出這種電纜而沒有會影響它們性能的缺陷和/或不一致性。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種用于管波紋的壓制的方法和裝置，尤其是涉及具有多個齒輪類型的波紋壓制頭，它具有改進的性能和一致性。
本發明的另一目的是提供一種管波紋的壓制方法和裝置，其允許要被生產的環形波紋管的長度增加，并具有比以前已經生產的波紋管更高的精度和均勻性。
根據上述和其它的目的和優點，本發明的方法，以及根據本發明的一種管的波紋壓制裝置，具體表現為一種多齒輪壓制頭，其中，每一齒輪具有不同數目的齒輪齒。每一齒輪的齒具有相同的節距，這樣每一齒輪就具有不同的直徑。每一齒輪上的齒數可以被選擇以使可帶來有害振動的結構附加性最小，這些振動來源于齒輪的旋轉，這樣，被傳遞給通過波紋壓制頭的管子的這些振動的影響以及其自身表現為管的非一致性的影響被最小化。特別是，每一齒輪具有一個不同質數，這會導致附加的振動影響最小。齒輪頭最好是采用一個空心軸以進一步限制和最小化這種振動影響。
通過下面結合附圖對本發明的一個優選的但只是示例性的實施例進行詳細描述，將會更全面地理解本發明，其中圖1為根據本發明形成的一種具有環形波紋的射頻電纜的示意圖；圖2為本發明的一種波紋壓制齒輪的正視圖；圖3為本發明所用的一種波紋壓制頭的端視圖；圖4為本發明的一種采用了四個齒輪的波紋壓制頭的端視圖；圖5為本發明的一種采用了五個齒輪的波紋壓制頭的端視圖；圖6為一種可以用于本發明的空心軸電動機的透視圖；圖7a-c為一系列表格，示出傳統的環形波紋電纜的模擬VSWR響應；以及圖8a-c為一系列表格，示出根據本發明形成的相應環形波紋電纜的模擬響應。
具體實施例方式
首先如圖1所示，一種RF電纜或者類似的管形結構，在其外壁表面10上具有環形波紋，其具有恒定節距12的波紋，該節距是指相鄰環帶的對應位置之間的距離。每一環帶具有一個較大的外徑14和一個較小的外徑16。特別是當被形成在齒輪頭型的波紋壓制裝置上時，圍繞較小外徑部位的管壁包括一個小的弧形區段，在相對的壁部分之間的距離限定了根部的直徑18。通常，所述節距、較大和較小外徑以及根部直徑可以根據所需的機械和電氣特性以及現有技術的制造設備的總能力而進行選擇。一種典型的電纜還包括一根中心導體20，該導體可以被一個泡沫芯部22包圍。
本發明對一種公知結構的齒輪型波紋壓制裝置的齒輪上的齒輪齒采用了一種獨特的布置，以便以現有公知的通用方式形成環形波紋，但是具有相當低的不規則性和不一致性，而不規則性和不一致性可以對管的性能特別是對高頻射頻波紋電纜的性能產生有害的影響。如圖2所示，本發明的一種波紋壓制齒輪24具有通常的傳統結構，其具有沿著齒輪圓周分布的多個齒輪齒26。該齒輪設有一個中心軸承28，用于以一種傳統的方式安裝在所述壓制頭上。用于顯示電纜環帶的較大和較小直徑的齒的高度和形狀都是現有技術中公知的通用幾何學，而沿齒輪圓周分布的齒的齒距或間距與要被形成在電纜上的環帶的節距一致。
被組裝在具有本發明結構的一個齒輪頭中的每一齒輪的齒26可以被選擇具有不同數目的齒，與旋轉齒輪相關聯的特有的振動是齒輪齒數目的函數。采用不同數目的齒，與每一旋轉齒輪相關聯的振動頻率是不同的，其振動的峰值和波谷發生在不同的時間。從而，這種振動的附加的和累積的影響導致在一個寬的頻率范圍內相對低水平的振動，而避免由同時出現峰值和波谷的累積而形成的幾個頻率處較高水平的振動。高水平的振動值將它們自己表示為在所形成的管中會影響性能的不規則性。特別是，為了使振動的結構附加性最小化，每一齒輪最好是被這樣選擇，即齒26的數目與一個獨特的質數相同。
已經發現，被組裝在齒輪頭中的齒輪數目越大，每一齒輪頭具有一個不同質數的齒，則形成的電纜的質量越高，尤其是電纜的整個VSWR越低。然而，實際的物理約束條件規定了能夠采用的齒輪的數目。通常，可以被有效地利用的齒輪數目是直接與要被壓制波紋的管或電纜的直徑相關的。管的直徑越大，則能夠圍繞它定位的齒輪的數目越大。如圖3所示，適用于直徑約為1/4至1/2英寸的管的一種壓制頭30包括3個波紋壓制齒輪24，這些齒輪被安裝在一個三角形的軸承座32上。每一齒輪設有一個不同質數數目的齒輪齒，比如分別具有11、13和17個齒。普通技術人員將認識到，為了使這3個齒輪保持一個恒定的齒距，齒輪的直徑必須是不同的。因而，三角形支架26被構造成可以調節這種不同。壓制頭的通常結構是公知的，每一齒輪24的旋轉軸橫切于電纜38的長軸或者長度方向，電纜38的長軸在圖中是垂直于紙平面。當電纜通過壓制頭30被拉出時，壓制頭沿箭頭所示方向旋轉，當自由輪繞它們各自的軸旋轉時，齒輪24繞電纜沿軌道旋轉。
因為，由于包括不同形狀的齒輪，結果壓制頭的軸承座可以是被不對稱地設置，采用鏜孔、配重和類似方式，壓制頭被精心地制造和平衡，如現有技術一樣，以確保振動被最小化。如現有技術那樣，當波紋壓制裝置正在運轉時，利用合適的傳感器以監視振動也是鼓勵采用的，這樣，假如振動變得過大，就能夠中斷運轉或者進行調整。
圖4示出一種波紋壓制頭30，其中，4個齒輪24被相互垂直地安裝。這種結構可以被用于其直徑在0.50至0.866英寸范圍內的電纜和管。在此情況下，齒輪可以分別具有11、13、17和19個齒。
以同樣的方式，圖5示出了一種波紋壓制頭30，其設有5個齒輪24，每一齒輪具有一個不同質數數目的齒。齒輪被安裝在一個五邊形的支架32上，其結構和尺寸適合于安裝不同直徑的齒輪。在此情況下，齒輪可以分別具有11、13、17、21和23個齒。
每一齒輪具有一個不同質數數目的齒輪齒的波紋壓制頭的運用，可以有效地降低由齒輪和相關的夾具產生的振動模式的結構干擾，從而形成具有有效改進的和一致特性的波紋管和電纜。為了進一步減小波紋壓制頭的復雜性以及所伴隨的振動，根據本發明的一種波紋壓制頭可以采用一種空心軸電動機，其中壓制頭具有多個質數齒數的齒輪，如圖6所示。如圖所示，空心軸電動機34是一種具有通用傳統結構的電動機，但是具有一根空心的電樞軸36。用于延伸穿過該軸的孔具有足夠的直徑以在其中安裝和支撐所述波紋壓制頭。根據公知的現有技術，電纜或者管38被送入該軸和裝于其中的波紋壓制頭。這樣一種結構能夠進一步減小由齒輪頭傳遞給電纜或管的振動和其它的不一致性，并進一步提高所制造產品的質量。
圖7a-c和8a-c列出了對于由具有齒輪的波紋壓制頭所制造的各種直徑的同軸電纜當頻率范圍為約1000至2000MHz時所計算出的VSWR比率，其中，齒輪具有一恒定數目的齒輪齒(圖7a-c)，而根據本發明具有不同質數數目的齒輪齒(圖8a-c)。在此情況下，具有相同齒數的壓制頭的列表被彼此相鄰地放置。例如，圖7a，8a兩者都示出了具有3個齒輪頭的數據。通過將每一齒輪的每一齒輪齒設定一個隨機的全電阻值，其范圍為在被模擬的電纜的名義電阻值附近+/-2.00歐姆，典型的是50歐姆，進行模擬試驗。施加在電纜任意點上的電阻變化是，在齒輪齒與電纜接觸的那一點被設定為最高電阻。一個快速傅立葉變換(FFT)被應用到所得到的模擬電纜長度上，并生成相應的VSWR值。該值表示形成波紋的齒輪齒的效果，表明沿著電纜長度上連續地重復出現的周期性瑕疵，并不考慮任何其它潛在的電纜缺陷或者不規則性。實際的VSWR值。
通常，電纜質量等同于在相關頻譜上的VSWR的一致性。在模擬試驗中所表示的VSWR峰值的變化或者擴展越大，則一個單一峰值或者尖峰將在實際的范疇內達到被關注的足夠量值的可能性就越小。可以看到，在由具有相同齒數數目的波紋壓制齒輪制造的電纜中存在的所述明顯的單一VSWR峰值，在每一情況下，通常都被多個明顯地被削弱的VSWR峰值所替換。真正地，作為在模擬試驗中局限性的結果，實際上，該單一峰值的實際大小可以在2至3倍于圖示大小的范圍內，而多峰值光譜的大小不會這樣增大的。一種按照傳統方法制造的電纜可以在除了最接近于VSWR峰值的頻率之外的頻率上是有效的，而本發明則允許制造一種“通用的”電纜，其能夠被在一個寬頻率范圍內運用，在所有頻率上都具有低的VSWR。
已經進一步發現，具有不同質數數目的齒的齒輪頭的好處也可以通過一種齒輪頭實現，這種齒輪頭既具有不同質數數目齒的齒輪又具有設有非質數或者相同數目的齒的齒輪，因為VSWR峰值的擴展仍然能夠通過這樣一種組合而實現。對于具有3個齒輪的齒輪頭，已經發現，至少兩個齒輪應當具有不同質數數目的齒。對于具有4個或者5個齒輪的齒輪頭，至少3個齒輪應當具有不同質數數目的齒。
權利要求
1.一種用于在管上形成波紋的裝置，包括一個波紋壓制頭，該波紋壓制頭具有至少兩個波紋壓制齒輪，每一齒輪具有一橫截于管的主軸的齒輪軸，還包括用于使所述波紋壓制頭相對于所述管的主軸旋轉的裝置，每一波紋壓制齒輪具有相同的節距和一不同質數數目的齒輪齒。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述齒輪的數目在2至6個的范圍內。
3.按照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，每一質數數目在11至29的范圍內。
4.按照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述用于旋轉所述波紋壓制頭的裝置是一種空心軸電動機。
5.按照權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述波紋壓制頭被安裝在所述空心軸電動機的空心軸中。
6.一種用于在管上形成波紋的方法，包括使管通過一個波紋壓制頭，該波紋壓制頭具有至少兩個波紋壓制齒輪，每一齒輪具有一橫截于管的主通道的齒輪軸，而所述波紋壓制頭相對于所述管的主軸旋轉，以在管上壓制出一系列環形波紋，所述波紋是由所述齒輪頭的齒輪形成的，每一齒輪具有相同的節距和一不同質數數目的齒輪齒。
7.一種用于在管上形成波紋的裝置，包括一個波紋壓制頭，該波紋壓制頭具有至少三個波紋壓制齒輪，每一齒輪具有一橫截于管的主軸的齒輪軸，還包括用于使所述波紋壓制頭相對于所述管的主軸旋轉的裝置，其中至少兩個波紋壓制齒輪具有相同的節距和不同質數數目的齒輪齒。
8.按照權利要求8所述的裝置，其特征在于，至少一半數目的齒輪具有相同的節距和不同質數數目的齒輪齒。
9.按照權利要求8所述的裝置，其特征在于，齒輪的數目為4或者5個，而且至少三個齒輪具有不同質數數目的齒輪齒。
10.一種用于在管上形成波紋的方法，包括使管通過一個波紋壓制頭，該波紋壓制頭具有至少兩個波紋壓制齒輪，每一齒輪具有一橫截于管的主通道的齒輪軸，而所述波紋壓制頭相對于所述管的主軸旋轉，以在管上壓制出一系列環形波紋，所述波紋是由所述齒輪頭的齒輪形成的，至少兩個齒輪具有相同的節距和不同質數數目的齒輪齒。
全文摘要
一種用于形成環形的波紋管(10)和電纜的方法和裝置，其采用了一種多齒輪波紋壓制頭(30)，當欲被壓制波紋的管或電纜(10)穿過齒輪頭(30)被拉動時，該齒輪頭繞管(10)或電纜旋轉。兩個或者更多個齒輪(24)的每一齒輪具有一個不同質數的齒輪齒(26)，齒輪齒形成所述波紋(12)。根據本發明所形成的一種射頻電纜(10)表現出比由傳統的波紋壓制頭制造的電纜具有更高的一致性和質量，特別是，表現出改進的VSWR特性。
文檔編號H01B13/00GK1520341SQ02809299
公開日2004年8月11日 申請日期2002年5月9日 優先權日2001年5月11日
發明者約翰·多赫蒂, 約翰 多赫蒂 申請人:約翰·多赫蒂, 約翰 多赫蒂