机加工内锥齿轮的方法
【专利说明】机加工内维齿轮的方法 本申请要求2013年9月12日提交的美国临时专利申请第61/876,859号的权益，在此W 参见的方式引入该专利申请的全文内容。 发明领域
[0002] 本发明设及锥齿轮，并且尤其是设及内锥齿轮。 发明背景
[0003] 高减速变速器可W用W不等于180°的轴间角彼此面对的锥环齿轮实现(例如，授 予Lemanski的US 7，147，583)。被称为周环式变速器的运种变速器包括包含高减速比、高齿 重合度W及章动/旋转齿轮机构的系统，该章动/旋转齿轮机构包含晒合共辆锥环齿轮或端 面齿轮副。例如，图1所示的周环式变速器2具有输入轴4,输入轴4连接到W章动角倾斜的轴 承6。轴承的外环连接到在两端面上具有齿的周环运动转换器8。周环运动转换器8上的齿数 与刚性连接到壳体12的反作用控制构件10的齿数相差1至4之间。输入轴4的每次旋转将引 起周环运动转换器8的章动运动，周环运动转换器8在左侧与反作用控制构件10晒合，而在 右侧与输出齿轮14晒合。输出齿轮14具有与反作用控制构件10相同的齿数。
[0004] 如果周环运动转换器8上的齿数比反作用控制构件10(和输出齿轮14)的齿数多例 如2个，则输入轴4的每次旋转将使输出轴16 (其刚性连接到输出齿轮)旋转2个齿距（即，2个 齿）。如果输出齿轮上的齿数例如是54,则传动比是i = 360°/[(360°/54)*2]=27(或27x 1)。运表明，章动周环运动转换器的原理可W在具有数量少的转动件的非常紧凑布置中实 现非常高的减速。周环运动转换器8的齿与反作用控制构件10W及输出齿轮14的齿之间的 重合度非常高。可能的是，5个或5个W上的齿参与运动传动，运使相当小的齿轮能够用于高 转矩传动。周环运动转换器8的低旋转运动将使齿晒合过程中因摩擦引起的能量损耗降到 最小并因此导致高传动效率。
[000引能够引入在刚性连接到反作用控制构件10的壳体部件12与输入轴4之间的额外旋 转。运种运动可W通过具有由电子电路控制的变速控制装置的电动机18致动。运种添加有 效地将高减速传动转换成无级变速传动。
[0006] 如上所述的变速器还没有实现为实际工业应用中的生产单元。仅原型已经使用具 有球头端锐刀的加工中屯、加工出来，运需要非常长的加工时间并适合验证该传动原理的想 法的需求。还作出了解释齿轮、尤其是周环运动转换器8的工业化、成本有效加工的障碍的 下列观察报告。
[0007] 反作用控制构件10和周环运动转换器8的节锥顶点在两个齿轮构件的轴线交点处 重合，运由物理定律给出。运种类型的布置用图2(a)和2(b)的齿轮20、22表示。如果两个面 对的环形齿轮组合的齿数不同（如在周环变速器2中），则运也是正确的。如果两个面对的锥 环齿轮具有在178°与175°之间的轴间角，则节锥可W如图2(b)所示画出，运意味着反作用 控制构件1〇(和输出齿轮14)是外环形齿轮，而周环运动转换器8在两端面上具有内锥齿轮。 为了讨论的目的，外锥齿轮被认为是那些具有小于90度的节锥角、由此具有远离齿轮轴线 指向外的各齿的齿轮。内锥齿轮被认为是那些具有具有大于90度的节锥角、由此具有向齿 轮轴线指向内指的各齿的齿轮。
[0008] 因为刀具必须从齿轮的背面（图2c和2d)接近齿并将展成齿而不是槽，因此不能按 常规加工内螺旋锥齿轮。结果将是内齿轮的完全损坏。即使能够(根据锥齿轮展成原理)从 正面（图2c)切削内齿轮，但圆形刀具轨迹将导致二次切口并引起切断，运将损坏在切削区 的相反侧处的齿(例如，图6,干设区域）。
[0009] 也公开了外端面齿轮构件和内端面齿轮构件可从同一插齿刀得到的如图3所示的 端面齿轮解决方案。图3示出了直齿插齿刀，该直齿插齿刀处于其展成在左边齿轮上的外端 面齿轮齿并在同一位置展成在右边齿轮上的内端面齿轮齿的位置。可W观察到，插齿刀从 正面(外面)接近外齿轮，其中，插齿刀的同一部分应该在同一位置形成内齿轮的齿。运导致 插齿刀损坏并切除内端面齿轮的外缘W从背面到达齿侧。展成与外端面齿轮正确匹配的齿 侧所要求的运个关系不能在实际加工中实现。
[0010] 上述讨论识别了阻止内锥齿轮的常规加工的某些原因。现有原型已经或者用Ξ维 打印或者用在多轴组合加工中屯、机床上的球头端锐刀加工出来。组合加工中屯、机床例如通 常使用面坐标，该面坐标可W使用切削模拟来计算，该切削模拟不管在实际实践中各部件 在从背面切削槽时会被切断或损坏都可工作。
【发明内容】
[0011] 本发明设及具有小于180°且优选地大于135°的轴间角的锥齿轮组，该锥齿轮组由 外锥齿轮和内锥齿轮组成。内锥齿轮是非展成的并根据展成匹配的外齿轮的互补加工设定 来制造。为了加工匹配的外齿轮，内直齿锥齿轮的镜像用作展成齿轮。
【附图说明】
[0012] 图1示出了高减速周环变速器的Ξ维局部分解图。
[0013] 图2(a)示出了左边的外直齿锥齿轮和右边的内直齿锥齿轮。
[0014] 图2(b)示出了处于具有重合的节锥的晒合位置的来自图2(a)的齿轮。
[0015] 图2(c)示出了具有从正面出现的刀具和从背面出现的另一刀具的、具有展成齿廓 的内环形齿轮的二维剖面图。
[0016] 图2(d)示出了具有从正面出现的刀具和从背面出现的另一刀具的、具有非展成齿 廓的内环形齿轮的二维剖面图。
[0017] 图3示出了处于其展成在左边齿轮上的外端面齿轮齿并在同一位置展成在右边齿 轮上的内端面齿轮齿的位置的直齿成型刀具。
[0018] 图4示出了虚拟平面展成齿轮和形成展成齿轮的一个齿的两个互锁刀具的Ξ维视 图。
[0019] 图5示出了在具有在上面展成的直齿小锥齿轮和在下面展成的直齿锥齿轮的水平 布置中的、来自图4的平面展成齿轮的Ξ维视图。
[0020] 图6示出了具有干设区域的内锥齿轮和圆形端面刀尖轨迹的图示的Ξ维视图。
[0021 ]图7示出了内锥齿轮和互锁周缘刀具的两个圆形刀尖轨迹的图示的Ξ维视图。 [0022]图8示出了具有虚拟锥形展成齿轮和内直齿锥工作齿轮的锥齿轮基本机床(数学 模型）的二维俯视图。
[0023]图9示出了具有虚拟锥形内展成齿轮和外直齿锥工作齿轮的锥齿轮基本机床的二 维俯视图。
【具体实施方式】 此说明书中使用的术语"发明"、"该发明"和"本发明"意在宽泛地设及此说明书和下述 任何专利权利要求的所有主题。包含运些术语的陈述不应理解为限制文中所述的主题，或 者限制下面任何专利权利要求的含义或范围。此外，此说明书并不试图在本申请的任何具 体部分、段落、陈述或附图中描述或限制被任何权利要求覆盖的主题。应参照整个说明书、 所有附图和下文的任何权利要求来理解主题。本发明能够呈其它构造，并能够W各种方式 来实践或实施。还有，应理解的是，运里所用的措词和术语是为了说明的目的，而不应被认 作为是限制性的。 现将参照仅示例地示出表示本发明的附图对本发明的细节进行讨论。图中，类似的结 构或部件用相同的附图标记来表示。在此使用"包括"、"具有"和"包含"及其变型意味着包 含了下文所列的物品及其等效物W及附加的物件。尽管下文在描述附图时可参照诸如上、 下、向上、向下、向后、底部、顶部、前、后等的方向，但出于方便可相对于附图（如通常所示） 来进行参照。运些方向并不意在按文字上来取或W任何形式来限制本发明。此外，诸如"第 一"、"第二"、"第立"等的术语在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重要性或意义。
[0026] 如上所述，图1示出了具有输入轴4的变速器的局部分解图，输入轴4连接到W章动 角倾斜的轴承6。轴承的外环连接到周环运动转换器8，周环运动转换器8在两端面上有齿， 周环运动转换器的齿数与刚性连接到壳体12的反作用控制构件10的齿数相差1至4。输入轴 4的每个旋转将引起周环运动转换器8的章动运动，周环运动转换器8在左侧与反作用控制 构件10晒合而在右侧与输出齿轮14晒合。输出齿轮14具有与反作用控制构件10相同的齿 数。如果周环运动转换器8上的齿数比反作用控制构件10(和输出齿轮14)的齿数多二（2) 个，则输入轴4的每次旋转将使输出轴16(其刚性连接到输出齿轮14)旋转2个齿距（即，2个 齿）。例如，如果输出齿轮的齿数是40，则传动比是i = 360° /[ (360° /40)*2] = 20 (或20x 1)。 运表明，章动周环运动转换器的原理可W在具有数量少的转动件的非常紧凑布置中实现非 常高的减速。周环运动转换器8的齿与反作用控制构件10W及输出齿轮14的齿之间的重合 度非常高。可能的是，5个或5个W上的齿参与运动传动，运使相当小齿轮能够用于高转矩传 动。周环运动转换器8的低旋转运动将使齿晒合过程中因摩擦引起的能量损耗降到最小，并 因此导致高传动效率。
[0027] 如前面提到的，能够引入在壳体部件12(其刚性连接到反作用控制构件10)与输入 轴4之间的额外旋转。运种运动可W通过诸如具有由电子电路控制的变速控制装置的电动 机18致动。运种添加有效地将高减速传动转换成无限变速传动。
[0028] 图2(a)示出了左边的外直齿锥齿轮20和右边的内直齿锥齿轮22。两个齿轮之间的 齿数差在该实例中是1个。在运种布置中，内齿轮22具有较大齿数。图2(b)示出了具有重合 的节锥和与轴交点重合的节锥顶点的处于晒合位置的来自图2(a)的齿轮。节锥角的差等于 轴间角Σ减去90°。
[0029] 图2(c)示出了具有从正面出现的刀具26和从背面出现的另一刀具28的内环形齿 轮24的二维剖面图。刀具表示展成齿轮(展成齿条）的一个齿，当内工作齿轮绕其中屯、旋转 时，该刀具在图中垂直移动。如果内齿轮的齿廓应用从正面出现的刀具26展成，则齿30的凹 齿廓在展成位置变成完全切断(损毁）。如果齿30的齿廓应用从背面出现的刀具28展成，贝U 工作齿轮24的整个巧将被损坏。
[0030] 图2(d)示出具有非展成齿廓34的内环形齿轮32的二维剖面图。刀具36从正面出现 而另一刀具38从背面出现。从背面出现的刀具38表示与工作齿轮(仅需要插入，不需要展成 运动）相同的展成齿轮的一个齿。从正面出现的刀具36表示其是工作齿轮(仅需要插入，不 需要展成运动）的镜像的展成齿轮的一个齿。如果齿廓用从背面出现的刀具38形成，则工作 齿轮32的整个巧将被损坏。如果内齿轮32的齿廓应用从正面出现的刀具36形成，则形成正 确齿侧形状34而没有任何切断风险。
[0031] 本发