CN1727731B

CN1727731B - 直接偏心接合的变型齿轮

Info

Publication number: CN1727731B
Application number: CN200510088175.3A
Authority: CN
Inventors: J·W·雅各布斯; J·F·隆巴多; C·T·乌尔班
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: CN1727731A; BRPI0503034A; US20060021457A1; JP4741306B2; US7581463B2; JP2006046651A

Abstract

用于第一齿轮和第二齿轮组合的齿轮和方法包括如下步骤：第一齿轮相对于第二齿轮运动，使得第一齿轮的第一齿接触第二齿轮的第二齿，将第一齿轮的第一齿压靠第二齿轮的第二齿，使得合力不指向至少一个第一齿轮或第二齿轮的中心，其中由合力产生扭矩，并且根据所产生扭矩转动至少一个第一齿轮或第二齿轮，直到第一齿轮的第一齿与第二齿轮的第二齿啮合为止。

Description

直接偏心接合的变型齿轮

技术领域

本发明涉及使得两个齿轮之间直接接合的系统和方法。

背景技术

两个齿轮构造成使其可以变得相互接合或脱开。两个齿轮还构造成使其变得相互接合或脱开(即接合/脱开)一次或多次。例如，两个齿轮可以相互接合一次并保持接合。作为选择，两个齿轮可以相互反复接合/脱开。

当两个齿轮相互接合/脱开时，两个齿轮的第一齿轮相对于两个齿轮的第二齿轮运动。当两个齿轮相互接合时，沿着第一齿轮的外周边定位的齿放置在沿着第二齿轮的外周边定位的齿之间。第一齿轮的转动因此影响第二齿轮的转动，并且反之亦然。

发明内容

齿轮可以是例如正齿轮、螺旋齿轮、斜齿轮或蜗轮。出于说明目的，将描述正齿轮。正齿轮包括平行于转动轴线的齿，齿顶位于最为远离齿轮中心的齿的外表面上，并且齿根位于齿顶之间。当第一齿轮相对于第二齿轮沿着例如直线或圆形路径平移时，第一齿轮的齿的齿顶可首先接触第二齿轮的齿的齿顶。因此形成齿与齿的接触。由于两个齿轮的齿顶相互接触，两个齿轮不相互接合。换言之，第一齿轮的齿不位于第二齿轮的齿之间。

当两个齿轮的齿顶相互接触时，形成接触力。这发生在作为具有平移齿轮中心的运动、非转动齿轮的齿轮上。接触力是由第一齿轮的齿轮贴靠第二齿轮的齿运动产生的力。由齿与齿接触产生的接触力指向两个齿轮的中心，这是由于齿顶的半径中心位于齿轮的中心。合力因此从两个齿顶的表面指向每个齿轮的中心。因此，两个齿轮不相互转动，并且由于合力指向每个齿轮的中心，因此在接触之后不相互接合。换言之，由于合力指向齿轮的中心，并且不偏离齿轮的中心，不产生转动力。因此由于齿与齿接触产生的力造成两个齿的齿顶损坏。

另外，由于两个齿轮的齿顶相互接触，两个齿轮之间中心到中心的组合距离增加。换言之，第一齿轮的齿不与第二齿轮的齿啮合。对于增加的中心到中心的距离来说，由于距离增加，与第一齿轮相关的抽屉或组件不能安装在与第二齿轮相关的细槽内。因此，抽屉或组件不能相对于细槽正确定位或锁定。

避免齿对齿接触的一个方法时提供窄小的齿。尽管齿与齿接触的可能性减小，始终会出现齿与齿的接触。消除齿与齿接触的不良影响的另一方法是提供围绕第一齿轮中心枢转的弹簧加载或重力加载的空转齿轮。空转齿轮围绕第一齿轮的中心枢转并运动离开第二齿轮的齿，以便避免与齿与齿轮接触相关的大力。也可以使用使得齿轮接受齿与齿接触的冲击的弹簧加载轴。因此，由于弹簧，可以传递的扭矩受到限制。另外，通过使用空转齿轮或弹簧加载轴，制造成本增加。另外，在两种情况下，齿轮机构的尺寸增加以便容纳附加结构。

因此，本发明尤其提供一种可以直接接合的方法和装置，该装置简单、廉价、增加两个齿轮的寿命并使得组件适当定位。

本发明提供一种齿轮组件，包括：

第一齿轮，安装成围绕具有第一中心转动轴线的第一轴转动，第一齿轮具有带有至少一个第一齿的外周边，所述至少一个第一齿中的至少一个具有弯曲的齿顶，其曲率半径的中心偏离第一中心转动轴线；以及

第二齿轮，安装成围绕具有第二中心转动轴线的第二轴转动，第二齿轮具有带有至少一个第二齿的外周边，所述至少一个第二齿中的至少一个具有弯曲的齿顶，其曲率半径的中心偏离第二中心转动轴线；

其中所述第二齿轮被安装成用于在朝着所述第一齿轮的方向上进行直线运动，从而致使相应的弯曲的齿顶彼此接合，由于所述第一齿轮的至少一个第一齿中的所述至少一个的弯曲的齿顶与所述第二齿轮的至少一个第二齿中的所述至少一个的弯曲的齿顶之间的接触所产生的切向接触力迫使所述第一齿轮和所述第二齿轮相对于彼此进行转动，从而确保第一齿轮的第一齿和第二齿轮的第二齿的接合和啮合，并且啮合的第一齿轮的第一齿与啮合的第二齿轮的第二齿间的接触力相对于所述第二齿轮的运动方向具有90°和95.2°之间的角度，以使与直线运动方向相反地作用的力减至最小，从而避免啮合的第一齿与啮合的第二齿在所述第一齿轮和所述第二齿轮的转动过程中脱开。

按照本发明一个示例性方法，本发明包括一种齿轮，齿轮具有带有中心的主体和形成在主体外周边上的至少一个齿，其中至少一个齿包括其半径中心不位于主体中心上的齿顶。

按照本发明的另一示例性方面，本发明包括组合第一齿轮和第二齿轮的方法，包括相对于第二齿轮运动第一齿轮，使得第一齿轮的第一齿接触第二齿轮的第二齿，将第一齿轮的第一齿压靠第二齿轮的第二齿轮，使得合力不指向至少一个第一齿轮或第二齿轮的中心，其中扭矩由合力产生，并且根据所产生的扭矩转动至少一个齿轮，直到第一齿轮的第一齿与第二齿轮的第二齿啮合为止。

按照本发明的另一示例性方面，本发明包括具有轴的齿轮组件，其中突出部位于轴的一端上，齿轮具有带有中心的主体和形成在主体外周边上的至少一个齿，其中至少一个齿包括其半径中心不位于主体中心上的齿顶，其中轴延伸通过齿轮，轮毂在突出部和第一表面之间位于齿轮的第一侧面上，轮毂包括具有第一端和第二端的细槽，其中突出部延伸通过细槽，并且压迫构件朝着细槽的第一端压迫轴。

在按照本发明的系统和方法的多种示例性实施例的向下描述中描述或明白本发明的这些和其它特征和优点。

附图说明

参考以下附图描述本发明的不同示例性实施例，附图中：

图1是在接合之前两个齿轮的平面图；

图2是齿与齿轮接触的两个齿轮的平面图；

图3A和3B是按照本发明实施例的两个齿轮的平面图；

图4是按照本发明实施例接合之前的两个齿轮的平面图；

图5是按照本发明实施例接合的两个齿轮的平面图；

图6是按照本发明变型的齿轮的透视图；

图7是按照本发明变型的接合的两个齿轮的平面图；

图8是图7的放大视图；

图9是按照本发明变型的接合的两个齿轮的平面图；以及

图10是图9的放大视图。

具体实施方式

为了总体理解可以例如结合到图像成形装置、车辆、仪器或其中两个齿轮接合或脱开的任何当前可以获得或者以后开发的结构中的两个齿轮，参考描述本发明的不同实施例的图3-10。

为了清楚起见，图1和2表示按照现有技术接合或脱开的两个齿轮。图1表示接合之前的两个齿轮，图2表示齿与齿接触的两个齿轮。

如图1和2所示，表示第一齿轮100和第二齿轮150。第一齿轮100包括中心102和围绕第一齿轮100外周边一部分的齿110。齿110包括位于最为远离第一齿轮100的中心102的第一齿轮100的齿110的外表面上的齿顶112和位于齿顶112之间的齿根114。类似的，第二齿轮150包括中心152和围绕第二齿轮150的外周边一部分的齿160。齿160包括位于最为远离第二齿轮150的中心152的第二齿轮150的齿160的外表面上的齿顶162和位于齿顶162之间的齿根164。

第一齿轮100的齿110和第二齿轮150的齿160定位成使其相对。两个齿110、160还构造成，使其具有标准渐开线的齿型。

当第一齿轮100在直线方向170上朝着第二齿轮150运动时，第一齿轮100的齿接触第二齿轮150的齿160。当第一齿轮100还试图在直线方向170上运动时，由第一齿轮100的齿110贴靠第二齿轮150的齿160施加进一步的压力。第一齿轮100的齿110不在第二齿轮150的齿160之间运动，这是由于两个齿顶112、162具有标准齿型，其中每个齿110、160的齿顶型面的半径中心位于每个齿轮100、150的中心。因此，由两个齿轮100、150之间的接触力产生的合力指向齿轮100、150的中心102、152。施加在齿轮100、150的齿110、160之间的进一步压力因此造成齿110、160损坏。

为了避免齿与齿接触的不利影响并且因此减小齿损坏的可能性，本发明因此提供具有齿的齿轮，其齿顶包括特定或非标准型面。通过设置这种型面，由两个齿轮的齿产生的合力不指向齿轮的中心。合力不指向齿轮中心，这是由于每个齿顶的半径中心不位于每个齿轮的中心。因此，齿轮在合力指向的方向上转动，使得齿可以啮合。

如图3A和3B所示，表示出包括两个变型型面的两个齿轮。如图3A所示，第一齿轮200表示具有齿210。每个齿210包括倾斜齿顶212。特别是，齿顶212包括比第二端216更远离齿轮200中心202延伸的第一端214。如图3B所示，第二齿轮250表示具有齿260。每个齿260包括弯曲的齿顶262。特别是，齿顶262包括比弯曲的第二端266更远离齿轮250中心252的第一端264。

通过设置倾斜齿顶212或弯曲齿顶262，由进行接触的两个相对齿产生的合力不指向齿轮中心，这是由于合力垂直于接触表面。换言之，所产生的合力提供围绕齿轮中心的扭矩，使得第一齿轮相对于第二齿轮转动，使得齿可以啮合在一起。由于合力不指向齿轮中心，产生了扭矩。应该可以理解，可以使用几乎任何的齿顶，只要至少一个齿的齿顶的半径中心不位于齿轮中心，使得合力不指向齿轮中心即可。

图4和5表示按照本发明的实施例接合和脱开的两个齿轮。图4表示接合之前的两个齿轮，并且图5表示齿啮合在一起的两个齿轮。应该理解到，图4和5的两个齿轮与图3B的齿轮250相同。

在图4和5中，表示出第一齿轮300和第二齿轮350。第一齿轮300包括中心302和围绕第一齿轮300的外周边一部分的齿310。齿310包括位于最为远离第一齿轮300的中心302的第一齿轮300的外周边上的齿顶312。类似地，第二齿轮350包括中心352和围绕第一齿轮350的外周边一部分的齿360。齿360包括位于最为远离第一齿轮350的中心362的第一齿轮350的外周边上的齿顶362。

第一齿轮300的齿310和第二齿轮350的齿360定位成使其相对。两个齿310、360还构造成使其具有从第一端314、364倾斜到第二端316、366的弯曲齿顶312、362。弯曲齿顶312、362在相同方向上倾斜。换言之，如果弯曲齿顶312倾斜，使得第一端314在离开第二端316的逆时针方向上，弯曲齿顶362还倾斜成使得第一端364在离开第二端366的逆时针方向上。

当第一齿轮300在直线方向370上朝着第二齿轮350运动时，第一齿轮300的齿310接触第二齿轮350的齿360。当第一齿轮300进一步试图在直线方向370上运动时，由第一齿轮300的齿310贴靠第二齿轮350的齿360施加的进一步压力产生具有不指向齿轮300、350的中心302、352的切向力分量的接触力。通过形成切向力，因此产生围绕齿轮300、350的中心302、352的扭矩。切向力和合成扭矩指向与齿顶312、362弯曲方向相反的方向。换言之，如果齿顶312弯曲，使得第一端314在离开第二端316的逆时针方向上，齿轮300在逆时针方向上转动。当产生扭矩时，两个齿轮300、350受到压迫以便相对转动。两个齿轮300、350相对转动直到齿310啮合齿360为止。

在齿310和齿360啮合的正常状态下，两组齿310、360之间的工作长度应该最大。换言之，齿顶312和齿根318之间的齿310的长度应该接触齿顶362和齿根368之间的齿360的大多数长度。齿顶312、362的型面应该不在齿轮300、350之间传递扭矩。为了使得齿310、360之间的工作表面最大，第一齿轮300的齿310的第一端314接触第二齿轮350的齿360的第一端364。因此，由于齿310的第一端314接触齿360的第一端364，齿310、360之间的接触区域不减小，在齿轮300在逆时针方向上转动时，齿轮300、350之间的接触表面不减小。换言之，其中齿310、360接触传递扭矩的工作长度与图1和2的齿112、162相同。应该理解到，当齿310、360啮合，齿轮300在顺时针方向上驱动时，第一端314、364相对于第二端316、366位于顺时针方向上，以便保持工作长度。

如图5所示，齿轮300、350的中心302、352的最终位置应该相互之间以及相对于方向370的切线具有预定接合角度。齿轮300、350应该具有预定压力角，使得作用在两个齿轮300、350之间(压力线)的合力的方向不迫使齿轮300、350相互离开。换言之，压力角不应该超过预定范围。在此实施例中，接合角是由方向370上离开齿轮300的中心302的直线和连接齿轮300、350的中心302、352的线限定的角度。如果接合角等于或小于预定角度，那么齿轮可便于脱开。但是，如果接合角大于预定角度，由一个齿轮贴靠另一齿轮产生的转动力不能在负载下驱动齿轮300、350分开。

如上所述，至少一个齿轮相对于另一齿轮转动，以便齿轮相互接合。但是，困难的是转动齿轮中的一个齿轮。通常，轴延伸通过或者连接到一个或两个齿轮的中心上。同样困难的是转动至少一个轴。例如，一个轴可连接到马达或刚性装置上。因此，需要大量扭矩转动齿轮和连接其上的轴。当第二齿轮因此接近第一齿轮时，在轴和第二齿轮之间必须存在某些游隙，使得当出现齿与齿接触时两个齿轮的齿相互接合。

图6表示轴420和可以相对于轴420进行限量转动(即游隙)的齿轮400的一个实例。齿轮400包括围绕齿轮400的外周边的齿410。连接到齿轮40或与其形成整体的是具有U形细槽432的轮毂430。U形细槽432包括比第二端436更靠近齿轮400表面414延伸的第一端434。细槽还设计成，使得销422接触细槽432。

偏压弹簧440放置成在和轮毂430相对的齿轮400的表面和连接到轴420或与其形成整体的环件442或肩部之间与齿轮400接触。施加弹簧400的弹簧力，使得销422朝着齿轮400的表面414压迫。因此，销422朝着比第二端436更靠近表面414的细槽432的第一端434运动。

当齿轮400的齿顶412接触另一齿轮的齿顶时，齿轮400相对于轴420在顺时针方向上转动。当齿轮400在顺时针方向上运动时，抵抗由弹簧400产生的压力的销422从细槽432的第一端434朝着第二端436运动。当齿轮400加载时，齿轮400相对于轴420转动回到其原始位置。因此，第一端434和第二端436之间的细槽宽度因此允许所需游隙。应该理解到，细槽432的最小宽度应该足够，使得齿轮400通过等同的至少一个齿轮转动。

在其它的实施例中，偏压弹簧440是扭转弹簧。应该理解到，可以使用当前获得或随后开发的任何装置来为齿轮提供限量游隙，并且当与另一齿轮脱开时将齿轮返回到固定位置。

图7和8表示本发明的另一实施例。如图7和8所示，表示第一齿轮500和第二齿轮550。在此实施例中，需要大量扭矩来转动轴502和第一齿轮500。因此，对于第二齿轮550必须存在某些游隙。同样在此实施例中，齿轮500、550的结构设置成使得从齿轮500传递到齿轮550的合力进行有效传递，使得齿轮550不压迫离开齿轮500。

第一齿轮500包括延伸通过的轴502和围绕齿轮500的外周边的齿510。每个齿510还包括与图3A的齿顶212类似的齿顶512。第二齿轮550围绕齿轮550的轴552转动。第二齿轮550的轴552连接到进一步连接到轴556上的臂554或与其形成整体。因此，轴552围绕齿轮550的中心转动。

第二齿轮550还包括围绕齿轮550的外周边的齿560。应该理解到，通过设置作为部分齿轮的第二齿轮550，在啮合时可以减小机构总体高度。第二齿轮550还包括两组齿顶。第一组齿顶562位于图7所示的两个最左侧的齿560处，并且包括与图3A的齿顶212类似的变型齿顶型面。在此实施例中，只有两个最左侧的齿560包括变型齿顶型面，这是由于当第二齿轮550在方向570上运动时，只有两个最左侧的齿560接触第一齿轮500的齿510。因此，只需要调整两个最左侧的齿560，使得齿510与齿560啮合。应该理解到，多个或所有的齿560可包括变型型面，并且不是所有的齿510需要变型型面。

当齿轮550在方向570上运动时，齿560的齿顶562接触齿510的齿顶512。当齿轮550在方向570上进一步运动时，产生扭矩。当扭矩形成时，齿轮550在顺时针方向上转动。但是，当使用用于第二齿轮550的部分齿轮以及具有变型型面的齿顶562时，齿560应该最好与齿510啮合，使得当齿轮500在顺时针方向上转动时，足够的扭矩从齿轮500传递到齿轮550，而不在方向580上推动齿轮550。

如图8所示，当由于马达(未示出)施加的扭矩，齿轮500在顺时针方向上转动时，合力Fg通过齿轮500的齿510施加在齿轮550的齿560上。所述合力Fg根据齿510、560的型面、齿轮中心相对于方向570的位置以及通过马达施加到齿轮500上的扭矩产生。如图8所示，合力Fg的角度是由齿轮顺时针转动造成的95.2°。应该理解到，理想的合力角度可以是90°。通过将相对于齿轮550的运动方向570所呈的合力角度设置在90°和95.2°之间，最小量的力指向方向580。因此避免齿轮550、550脱开。为了获得90°和95.2°之间的合力，可以通过改变齿面几何形状来调整齿轮中心位置502和/或552。

相反，如图9和10所示，当齿轮500的齿510与齿轮550的齿560啮合时，齿560接触齿510，使得由齿轮600的顺时针转动造成的合力的角度是109.9°。由于齿轮的初始角度过度顺时针转动，形成合力Fg的较大角度。这造成齿轮500的齿510的工作表面冲击齿轮550的齿560的尖端。这产生109.9°的合力角度以及指向方向580的附加力。因此，增加齿轮500、550之间脱开的可能性。

虽然结合不同的示例性实施例说明了本发明，将理解到根据以上描述可以进行许多变型、改型和变化。因此，所述的本发明的示例性实施例是说明性的，而不是限制性的。在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以进行多种变化。

Claims

1.一种齿轮组件，包括：

2.如权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，第二齿轮是局部齿轮。

3.如权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，首先接合第一齿轮的第二齿轮的多个所述第二齿中的至少最前面的第二齿具有弯曲的齿顶，其曲率半径的中心偏离第二中心转动轴线。

4.如权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，还包括连接到第二轴上的臂。