CN101511520B - 齿轮测试和精磨机器 - Google Patents

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Abstract

一种用于诸如通过测试和精磨来加工齿轮的机器，该机器可适应宽泛范围的齿轮对轴间角(小于、等于和大于90度)，同时又可提供更高的机器刚度和增强的机器构件设置。该机器具有与静止柱(6)一体的基部(4)。倾斜床部分(8)也设置在基部(4)上。第二心轴(20)可动地安装到倾斜床部分(8)并可围绕竖直枢转轴线(B)枢转。

Description

齿轮测试和精磨机器
本申请要求2006年09月6日提交的美国临时专利申请第60/842,500号的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于加工齿轮的装置，具体地是用于测试和精磨诸如伞齿轮或圆柱齿轮之类的齿轮的装置。
背景技术
精磨是用于修正伞齿轮的齿表面的沿用已久的工艺。这是为用于伞齿轮的很多应用的其它硬修整加工提供经济替代方式的一种工艺。测试时，一对齿轮一起滚动并确定和分析诸如径向和/或轴向跳动、啮合噪声和接触斑点位置。
在精磨过程中，通过适当的工件夹紧设备将小齿轮和环形齿轮安装到精磨机器内的相应心轴。在齿轮组滚动的大部分情况下，小齿轮是驱动件并制动环形齿轮。各齿轮滚动啮合并将精磨膏或浆(可以是油(或水)和碳化硅或类似研磨剂的混合物)倒入啮合区域内。尽管测试机器不使用研磨材料，但测试机器通常具有与精磨机器相同的构型。
大多数精磨和测试机器具有可用于实现环形齿轮和小齿轮之间相对运动的三个可用自由度。作为沿环形齿轮轴线方向(应当称为方向G)相对运动的第一自由度、作为沿小齿轮轴线方向(应当称为方向H)相对运动的第二自由度以及作为环形齿轮和小齿轮轴线之间距离(应当称为方向V)的第三自由度。方向V还称为“双曲面偏移”。尽管很多精磨或测试机器具有彼此设置成90°的固定轴间角的环形齿轮和小齿轮轴线，但也已知有其环形齿轮和小齿轮之间轴间角可调节的机器。
在精磨或测试工艺中，沿V和H方向的相对运动会影响齿轮组构件的接触斑点的位置变化，有效地改变接触斑点。精磨包含使齿轮件啮合转动，在齿面上所要求的位置处接触。因此，将构件定位在特定的V和H位置以及特定的G方向位置以实现所要求的齿隙。
通常V、H和G运动各对局部齿接触斑点的长度方向和深度方向位置都有影响。当精磨齿轮组时，在有必要实现这种接触位置的偏移时，通过改变V和H设置来实现接触朝向齿表面的外部(跟部)或内部(趾部)之一偏移。当V和H变化以实现该偏移时，也必须改变G方向位置以保持所要求的齿隙。当达到所要求的跟部或趾部位置时，V和H位置再改变以将接触偏移到跟部位置或趾部位置中的另一个，改变V和H位置并伴随着适当的G方向变化来保持齿隙。然后该接触位置返回到开始位置。
发明内容
本发明提供一种机器，例如测试或精磨的机器，该机器用于加工齿轮，该机器可适应宽泛范围的齿轮对轴间角，同时又可提供更高的机器刚度和增强的机器构件设置。
附图说明
图1示出心轴以小于90°定向的本发明的机器。
图2示出心轴以180°定向的本发明的机器。
图3是机器基部的倾斜床部分内沟槽和管道的正视图。
图4是示出管道枢转的机器基底的俯视图。
图5是机器基部的倾斜床部分的侧视图，示出管道与沟槽连通。
具体实施方式
现将参照仅示例地表示本发明的附图对本发明的细节进行讨论。本发明将对作为较佳实施例的齿轮测试机器进行讨论和说明。但是，所讨论的细节同样可应用于诸如齿轮精磨、切割和研磨机器之类的齿轮加工机器。在所有附图中，且为了讨论目的，所示的机器位于水平表面上。
图1示出具有基部部分4的齿轮测试机器2，该基部部分4与静止柱6为一体。柱6可通过诸如螺栓或通过焊接之类的装置固定到基部4，或柱6和基部4可诸如通过浇铸形成单件单元。基部4和/或柱6可由诸如铸铁或钢板之类的金属制成，或者它们可由诸如浇铸矿物填充料之类的非金属材料制成。基部4还包括倾斜床部分8，该倾斜床部分8较佳地为作为基部4的一部分来浇铸，但也可以以类似于柱6的方式附连到基部4。较佳的是，柱6还附连到倾斜床部分8以提高机器的刚度。
第一滑动件10设置成通过至少一个引导件(例如轨道)12在柱6上上下(Y轴线)运动。第一心轴14通过心轴支承托架17设置在滑动件10上。心轴14能够通过至少一个引导件(例如轨道)18在滑动件10上水平(X轴线)运动。心轴14可围绕心轴轴线A旋转并可围绕竖直轴线枢转，尽管较佳的是心轴14不可枢转。
第二滑动件16设置成通过至少一个引导件(例如轨道)19在倾斜床部分8上水平(Z轴线)运动。第二心轴20设置在位于滑动件16上的心轴支承托架22内。心轴20和托架22较佳地可围绕枢转轴线B枢转。心轴20可围绕心轴轴线C旋转。较佳的是，轴线X、Y和Z彼此垂直但不是必须垂直。一个或多个轴线可与垂直设置相倾斜。较佳的是，枢转轴线B是竖直的。心轴14和20可以都是直接驱动心轴、皮带传动心轴或其组合。
心轴20和托架22的非角塔设计能够使枢转轴线B在测试和精磨期间靠近齿轮对的啮合点。较佳的是，枢转轴线B位于轴线C的心轴14侧上(当观看彼此成90°设置的轴线A和C时)。这种设置使线性轴线行进的范围最小并提高位置精确性。此外，例如在诸如安装到差动齿轮箱组件的环形齿轮需要诸如附加支承件的情况下，托架22可包括较佳地安装在平台23上的外端支承件。当不使用时或装载和卸载齿轮对构件、通常是环形齿轮时，外端支承件可向下并远离心轴20转动。
通过独立的驱动电动机(未示出)来赋予第一心轴14沿X轴线方向的运动、第二心轴20沿Z轴线方向的运动、滑动件10沿Y轴线方向的运动、心轴20围绕枢转轴线B的枢转、以及第一心轴围绕A轴线的转动和第二心轴围绕C轴线的转动。上述部件能够相对于彼此独立运动或可彼此同时运动。每个相应的电动机与诸如线性或旋转编码器(未示出)之类的反馈装置关联，反馈装置作为根据输入到诸如Fanuc model 180i之类的计算机控制器的指令控制驱动电动机的工作的CNC系统的一部分。
尽管用于伞齿轮的很多测试或精磨机器都构造成使得心轴轴线之间的角度为90°(大部分成对伞齿轮的轴间角)，本发明提供使心轴20能够枢转以可使用较宽泛范围的轴间角。例如，图1示出A轴线和C轴线之间的角度小于90°(例如65°)，而图2示出同一机器A轴线和C轴线彼此成180°设置。后一设置(即180°)适于测试或精磨其轴线通常彼此成180°设置的圆柱形齿轮(即正齿轮或斜齿轮对)。本机器还考虑A和C轴线之间的角超过180°，例如180°或更大。
在图3中，可以看出倾斜床部分8包括其中设有沟槽或通道28的倾斜表面26。沟槽28可加工到表面26内或可在起初制造倾斜床部分8时通过诸如铸造形成。沟槽28包括开口30，诸如管或槽之类的枢转管道32延伸穿过该开口30。管道32位于机器基部4内并从靠近机器基部4的外表面(例如与开口30相对)的位置延伸到沟槽28内的开口30。可将需要与心轴20连通以进行操作(包括枢转)的物件36(导线、管子等)引导通过枢转心轴24内的开口穿过管道，例如到达心轴20(图5)。管道32可在例如附图标记34处如图所示枢转，并连接到滑动件16，使得当滑动件16沿Z轴线方向运动时，管道32会在沟槽28的开口30内运动以随从滑动件16的运动，因此保持物件36与心轴20连通。由于导线、管子等通过管道32行进到心轴20，提高了机器的工作区域的可视性。
本发明的机器还较佳地包括将用于使心轴14和托架17沿X方向运动的滚珠螺杆(未示出)设置在心轴14和柱6之间但在心轴14的中心下方的位置处。例如，当从心轴14和托架17后面看时，滚珠螺杆可位于5点钟位置而不是常规的3点钟位置。
此外，上部和下部X方向轨道18较佳地以倾斜方式设置，使上部轨道比下部轨道更靠近柱6设置。由于所述的滚珠螺杆和轨道设置，就可实现心轴相对于Y方向轨道悬伸的减少并形成适当的空间，使得如果需要的话，可将用于驱动心轴14的皮带传动电动机设置成比如果轨道18到柱6距离相等的情况更靠近柱6。可将轨道18和/或19的顶部表面相对于床部分8和/或滑动件10的倾斜度大致平行定向(见例如图5中的附图标记19)，或者可将轨道18和/或19的顶部表面如图3中由附图标记19示例的那样水平地定向。
在测试或精磨时，环形齿轮较佳地定位在心轴20内且小齿轮通过常规工件夹紧装备设置在心轴14内。如上所述，研磨或测试的第一运动自由度是沿环形齿轮轴线C方向(称为方向G)的相对运动，齿轮对构件具有90°轴间角时该第一运动自由度会沿Z轴线方向，但当存在不同于90°的轴间角时需要沿X和Z轴线方向的协调运动。第二自由度是沿小齿轮轴线A方向(称为方向H)的相对运动，该自由度沿X轴线方向。第三自由度是环形齿轮和小齿轮轴线之间的距离(称为方向V)，该自由度沿Y轴线方向。
应当理解，当在所述机器上精磨齿轮时，必须设置避免轨道、心轴、平台和任何其它部件受到研磨精磨膏不利影响的适当屏蔽件或覆盖件。可利用用于齿轮对构件的密封精磨腔。如果需要，第一心轴14和第二心轴20可以固定方式(即都不可枢转)相对于彼此定向成X轴线和Z轴线彼此垂直(即定向成90度)延伸，由此能够以固定的90°定向来加工齿轮对构件。
尽管参照较佳实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于其特定形式。本发明意在要包括对本主题所述领域的技术人员显而易见的各种更改，而不背离所附权利要求书的精神和范围。

Claims (22)

1.一种齿轮加工机器，包括：
基部，所述基部与从所述基部向上延伸的静止柱为一体；
第一心轴，所述第一心轴可动地安装到所述静止柱，所述第一心轴具有转动轴线；
静止倾斜床部分，所述倾斜床部分设置在所述基部上，所述倾斜床部分附连到所述静止柱；
第二心轴，所述第二心轴可动地安装到所述倾斜床部分，所述第二心轴具有转动轴线；
所述第一心轴和所述第二心轴可相对于彼此沿多达三个不同的方向平移。
2.如权利要求1所述的齿轮加工机器，其特征在于，还包括：
所述第一心轴和所述第二心轴中的至少一个可相对于彼此成角度地围绕至少一个枢转轴线运动，由此所述第一心轴轴线和所述第二心轴轴线可相对于彼此定位以实现齿轮对构件以彼此成预定角度进行加工，所述预定角度是小于、等于或大于90度中的至少一个。
3.如权利要求1所述的齿轮加工机器，其特征在于，还包括设置在所述静止柱和所述第一心轴之间的可动的第一滑动件。
4.如权利要求3所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第一滑动件可沿所述三个不同方向中的第一个方向运动。
5.如权利要求3所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第一心轴可沿所述三个不同方向中的第二个方向运动。
6.如权利要求1所述的齿轮加工机器，其特征在于，还包括设置在所述倾斜床部分和所述第二心轴之间的可动的第二滑动件。
7.如权利要求6所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第二心轴位于支承托架内，所述支承托架设置在所述第二滑动件上并可相对于所述第二滑动件成角度地运动。
8.如权利要求7所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述托架包括外端支承件。
9.如权利要求6所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第二滑动件可沿所述三个不同方向中的第三个方向运动。
10.如权利要求2所述的齿轮加工机器，其特征在于，仅所述第二心轴能够围绕枢转轴线成角度地运动。
11.如权利要求2所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述至少一个枢转轴线竖直定向。
12.如权利要求1所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述三个不同方向彼此垂直。
13.如权利要求2所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第二心轴可围绕枢转轴线成角度地运动，当所述第一和第二心轴的轴线彼此成90度定向时，所述枢转轴线设置在所述第一心轴和作为基准的所述第二心轴的所述轴线之间。
14.如权利要求6所述的齿轮加工机器，其特征在于，还包括：
所述倾斜床部分，所述倾斜床部分具有倾斜表面，所述倾斜表面上具有开口；
可枢转管道，所述可枢转管道具有从所述机器的外表面附近的位置延伸的第一端和延伸穿过所述开口的第二端，所述可枢转管道的所述第二端可沿所述开口运动，由此所述可枢转管道会随从所述第二滑动件的运动。
15.如权利要求1所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第一心轴可通过设置在所述第一心轴和所述静止柱之间且在所述第一心轴的中心下方的滚珠螺杆沿水平方向(X)相对于所述静止柱运动。
16.如权利要求3所述的齿轮加工机器，其特征在于，所述第一心轴通过上部轨道和下部轨道可动地设置在所述第一滑动件上，所述上部轨道比所述下部轨道设置成更靠近所述静止柱。
17.一种齿轮测试或精磨机器，包括：
基部，所述基部与从所述基部向上延伸的静止柱为一体；
第一滑动件，所述第一滑动件设置在所述静止柱上并可沿第一竖直方向(Y)运动；
第一心轴，所述第一心轴可动地设置在所述第一滑动件上，所述第一心轴可沿第一水平方向(X)运动并具有转动轴线(A)；
静止倾斜床部分，所述倾斜床部分定位在所述基部上，所述倾斜床部分附连到所述静止柱；
第二滑动件，所述第二滑动件设置在所述倾斜床部分上并可沿第二水平方向(Z)运动；
第二心轴，所述第二心轴可动地安装到所述第二滑动件，所述第二心轴具有转动轴线(C)；
所述第二心轴可围绕枢转轴线(B)成角度地运动，由此所述第一心轴的转动轴线(A)和所述第二心轴的转动轴线(C)可相对于彼此定位成实现齿轮对构件彼此成预定角度的测试或研磨，所述预定角度是彼此成小于、等于或大于90度中的至少一个。
18.如权利要求17所述的齿轮测试或精磨机器，其特征在于，所述第一水平方向(X)、所述第一竖直方向(Y)和所述第二水平方向(Z)彼此垂直。
19.如权利要求17所述的齿轮测试或精磨机器，其特征在于，当所述第一和第二心轴的轴线彼此成90度定向时，所述枢转轴线设置在所述第一心轴和作为基准的所述第二心轴的所述轴线之间。
20.如权利要求17所述的齿轮测试或精磨机器，其特征在于，还包括：
所述倾斜床部分，所述倾斜床部分具有倾斜表面，所述倾斜表面上具有开口；
可枢转管道，所述可枢转管道具有从所述机器的外表面附近的位置延伸的第一端和延伸穿过所述开口的第二端，所述可枢转管道的所述第二端可沿所述开口运动，由此所述可枢转管道会随从所述第二滑动件的运动。
21.如权利要求17所述的齿轮测试或精磨机器，其特征在于，所述第一心轴可通过设置在所述第一心轴和所述静止柱之间且在所述第一心轴的中心下方的滚珠螺杆沿第一水平方向(X)相对于所述静止柱运动。
22.如权利要求17所述的齿轮测试或精磨机器，其特征在于，所述第一心轴通过上部轨道和下部轨道可动地设置在所述第一滑动件上，所述上部轨道比所述下部轨道设置成更靠近所述静止柱。
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