CN102494103A - 均匀接触一齿差摆线针轮副 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种均匀接触一齿差摆线针轮副，属于摆线液压马达和全液压转向器技术领域。该摆线针轮副包括定子、转子，针轮转子的每个轮齿齿廓具有两侧对称的修形凹陷；轮齿齿廓一侧的修形凹陷起点位于根据两极限位置状态确定的第一和第二两点之间，轮齿齿廓一侧的修形凹陷终点位于根据两极限位置状态确定的第三和第四两点之间。采用本发明后，相邻的高压腔以及相邻的低压腔相互连通。由于可以修形凹陷取代原先补偿误差的设计间隙，因此有效避免了原先高、低压腔之间的内部泄漏，显著提高了容积效率和机械效率，而且其结构十分简单，可以一次性成型磨削制成，工艺性良好。

Description

均匀接触一齿差摆线针轮副
技术领域
 本发明涉及一种摆线针轮副，尤其是均匀接触一齿差摆线针轮副，属于摆线液压马达和全液压转向器技术领域。
背景技术
一齿差摆线针轮副具有结构紧凑、运动精度高、噪音低、齿形强度高、承载能力强，结合面摩擦小、传动效率高、功率密度大等诸多优点，因此广泛应用于低速大扭矩摆线液压马达、全液压转向器、摆线泵等产品。
一齿差摆线针轮啮合副运动应用于液压传动主要有如图1和图2所示的两种结构。图1为独立式针轮齿结构，图2为整体式针轮齿结构，图中01是定子，02是作为转子的摆线针轮，03是定子上的针齿。在一齿差摆线啮合副的运动中，摆线针轮与所有的针齿均接触，从而形成各个独立的腔体，理论上各腔之间零隙密封。但是由于存在零件的加工误差以及零件的形位误差，因此不得不在设计时预留一定间隙，以补偿上述误差，因此实际上各个独立腔体之间依靠油膜密封。在重载、大扭矩传动时，上述误差以及预留间隙有可能造成摆线啮合副（如液压马达）的内部泄漏，严重影响液压马达等液压装置工作的稳定性，降低容积效率和机械效率。
检索发现，美国专利US7481633公开了一种修形摆线针轮副，其中的摆线针轮原先的摆线廓线按一定规律被间断修凹，从而在与定子针齿啮合传动过程中，依靠修凹间隙补偿误差，而无需预留设计间隙。其优点是，修凹段只会使液压压力相近的邻腔之间连通，而不会使压差较大的相隔腔出现形成泄漏，因此有利于保证运转平稳性，提高容积效率和机械效率。此外，修形之后摆线针轮副的啮合接触减少，有助于减小传动阻力，减小液压脉动。然而，该技术方案中的修形段过多，不仅结构复杂、设计计算繁琐，而且制造困难。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，在保持原有液压元件摆线针轮副结构参数不变的前提下，提出一种不仅可以避免内部泄漏、提高容积效率和机械效率，而且结构简化、制造工艺性好的均匀接触一齿差摆线针轮副。
研究表明，摆线摆线针轮副运动时（参见图3A），转子的轮齿与针齿不断啮合，其摆线曲线相对连续滚动，啮合接触点随着摆线针轮副的运动不断变化。啮合瞬心P是针齿圆心o1、o2、o3、o4、o5、o6、o7分别与各轮齿理论接触点11、12、13、14、15、16、17连线的交点，也是转子轮齿与针齿的啮合节点。该啮合瞬心P的运动轨迹是以定子中心o为圆心、以针齿数与转子偏心距之积7xe为半径的圆。在一个传动周期中，每个轮齿针齿——以圆心为o5的针齿为例，都有两个特定位置，其一是其圆心o5离啮合瞬心P距离最近的位置（图3A），在此位置，圆心离啮合瞬心P距离最远的针齿是圆心为o1或o2的两对称分布针齿，啮合瞬心P至距离最远的针齿圆心o1的连线与对应针齿啮合轮齿廓线的交点11正好也是此处的啮合点，啮合瞬心P至圆心o5针齿相邻的圆心o6针齿的圆心o6连线与对应针齿啮合轮齿廓线的交点16正好也是此处的啮合点；其二是其圆心o5离啮合瞬心P距离最远的位置，在此位置，圆心离啮合瞬心P距离最近的针齿是圆心为o1或o2的两对称分布针齿，啮合瞬心P与距离最近的针齿圆心o2的连线与该针齿啮合轮齿廓线的交点22正好也是此处的啮合点，啮合瞬心P至圆心o5针齿相邻的圆心o6针齿的圆心o6连线与对应针齿啮合轮齿廓线的交点26正好也是啮合点。
为了达到上述目的，本发明的均匀接触一齿差摆线针轮副包括具有间隔分布针齿的定子，以及与之啮合的针轮转子，所述针轮转子的每个轮齿齿廓具有两侧对称的修形凹陷；
所述轮齿齿廓一侧的修形凹陷起点位于以下第一和第二两点之间：当预定针齿离啮合瞬心距离最近位置时，离啮合瞬心距离最远针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第一点，当预定针齿离啮合瞬心距离最远位置时，其相邻针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第二点；
所述轮齿齿廓一侧的修形凹陷终点位于以下第三和第四两点之间：当预定针齿离啮合瞬心距离最近位置时，其相邻针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第三点，当预定针齿离啮合瞬心距离最远位置时，离啮合瞬心距离最近针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第四点。
实验证明，所述修形凹陷起点位于所述第一和第二点中间、所述修形凹陷终点位于所述第三和第四点中间最为理想。
所述修形凹陷为标准摆线针轮齿廓的等深度凹陷，凹陷深度在0.03mm至0.008mm之间，最佳为0.012mm。
采用本发明后，使得传动过程中，相邻的高压腔相互连通，相邻的低压腔也连成一体，高、低压腔之间为实现压力转换的过渡腔体。由于可以修形凹陷取代原先补偿误差的设计间隙，因此有效避免了原先高、低压腔之间的内部泄漏，显著提高了容积效率和机械效率，而且其结构十分简单，可以一次性成型磨削制成，工艺性良好。并且高压腔和低压腔处的修形凹陷产生的啮合间隙形成充斥液压油的油膜，有利于减少运动副的摩擦，提高运动灵活性，降低加工精度要求。 
附图说明
    下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为现有独立式针轮齿结构示意图。 
图2为现有整体式针轮齿结构示意图。
图3中A和B分别为本发明一个实施例两极限位置状态示意图。图中反映出：定子中心o，转子中心o’，啮合瞬心（啮合节点）P，针齿圆心（腔体中心）o1、o2、o3、o4、o5、o6、o7，理论啮合接触点11、12、13、14、15、16、17，以及22、23、24、25、26、27，修形结点A、B、C、D。
图4为本发明一个实施例的摆线针轮修形结构示意图。
图5为本发明一个实施例的局部放大图。图中反映修形结点A、B 形成的修形线AB。
图6为本发明一个实施例的某运动时刻形成的液压容腔示意图。图中反映定子01、转子02、针齿03及其啮合点形成的液压容腔Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7。
具体实施方式
实施例一
本实施例的均匀接触一齿差摆线针轮副的结构如图3A、B所示，包括具有七个间隔分布针齿03的定子01，以及与之啮合的六齿针轮转子02，7个针齿圆心分别为o1、o2、o3、o4、o5、o6、o7。啮合瞬心P是转子与针齿的啮合节点，也是o1、o2、o3、o4、o5、o6、o7分别与啮合接触点11、12、13、14、15、16、17连线的交点。针轮转子的每个轮齿齿廓都具有两侧对称的修形凹陷（参见图4）。
如图4所示，轮齿齿廓一侧的修形凹陷起点A位于以下方法确定的第一点11’和第二点26’之间：11’点由当圆心o5的预定针齿离啮合瞬心P距离最近的图3A所示位置时，离啮合瞬心距离P最远的圆心o1针齿与对应轮齿的同侧啮合点11对应，即将11点移置到各轮齿对应点11’。26’点由当圆心o5的预定针齿离啮合瞬心P距离最远的图3B所示位置时，其相邻的圆心为o6针齿与对应轮齿的同侧啮合点26对应，即将26点移置到各轮齿对应点26’。修形凹陷起点A的理想位置为上述第一点11’和第二点26’的中间点。
如图4所示，轮齿齿廓一侧的修形凹陷终点B位于以下方法确定的第三点16’和第四点22’之间：16’由当圆心o5的预定针齿离啮合瞬心P距离最近的图3A所示位置时，其相邻的圆心o6针齿与对应轮齿的同侧啮合点16对应，即将16点移置到各轮齿对应点16’。 22’点由当圆心o5的预定针齿离啮合瞬心P距离最远的图3B所示位置时，离啮合瞬心P距离最近的圆心o2针齿与对应轮齿的同侧啮合点22对应，即将22点移置到各轮齿对应点22’。修形凹陷终端B的理想位置为上述第三点16’和第四点22’的中间点。
由于每个轮齿齿廓两侧的修形凹陷对称，因此无论确定了哪一侧的修形凹陷，另一侧（CD）也就确定了。
从简化工艺角度考虑，修形凹陷为标准摆线针轮齿廓的等深度凹陷，凹陷深度在0.03mm至0.008mm之间，最佳为0.012mm。修形凹陷底部与起点A和终点B均宜圆弧圆滑过渡（参见图5）。
工作时，如图6所示，在某一运转状态下，腔体Q1处在压力交变状态，即高压和低压转换状态；腔体Q2、Q3和Q4处在相同的压力状态（例如是低压），而腔体Q5、腔体Q6和腔体Q7也处在相同的压力状态（例如为高压）。由于各轮齿具有按上述方法设定的修形凹陷，因此在此位置状态下（相当图3A的状态），实际上改变了传统理论7个针齿与6个轮齿分别同时接触的状态，只有11、12、15三点啮合，相同压力状态的腔体相互连通，形成了所谓均匀接触一齿差摆线针轮副。同样，在其他位置状态，始终构成两处三个压力状态相同的连通腔体，剩余的单独一个为高压和低压转换状态腔体。
这样，由于一齿差摆线摆线针轮副啮合运动中保持三点啮合接触，因此运动更加灵活，受力更加平稳，相连的油腔之间形成油膜，增加了啮合副之间的承压能力，有助于改善运动受力。并且可以修形凹陷补偿制造误差，取代原先以设计间隙补偿误差，从而大大减少现有技术在承受重载时高、低压腔之间容易出现的内部泄漏，显著提高容积效率和机械效率。实践证明，本实施例的一齿差摆线摆线针轮副转、定子加工工艺简单，啮合运动更加灵活，提高了效率，延长了使用寿命。采用之后能够节约使用成本，提高使用产品的整体可靠性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，例如摆线针轮副的齿数也可以是针齿5、轮齿4，或其它更多的齿数；再如，既可以是独立式，也可以是整体式结构，等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种均匀接触一齿差摆线针轮副，包括具有间隔分布针齿的定子，以及与之啮合的针轮转子，所述针轮转子的每个轮齿齿廓具有两侧对称的修形凹陷；其特征在于：
所述轮齿齿廓一侧的修形凹陷起点位于以下第一和第二两点之间：当预定针齿离啮合瞬心距离最近位置时，离啮合瞬心距离最远针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第一点，当预定针齿离啮合瞬心距离最远位置时，其相邻针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第二点；
所述轮齿齿廓一侧的修形凹陷终点位于以下第三和第四两点之间：当预定针齿离啮合瞬心距离最近位置时，其相邻针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第三点，当预定针齿离啮合瞬心距离最远位置时，离啮合瞬心距离最近针齿与对应轮齿的同侧啮合点对应第四点。
2.根据权利要求1所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷起点位于所述第一和第二点中间。
3.根据权利要求2所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷终点位于所述第三和第四点中间。
4.根据权利要求3所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷为标准摆线针轮齿廓的等深度凹陷。
5.根据权利要求4所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷深度在0.03mm至0.008mm之间。
6.根据权利要求5所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷底部与起点和终点均圆弧过渡。
7.根据权利要求4所述的均匀接触一齿差摆线针轮副，其特征在于：所述修形凹陷深度为0.012mm。
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