CN104265560B - 双输出内转子非圆锥齿轮液压马达 - Google Patents

双输出内转子非圆锥齿轮液压马达 Download PDF

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Abstract

双输出内转子非圆锥齿轮行星液压马达，壳体包括左壳体和右壳体，两壳体通过螺栓紧固；左壳体左端外部安装有左端盖，左端盖压紧左轴承的外圈，左轴承的内圈与输出轴的左轴肩过盈配合；左壳体左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮。右壳体的右端外部安装有右端盖，右端盖压紧右轴承的外圈，右轴承的内圈安装固定在输出轴的右轴肩；右壳体右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮。输出轴的中部，左轴承和右轴承之间，通过过盈球面键配合，安装有左内非圆锥齿轮和右内非圆锥齿轮与输出轴固联为一个转子整体。能具有结构紧凑，单位体积功率大的特点。在一些更低速、更重载的情况下，能取代结构复杂、对油污敏感的柱塞式液压马达。可以提高齿轮的强度，消除困油现象，增加寿命。

Description

双输出内转子非圆锥齿轮液压马达
技术领域
本发明涉及行星齿轮式液压动力执行机构，特别是涉及一种双输出内转子非圆锥齿轮液压马达。
背景技术
国内外现有技术中，较为多见的低速大扭矩液压马达，主要有柱塞式、叶片式的、齿轮式以及非圆行星齿轮式。叶片泵流量较均匀，噪声低，体积小，重量轻，使用寿命长。但由于叶片的强度、吸油速度，磨损等因素的影响，无法用于低速大扭矩的场合，且结构复杂；柱塞泵具有结构紧凑，单位功率体积小，工作压力高等特点，但对油污很敏感，滤油精度要求较高，维护成本较高，价格昂贵；齿轮泵具有结构简单，体积小，重量轻，对油污不敏感，寿命长，成本低等特点，但是其流量和压力脉动度大，噪音大，还会出现困油等现象。非圆行星齿轮式液压泵具有，结构简单，工作压力高，流量大，容积率高，噪音低，抗油污等一系列优良的特点，它是一种比较新颖的液压马达形式，波兰1971年第151883号专利，美国1972年的第3852002号专利，中国1990年的90104412.1号专利(发明名称：非圆齿轮行星变容液压装置)，2005年的，10029618.7号专利(发明名称：一种非圆齿轮行星轮系壳转液压马达)，2008年的10098077.1号专利(发明名称：新型非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达)，都对该马达的结构和原理作了叙述。但是由于非圆(柱)齿轮行星液压马达的主体机构——NGW非圆齿轮行星轮系，主要布置在平面上，其径向尺寸较大，结构不紧凑，出进油孔的配置易与安装位置干涉，且行星轮的大小和传动比受到限制，影响液压马达的排量和输出力矩。
发明内容
本发明的目的是提供一种双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，除了具有非圆齿轮行星液压马达所具有所有优点之外，还具有体积较非圆柱齿轮体积更紧凑，单位体积功率更高，行星轮的配置和传动比函数的灵活性更大优点。
本发明实现上述目的的技术方案为：
双输出内转子非圆锥齿轮行星液压马达，包括一个壳体，其特征在于：壳体包括左壳体和右壳体，两壳体通过螺栓紧固；左壳体左端外部安装有左端盖，左端盖压紧左轴承的外圈，左轴承的内圈与输出轴的左轴肩过盈配合；左壳体左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮。右壳体的右端外部安装有右端盖，右端盖压紧右轴承的外圈，右轴承的内圈安装固定在输出轴的右轴肩；右壳体右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮。右外非圆锥齿轮与左外非圆锥齿轮具有相同的形状和大小，安装时相差45度相位角。输出轴的中部，左轴承和右轴承之间，通过过盈球面键配合，安装有左内非圆锥齿轮和右内非圆锥齿轮，左内非圆锥齿轮和右内非圆锥齿轮具有一样的形状，但安装相位角相差45度，与输出轴固联为一个内转子整体。左壳体、左外非圆锥齿轮与左内非圆锥齿轮之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，左行星圆锥齿轮布置在密闭容腔内。在左壳体外球面上安装有配油孔，分为输入高压油的进油孔和供低压油输出的出油孔。右壳体右外非圆锥齿轮与右内非圆锥齿轮之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，右行星圆锥齿轮布置在密闭容腔内。在右壳体外球面上安装有配油孔，分为输入高压油的进油孔和供低压油输出的出油孔。进油孔和出油孔间隔布置。
按上述方案，所述的右外非圆锥齿轮和左外非圆锥齿轮为三阶外啮合椭圆锥齿轮，左内非圆锥齿轮和右内非圆锥齿轮为四阶内啮合椭圆锥齿轮。
按上述方案，所述的左行星圆锥齿轮的空间布置由左内非圆锥齿轮节锥面与左外非圆锥齿轮节锥面的球面法向线的交点确定，两法向线的球面偏距与左行星圆锥齿轮的锥角一致，右行星圆锥齿轮的空间布置由右内非圆锥齿轮节锥面与右外非圆锥齿轮节锥面的球面法向线的交点确定，两法向线的球面偏距与和右行星圆锥齿轮的锥角一致；右行星圆锥齿轮的空间布置由右内非圆锥齿轮节锥面与右外非圆锥齿轮节锥面的球面法向线的交点确定，两法向线的球面偏距与和右行星圆锥齿轮的锥角一致。
按上述方案，所述的左进油孔、左出油孔和右进油孔、右出油孔的位置由任意一个行星圆锥齿轮在与其相邻的行星圆锥齿轮构成的容腔最大/最小时，该任意一个行星圆锥齿轮大端齿根圆所在的空间位置，与该任意一个行星圆锥齿轮在前一个与其相邻的行星圆锥齿轮构成的容腔最小/最大时，该任意一个行星圆锥齿轮大端齿根圆所在空间位置的并集确定；左进油孔、左出油孔和右进油孔、右出油孔的中心位置在这两齿根圆圆心的中点，左进油孔、左出油孔和右进油孔、右出油孔的大小刚好与这两齿根圆相切。
按上述方案，所述的左内非圆锥齿轮、右内非圆锥齿轮、左行星圆锥齿轮和右行星圆锥齿轮的齿形为正弦齿或渐开线齿或圆弧齿。
内转子非圆锥齿轮液压马达，其核心机构是非圆锥齿轮NGW轮系，内转子的特点是以外非圆锥齿轮作为太阳轮(固定在壳体上)，液压油从进油口进入驱动行星锥齿轮轮转动，由于外非圆锥齿轮固定不动，故行星圆锥齿轮驱动内非圆锥齿轮和与其固接的输出轴即内转子转动。
理论上，外非圆锥的球面节曲线可以自由的确定，如3阶椭圆曲线，3阶圆弧曲线等，但其周期必须是2*PI/3；行星圆锥齿轮的锥角也先确定再进行优化，较大的锥角不利于齿轮的传动，较小的锥角则会使装置的容积变化较小，达不到低速、大扭矩的输出要求。内非圆锥齿轮的球面节曲线，由外非圆锥齿轮的节曲线以及行星圆锥齿轮的锥角共同确定，由空间行星传动原理和运动关系求出。
外非圆锥齿轮及其内非圆锥齿轮的齿廓，可根据上述得到的运动关系，以行星非圆锥齿轮为产形轮，其齿廓为产形曲线，由内外运动包络分别得到。再利于空间啮合原理，对运动包络求解，即可得到内、外非圆锥齿轮的齿廓。根据圆锥齿轮齿形的不同，即可得到不同齿形下的内、外非圆锥齿轮。
液压马达运行时，由于进油孔与出油孔具有压力差，且左外非圆锥齿轮与左壳体，右外非圆锥齿轮与右壳体分别固定，从而左行星圆锥齿轮和右行星圆锥齿轮做空间行星运动，并分别驱动与之啮合的左内非圆锥齿轮、右内非圆锥齿轮以及与之固联的输出轴转动。在转动的过程中，相邻的行星轮的空间相对位置不断发生变化，左端相邻的左行星圆锥齿轮、左内非圆锥齿轮与左外非圆锥齿轮之间形成若干个液压油腔，右端相邻的右行星圆锥齿轮、右外非圆锥齿轮与右内非圆锥齿轮之间形成若干个液压油腔。液压油腔随着行星圆锥齿轮的转动不断变化大小，且不断的周向移动，与不同的出油口和进油口贯通，从而实现自动配流。由于不同的液压油腔及配油孔之间具有相位差，故其压力差也不同，从而可以保证在液压马达整体在任意时刻都具有较大的压力差，从而可以驱动输出轴连续、高扭矩的旋转。
本发明的有益效果为：
通过内外啮合非圆锥齿轮空间行星传动的机构来实现将液压能转换成机械能，满足低速、高扭矩的液压马达要求，较内外啮合非圆(柱)齿轮行星传动具有结构紧凑，单位体积功率大的特点。在一些更低速、更重载的情况下，能取代结构复杂、对油污敏感的柱塞式液压马达。可以提高齿轮的强度，消除困油现象，增加寿命。
附图说明
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的左行星圆锥齿轮的球面布置图。
图3为本发明的右行星圆锥齿轮的球面布置图。
图4为本发明的左壳体配油孔的球面布置图。
图5为本发明的右壳体配油孔的球面布置图。
图6为本发明的正弦齿行星圆锥齿轮结构示意图。
图7为本发明的正弦齿左内非圆锥齿轮结构示意图。
图8为本发明的正弦齿左外非圆锥齿轮结构示意图。
图9为本发明的渐开线齿行星圆锥齿轮结构示意图。
图10为本发明的渐开线齿左内非圆锥齿轮结构示意图。
图11为本发明的渐开线齿左外非圆锥齿轮结构示意图。
图12为本发明的圆弧齿行星圆锥齿轮结构示意图。
图13为本发明的圆弧齿左内非圆锥齿轮结构示意图。
图14为本发明的圆弧齿左外非圆锥齿轮结构示意图。
图中：0.左内非圆锥齿轮，1.左进油孔，2.左行星圆锥齿轮，3.左外非圆锥齿轮，4.左轴承，5.输出轴，6.左端盖，7.左出油孔，8.右壳体，9.右进油孔，10.右端盖，11.右轴承，12.右外非圆锥齿轮，13.右行星圆锥齿轮，14.右内非圆锥齿轮，15.左壳体，16.右出油孔。
具体实施方式一
如图1所示，双输出内转子非圆锥齿轮液压马达包括一个壳体，壳体包括左壳体15和右壳体8，两壳体通过螺栓紧固；
左壳体15左端外部安装有左端盖6，左端盖6压紧左轴承4的外圈，左轴承4的内圈与输出轴5的左轴肩过盈配合；左壳体15左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮3。
右壳体8的右端外部安装有右端盖10，右端盖10压紧右轴承11的外圈，右轴承11的内圈安装固定在输出轴5的右轴肩；右壳体8右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮12。右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3具有相同的传动比，安装时相差45度相位角。
输出轴5的中部，左轴承4和右轴承11之间，通过球面过盈配合，安装有左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14，左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14具有一样的传动比，但安装相位角相差45度，与输出轴5固联为一个整体。
左壳体15、左外非圆锥齿轮3与左内非圆锥齿轮0之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，左行星圆锥齿轮2布置在密闭容腔内，其空间布置如图2所示。在左壳体15的外球面上安装有左进油孔1和左出油孔7，其分布如图4所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
右壳体8、右外非圆锥齿轮12与右内非圆锥齿轮14之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，右行星圆锥齿轮13布置在腔内，其空间布置如图3所示。在右壳体8球面上安装有右进油孔9和右出油孔16，其分布如图5所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
左内非圆锥齿轮0、右内非圆锥齿轮14、左外非圆锥齿轮3、右外非圆锥齿轮12、左行星圆锥齿轮2、右行星圆锥齿轮13均为正弦齿，其结构如图6、图7、图8所示。
其中右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3为三阶外啮合椭圆锥齿轮，
左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14为四阶内啮合椭圆锥齿轮。
具体实施方式二
如图1所示，双输出内转子非圆锥齿轮液压马达包括一个壳体，壳体包括左壳体15和右壳体8，两壳体通过螺栓紧固；
左壳体15左端外部安装有左端盖6，左端盖6压紧左轴承4的外圈，左轴承4的内圈与输出轴5的左轴肩过盈配合；左壳体15左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮3。
右壳体8的右端外部安装有右端盖10，右端盖10压紧右轴承11的外圈，右轴承11的内圈安装固定在输出轴5的右轴肩；右壳体8右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮12。右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3具有相同的传动比，安装时相差45度相位角。
输出轴5的中部，左轴承4和右轴承11之间，通过球面过盈配合，安装有左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14，左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14具有一样的传动比，但安装相位角相差45度，与输出轴5固联为一个整体。
左壳体15、左外非圆锥齿轮3与左内非圆锥齿轮0之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，左行星圆锥齿轮2布置在密闭容腔内，其空间布置如图2所示。在左壳体15的外球面上安装有左进油孔1和左出油孔7，其分布如图4所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
右壳体8、右外非圆锥齿轮12与右内非圆锥齿轮14之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，右行星圆锥齿轮13布置在腔内，其空间布置如图3所示。在右壳体8球面上安装有右进油孔9和右出油孔16，其分布如图5所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
左内非圆锥齿轮0、右内非圆锥齿轮14、左外非圆锥齿轮3、右外非圆锥齿轮12、左行星圆锥齿轮2、右行星圆锥齿轮13均为渐开线齿，其结构如图9、图10、图11所示。
其中右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3为三阶外啮合椭圆锥齿轮，左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14为四阶内啮合椭圆锥齿轮。
具体实施方式三
如图1所示，双输出内转子非圆锥齿轮液压马达包括一个壳体，壳体包括左壳体15和右壳体8，两壳体通过螺栓紧固；
左壳体15左端外部安装有左端盖6，左端盖6压紧左轴承4的外圈，左轴承4的内圈与输出轴5的左轴肩过盈配合；左壳体15左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮3。
右壳体8的右端外部安装有右端盖10，右端盖10压紧右轴承11的外圈，右轴承11的内圈安装固定在输出轴5的右轴肩；右壳体8右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮12。右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3具有相同的传动比，安装时相差45度相位角。
输出轴5的中部，左轴承4和右轴承11之间，通过球面过盈配合，安装有左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14，左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14具有一样的传动比，但安装相位角相差45度，与输出轴5固联为一个整体。
左壳体15、左外非圆锥齿轮3与左内非圆锥齿轮0之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，左行星圆锥齿轮2布置在密闭容腔内，其空间布置如图2所示。在左壳体15的外球面上安装有左进油孔1和左出油孔7，其分布如图4所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
右壳体8、右外非圆锥齿轮12与右内非圆锥齿轮14之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，右行星圆锥齿轮13布置在腔内，其空间布置如图3所示。在右壳体8球面上安装有右进油孔9和右出油孔16，其分布如图5所示。进油孔输入高压油，出油孔输出低压油。
左内非圆锥齿轮0、右内非圆锥齿轮14、左外非圆锥齿轮3、右外非圆锥齿轮12、左行星圆锥齿轮2、右行星圆锥齿轮13均为圆弧齿，其结构如图12、图13、图14所示。
其中右外非圆锥齿轮12与左外非圆锥齿轮3为三阶外啮合椭圆锥齿轮，左内非圆锥齿轮0和右内非圆锥齿轮14为四阶内啮合椭圆锥齿轮。
液压马达运行时，由于左进油孔1、左出油孔7、右进油孔9和右出油孔16具有压力差，且左外非圆锥齿轮3与左壳体15，右外非圆锥齿轮12与右壳体8分别固定，从而左行星圆锥齿轮2、右行星圆锥齿轮13作空间行星运动，并分别驱动与之啮合的左内非圆锥齿轮0、右内非圆锥齿轮14以及与之固联的输出轴5转动。在转动的过程中，相邻的行星轮的空间相对位置不断发生变化，左端相邻的左行星非圆锥齿轮2、左内非圆锥齿轮0与左外非圆锥齿轮3之间形成液压油腔，右端相邻的右行星圆锥齿轮13、右外非圆锥齿轮12与右内非圆锥齿轮14之间形成液压油腔。液压油腔随着行星圆锥齿轮的转动不断变化大小，且不断的周向移动，与不同的出油口和进油口贯通，从而实现自动配流。由于不同的液压油腔及配油口之间具有相位差，故其压力差也不同，从而可以保证在马达整体在任意时刻都具有较大的压力差，从而可以驱动输出轴5连续、高扭矩的旋转。

Claims (5)

1.一种双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，包括一个壳体，其特征在于：壳体包括左壳体(15)和右壳体(8)，两壳体通过螺栓紧固；
左壳体(15)左端外部安装有左端盖(6)，左端盖(6)压紧左轴承(4)的外圈，左轴承(4)的内圈与输出轴(5)的左轴肩过盈配合；左壳体(15)左端内部通过螺栓和内球面定位安装有左外非圆锥齿轮(3)；
右壳体(8)的右端外部安装有右端盖(10)，右端盖(10)压紧右轴承(11)的外圈，右轴承(11)的内圈安装固定在输出轴(5)的右轴肩；右壳体(8)右端内部通过螺栓和内球面定位安装有右外非圆锥齿轮(12)；右外非圆锥齿轮(12)与左外非圆锥齿轮(3)具有相同的传动比，安装相差45度相位角；
输出轴(5)的中部，左轴承(4)和右轴承(11)之间，通过球面过盈配合，安装有左内非圆锥齿轮(0)和右内非圆锥齿轮(14)，左内非圆锥齿轮(0)和右内非圆锥齿轮(14)具有一样的传动比，但安装相差45度相位角，与输出轴(5)固联为一个内转子整体；
左壳体(15)、左外非圆锥齿轮(3)与左内非圆锥齿轮(0)之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，左行星圆锥齿轮(2)布置在密闭容腔内；在左壳体(15)的外球面上安装有左进油孔(1)和左出油孔(7)，左进油孔(1)和左出油孔(7)间隔布置；
右壳体(8)、右外非圆锥齿轮(12)与右内非圆锥齿轮(14)之间便形成了一个封闭的球环形的密闭容腔，右行星圆锥齿轮(13)布置在密闭容腔内；在右壳体(8)球面上安装有右进油孔(9)和右出油孔(16)，右进油孔(9)和右出油孔(16)间隔布置。
2.根据权利要求1所述的双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，其特征在于：所述的右外非圆锥齿轮(12)和左外非圆锥齿轮(3)为三阶外啮合椭圆锥齿轮，左内非圆锥齿轮(0)和右内非圆锥齿轮(14)为四阶内啮合椭圆锥齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，其特征在于：所述的左内非圆锥齿轮(0)、右内非圆锥齿轮(14)、左行星圆锥齿轮(2)和右行星圆锥齿轮(13)的齿形为正弦齿或渐开线齿或圆弧齿。
4.根据权利要求3所述的双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，其特征在于：所述的左行星圆锥齿轮(2)的空间布置由左内非圆锥齿轮(0)节锥面与左外非圆锥齿轮(3)节锥面的球面法向线的交点确定，两法向线的球面偏距与左行星圆锥齿轮(2)的锥角一致；右行星圆锥齿轮(13)的空间布置由右内非圆锥齿轮(14)节锥面与右外非圆锥齿轮(12)节锥面的球面法向线的交点确定，两法向线的球面偏距与和右行星圆锥齿轮(13)的锥角一致。
5.根据权利要求4所述的双输出内转子非圆锥齿轮液压马达，其特征在于：所述左进油孔(1)、左出油孔(7)和右进油孔(9)和右出油孔(16)的位置由任意一个行星圆锥齿轮在与其相邻的行星圆锥齿轮构成的容腔最大/最小时，该任意一个行星圆锥齿轮大端齿根圆所在的空间位置，与该任意一个行星圆锥齿轮在前一个与其相邻的行星圆锥齿轮构成的容腔最小/最大时，该任意一个行星圆锥齿轮大端齿根圆所在空间位置的并集确定；左进油孔(1)、左出油孔(7)和右进油孔(9)、右出油孔(16)的中心位置在这两齿根圆圆心的中点，左进油孔(1)、左出油孔(7)和右进油孔(9)、右出油孔(16)的大小刚好与这两齿根圆相切。
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