CN1235698C - 管的波纹压制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于形成环形的波纹管(10)和电缆的方法和装置，其采用了一种多齿轮波纹压制头(30)，当欲被压制波纹的管或电缆(10)穿过齿轮头(30)被拉动时，该齿轮头绕管(10)或电缆旋转。两个或者更多个齿轮(24)的每一齿轮具有一个不同质数的齿轮齿(26)，齿轮齿形成所述波纹(12)。根据本发明所形成的一种射频电缆(10)表现出比由传统的波纹压制头制造的电缆具有更高的一致性和质量，特别是，表现出改进的VSWR特性。

Description

管的波纹压制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种管的波纹压制装置，尤其是涉及这种装置的波纹压制头。

背景技术

波纹管的应用在通信和电力传输领域已经不断地变得更加普遍。波纹管是一种用于传输各种信息和/或电流的有效器件。人们已经研发了几种不同的方法和装置以用于制造这种管。

本发明涉及一种用于给管压制波纹的装置，尤其是用于对在这类管的连续生产线上形成波纹，这类管被用在高频电缆、导波器和类似器件上。

人们已经设计出许多方法和装置以在金属(包括金属类)管上制造出波纹。通常是在特别需要柔性的场合要运用压制波纹。波纹管有两种一般分类，螺旋形的和环形的。在螺旋形管中，管是沿着其长度以一连续的螺旋线形成波纹的。在环形管中，波纹是以单个波纹环带的形式而成形的。环形电缆典型地被应用在户外，在这里要考虑到水份迁移的因素。采用螺旋形电缆，波纹螺旋的连续形式能够允许进入孔中的水份沿着管长度上的螺旋进行迁移。而环形电缆的单个的波纹或者环带却限制了这种迁移。

在用于高频发射传输的波纹管的情况下，波纹形成的平滑度和均匀性是特别关键的，比如同轴电缆和波导器，其中衰减和一致性必须符合机械标准，比如军事标准ML-C-28830C。人们发现，容易被观察到的环带不完整以及节距变化太小会产生不希望的高反射或者驻波。

质量缺陷可以来源于机械振动，这可以由设备的各种因素引起。轴承座、皮带轮、齿轮箱、皮带和托辊都可能是这种振动的因素。这种振动，常常数目上很小，通常是周期性的并与波纹形成的不相容，它反过来能够在电缆或者管在频谱上的电响应中产生变化，并且特别是在电缆的电压驻波比(VSWR)中产生变化。希望的是，VSWR尽可能的低，1.00表示没有反射损失，通常的希望数值是1.05-1.15。一种具有几个齿轮的波纹压制装置的典型波纹压制头的旋转是产生这种振动的首要因素，并且在制造具有低的和稳定的VSWR的电缆和波导器中是一个有意义的范围。

美国专利US3780556是用于制造环形波纹管的示例性公知装置。一个波纹压制头具有一个或者多个齿轮样的波纹压制轮，每一波纹压制轮被安装成既可以绕一根与要被波纹压制的管的主纵轴横切的轴线自由转动，又可以绕该管的纵轴进行轨道旋转。管沿着该纵轴穿过该波纹压制头而被拉动，同时该波纹压制轮绕管进入轨道运行。齿轮齿在管上压出环形波纹，作为齿轮的自由转动特性的结果，波纹压制轮的单个齿轮齿与由其它齿轮产生的波纹部分排列成行。齿轮的通常形状、以及它们的轨道转速和管子穿过压制头前进的纵向速度，都是按照现有技术来确定和应用。

尽管采用上述技术的压制波纹装置通常能够以有效的方式制造环形的波纹管，由于需要高的公差，特别是再连同高频射频电缆的高生产率，因而最后已经很难大量制造出这种电缆而没有会影响它们性能的缺陷和/或不一致性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于管波纹的压制的方法和装置，尤其是涉及具有多个齿轮类型的波纹压制头，它具有改进的性能和一致性。

本发明的另一目的是提供一种管波纹的压制方法和装置，其允许要被生产的环形波纹管的长度增加，并具有比以前已经生产的波纹管更高的精度和均匀性。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于在管上形成波纹的装置，包括一个波纹压制头，该波纹压制头具有至少两个波纹压制齿轮，每一齿轮具有一横截于管的主轴的齿轮轴，还包括用于使所述波纹压制头相对于所述管的主轴旋转的装置，每一波纹压制齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。根据本发明的实施例，所述齿轮的数目在2至6个的范围内，每一质数数目在11至29的范围内。

另一方面，本发明提供了一种用于在管上形成波纹的方法，包括使管通过一个波纹压制头，该波纹压制头具有至少两个波纹压制齿轮，每一齿轮具有一横截于管的主轴的齿轮轴，而所述波纹压制头相对于所述管的主轴旋转，以在管上压制出一系列环形波纹，所述波纹是由所述齿轮头的齿轮形成的，至少两个齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。

根据上述和其它的目的和优点，本发明的方法，以及根据本发明的一种管的波纹压制装置，具体表现为一种多齿轮压制头，其中，每一齿轮具有不同数目的齿轮齿。每一齿轮的齿具有相同的节距，这样每一齿轮就具有不同的直径。每一齿轮上的齿数可以被选择以使可带来有害振动的结构附加性最小，这些振动来源于齿轮的旋转，这样，被传递给通过波纹压制头的管子的这些振动的影响以及其自身表现为管的非一致性的影响被最小化。特别是，每一齿轮具有一个不同质数，这会导致附加的振动影响最小。齿轮头最好是采用一个空心轴以进一步限制和最小化这种振动影响。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的一个优选的但只是示例性的实施例进行详细描述，将会更全面地理解本发明，其中：

图1为根据本发明形成的一种具有环形波纹的射频电缆的示意图；

图2为本发明的一种波纹压制齿轮的正视图；

图3为本发明所用的一种波纹压制头的端视图；

图4为本发明的一种采用了四个齿轮的波纹压制头的端视图；

图5为本发明的一种采用了五个齿轮的波纹压制头的端视图；

图6为一种可以用于本发明的空心轴电动机的透视图；

图7a-c为一系列表格，示出传统的环形波纹电缆的模拟VSWR响应；以及

图8a-c为一系列表格，示出根据本发明形成的相应环形波纹电缆的模拟响应。

具体实施方式

首先如图1所示，一种RF电缆或者类似的管形结构，在其外壁表面10上具有环形波纹，其具有恒定节距12的波纹，该节距是指相邻环带的对应位置之间的距离。每一环带具有一个较大的外径14和一个较小的外径16。特别是当被形成在齿轮头型的波纹压制装置上时，围绕较小外径部位的管壁包括一个小的弧形区段，在相对的壁部分之间的距离限定了根部的直径18。通常，所述节距、较大和较小外径以及根部直径可以根据所需的机械和电气特性以及现有技术的制造设备的总能力而进行选择。一种典型的电缆还包括一根中心导体20，该导体可以被一个泡沫芯部22包围。

本发明对一种公知结构的齿轮型波纹压制装置的齿轮上的齿轮齿采用了一种独特的布置，以便以现有公知的通用方式形成环形波纹，但是具有相当低的不规则性和不一致性，而不规则性和不一致性可以对管的性能特别是对高频射频波纹电缆的性能产生有害的影响。如图2所示，本发明的一种波纹压制齿轮24具有通常的传统结构，其具有沿着齿轮圆周分布的多个齿轮齿26。该齿轮设有一个中心轴承28，用于以一种传统的方式安装在所述压制头上。用于显示电缆环带的较大和较小直径的齿的高度和形状都是现有技术中公知的通用几何学，而沿齿轮圆周分布的齿的齿距或间距与要被形成在电缆上的环带的节距一致。

被组装在具有本发明结构的一个齿轮头中的每一齿轮的齿26可以被选择具有不同数目的齿，与旋转齿轮相关联的特有的振动是齿轮齿数目的函数。采用不同数目的齿，与每一旋转齿轮相关联的振动频率是不同的，其振动的峰值和波谷发生在不同的时间。从而，这种振动的附加的和累积的影响导致在一个宽的频率范围内相对低水平的振动，而避免由同时出现峰值和波谷的累积而形成的几个频率处较高水平的振动。高水平的振动值将它们自己表示为在所形成的管中会影响性能的不规则性。特别是，为了使振动的结构附加性最小化，每一齿轮最好是被这样选择，即齿26的数目与一个独特的质数相同。

已经发现，被组装在齿轮头中的齿轮数目越大，每一齿轮头具有一个不同质数的齿，则形成的电缆的质量越高，尤其是电缆的整个VSWR越低。然而，实际的物理约束条件规定了能够采用的齿轮的数目。通常，可以被有效地利用的齿轮数目是直接与要被压制波纹的管或电缆的直径相关的。管的直径越大，则能够围绕它定位的齿轮的数目越大。如图3所示，适用于直径约为1/4至1/2英寸的管的一种压制头30包括3个波纹压制齿轮24，这些齿轮被安装在一个三角形的轴承座32上。每一齿轮设有一个不同质数数目的齿轮齿，比如分别具有11、13和17个齿。普通技术人员将认识到，为了使这3个齿轮保持一个恒定的齿距，齿轮的直径必须是不同的。因而，三角形支架26被构造成可以调节这种不同。压制头的通常结构是公知的，每一齿轮24的旋转轴横切于电缆38的长轴或者长度方向，电缆38的长轴在图中是垂直于纸平面。当电缆通过压制头30被拉出时，压制头沿箭头所示方向旋转，当自由轮绕它们各自的轴旋转时，齿轮24绕电缆沿轨道旋转。

因为，由于包括不同形状的齿轮，结果压制头的轴承座可以是被不对称地设置，采用镗孔、配重和类似方式，压制头被精心地制造和平衡，如现有技术一样，以确保振动被最小化。如现有技术那样，当波纹压制装置正在运转时，利用合适的传感器以监视振动也是鼓励采用的，这样，假如振动变得过大，就能够中断运转或者进行调整。

图4示出一种波纹压制头30，其中，4个齿轮24被相互垂直地安装。这种结构可以被用于其直径在0.50至0.866英寸范围内的电缆和管。在此情况下，齿轮可以分别具有11、13、17和19个齿。

以同样的方式，图5示出了一种波纹压制头30，其设有5个齿轮24，每一齿轮具有一个不同质数数目的齿。齿轮被安装在一个五边形的支架32上，其结构和尺寸适合于安装不同直径的齿轮。在此情况下，齿轮可以分别具有11、13、17、21和23个齿。

每一齿轮具有一个不同质数数目的齿轮齿的波纹压制头的运用，可以有效地降低由齿轮和相关的夹具产生的振动模式的结构干扰，从而形成具有有效改进的和一致特性的波纹管和电缆。为了进一步减小波纹压制头的复杂性以及所伴随的振动，根据本发明的一种波纹压制头可以采用一种空心轴电动机，其中压制头具有多个质数齿数的齿轮，如图6所示。如图所示，空心轴电动机34是一种具有通用传统结构的电动机，但是具有一根空心的电枢轴36。用于延伸穿过该轴的孔具有足够的直径以在其中安装和支撑所述波纹压制头。根据公知的现有技术，电缆或者管38被送入该轴和装于其中的波纹压制头。这样一种结构能够进一步减小由齿轮头传递给电缆或管的振动和其它的不一致性，并进一步提高所制造产品的质量。

图7a-c和8a-c列出了对于由具有齿轮的波纹压制头所制造的各种直径的同轴电缆当频率范围为约1000至2000MHz时所计算出的VSWR比率，其中，齿轮具有一恒定数目的齿轮齿(图7a-c)，而根据本发明具有不同质数数目的齿轮齿(图8a-c)。在此情况下，具有相同齿数的压制头的列表被彼此相邻地放置。例如，图7a，8a两者都示出了具有3个齿轮头的数据。通过将每一齿轮的每一齿轮齿设定一个随机的全电阻值，其范围为在被模拟的电缆的名义电阻值附近+/-2.00欧姆，典型的是50欧姆，进行模拟试验。施加在电缆任意点上的电阻变化是，在齿轮齿与电缆接触的那一点被设定为最高电阻。一个快速傅立叶变换(FFT)被应用到所得到的模拟电缆长度上，并生成相应的VSWR值。该值表示形成波纹的齿轮齿的效果，表明沿着电缆长度上连续地重复出现的周期性瑕疵，并不考虑任何其它潜在的电缆缺陷或者不规则性。实际的VSWR值。

通常，电缆质量等同于在相关频谱上的VSWR的一致性。在模拟试验中所表示的VSWR峰值的变化或者扩展越大，则一个单一峰值或者尖峰将在实际的范畴内达到被关注的足够量值的可能性就越小。可以看到，在由具有相同齿数数目的波纹压制齿轮制造的电缆中存在的所述明显的单一VSWR峰值，在每一情况下，通常都被多个明显地被削弱的VSWR峰值所替换。真正地，作为在模拟试验中局限性的结果，实际上，该单一峰值的实际大小可以在2至3倍于图示大小的范围内，而多峰值光谱的大小不会这样增大的。一种按照传统方法制造的电缆可以在除了最接近于VSWR峰值的频率之外的频率上是有效的，而本发明则允许制造一种“通用的”电缆，其能够被在一个宽频率范围内运用，在所有频率上都具有低的VSWR。

已经进一步发现，具有不同质数数目的齿的齿轮头的好处也可以通过一种齿轮头实现，这种齿轮头既具有不同质数数目齿的齿轮又具有设有非质数或者相同数目的齿的齿轮，因为VSWR峰值的扩展仍然能够通过这样一种组合而实现。对于具有3个齿轮的齿轮头，已经发现，至少两个齿轮应当具有不同质数数目的齿。对于具有4个或者5个齿轮的齿轮头，至少3个齿轮应当具有不同质数数目的齿。

Claims (10)

1.一种用于在管上形成波纹的装置，包括一个波纹压制头，该波纹压制头具有至少两个波纹压制齿轮，每一齿轮具有一横截于管的主轴的齿轮轴，还包括用于使所述波纹压制头相对于所述管的主轴旋转的装置，每一波纹压制齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述齿轮的数目在2至6个的范围内。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，每一质数数目在11至29的范围内。

4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述用于旋转所述波纹压制头的装置是一种空心轴电动机。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，所述波纹压制头被安装在所述空心轴电动机的空心轴中。

6.一种用于在管上形成波纹的装置，包括一个波纹压制头，该波纹压制头具有至少三个波纹压制齿轮，每一齿轮具有一横截于管的主轴的齿轮轴，还包括用于使所述波纹压制头相对于所述管的主轴旋转的装置，其中至少两个波纹压制齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一半数目的齿轮具有相同的节距和一个不同质数的齿轮齿。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，齿轮的数目为4或者5个，而且至少三个齿轮具有一个不同质数数目的齿轮齿。

9.一种用于在管上形成波纹的方法，包括使管通过一个波纹压制头，该波纹压制头具有至少两个波纹压制齿轮，每一齿轮具有一横截于管的主轴的齿轮轴，而所述波纹压制头相对于所述管的主轴旋转，以在管上压制出一系列环形波纹，所述波纹是由所述齿轮头的齿轮形成的，至少两个齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，每一齿轮具有相同的节距和一不同质数数目的齿轮齿。

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