CN1060257C - 摆线齿轮传动机构及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了齿轮传动机构及其装置中有关全摆线齿轮机构和装置，基本特点是其齿轮齿廓全由摆线组成，其原始齿廓是整支不含歧点交替分布于基线双侧的循环摆线，由这种齿轮副组成内或外啮、一齿或多齿差齿轮传动机构。其减速器、转子泵装置有压力角小、滑动小、磨损小、效率高、强度大、重量轻、噪声低、加工方便、适于高速重载等优点。能有效替代摆线针轮、取代双摆等距线齿轮并与渐开线齿轮互补，是齿轮传动的新发展。

Description

摆线齿轮传动机构及其装置

本发明涉及齿轮传动机构及其装置，尤其是有关一种齿廓全由摆线组成的全摆线齿轮、齿轮传动机构及其各种应用装置。

公知的齿轮传动机构，除最常用的渐开线齿轮机构外，有代表性的摆线齿轮传动机构基本上有三种：其一是取摆线的小区段作齿廓的外啮合摆线齿轮传动机构，其齿轮、齿的结构形状除齿廓曲线为摆线段外，跟渐开线外啮合齿轮相似。它在齿轮传动发展初期曾和渐开线齿轮同时出现，但由于它的齿形未能针对摆线扬长避短，以至在调整安装、传动平稳性、加工和通用性等方面都不及渐开线齿轮，现在它已经基本上退出动力传动领域了。另一种是本世纪二十年代发展起来的一齿差内啮合行星摆线针轮传动机构，其理论齿廓是在圆周上均布的点和一支循环外摆线(或内摆线)。它的实际齿廓采用圆弧和变幅外摆线等距线，制成针轮和摆线轮用于K-H-V一齿差内啮合减速装置，由于这种结构初步发挥了摆线在多点啮合、内啮合方面的固有长处，使摆线齿轮传动在一齿差内啮合领域里初步胜过了渐开线齿轮传动，这种减速装置具有体积小、重量轻、传动比大、过载能力大、效率较高、寿命较长、中低速运转时较平稳等系列优点，从而得到广泛应用。其中大部分已标准化，见各机械设计手册。如冶金工业出版社《机械零件设计手册》，但其尚存主要缺点是齿廓结构仍有多处不足，如实际齿廓不能互为全包络曲线，实际齿廓大幅度改变了理论齿廓齿面的法线方向，也即力的作用方向，变成瞬心线外啮合。这些缺陷的存在导致针轮结构繁琐、制造不便、不利于提高精度；转臂轴承受力大，齿面磨损较大，进一步提高输入轴转速和传递功率受限制等。采用圆周上均布点和摆线内啮合的应用装置还有摆线齿轮泵，它的主要零件是一对内啮合摆线齿轮，其中内齿轮齿顶相当于针齿，由它带动外转子一同旋转，两个齿轮齿廓中间的空腔为油腔，当齿轮旋转时油腔由小变大又大变小，完成吸油和排油过程，与普通渐开线齿轮泵比，它具有结构紧凑，体积小，单位体积排量大，零部件少，转速较高等优点，近年来也已被广泛采用，有标准系列产品，见冶金工业出版社，《机械零件设计手册续编、液压传动和气压传动》，但其缺点是齿面容易磨损，传动效率不够高，进一步在高速高压油泵中应用受限制等，其原因同样是传动齿廓上尚有缺陷所造成。第三种是近十年间新发展出来的，摆线等距线齿轮传动机构，中国专利公开说明书CN85106551A(美4922781，日62-092957，英法德意874008428)，此项发明的技术解决方案主要是用一对循环摆线的等距线作为实际齿廓相啮，其理论齿廓为两支循环摆线、内和(或)外摆线，取代摆线针轮啮合，其主要目的是使齿面曲线相互包络并在瞬心线内啮合，以克服前述的摆线针轮传动装置因齿廓方面原因造成的缺点，其存在的主要问题是所提供的这种循环外摆线和内摆线等距线齿廓，从理论上每逢理论齿廓每条摆线的起迄点，在两边附近必有一区段无法作出，只能用圆弧代替，而在此区段上是不能满足齿轮啮合的基本定律的，实际加工时此处必产生干涉而导致过度切削发生，在啮合时由于此区段齿廓不完整，明显影响到预期效果的取得，致使其性能未能明显超过摆线针轮减速装置，限制了它的扩大应用。而作为齿轮机构必不可少的构件-齿轮来说，目前，摆线齿轮在齿轮传动领域中只占相当小的比例，摆线针轮没有通用性，仅局限配成对使用在一齿差内啮合传动中，摆线等距线齿轮从理论上说，可以分别作成内和外两种摆线等距线齿轮，并可分别作成直齿、斜齿轮、蜗轮、蜗杆等，用于各种齿差的内外啮合和各种结构的传动装置中，但在实际上，由于这种摆线等距线齿轮，除了上述齿廓曲线缺陷外，其加工和通用也相当不便，因此难以推广。目前，渐开线齿轮在传动领域中仍稳居首位，其优点是齿廓完全共轭，理论齿廓与实际齿廓合一，加工方便，通用性好，它的变型，花键齿轴和花键齿套的应用也相当广泛，它还有一个较突出的优点，就是一对齿轮在安装调整时具有可分离性(注：变化安装中心轴距，使一对相啮齿轮轮齿移远加大间隙时，可以正常工作的性能)，为安装调整带来了方便。其存在的不足处是一对齿轮在安装时没有可接触性(注：变化安装中心轴距，使一对相啮齿轮轮齿移近接触或紧压时，可以正常工作的性能)，因此在安装和加工时，在一定条件下会产生楔卡、干涉和过度切削，在少齿差、一齿差内啮合中表现相当明显，其次它的齿廓曲线不是循环曲线，因此在加工时，需要控制较多的参数，也不能把轮齿顶圆与齿廓在一次加工中加工出来，发现、消除积累误差，以进一步提高其经济加工精度受限制等。

本发明的目的是提供一种摆线齿轮、传动机构及其多种应用装置，这种摆线齿轮机构，其原始齿廓应能够消除已有技术在传动啮合理论上和实际上的现存种种缺陷，充分发挥摆线传动固有的长处；整个齿廓上处处满足瞬心线内啮合、符合齿轮啮合基本定律，互为全包络曲线，不产生干涉和过度切削。其齿轮应易于用范成法(展成法)加工，具备通用性，易于安装调整，其变型可以作为花键构件等，以进一步提高摆线齿轮传动机构及其多种应用装置的性能，扩展其应用范围。

为解决上述任务，本发明采用的首要解决方案是消除现有循环摆线(含外摆线、内摆线，下同)所含有的歧点(奇异点)，即除掉现有循环摆线不适于直接采作实际齿廓曲线的缺点。在自行构思设计中找到一种全由摆线组合成的，即全部保留了摆线原有优点不变，仅将原有歧点除去改变成为转折点、处处连续光滑的新的循环曲线作为齿廓曲线。因此本发明的最基本的特点是：其传动机构的齿轮齿廓全由摆线组成，理论齿廓即是其实际齿廓，二者合一，机构的发明特征是其原始齿廓(基齿条齿廓)采用整支不含歧点的、交替分布于基线上下双侧的循环摆线(全摆线--基线为直线的)，此曲线由上下两个滚圆循环交替在基线上下纯滚动，由固连于圆上的点生成，上下滚圆半径可相等或不等，通常可使上下滚圆半径相等。其齿轮的发明特征是：其齿廓为整支不含歧点的交替分布于其基圆内外的循环摆线(全摆线-基线为圆的)。此曲线可由内外两个滚圆轮流交替在基圆内外作纯滚动，由固连于滚圆上的点生成，内外滚圆半径可相等或不等，通常可使内外滚圆半径相等。由与原始齿廓共轭的一对齿轮或多对齿轮副作为构件，可组成一齿差或多齿差、内啮合或外啮合、直齿的或斜齿的、定轴的或行星的全摆线齿轮传动机构。通过分析可证明全摆线齿轮机构能处处在瞬心线内共轭；其一齿差内啮合机构仍为多齿接触。在上述基础上，充分发掘发挥和运用该机构、该齿轮的固有特点和长处，针对已有技术装置传动方面的缺陷和不足，分别采取具体方案改进其结构并加以发展。为了便于理解，现在对照附图对本发明的构思与实质内容；其同现有技术比较的效果；以及其具体实施方案作进一步说明。

图1表示全摆线的基齿条原始齿廓；齿条、外齿轮、内齿轮；内啮合、外啮合和齿条啮合的共轭关系示意图。

图2至图3表示循环全摆线的生成示意图。

图4至图6循环全摆线一齿差内啮合机构仍为多齿接触的分析证明图。

图7变幅外摆线与外摆线等距线的分析说明图。

图8摆线功能分段分析说明图。

图9至图13 K-H-V一齿差内啮合全摆线齿轮减速装置结构及其齿轮零件结构形状图。

图14至图15全摆线齿轮泵装置结构图。

图16 2K-H差速行星全摆线齿轮减速装置结构示意图。

图17至图18全摆线滚刀结构形状示意图。

图19至图20全摆线内外齿轮的一齿差内啮合传动范成磨削加工原理图。

图21至图22单级全摆线齿轮减速装置结构示意图。

图23至图24 2K-H负号行星全摆线齿轮减速装置结构示意图。

现证明一对全摆线齿轮可处处瞬心线内共轭。参照图1，从机械设计原理可知，由同一齿条范成加工的两外齿轮可作定比传动，而用范成加工出的外齿轮形状作的刀具范成加工内齿轮也可与另外的外齿轮作定比传动；又结合摆线性质，可知，滚圆r相等(即周节相等)的两支循环全摆线可互为全包络曲线；又因其理论齿廓与实际齿廓合一，实际齿廓全为摆线，故知全摆线齿轮机构可处处瞬心线内共轭并且不会发生干涉和过度切削现象。

全摆线齿廓一般性质已如上述，那末由两支循环全摆线所组成的一齿差内啮合齿轮机构有什么特性，它还能不能实现多齿啮合，在什么条件下能多齿啮合呢?现在对照图示用分析方法予以证明。如图4至图5，设想用r=c的循环内摆线作成2(n+1)齿的内齿轮(n为大于1的正整数)使其和2n+1齿和r=0的假想针轮即平面上均布的点组成摆线内齿轮针轮一齿差内啮合。可知是可以的；再设想用r=c的循环外摆线作2n齿的外齿轮，使其和上述2n+1齿的r=0的假想针齿点相啮合，组成摆线外齿轮针轮一齿差内啮合，可知同样是无问题的。于是这二组齿轮与假想针轮的啮合点都是这平面圆周上均布的相同的点。现在把内齿圈和外齿轮上的齿相间留一去一，去掉一半，使内齿圈和外齿轮能够不相抵触装在一起，互相啮合，再把内齿圈去掉的内摆线齿补上外摆线齿；把外齿轮去掉的外摆线齿补上内摆线齿；于是这对齿轮副就成为循环全摆线齿轮副了，如图6。而这全摆线齿轮副啮合的点也就是2n+1的假想针齿在相间去掉轮齿后留下的啮合点，由于外摆线和内摆线的性质，可知同一啮合点两边的齿廓其法线方向相同，都是同指节点P的。这就证明了循环全摆线同样具备循环摆线的共有的特性，同样可以实现多点啮合，同样也是差一个齿内啮合的一对循环摆线可多点啮合，其特别处是在它的内外滚圆r相等时它的一齿差已相当于普通摆线所说的齿差的一倍(二个齿差)罢了。

现在进一步分析说明全摆线一齿差内啮合机构由于理论齿廓和实际齿廓合一带来的另一特性，考察一下全摆线一齿差内啮合齿轮处于节点P处的一对齿的工作情况，可知它有半周是内摆线对内摆线凸凹啮合，半周是外摆线对外摆线凹凸啮合，它们的“齿隙”是自然形成的，可承受法向力而不会楔卡住，由于啮合点处两轮齿的曲率半径接近相等而同向分布，综合曲率半径相当大，接触应力相当小，相对滑动极小，所有接触点都近乎纯滚动，且接近节点段压力角相当小，以零为极限，在承受切向力时，对齿轮中心的力臂最大，可以小力传大扭矩，磨损极轻微，在工作中这对齿可承担比其余的齿大得多的载荷，因此全摆线一齿差内啮合齿轮机构的另一特性是它在节点处的齿得到了充分利用，它有一对能够充分发挥作用的名副其实的主承载齿。这是现有摆线齿轮机构比不上的。

作为齿轮机构必不可少的构件的齿轮，它同时即是一种广泛应用于机械工程装置中的重要产品零件。因此作为构件其使用性能固然十分重要，但作为产品零件其加工工艺性也同样非常重要。由于本发明一举突破了整支摆线不适于作为齿轮实际齿廓的难点，赋与齿轮以全摆线齿形，就同时解决了摆线齿轮的使用性能与工艺性两个方面的一系列问题。因为从范成加工方法的本身而言，就是把齿轮刀具视为齿轮(齿轮的一种变型)，使其和也可视为齿轮的工件毛坯组成齿轮机构，在共轭互啮的位置上互为包络地相对运动，并增加必要的垂直于机构平面的切削运动而成。因此范成法具有加工既精确又简便生产率高的种种优点。全摆线齿轮刀其(含滚齿刀、刨齿刀、梳齿刀；插齿刀、剃齿刀、研磨齿轮、珩磨齿轮)。其切削部形状是前文所说的全摆线齿条或齿轮，所以能完全符合范成法的要求。

由于本发明赋与齿轮以全摆线齿形，克服了现有摆线齿轮使用性能上的缺陷和加工不便，通用性差，应用不广的问题，从而也就为它的变型一全摆线花键构件的推广应用创造出良好条件。从全摆线齿轮的轮齿形状本身看也具有其特点，不难看出，轮齿的形状又矮又胖又圆，几乎找不到它的危险截面，再加上它的加工简便、可与齿轮加工通用互换，因此扩展其应用范围作全摆线花键构件是合宜的。此种花键构件的特征是配对件的齿数相等，滚圆半径相等。

现将本发明同现有技术作比较，先从齿廓曲线分析对比，变幅外摆线的等距线，其创始人是从运动状态相同，能满足传动比等于常数，可作定比传动出发，将外摆线理论齿廓变换成此齿廓的，但其实这只解决了问题的一方面，从另一方面来看，齿廓曲线法线的方向(即力的作用方向)却大不一样了，参看图7，外摆线原来在始点和终点附近是切向，此曲线全变成了法向。对比一下可以看出除了中间一点原来已是法向外，齿廓曲线变换使其所有的点百分之百向法向偏转，越靠近始点和终点(即节点)偏转越大。这意味着法向力大增，压力角增大。主承载齿能够发挥的应有作用大受限制，其主传扭作用被基本上弃置了。因此齿廓曲线作如此转换是有欠缺的。至于摆线等距曲线作为齿廓曲线，其创始人是从其大部分可以瞬心线内共轭啮合这点出发的。从图7中可以看到，外摆线等距曲线的根切部是在节点附近两边各一小段处，从理论上说，这种曲线是百分之百必然要在此处发生根切的，除非等距圆小到半径等于零，但它也不成为等距线了。如果对整条摆线分段深入分析一下，如图8，可知摆线弧段本身的长度在滚圆滚过相同的滚角时相差甚大，从图中BP段远小于CD段即可看出，图中所分三段的功能也不相同，CD段对法向力和可接触性影响甚大，BP段对切向力、压力角、传扭承载能力影响甚大，BC段介于二者之间，因此BP段本身长度虽短，但其作用甚大，是不能忽视的。那末，如果齿廓的过度切削形状相同或极近似，能否利用到传动上来呢?实际上这是相当难实现的。因为要实现这点，配对使用的两齿轮，其每一齿轮加工时相对其刀具的安装位置均须与两齿轮装配时相啮安装位置一致。这用同一把插齿刀做不到，需要用两把相互可内啮合的专用插齿刀具分别加工才可，但是如果其齿廓不能处处共轭，那末，这对内啮合齿轮刀具本身制造将成为新的难点。所以相当烦难的。这种等距线由于靠近节点P的齿廓发生了根切，不能参与啮合，对于一齿差内啮合齿轮机构来说，其它齿上的负荷必增大，而这些齿离节点较远，啮合中滑动速度较大，磨损及摩擦损失必增加，所以会使寿命减短，效率降低，如用于多齿差和外啮合更影响其平稳性，实践也已说明了此点。本发明的全摆线齿廓，由于其理论齿廓即是其实际齿廓，二者合一，其齿廓曲线无需转换，从而可以充分发挥摆线的固有优点，从根本上克服已有技术由于转换齿廓曲线产生的种种缺陷而取得良好的效果。

现在再从齿轮方面同现有技术比较，由于赋予齿轮以全摆线齿廓，使其带来了一系列优点，在传动方面的效果前已述及，现仅在其他方面比较，全摆线齿轮可用全摆线齿轮刀具用范成法加工，简单方便，不会产生过度切削，在齿轮和齿轮刀具的品种数量方面，从理论上已至少可比摆线等距线齿轮的刀具节约减少一半，而其突出的优点还有，其加工机床大多数可以和现在已经普及的渐开线齿轮机床相兼容，还可以利用加工摆线针轮的一些机床加工，一开始无需为它专门设计专用机床，因此，其推广应用比较容易和现实、投资少、生产率高而成本低，加工简单方便连渐开线齿轮在有些方面都不如它，比如渐开线齿轮必须把齿顶圆和齿廓加工分成二道工序，而全摆线齿轮所有外表面可在一次中全部加工完。

全摆线齿轮的变型、全摆线花键构件也具有装配与受扭时对中性好，能获得所有齿同时接触，根部无应力集中，强度大，可用小的滚圆半径传大的扭矩，对齿轴或齿套构件强度的削弱也远比他种花键小，可用通用刀具(如插齿刀、拉刀)把所有花键齿面一次加工出来有生产率高而成本低等效果。综上所述全摆线齿轮不仅同相关的摆线齿轮相比之下优点突出，即使同其相邻的渐开线齿轮及点啮合圆弧齿轮在性能上也能相比，比如渐开线齿轮，原来造成它在齿轮传动中稳居首位的优点如：其齿廓可完全共轭、理论齿廓与实际齿廓合一、加工方便、通用性好等，现在这些优点全摆线齿轮也有了。在突出的优点方面，渐开线齿轮唯一专有的只剩下具有可分离性一项了。全摆线齿轮虽然没有可分离性优点，但是它也有它的专有的长处，一对齿轮安装调整时具有可接触性，这就使它的安装调整也相当方便，这是因为这种全摆线齿轮安装时调到一对齿轮齿顶部达到接触状态就到了位，这比调整齿隙或中心距等其实更加简单直接和确实。何况全摆线也还有它专有的突出的优点，这就是它在节点区的啮合是凹凸啮合，其接触应力甚小，滑动系数极小，在这点上，渐开线齿轮也不及，只有点啮合圆弧齿轮可以相比。综上所述，由于全摆线齿轮集中了如此多的长处和效果，加上它也适合通用化，因此可望在本世纪末下世纪初发展出我国的一项摆线齿轮标准，也可能成为我国向世界提供的一项ISO标准草案。

下面对本发明的具体实施作进一步详细描述。实施本发明以克服前述摆线针轮减速装置缺点的具体方案是用一齿差内啮合全摆线齿轮机构代替摆线针轮机构，已有的摆线针轮减速装置结构已标准化。本装置的特征在于用全摆线内齿圈中心轮取代其针轮部件；用全摆线行星齿轮取代其变幅外摆线等距线行星齿轮。图9为K-H-V一齿差内啮合全摆线齿轮减速装置结构，它主要有：由大端盖和从动轴右端轴承支承的主动轴1和互成180度的双偏心套2组成的转臂；为了平衡相差180度安装在偏心套上的两个全摆线行星齿轮3；固定在机座和大端盖间的全摆线内齿圈中心轮4；支承在机座两组轴承上的右端装有W机构圆柱销、套的从动轴5和大、小端盖8、7，机座6等。在零件结构细节方面，只需对机座、中心轮与大端盖相互固定处及油路密封等稍作适应修改，参看图9至图13，其余均可继承采用原摆线针轮减速装置的结构。由于全摆线齿轮副为瞬心线内啮合，其当量啮合角比摆线针轮可减小10度以上，它是已知的一齿差内啮合齿轮机构中压力角最小的，故可在传递相同扭矩时使齿轮和轴承受力减小，又因全摆线齿廓滑动系数甚小，其齿廓是连续齿廓能很好地形成油膜，所以比摆线针轮具有更高的效率和使用寿命，其针轮部件也得到合理的简化，即在取消针齿套的同时加强了主承载齿的主承力作用，降低了距节点较远各齿的受力和磨擦。由于结构上的改进和制造上简化，故可在提高性能同时提高其经济加工精度和降低成本。

实施本发明的另一具体方案是用于改进现有摆线齿轮泵装置，它是在常见的已标准化的摆线齿轮转子液压泵的基础上更换其中原来的圆弧齿形，以全摆线齿形取代之。具体结构如图14至图15，其中，全摆线齿轮内转子9固定在泵轴10上，外转子全摆线内齿轮11装于泵体12内，并由前盖13和后盖14通过螺钉15定位销16和泵体12固定连接成一体，泵轴支承在轴承17上旋转，内外转子齿轮相差一个齿并偏心安装。本装置的特征是应用一齿差内啮合全摆线齿轮机构，用一对一齿差内啮合全摆线齿轮组成的内外转子取代其原有的一对变态摆线与圆弧齿形的内外齿轮转子，由于全摆线齿轮液压泵装置在齿轮传动啮合上是以节点区齿的凹凸啮合为主，传动更加合理和完善，故在多项技术指标上都可超过原摆线液压泵，如接触重合度增加，滑动系数减小，齿廓间密缝性好，压力角小，传递扭矩大，平稳性好，效率高，更适用于高压高速等。

在前述减速装置传动比比较小，以及功率小使减速装置难于容纳合适的W机构或需缩小径向尺寸等情况，可实施下述方案，图16是一种2K-H差速行星全摆线齿轮减速装置结构。其主动轴1同偏心套18固连一起组成转臂，主动轴由设置在大端盖8中的轴承和从动轴5右端中的轴承双支承，偏心套外面装有转臂轴承19，转臂轴承外圈装一个重行星全摆线齿轮20，分别与固装在机座6与大端盖之间的中心轮齿圈4和从动轴5的从动轮齿组成二对一齿差内啮合全摆线齿轮副。二对齿轮副的滚圆半径相同，其偏心距也相同，因此不需要W机构，减速装置的其余结构仍与前述减速装置相同。由于本装置采用了全摆线齿轮副，有前述装置的优点外，本结构还有零件更少，结构更加简化的优点。

全摆线齿轮的齿廓曲线，属于工程齿廓应用曲线族，此曲线族方程的几何意义是有两个滚动圆在基线(圆或直线)的两侧轮流交替作纯滚动时，由固定于滚动圆圆周上的一点生成的曲线，如图2至图3，当基线为直线，上、下滚圆中有一个半径为零时均为循环摆线，均不为零时为循环全摆线。当r_上=r_下=r时，全摆线齿廓方程式为：

x=r(ψ—Sinψ)    y=2rSin(ψ／2)·｜Sin(ψ／2)｜

其中ψ为滚动圆所转过的角度。r为滚动圆半径。

其任一点曲率半径为：ρ=4r·｜Sin(ψ／2)｜

当基线为圆，内滚圆半径为零时生成循环外摆线；外滚圆半径为零时生成循环内摆线；(内滚圆半径为零、外滚圆半径趋于无穷时为渐开线；)内外滚圆半径均不为零时为循环全摆线，而且其基圆外线段为外摆线，基圆内线段为内摆线。为了保证曲线是循环的，其内外滚圆半径与基圆半径必须满足下面的关系：R=z(r_外+r_内)其中，R是基圆半径，r_外是外滚圆半径，r_内是内滚圆半径，z是正整数。当r_外=r_内=r时，R=2zr，此时全摆线齿廓方程式为：x=r[2KSin(ψ／2z)-SinψCos(ψ／2z)]

       y=r[2KCos(ψ／2z)+SinψSin(ψ／2z)]

       式中K=z+Sin(ψ／2)·｜Sin(ψ／2)｜

ψ-滚动圆所转过的角度0≤ψ≤4πz也即滚动圆总计滚过2z圈时，就形成了全摆线齿轮的全部齿形。齿形上任一点处的曲率半径：

ρ=[2r／(z²-1)]·[(2z²-1)·｜Sin(ψ／2)｜-zSin(ψ／2)]

以上两公式中Sin(ψ／2)＜0时，齿形曲线为内摆线，当Sin(ψ／2)＞0时，齿形曲线为外摆线。Sin(ψ／2)=-1时，曲线的曲率半径为最大，此时ρ max=2r(2z-1)／(z-1)

齿轮基本参数：齿数Z，由于在全摆线齿轮传动中没有干涉和根切现象，因此对齿数的选择没有限制。一般可选择Z≥5。滚动圆半径r，同渐开线齿轮相类比，r相当于渐开线齿轮中的模数m，对于差不多大小的齿轮来说可以认为m=4r，一般可取r=0．5，0．75，1，1．25，1．5，2，2．5，3，3．5，4，4．5，5，6，8。

几何尺寸的计算：    外齿轮        内齿轮

基圆直径(节圆直径)      dj=2R=4rz

齿顶圆直径       d_d=4r(z+1)    d_d=4r(z-1)

齿根圆直径       d_g=4r(z-1)    d_g=4r(z+1)

齿顶高           h_d=2r

齿根高           h_g=2r

全齿高            h=h_d+h_g=4r

在外啮合和齿数差大于一的内啮合传动中，可采用斜齿或分片直齿轮或分片斜齿轮(即人字齿轮)结构。斜齿的端面齿形仍为全摆线并使轴向重合系数大于1，即：btgβ／4πr＞1，其中

b-齿轮宽，β-基圆螺旋角，r-滚动圆半径。

全摆线齿轮的强度：当节圆直径相同时，全摆线齿全高不到渐开线齿全高的一半，且没有明显的根部应力集中或危险截面现象，根圆处齿形曲线曲率半径为最大，因此在同等负荷条件一般不发生弯曲强度不够的情况。至于接触强度，由于全摆线齿在节点区附近是凹凸啮合，可以算得其综合曲率半径相当大，通常也够的。由实验证明，带有滑动的滚动情况下，轮齿表面层的疲劳强度远小于纯粹滚动时的，由于全摆线的滑动系数在节点区最小，相当接近于纯滚动，因此全摆线齿轮的表面层抗疲劳的强度也足够大的。确定具体数值时，可在考虑上述效果因素的同时，仍用其类似使用条件下的摆线针轮或渐开线传动装置的经验数据对比参照为好，因为这些数据已经过较长时间验证。

全摆线齿轮齿形加工：1、分度法，用成形铣刀或刨刀每次加工出一个全齿，通过分度加工出整个齿轮。2、范成法，用滚刀、梳齿刀、插齿刀等在相应的机床上范成加工，特点是可以用同一把刀具加工出不同齿数的齿轮，其加工过程是连续的因而生产率较高，图17至图18表示一全摆线滚刀的结构形状，这类刀具主要特征在于齿形是全摆线，其它部分与现有刀具基本相同。3、精加工，可采用磨削完成，它可加工已淬硬了的齿面，且精度也高，磨削时可以用三种现有不同类型的机床：一种是把砂轮修整成工件齿轮本身的一个全齿形，通过分度磨出整个齿轮；一种是把砂轮修整成与工件齿轮共轭的一个或几个全齿形，通过范成运动与分度运动相结合完成加工，其范成运动需定比但不必一齿差传动；另一种是把砂轮修整成与工件齿轮共轭的半个或稍多于半个齿形的砂轮，通过一齿差内啮合共轭范成传动完成加工。全摆线内外齿一齿差内啮合范成磨削的示意说明如图19至图20。4、其它特种加工还可采用电火花数控线切割机切出齿形，有时也可在坐标磨床上加工全摆线齿形，对于单件产品和刀量具，修砂轮用靠模等制造相当适用，对批量大尺寸小的齿轮还可用内拉和外拉刀在拉床上拉削加工。5、配对选配法，在成批生产中可以使配对的齿轮公差扩大数倍制造，制成后按零件的实际尺寸分选成数组，各对应组相互装配，选配时测直径控制其周节等值，装配时保证其齿顶处接触，应用此法可显著提高经济加工精度，降低刀具消耗量。6、范成加工全摆线齿轮的方法举例，首先精确调整机床范成运动传动系统以及夹具定位，初调后可放上试片或试件循环加工数周，看其是否偏向一侧，如果有系统误差，循环越多偏差会越大，可由切屑、火花或着色显示出，通过再调整可使其误差减小到落入随机误差概率分布区内，然后装上工件加工，精加工行程一周应连续进行，中途不得停机，齿形等计量中心检测合格后，加工中只需精测顶圆或根圆直径一个参数就可控制，故其检测也是比较方便的。

当外啮合和多齿差内啮合时，需采用斜齿或分片式齿轮，即全摆线齿轮分成两片或多片盘状，并使在旋转平面上彼此错开半个或几分之一齿位置，齿轮各片的相对角向位置用花键齿错开安装或用销钉对定，图24中的行星齿轮组件就属这种结构之一，全摆线齿轮26和27同时都是全摆线花键齿套构件，齿轮26可以是双斜齿轮或片状直齿轮，后者全摆线花键齿轴24的花键数可取齿轮齿数的2倍，安装时错开一齿以保证角向位置的需要。花键结构也可用在双联外齿轮或双联内齿圈需要磨齿的场合。这些结构，对中性好、联接可靠而紧凑，可保证齿轮正常工作所需的正确位置和传扭。花键联结根据需要可为紧配合、过渡配合或松配合。

如图21至图22，是一种单级全摆线齿轮减速装置结构示意图，它是多齿差、外啮合、斜齿、定轴的全摆线齿轮传动机构。此结构与已经标准化的渐开线单级圆柱齿轮传动装置基本相同，不同特征除主动齿轮轴1和齿轮27为全摆线齿轮外，还在于其一组轴承外周设置有一副偏心量0．3以下的偏心衬套28，它供穿过螺钉的孔是长圆形的。其作用是装配时可精细调节中心距，在保证节点齿的良好接触状态后固紧之，必要时还可增加配合加工的定位销。由于本结构轮齿的啮合为凹凸啮合，且有需要时小齿轮的齿数可选得较少，因此，比渐开线齿轮减速器在同样重量体积下，承载能力可以提高。

从上述实施例可知实施本发明时，要充分发挥全摆线齿轮可接触性长处，而对其无“可分离性”短处也要在结构上适当给以补充处置，方能收到最好效果。现再举一例如下：2K-H负号NGW类型机构行星齿轮减速器是公知的优点较多应用广泛的减速装置之一，现存主要缺点是其中一部分高转速的装置，由行星齿轮质量产生的很大离心力作用在转臂轴承上，其应用常因此受限制。图23为2K-H负号行星全摆线齿轮减速装置结构。本结构特点是行星齿轮22、中心内齿圈23、小中心齿轮21都是全摆线斜齿轮，其变型摆线与渐开线互补式，见图24，行星齿轮25、26为双重式，中心内齿圈23与其相啮的行星齿轮26为全摆线齿轮而小中心轮21与其相啮的行星齿轮25仍为渐开线齿轮，花键齿轴24是全摆线花键齿轴。这两种结构可充分发挥全摆线齿轮承载齿顶部可接触并传递法向力的长处，由于离心力大部通过齿顶部传给齿圈随即相互平衡抵消，因此本结构可大幅度提高转臂轴承寿命并改善运转平稳性。

本发明不局限于上述列举各例，在齿轮传动中，只要属于全摆线齿轮传动机构部件与装置，均属于本发明的范围。

Claims (10)

1、摆线齿轮传动机构，本发明的特征在于：其为一对共轭互啮的、齿廓全部由摆线组成的齿轮，其基齿条的原始齿廓是整支不含歧点的交替分布于其基线上下双侧的循环摆线即基线为直线的全摆线，此曲线可由上下两个滚圆轮流交替在基线上下作纯滚动，由固连于滚圆上的点生成，上下滚圆半径可相等或不等。

2、一种摆线齿轮，其发明特征在于：其齿廓是整支不含歧点的交替分布于其基圆内外的循环摆线即基线为圆的全摆线，此曲线可由内外两个滚圆轮流交替在基圆内外作纯滚动，由固连于滚圆上的点生成，内外滚圆半径可相等或不等。

3、如权利要求1所述的摆线齿轮传动机构，其特征是所说的一对齿轮或数对齿轮可组成一齿差或多齿差、内啮合或外啮合、直齿的或斜齿的、定轴的或行星的摆线齿轮传动机构。

4、如权利要求2所述的摆线齿轮，其特征是所说的全摆线齿轮作传递扭矩的花键齿轴或花键齿套联结构件即全摆线花键构件，且其配对件的齿数相等、滚圆半径相等。

5、如权利要求3所述的摆线齿轮传动机构，其特征是其为一对一齿差内啮合的齿轮，共轭互啮组成的一齿差内啮合全摆线齿轮传动机构，其为多齿接触且其节点区齿为凹凸接触。

6、一种K-H-V一齿差内啮合摆线针轮减速器装置，其特征是其为如权利5所说的全摆线齿轮机构装置，并且其主构件一对摆线轮与针轮被取消，被所说的一对一齿差内啮合全摆线齿轮所代替。

7、一种摆线齿轮泵装置，其特征是其为如权利5所说的全摆线齿轮传动机构所组成的装置，并且其主构件一对以变态摆线与圆弧为齿形的齿轮组成的内外转子被取消，并被所说的一对一齿差内啮合全摆线齿轮组成的内外转子所代替。

8、一种2K-H行星摆线齿轮减速装置，其特征在于：其为由两对如权利5所说的一齿差内啮合全摆线齿轮组成的差速减速装置，且其两对齿轮的滚圆半径相等，偏心距也相同。

9、一种单级圆柱齿轮减速装置，其特征在于其为如权利要求3所说的多齿差外啮合斜齿轮定轴传动机构，并且具有一副带偏心的可微调中心距的衬套。

10、一种2K-H负号NGW型行星齿轮减速装置，其特征在于：其行星齿轮、中心内齿圈、小中心齿轮都是如权利2所说的全摆线齿轮；或其行星齿轮为双重式的，其中心内齿圈与其相啮的行星齿轮为如权利2所说的全摆线齿轮，而小中心轮与其相啮的行星齿轮仍为渐开线齿轮。

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