CN217501790U - 一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组，用六个相互啮合的异形齿轮来实现原齿轮组的功能，主要结构包括：异形齿轮，长、短轴，大、小轴承，固定轴承座，输出齿轮。本实用新型以两相邻转子截面轮廓线为节线，纯滚动接触点为节点，在给定压力角变化情况的条件下，求取异形齿轮齿廓线。啮合点处两齿轮齿廓线凹凸方向一致，有利于挤压油膜的形成，与普通圆柱齿轮相比承载能力更大，磨损更小。

Description

一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，涉及一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组。

背景技术

专利号为“ZL 2021 2 0645870.X”的专利所介绍的齿轮组（原齿轮组），至少需要18个齿轮或齿圈来实现转子的运动，结构复杂，机械效率低。本实用新型将6个异形齿轮相互啮合来实现原齿轮组的功能，结构更简单。两异形齿轮啮合时，啮合点处两齿轮齿廓线凹凸方向一致，有利于挤压油膜的形成。所以相同条件下，本实用新型异形齿轮与普通圆柱齿轮相比承载能力更大，磨损更小。本实用新型齿轮组除用于多转子纯滚动内燃机外，还可用于其它机器的齿轮传动过程。

发明内容

首先给出节点、节线、法矢和压力角的定义。节点：两齿轮啮合时，相对速度瞬心为节点。节线：A、B两齿轮啮合，在与A齿轮相对静止的参考系中，节点在一个啮合周期内的轨迹，即为A齿轮的节线。法矢：由节点指向啮合点的矢量，大小等于节点与啮合点间的距离。压力角：法矢与节点瞬时运动方向的夹角。

为获得六个相互啮合的异形齿轮所采取的技术方案：

第一步，求单个齿的齿廓线。取多转子纯滚动内燃机中两相邻转子截面轮廓线l ₁、l ₂，将l ₁固定，l ₂将绕l ₁做纯滚动运动，纯滚动接触点为P，如图1所示。本实用新型以P为节点，l ₁、l ₂为节线，在给定压力角变化情况的条件下，求取齿廓线。已知，转子公转半径为r，公转初始相位角为φ₀，公转中心距为L。转子自转相位角为φ，则l ₁关于φ的参数方程是：

x=-1.5r*cos(φ₀-φ)+0.5L*cos(φ)-0.5r*cos(φ₀+3φ) （1）

y=-1.5r*sin(φ₀-φ)+0.5L*sin(φ)-0.5r*sin(φ₀+3φ) （2）

其中φ∈[-π/4,7π/4]，曲线l ₁弧长为s ，取s|_φ=-π/4=0，s随φ的增大而增大，则：

ds=sqrt((dx/dφ)^2+(dy/dφ)^2) （3）

l ₁切线方向单位矢量τ与x轴正方向的夹角如图2所示，为：

γ=cos^-1(dx/ds) （4）

将节线l ₁在φ∈[-θ,θ+π/2]区间的部分顺序分为2N条短节线，每条短节线对应一个齿，如图1实线所示。常数θ∈[π/12,π/4)，由设计者给定。第n条短节线长度c_n=s_n+1-s_n，其中，s_n、s_n+1分别为短节线起点和终点弧长，n=1,2,3,…, 2N。为使两齿轮能够啮合，c_n应满足：c_n=c_2N-n+1。如图2所示，设第n条短节线对应的齿的前齿廓线为a，后齿廓线为b，a上任一啮合点M处，压力角为钝角α，法矢大小为p=|PM|；b上任一啮合点N处，压力角为锐角β，法矢大小为q=|PN|。当M点从a的起点移至a的终点时，节点P由s=s₁处移至s=s₂处；当N点从b的起点移至b的终点时，节点P由s= s₃处移至s= s₄处。s₁=s_n，s₄=s_n+1。s₂、s₃由设计者给出，其值与重合度有关。齿廓线a的重合度定义为ε _a =2(s₂- s₁)/(s₄- s₁)；齿廓线b的重合度定义为ε _b =2(s₄- s₃)/(s₄- s₁)。一般同一齿轮的所有齿廓线重合度取相同值ε，重合度决定了同一时刻啮合点的数量。例如：ε=2时，同一时刻啮合点的数量等于2。p、q随s的变化情况由设计者给出：

p=p(s)，s∈[s₁, s₂] （5）

q=q(s)，s∈[s₃, s₄] （6）

为使两齿轮能够啮合p、q满足：p(s_n+f)=q (s_2N-n+2-f)且q(s_n+1-f)=p(s_2N-n+1+f)，f∈[0, c_n]。

设逆时针旋转方向为正，α>β>=0时齿廓线在节线内侧，如图1所示内齿I，α<β<=0时齿廓线在节线外侧，如图1所示外齿H，且：

α= ±cos^-1(-dp/ds) （7）

β= ±cos^-1(-dq/ds) （8）

M点横、纵坐标为：

x_M=x+ p*cos(α+γ) （9）

y_M=y+ p*sin(α+γ) （10）

N点横、纵坐标为：

x_N=x+q*cos(β+γ) （11）

y_N=y+q*sin(β+γ) （12）

式子（1）至（10）构成齿廓线a的参数方程；式子（1）至（8）和式子（11）至（12）构成齿廓线b的参数方程，从而求得任一单个齿的齿廓线。

第二步，求整个异形齿轮的轮廓线。对2N个齿分别求取齿廓线a和b，通过取α>β>=0或α<β<=0，使这2N个齿依次交替位于节线内侧和外侧，最终得到一组齿廓线。将这组齿廓线与l ₁本身在φ∈ (θ+π/2,π-θ)区间的部分合并，得到异形齿轮的一半轮廓线，如图1所示实线部分。将这一半轮廓线绕l ₁几何中心旋转180°，得到异形齿轮的另一半轮廓线，如图1所示虚线部分。两半轮廓线组成一个异形齿轮的轮廓线。

第三步，求六个相互啮合的异形齿轮。针对第二步得到的单个齿轮轮廓线使用光滑过渡曲线，将内齿开槽，以避免啮合时发生干涉；将外齿封顶，以避免应力集中，如图2圆圈内的虚线部分所示。最后，将齿轮轮廓线和节线在垂直于轮廓线所在平面的方向拉伸，得到单个异形齿轮的三维模型，如图3左下角所示。齿轮中心有内花键，以便与其它部件联结。拉伸节线形成的实体部分是为了避免齿轮啮合时在节线法向发生偏移。六个相同的异形齿轮相互啮合情况，如图3右上角所示。

附图说明

图1是节线、节点和齿廓关系示意图。

图2是啮合点处压力角示意图。

图3是异形齿轮及其啮合情况示意图。

图4是压力角随相对弧长变化曲线。

图5是单个异形齿轮及其支撑零件装配示意图。

图6是异形齿轮组结构示意图。

附图标记说明

1—异形齿轮，2—长轴，3—小轴承，4—短轴，5—大轴承，6—转子，7—固定轴承座，8—输出齿轮。

具体实施方式

首先，给出压力角的变化情况。取φ₀=94°,L=100，r=16.5，N=16，θ=20°，c_n=常数=(s|_φ=θ+π/2-s|_φ=-θ)/(2*N)，ε=2。对每个齿均取：s₁=s_n = c_n (n-1)+ s|_φ=-θ，s₂= s₁+ c_nε/2，s₄=s_n+1= c_n n+ s|_φ=-θ，s₃= s₄ - c_nε/2；p=A X + B X² + C X³ + D X⁴，相对弧长X=(s- s₁)/(s₂- s₁)，s∈[s₁, s₂]；q= A Y + B Y² + C Y³ + D Y⁴，相对弧长Y=1-(s- s₃)/(s₄- s₃)，s∈[s₃, s₄]。当A=0.94，B=0.0015，C=-0.0315，D=-0.037125时，压力角变化情况如图4实线部分所示。为避免应力集中，用过渡齿廓线分别将第1、2N个齿廓线与节线光滑地连接，过渡齿廓线压力角变化情况如图4虚线和点线部分所示。左侧虚线和点线是X∈[-0.08,0]∪(0,0.2]区间内压力角α变化曲线，代替原来X∈[0,0.2] 区间实线部分；右侧虚线和点线是Y∈[0.8,1]∪(1,1.08] 区间内压力角β变化曲线，代替原来Y∈[0.8,1] 区间实线部分。相应的，p、q值可根据式子（7）和式子（8）积分求得，其中，压力角为90°时p=q=0。根据压力角变化情况结合“为获得六个相互啮合的异形齿轮所采取的技术方案”求得六个相互啮合的异形齿轮，如图3所示。

实施例：

一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组，包括：异形齿轮，长轴，短轴，小轴承，大轴承，固定轴承座，输出齿轮。单个异形齿轮的支撑如图5所示，长轴（2）轴身与异形齿轮（1）通过花键联结，轴颈安装小轴承（3）；小轴承（3）安装于短轴（4）的偏心小圆孔内，偏心距等于转子公转半径；短轴（4）由大轴承（5）支撑。将六个异形齿轮及其支撑部件安装于固定轴承座（7）的大圆孔内，任一短轴与输出齿轮（8）联结，就得到自由度为1的异形齿轮组，如图6所示。其中，长轴轴头将与六个转子（6）通过花键联结。每个固定轴承座（7）开有六个大圆孔，相邻大圆孔中心距等于相邻转子公转中心距。工作时，六个转子在六个相互啮合的异形齿轮的约束下完成既定运动，同时，输出齿轮将来自转子的驱动力传递出去。

Claims (3)

1.一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组，其特征是：以两相邻转子截面轮廓线为节线，纯滚动接触点为节点，在给定压力角变化情况的条件下，求取异形齿轮齿廓线，进而得到单个异形齿轮的三维模型；长轴（2）轴身与异形齿轮（1）通过花键联结，轴颈安装小轴承（3）；小轴承（3）安装于短轴（4）的偏心小圆孔内，偏心距等于转子公转半径；短轴（4）由大轴承（5）支撑；将六个异形齿轮及其支撑部件安装于固定轴承座（7）的大圆孔内，任一短轴与输出齿轮（8）联结，就得到自由度为1的异形齿轮组；其中，长轴轴头与六个转子（6）通过花键联结；每个固定轴承座（7）开有六个大圆孔，相邻大圆孔中心距等于相邻转子公转中心距；工作时，六个转子在六个相互啮合的异形齿轮的约束下完成既定运动，同时，输出齿轮将来自转子的驱动力传递出去。

2.根据权利要求1所述的一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组，其特征是：两异形齿轮啮合时，啮合点处两齿轮齿廓线凹凸方向一致。

3.根据权利要求1所述的一种用于多转子纯滚动内燃机的异形齿轮组，其特征是：重合度决定了两异形齿轮啮合时啮合点的数量。

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