CN1367318A - 系统全齿轮啮合链变容装置 - Google Patents

Abstract

系统全齿轮变容装置,主要由组合型内齿环、组合型主齿轮及行星齿轮、端盖、轴等构成。随传动轴旋转使构件间形成的啮合链所围成的容积产生大小循环变化而实现变容。本发明构件简单,制造方便,适于普通加工手段,适于各种气态工质或液态工质的泵、马达和发动机;用材广泛,如工业塑料、工业陶瓷等金属或非金属;对气态工质的泵或发动机极易实现多级压缩或增压;尤其对发动机(即内燃机)还可实现低散热或说为绝热,省略冷却系统、省略润滑系统或简单润滑、省略进排气门凸轮轴系统,本发明具有高技术载体特点,具有原始创新特征。

Description

系统全齿轮啮合链变容装置

技术领域

本发明涉及一类多种容积式变容装置，其系统中的结构可直接用于各种工质的泵、马达和发动机。

背景技术

目前，变容装置的结构很多，但各有其不足，转子和叶片式径向密封不可靠，对加工精度要求高，寿命短，成本较高；传统齿轮、柱塞、活塞式结构体积庞大复杂；球形结构加工工艺难，不易保证质量；CN2069495，CN1103930两项专利发明，a、理论上把悬轮线理解为单一的连续曲线、增加了设计难度，b、本来就应简化的事变成了复杂，给加工工艺带来难度。使加工出来的工件运转性能受到严重影响，人为降低了实用性c、仅局限于液压行业，没有发现它的真正意义与价值；d、没想到复杂的事物可以更简单化。

发明内容

本发明目的是解决背景技术中的问题，创造性地运用均布组合曲线理念解析悬(旋)轮曲线，克服其实用性差的不足，基本综合现有闭式容积式装置优点，成系统地提供一类结构简单、易于制造、易实现多级压缩或增压、密封可靠、耐磨损、寿命长、成本低、多样化、选材广泛，用途广泛的系统全齿轮变容装置。

本发明提供了一种系统全齿轮变容装置，主要包括内齿环、主齿轮、行星齿轮、传动轴、端盖，其结构特征在于：a、内齿环是由周向均布凹、凸、平内齿面组合而成，主齿轮是由周向均布凸、凹、平外齿面组合而成，两者区别于，前者以内凹齿面为主辅以凸或平过渡内齿面组合，后者以外凸齿面为主辅以凹或平过渡外齿面组合；b、主齿轮装入内齿环中包括固定式或无转动式或可转动式支承于传动轴上，传动轴的输出入轴转动支承于端盖上；c、行星齿轮浮持于内齿环和主齿轮间分别与两者啮合，内齿环-浮动行星齿轮-主齿轮-相邻浮动行星齿轮-内齿环，构成循环啮合链，链数与行星数相同。

附图概述

图1为本装置结构示意图之一，图中，内齿环为类三角圆形，主齿轮为类长圆形；

图2为附图1中主齿轮旋转60°角结构示意图；

图3为本装置结构示意图之二，图中，内齿环为类四角圆形，主齿轮为类长圆形；

图4为附图3中主齿轮旋转45°角结构示意图；

图5为本装置结构示意图之三，图中，内齿环为圆形，主齿轮为类长圆形；

图6为本装置结构示意图之四，图中，内齿环为圆形，主齿轮为类三角圆形；

图7为本装置结构示意图之五，图中，内齿环为圆形，主齿轮为类四角圆形。

本发明最佳实施方式

本发明是这样实现的：如附图示意，主要包括内齿环3、主齿轮1、行星齿轮2、传动轴4、端盖，其结构特征在于：内齿环3是由周向均布凹、凸、平内齿面组合而成，主齿轮1是由周向均布凸、凹、平外齿面组合而成，两者区别在于，前者以内凹齿面为主辅以凸或平过渡内齿面组合，后者以外凸齿面为主辅以凹或平过渡外齿面组合；主齿轮装入内齿环中支承(包括固定式，无转动式，可转动式)于传动轴上，传动轴的输出入轴转动支承于端盖上；行星齿轮2浮持于内齿环和主齿轮间与两者啮合，内齿环-[浮动]行星齿轮-主齿轮-相邻[浮动]行星齿轮-内齿环，构成循环啮合链，链数与行星数相同；任一浮动行星齿轮在任意旋转位置启始，其在内齿环上无滑动滚过或啮合过的曲线长或曲面长或齿数或有滑动啮合过的齿数等于其在主齿轮上无滑动滚过或啮合过的曲线长或曲面长或齿数或有滑动啮合过的齿数；内齿环的内凹齿面数N与主齿轮的外凸齿面数M及行星轮数K三者在任意单一构造总成中的构成关系为：N+M＝K，其中：①、内齿环形状：当N＝1为圆形内齿环，N＝2为类长圆内齿环，N＝3为类三角圆内齿环，N＝4为类四角圆内齿环，N＝5为类五角圆内齿环，……可依此类推；②、主齿轮形状：当M＝1为圆形外齿轮，当M＝2为类长圆外齿轮，当M＝3为类三角圆外齿轮，当M＝4为类四角圆外齿轮，当M＝5为类五角圆外齿轮……亦可依此类推；③、构成关系式中N和M还应满足两个匹配关系：N-M≥1和N＝1时M≥1，匹配关系见附表：附表：

表中，有：表示N与M间有此匹配结构，且有意义；无或空白：表示N与M间无比匹配结构或有匹配但无意义或意义不大。

由于表中位置有限匹配结构太多，不宜全部纳入表中，但按表推理亦可了然，未列入表内的匹配结构不一定无意义，本表中所指的有意义或无意义仅仅针对变容结构而言，表中写‘有’字的每个匹配都对应一种结构，并可做出相应的结构图与之对应，构成系统全齿轮变容装置(这里从略结构图表，但保留补充的权利)；④、在满足①、②、③同时，装置中任意一结构还应满足内齿环内齿总数Z₃与主齿轮外齿总数Z₁间齿数比关系：对应N-M≥1，M≥Z₁/Z₃＝M/N；对应N＝1、M≥1，则0＜Z₁/Z₃＜1；⑤、主齿轮外齿节线上相对输出入轴最远点与内齿环内齿节线上相对输出入轴最远点间距离差等于主齿轮外齿节线上相对输出入轴最近点与内齿环内齿节线上相对输出入轴最近点间距离差；⑥、传动轴结构特点：(1)、①、N-M≥1、M≥2，传动轴为直轴无转动置于主齿轮上，传动轴、主齿轮、内齿环三中心线同轴线；②、N-M≥1、M＝1，传动轴为直轴无转动偏心置于主齿轮上，传动轴与内齿环同轴线；此类结构中内齿环为定子；(2)、①、N＝1、M≥1，传动轴为带有偏心圆滑块的直轴，主齿轮转动支承于圆滑块上、两者同轴线，传动轴与主齿轮或圆滑块的偏心距等于传动轴与内齿环的装配偏心距，此类结构在传动轴带动主齿轮旋转时内齿环为随动外转子，②、N＝1、M≥2，传动轴与主齿轮中心线同轴，无转动置于主齿轮上，传动轴与内齿环偏心装配；当M＝1传动轴到主齿轮中心距等于到内齿环中心距；传动轴带动主齿轮旋转时内齿环为随动外转子；③、N＝1、M≥2传动轴还可以是曲轴，曲轴颈与主齿轮共轴线，主轴颈与内齿环共轴线，在N＝1、M＝1中曲轴颈到主齿轮中心距等于曲轴颈到内齿环中心距、其它与N＝1、M≥2相同，在带有曲轴构造中沿曲轴颈在主齿轮上可增设外齿轮与端盖上对应附设的内齿轮啮合，其中端盖上内齿轮与内齿环同轴线；曲轴结构中，内齿环为定子。

在内齿环做为定子的结构中，内齿环起到外壳作用；在内齿环做外转子结构中应增设外壳使内齿环嵌入其中转动。

符合上述系统内容的任一结构的容积变化原理都是由于在传动轴带动下啮合链围成的容积产生大小相互转化循环而实现。

所有上述结构中的任意一结构，工质进出口可灵活设在径向、轴上(配流)、端面(配流)直接实现，其中，端面配流还可在主齿轮一侧或两侧传动轴上同轴设置配流盘与端面实现配流。

本系统结构，由于啮合链的存在，使两相啮合部件间形成至少一道或多道密封啮合线，且在压力状态下啮合形成径向有效密封，保证了密封可靠，不怕磨损，本装置使得容积的容积、可变容积个数增多而具有体积小、排量大、结构简单紧凑的优点；本系统结构易形成多腔变容，各腔同时工作，但相位不同，因而可输出稳定流量和压力；本装置对加工精度要不太高，易于制造，选材广泛，金属和非金属均可，适合于各种工质，各种行业的泵，马达和发动机并有独特优点；如：用于发动机，可实现绝热发动机，舍弃凸轮轴进排气系统，舍弃冷却系统，舍弃润滑系统(或仅为简单润滑)，大扭矩，大排量，无死点，小体积，轻便灵活，易于增压，可靠耐用。

本系统结构还对机械减速或变速器系统有重要意义，可直接用于减速系统和变速系统设计。

本发明实施例如下：

所有实施例中的主齿轮或内齿环匀按直齿条和圆齿环组合设计或圆齿环与圆齿环组合设计或单由圆齿环设计而成。

实施例一：

如附图1和2所示，比例尺为1∶1，其中，1为M＝2的主齿轮，2为五个行星齿轮，3为N＝3的内齿环，4为传动轴，(5为端盖这里从略)；

实施例二：

如附图3和4所示，比例尺为1∶1，其中，1为M＝2的主齿轮，2为六个行星齿轮，3为N＝4的内齿环，4为传动轴，(5为端盖这里从略)。

实施例三：

如附图5所示，N＝1、M＝2、K＝3，主齿轮为类长圆外齿轮，传动轴与主齿轮中心线同轴转动支承于端盖上，与内齿环偏心，内齿环为随主齿轮旋转的外转子。

实施例四：

如附图6所示，N＝1、M＝3、K＝4，主齿轮为类三角圆外齿轮，传动轴与主齿轮中心线共轴线，与内齿环偏心装配，内齿环为随主齿轮旋转的外转子。

实施例五：

如附图7所示，N＝1、M＝4、K＝5，主齿轮为类四角圆外齿轮，传动轴与主齿轮中心线同轴，与内齿环偏心装配，内齿环为随主齿轮旋转的外转子。

实施例中，圆齿环与直齿条之间的组合关系-简称为圆与圆、圆与直线的关系，是本人发明的基点，简化悬轮曲线使其千变万化符合实际生产工艺条件的重要解析方法之一，这种组合的思想在满足悬(旋)轮两个基本特征之后，就可以对应实际问题，找出题解的集约方法，避免无穷尽的理论追求却又往往是脱离实际的误区，依此类推，还可以找出其它曲线与曲线间，曲线与直线间的关系组合，如对本发明中的凹或凸，就可以变成某种其它的回转曲线与直线间的组合关系，只要这种关系在满足均布、齿数比等前述条件后，同样可以构成实例，但除非必要，圆与直线的组合排列后得到的结构再简单不过了，很实用。

这也是为什么实施例中只用了圆齿环与直齿条组合作例原因所在。

综上所述，本发明主要由组合型内齿环、组合型主齿轮及行星齿轮、端盖、轴等构成。随传动轴旋转使构件间形成的啮合链所围成的容积产生大小循环变化而实现变容。本发明构件简单，制造方便，适于普通加工手段，适于各种气态工质或液态工质的泵、马达和发动机；用材广泛，如工业塑料、工业陶瓷等金属或非金属；对气态工质的泵或发动机极易实现多级压缩或增压；尤其对发动机(即内燃机)还可实现低散热或说为绝热，省略冷却系统、省略润滑系统或简单润滑、省略进排气门凸轮轴系统，本发明具有高技术载体特点，具有原始创新特征。

Claims (10)

1.系统全齿轮变容装置，主要包括内齿环、主齿轮、行星齿轮、传动轴、端盖，其结构特征在于：a、内齿环是由周向均布凹、凸、平内齿面组合而成，主齿轮是由周向均布凸、凹、平外齿面组合而成，两者区别于，前者以内凹齿面为主辅以凸或平过渡内齿面组合，后者以外凸齿面为主辅以凹或平过渡外齿面组合；b、主齿轮装入内齿环中包括固定式或无转动式或可转动式支承于传动轴上，传动轴的输出入轴转动支承于端盖上；c、行星齿轮浮持于内齿环和主齿轮间分别与两者啮合，内齿环-浮动行星齿轮-主齿轮-相邻浮动行星齿轮-内齿环，构成循环啮合链，链数与行星数相同。

2.根据权利要求1所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于内齿环的内凹齿面数N与主齿轮的外凸齿面数M及行星齿轮数K三者在任意单一构造总成中的构成关系为：N+M＝K，其中：①、内齿环形状：当N＝1为纯圆内齿环，N＝2为类长圆内齿环，N＝3为类三角圆内齿环，N＝4为类四角圆内齿环，N＝5为类五角圆内齿环，……可依此类推；②、主齿轮形状：当M＝1为纯圆外齿轮，当M＝2为类长圆外齿轮，当M＝3为类三角圆外齿轮，当M＝4为类四角圆外齿轮，当M＝5为类五角圆外齿轮……亦可以依此类推。

3.根据权利要求1或2中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于：结构构成关系式中N和M还应满足两个结构匹配关系：N-M≥1和N＝1M≥1时，匹配结构为附表所示：附表：

表中，有：表示N与M间有此匹配结构，且有意义；无或空白：表示N与M间无此匹配结构或有匹配但无意义或意义不大。

4.根据权利要求1～3中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于：系统中任意一结构还应满足内齿环内齿总数Z₃与主齿轮外齿总数Z₁间齿数比关系：对应N-M≥1、Z₁/Z₃＝M/N，对应N＝1、M≥1，则0＜Z₁/Z₃＜1。

5.根据权利要求1～4中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于：主齿轮外齿节线上相对输出入轴最远点与内齿环内齿节线上相对输出入轴最远点间距离差等于主齿轮外齿节线上相对输出入轴最近点到内齿环内齿节线上相对输出入轴最近点间距离差。

6.根据权利要求1～5中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征还在于：传动轴结构特点：(1)①N-M≥1、M≥2，传动轴为直轴无转动置于主齿轮上，传动轴、主齿轮、内齿环三中心线同轴；②N-M≥1、M＝1，传动轴为直轴无转动偏心置于主齿轮上，传动轴与内齿环同轴线；此类结构中内齿环为定子；(2)①、N＝1、M≥1，传动轴为带有偏心圆滑块的直轴，主齿轮转动支承于圆滑块上、两者中心线重合，传动轴与主齿轮或圆滑块的偏心距等于传动轴与内齿环的装配偏心距，此类结构在传动轴带动主齿轮旋转时内齿环为随动外转子；②、N＝1、M≥2传动轴与主齿轮共中心线，无转动置于主齿轮上，与内齿环偏心装配；当M＝1时，传动轴到主齿轮中心距等于其到内齿环中心距；传动轴带动主齿轮旋转时内齿环为随动外转子；③、N＝1、M≥2，传动轴还可以是曲轴，曲柄半径等于主齿轮与内齿环的装配偏心距，在N＝1、M＝1中、曲轴颈到主齿轮中心距等于曲轴颈到内齿环中心距，在带有曲轴构造中，主轴颈与内齿环共轴线，而且沿曲轴颈在主齿轮上还可增设外齿轮与端盖上对应附设的内齿轮啮合，此类结构内齿环为定子。

7.根据权利要求1～6中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于工质进出口可设在径向、轴上、端面；端面配流，还可在主齿轮一侧或两侧的传动轴上增设配流盘。

8.根据权利要求1～7中任一所说的系统全齿轮装置，其特征还在于凹、凸、平齿面组合而成的主齿轮或内齿环可简化为圆齿环与圆齿环或圆齿环与直齿条或单由圆齿环组合设计构成。

9.根据权利要求1～8中任一所说的系统全齿变容装置，其特征在于本发明可用于气态或液态介质的泵与马达和发动机并可在气态介质状态下实现多级压缩或增压。

10.根据权利要求1～9中任一所说的系统全齿轮变容装置，其特征在于啮合链的啮合过程为有滑动啮合或无滑动啮合。

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