专利名称：无间隙的齿轮传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无间隙的齿轮传动机构。
有一种无间隙的齿轮传动机构曾在英国专利1251941号说明书中公开过，其中至少有一对啮合带齿元件的齿是由弹性橡胶或塑料制成的，并且还可另外配上槽或孔以便增加它们的可变形性。当推动两个带齿元件啮合时，一个元件的可变形的齿便可不带间隙地与另一个元件的齿完全啮合。但这种齿轮传动装置只适用于非常小的载荷，因为由于齿的可变形性，啮合带齿元件之间会发生滑动。
欧洲专利0084197号说明书也曾提供过一种对齿轮传动机构内间隙问题的解决方案。该专利的齿轮传动机构具有一对啮合带齿元件，其中每一带齿元件的齿都具有在横向上不对称的形状，当啮合时须在垂直于带齿元件旋转平面的方向上推动带齿元件使它们互相接触。另外，在带齿元件的齿上可开槽以便增加其可变形性，这样来保证不带间隙的啮合。但这种装置必须包括在垂直于带齿元件旋转平面的方向上推动带齿元件以使它们接触的装置。
英国专利1202806号说明书也曾提供过一种对齿轮传动机构内间隙问题的解决方案。所述解决方案比EP0084197更接近于GB1251941。GB1202806的齿轮传动机构为一内(或环)齿轮传动机构，它所应用的原理为，当推动第一啮合带齿元件与第二带齿元件啮合时，第一带齿元件上的由易变形材料制成的齿产生变形而与第二带齿元件上的齿完全啮合，从而防止造成间隙。由于所使用齿的高度可变形性，这种齿轮传动机构同样容易发生滑动。
本发明的目的就是要在不过分削弱机构驱动能力的前提下提供一种消除间隙的齿轮传动机构来避免并减少现有技术的齿轮传动机构中所存在的上述缺点。
按照本发明所提供的齿轮传动机构的两个啮合带齿元件中的一个元件至少有几个齿具有在纵长上为波状的横向截面，从而所说两个元件可以啮合到这样程度，即在任何时候，一个具有在纵长上为波状的横向截面的齿与另一个元件的两个相对而又相邻的齿中的每一个齿都至少有一个点接触。
最好，所说两个元件中的一个元件的所有齿都具有在纵长上为波状的横向截面。
另外最好，另一个元件的所有齿都具有相应而相反的在纵长上为波状的横向截面。
并且最好，两个啮合带齿元件的纵长上为波状横向截面的齿都具有规则的波状。
啮合带齿元件的齿可弹性地变形。
两个啮合带齿元件通常都可是齿轮。
或者，所说啮合带齿元件中的一个元件可以是齿条，这样就得到一个形式为齿条和小齿轮的齿轮传动机构。
最好，一个啮合带齿元件上的齿的节距比另一个啮合元件上的相邻齿的间距略微大些。
齿轮传动机构可包括正齿轮、斜齿轮或内齿轮传动机构。
从下面结合附图以示例方式对最佳实施例所作的说明中可更容易了解本发明的上述这些和其他的特点。在附图中
图1a为一对具有普通结构的渐开线齿轮的周边在一平面上部分展开时的示意图；图1b为图1a的两个齿轮中每一个齿轮的齿的轮廓；图2为按照本发明第一实施例的齿轮机构的透视图；图3a为构成图2所示本发明实施例的一对齿轮的周边在一平面上部分展开时的示意图；图3b为图3a中沿A—A线的截面图，概略地示出在齿轮面宽的一个选定位置上，第一实施例的齿轮间的齿接触模式；图3c为图3a中沿B—B线的截面图，概略地示出在齿轮面宽的一个选定位置上，第一实施例的齿轮间的齿接触模式；图4a和4b示出本发明第一实施例的齿轮的可替代的齿轮廓；图5为本发明的第二实施例的透视图。
参阅附图，图1a概略地示出一对正渐开线齿轮(10、11)的周边在一平面上部分展开的情况，借以说明齿轮(10、11)在齿间的啮合接触。在象这样的一种已知齿轮机构中，驱动齿轮10(用阴影线示出)的齿与从动齿轮11的齿啮合时，驱动齿轮10的齿的前齿面10′与从动齿轮11的相关齿的后齿面11′接触以便将驱动力从驱动齿轮10传送到从动齿轮11。这时就有一个被称为间隙的空隙存在于驱动齿轮10的每一齿的后齿面10″与从动齿轮11的后一个齿或尾随齿的前齿面11′之间。
图1b示出构成图1a中齿轮机构的齿轮的齿的轮廓，该齿具有通常的轮廓，这将用来与后面将要说明的本发明实施例的带齿元件所希望的齿的轮廓进行对比。
间隙可能成为单向传动的问题，特别是轻载时。在这种情况下，由于负载的轻微波动，驱动齿轮的齿会间歇地与从动齿轮的齿脱离接触，从而齿轮会卡搭作响。这种现象实际上在汽车上是常见的。但间隙在双向传动系统中是一个特有的问题，当反向驱动时，从动齿轮11现在变成驱动齿轮，它必须转动一个相当于间隙的微小数量才能使反方向的驱动建立起来。从动齿轮11(现在是驱动齿轮)在建立起反向驱动之前的这个转动也被称为间隙，而这是所不希望的，因为它会产生传动中震动，而这会使轮齿损坏。
间隙问题不仅是动力传送中的一个特殊问题，而且在需要精确控制结构位置的地方，如机器人、机床或测量仪器，当用齿轮结构的形式提供传动系统时会造成严重的问题。
图2示出按照本发明的第一实施例的齿轮机构20的透视图。该齿轮机构具有形式为齿轮(22、24)的第一和第二带齿元件，为了清晰起见，在图上每一元件都只示出一个齿(26、28)。这两个齿轮(22、24)上的齿(26、28)都具有相同的形状，并且在横向上都成为一般为S形的波状。第一齿轮22的齿与第二齿轮24的齿不同，在啮合时，各齿(26、28)便接触在驱动侧曲线的一个点上，也接触在从动侧曲线的一个反向点上。
从齿形曲线的前面的曲线凸出点量到后面的曲线凸出点的齿轮(22、24)上的齿(26、28)的节距最好比它所插入啮合的齿间距略微大出一个预定量以使齿轮(22、24)能弹性地插入啮合且两个齿轮上的齿(26、28)的S状外形都略微变形，从而防止产生间隙。齿形具有细长比例以便容易使齿轮弹性地插入啮合。
虽然上面说过最好每一齿轮(22、24)上的所有齿(26、28)在横向都成为波状，但应知道，即使只有其中一个齿轮上的一些齿在横向上成为波状，齿轮机构仍可防止产生间隙，只要在任何时候都至少有一个波状齿与另一个齿轮上的邻近齿啮合接触即可。事实上，两个齿轮都可既有通常形状的齿，也有上述的波状的齿。
图3a更直接地示出图2中的齿轮机构的第一和第二齿轮(22、24)的齿(26、28)啮合接触。可以看到第一齿轮22(用阴影线示出)的齿26与第二齿轮的齿啮合时，每一个齿与另一个齿轮上的两个相邻齿中的每一个齿都至少有一个点接触。
图3b和3c分别示出在沿齿的面宽的选定位置上各齿轮的齿间的接触模式。
虽然设想齿和齿轮可用通常的方法例如由金属切削而成，但齿和齿轮为了消除间隙也可由包括橡胶和塑料在内的任何合适的材料制成。只是用来制造齿的材料应比上面提到的现有技术的齿轮机构所用的材料具有更大的刚度从而可避免在啮合齿轮之间发生滑动。
图4a和4b示出本发明的两个最佳的齿形轮廓，但图4b所示的齿形轮廓只适用于配合齿轮的齿具有图4a所示轮廓的情况。图4a所示齿侧面的深度比标准齿的大以达到正确的比例，从而完成上面所说的功能并使轮齿具有一定弹性。
图5示出形式为一齿条40和小齿轮42的本发明的第二实施例。在该实施例中消除间隙的方式与上面所说的完全相同。
在本发明的实施例中，齿轮可以是正齿轮或螺旋齿轮但最好具有修正的渐开线齿形。轮齿最好具有高的纵横比和小的节距。在啮合时齿顶部可能只有50至60％参加接触，其余的齿深用来增添所需的柔性以便能在齿的两个侧面上接触而不会使根部或齿侧面具有过多的应力。
本发明的齿轮机构提供了一种可使任何由齿轮定位的结构达到精确位置的装置，并且在返回点上不会有运动的损失。这对某些用途如机器人、机床和测量仪器特别有用。
另外，本发明的齿轮机构还可降低噪声和轮齿的高动力负载，这些问题都是由于波动的转矩被间隙或“甩动”(累积间隙)增强而引起的。
权利要求
1.一种具有两个啮合带齿元件的齿轮传动机构，其特征为，所说两个元件中的一个元件至少有几个齿具有在纵长上为波状的横向截面，从而所说两个元件可以啮合到这样程度，即在任何时候，一个具有在纵长上为波状横向截面的齿与另一个元件的两个相对而又相邻的齿中的每一个齿都至少有一个点接触。
2.按照权利要求1的齿轮传动机构，其特征为，所说一个元件的每一个齿都具有在纵长上为波状的横向截面。
3.按照权利要求2的齿轮传动机构，其特征为，另一个元件的每一个齿都具有相应而相反的在纵长上为波状的横向截面。
4.按照以上权利要求中任一项的齿轮传动机构，其特征为，每一个具有在纵长上为波状横向截面的齿都具有规则的波状。
5.按照以上权利要求中任一项的齿轮传动机构，其特征为，啮合带齿元件的齿可弹性地变形。
6.按照以上权利要求中任一项的齿轮传动机构，其特征为，两个啮合带齿元件通常都可是齿轮。
7.按照权利要求1至5中任一项的齿轮传动机构，其特征为，所说啮合带齿元件中的一个元件可以是齿轮，而另一个元件可以是齿条，这样就得到一个形式为齿条和小齿轮的齿轮机构。
8.按照以上权利要求中任一项的齿轮传动机构，其特征为，一个啮合带齿元件上的齿的节距比另一个啮合元件上的相邻齿的间距略微大些。
9.按照权利要求1至6中任一项的齿轮传动机构，其特征为，齿轮传动机构可包括正齿轮、斜齿轮或内齿轮各种机构。
全文摘要
一种具有啮合带齿元件(26、28)的无间隙齿轮传动机构。带齿元件中的至少一个元件有几个齿具有波状S形的横向截面。并且轮齿的安排使得带齿元件啮合时，具有波状横向截面的一个齿与另一个元件的两个相对而又相邻的齿中的每一个齿都至少有一个点接触(A，B)，这样来防止产生间隙。
文档编号F16H55/17GK1117310SQ9419105
公开日1996年2月21日 申请日期1994年11月29日 优先权日1993年12月6日
发明者丹尼尔·戴安 申请人:珀金斯有限公司