專利名稱：具有光學(xué)編碼環(huán)的軸和該軸的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于重復(fù)運動物體位置的系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，該運動物體由旋轉(zhuǎn)運動所致動。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于對傳動軸的位置進行標記的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可確保機械系統(tǒng)被置于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，以形成通常所說的動力驅(qū)動。
本發(fā)明還涉及用于向一種機械系統(tǒng)傳遞命令或指令的軸，其中該機械系統(tǒng)可以例如是用于傳遞從車輛方向盤沿該車輛方向發(fā)送來的信息的傳動軸。
背景技術(shù)：
在上述應(yīng)用范圍內(nèi)，必須能夠探測到傳動軸的位置，以及施加到傳動軸上的、能夠有助于運動以及運動方向的作用力。
為此，已知的方法是使用一種轉(zhuǎn)矩表(torsion gauge)，該轉(zhuǎn)矩表具有兩個彼此相對旋轉(zhuǎn)并通過一個轉(zhuǎn)矩桿旋轉(zhuǎn)連接的傳動軸。這樣，就必須以絕對和相對兩種方式來識別組成該轉(zhuǎn)矩表的每個軸的位置。實際上，這兩個軸的角位置差是一個關(guān)于施加在傳動軸上的扭轉(zhuǎn)耦合的函數(shù)。
為了對每個傳動軸的這種角度標記產(chǎn)生影響，一種技術(shù)已經(jīng)被研發(fā)出來，這種技術(shù)使用一種適合的讀取系統(tǒng)，將每個傳動軸與能夠識別它們的位置的光學(xué)編碼裝置連接起來。這種光學(xué)編碼裝置具有直接被機械加工到傳動軸中的、大致呈圓柱狀的光學(xué)表面。
這種實施方案已經(jīng)證實了對轉(zhuǎn)矩表的傳動軸位置進行光學(xué)探測這一工藝的實用性，但不足之處是成本特別高，因此不能被很好地適用于批量生產(chǎn)。
所以，需要有一種帶有光學(xué)編碼的新型傳動軸和一種制造方法，這種制造方法既要能夠滿足用于位置探測的光學(xué)表面的高生產(chǎn)精度要求，同時又要使制造成本較低，這樣就使特別用于汽車工業(yè)的轉(zhuǎn)矩表能以可接受的成本生產(chǎn)出來。
發(fā)明概述為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種帶光學(xué)編碼環(huán)的傳動軸制造方法，包含以下步驟·制造傳動軸，使它具有一個編碼環(huán)的承接區(qū)域，承接區(qū)域上具有至少一個沿編碼環(huán)軸向設(shè)置的槽紋環(huán)，·制造編碼環(huán)，使它在一個側(cè)面上具有至少一個用于光學(xué)編碼的圓周外表面，并在另一個側(cè)面上具有一個形狀與承接區(qū)域的形狀基本類似的中心孔，該中心孔的內(nèi)徑小于承接區(qū)域的最大直徑，該中心孔包圍槽紋環(huán)，且該中心孔包括內(nèi)軸環(huán)，該內(nèi)軸環(huán)的直徑小于中心孔的內(nèi)徑，·于承接區(qū)域的高度處，在傳動軸上對編碼環(huán)進行鉸孔，以便使凹槽朝內(nèi)軸環(huán)的方向嚙合到中心孔的壁中，而凹槽不嚙合到內(nèi)軸環(huán)中，·然后在傳動軸上，于一個編碼環(huán)表面的高度處，通過旋轉(zhuǎn)編碼環(huán)產(chǎn)生波浪彎，該編碼環(huán)表面相對于槽紋環(huán)來說，是與內(nèi)軸環(huán)相對設(shè)置的。
在編碼環(huán)的鉸孔和旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下，方便地將在鉸孔過程中可能產(chǎn)生的編碼環(huán)材料的薄屑封閉起來。這種封閉極好地保證了通過最大程度地減小對編碼環(huán)用于光學(xué)編碼的圓柱形外表面的污染或損傷而獲得的傳動軸潔凈度。
根據(jù)本發(fā)明，槽紋環(huán)可以以不同的方式制成。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，槽紋環(huán)相對于編碼環(huán)的承接區(qū)域凸起設(shè)置。槽紋環(huán)在凹槽底部處的直徑，最好但并非必須，比承接區(qū)域的直徑大。
槽紋環(huán)可以采用各種不同的形式。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，槽紋環(huán)在軸向截面呈梯形或三角形。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，無論槽紋環(huán)是否是凸起設(shè)置，凹槽在橫向截面呈梯形或三角形。
根據(jù)本發(fā)明，傳動軸至少具有一個槽紋環(huán)，并且可以具有多個槽紋環(huán)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個特征，傳動軸被加工使得編碼環(huán)的承接區(qū)域具有彼此軸向間隔一定距離的至少兩個槽紋環(huán)。
優(yōu)選但并非絕對必須，在編碼環(huán)位于承接區(qū)域表面對面的表面高度處，對編碼環(huán)進行滾軋，以使得編碼環(huán)位于兩個槽紋環(huán)之間的材料產(chǎn)生波浪彎，該承接區(qū)域表面位于兩個槽紋環(huán)之間。
本發(fā)明的優(yōu)選方案有助于加強光學(xué)編碼環(huán)在傳動軸上的軸向固定。
根據(jù)本發(fā)明，傳動軸以及編碼環(huán)可以由任何合適的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的但并非必須的特征，傳動軸由鋼制成，而編碼環(huán)由一種硬度小于傳動軸材料的金屬或金屬合金制成。編碼環(huán)最好是由銅-鎳-鋅合金制成，也就是一種銅、鎳和鋅的合金，這種合金可以包含也可以不包含其他合金元素。
根據(jù)本發(fā)明，外表面可以在對編碼環(huán)進行鉸孔和滾軋之前或之后進行機械加工，以產(chǎn)生光學(xué)編碼裝置。不過，編碼環(huán)的光學(xué)表面最好是在對傳動軸上的編碼環(huán)進行了鉸孔和壓波浪彎之后進行機械加工。這種制造方法尤其得益于根據(jù)本發(fā)明的制造方法的技術(shù)優(yōu)點，同時，對編碼環(huán)的鉸孔和壓波浪彎可以在不清除薄屑或污物顆粒的情況下進行。
在一個優(yōu)選的而非限定性的應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的這種制造方法被用于制造一種轉(zhuǎn)矩表，該轉(zhuǎn)矩表具有兩個傳動軸，每個傳動軸上帶有一個光學(xué)編碼環(huán)，并通過一個轉(zhuǎn)矩桿旋轉(zhuǎn)連接而可彼此相對作軸向旋轉(zhuǎn)運動。這種制作通過以下兩步來實現(xiàn)的·根據(jù)前述的本發(fā)明的制造方法，制造每個傳動軸，·然后通過轉(zhuǎn)距桿將兩個傳動軸組裝在一起。
在一個優(yōu)選方式中，鉸孔和通過繞各自的軸滾軋光學(xué)編碼環(huán)來使光學(xué)編碼環(huán)產(chǎn)生波浪彎，是在兩軸通過轉(zhuǎn)矩桿組裝之前進行的。
兩個光學(xué)編碼環(huán)的兩個反射區(qū)(鏡面)在兩傳動軸組裝完畢之后進行機械加工，從而確保兩個反射表面可以保持良好的同軸性。
本發(fā)明還涉及一種傳動軸，其特征在于，該傳動軸附著有至少一個光學(xué)編碼環(huán)。
本發(fā)明還涉及一種轉(zhuǎn)矩表，該轉(zhuǎn)矩表具有兩個傳動軸，它們可以彼此相對繞軸旋轉(zhuǎn)移動，并通過一個轉(zhuǎn)距桿旋轉(zhuǎn)連接，其特征在于，每個傳動軸帶有一個光學(xué)編碼環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明中一個優(yōu)選的但并非絕對必須的特征，組成轉(zhuǎn)矩表的每個傳動軸上的兩個光學(xué)編碼環(huán)相鄰設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，光學(xué)編碼環(huán)在該環(huán)的承接區(qū)域的高度上，進行鉸孔和通過在傳動軸上滾軋來產(chǎn)生波浪彎。當然，編碼環(huán)在軸上的其他組裝方式和裝配也是可行的。
本發(fā)明的各種其他特征將在下面關(guān)于附圖的描述中展現(xiàn)出來，這些附圖展示了一個根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩表的非限制性實施方案示例，其中該轉(zhuǎn)矩表具有兩個傳動軸。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明所述的表的局部的軸向剖面。
圖2是圖1所示轉(zhuǎn)矩表的局部剖視的分解圖。
圖3是對圖2中A部分的放大局部正視圖。
圖4是對圖2中B部分的放大正視圖。
圖5是圖3中沿V-V線的部分橫切面。
圖6是一個類似于圖5的截面，示出了凹槽的另一個實施方案。
優(yōu)選實施方案本發(fā)明提出了一種用于對帶光學(xué)編碼環(huán)的傳動軸進行加工的新穎的制造方法。此處僅是舉例說明而并非必須，該光學(xué)編碼環(huán)能被用于如圖1具體所示的轉(zhuǎn)矩表中，該轉(zhuǎn)矩表從整體上由附圖標記1所表示。
因而，轉(zhuǎn)矩表1具有兩個以Δ為軸線的傳動軸2和3。傳動軸2和3繞軸線Δ彼此相對旋轉(zhuǎn)，并且通過一個轉(zhuǎn)距桿4相連接，這樣兩個傳動軸2和3沿軸Δ平動而彼此相連接，并且能夠根據(jù)施加在兩個軸2和3中每一個上的力矩得知繞軸Δ的相對旋轉(zhuǎn)運動。如圖1所示，轉(zhuǎn)距桿4設(shè)置在傳動軸2的中心孔5中以實現(xiàn)此目的，該轉(zhuǎn)距桿4通過它的兩端分別與傳動軸2和3相連。這是一個為專家所熟知的轉(zhuǎn)矩表的實施方案，因此無需做過多的解釋。
根據(jù)本發(fā)明的一個必要特征，該特征允許對轉(zhuǎn)矩表1的角位置和兩個傳動軸2、3的相對角位置作光學(xué)探測，傳動軸2、3的每一個上都帶有一個光學(xué)編碼環(huán)6。根據(jù)所描述的實例，光學(xué)編碼環(huán)6被相鄰設(shè)置。每個光學(xué)編碼環(huán)6具有一個用于光學(xué)編碼的圓周外表面8。每個圓周外表面8的具體幾何形狀不屬于本發(fā)明的限定范圍。至多建議指定每個圓周外表面8呈大體的圓柱形，使得它們具有一組以上的能被圖中未示出的儀器所識別的光學(xué)標記，同時允許轉(zhuǎn)矩表1的角位置以及傳動軸2和3之間的角間距能從整體上被識別。為了獲得令人滿意的結(jié)果，光學(xué)編碼環(huán)的外表面8必須具有很高等級的精確度以及很強的反射率。
由于考慮到用于制作傳動軸2的材料的硬度，將光學(xué)編碼表面直接設(shè)置在傳動軸的制作材料中將不利于節(jié)約批量生產(chǎn)的成本。因此，本發(fā)明提出將光學(xué)編碼環(huán)6附著在傳動軸2和3上。
這樣，光學(xué)編碼環(huán)6就可以用比傳動軸2更具延展性的材料制成，并花費較低的機加工成本。
于是，本發(fā)明提出制作每個傳動軸2和3，使它具有一個編碼環(huán)6的承接區(qū)域10。根據(jù)本發(fā)明的一個必要特征，每個承接區(qū)域10具有至少一個以Δ為軸的槽紋環(huán)，而根據(jù)所描述的實例，有兩個槽紋環(huán)11、12。
根據(jù)圖3和4中的具體所示內(nèi)容以及所描述的具體實例，這兩個槽紋環(huán)11被相對于承接區(qū)域10呈凸起設(shè)置，并且兩者之間軸向間隔一定距離，這樣就使承接區(qū)域10在兩個環(huán)11之間限定出一個光潔表面13。如在下文中將要描述的，每個表面13限定了相應(yīng)編碼環(huán)的一個軸向固定的喉部(throat)。
根據(jù)所述的實例，槽紋環(huán)具有基本為梯形的軸向橫截面，如圖3和4具體所示。同樣，根據(jù)所述實施方案，如圖5所示，槽紋環(huán)上的凹槽也呈現(xiàn)一個梯形的橫截面。然而，如圖6所示，當需要凹槽在編碼環(huán)上具有較好的穿透度時，凹槽采用具有三角形的橫截面。
此外，根據(jù)所述實例，凹槽的底部位于一個圓柱體上，該圓柱體的直徑R12大于表面13上的軸環(huán)10的最小直徑R10。
與每個傳動軸2和3的加工相獨立，每個光學(xué)編碼環(huán)6所用制造材料的硬度要比制造傳動軸2和3所用鋼材硬度小，最好是用一種延展性材料，例如銅-鎳-鋅合金，此處僅是舉例，當然也不排除其它材料。光學(xué)編碼環(huán)6分別被制成大致為圓柱形的外形，一方面具有圓周外表面8，另一方面具有一個形狀與承接區(qū)域基本類似的中心孔15。該中心孔的內(nèi)徑R15小于包括槽紋環(huán)11在內(nèi)的承接區(qū)域的最大直徑R11。
中心孔15被制成這樣，以具有一個內(nèi)軸環(huán)16，該內(nèi)軸環(huán)的直徑R16小于中心孔的內(nèi)徑R15，并最好小于或等于包括槽紋環(huán)11在內(nèi)的承接區(qū)域10的最小直徑R10。根據(jù)所述的實例，內(nèi)軸環(huán)16的孔內(nèi)徑等于接近區(qū)域10上的最小直徑R10的間隙。
每個編碼環(huán)6在各自的軸2，3上的裝配是通過鉸孔來進行的，也就是，將編碼環(huán)6沿箭頭F1的方向接合在承接區(qū)域10上，從而將槽紋環(huán)11的凹槽朝向內(nèi)軸環(huán)16接合在孔15的壁里面，但沒有將凹槽12接合在內(nèi)軸環(huán)中。在接合過程中，編碼環(huán)6的制作材料的削片將會堆積在導(dǎo)入方向F1的相反方向，也就是內(nèi)軸環(huán)16的方向，并被封閉在里面。
鉸孔之后，根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，已在傳動軸2、3上的編碼環(huán)6的滾軋(rolling)會在編碼環(huán)6的一個表面的高度上進行，該表面相對于至少一個槽紋環(huán)11來說，位于內(nèi)軸環(huán)16的對面。而根據(jù)所述的實例，會在與兩個槽紋環(huán)11之間的光滑表面13相面對的表面的高度上進行。所引起的旋轉(zhuǎn)有助于抑制光學(xué)編碼環(huán)的軸向平移，以便確保光學(xué)編碼環(huán)的持久的一體性。根據(jù)本發(fā)明，編碼環(huán)6的鉸孔和滾軋可以在轉(zhuǎn)矩表1的任何制造階段進行。然而，最好在兩個傳動軸通過轉(zhuǎn)矩桿4裝配好之后進行滾軋。
另外，根據(jù)本發(fā)明，對光學(xué)編碼裝置的表面8的制造或加工可以在任何階段進行，并最好在軸的裝配和編碼環(huán)的鉸孔及壓波浪彎完成之后進行，以便確保在沒有力矩施加在傳動軸2、3上時，排列在表面8上的光學(xué)標記的完美一致性。
根據(jù)在上文中所述的實例和圖1至5的圖解，編碼環(huán)的承接區(qū)域具有兩個凸起設(shè)置的槽紋環(huán)。不過，根據(jù)本發(fā)明，一個編碼環(huán)的每個承接區(qū)域可以只有一個槽紋環(huán)而且可以不必凸起設(shè)置。這樣，可以在承接區(qū)域10的整個軸向長度上加工凹槽12，并且可以在編碼環(huán)相對于軸環(huán)16的一側(cè)進行滾軋，從而使編碼環(huán)在承接區(qū)域10上被壓出波浪彎。
另外，根據(jù)本發(fā)明，編碼環(huán)6和傳動軸2、3的軸線在轉(zhuǎn)矩表1的范圍內(nèi)使用。不過，本發(fā)明可被用于任何形式的傳動軸，例如像電動機甚至發(fā)電機以及渦輪機之類的旋轉(zhuǎn)機械的傳動軸，這些旋轉(zhuǎn)機械需要設(shè)置能夠探測軸的角位置和/或傳動軸角速度的光學(xué)編碼環(huán)。
應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明進行各種形式的改進而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶有光學(xué)編碼環(huán)(6)的傳動軸(2，3)的制造方法，包括以下步驟·制造傳動軸(2)，使它具有一個編碼環(huán)(6)的承接區(qū)域(10)，承接區(qū)域上具有至少一個沿編碼環(huán)軸向(12)設(shè)置的槽紋環(huán)(11)，·制造編碼環(huán)(6)，使它的一側(cè)面上具有至少一個用于光學(xué)編碼的圓周外表面(8)，并在另一個側(cè)面上具有一個形狀與承接區(qū)域(10)的形狀基本類似的中心孔(15)，該中心孔的內(nèi)徑(R15)小于承接區(qū)域(10)的最大直徑(R11)，該中心孔包圍槽紋環(huán)(11)，且該中心孔包括內(nèi)軸環(huán)(16)，該內(nèi)軸環(huán)的直徑(R16)小于中心孔(15)的內(nèi)徑(R15)，·于承接區(qū)域的高度處，在軸(2，3)上對編碼環(huán)(6)進行鉸孔，以便使凹槽(12)朝內(nèi)軸環(huán)(16)的方向嚙合到孔(15)的壁中，而凹槽(12)不嚙合到內(nèi)軸環(huán)(16)中，·在編碼環(huán)(6)表面的高度處，滾軋位于傳動軸(2，3)上的編碼環(huán)(6)，該編碼環(huán)表面相對于槽紋環(huán)(11)來說，是與內(nèi)軸環(huán)(16)相對設(shè)置的。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，內(nèi)軸環(huán)(16)具有一個內(nèi)徑(R16)，該內(nèi)徑小于或等于承接區(qū)域(10)的最小直徑(R10)，該承接區(qū)域包括槽紋環(huán)(11)在內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，槽紋環(huán)(11)相對于編碼環(huán)(6)的承接區(qū)域(10)凸起設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，槽紋環(huán)(11)在凹槽(12)的根部高度上的直徑(R11)大于承接區(qū)域(10)的直徑(R10)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的制造方法，其特征在于，槽紋環(huán)(11)在軸向截面上呈梯形或三角形。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的制造方法，其特征在于，凹槽(12)在橫剖面上呈梯形或三角形。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的制造方法，其特征在于，制造傳動軸(2，3)使得編碼環(huán)(6)的承接區(qū)域具有軸向彼此間隔的至少兩個槽紋環(huán)(11)。
8.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，編碼環(huán)(6)的滾軋在與承接區(qū)域(10)的表面(13)相對的編碼環(huán)(6)的表面上進行，承接區(qū)域(10)的表面(13)位于兩個槽紋環(huán)(11)之間，以使位于兩槽紋環(huán)(11)之間的編碼環(huán)材料產(chǎn)生波浪彎。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的制造方法，其特征在于，傳動軸(2，3)由鋼制成，并且編碼環(huán)(6)由硬度小于傳動軸(2，3)的材料硬度的金屬或金屬合金制成。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，編碼環(huán)(6)由銅-鎳-鋅合金制成。
11.一種轉(zhuǎn)矩表的制造方法，該轉(zhuǎn)矩表具有兩個傳動軸(2，3)，每個傳動軸帶有一個光學(xué)編碼環(huán)(6)，兩個傳動軸可以彼此相對繞軸旋轉(zhuǎn)移動，并通過一個轉(zhuǎn)距桿(4)旋轉(zhuǎn)連接，其特征在于，該制造方法包括如下步驟按照權(quán)利要求1至10中任意一項所述的制造方法，生產(chǎn)每個傳動軸(2，3)，然后用轉(zhuǎn)距桿(4)將傳動軸(2，3)組裝在一起。
12.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于，光學(xué)編碼環(huán)(6)的滾軋是在兩傳動軸(2，3)組裝完畢之后。
13.一種傳動軸，其特征在于，該傳動軸附著有至少一個光學(xué)編碼環(huán)(6)。
14.如權(quán)利要求13所述的傳動軸，其特征在于，光學(xué)編碼環(huán)(6)由一種硬度比傳動軸小的材料制成。
15.如權(quán)利要求14所述的傳動軸，其特征在于，光學(xué)編碼環(huán)(6)由銅-鎳-鋅合金制成。
16.如權(quán)利要求13所述的傳動軸，其特征在于，該傳動軸按照權(quán)利要求1至10中任意一項所述的制造方法來制成。
17.一種轉(zhuǎn)矩表，具有如權(quán)利要求13至16中任意一項所述的兩個傳動軸，所述傳動軸可彼此相對作旋轉(zhuǎn)運動，并且通過一個轉(zhuǎn)距桿(4)旋轉(zhuǎn)連接，每個傳動軸都有一個經(jīng)鉸孔和滾軋的光學(xué)編碼環(huán)(6)。
18.如權(quán)利要求17中所述的轉(zhuǎn)矩表，其特征在于，各光學(xué)編碼環(huán)(6)相鄰設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳動軸，其附著有一個光學(xué)編碼環(huán)。該整體可以通過鉸孔和在軸上旋轉(zhuǎn)編碼環(huán)以形成波浪彎來組裝在一起。
文檔編號B62D5/04GK1598336SQ20041005726
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者A·埃克斯伯西托 申請人:弗朗克和皮尼亞爾公司