CN103593512B

CN103593512B - 摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法

Info

Publication number: CN103593512B
Application number: CN201310521427.1A
Authority: CN
Inventors: 路小江; 邬丹斌; 朱诚; 王少华
Original assignee: NINGBO ZHONGYI HYDRAULIC MOTOR CO Ltd
Current assignee: NINGBO ZHONGYI HYDRAULIC MOTOR CO Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103593512A

Abstract

本发明公开了一种摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法，首先用现有的加工设备和技术得到一个摆线轮的毛坯，然后对摆线轮的齿廓上位于齿顶和齿根之间的修形区间按照理论修形函数进行修形，从而确保摆线液压马达在工作时只有摆线轮的齿顶和齿根两个无隙啮合点，避免了因摆线轮的加工制造误差形成的多个无隙啮合点之间的相互干涉冲突，有利于提高摆线液压马达内高、低压腔之间的密封性能，降低摆线轮转动时的摩擦阻力。本发明可在确保摆线轮与定子顺畅啮合的前提下，有效地提高摆线液压马达的容积效率、机械效率以及压力等级等性能参数。

Description

摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法

技术领域

本发明涉及一种摆线马达的加工方法，具体涉及一种摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法。

背景技术

现有的摆线液压马达也称为摆线齿轮马达，其主要包括定子、定子内部由摆线轮构成的转子，定子则主要由外围的定子体和定子体内侧由多个针柱组成的针齿构成，摆线轮与针齿相啮合。摆线液压马达在工作过程中，摆线轮以绕定子中心公转和自转的形式运动，同时与定子体和针柱形成多个封闭容腔，随着摆线轮的周期转动，每个封闭容腔完成高低压之间的顺序切换。摆线轮与定子体及针齿在啮合的任意位置，都会将液压动力油分成高压腔和低压腔，因而摆线液压马达的工作性能主要取决于摆线轮的外轮廓精度，为此，一直以来人们通过各种方式尝试提高摆线轮的加工精度，由于摆线轮的外轮廓为等距的短幅外摆线，摆线轮很难通过切削加工直接制成最终的高质量产品，因此，对切削加工得到的毛坯需要通过最终的修形工序得到最终的产品。摆线轮的修形方法主要有等距修形、移距修形和齿高修形等，从而实现对摆线轮整齿的修型，例如，在中国专利文献上公开的一种“摆线轮成形磨削中实现展成修形的方法”，公告号为CN101733706B，该方法的步骤为：先制造一个金刚石滚轮，然后用金刚石滚轮去修整一个成形砂轮，最后用成型砂轮去磨削修形经粗加工后的工件毛坯，从而得到具有所需修形摆线廓形的摆线轮。该发明可以使展成磨削修形齿廓优良、啮合和使用性能好的特点与成形磨削精度高、生产效率高的优点有机结合，实现修形摆线轮的优质高效制造。上述修形方法虽然有利于提高加工精度，但修形后的工件存在如下问题，由于在对摆线轮整齿进行修型时不可避免地会存在加工误差，也就是说，修形后的齿廓仍然无法与理论齿廓完全一致，从而会造成摆线液压马达在工作时摆线轮的轮齿和各针柱之间的啮合点相互之间产生干涉，各啮合点难以形成间隙均匀一致的啮合，这样，一方面会因多个相互干涉的啮合点产生的摩擦而降低机械效率，另一方面则会出现因分隔高压腔和低压腔的啮合点的间隙过大而导致无法有效隔绝高、低压腔，进而影响摆线液压马达的容积效率，并降低其压力等级。

发明内容

本发明是为了解决现有的摆线液压马达在工作时摆线轮的轮齿和各针柱之间的啮合点容易相互干涉、并因此而降低摆线液压马达的机械效率、容积效率和压力等级的问题，提供一种摆线轮的轮廓修形方法，在确保摆线轮与定子顺畅啮合的前提下，有效地提高摆线液压马达的容积效率、机械效率以及压力等级等性能参数。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法，包括以下步骤：

步骤一、按照摆线轮理论齿廓的曲线方程通过机加工的方式加工出摆线轮的毛坯其中摆线轮理论齿廓的曲线函数为

上式中，x----摆线轮齿廓的横坐标（mm）

y----摆线轮齿廓的纵坐标（mm）

r----针齿中心分度圆半径（mm）

z₁----摆线轮的齿数

z₂----针柱的个数

d----针柱直径（mm）

A----偏心距（mm）

----摆线轮齿廓曲线的相位角（°）；

步骤二、确定摆线轮毛坯的修形区间

摆线轮齿廓上两侧的修形区间为对称设置，摆线轮齿廓上一侧的修形起始点的相位角为x1，修形终止点的相位角为x2，在x1与x2之间的摆线轮齿廓构成修形区间，当z₁=6时，x1=5°，x2=16°，当z₁=8时，x1=3°，x2=12.5°；

步骤三、对摆线轮的毛坯齿廓两侧的修形区间对称地向内侧修形，从而得到符合要求的摆线轮，在整个修形区间上，齿廓在径向上的修形量中间最大，并向着修形起始点和修形终止点逐步减小至零。

长期以来，人们一直致力于通过采用更高精度的加工设备以提高摆线轮加工的齿廓精度，一方面极大地提高了制造成本，另一方面，受现有加工设备精度的限制，难以从根本上解决摆线液压马达的机械效率、容积效率和压力等级低的问题。现有的修形工序虽然其工作原理各有不同，但都是以摆线轮的理论齿廓作为最终的标准，也就是说，修形的目的在于尽量减小摆线轮的实际齿廓与摆线轮的理论齿廓之间的误差，因而其修形实际上是机加工步骤的一个工序。摆线液压马达在工作时，摆线轮与定子相啮合，并将液压动力油分成高压腔和低压腔，而摆线轮上分隔高、低压区的两个轮齿与定子啮合的位置分别位于轮齿的齿顶和齿根区域，也就是说，在轮齿的整个齿廓上，真正起到分隔高、低压腔作用的只是轮齿的齿顶和齿根区域，而位于齿顶和齿根之间的齿廓只是起到高、低压腔内部几个独立变化容腔的分隔作用。在摆线轮与定子啮合时，其理论的啮合状态时所有的轮齿与定子的针柱均形成无隙啮合。然后由于受加工技术的限制，现有的摆线轮齿廓尺寸以及各轮齿的分度不可避免地存在一定的误差，因此，摆线轮与定子的啮合必定会出现部分轮齿与针柱形成无隙啮合、部分轮齿与针柱形成有隙啮合的状态，这样，摆线轮的高、低压区内部极易出现多个无隙啮合点，从而形成相互干涉，影响摆线轮的顺畅转动。而摆线轮上分隔高、低压区的两个轮齿与定子之间则可能形成有隙啮合，从而降低摆线液压马达的容积效率和压力等级。本发明提出了一种创造性的修形方法，首先对机加工后得到的摆线轮毛坯与理论齿廓相近似的齿廓确定一个位于齿顶和齿根之间的修形区间，然后在保持现有加工精度的前提下对两侧位于齿顶和齿根之间的修形区间进行修形。这样，位于修形区间的齿廓会略小于理论齿廓曲线，在摆线液压马达工作时，位于修形区间的齿廓与定子啮合时会有一个径向上的微小间隙，因而可确保摆线轮上只有分隔高、低压腔的两个轮齿与定子之间为无隙啮合，提高了高、低压腔之间的密封性能，进而显著地提升摆线液压马达的压力等级和容积效率。而摆线轮上其余的轮齿与定子之间的啮合位置则位于修形区间内，因而摆线轮上其余的轮齿与定子之间构成具有微小径向间隙的有隙啮合，这样，摆线轮与定子之间不会因具有多个无隙啮合点而出现相互干涉的问题，因而可显著地减小摆线轮转动时的摩擦力矩，有利于提高摆线液压马达的机械效率。

作为优选，在步骤三中，齿廓在修形区间上按照理论修形函数进行修形，当z₁=6，且时，所述的理论修形函数为：

当z₁=6，且时，所述的理论修形函数为：

当z₁=8，且时，所述的理论修形函数为：

其中k为最大径向修形量。

根据上述理论修形函数对齿廓两侧的修形区间进行修形，可确保在修形起始点和修形终止点处的修形量为零，从而确保修形区间内修形后的齿廓曲线与齿顶和齿根部的原有齿廓曲线顺滑连接，进而有利于摆线轮和定子的顺滑啮合。

作为优选，当z₁=6时，最大径向修形量k在0.025-0.035mm之间；当z₁=8时，最大径向修形量k在0.03-0.04mm之间。从而可确保在不提高加工精度要求的前提下，摆线轮上只有分隔高、低压区的两个轮齿与定子之间为无隙啮合，同时避免出现高、低压区内部几个独立变化容腔之间的分隔失效。

因此，本发明具有如下有益效果：在确保摆线轮与定子顺畅啮合的前提下，有效地提高摆线液压马达的容积效率、机械效率以及压力等级等性能参数。

附图说明

图1是摆线轮的轮廓示意图。

图2是摆线轮啮合状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法，摆线轮的轮廓如图1所示，具体包括以下步骤：

上式中，x----摆线轮齿廓的横坐标（mm）

y----摆线轮齿廓的纵坐标（mm）

r----针齿中心分度圆半径（mm）

z₁----摆线轮的齿数

z₂----针柱的个数

d----针柱直径（mm）

A----偏心距（mm）

----摆线轮齿廓曲线的相位角（°）。

需要说明的是，摆线轮齿廓曲线的相位角是以纵坐标的正向为起始基准的，而其中机加工的方式可包括现有技术中以尽量减小摆线轮的实际齿廓与摆线轮的理论齿廓之间的误差为目的的修形工序。

步骤二、确定摆线轮毛坯的修形区间

摆线轮齿廓上一侧的修形起始点41的相位角设为x1，修形终止点42的相位角设为x2，在x1与x2之间的摆线轮齿廓构成修形区间4，当z₁=6时，x1=5°，x2=16°，当z₁=8时，x1=3°，x2=12.5°，摆线轮齿廓上另一侧的修形区间则对称设置，因此不再具体描述。

步骤三、对摆线轮的毛坯齿廓两侧的修形区间对称地向内侧修形，从而得到符合要求的摆线轮，在整个修形区间上，齿廓在径向上的修形量中间最大，并向着修形起始点和修形终止点逐步减小至零。现有的摆线液压马达中摆线轮的齿数一般为6或8，具体地，齿廓在修形区间上可按照下述理论修形函数进行修形。

对于z₁=6的摆线轮，齿廓在径向上的最大修形量位于相位角处，因此，理论修形函数以相位角为分界点，当时，理论修形函数为：

当时，所述的理论修形函数为：

而对于z₁=8的摆线轮，齿廓在径向上的最大修形量位于相位角处，因此，理论修形函数以相位角为分界点，当时，所述的理论修形函数为：

当时，所述的理论修形函数为：

其中k为最大径向修形量。当z₁=6时，最大径向修形量k在0.025-0.035mm之间；当z₁=8时，最大径向修形量k在0.03-0.04mm之间，具体可根据毛坯齿廓的机加工精度确定。现有技术中，摆线轮的齿廓制造误差一般会大于±0.008mm，当制造设备的精度较低、制造误差较大时，相应地，最大径向修形量k可取较大值；而如果制造设备的精度较高、制造误差较小时，则最大径向修形量k可取较小值。

下面以z₁=8的摆线轮为例，具体描述摆线液压马达在工作时摆线轮与定子之间的啮合转动情况。

如图2所示，此时定子2上的针柱为9个，其中针柱31与摆线轮1轮齿的齿顶部相啮合，然后轮齿与针柱32至针柱35的啮合点位置逐步由齿顶部移至齿根部。而从针柱36至针柱39，轮齿上的啮合点位置则逐步由齿根部移至齿顶部。其中由针柱31、针柱32、针柱33、针柱34、针柱35、定子体21以及摆线轮齿廓构成的腔体——即图中的剖面线部分为高压腔5，而其余由针柱35、针柱36、针柱37、针柱38、针柱39、针柱31、定子体21以及摆线轮齿廓构成的腔体则为低压腔6。也就是说，针柱31与摆线轮齿廓上齿顶部的啮合点以及针柱35与摆线轮齿廓上齿根部的啮合点构成了高、低压腔之间真正的分隔点，而摆线轮轮齿与其余针柱的啮合点则位于摆线轮齿廓上齿顶与齿根之间的修形区间。由于在修形区间上的齿廓经过了修形，而齿顶和齿根处的齿廓尺寸仍然是机加工后得到的毛坯的尺寸，因此，虽然由机加工得到的齿廓的齿顶和齿根处的尺寸会有误差，但修形后修形区间的齿廓尺寸必定要小于毛坯的齿廓尺寸。这样，可优先保证针柱31与齿廓上齿顶部的啮合点以及针柱35与齿廓上齿根部的啮合点形成没有间隙的无隙啮合，因而提高了高、低压腔之间的密封性能，并显著地提升摆线液压马达的压力等级和容积效率等性能。而修形区间的齿廓和与其啮合的针柱之间会有一个微量的间隙存在，从而形成一种有隙啮合，因而不会与针柱31、针柱35的两个啮合点产生干涉，进而可显著地减小摆线轮转动时的摩擦力矩，有利于提高摆线液压马达的机械效率。

Claims

1.一种摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法，其特征是，包括以下步骤：

上式中，x----摆线轮齿廓的横坐标(mm)

y----摆线轮齿廓的纵坐标(mm)

r----针齿中心分度圆半径(mm)

z₁----摆线轮的齿数

z₂----针柱的个数

d----针柱直径(mm)

A----偏心距(mm)

----摆线轮齿廓曲线的相位角(°)；

步骤二、确定摆线轮毛坯的修形区间

摆线轮齿廓上两侧的修形区间为对称设置，摆线轮齿廓上一侧的修形起始点的相位角为x1，修形终止点的相位角为x2，在x1与x2之间的摆线轮齿廓构成修形区间，当z₁＝6时，x1＝5°，x2＝16°，当z₁＝8时，x1＝3°，x2＝12.5°；

步骤三、对摆线轮的毛坯齿廓两侧的修形区间对称地向内侧修形，从而得到符合要求的摆线轮，在整个修形区间上，齿廓在径向上的修形量中间最大，并向着修形起始点和修形终止点逐步减小至零；

齿廓在修形区间上按照理论修形函数进行修形，当z₁＝6，且时，所述的理论修形函数为：

当z₁＝6，且时，所述的理论修形函数为：

当z₁＝8，且时，所述的理论修形函数为：

其中k为最大径向修形量，当z₁＝6时，最大径向修形量k在0.025-0.035mm之间；当z₁＝8时，最大径向修形量k在0.03-0.04mm之间。