變速器及其部件的制作方法
【專利摘要】提供一種變速器及其部件。一方面變速器部件具有一個或多個形成部，一個或多個形成部是大體長形的且沿部件的接合面延伸，形成部配置成與第二變速器部件的大體長形的凹進部摩擦地可接合；和/或(ii)一個或多個凹進部，一個或多個凹進部是大體長形的且沿部件的接合面延伸，凹進部配置成與第二變速器部件的大體長形的形成部摩擦地可接合。第二方面變速器具有第一變速器部件和具有一個或多個大體長形的凹進部的第二變速器部件，其中第一變速器部件的形成部與第二變速器部件的凹進部摩擦地可接合使在使用中第一變速器部件能驅(qū)動第二變速器部件。第三方面提供通過設(shè)置或調(diào)節(jié)涉及穿過變速器的轉(zhuǎn)矩流動的兩部件之間的摩擦接合量提高變速器的轉(zhuǎn)矩密度的方法。
【專利說明】變速器及其部件
[0001]亞當(dāng)?查爾斯.埃里森
[0002]優(yōu)先權(quán)要求/相關(guān)申請
[0003]本申請根據(jù)美國法典第35條119(e)款和120款要求于2014年I月7日提交并且題為“Transmiss1n and Components Thereof”的序列號為61/924,346的美國臨時專利申請的利益和優(yōu)先權(quán)，其整體通過引用本文并入本文。
[0004]領(lǐng)域
[0005]本公開涉及一種動力變速器設(shè)備。更具體地，本公開提供了基于附著摩擦力的機械變速器和變速器部件，其減少了產(chǎn)生附著摩擦力所需的預(yù)負載力，這樣提高了轉(zhuǎn)矩密度并且也避免了間隙(backlash)。減少產(chǎn)生給定附著摩擦力所需的預(yù)負載力提高了有效附著摩擦系數(shù)，是現(xiàn)有設(shè)計的1.1至10倍。此種提高在實踐中僅受限于給定應(yīng)用中可接受的自旋損失(spin loss)和及使用的材料和潤滑劑的選擇。
[0006]背景
[0007]動力變速器設(shè)備被用在多種裝置中，通常用于從以第一速度轉(zhuǎn)動的輸入軸傳遞轉(zhuǎn)動運動至處于不同于第一的速度的輸出軸。例如，減速傳動系統(tǒng)被用在車輛變速器中以使高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機輸出降低至適合用于車輛車輪轉(zhuǎn)動的較低速度。如另一個實例，伺服電動機的轉(zhuǎn)動輸出通常被減慢以便使輸出更有用。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的機械變速器通常由齒輪組成，齒輪的嚙合布置允許一個齒輪驅(qū)動另一個。通過嚙合具有不同半徑(并且因此具有不同數(shù)量的齒)的齒輪，轉(zhuǎn)動速度可相對于輸入增大或降低。
[0009]間隙(也被稱為“余隙(lash)”或“游隙(play)”)在齒輪的使用中是熟知的問題。間隙是在齒輪的節(jié)圓處測量的齒輪的齒槽寬度超過接合的齒的厚度的量。對于所有依靠齒輪的變速器，間隙是一個問題，然而在例如機器人的精確定位應(yīng)用中間隙是特別不想要的。例如，在機器人手臂中常見的伺服機械變速器中，伺服機構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向需要頻繁地反轉(zhuǎn)。考慮到補償輪齒之間的空隙所需的時間，伺服機械變速器中的間隙導(dǎo)致輸出軸的反轉(zhuǎn)中的時間延遲。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)對變速器中間隙問題的途徑依靠應(yīng)變波傳動系統(tǒng)(strainwavegearing)、擺線變速器(cycloidal transmiss1n)和彈簧預(yù)負載系統(tǒng)(sprung pre-loadsystem)。雖然部分有效，但是這些現(xiàn)有技術(shù)解決方案引入了進一步的復(fù)雜性至變速器中，并且在任何情況下沒有完全消除間隙。
[0011]雖然不是想要的，但間隙是必要的，這是機械工程的一項原則，以便適應(yīng)制造誤差，提供空間用于潤滑并且允許部件的熱膨脹。
[0012]基于附著摩擦力的變速器不受間隙影響，然而在這些系統(tǒng)中，大的預(yù)負載是運行必需的。保持大的預(yù)負載降低了變速器的效率，并且可能隨時間損傷接合表面。另外，由于支撐傳輸轉(zhuǎn)矩必需的大的預(yù)負載所需的部件的質(zhì)量和強度，基于附著摩擦力的變速器呈現(xiàn)相對低的轉(zhuǎn)矩密度。
[0013]本領(lǐng)域中進一步的問題在于，基于附著摩擦力的變速器中次優(yōu)的內(nèi)力路徑可以導(dǎo)致總體上變速器的顯著的動力損失。例如，基于附著摩擦力的變速器通常通過轉(zhuǎn)動的軸承傳送產(chǎn)生附著摩擦力所需要的預(yù)負載力，這產(chǎn)生寄生動力損失。不通過轉(zhuǎn)動的軸承傳送的短的力路徑將減小支撐給定轉(zhuǎn)矩輸出和變矩系數(shù)所必需的部件的質(zhì)量，并且減少寄生動力損失。
[0014]概述
[0015]本公開的一方面是通過提供能高輸出轉(zhuǎn)矩和大的轉(zhuǎn)矩系數(shù)、大體上沒有間隙和/或提供提高或優(yōu)化變速器中的力路徑的能力的變速器和變速器部件來克服或減輕先前技術(shù)的問題。進一步的方面是提供一種現(xiàn)有技術(shù)變速器部件和現(xiàn)有技術(shù)變速器的替代方案。
[0016]在第一方面中，本公開提供了一種變速器部件，包括:(i)一個或多個形成部，該一個或多個形成部是大體長形的并且沿著部件的接合面延伸，該形成部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的凹進部是摩擦地可接合的；和/或(ii)一個或多個凹進部，該一個或多個凹進部是大體長形的并且沿著部件的接合面延伸，該凹進部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的形成部是摩擦地可接合的。
[0017]在部件是大體圓形的實施方案中，大體上長形的形成部繞著部件大體周向地延伸。例如，部件在應(yīng)變波變速器實施方案中可以是圓形的、是變形的圓形，或在一個實施方案中是非圓形的齒輪。在一個實施方案中，形成部的橫截面輪廓是大體齒形的，并且可以包括兩個傾斜表面。在一個實施方案中，兩個相鄰的形成部的傾斜表面形成凹進部，該凹進部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的形成部是摩擦地可接合的。
[0018]在一個實施方案中，形成部可以是大體楔形的。在一個實施方案中，變速器部件包括多個形成部和/或凹進部。在一個實施方案中，變速器部件的形成部可以形成大體的鋸齒形的橫截面輪廓。
[0019]在一個實施方案中，變速器部件被配置成是可轉(zhuǎn)動地可安裝的，并且可以被配置為變速器，并且特別是行星變速器或應(yīng)變波變速器的齒輪狀的部件。行星變速器可以是復(fù)合行星變速器，其中該部件被配置為太陽齒輪狀的部件或行星齒輪狀的部件，或環(huán)形齒輪狀的部件。
[0020]在本公開的第二方面中，提供了一種變速器，包括:如本文描述的第一變速器部件和具有一個或多個大體上長形的凹進部的第二變速器部件，其中該第一變速器部件的形成部與第二變速器部件的凹進部是摩擦地可接合的，使得在使用中第一變速器部件能驅(qū)動第二變速器部件。
[0021]在一個實施方案中，第二變速器部件的凹進部大體是第一變速器部件的形成部的共軛(conjugate)或倒置。凹進部也可以與第一變速器部件的形成部互補。
[0022]在一個實施方案中，形成部和凹進部的形狀和尺寸被設(shè)計成使得在使用中變速器大體上沒有自由游隙。具體地，變速器具有不可計量的間隙，因為形成部和凹進部的表面在形成部和凹進部之間的界面處經(jīng)歷庫倫摩擦。結(jié)果，變速器幾乎沒有自由游隙或間隙。
[0023]在一個實施方案中，變速器包括調(diào)節(jié)機構(gòu)，其被配置成改變第一變速器部件相對于第二變速器部件的位置。調(diào)節(jié)機構(gòu)可以被配置成調(diào)節(jié)由第一變速器部件的形成部施加在第二變速器部件的凹進部上的力。力可以被調(diào)節(jié)成與通過變速器傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩成比例，以便優(yōu)化變速器中的損失，或力可以通過一些外部機構(gòu)被改變。
[0024]在一個實施方案中，調(diào)節(jié)機構(gòu)包括斜面，該斜面相對于變速器部件可滑動，以便側(cè)向地位移變速器部件。
[0025]在一個實施方案中，變速器是行星變速器或應(yīng)變波變速器，并且可以是復(fù)合行星變速器。
[0026]在一個實施方案中，變速器是速度倍增變速器(speed multipliertransmiss1n)。
[0027]在一個實施方案中，變速器是減速變速器。
[0028]在一個實施方案中，變速器與伺服馬達可運行的組合。
[0029]在第三方面中，本公開提供了一種用于提高變速器的轉(zhuǎn)矩密度的方法，該方法包括設(shè)置或調(diào)節(jié)兩個部件之間的摩擦接合的量的步驟，該兩個部件涉及通過變速器的轉(zhuǎn)矩流動。
[0030]在一個實施方案中，兩個部件是如本文描述的任意兩個變速器部件。
[0031]附圖簡述
[0032]圖1A和圖1B示出了兩個變速器部件，該兩個變速器部件摩擦地接合以形成簡單的變速器，其中圖1A是兩個接合部件的透視圖，并且圖1B是(穿過平面B-B)的橫截面圖，更清楚地示出了部件的交替的形成部和凹進部；
[0033]圖2A和圖2B示出了圖1的簡單變速器的側(cè)面圖，但是在圖2A中是側(cè)面視圖，而圖2B示出了變速器的橫截面圖，以便示出兩個部件之間相互作用的區(qū)域；
[0034]圖3A-圖3D示意性地并且以橫截面圖示出了形成部和凹進部輪廓的多個可替代方案，其中結(jié)合表面的曲率被放大；
[0035]圖4A示出了在內(nèi)部結(jié)合面上具有形成部和凹進部的齒圈的透視圖，并且具有互補的形成部和凹進部的小齒輪與齒圈摩擦地接合；
[0036]圖4B是圖4A的布置方案的穿過如在圖4C中界定的平面C-C橫截面圖；
[0037]圖4C是圖4A的布置方案的另一個視圖；
[0038]圖5A示出了具有固定比率的差動行星配置的變速器的透視圖；
[0039]圖5B是圖5A的變速器的穿過如在圖5C中界定的平面D-D的橫截面圖；；
[0040]圖5C是圖5A的布置方案的另一個視圖；
[0041]圖6A至圖6C示出了圖5的變速器的透視圖，其中(i)添加用于改變摩擦接合的部件之間的預(yù)負載的調(diào)節(jié)機構(gòu)，和(ii)較大的和較小的環(huán)形齒輪的位置的反轉(zhuǎn)；
[0042]圖7以橫截面圖示出了在圖6中示出的變速器的預(yù)負載調(diào)節(jié)機構(gòu)的較高等級的細
-K-
T ；
[0043]圖8示出了圖5和圖6的變速器的拓撲布局；
[0044]圖9A以透視圖示出了應(yīng)變波變速器；
[0045]圖9B是圖9A的變速器的穿過如在圖9C中界定的平面H-H的橫截面圖；
[0046]圖9C是圖9A的變速器的前視圖；
[0047]圖9D說明了在圖9A中的變速器的進一步細節(jié)；
[0048]圖1OA以橫截面圖示出了兩個變速器部件的摩擦接合的形成部和凹進部；
[0049]圖1OB是在圖1OA中的圓圈區(qū)域的矢量力簡圖；
[0050]圖11是具有形成部和凹進部的齒條和小齒輪變速器；
[0051]圖12A和圖12B分別是具有形成部和凹進部的錐變速器的透視圖和俯視圖；
[0052]圖13A和圖13B分別是具有形成部和凹進部的冠狀齒輪和小齒輪變速器的透視圖和俯視圖。
[0053]一個或多個實施方案的詳述
[0054]考慮本說明書之后，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯見的是，本發(fā)明如何在多樣可替代的實施方案和可替代的應(yīng)用中實施。然而，盡管本公開的多樣實施方案將在本文中被描述，但是應(yīng)理解，這些實施方案僅通過示例的方式被呈現(xiàn)，并且是非限制的。這樣，多樣可替代的實施方案的這種描述不應(yīng)該被解釋為限制本公開的范圍或廣度。另外，優(yōu)勢或其他方面的聲明施加至具體的示例的實施方案，并且無需至權(quán)利要求覆蓋的所有實施方案。
[0055]在整個說明書和本說明書的權(quán)利要求中，單詞“包括(comprise)”和該單詞的變型，例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”不意在排除其他附加物、部件、整體或步驟。
[0056]在整個說明書中提到的“一個實施方案(one embodiment)”、“實施方案(anembodiment)”意味著結(jié)合該實施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本公開的至少一個實施方案中。因此在整個說明書中的多樣位置出現(xiàn)的短語“在一個實施方案中(in oneembodiment)”或“在實施方案中(in an embodiment)”不一定全部指代同一實施方案，但是可能是同一實施方案。
[0057]術(shù)語“第一(first)”、“第二(second)”和用于描述變速器部件的其他序數(shù)術(shù)語僅用于標(biāo)示部件的單獨的性質(zhì)。術(shù)語不被解釋為標(biāo)示重要性、尺寸、時間或任何其他考慮，除非這種目的被另外清楚地說明。
[0058]因此，在第一方面，但不必是范圍最大的方面中，本公開提供了一種變速器部件，包括:(i) 一個或多個形成部，該一個或多個形成部是大體長形的并且沿著部件的接合面延伸，該形成部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的凹進部是摩擦地可接合的；和/或(ii) 一個或多個凹進部，該一個或多個凹進部是大體長形的并且沿著部件的接合面延伸，該凹進部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的形成部是摩擦地可接合的。
[0059]本公開表現(xiàn)了與現(xiàn)有技術(shù)變速器的齒輪的顯著的背離，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)變速器的齒輪，齒的嚙合布置方案影響從一個齒輪至另一個齒輪的轉(zhuǎn)動運動的傳遞。在本公開中，在變速器中，第一部件的接合表面上的長形的形成部與第二部件的接合表面上的凹進部摩擦地接合，使得轉(zhuǎn)動運動從第一部件傳遞至第二部件。
[0060]通過去除了嚙合的齒的必要性，將理解，通過在變速器中使用本發(fā)明的部件，間隙完全地被消除。轉(zhuǎn)動運動在部件之間被即時傳遞，而不具有任何延遲時間。這在伺服機械應(yīng)用中，特別是在其中機器人手臂例如可以反轉(zhuǎn)方向的間隙可能顯著地影響速度的伺服機械應(yīng)用中，具有明顯的優(yōu)勢。另外，在精確定位應(yīng)用中，當(dāng)試圖確定零件在三維空間上的位置時，不需要考慮間隙。
[0061]如本文使用的，術(shù)語“形成部(format1n)”旨在指能與第二變速器部件中的凹進部摩擦地接合的任何結(jié)構(gòu)。
[0062]在部件是圓形的情況下，接合面是圓周面。在那種情況下，形成部環(huán)繞部件，并且向外和徑向延伸，以促進與相鄰部件的凹進部的接觸。在部件是可轉(zhuǎn)動地可安裝的情況下，形成部的縱向軸線通常垂直于部件的轉(zhuǎn)動軸線。在應(yīng)變波實施方案(變形的圓形)或非環(huán)形齒輪實施方案中，部件也可以是大體圓形的，其中形成部環(huán)繞部件，并且向外和徑向延伸，以促進與相鄰部件的凹進部的接觸。
[0063]將理解，雖然本公開部件將通常是圓形的并且是轉(zhuǎn)動地可安裝的(并且可以因此被認(rèn)為是齒輪狀的部件)，但是其他布置方案是被設(shè)想的。例如，本公開的部件可以是齒條狀的部件，由此形成部沿著齒條的縱向軸線延伸。這樣的齒條狀的部件可以被配置成與具有互補的凹進部的齒輪狀部件摩擦地接合，使得齒輪狀部件的轉(zhuǎn)動引起齒條狀部件的縱向位移。
[0064]本發(fā)明的部件的形成部通常具有沿著它們長度的均勻的橫截面輪廓，并且可以具有適合需要的摩擦接合功能的任何輪廓。橫截面輪廓可以是例如手指型、齒型、弓型、楔型、三角形的、矩形的、梯形的或半圓形的。
[0065]優(yōu)選地，形成部包括兩個傾斜表面，該兩個傾斜表面可形成尖端。兩個表面(在該處大體平坦)可以布置在被相對于彼此的任何角度處，包括至少約5、10、15、20、25、30、35、
40、45、50、55、60、65、70、75、80 或 85 度。
[0066]參考圖10A，示出了具有兩個傾斜表面82和84的形成部80，該形成部80與相鄰部件88的凹進部86接合。由圖1OB的矢量圖能夠注意到，由兩個傾斜表面82和84形成的角度確定垂直于面的力(其對于提供附著摩擦力是想要的)與預(yù)負載力(其通常是不想要的，因為它必須通過整體變速器系統(tǒng)傳送)的比例，這提供了合成的局部反作用力。
[0067]優(yōu)選的是具有距轉(zhuǎn)動軸線趨近(但不到達)90度的接觸角度。實際上，制作很尖的谷部和峰部的加工限制阻止了這一點，并且因此與軸線呈45至85度之間的面角通常被使用。
[0068]在一個實施方案中，形成部是大體的楔形的。楔形形狀提供了優(yōu)勢在于，通過形成部插入第二部件的凹進部中的程度，摩擦接合的量可變化。使形成部更加全部地布置到凹進部內(nèi)導(dǎo)致較大的力施加至凹進部表面(并且反之亦然)，由此增加部件之間的摩擦接合?，F(xiàn)有技術(shù)齒輪以固定的方式傳輸轉(zhuǎn)動運動，其中第一齒輪的齒簡單地位移第二齒輪的嚙合齒，直至齒輪終止嚙合。
[0069]楔形的形成部以與劈木機(logsplitter)相似的方式充當(dāng)力放大器。通過推動楔形的形成部更加全部地進入互補的凹進部內(nèi)，楔的較寬的部分被推動緊靠凹進部壁，以增加對抗凹進部壁的側(cè)向力矢量，由此增加兩個部件之間的摩擦接合。改變楔的幾何形狀(并且特別是楔的斜度)允許在楔插入的距離和摩擦接合的增長之間建立需要的關(guān)系。通過從本說明書中的獲益，技術(shù)人員能實現(xiàn)適合用于給定應(yīng)用的楔的斜度。
[0070]改變本發(fā)明的部件之間的摩擦接合量的能力是優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著的優(yōu)勢，并且允許從一個部件傳輸至另一個的動力的量在連續(xù)域上變化(varied across acontinuum)。因此，在需要較高等級的轉(zhuǎn)矩穿過兩個部件流動的情況下，該兩個部件被保持緊靠在一起，以便確保形成部更深地延伸進入凹進部內(nèi)，由此增加摩擦接合。替代地，在需要較低的轉(zhuǎn)矩流的情況下，兩個部件稍微分開，使得摩擦接合減小。這允許峰值轉(zhuǎn)矩容量與寄生損失(例如自旋損失和赫茲接觸應(yīng)力(Hertzian contact stress)的遲滯)的平衡。
[0071]—些實施方案的另一個優(yōu)勢是減少了包括齒輪狀部件的變速器的自旋損失。自旋損失是用于由兩個接合表面之間的接觸區(qū)域內(nèi)的半徑差引起的摩擦損失的術(shù)語。自旋損失是接觸區(qū)域內(nèi)最外部接觸點和最內(nèi)部接觸點之間的半徑差的函數(shù)。本公開通過使用具有相對小的形成部尺寸的多個個體減少了平均接觸半徑差，因此保持延伸的接觸線的優(yōu)勢，同時最小化了自旋損失。
[0072]本發(fā)明的齒輪狀部件的進一步的優(yōu)勢在于，它們不僅傳輸轉(zhuǎn)矩，而且支撐通常由變速器中的外部軸承支撐的徑向力的能力。這樣在體積或質(zhì)量約束的布置方案，例如機器人手臂關(guān)節(jié)中提供了特別的優(yōu)勢。特別地，垂直于嚙合表面的圓周的力(在此文件中稱為預(yù)負載力)可以支撐外部負載，同時仍提供充足的預(yù)負載以傳遞轉(zhuǎn)矩。例如，在圖5、圖6和圖9A至圖9D中示出的應(yīng)變波或行星實施方案中，行星狀部件可以支撐太陽狀部件和環(huán)狀部件之間的徑向負載以及小的軸向負載。在應(yīng)變波實施方案中，在一些實施方案中，在應(yīng)變波部件和環(huán)形部件之間的更多的軸向力可以被支撐。在復(fù)合行星實施方案中，除了上面描述的力，在兩個環(huán)形部件之間的多種力可以被支撐。對于使用此變速器的電力驅(qū)動應(yīng)用，馬達可以不需要它自身的軸承(只要它近似地在機構(gòu)中心)，因為轉(zhuǎn)子可以集成到太陽組件中。
[0073]本發(fā)明的部件可以被配置成用來允許改變兩個部件之間的摩擦接合的等級。例如，在部件可轉(zhuǎn)動地安裝的情況下，部件/安裝組合可以是側(cè)向地可位移的以便增加或減少與相鄰部件接合的量。
[0074]在一些實施方案中，部件不具有用來促進摩擦接合的改變的關(guān)聯(lián)的硬件。例如，在部件安裝在兩個其他部件之間的情況下，(例如在行星布置方案中，行星齒輪狀部件安裝在太陽齒輪狀部件和環(huán)形齒輪狀部件之間的情況下)，則行星齒輪狀部件可以在環(huán)形齒輪狀部件和太陽齒輪狀部件之間被牢固地壓縮。中空的部件(例如行星變速器的行星部件)可以作為彈簧被利用，以在部件之間均勻地施加預(yù)負載力。在這樣的實施方案中，中空的部件可以被配置為彈性地可變形的，并且因此輕微地偏離圓形。任一齒輪狀部件(太陽、行星或環(huán)形齒輪狀部件)的直徑可以被配置成用來增加或減少齒輪狀部件之間的摩擦接合的等級。中空的部件還允許例如在行星布置方案中的另外的過盈設(shè)計的組裝。中空的部件可以暫時變形，足以消除用于嚙合的形成部的峰部，并且隨后被釋放以提供在機構(gòu)中所需的預(yù)負載力。
[0075]每個部件可以具有一個形成部。如從前述將清楚的，部件也能經(jīng)由多個形成部/凹進部接合。因此，在這樣的實施方案中的每個部件具有至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、
13、14、15、16、17、18、19個或多個形成部，并且具有通常大體相等數(shù)量的凹進部。例如，第一部件可以具有10個形成部和10個凹進部;并且第二部件具有10個形成部(每個能與第一部件的凹進部接合)和10個凹進部(每個能與第一部件的形成部接合)。每個部件還可以具有上至100個形成部和100個凹進部。
[0076]通過從本說明書中的獲益，對于任意給定的形成部，技術(shù)人員能實現(xiàn)能夠與那些形成部摩擦接合的凹進部。例如，在形成部是楔形的情況下，凹進部可以是V形的。凹進部無需(并且在一些情況下不想要)是形成部的大體的共軛或或倒置。例如，凹進部可以比形成部的高更深，或比形成部的寬度更窄，使得形成部不會完全坐落在凹進部內(nèi)(當(dāng)然假定部件的可用剛性)。
[0077]在部件的一個實施方案中，在形成部是楔形的情況下，兩個相鄰的形成部的傾斜表面形成凹進部，該凹進部被配置以便與第二變速器部件的大體上長形的形成部是摩擦地可接合的。因此，形成部的表面被配置成用來界定形成部和凹進部兩者，由此允許第一部件與第二部件的凹進部接合，并且第二部件的形成部與第一部件的凹進部接合。
[0078]形成部的兩個傾斜表面結(jié)合以形成楔處的尖端可以不是尖的，并且可以是圓的或甚至是方形的。類似的，在凹進部通過相鄰形成部的兩個傾斜表面的結(jié)合形成的情況下，底部可以是圓的或方形的。
[0079]在一個實施方案中，形成部形成大體鋸齒形的橫截面輪廓，其中傾斜表面形成一系列交替的形成部和凹進部。此實施方案允許部件的幾乎所有圓周表面參與摩擦接合，由此優(yōu)化對于一定尺寸部件的動力傳輸。
[0080]雖然接合面可以全部地用于提供形成部和/或凹進部(例如在上面描述的鋸齒形布置方案中)，但是在一些實施方案中在形成部和凹進部之間布置有不涉及摩擦接合的區(qū)域。
[0081]有利地，鋸齒形摩擦接合表面的使用產(chǎn)生了兩個齒輪狀部件之間的延伸的接觸線，當(dāng)通過給定的垂直力被結(jié)合時，該兩個齒輪狀部件確定可傳輸?shù)目赡艿募袅?，并且因此轉(zhuǎn)矩可以通過給定的“齒輪”半徑和寬度被傳輸。
[0082]在一個實施方案中，形成部是大體連續(xù)的，并且在部件是圓形的情況下，形成部可以繞著部件的圓周無盡地延伸。
[0083]部件可以被認(rèn)為是常規(guī)齒輪的替代，并且因此部件被配置為變速器的齒輪狀部件。它們通常是可轉(zhuǎn)動地可安裝的，但是它們可以被固定(例如在形成部和凹進部被設(shè)置在行星變速器的環(huán)形齒輪的內(nèi)圓周表面上的情況下)。部件也可以被配置成在行星變速器(或甚至復(fù)合的行星系變速器)的情景內(nèi)是可操作的，并且被配置為太陽、行星或環(huán)形齒輪狀部件。
[0084]本發(fā)明的部件可以由從本說明書中的獲益的技術(shù)人員認(rèn)定的合適的材料制成。當(dāng)然，考慮到通過形成部施加在凹進部上的力的量，材料必須具有充足的摩擦屬性，以便產(chǎn)生部件之間轉(zhuǎn)動運動的傳輸。因此，在部件具有較低的摩擦屬性的情況下，與具有較高摩擦屬性的部件相比，通過形成部置于凹進部上的力的量將較高。進一步考慮的是，為了抵抗涉及形成部/凹進部相互作用的高的力，材料需要最小的剛性。剛性不夠的材料將變形，由此不允許部件之間形成需要的摩擦接合。還期望的是，材料具有對循環(huán)應(yīng)力和疲勞的一些抵抗力。通用的軸承鋼例如AISI/SAE 52100和440C不銹鋼具有這種屬性。
[0085]本發(fā)明的齒輪狀部件可以由與現(xiàn)有技術(shù)齒輪大體相同的材料加工而成。然而，由于不具有齒輪系統(tǒng)中固有的沖擊應(yīng)力，本發(fā)明的部件也可以由例如氮化硅和氮化鋯的陶瓷制造。
[0086]相比現(xiàn)有技術(shù)被滾銑、刮削或磨銑而成的齒輪，本齒輪狀部件的優(yōu)勢在于，周向的形成部和凹進部可以在車床中車削或滾乳成型。因此，本發(fā)明的部件可以比現(xiàn)有技術(shù)齒輪更具成本效率且在更短的時間內(nèi)加工而成。
[0087]形成部和凹進部可以處于宏觀尺度，并且因此能用常規(guī)工具可靠地制成。在宏觀尺度上，形成部和凹進部可以具有至少約0.1臟、0.2臟、0.3臟、0.4臟、0.5臟、0.6臟、0.7臟、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、I Omm 或更大的高度或深度。在宏觀尺度上，本發(fā)明的部件可以被鑄造、燒結(jié)、滾乳成型、磨削、鍛造或通過CNC或技術(shù)人員熟知的手動機械加工技術(shù)生產(chǎn)。進一步設(shè)想的是，在形成部和凹進部的尺寸設(shè)計在宏觀尺度的下端處、或在微觀尺寸處(即下降至約10nm)的情況下，可以利用化學(xué)蝕刻、滾乳成型、激光蝕刻和電火花加工(EDM)技術(shù)。
[0088]在納米尺度上的形成部和凹進部的實施對于很小的滾動元件或設(shè)計成在沒有潤滑的情況下運行的很精密的布置方案可以是實用的。在納米尺度上，可能的加工技術(shù)包括聚焦離子束加工、納米壓印光刻(nanoimprint lithography)、光學(xué)光刻、X射線光刻、蘸筆納米光刻、電子束光刻、原子層沉積、分子氣相沉積(molecular vapor deposit1n)、分子自組裝(molecular self-assembly)技術(shù)。
[0089]應(yīng)理解，本發(fā)明的變速器部件可以在從簡單至較復(fù)雜的范圍的變速器類型中使用。鑒于本說明書的益處，技術(shù)人員能評定在任何現(xiàn)有的變速器類型中本發(fā)明的部件的合適性以及對于現(xiàn)有技術(shù)的帶齒部件的更換。
[0090]在第二方面中，本公開提供了一種變速器，其包括如本文描述的第一變速器部件和如本文描述的第二變速器部件，該第二變速器部件具有一個或多個大體上長形的凹進部，其中第一變速器部件的形成部與第二變速器部件的凹進部是摩擦地可接合的，使得在使用中第一變速器部件能驅(qū)動第二變速器部件。
[0091]上面敘述的關(guān)于變速器部件的任何特征意在可選擇作為本變速器的部件。僅為了簡潔和清晰的目的，這些特征通過引用并入此處，并且以便不模糊主要的發(fā)明構(gòu)思。
[0092]如本文使用的，術(shù)語“變速器(transmiss1n)”意在廣泛地解釋為僅指從輸入傳遞轉(zhuǎn)動運動至輸出所需要的最少的部件。雖然本公開變速器可以具有下列部件中的任意一個或多個，但這些部件不是本公開的必要特征:離合器、殼體或罩殼、支架、輸入軸、輸出軸、變矩器、潤滑劑、閥、螺線管、飛輪、渦輪或調(diào)節(jié)器。
[0093]任一變速器必須具有至少兩個本發(fā)明的部件，其中第一部件包括至少一個形成部(和可選地至少一個凹進部)，并且第二部件包括至少一個凹進部(和可選地至少一個形成部)。
[0094]在一些實施方案中，為了確保充足的摩擦接合，凹進部可以是形成部的共軛或倒置，或與其意在接合的形成部互補。例如，在形成部是楔形的情況下，凹進部可以具有以與楔的壁相同或相似的角度布置的壁，以促進接合。
[0095]然而，應(yīng)理解，具有非鏡像關(guān)系的形成部和輪廓仍然是有用的。圖3示出了多樣輪廓組合在多種應(yīng)用中可以是有用的。例如，具有凸出的輪廓的形成部可以與具有平直的輪廓的凹進部摩擦地接合(見圖3A;曲率被放大以便更清楚地示出布置方案)。鑒于形成部的尖端不能與凹進部壁摩擦地接合，這限制了接觸表面，并且當(dāng)變速器處于相對輕的負載時可能是有用的，從而提高了效率。當(dāng)變速器被加載時，接觸區(qū)域增大，同時鋼輕微變形。
[0096]優(yōu)選地，形成部和凹進部的形狀和尺寸設(shè)計成使得在使用中部件之間大體上沒有自由游隙。
[0097]在一個實施方案中，變速器是行星變速器。在行星變速器中，鑒于動力通過多個傳動系統(tǒng)部件可以流動穿過設(shè)備以及使用齒輪狀部件的可變摩擦接合提高或優(yōu)化力路徑的能力，摩擦接合的齒輪狀部件的使用是特別有利的。
[0098]—種特別類型的行星變速器包括兩個不同直徑的環(huán)形齒輪。較大直徑的環(huán)或較小直徑的環(huán)可以被用于高轉(zhuǎn)矩輸出，同時另一個提供反作用轉(zhuǎn)矩。
[0099]在一個實施方案中，變速器包括調(diào)節(jié)機構(gòu)，該調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置成用來改變第一變速器部件相對于第二變速器部件的位置。如上面描述的，這樣允許預(yù)負載的設(shè)置，并且由此允許改變兩個部件之間的摩擦接合的量。
[0100]鑒于本說明書的益處，技術(shù)人員將能設(shè)計出可以使用的許多調(diào)節(jié)機構(gòu)。例如，一個部件的支架可以布置在軌道上，以便允許該部件沿著軌道行進，同時保持可轉(zhuǎn)動地安裝。支架可以被(可逆地，半永久地或永久地)鎖定在沿著軌道的期望的位置中，以便提供對于給定應(yīng)用有利的固定級別的摩擦接合。
[0101]在一個實施方案中，調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置以便基于系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩動態(tài)地施加預(yù)負載。這樣的機構(gòu)對技術(shù)人員是已知的。動態(tài)的預(yù)負載機構(gòu)被考慮在較大的系統(tǒng)中是有用的，在較大的系統(tǒng)中變速器的首要功能是在變化的負載的情況下有效地傳輸動力，如例如在汽車變速器中或風(fēng)力渦輪機變速器中需要的。
[0102]雖然不是必要的，但是為了提高壽命和/或轉(zhuǎn)矩，本變速器可以通過附著流體(tract1n fluid)潤滑，當(dāng)在接觸點處被壓縮時，該附著流體提供了高的剪切阻力，以便允許潤滑劑的薄膜傳輸轉(zhuǎn)矩。流體也可以為其他變速器部件提供潤滑。在使用液體潤滑劑的情況下，飛濺、霧或加壓的輸送系統(tǒng)可以被實現(xiàn)。
[0103]非液體(油脂狀)潤滑劑也可以是可使用的，由此取消了對輸送系統(tǒng)的需要。使用例如工程陶瓷或金屬涂層的先進材料和表面處理來制造部件，可以允許本變速器在沒有任何潤滑的情況下有效運行。
[0104]除了上面的其中潤滑劑可以與變速器一起使用的實施方案，由于相對于通常齒輪的大大減少的表面滑動，變速器和其部件可以在沒有傳統(tǒng)的液體潤滑劑來保護表面免受磨損的情況下進行操作。因此，變速器和其部件可以使用類似在鉻鋼或不銹鋼基底上鍍金的涂層，在變速器和其部件中涂層被示出，以相比于未處理的表面減少高達130倍的來自滑動摩擦的表面損傷(如例如http://www.dt ic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/653974.pdf 中所示，其通過引用并入本文)?？商娲?，變速器和其部件可以使用特殊用途的潤滑劑，該潤滑劑在壓力下保持一些剪切強度。這樣的附著流體的一個實例是日本出光公司(Idemitsu)的TDF(附著驅(qū)動流體(Tract1n Drive Fluid))，其在111^卩://\￥?^.idemitsu.com/products/lubricants/tdf/中被更詳細描述并且通過引用并入本文。
[0105]鑒于本說明書的益處，技術(shù)人員能根據(jù)本公開設(shè)計變速器系統(tǒng)。有利地，鑒于不具有齒，任何設(shè)計不被節(jié)圓直徑是整數(shù)倍的通常要求(對于齒輪)所約束。因此，可以創(chuàng)建許多更可能的比率。
[0106]為了計算傳動比，將轉(zhuǎn)動軸線和中間(或平均)接觸點之間的最短距離作為齒輪狀部件的有效半徑。對于對稱的形成部，這將是最外部接觸半徑和最內(nèi)部接觸半徑之間的中間點。應(yīng)理解，鑒于在負載下微小滑動的可能性，基于兩個半徑計算精確的齒輪比是不可能的。
[0107]值得注意的是，基于附著摩擦力的設(shè)計不必要基于這些半徑提供精確的齒輪比。差異是由于在負載下的滑動。預(yù)見上至2%的滑動將是常見的。
[0108]在另一個方面中，本公開提供了一種用于提高變速器的轉(zhuǎn)矩密度的方法，該方法包括設(shè)置或調(diào)節(jié)變速器的兩個部件之間的摩擦接合的量的步驟。
[0109]如應(yīng)理解的，兩個部件之間的摩擦接合的量可以基于理論和實驗基礎(chǔ)提出，并且在加工時設(shè)置。例如，兩個齒輪狀部件的轉(zhuǎn)動軸線可以在其間設(shè)置有固定的、預(yù)定的距離，以便在二者之間提供預(yù)定等級的摩擦接合。可替代的，轉(zhuǎn)動軸線之間的距離通過調(diào)節(jié)機構(gòu)可以是變化的。調(diào)節(jié)將允許經(jīng)驗手段，該經(jīng)驗手段帶著改善變速器轉(zhuǎn)矩路徑的目的用于確定部件之間的摩擦接合的優(yōu)選等級，并且最終導(dǎo)致提高的輸出參數(shù)(例如轉(zhuǎn)矩或rpm)或總體變速器參數(shù)(例如動力損失或效率)。
[0110]應(yīng)用本方法的變速器和其部件可具有上面記載的任一特征。僅為了簡潔和清晰的目的，這些特征通過引用并入此處，并且以便不模糊主要的發(fā)明構(gòu)思。
[0111]本公開還提供了一種變速器部件，如在本文中參考任一附圖描述的。
[0112]本公開又提供了一種變速器，如在本文中參考任一附圖描述的。
[0113]雖然本公開主要參考行星變速器和應(yīng)變波變速器進行描述，應(yīng)理解，本文描述的齒輪狀部件在其他類型的變速器中將是有用的。鑒于本說明書的益處，技術(shù)人員能將幾乎任一變速器的任一齒輪嚙合替換為本公開部件。
[0114]例如，應(yīng)邊波變速器可以通過將圓形花鍵輪(circular spline)和柔性花鍵輪(flex spline)的齒替換為摩擦地接合的形成部和凹進部。在這樣的實施方案中，接合表面上的點可以屈曲成與另一個接合表面接觸或脫離接觸。應(yīng)變波變速器可以具有1、2、3、4、5、
6、7、8、9、10個或更多的行星滾子。在如圖9A至圖9D中描繪的行星滾子通過太陽滾子驅(qū)動的情況下，變速器的總體比率可以通過在2:1和9:1之間的進一步的比率乘法器來變化。這樣允許應(yīng)變波設(shè)計在緊湊的形狀規(guī)格中實現(xiàn)非常高的轉(zhuǎn)矩比率或倍數(shù)比率。實際的變速器比率可以在9:1和2000:1或更高之間實現(xiàn)。應(yīng)變波實施方案也可以通過非圓形滾子元件軸承(在本領(lǐng)域中被稱為波發(fā)生器)驅(qū)動。所述波發(fā)生器軸承內(nèi)圈可以是橢圓的、偏心的、長圓形的、余擺線的、擺線的或其他相似形狀的，以便推動柔性花鍵輪狀的部件的形成部在繞著環(huán)面間隔開的1、2、3、4、5、6、7、9、10或更多的點處緊靠環(huán)面的形成部。波發(fā)生器軸承的外圈通常是徑向地分離的柔性部件，其裝配在柔性花鍵輪狀的部件內(nèi)部，以便繞著環(huán)面驅(qū)動接合點。
[0115]本公開也可適合于斜齒輪、冠狀齒輪和小齒輪狀系統(tǒng)、齒條和小齒輪狀系統(tǒng)或偏心系統(tǒng)。
[0116]應(yīng)理解，在本文的本發(fā)明的示例性實施方案的描述中，本發(fā)明的多種特征有時共同分組在單一實施方案、圖或其描述中，用于簡化本公開并且?guī)椭喾N發(fā)明方面中的一個或多個的理解的目的。然而，本公開的方法不得解釋為反映要求保護的發(fā)明需要比每項權(quán)利要求中明確提到的更多的特征的意圖。相反，如以下權(quán)利要求反映的，發(fā)明方面存在于少于單個前述公開的實施方案的全部特征。因此，跟隨詳細描述的權(quán)利要求據(jù)此清楚地被并入此詳細描述中，其中每一項權(quán)利要求獨立地作為本發(fā)明的單獨的實施方式。
[0117]另外，雖然本文描述的一些實施方案包括在其他實施方案中包括的一些特征而不是其他特征，但是不同實施方案的特征的組合旨在本發(fā)明范圍內(nèi)，并且形成不同的實施方案，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。例如，在以下權(quán)利要求中，要求保護的實施方案中的任一個可以在任一組合中使用。
[0118]在本文提供的描述中，許多具體細節(jié)被陳述。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明的實施方案可以在無這些具體細節(jié)的情況下被實踐。在其他例子中，眾所周知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)未被詳細地示出，以便不模糊對本描述的理解。
[0119]因此，雖然已經(jīng)描述了被認(rèn)為是本公開的多種實施方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以對其進行其他和進一步的修改，而不離開本公開的精神，并且它意在要求所有這樣的改變和修改落在本公開的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在，本公開將會通過參考以下非限制的實例性實施方案進行更全面地描述。
[0120]參考圖1A，示出了簡單的變速器10，其包括兩個變速器部件12和14，兩個變速器部件12和14通過在每個部件12、14中的交替的楔形的形成部24和凹進部26互相地摩擦地接入口 ο
[0121]在此實例中，部件12和14具有相等的半徑，并且因此沒有獲得機械增益。然而，變速器也可以具有不同半徑的部件，使得獲得機械增益。變速器部件包括界定轉(zhuǎn)動軸線16和18的軸架(20和22，沒有示出軸)。
[0122]交替的楔形形成部24和凹進部26在圖1B的橫截面圖中更清晰地示出。鋸齒形輪廓界定在單一接合表面上的一系列交替的形成部和凹進部。部件12和14兩者(當(dāng)互相比較時)具有大體相同的形狀和尺寸的形成部，并且也具有大體相同的形狀和尺寸的凹進部。凹進部是形成部的共軛、倒置或與形成部互補，使得形成部能插入到凹進部內(nèi)，其中形成部的傾斜表面被配置成接觸凹進部的傾斜壁。除了在圖1A至圖1B中示出的配置以外，形成部24可以在第一部件12上，并且凹進部26可以在第二部件14上，或反之亦然。在運行中，形成部24和凹進部26可以互相摩擦地接合，以便在第一部件和第二部件之間傳輸轉(zhuǎn)矩。此外，由于形成部和凹進部互相摩擦地接合，變速器不具有任何間隙。
[0123]在剩下的圖中部件的編號總體上與圖1的編號一致。
[0124]圖2A示出了圖1的變速器10的示意性側(cè)視圖。部件12和14運行以在類似現(xiàn)有技術(shù)變速器的齒輪的部件之間傳遞轉(zhuǎn)矩，并且部件12和14可以被認(rèn)為具有相等的齒根圓32。部件12、14的摩擦接合的區(qū)域30特別有意義，負責(zé)將轉(zhuǎn)動運動從一個部件傳輸至另一個。在此實施方案中，形成部是楔形的，并且凹進部大體與楔形形狀互補。圓周接合面的整體用于界定形成部表面和凹進部壁，不存在不能參加摩擦接合的接合面的區(qū)域，這通過如在圖2B中示出的參考區(qū)域30是清楚的。
[0125]圖3示意性地示出了在本公開的情境中可操作的多個其他優(yōu)選的形成部和凹進部組合。在圖3A中，上部的部件的形成部和凹進部具有平直的輪廓，其中形成部的傾斜表面是嚴(yán)格的平面的。在圖3A中下部的部件具有帶有凸起的輪廓的形成部，其中形成部的傾斜表面輕微的向外拱起。圖3B示出了那個情形的反轉(zhuǎn)，其中上部的部件具有帶有凸起的輪廓的形成部，并且下部的部件具有帶有平直的輪廓的形成部。圖3C示出了具有帶有凸起的輪廓的形成部的兩個部件，而圖3D示出了在上部的部件和下部的部件兩者上的非常細微的凸起的輪廓。
[0126]在圖4A至圖4C中示出了一種可替代的變速器40，其具有環(huán)形齒輪狀部件42和小齒輪狀部件44。環(huán)形部件的內(nèi)表面具有繞著內(nèi)圓周延伸的一系列長形的形成部和凹進部。小齒輪部件的外圓周具有與環(huán)形部件的那些形成部和凹進部互補的形成部和凹進部。在環(huán)形部件轉(zhuǎn)動時，摩擦接合引起小齒輪的轉(zhuǎn)動，或反之亦然。圖4C以虛線示出了可替代的變速器的摩擦接合的區(qū)域。
[0127]圖5A至圖5C示出了利用本發(fā)明的部件并且具有固定比率差動的復(fù)雜的行星變速器50。變速器50具有包括較大的內(nèi)直徑部分52和較小的內(nèi)直徑部分54的環(huán)形齒輪狀部件、太陽齒輪狀部件56和5個行星齒輪狀部件58。行星部件58中的每個具有較大的直徑部分和較小的直徑部分，該較大的直徑部分和較小的直徑部分適合于容納在環(huán)形部分52、54的較大的內(nèi)直徑部分和較小的內(nèi)直徑部分內(nèi)。相似地，太陽部件56具有較大的直徑部分和較小的直徑部分，該較大的直徑部分和較小的直徑部分適合于容納行星部件58的較大的直徑和較小的直徑。
[0128]環(huán)形部件52、54具有在它內(nèi)表面上的形成部和凹進部，該形成部和凹進部被配置以便與行星部件58的外接合面上的互補的形成部和凹進部摩擦地接合。太陽部件56的外接合面具有與行星齒輪的那些形成部和凹進部互補的形成部和凹進部。
[0129]圖6A至圖6C的行星變速器包括調(diào)節(jié)機構(gòu)59，該調(diào)節(jié)機構(gòu)59允許預(yù)負載放置在太陽齒輪和行星齒輪的接合面上。調(diào)節(jié)機構(gòu)的實例可以是一組無頭螺釘60，其可以根據(jù)需要向內(nèi)轉(zhuǎn)動以增加預(yù)負載并且向外轉(zhuǎn)動以減少預(yù)負載。增加預(yù)負載(并且因此當(dāng)變速器運行時增加在太陽齒輪和行星齒輪之間的摩擦接合的量)提高了變速器的轉(zhuǎn)矩密度。這樣提供了調(diào)整變速器的性能并且抵消磨損的能力，特別是考慮到如在圖8中示出的拓撲布局。調(diào)節(jié)機構(gòu)59也可以被用于本文描述的變速器的其他實例中。
[0130]在圖6A至圖6C中的實施方案被制作為用于小尺度機器人手臂的變速器，并且被配置成通過伺服馬達驅(qū)動。變速器的楔形的形成部具有0.2mm的高度。
[0131]圖7更詳細地示出了預(yù)負載調(diào)節(jié)機構(gòu)59并且特別是無頭螺釘60。無頭螺釘60裝配在中心軸和太陽部件56之間的孔內(nèi)。只有孔的中心側(cè)70具有螺紋，而外側(cè)72是具有過盈配合的盲孔。當(dāng)無頭螺釘60被擰緊時，它推動兩個太陽部件朝向彼此，同時同步地作為鍵槽，阻止一個部件相對另一個的轉(zhuǎn)動。
[0132]參考圖5和圖6的實施方案，應(yīng)理解，進一步的部件，如行星架部件、滾動元件架、輸入軸和輸出軸、密封件和殼體將通常被需要以便提供可工作的變速器。技術(shù)人員能通過僅常規(guī)方法提供這樣的附加部件。
[0133]本公開也可適合于應(yīng)變波變速器(也稱為諧波驅(qū)動系統(tǒng))，如在圖9中示出的。鑒于缺乏間隙和有用的轉(zhuǎn)矩輸出，圖5、圖6和圖9的變速器已示出在伺服機械應(yīng)用中尤其有用。
[0134]圖9A至圖9D示出了應(yīng)變波變速器實施方案100，在圖9A處的透視圖示出的。變速器包括固定的圓形花鍵輪狀部件102，該固定的圓形花鍵輪狀部件102具有環(huán)繞內(nèi)接合表面的形成部和凹進部。圓形花鍵輪102的內(nèi)部是柔性花鍵輪狀部件104。柔性花鍵輪狀部件104具有環(huán)繞外接合表面的形成部和凹進部，并且可操作地連接至輸出軸(沒有示出)。柔性花鍵輪狀部件104和圓形花鍵輪狀部件102的形成部和凹進部是互補的并且摩擦地接合。柔性花鍵輪狀部件104的內(nèi)部是波發(fā)生器，該波發(fā)生器包括中心輪轂106(可操作地連接至輸入軸108)和繞輪轂106等距布置的三個滾子110。每個滾子100接觸柔性花鍵輪狀部件104的內(nèi)表面和輪轂106的外表面。在轉(zhuǎn)動輸入至變速器時，輪轂106轉(zhuǎn)動引起滾子100反向轉(zhuǎn)動，由此繞輪轂以行星方式軌道運行。軌道運行的滾子110引起柔性花鍵輪狀部件104的變形，以便提供應(yīng)變波。
[0135]變速器100的橫截面圖在圖9B中示出，截面穿過如在圖9C中示出的平面H-H截取。圖9B的圓形區(qū)域的細節(jié)在圖9D中示出，圖9D更清晰地示出了柔性花鍵輪狀部件104的外接合面，其通過滾子110被推動緊靠固定的花鍵輪狀部件102的內(nèi)接合面。
[0136]現(xiàn)在返回參考圖9B，在變速器的最低區(qū)域處，應(yīng)注意柔性花鍵輪狀部件104在區(qū)域104a處向內(nèi)地拱起。這是當(dāng)不通過滾子110被推動緊靠固定的花鍵輪狀部件102的內(nèi)接合表面時，柔性花鍵輪狀部件104的配置。至于現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)變波變速器，柔性花鍵輪狀部件使用柔性材料制造。應(yīng)考慮，在現(xiàn)有技術(shù)變速器中使用的任何材料將可應(yīng)用至本應(yīng)變波變速器。
[0137]作為此優(yōu)選實施方案的變型，波發(fā)生器輪轂可以是圓形的，使用轉(zhuǎn)動的行星來形成波(如上面描繪且描述的)，或波發(fā)生器輪轂可以配置成在其輪廓中包含波，其中滾子將形狀的改變簡單地傳輸至柔性花鍵輪狀部件，如同現(xiàn)有技術(shù)的具有帶齒的花鍵輪的應(yīng)變波變速器的運行。
[0138]應(yīng)變波實施方案的優(yōu)勢包括制造的簡化和方便，以及通過太陽/行星關(guān)系實現(xiàn)的高的轉(zhuǎn)矩比率。
[0139]變速器的可替代的配置
[0140]除了上面陳述的變速器的實例，變速器和它的部件可以具有其他配置。例如，變速器可以具有諧波齒輪/應(yīng)變波配置(其中一個實例在上面的圖9A至圖9D中示出)、錐配置、齒條和小齒輪配置以及冠狀齒輪和小齒輪配置。
[0141]圖11是具有形成部和凹進部的齒條和小齒輪狀變速器，其中變速器具有齒條部件1101和小齒輪部件1100。齒條和小齒輪狀配置(齒輪和附著摩擦力輪)可以被用于將轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)換成直線運動，并且反之亦然。齒條和小齒輪狀配置通常用在車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)和笛卡爾運動控制機構(gòu)(Cartesian mot1n control mechanisms)中。如在圖11中不出的，齒條1101和小齒輪1100可以各具有一個或多個形成部24和一個或多個凹進部26，該一個或多個形成部24和一個或多個凹進部26如上面已經(jīng)描述的進行配合。
[0142]圖12A和圖12B分別是具有形成部和凹進部的錐狀變速器的透視圖和俯視圖，其具有第一部件1200和第二部件1202。在錐狀配置中，兩個軸的軸線(如在圖12A和圖12B中通過虛線示出的)成一定角度相交，該角度通常在I度和90度之間，其中在兩個部件/輪1200、1202之間具有嚙合表面，該嚙合表面允許轉(zhuǎn)矩的傳遞。兩個部件/輪可以是相同的尺寸，以便允許轉(zhuǎn)矩承載軸的重定向，或它們可以是不同的尺寸，以便允許減少或增加轉(zhuǎn)矩以及允許改變方向。如示出的，部件中的每個具有一個或多個形成部24和一個或多個凹進部，該一個或多個形成部24和一個或多個凹進部如上面已經(jīng)描述的進行配合。
[0143]圖13A和圖13B分別是具有形成部和凹進部的冠狀齒輪和小齒輪狀變速器的透視圖和俯視圖。此變速器具有冠狀部件1300和小齒輪部件1302，冠狀部件1300和小齒輪部件1302使用一個或多個形成部24和一個或多個凹進部26彼此互相作用，如示出的。在此變速器中，兩個部件的軸線(如在圖13A和圖13B中通過虛線示出的)可以接近90度，其中在兩個部件/輪1300、1302之間具有嚙合表面，該嚙合表面允許轉(zhuǎn)矩的傳遞。
[0144]雖然上述已經(jīng)參考本公開的特別實施方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，此實施方案中的改變可以在不離開本公開的原理和精神的情況下做出，本公開的范圍通過附加的權(quán)利要求界定。
【主權(quán)項】
1.一種變速器部件，包括: 具有接合面的部件； 一個或多個形成部，其中每個形成部是大體長形的，所述一個或多個形成部沿著所述部件的所述接合面延伸，所述一個或多個形成部被配置成與第二變速器部件的大體長形的凹進部是摩擦地可接合的;或者 一個或多個凹進部，其中每個凹進部是大體長形的，所述一個或多個凹進部沿著所述部件的所述接合面延伸，所述一個或多個凹進部被配置成與第二變速器部件的大體長形的形成部是摩擦地可接合的。2.如權(quán)利要求1所述的變速器部件，其中所述部件是圓形的，并且所述一個或多個形成部繞著所述部件大體周向地延伸。3.如權(quán)利要求1或2所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的至少一個在橫截面輪廓中是大體齒形的。4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的至少一個形成部具有兩個傾斜表面。5.如權(quán)利要求4所述的變速器部件，其中兩個相鄰的形成部的所述傾斜表面形成凹進部，所述凹進部被配置成與第二變速器部件的大體長形的形成部是摩擦地可接合的。6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的所述至少一個是大體楔形的。7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的變速器部件，包括多個形成部和多個凹進部。8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部形成大體鋸齒形的橫截面輪廓。9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為是可轉(zhuǎn)動地可安裝的。10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為變速器的齒輪狀部件。11.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為行星變速器和應(yīng)變波變速器中的一個的齒輪狀部件。12.如權(quán)利要求11所述的變速器部件，其中所述行星變速器是復(fù)合行星變速器。13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為太陽齒輪狀部件，或行星齒輪狀部件，或環(huán)形齒輪狀部件。14.一種變速器，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的第一變速器部件，其中所述第一變速器部件具有一個或多個長形的形成部； 第二變速器部件，所述第二變速器部件具有一個或多個大體長形的凹進部;并且 其中所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部與所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部是摩擦地可接合的，使得在使用中所述第一變速器部件能驅(qū)動所述第二變速器部件。15.如權(quán)利要求14所述的變速器，其中所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部與所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部大體互補。16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的變速器，其中所述一個或多個形成部和所述一個或多個凹進部的形狀和尺寸被設(shè)計成使得在使用中所述變速器大體沒有自由游隙。17.如權(quán)利要求14至16中任一項所述的變速器，還包括調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置成用來改變所述第一變速器部件相對于所述第二變速器部件的位置。18.如權(quán)利要求17所述的變速器，其中所述調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置成用來調(diào)節(jié)通過所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部施加在所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部上的力。19.如權(quán)利要求17或權(quán)利要求18的任一項所述的變速器，其中所述調(diào)節(jié)機構(gòu)包括斜面，所述斜面相對于所述變速器部件是可滑動的，以便側(cè)向地位移所述第一變速器部件。20.如權(quán)利要求14至19中任一項所述的變速器，其中所述變速器是行星變速器和應(yīng)變波變速器中的一個。21.如權(quán)利要求20所述的變速器，其中所述行星變速器是復(fù)合行星變速器。22.如權(quán)利要求14至21中任一項所述的變速器，其中所述變速器是減速變速器。23.如權(quán)利要求14至22中任一項所述的變速器，所述變速器與伺服馬達可操作的組合。24.—種用于提高變速器的轉(zhuǎn)矩密度的方法，所述方法包括: 提供第一變速器部件和第二變速器部件，所述第一變速器部件具有一個或多個長形的形成部，所述第二變速器部件具有一個或多個長形的凹進部； 使所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部和所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部摩擦地接合；以及 設(shè)置所述變速器的兩個部件之間的摩擦接合量，以提高所述變速器的轉(zhuǎn)矩密度。25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中兩個變速器部件是權(quán)利要求1至13中任一項所述的任意兩個部件。26.如權(quán)利要求24或權(quán)利要求25所述的方法，其中所述變速器是權(quán)利要求14至23中任一項所述的變速器。27.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述變速器的兩個部件之間的摩擦接合量。28.—種變速器部件，包括: 具有接合面的部件;和 一個或多個形成部，其中每個形成部是大體長形的，所述一個或多個形成部沿著所述部件的所述接合面延伸，所述一個或多個形成部被配置成與第二變速器部件的大體長形的凹進部是摩擦地可接合的。29.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，其中所述部件是圓形的，并且所述一個或多個形成部繞著所述部件大體周向地延伸。30.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的至少一個在橫截面輪廓中是大體齒形的。31.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的至少一個形成部具有兩個傾斜表面。32.如權(quán)利要求31所述的變速器部件，其中兩個相鄰的形成部的所述傾斜表面形成凹進部，所述凹進部被配置成與第二變速器部件的大體長形的形成部是摩擦地可接合的。33.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部中的至少一個是大體楔形的。34.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，還包括多個形成部和多個凹進部。35.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，其中所述一個或多個形成部形成大體鋸齒形的橫截面輪廓。36.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為是可轉(zhuǎn)動地可安裝的。37.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為變速器的齒輪狀部件。38.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為行星變速器和應(yīng)變波變速器中的一個的齒輪狀部件。39.如權(quán)利要求38所述的變速器部件，其中所述行星變速器是復(fù)合行星變速器。40.如權(quán)利要求28所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為太陽齒輪狀部件，或行星齒輪狀部件，或環(huán)形齒輪狀部件。41.一種變速器部件，包括: 具有接合面的部件； 一個或多個凹進部，其中每個凹進部是大體長形的，所述一個或多個凹進部沿著所述部件的所述接合面延伸，所述一個或多個凹進部被配置成與第二變速器部件的大體長形的形成部是摩擦地可接合的。42.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，其中所述部件是圓形的，并且所述一個或多個凹進部繞著所述部件大體周向地延伸。43.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，其中每個凹進部還包括由沿著所述部件的所述接合面延伸的兩個相鄰的形成部形成的第一傾斜表面和第二傾斜表面。44.如權(quán)利要求43所述的變速器部件，其中所述形成部中的至少一個是大體楔形的。45.如任一權(quán)利要求41所述的變速器部件，還包括多個形成部和多個凹進部，其中每個凹進部與兩個形成部相鄰。46.如權(quán)利要求43所述的變速器部件，其中所述形成部形成大體鋸齒形的橫截面輪廓。47.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為是可轉(zhuǎn)動地可安裝的。48.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為變速器的齒輪狀部件。49.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為行星變速器和應(yīng)變波變速器中的一個的齒輪狀部件。50.如權(quán)利要求49所述的變速器部件，其中所述行星變速器是復(fù)合行星變速器。51.如權(quán)利要求41所述的變速器部件，所述變速器部件被配置為太陽齒輪狀部件，或行星齒輪狀部件，或環(huán)形齒輪狀部件。52.一種變速器，包括: 第一變速器部件，所述第一變速器部件具有一個或多個長形的形成部； 第二變速器部件，所述第二變速器部件具有一個或多個大體長形的凹進部;并且 其中所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部與所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部是摩擦地可接合的，使得在使用中所述第一變速器部件能驅(qū)動所述第二變速器部件。53.如權(quán)利要求52所述的變速器，其中所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部與所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部大體互補。54.如權(quán)利要求52所述的變速器，其中所述一個或多個形成部和所述一個或多個凹進部的形狀和尺寸被設(shè)計成使得在使用中所述變速器大體沒有自由游隙。55.如權(quán)利要求52所述的變速器，還包括調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置成用來改變所述第一變速器部件相對于所述第二變速器部件的位置。56.如權(quán)利要求55所述的變速器，其中所述調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置成用來調(diào)節(jié)通過所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部施加在所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部上的力。57.如權(quán)利要求55所述的變速器，其中所述調(diào)節(jié)機構(gòu)包括斜面，所述斜面相對于變速器部件是可滑動的，以便側(cè)向地位移所述第一變速器部件。58.如權(quán)利要求52所述的變速器，其中所述變速器是行星變速器和應(yīng)變波變速器中的一個。59.如權(quán)利要求58所述的變速器，其中所述行星變速器是復(fù)合行星變速器。60.如權(quán)利要求52所述的變速器，其中所述行星變速器是減速變速器。61.如權(quán)利要求52所述的變速器，所述變速器與伺服馬達可操作的組合。62.—種用于提高變速器的轉(zhuǎn)矩密度的方法，所述方法包括: 提供第一變速器部件和第二變速器部件，所述第一變速器部件具有一個或多個長形的形成部，所述第二變速器部件具有一個或多個長形的凹進部； 使所述第一變速器部件的所述一個或多個形成部和所述第二變速器部件的所述一個或多個凹進部摩擦地接合；以及 設(shè)置所述變速器的兩個部件之間的摩擦接合量，以提高所述變速器的轉(zhuǎn)矩密度。63.如權(quán)利要求62所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述變速器的兩個部件之間的摩擦接合量。
【文檔編號】F16H15/52GK105899851SQ201580003955
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月7日
【發(fā)明人】亞當(dāng)·查爾斯·埃里森
【申請人】莫德伯特有限公司, 莫德伯特公司