CN2299188Y - 复合轮齿机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合轮齿机构。该机构至少是由一对满足定传动比,相互啮合的齿轮所构成,且每个齿轮上均布有小齿、大齿和(或)大齿槽,其特点是利用最常用的渐开线和摆线齿廓曲线,通过对它们的特殊设计和组合,达到各瞬时传动比相等,从而既能传递高效可靠的转动,又能实现流体泵、流体马达和转子发动机对流体的抽吸、输送、压排功能。该机构具有制造、安装方便,结构简单,效率高,振动噪音小等优点。

Description

复合轮齿机构

本实用新型涉及一种复合轮齿机构，该机构中的每个齿轮上均布有两种不同齿高及齿厚的小齿、大齿和(或)大齿槽，大小轮齿除共同具有传动和啮闭作用外，大齿还具有相当泵体的活塞、转予或叶片的作用，其小齿也被称为传动齿，大齿也被称为工作齿，这种既能传递高速可靠的转动，又能当作流体泵转子的特殊齿轮机构，称之为复合轮齿机构。该机构可以用来制造新型的流体泵、流体马达和转子发动机等。

1973年6月18日公开的专利号为DT2330992号的德国专利中，曾公开了一种转子。但它仅仅是一种传动原理的设想，没有公布工作齿的齿廓曲线，也未提及能否保证转子工作时各瞬时传动比相等。

1991年3月7日公开的专利号为W091/02888的PCT专利中，公开了一种旋转式内燃机，其转子中不具有相互啮合转动的小齿，也没有公布工作齿的齿廓曲线，工作齿的啮闭是依靠滑片实现的，而不是通过共轭曲线的方式实现。

公开号为CN1100774A的中国专利申请公开了一种“啮闭式转子”。这种啮闭式转子涉及一对啮合旋转的渐开线齿轮，一个渐开线齿轮上组合有大于齿顶圆直径的工作齿，并与另一个渐开线齿轮上连为一体的啮闭齿槽相对应，它们且和渐开线齿轮同样具有等圆周啮合旋转的特性。该专利中，“等圆周啮合旋转特性”概念比较模糊，没有明确提及这对转子在整个啮合旋转过程中是否各瞬时的传动比不变。该专利公布的工作齿和啮闭齿槽齿廓曲线的函数方程，它是一个特殊曲线，不能利用现有的齿轮加工手段进行制造，给加工与检测等带来困难，效率低，成本高。

本实用新型的目的是设计一种复合轮齿机构，该机构利用最常用的渐开线和摆线齿廓曲线，通过对齿轮的小齿、大齿和(或)大齿槽的特殊设计与组合，达到各瞬时传动比相等，从而既能传递高效可靠的转动，又能实现流体泵、流体马达、转子发动机对流体的抽吸、输送、压排功能。

本实用新型是这样实现的：

一种复合轮齿机构，至少是由一对满足定传动比、相互啮合的齿轮所构成，且每个齿轮上均布有小齿、大齿和(或)大齿槽，在转动时，两齿轮之间的小齿相互啮合，一个齿轮上的大齿与另一个齿轮上对应的大齿槽啮合，并保证啮合旋转过程中各瞬时传动比始终相等，其特征在于：

a、所述齿轮的小齿、大齿和大齿槽的齿廓曲线都是渐开线，且同一齿轮上的小齿、大齿和大齿槽的齿廓渐开线都生成于同一基圆；

b、或者所述齿轮的小齿、大齿和大齿槽的齿廓曲线都是摆线，且同一齿轮上的小齿、大齿和大齿槽的齿廓(内、外)摆线都生成于同一基圆；

c、或者所述齿轮的小齿的齿廓曲线是渐开线，大齿和大齿槽的齿廓曲线一段是摆线，另一段是渐开线，且满足这对齿轮上的小齿、大齿和大齿槽分别啮合时的节点重合而且位置不变；

d、或者所述齿轮的小齿的齿廓曲线是摆线，大齿和大齿槽的齿廓曲线一段是渐开线，另一段是摆线，且满足这对齿轮上的小齿、大齿和大齿槽分别啮合时的节点重合而且位置不变；

e、且在同一齿轮中：

(1)Z₁×M₁＝Z₂×M₂

(2)n×(360°/Z₁)＝360°/Z₂

式中：Z₁-----小齿设计计算齿数

      M₁-----小齿设计计算模数

      Z₂-----大齿设计计算齿数

      M₂-----大齿设计计算模数

      n-----设定常数

进一步的方案是，特征c、d中的大齿和大齿槽的两段齿廓曲线，可以从小齿的齿顶圆或分度圆或齿根圆处接合过渡，且过渡点至小齿齿根圆之间的一段曲线与小齿的齿廓曲线一致。

更进一步的方案是，所述复合轮齿机构可以是两个齿轮组成的传动机构，也可以是三个或三个以上齿轮组成的轮系，但在同一传动机构或轮系中的所有齿轮都只能是特征a、b、c、d中的一种。

根据不同的工作条件，复合轮齿机构按大齿齿廓的形状可分为：

1、全凸(全凹)型——一个齿轮上只有小齿和大齿，没有大齿槽；而另一个齿轮上只有小齿和大齿槽，没有大齿。

2、凸凹型——每个齿轮上都有小齿、大齿和大齿槽。

本实用新型所述复合轮齿机构在进行设计和组合时，可能会出现一种特殊情况：即当小齿、大齿、大齿槽的齿廓曲线都是渐开线(见特征a)，且大小轮齿的齿高差比较大，机构形式又为凸凹型时，有可能出现大齿槽的齿根圆半径小于生成渐开线的基圆半径，根据基圆内没有渐开线的原理，则大齿槽齿廓曲线在小于基圆处无共轭曲线，这在工程实际中给设计及加工带来困难。此时可按小齿齿廓曲线为渐开线，大齿和大齿槽的齿廓曲线为渐开线与摆线的组合(见特征C)进行设计予以解决，因为基圆内外都有摆线。

本实用新型的特点是；

1、本实用新型具体公开了复合轮齿机构中齿轮上小齿、大齿和大齿槽的齿廓曲线是渐开线、摆线或其组合，而渐开线、摆线齿轮的加工技术均是公知的成熟技术，因而这种复合轮齿机构在加工和制造上不存在特别的困难。

2、特别是本实用新型在c、d两种组合时，大齿和大齿槽的齿廓曲线是由渐开线和摆线组合而成，其渐开线与摆线的过渡点可在分度圆处，且过渡点至小齿齿根圆之间的一段齿廓曲线与小齿的齿廓曲线一致时，其渐开线与摆线之间的过渡点非常平滑，这不仅使加工制作较为容易，而且这种复合轮齿机构在实际应用中的啮闭效果很理想。当然，当大小轮齿和大齿槽的齿廓曲线都是渐开线或都是摆线时，同样具有上述效果。

3、这种复合轮齿机构具有广泛的工业应用性。当这种复合轮齿机构与壳体和两端盖组成封闭的环形圆柱空腔时，大齿将环形圆柱空腔分成几部分，齿轮啮合旋转时，这几部分空腔的体积发生周期性的变化，完成对流体抽吸、输送和压排任务，与现有流体泵、流体马达等机构(如活塞、叶片、齿轮、罗茨、螺杆机构)相比较，它具有独特的优点和效果：结构简单，有效容积大，运动质量均衡分布，转动平稳无冲击，无振动，噪音低、流量和压力脉动性小，容积效率高，既适用于气体介质又适用于液体介质，完全满足开发新型流体泵、流体马达和转子发动机的条件。

4、在实施本实用新型时，可根据排量和压力的不同要求，选择全凸(全凹)型或凸凹型。

图1是一种双轮、凸凹型，大小轮齿全为渐开线的复合轮齿机构。

图2是一种双轮、凸凹型，大小轮齿全为摆线的复合轮齿机构。

图3是一种双轮、全凸(全凹)型，大小轮齿全为渐开线的复合轮齿机构。

图4是一种双轮、凸凹型，小齿为渐开线，大齿和大齿槽从分度圆至小齿齿根圆为渐开线，其余为摆线的复合轮齿机构。

图5是一种三轮复合轮齿机构。

图6是一种四轮复合轮齿机构。

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

(一)双轮、凹凸型，大小轮齿全为渐开线的组合

设主动轮和从动轮的分度圆直径相等，且d＝d₁＝d₂＝50mm即传动比i＝1

取分度圆压力角α为标准20°

则两齿轮的基圆直径相等且为d_b＝d_b1＝d_b2＝dCOSα＝50×COS20°＝46.9846mm

取两齿轮全为小齿时的小齿齿数Z₁＝50

由d＝Zm知：小齿模数m₁＝d₁/Z₁＝50/50＝1

又根据d＝Zm＝Z₁m₁＝Z₂m₂取两齿轮全为大齿时的大齿齿数Z₂＝10

则m₂＝d₂/Z₂＝50/10＝5

大齿齿顶圆直径d_a＝d+2h_o＝(Z+2h_o)m＝(10+2×1)5＝60mm

小齿周节所夹的圆心角为360°/Z₁＝360°/50＝7.2°

大齿每齿周节所夹的圆心角为360°/Z₂＝360°/10＝36°

则大齿周节包容36°/7.2°＝5个小齿周节

现采取均布大齿2个，大齿槽2个与小齿复合

则复合轮齿即为图1所示的结构

复合轮齿的其它尺寸可以通过齿轮设计的通用公式全部计算出来(略)。

(二)双轮、凹凸型，大小轮齿全为摆线的组合

设主动轮和从动轮的分度圆直径相等，且d＝d₁＝d₂＝50mm即传动比i＝1

两轮的摆线基圆(导圆)直径即为分度圆直径，df＝d＝50mm

取两轮的滚圆直径相等，且d_a＝0.4d＝20mm

取两齿轮全为小齿时的小齿齿数Z₁＝50

由d＝Zm知：小齿模数m₁＝d₁/Z₁＝50/50＝1

又根据d＝Zm＝Z₁m₁＝Z₂m₂取两齿轮全为大齿时的大齿齿数Z₂＝10

则m₂＝d₂/Z₂＝50/10＝5

大齿齿顶圆直径62.4＝50+12.4

取d_a＝(Z+2.48)m＝(10+2.48)5＝62.4mm

小齿周节所夹的圆心角为360°/Z₁＝360°/50＝7.2°

大齿每齿周节所夹的圆心角为360°/Z₂＝360°/10＝36°

则大齿周节包容36°/7.2°＝5个小齿周节

现采取均布大齿2个，大齿槽2个与小齿复合

则复合轮齿即为图2所示的结构

复合轮齿的其它尺寸可以通过齿轮设计的通用公式全部计算出来(略)。

(三)双轮、凹凸型，小轮齿为渐开线，大轮齿为摆线，大齿与小齿接合过渡处为分度圆。

设主动轮和从动轮的分度圆直径相等，且d＝d₁＝d₂＝50mm即传动比i＝1

取小齿分度圆压力角α为标准20°，则两齿轮小齿的基圆直径相等且为d_b＝d_b1＝d_b2＝dCOSα＝50×COS20°＝46.9846mm

取两齿轮全为小齿时的小齿齿数Z₁＝50

由d＝Zm知：小齿模数m₁＝d₁/Z₁＝50/50＝1，两齿轮的大齿摆线，其基圆即为分度圆df＝50mm

取两轮的滚圆直径相等，且d_a＝0.4d_f＝20mm

根据d＝Zm＝Z₁m₁＝Z₂m₂取两齿轮全为大齿时的大齿齿数Z₂＝10，则m₂＝d/Z₂＝50/10＝5

大齿齿顶圆直径：取d_a＝(Z+2.48)m＝(10+2.48)×5＝62.4mm

小齿周节所夹的圆心角为360°/Z₁＝360°/50＝7.2°

大齿每齿周节所夹的圆心角为360°/Z₂＝360°/10＝36°

则大齿周节包容36°/7.2°＝5个小齿周节

现采取均布大齿2个，大齿槽2个与小齿复合，由于分度圆处大齿齿厚S_o2等于齿槽宽W_o2又等于1/2周节，所以一个大齿齿厚包容3个小齿齿厚和2个小齿齿槽宽，同理一个大齿齿槽宽，包容2个小齿齿厚和3个小齿齿槽。则采取大齿和小齿在分度圆处接合过渡，其复合轮齿机构即为图4所示。

图3所示复合轮齿机构的设计计算与图1所示复合轮齿机构的设计计算方式相同，从略。

图5、图6给出了三个和四个齿轮组成的复合轮齿机构的示意图，可用于提高排量和启动稳定性方面的工程机械。如大排量泵和液压马达。

Claims (3)

1.一种复合轮齿机构，至少是由一对满足定传动比，相互啮合的齿轮所构成，且每个齿轮上均布有小齿、大齿和(或)大齿槽，在转动时，两齿轮之间的小齿相互啮合，一个齿轮上的大齿与另一个齿轮上对应的大齿槽啮合，并保证齿轮啮合旋转过程中各瞬时传动比始终相等，其特征在于：

a.所述齿轮的小齿、大齿和大齿槽的齿廓曲线都是渐开线，且同一齿轮上的小齿、大齿和大齿槽的齿廓渐开线都生成于同一基圆；

b.或者所述齿轮的小齿、大齿和大齿槽的齿廓曲线都是摆线，且同一齿轮上的小齿、大齿和大齿槽的齿廓(内、外)摆线都生成于同一基圆；

c.或者所述齿轮的小齿的齿廓曲线是渐开线，大齿和大齿槽的齿廓曲线一段是摆线，另一段是渐开线，且满足这对齿轮上的小齿、大齿和大齿槽分别啮合时的节点重合而且位置不变；

d.或者所述齿轮的小齿的齿廓曲线是摆线，大齿和大齿槽的齿廓曲线一段是渐开线，另一段是摆线，且满足这对齿轮上的小齿、大齿和大齿槽分别啮合时的节点重合而且位置不变；

e.且在同一齿轮中：

    ①Z₁×M₁＝Z₂×M₂；

    ②n×(360°/Z₁)＝360°/Z₂。

      式中：Z₁-----小齿设计计算齿数

            M₁-----小齿设计计算模数

            Z₂-----大齿设计计算齿数

            M₂-----大齿设计计算模数

            n -----设定常数

2.根据权利要求1所述的复合轮齿机构，其特征在于条件c、d中大齿和大齿槽的两段齿廓曲线，可以从小齿的齿顶圆或分度圆或齿根圆处接合过渡，且过渡点至小齿齿根圆之间的一段曲线与小齿的齿廓曲线一致。

3.根据权利要求1或2所述的复合轮齿机构，其特征还在于所述复合轮齿机构可以是两个齿轮组成的传动机构，也可以是三个或三个以上齿轮组成的轮系，但在同一传动机构或轮系中的所有齿轮都只能是特征a、b、c、d中的一种。

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