CN1720407A - 动力齿轮的非渐开线型面 - Google Patents

Abstract

在两个轴之间用于传递动力和运动的传动装置或啮合齿轮的系统内，可以使用齿轮或带有自己补充和连接螺旋的螺杆。本发明是一种对在两个轴之间传递动力和/或运动而使用的螺杆的螺旋型面的几何学的描述，它使你易于理解两个螺杆上的螺旋能尽可能广泛的接触。

Description

动力齿轮的非渐开线型面

技术领域

本发明涉及到一对螺杆形成的螺旋啮合的型面，目的是像啮合齿轮一样用它们来传递运动和动力。附图1显示了内旋式齿轮的常规传动装置和常规连接的螺杆。

背景技术

目前的工作起初是想利用啮合螺杆的优点取代啮合齿轮的齿，用于动力和运动的传递。本发明解决常规螺杆中的两个零件间接触角度(从旋转面看)不足的缺陷，该缺陷严格地限制了承载的能力。这里公开的几何学图形，可以使螺杆在其零件的两个物体交汇点间形成的最宽广的角度上接触。

啮合螺旋的运行比起啮合齿轮的齿来要柔和的多，这由诸多因素引起：齿的加工误差引发剧烈运动，从而导致大量问题：速度上的意外变化对各部位产生了巨大的超负荷，不但涉及到齿，而且涉及到轴、传动装置本身、轴承和其支架、还涉及到牵引和导向机械。由工作负荷产生的畸变造成原来合适的齿的损害，又重新产生了上述的缺陷。

两齿间在瞬间有一个标准的啮合动作的位置，而在下一瞬间的两对齿之间，重新回到原来的两齿啮合动作使工作负荷变化很快。这也引入了在工作条件下的变化，重新影响到紧密附属部件的外形和数值以及部件的畸变。

在两个齿的啮合的短促时间内，负载着力点随着齿的高度改变而变化，这再次损害了处于张力和压力下的齿的外形，所有这些在传动装置工作的同时都被累加到另外一些变化现象中了。

前述事实损害着传动装置的齿的结构表现，也会损害接触表面承受的张力和压力，这些接触面的表面自然变形对应着承受的负载和取决于接触时的特殊区域的几何形状，张力和压力也依据接触模式而变化。

滑润现象，也显而易见地受到所有已经叙述过的因素的影响，而且是很不稳定的，因为旋转的表面是用相应的速度操作的，在每一接触的周期中，从一种带有转动行为的滑动，到一种没有滑行运动的简单旋转的动作，这样的接触是同时发生在一个螺距的区域内的，在余下的啮合期内由于滑行速度的增加，直到突然失去接触，让下两个齿重复上面的动作。

对于啮合螺杆来说情况就大不一样了：由于螺杆的部分螺旋能够同时啮合在一起，则一个螺旋的负载行程自始至终，产生的动力负载大大低于所传输的负载，这是通过与常规的传动装置的负载比较而得出的，在那里，负载仅由一对齿来支撑之后，最多就只有两对齿来分担。就此而言，螺杆就像螺旋状的传动装置，负载被分摊到多对齿上，但是在方式上有区别的是螺旋做到了：在螺杆上的所有螺旋都有一个完全相同的横向部分在所有时间里工作着，特别是其中每个螺纹都在工作。这个过程是连续的。

作为一种缺点是在轴上产生的螺杆负载大。一种相当大的力量需要被某种形式支撑，对传输来说它是无用的。一种简单的解决方法是使用穗状花纹形式的传动装置，这种装置不会把这些力转移到支撑上去，但是引出了制造上的其他困难。另一方面，为了做同样数量的有用功，同样的螺旋应该承担更大的力量。这些因素部分地解释了为什么螺杆传输还未得到使用，尽管它们有诸多优点。

负载螺旋工作更像汽车的轮胎一样，轮胎与地面接触时有一变形区域并且动作很柔和，是因为在整个时间里，轮胎都在同一区域以同样方式发生变形。一般形态不会变化，变化的只有变形量的大小。这样，作用力是稳定的，车轴仅仅支撑车的重量，没有因旋转动作产生任何的动力负荷。这一点是与啮合齿轮的齿相比较而有利于螺杆传输的重要区别，同时提高了负载量和增强了高速度工作的能力。

为常规螺杆的缺陷找到解决办法之后，为达到使用它并替换常规的传动装置的目的，我们获得了非渐开线的发明，它补偿了由螺旋角度产生的负载能力的损失，随着材料使用的重要发展，现在出现了有利的使用螺杆的方式，理由有两个：对旋转面的测量得到接触的所有宽度，非渐开线的表面有很大的半径弯曲幅面，可用于支撑表面的巨大负载。由于新设计具有的优点，使得用制造很小的部件，能做很大的常规传动装置所做的同样的工作，成为可能。

在内旋式的传动装置内，几何学的驱动动作，指的是在型面上展开的旋转平面的一个区域。内旋式的名称由此而来。就像在几何学上以一种不同方式作了新的替换，被称作非渐开线。

发明内容

本发明的应用场所是一种成对的使用轴的传动装置，其轴能安装在任何可能的位置，一个与另一个相关联的方式：可以是平行的或不平行的，共面的或不共面的，垂直的或不垂直的，以及交叉的或非交叉的。

使用平行轴的非渐开线传动装置的说明

下面描述的是使用平行轴的非渐开线传动装置。在非渐开线的外部传动装置上，安装有两个互相啮合的螺杆。每个部件有一个与它啮合的另一个部件的不同的螺旋边。首先，介绍一个简单的非渐开线设计：

把两个传动部件之一叫做主动部件。它被确定为一个螺杆，在其螺旋型面上有一个螺旋状的边缘。请看附图2上的非渐开线和主动部件的型面。这是非渐开线的110s型面。位置2是螺杆的横向部位，位置3是反向非渐开线的型面，位置4是主动部件的横向部位，位置7是主动部件的转动轴，位置5是主动部件的螺旋状的边缘，位置6是轮子的转动轴。主动部件的螺旋线能在传动装置节径上找到。这个螺旋将用来和另一个部件接触，即从动部件。从动部件部分的侧表面甚至按照沿着主动部件的螺旋线并尽可能长的接触来制作，这就是从中心线到螺旋的外边缘。即在附图3里显示的非渐开线的表面。附图3展示了一个简单的非螺旋的传动装置，其中，非渐开线表面在位置11，反向非渐开线在位置8，主动部件的新边在位置5，从动部件节径在位置10，主动部件节径在位置9。

这两部分之间的接触不能够沿螺旋线包括双方交叉的部分的全部弧线进行。这个接触所能达到的最长距离是从中心线起到这条弧线的最远的一个点。从中心线的一侧或另一侧开始的接触，取决于正进行接触的螺旋的边和螺旋型面。

仅仅在中心线一侧如何进行主动部件的螺旋线和从动部件的表面之间的接触的展示，会在后面写出。

到目前为止，介绍了一个简单的非渐开线的设计。附图3展示了它的的三维立体模型，详细描绘了接触区域。标明了对应Y轴座标的适当的观察者的角度：有关与Y轴平行的纵向轴的部分轴。也清楚地标明了没有轴的部分。这些只有接触时的型面和一个从接触点到各零件中心的部分。

接下来的步骤是啮合齿轮体内的反向非渐开线的构思，它被作为主动部件的最近构思的非渐开线的外边沿来使用。反向非渐开线是啮合齿轮体的形状，它有大量可用的资料，它与轮子的非渐开线表面无关。换句话说，是一个直径大于节距的从动部件的非渐开线。

现在介绍同类传送装置的第二种非渐开线

正如附图3看到的那样，非渐开线的表面位于传动轮节距圆周向外的区域上。同时也在主动部件的反向非渐开线的型面上看到，反向非渐开线表面也没有超过节圆。

这样，第二个非渐开线就可以嵌入一对齿轮内，如下所述：

把轮子节径的侧缘用来作为第二对主动部件的直径。在此直径上看到比非渐开线短的直径。

一个外部直径大于节径，是为啮合齿轮确定，或者称较小的一对齿轮。

在节圆与啮合齿轮的外部直径间的区域内，安置了若干设备，作为同轮子的主动部件的螺旋线接触所需要。另外，从中心线到螺旋的外侧可以有较长的接触部分，不过只是在中心线的一侧。在这种方式下，啮合齿轮只是提供了一个非渐开线表面，用来同轮子的螺旋线接触，这种接触是在传动装置整体运行的全部时间内进行的。这个非渐开线表面在中心线的另一侧，它同建立在另外一个配件上的非渐开线表面有关联。最后一步是在轮子本体上的反向非渐开线的第二个表面的构思。

这个反向非渐开线的形状由啮合齿轮的非渐开线面来确定，同时在轮子本体内部相互作用：反向非渐开线是带有可能较大量设备的轮子形状，不干预啮合齿轮的非渐开线表面。此外，进行这一过程的中心线的一侧的某处是与已建成的第一个反向非渐开线表面相反的。

简单非渐开线的传动装置已经进行过的接触的全部描述可以对第二个非渐开线重复。如附图4所示，第二个非渐开线的接触线在中心线的另一侧。在这种形式上，同第二个非渐开线的接触，接触线广泛地延伸，就像两个螺杆体相交一样，覆盖的角度相当广。附图4表示的是，从旋转的平面上看的一个双非渐开线的传动装置。在此图上，啮合齿轮的反向非渐开线由8指明，啮合齿轮非渐开线表面由21指明，轮子的非渐开线表面由11指明，轮子的反向非渐开线表面由22指明，9表示啮合齿轮的节圆，10表示轮子的节圆，12表示轮子的外沿直径，14表示啮合齿轮的外沿直径，15表示啮合齿轮的内直径，16表示啮合齿轮的完整的接触角度，17表示轮子的主动部件螺旋的接触角度，18表示啮合齿轮的主动部件螺旋接触的角度，19表示齿轮体，20表示啮合齿轮体。

附图5表示双非渐开线的传动装置，与类似于该图形式的简易型非渐开线图相比较，也就是说没有轴，只有接触面。这里有两个非渐开线表面和两个反向非渐开线表面。附图6表示了先前叙述过的接触图，表示各个部分之间接触的区域。附图7表示两个部分型面的横向部分。

在附图5上表示的传动装置不能进行完整旋转一周的工作，因为啮合齿轮要比轮子短，而且两个构件只有一个螺旋，只能旋转一周。

为了完善成一个部分的构思，在同一个螺纹后面的节踞之间现存的空间里安置一些螺旋。请看附图8。当然，也为各部分安装上轴。以最有效的方式利用空间和材料，在两个构件上做这项工作。一旦这些构件的周围装满了螺旋，就如附图9所示的那样，一个对角分开的螺杆可以使用了，这样，靠内部直径之内的联系构成的一个苹果样的物体，完善了传动装置的构思过程。

非渐开线表面和非渐开线曲线的定义

非渐开线表面是一个螺旋带，由构成主动部件螺旋部分的弯曲线联合体形成的，当传动装置转动时，螺旋带也包含在从动部件构件的几何学体内。

主动部件螺旋的一部分包括在从动部件构件的几何体之间。在旋转期间，完全相同的部分保持螺旋的接续部分的行为。在旋转期间，这一部分沿着与轴平行的直线运行。这种轴移动是与传动装置的转动成比例的。上述主动部件螺旋的联合体部分被安置在从动部件构件体内，与此同时传动装置处于整体运行中，从而构成一条螺旋带或非渐开线面。非渐开线的曲线是上述螺旋带的一部分，是被从轴上经过的一个平面切断的那部分，横向的非渐开线是同一表面被一个与轴成直角的平面切断的那部分。

主动部件的动作和接触。转动平面上的描述。

我们考虑有主动部件节距的半径、双非渐开线的一对传动装置。

首先我们分析轮子上的一个主动部件点的表现，如附图10上的38点，它属于轮子节圆，它与从动部件上的35点发生相互作用，35点属于啮合齿轮，并处在大于这个齿轮节距的半径的轮辐上。螺旋状的边被确定在放大的座标Z上，该座标位于图上所指的转动方向相反的方向上并远离观察者。

下面描述三个不同时间的点：第一，当传动装置位于38点处，该点与第二时间点中的点相对中心线有相同的位置；第二，当这些相同点到达如图中的39、36指出的位置的时候；第三，在第二点之后，当传动装置旋转一个角度，把这些相同点带到图中的40和37的位置上。36和39位置之间与中心线形成的夹角，称为r31，在图上由32标明，这样，由第一个位置与中心线形成的那个夹角，也是r31，而把第一个位置和第二个位置分开的那个角度是2β1。

啮合齿轮的相应点，是36点，它同第二位置上的39点接触，在这里36点就是从动部件上的39点。35点和36点指明的位置上的啮合齿轮的点在同一瞬间时，轮子上点处在38和39点上的地方。

35点和36点被2α1的角分开。α和β角之间的关系是这样的，即保持齿轮行动规律：α＝β/传动比。

正如在旋转平面图上看到的(X，Z座标平面图)，36点和39点只能在第二个位置上接触。当传动装置转动，上述这些点处于37和40的位置上时，它们不在接触位置上，因为37点离中心线距离与40点不同。

当传动装置处在第一个位置时，这些点处于35和38的位置上时，被处在Y和X方向上的位置距离分开，其中的任一点都不在两个物体的交点之间。此种方式下，不仅不相互接触，而且也不相干扰。

传送器转动时，从动部件上的点的前进速度总比主动部件上的点要快。之所以如此，因为所有主动部件上的点都处在比节距大的直径上，而从动部件上的点处在节径上。整体行动规律确定，在节圆上的两个啮合构件的圆周速度是相同的。因此，处于比节距大的直径上的传动装置构件上的任何点，它移动的圆周速度比节圆上相应的点要快。

从动部件上的点总是处在比节距大的直径上：主动部件上的点永远也不能到达从动部件的节圆内的地方。只有一个条件，当主动部件的点的半径与节距相同时，而且是同样的节距点。

附图下面的部分展示了在轴平面上(ZX座标)看到的同一个传动装置。同时也表示35，36和37，以及38，39和40所处的位置。35和38，36和39，以及37和40，这三对的接续位置可以在与轴垂直的一条线上看到。这条直线代表这些点转动的平面。

对此视图来说，显而易见的是，包括38，39和40位置在内的主动部件在座标Z上应该在制造时增加材料，而它的螺旋面应该是图上表示的那样。包括35，36和37位置在内的从动部件在座标Z上应该在制造时减少材料，关于螺旋面的边以前已经说明。在这种形式下，两个物体之间没有干扰，只有在前面已经描述过的第二个位置上有接触。进行接触的中心线的那个边也取决于螺旋面的边。这方面在同一附图的ZX平面视图上清楚地表现出来。如果螺旋面的边倒转，那么进行接触的中心线的这一侧也倒转。

如果主动部件点39和它的身体朝座标Z的方向缩小(接触的地方朝向反面)，那么，从动部件点36和它的身体则必须处于在增大的座标Z的位置上。在这些条件下，这两个物体的接触是在中心线的另一侧，用的是相同的螺旋面的侧面。提供的这个条件是在同样的传动装置倒转时，同时同样部件保持主导体状态。两个相同物体之间的接触在螺旋反侧面进行。

同一个39点在一条曲线上跟啮合齿轮接触，包括39点与中心线之间的曲线。因此，39点与啮合齿轮之间的接触将发生在啮合齿轮的缩小的直径上。啮合齿轮的这些点中的每一个点都可用36点所示的同样方式来描述。它们所有的都以类似的方式表现，传动装置转动一周跟39点的接触只有一次。

以类似的方式，可以说明主动部件螺旋上的所有的点和其中的每一个点，都位于啮合齿轮的外侧直径内，都以39点的同样方法来表现和以36点作的类似的方式，与啮合齿轮的其它点进行相互作用。

到目前为止，只为一个平面做了描述。完全一样的描述也可以在平行的平面上来做。在啮合齿轮内以及在所有的现有的平行的平面内的从动部件的点的联合体，构成啮合齿轮的非渐开线的面。到此，一个简单的非渐开线的传动装置已经描述完了。下面我们将描述在同一个传动装置内第二个非渐开线的产生，以及一个双非渐开线的传动装置的获得。

下面描述附图11

现在，螺旋状的主动部件有啮合齿轮的节径。主动部件的点是48，它归属到啮合齿轮，在轮子上产生了点51。这一点处在一个不同的平面上，这个平面跟附图10上面的36和39所在的平面平行。传动装置的两个构件的主动部件螺旋线，当它们处在节距的点上时、两构件合用一个共同点，可以看到分别在两个附图上的39和48不在同一个平面上：这是因为从转动平面看，39和48之间有角度距离，以及由于这些角度距离具有相同的转动的意义，但是它们都归属于具有不同螺旋侧面的不同部件，每次转动都采用在相反方向的在座标Z上远离节距点的39和48。

为了在Z面上找到48点的座标，必须在Z面的增值方向上，从节距点开始顺着啮合齿轮的螺旋线移动，直到找到48点为止。附图11代表了这个平面。它处在大于节距点的Z面上的一个座标点。为了确认39点在Z面上的座标点，必须从节距点开始顺着轮子的主动部件螺旋线移动，直到找到39点为止。一个小于节距点的座标已经找到，附图10代表了这个平面。

值得记住的是啮合的螺杆各有不同的螺旋面的侧面。这样，尽管轮子的螺旋在旋转，与此同时有了从节距点到39点的位移，在同样的意义上会产生啮合齿轮螺旋状面所需要的旋转，同时有了从48点到节距上的同一个点的位移。在Z面的方向上对应每一条螺旋线的移动有着相反的内容，虽然它们各自都跟着它自己的螺旋线旋转。

再重新描述传动装置的三个位置：第一位置，当主动部件点处在第二的前面的位置时，在附图上如47所示；第二位置，在产生的地方，如附图上的48，51所指；第三位置，当传动装置旋转到超过第二个位置时，一直到主动部件的点到达位置49。从动部件点在第一、第二和第三的位置，在附图上的50，51和52已经分别标明。

在附图上可以看见，主动部件的动作在中心线的右侧有一个位置，根据前面附图10的描述，它是在36和39这两个点上接触时的位置的反面。正如已经表示过的那样，48和51归属于包含有36和39点的相同部分，而且处于这些部分的同一侧面，可以说，含有主动部件点的啮合齿轮，有从48点朝向变小Z面的座标区的设备，也可以说，包含从动部件点的轮子有从点朝向变大Z面的座标区的设备。正好像是已经说过那样，36点和39点归属于同样的配件的同一个型面。

下面对附图11的48和51进行描述，类似于对36和39的描述。

包含有48点、啮合齿轮的中心和中心线之间的角度被命名为a3，它与由中心线和49点所形成的角度是一样的。47点处于前面的某个地方，即传动装置转动到达48点的地方。传动装置必须旋转一个与a4一样的角度，以便到达48点。在附图11里46指明a4，而45指明2α3。

为了使轮子从51转到52，轮子必须旋转一个2β3的角度，如附图上44所示。为了使传动装置从50转到51，传动装置应当旋转一个β4的角度，如附图上43所示。

α和β角之间的关系与1/传动比一样，在所有的情况下，都遵守协调动作。

主动部件和从动部件的点在传动装置每转动完整的一周只接触一次：根据定义，当它们在48点和51点处相遇时，进行接触；稍后，当转动产生时，它们处在49点和52点的位置上，没有接触，因为52点比49点远离中心线。像在轴平面上可以看到的那样(见ZX座标)，在X轴方向上，分开49点和52点的距离，这两部分的条件是一个和另一个分开，同时要考虑朝向安装设备的一侧。再是，从转动平面上看，47点和50点分明没有接触，因为他们被认为在Y轴方向上被一个距离分开了。

任何一个啮合齿轮的主动部件螺旋上的点都以相同的方式表现主动部件的点。因此，啮合齿轮的主动部件螺旋上的每一点，都在轮子上产生一系列的点。这些点的每一个，在传动装置每转动完整的一周，只跟啮合齿轮接触一次。所有这些主动部件的点都在从动部件点所在的中心线的同一侧，但是每一个都是被一个不同的距离从中间分开。

因此可以说，主动部件的点在整个时间内跟轮子接触，同时从轮子最外面的点一直移动到中心线。很明显，所有这些点都处在同一个转动的平面上。也可以肯定，接触的部位只能在中心线的一侧。

描述表明的另一个事实是，传动装置的每个构件上的主动部件螺旋，在中心线的两侧做成一对的构件上产生非渐开线的面。因此，在转动平面上看，成双非渐开线的传动装置的构思，使得传动装置的构件之间能顺着包括被遮盖的两部分区域内的整个角度进行接触。因此，成双双非渐开线的构思方式完善了用简单非渐开线传动装置获得的接触点部分，只是两个物体之间相交的从中心线到最外侧的点之间的接触。

类似上面的描述都适合于其它每一个平行面。这些平行面的每一个都包含一个主动部件的螺旋的点，并在两个部分之间产生一个接触点的联合体。这些点的联合体归属从动部件的部分。那些点的联合体中之一构成每个部分的非渐开线的面。

附图12包含了在附图10和11曾经描述过的两个平面图。这个附图表示传动装置的3个不同的位置。相同点和它们的位置用相同的数字来表示。

描述在一个不同的平面上进行，它们与附图10和11上的面平行。在附图的上半部分，同时出现两个平面。在附图的下半部分(用座标Z和X表示的平面视图)，每一对点的行动都在不同的平面上表示。

在Z轴方向上的描述

以下描述涉及到同一个传动装置，请看轴平面图上的平面(用座标ZY表示的平面图)。首先我们考虑，当啮合齿轮是主动部件构件时，它的产生过程。

现在，在和轴平行的5个平面上展开描述，这里包含有主动部件点中的一个点，我们叫它69，这是产生的一个点。请看附图13。在下面的整个讨论过程中由于每一对主动部件和从动部件的点都共用相同的位置，将只提及其中的一个位置。

在每一个平面内有一个主动部件的螺旋状线点，是为在转动期间传动装置的每个位置提供的。这些点分别对应每个位置，在附图13上用69、70、71、72和73对应第一个平面。因为所有这些点都归属于主动部件螺旋，所以应当包含在含有螺旋线的圆柱体内。因为所有这些都包括在描述的所有平面的其中之一，所有这些在X轴上都共用同一个座标。这些点在Y轴上也都共用同一个座标。因为主动部件构件的轴是平行于Z轴的。由于所有这些点在X和Y轴上都有同一的座标，它们构成一条直线，并且归属于含有主动部件螺旋线的圆柱体，也归属于这个圆柱体的母线。

所有这些点同时都是主动部件和从动部件的，因为根据定义，传动装置的两个构件都共同拥有它们的位置。Z轴方向上它们的座标与传动装置的旋转成比例也是事实，因为这些点都归属于主动部件螺旋线。因此它们不仅构成主动部件螺旋线，而且也形成一个从动部件螺旋线。这第二条螺旋线包含在一个有自己轴的圆柱体内，该圆柱体在轮子的轴上，而且从这些点的联合体到轮子的轴带有一个与半径距离相同的半径。这个半径是在轮子中心与在旋转平面上由53所指出的点之间的距离。请看附图13的XY平面图。

在对每一个系列的螺旋线点做了类似描述后，出现其它不同的母线，每个带有主动部件螺旋线和从动部件螺旋的并有自己轴的共同体在轮子的中心。所有螺旋线都是同心的，但是它们有不相同的半径。请看附图13上的54、55、56、和57点。所有主动部件螺旋线都在Z轴的方向上以相同数量移动，生成了主动部件螺旋线的开始点以同样的量移动。

这些系列的描述可以适用于在中心线和归属于传动装置的两个配件的最外侧的点之间的主动部件点的位置(见附图13的58)。接触点只能在中心线的一侧，正如在本文前面所叙述的那样。

正如主动部件螺旋线是一条，但是从动部件螺旋线是很多的，可以肯定，每一条主动部件线会产生一个螺旋状的面，这个面被称为非渐开线面。从动部件面是主动部件螺旋线的联合体，一个紧靠另一个。这就是一个螺旋状的面。

类似的描述也可适合于同样的传动装置，但是当轮子是主动部件的构件时，要看其产生的过程。因此，就可以得到位于中心线另外一侧的第二个非渐开线面。

被双方共用的母线联合体形成了运动面。

如果两个主动部件的直径在中心线上不相同，在双非渐开线的传动装置里，可以有两个运动面。

型面的理论限制

理论上的限制是由可能的微小的距离确定的，它位于主动部件的点、从动部件的中心和远离从动部件中心的最远的点之间，在这里主动部件的点还能产生从动部件的运动，与此同时，传动装置仍在工作。第一个点在中心线上。第二个点在主动部件点画出的圆周跟从动部件构件的半径相切哪个地方。

主动部件的不同的半径：非渐开线的特别型面，从节距的主动部件圆周。

当由节距半径产生时，非渐开线的特有形状是：

与点开始非常靠近从动部件的轴的同时，主动部件的点切断中心线之时，非渐开线就与垂直于轴的直线相切。型面继续向外发展(即同时分开从动部件的轴，并差不多靠近主动部件的轴)，像一条扩大直径的曲线那样，它的最外侧的点就是主动部件的点切断从动部件轮子的空白面。

比节圆大的主动部件圆周：反向非渐开线

如果从动部件是由一个同样的直径或者小于节径产生的，那么，由一个半径大于节距的螺旋状线构成的一个主动部件非渐开线的产生过程，是在同形成简单非渐开线的侧面有关的中心线的另一侧的某处产生的。

具有大于节圆的从动部件非渐开线的特有形状称为反向非渐开线，并有一个凹陷形状。

在非常靠近节距点的点上，开始时有一个倾角，它与中心线有关，跟一个可能存在于相同部分的非渐开线构成一个钝边，但是在起始于节距点的相反方向上。

向带有反向非渐开线配件的中心靠近，它在一段曲线上前行，直到使之与从动部件构件的半径相切，继续往前一条弯曲的道路，其弯曲半径逐渐减小，到最后的点，在这个点的地方，它与轴相切是平行的。整个过程，曲线在半径的同一侧，它与反向非渐开线相切。这一点就在主动部件线尽可能非常靠近包含有反向非渐开线部分的中心的地方。

非常小于节圆的主动部件圆周

对于一个由小于节距的直径构成的非渐开线，其特有的形状是：

与点开始非常靠近从动部件的中心同时，非渐开线有一个非常明显的弯曲度，它的弯曲半径是逐渐增大的，半径的中心位于没有设备的非渐开线的一侧。那里是凹陷的。

朝外方向有一个点，在这里弯曲度改变了形状，变成凸状，并通过与设备联合的曲线的中心。在这个点的地方，弯曲使边发生变化，它与轴没有垂直的切线。整条曲线都倾向于同一侧，但是有一个可变的倾斜度。

坚固的和弯曲的主动部件的型面：修正的非渐开线

这里的描述已经到了需要考虑一条没有厚度的主动部件螺旋线了。在实际社会中，为使这个螺旋体存在，它应当是一个三维立体物。为了分析与之接触的各部分的行为，正如非渐开线和它的主动部件的型面，应当有一个所知尺度的固体。这个固体应具有负载的能力。

为了满足这种要求，创造了一个主动部件的弯曲的型面，这个型面被安置在配件节距点的下面，紧接着是设置在节距点的上面部分的非渐开线。为使有一个柔和的弯曲度，它与非渐开线结合时没有尖峰，型面在节距点的上面开始，就像与中心线相切的一条切线。当远离节距点的时候，也远离中心线。型面可以是圆形的或者可以是其它不同的弯曲面。

这个型面被安置在一个由另外配件的简单非渐开线的外型面所描述的反向非渐开线曾经撤走型面安置的设备的那个区域内。关于修正非渐开线的建设过程，将在‘型面可以安置’中解释。

现在已经明白，主动部件弯曲面的建设避免了在节距点上连接非渐开线和反向非渐开线的钝边所出现的问题。这个钝边，在与传动装置产生可接受的接触时难以提高负载能力，但是弯曲面的存在给传送装置一个大的能力以便承担接触负载。

现在，描述与这个主动部件型面相应的非渐开线面所产生的情况：

把主动部件型面的每个点当作归属于一条螺旋线，它的中心在主动部件构件的中心时，描绘一个非渐开线的数字是可能的。其中每一个都跟非渐开线的每一条相一致。

第一条非渐开线，也就是处在节距点的那一条，它的形状已经描述过了，它跟远离节距点时逐渐扩大的弯曲半径有一个柔和的弯曲度。对于下列点的每一个点来说，相应的非渐开线都有一个凹陷的区域。起初，在节距点附近，凹面有一个小弯曲度的半径，半径增长到从凹陷到凸出改变的地方，通过一个平面部分，然后继续是曲线。

如附图14所示，很多非渐开线在不同的点上都在相交。有一条包围着所有点的曲线，如附图15所示，它是在配件上存在的真实的非渐开线曲线。这个就是经过修正的螺旋。

修正的非渐开线的形状由所有的设计因素确定，比如传动比、螺距、非渐开线的高度、螺旋线的角度、以及主动部件构件的型面的弯曲度和位置。如果给予主动部件型面的半径一个适当的范围和位置，就可以得到一个弯曲度最小又半径足够大的、能满足接触时负载能力要求的那种形状的修正的非渐开线。

因为修改非渐开线用的材料比简单非渐开线少，所以它的作为主动部件型面工作的外侧，与配对配件的反向非渐开线配合，作为配对使用在这个部件上的材料比采用简单非渐开线型面要少。这里的意思是，节距点的下面有一个空心区，在反向非渐开线区域，空心比较少，因此，允许有一个弯曲的主动部件的型面存在。

当主动部件型面以小于节圆的半径开始，那么，跟主动部件弯曲面的第一个点相切应当倾向于中心线，以这样的方式使主动部件的型面安置在凹陷的非渐开线面之内，没有接触的边，而是连续接触的面。

修改的反向非渐开线

对于主动部件的直径大于节径的传动装置来说，可以做一个类似的描述。因为反向非渐开线的形状有一个同中心线相反的倾角区，主动部件型面应当有区域能够平滑地与反向非渐开线接触。这里意思是应当设计一个更加宽的圆形的主动部件型面，然后再设计一个为这个型面提供主动部件非渐开线的供给者，然后再选择使用它的型面区域，这里应当包括在修改非渐开线发明中所有参与的点，还有一些与双方的远端毗邻的点，为了保证面之间的舒缓的接触，而没有边缘的接触。

一些被分割的型面

由处于或不处于同一条半径线上、或者是离中心有不同距离的不同的主动部件的点产生的一些被分割的型面，可以同时在同一个方面工作，但是在每个主动部件产生的非渐开线的不同的部分上。

这一可能性归结为每一个部分都被建立在某种形式上，每个只要求一个接触角度的范围：各点都在不同半径的等级内进行接触，把对从动部件传动装置的那些半径的接触提供给其他。

以这种方式，一些支撑点和接触点得到了在旋转平面的方向上可以被遮盖的或者被分开的区域或者可以是与半径方向一致的。

弯曲的半径

非渐开线弯曲的半径取决于主动部件的半径、传动比、螺旋线的角度、被考虑的非渐开线的区域，总而言之，取决于设计过程中加入的所有几何学因素。

重要的是非渐开线弯曲的半径大于类似大小的内旋式的传动装置的弯曲半径。由这一因素产生的优点是很明显的，每当考虑计算有关接触面的赫兹行为时，依靠采用看到了优点的较大弯曲半径作为接触部分的半径的值。非渐开线的显而易见的缺点是，它的整个长度应当被使用，目的是在各部分之间利用所有的接触角度，但是在靠近根基区的非渐开线的弯曲半径是小的。这对非渐开线来说是一个限制，因为螺旋从型面的根基开始工作，与此同时，内旋转只利用了根基之上的一个点，在某个地方它的最小半径是可以估量的，而在非渐开线上找到了大于较小半径的半径。

真正受限制的因素来自非渐开线传动装置的主动部件的结构形状：对于标准的非渐开线面来说，主动部件的构件应当有一种来自合适的反向非渐开线的限制方式。然而，这种限制的因素能够被克服，通过使用跟修正的非渐开线的传动装置联结的带有设计者确定的弯曲半径的圆周型面的主动部件型面实现。在修正非渐开线上的弯曲半径取决于主动部件的弯曲型面的形状和大小。因为由小于节距半径产生的非渐开线的特有形状，在靠近节距点的地方有一个凹陷区，修正的非渐开线不仅能有大的弯曲半径，而且在节距点的近邻有凹陷面，靠的是主动部件型面的形状。在这些条件下，非渐开线有很大的能力来支撑接触负载。

发明的可取的具体化

以更好的方式使用非渐开线的几何学的优点的方法，是使用在动力螺杆的双侧螺旋面上构筑的成双的非渐开线的传动装置。以这种方式可以取得尽可能广泛的接触，而且从这里更大的负载力被设计在传动装置提供的空间内。更为可取的实现是使用各部件的主动部件的直径，稍微比配件节距的半径小的、跟非常合适的曲线的半径产生非渐开线的直径，同时保持在更好的条件下传动装置的效率，由于它同接近节径一致的最小的移动。主动部件的型面是弯曲的，有一个宽大的弯曲半径，也是为了给传动装置提供大的负载能力。罗纹齿的厚度相当厚，因为是为了使作为结果的负载能力与每个部件接触的负载相等的需要。螺旋的高度将选择适合获得接触的长度，当增加改良的时候，传动装置的负载能力没有增加中心之间的距离，只稍微增加了配件的重量，但是同时缩小了传动装置能力。

对螺旋型面的改动

螺旋型面可以做一些改动，目的是提高传动装置的负载能力。

首先，是对这种螺旋厚度的改动，使其负载能力与双面接触相等。

这种改动的范围，是对传动装置的两侧的构件进行改动，同时要考虑到，由于在它们之间存在传动关系，所以传动装置的有效生命就意味着每一个部分的工作周期数量是不同的。给每一个构件提供适当的厚度是很明显的，两侧都有相同的有效生命力是可能做到的，这可以在时间上表现出来。用适当的改动，传动装置的体积得到优化，这是由于螺旋的厚度变少，配件表面的宽度减少，而且重量减轻。

厚度的这些变化也可用于传动装置，在齿轮上对每一个配件使用不同的材料，使每一个配件的有效生命力仍然相同，仍然具有完整的负载能力。

不对称的螺旋型面

在大量的应用中，动力流通过传动装置在全部时间或大部分时间内传递：通常，传动装置处于一个牵引马达和一台导向机器之间。所以，传动装置的齿或者非渐开线螺杆的螺旋需要在一个边上坚固耐磨。但是不在另一个边上，因为只有很少次数在工作，而且负载小。

已经设计了一个不对称的内旋齿的型面，但是没有找到它的优越性，这是由于负载能力受到大于对双面产生阻力的接触力的限制，这个阻力将用不对称型面加以改良。对于啮合齿轮的齿来说，存在另外一个限制因素，那就是齿轮的齿是不对称时，匀称更短地转动到小齿轮的齿是相当短的那个点的地方，一对齿结束它们的接触时，跟随的那一对齿还没有啮合，传动装置并不是由于失去继续正常转动的特点而不运转的。

可以制作一个非渐开线的螺杆，它有不对称的型面，有一个广泛接触的边，在这个边上有很大的负载力，另外一边，在朝向中心线的区域，有一个很小的转动的角度，负载力很小。接触短暂的一侧可以安置一个更坚固的型面，做的基础部分更粗厚，而使朝向侧缘的方向更细薄。因此，在非渐开线的螺杆上有可能很好地利用型面不对称的概念，因为当它成为更加坚固的螺旋时，就会使之更加狭窄，同时减少厚度，这就意味着传动装置表面的宽缩小了。

另外一个利用不对称的型面对型面进行的可能改动，是使螺旋型面的外部额外的变薄。这是抱着得到减少硬度的区域的意图来做的。虽然失去了这个区域的坚硬性，得到了非渐开线上其他区域的减轻的负载，在承担负载的情况下以类似方式作到不变形。非渐开线的外部区域是在螺旋的基础上产生大量力量的地方，同样，也是限制螺旋能力的地方。其余的螺旋的其余地方受到的力比较小，因此不是全力工作。由于外部区域变薄，尽管在这个地区可以失去负载能力，但是传动装置的负载能力得到改善，因为平均力(和负载力)更加均衡地分布到工作螺旋的整个长度上了。

提高螺旋的底部高度

当接续的螺旋之间的螺旋根基空间有一个相当大的面积时，有可能获得一个给双面负载能力增添的部分，以提高螺旋的高度，加深螺旋的根基，与此同时，增加这个区域的厚度。随着梁的高度的增加，它的负载能力随着高度的增加的比例而减少，但与此同时，由于增加的厚度获得负载能力，厚度增加的平方比例，负载能力的全面改动可能是非常有利的。

可变化的螺距、螺旋的高度以及螺旋的厚度。

可以制作沿着齿轮长度的螺旋的高度可变化的非渐开线的传动装置。

也可以在非渐开线的传动装置上设立可变化的螺距。

在非渐开线的传动装置上还可以设立螺旋的可变化的厚度。

联合或分开使用上述三个特点，在不平行轴上制作传动装置是有价值的，优化了设计。

增加螺旋的外边缘

对于同其它螺旋啮合的非渐开线的螺杆有提高底部高度来讲，仍然有可能通过增加非渐开线面那里的螺旋的高度，获得另外的表面相同宽度的传动装置的负载能力的提高。在此处存在的设备给螺旋增加了硬度，因为在一个螺旋长度的广阔的区域里帮助它们分配力量。这个边缘可以安置在螺旋底部的，使之成双的那部分的空心内。

制作工序

为了制造非渐开线的传动装置，可以使用机器和常规工序，只要准备适当的工具就可以。通常要使用液态研磨剂。这是一个可以用来制造或加工非渐开线的螺杆的工序，对非渐开线的传动装置是特别适合的，因为这道工序具有通过螺旋面的产生来改进各部件质量的能力，与此同时，随着各个部分一个接一个地工作，制造出几何精确度高于用螺旋面专业工具制作的螺杆，或者说相当质量的非渐开线的螺杆。

如果制成的一对非渐开线的传动装置还没有组装，让它按设计的中心的距离开始工作，并把它轻轻地放入含有研磨物质微粒的润滑液里，非渐开线面将通过空载运行得到改进，并通过液体内微粒的研磨行为以及与表面有关的运动而发生变化。因为所有啮合的面一个与另一个在移动，这种移动使用相对可变的速度在传动装置的不同区域内进行，研磨行为在相对速度比较高的地方是比较强烈的，这个地方在离节距点最远的区域。在节距点上没有相对速度，因为传动装置的两个部分在此点上应该只有纯粹的转动。在节距区内研磨行为是很小的或者是不存在的。显然，这些面一个接一个地工作，直到使之变成很精确的非渐开线面，比使用专门工具加工的更加精确。从用粗糙的形状设立螺旋面来制作非渐开线面出发，前述的工序可能就是一个很长的过程了，也就是说，在没有任何工具或形状设备的干扰下，在毛坯上直接制造螺旋。这个特点是非渐开线的专利权。

Claims (14)

1.用来传递动力的成对动力螺杆，其特征在于：

该对螺杆构成协调操作的一组；

每个螺杆的螺旋表面，当两个螺杆的螺旋面在外侧的时候，对于双方来说螺旋表面是相反的；当在内侧时，是同一螺旋面，各部件的螺距和节径是直接成正比的；

因为通过为从动部件的螺旋设置一个型面，从旋转平面上看，各部件之间的接触尽可能宽，该型面从中心线、从其一侧延续到螺旋的最外侧的部位接触主动部件的螺旋线，实现了改进；

当螺旋线接触螺旋的其它侧面时，也就是传动装置反向操作时，与主动部件螺旋线接触的螺旋侧面相对于中心线颠倒。

2.如权利要求1所述的动力螺杆，其特征在于，成对螺杆中两个部件具有主动部件螺旋线和从动接触表面，其中的改进在于从动接触表面以及产生它们的螺旋线各自在中心线一侧上，其方式是在中心线的一侧具有属于一个部件的主动部件螺旋线，以及属于另一部件的从动表面，中心线的另一侧与此类似，其中从动表面属于在另一侧是主动的部件，并且主动螺旋属于在另一侧是从动表面的部件，因此，在两者结合之间的整个交叉区域内形成接触。

3.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，所述螺杆有平行轴。

4.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，螺杆是共面的，平行或不平行，垂直或不垂直。

5.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，它们的轴是不共面的，垂直或不垂直。

6.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，所述主动部件螺旋线具有大于节径的直径，在这些传动装置里，接触表面位于螺旋的底部。

7.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，主动部件螺旋线位于节径上或者位于稍微小的直径上。

8.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，主动部件螺旋线通过具有弯曲截面的实体螺旋型面所代替，得到的改进在于在接触时部件之间的接触区域获得更大的负载能力。

9.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，根据不同的设计需要，接触长度沿着每侧是不同的，得到的优点在于能够使用不对称的螺旋型面，其一侧更加牢固，因此得到更小的传动装置。

10.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，在接触区域下面，动力螺杆制成中空底部，并且外部侧缘向外延伸离开接触区域，通过增加螺旋深度，其底部可以变得更宽，并且可以容纳外部侧缘的延伸部，这两种改型单独地有助于改善螺旋的弯曲负载能力，因此使得成对结合部件更加紧凑。

11.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，该组部件的每个部件制成该部件操作寿命所需的最小螺旋厚度，获得的优点在于两个部件在操作期间具有相同的使用寿命，并且该对结合部件总体尺寸减小。

12.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，动力螺杆制成可变螺距，获得的优点在于该结合部件没有平行轴时，在该部件的整个长度上具有最佳厚度的螺旋螺杆。

13.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，动力螺杆沿着该部件的整个长度制成可变的螺旋高度，这有助于在结合部件没有平行轴时在最小的部件容积内获得最佳性能的结构。

14.如权利要求2所述的动力螺杆，其特征在于，制造或结束工序，在工序里具有或不具有精制非渐开线表面的粗制螺杆以设计相对位置、低负载以及通过含有研磨微粒的液体润滑的方式投入工作，所得到的优点来自于成组部件之间的充分接触的固有特点，这将导致产生非常精确的非渐开线的螺旋表面。

Images