專利名稱：少齒差內(nèi)嚙合圓柱直齒雙擺線齒輪副及其減速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及擺線齒輪傳動齒輪付及其減速裝置，更具體地說，涉及少差齒內(nèi)嚙合的圓柱直齒雙擺線齒輪付以及由此齒輪付所組成的減速裝置。
在機械傳動領(lǐng)域中，以擺線針輪減速機為代表的擺線齒輪傳動是應(yīng)用了半個多世紀(jì)較為先進(jìn)的機械傳動裝置，但這種由擺線輪和針輪組成的行星傳動付還必須借助柱銷輸出機構(gòu)將行星運動轉(zhuǎn)化成定軸線運動而輸出。實際上，柱銷輸出機構(gòu)是一對零齒差齒輪付，只不過它們的齒形是圓柱和設(shè)在擺線輪輻板上的圓柱孔，以保證圓柱孔相對柱銷作偏心運動而保持它們的傳動速比等于1，所以擺線針輪行星傳動是由一對一齒差和一對零齒差齒輪付組成的內(nèi)嚙合2K-H正號機構(gòu)行星傳動，即有兩個太陽輪(針輪和柱銷軸)外接、一個轉(zhuǎn)臂，即輸入軸及偏心套外接的具有兩個行星輪(擺輪線及其輻板上的柱銷孔)的傳動機構(gòu)。擺線針輪的傳動比取決于擺線輪的齒數(shù)，且針輪的齒數(shù)比擺線輪的齒數(shù)大1(不考慮針輪的抽齒)。擺線輪的傳動的弱點是針輪的理論廓線是點而不是線，針齒同擺線輪的重合度是靠多點接觸而不是靠共軛曲線之間的嚙合，所以在傳動平穩(wěn)性、接觸強度和滑動系數(shù)等都較差，且輸出機構(gòu)零齒差的壓力角很大，幾乎接近90°，對傳動效率極為不利。
除了以上所述缺陷外，擺線針輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難、成本高、且它的速比很有限，單機的速比只有9、11、17、23、29、43、59、71、87等九種，而雙機串接的速比為121(11×11)、187(11×17)、289(17×17)，493(17×29)……。
本實用新型目的是為了克服上述缺點，而提供一種少齒差內(nèi)嚙合直齒雙擺線齒輪付及其所構(gòu)成的減速裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的少齒差內(nèi)嚙合圓柱直齒雙擺線齒輪付包括滾圓在基圓外作純滾動形成的全支循環(huán)外擺線及取該外擺線曲率中心一側(cè)的內(nèi)等距曲線為齒廓的共軛齒輪，其中，所述全支循環(huán)外擺線為滾圓上一點的軌跡，而所述基圓半徑取滾圓半徑的整數(shù)倍。所述的共軛齒輪可做成內(nèi)齒輪和外齒輪以及由它們相組成的齒輪付。所述齒輪付選擇不同節(jié)圓半徑時，具有不同的齒數(shù)差，故在內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值比外齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值之差相差1時，它們的齒數(shù)差為1，而齒輪的齒數(shù)差可為1個到4個，最好齒輪的齒數(shù)大于30個到60個以上。
本實用新型優(yōu)點是它具有如同漸開線齒輪的工藝性(加工的方便性和結(jié)構(gòu)的簡單性)，具有如同擺線針輪的外廓的緊湊性，且速比分級細(xì)而且范圍寬，不需多級傳動，此外它的接觸強度高、平穩(wěn)性好、效率高、溫升低、壽命長、造價低、維修方便，實為齒輪傳動升級換代的新齒輪付及其構(gòu)成的減速裝置。


圖1為雙擺線齒輪的齒廓形成的原理圖；圖2為一對少齒差內(nèi)嚙合圓柱直齒雙擺線齒輪付的示意圖；圖3為由本實用新型的齒輪付構(gòu)成的內(nèi)外齒輪雙聯(lián)的2K-H正號機構(gòu)減速裝置的傳動簡圖；圖4為由本實用新型的齒輪付構(gòu)成的兩外齒輪雙聯(lián)的2K-H正號機構(gòu)減速裝置的傳動簡圖；圖5為在本實用新型的減速裝置中所采用的平衡盤的向視圖；圖6表示雙擺線外齒輪的滾刀加工的滾刀法面的齒形形成原理圖；圖7表示雙擺線齒輪的滾刀加工的三圓弧的近似齒形的示意圖。
圖1為雙擺線齒輪的齒廓形成的原理圖。圖中1示出了以r為半徑的滾圓1，以R為半徑的基圓2。當(dāng)滾圓1沿基圓2作純滾動時，則滾圓上一點M的軌跡為外擺線3。在外擺線的曲率中心一側(cè)作外擺線的內(nèi)等距曲線4則為雙擺線齒輪的齒廓曲線。這樣，外擺線3即為齒廓曲線4的理論廓線。齒廓曲線4同外擺線3在它們的法線方向保持等距離，該距離MK的數(shù)值叫做等距值，等距值可選擇等于大于或小于滾圓半徑r。
若取等距值MK等于滾圓半徑r，則齒廓曲線的參數(shù)方程式(擺線取b-c)為 式中θ——滾圓中心O’繞基圓中心O的角位移Z——擺線輪的齒數(shù)，即外擺線的支數(shù)齒廓曲線的a—b段為圓弧段，其參數(shù)方程為 式中α——Mo點與ab中任意點連線與Y軸夾角。
當(dāng)(1)式和(2)式以不同的參變數(shù)θ和α代入而得到相等的座標(biāo)值時則可得到圓弧段同擺線段的交點b的坐標(biāo)。
交點b的坐標(biāo)隨齒數(shù)Z的不同而不同，例如當(dāng)Z＝37 Xb＝0.992672091ryb＝36.87916454r此時，αmax＝83.05946055°Z＝20Xb＝0.991678511ryb＝19.87126098r
此時，αmax＝82.60326981°在交點b處兩邊的曲線不可能平滑過渡，是為根切點。但這種不平滑的程度隨著齒數(shù)的增大而輕微，當(dāng)齒數(shù)不太小時則不影響傳動的平穩(wěn)性。
圖2為少齒差內(nèi)嚙合雙擺線齒輪付的示意圖。
從上可見，所述共軛齒輪可做成內(nèi)齒輪或外齒輪，并可將它們相組合構(gòu)成齒輪付，例如，由外齒輪和內(nèi)齒輪或雙外齒輪構(gòu)成的齒輪付。
在圖2中1為外齒輪，2為內(nèi)齒輪，它們的幾何計算公式為節(jié)圓半徑 式中Z1、Z2為齒輪1、2的齒數(shù)、r為滾圓半徑齒頂圓直徑 齒根圓直徑 中心距a＝r(Z2一Z1) (6)圖2中Ln＝4為齒輪1跨測4個齒的公法線長度，Ln＝5為齒輪2跨測5個齒的公法線長度，見附表1。
所述齒輪付在選擇不同節(jié)圓半徑時，具有不同的齒數(shù)差。在內(nèi)外齒輪11、12各自節(jié)圓半徑和滾圓半徑之比的比值差為1時，它們?yōu)橐积X差齒輪付。類似地，在內(nèi)外齒輪各自節(jié)圓半徑和滾圓半徑之比的比值差為2、3、4時，內(nèi)外齒輪11、12的齒數(shù)差為2、3、4，即為2、3和4齒差齒輪付。同樣，對于齒數(shù)差為2、3、4的內(nèi)外齒輪11、12齒輪付的齒數(shù)可以各自做成40、50和60個以下的齒，但最好它們是各等于或大于40、50和60個齒。
圖3和圖4為雙擺線減速裝置所采用的兩種機構(gòu)簡圖。減速裝置包括在機殼、諸連接件、軸以及安裝在機殼中兩對齒輪付構(gòu)成的內(nèi)外齒輪雙聯(lián)行星2K-H正號機構(gòu)中，其中，所述機構(gòu)的所述兩對齒輪付之一與所述共軛齒輪的齒廓曲線做成的少齒差內(nèi)外齒輪。
在圖3中示出了小速比2K-H正號機構(gòu)，適用的速比i＝7～60，其速比公式為iH3(2)=nHn3=11-Z2Z1·Z4Z3----(7)]]>在該正號機構(gòu)中，所述內(nèi)外齒輪中的內(nèi)齒太陽輪固定，一個行星外齒輪與另一個行星內(nèi)齒輪雙聯(lián)連接并裝在偏心軸上，而另一個外齒太陽輪裝在輸出軸上，所述偏心軸與輸入軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)臂。
在圖4中，示出了大速比2K-H正號機構(gòu)，適用的速比i＝60～6000～10000，其速比公式為iH4(2)=nHn4=11-Z2Z1·Z3Z4------(8)]]>在該正號機構(gòu)中，所述機構(gòu)的內(nèi)外齒輪中的一個內(nèi)齒太陽輪固定，兩行星外齒輪雙聯(lián)連接并裝在偏心軸上而另外一個內(nèi)齒太陽輪裝在輸出軸上。所述偏心軸與輸入軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)臂。
圖3和圖4中11、13為外齒輪，12，14為內(nèi)齒輪，H為帶有平衡盤的轉(zhuǎn)臂，n代表轉(zhuǎn)速。在式(7)和(8)中，Z1、Z2、Z3、Z4為齒輪1、2、3、4的齒數(shù)。
兩種機構(gòu)盡量選用1齒差，當(dāng)速比較小而使齒數(shù)少和模數(shù)(2r)大時可選用2齒差。
外擺線內(nèi)等距曲線(等距值為滾圓半徑r)的公法線長度L與跨齒數(shù)n可根據(jù)下表選取，表中Z為齒輪齒數(shù)，r為滾圓半徑。
例如，當(dāng)齒輪齒數(shù)Z＝40，r＝1.5mm時則跨7齒的公法線長度為Ln＝7＝40.0000r＝40.0000×1.5＝60.00mm跨8齒的公法線長度為Ln＝8＝45.3187r＝45.3187×1.5＝67.98mm外齒輪的公法線長度測量比較容易，內(nèi)齒輪則比較困難，為方便計可以用較內(nèi)齒輪少一個齒或相同齒數(shù)的外齒輪來作為檢驗齒輪、即將外齒輪作為內(nèi)齒輪的塞規(guī)來使用。
由圖3、圖4可見作動軸線運動零件的平衡。雙聯(lián)的行星齒輪(11、14和11、13)及其中的轉(zhuǎn)臂軸承和輸入軸的曲拐部分都在作動軸線的平面運動，必須加以平衡才能減少振動。最簡單的辦法是在箱體內(nèi)齒輪11和12或12’右側(cè)空間中在輸入軸的定軸線部分裝一個平衡圓盤15或15’，該平衡圓盤的質(zhì)量與其偏心E的乘積應(yīng)等于作行星運動的偏心元件(雙聯(lián)齒輪、轉(zhuǎn)臂軸承及偏心套)的質(zhì)量之和與內(nèi)嚙合齒輪中心距a(即行星元件的偏心距e＝a)的乘積，偏心E和e應(yīng)有180°角位差。
圖5中1為具有外圓半徑為rx(平衡盤外圓半徑)偏心距為E(安裝偏心距)的具有某種厚度δ的平衡盤，2為箱體內(nèi)必要的空間，其半徑為Ro，Ro＝rx＋E平衡盤的靜矩T應(yīng)為T=πrx2×δ×7.8×E=7.8πδrx2(Ro-rx)]]>式中7.8為鋼的單位體積的質(zhì)量，將7.8πδ代以常數(shù)C，則T=Crx2(Ro-rx)=C(rx2Ro-rx3)]]>取T對rx的導(dǎo)數(shù)并令其等于零以求其極值dTdrx=C(2rxRo-3rx2)=0]]>...2rxRo-3rx2=0]]>；rx(2Ro－3rx)＝0∴其解rx＝0時T為極小值；2Ro－3rx＝0時T為極大值即 ，或 (9)(10)即平衡盤的偏心距E等于其半徑rx的1/2為最優(yōu)設(shè)計。
雙擺線內(nèi)齒輪的齒廓曲線的加工現(xiàn)在用具有擺線外齒輪形的插齒刀在插齒機上進(jìn)行齒形精加工；而雙擺線外齒輪的齒形加工則先在滾齒機上用專用滾刀滾齒，然后在擺線齒輪磨齒機上精磨齒形。
擺線外齒輪專用滾刀的法向齒形為擺線齒條齒形，即為平擺線曲率中心一側(cè)的等距曲線，如圖6所示。如取等距值MK＝r，則擺線段b—c的參數(shù)方程 y=r(1-cosω-sinω2)----(11)]]>式中ω——滾圓的轉(zhuǎn)角圓弧段a—b的參數(shù)方程x＝rSinαy＝rCOSα (12)式中α——坐標(biāo)中心O與ab上任意點連線同Y軸的夾角。
因為(11)、(12)式與齒數(shù)Z無關(guān)，所以交點b的坐標(biāo)只有一個。經(jīng)計算，交點b的坐標(biāo)為xb＝0.993744819ryb＝-0.111674682rα由0°——→83.58813734°ω由38.734886°——→180°即可得半個齒廓由于滾齒不是最后的齒廓加工工序，一般在滾齒后進(jìn)行熱處理然后進(jìn)行磨齒加工，所以對滾刀的齒形精度可以放寬，甚至可取近似齒形，若取圖7所示的三圓弧近似齒形則對滾刀的制造可以方便不少。
插齒刀不可用三圓弧近似齒形，必須在程控精磨插齒刀的專用機床上按齒廓方程精制。
表1<
>
權(quán)利要求1.一種少齒差內(nèi)嚙合圓柱直齒雙擺線齒輪付，包括滾圓在基圓外作純滾動形成的全支循環(huán)外擺線及取該外擺線曲率中心一側(cè)的內(nèi)等距曲線為齒廓的共軛齒輪，其特征在于所述全支循環(huán)外擺線為滾圓上一點的軌跡，所述基圓半徑為滾圓半徑的整數(shù)倍，所述共軛齒輪的齒廓曲線可以做成內(nèi)齒輪或外齒輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付，其特征在于，所述內(nèi)外齒輪在內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值與外齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值之差為1時，即它們的齒數(shù)差為1，齒輪的齒數(shù)最好大于30個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付，其特征在于，內(nèi)外齒輪在內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值與外齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值之差為2時，所述內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差為2，齒輪的齒數(shù)最好大于40個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付，其特征在于，所述內(nèi)外齒輪在內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值與外齒輪的節(jié)圓半徑和滾圓半徑的比值之差為3時，所述內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差為3，齒輪的齒數(shù)最好大于50個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付，其特征在于，所述內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差為4，齒輪的齒數(shù)最好大于60個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付構(gòu)成的減速裝置，其特征在于包括在機殼、諸連接件，軸以及安裝在機殼中兩對齒輪付構(gòu)成的內(nèi)外齒輪雙聯(lián)行星2K-H正號機構(gòu)中，其所述的機構(gòu)的兩對齒輪付之一為所述共軛齒輪的齒廓曲線做成的少差齒內(nèi)外齒輪，而且所述內(nèi)外齒輪中的內(nèi)齒太陽輪固定、一個行星外齒輪與另一行星內(nèi)齒輪雙聯(lián)連接并裝在偏心軸上，而另一個外齒太陽輪裝在輸出軸上，所述偏心軸與輸入軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)臂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪付構(gòu)成的減速裝置，其特征在于裝置包括機殼、諸連接件、軸以及安裝在機殼中兩對齒輪付構(gòu)成的兩外齒輪雙聯(lián)行星2K-H正號機構(gòu)中，所述機構(gòu)的兩對齒輪付之一為所述共軛齒輪的齒廓曲線做成的少齒差內(nèi)外齒輪，而且所述內(nèi)外齒輪中一個內(nèi)齒太陽輪固定，兩行星外齒輪雙聯(lián)連接并裝在偏心軸上，另一內(nèi)齒太陽輪裝在輸出軸上，所述偏心軸與輸入軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)臂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的裝置，其特征在于，在輸入軸上裝有平衡圓盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述平衡圓盤的偏心距為圓盤半徑的二分之一為最優(yōu)。
專利摘要一種少齒差內(nèi)嚙合圓柱直齒雙擺線齒輪付，包括滾圓在基圓外作純滾動形成的全支循環(huán)外擺線曲率中心一側(cè)的內(nèi)等距曲線為齒廓的共軛齒輪，其中全支循環(huán)外擺線為滾圓上一點的軌跡，基圓半徑為滾圓半徑的整數(shù)倍，共軛齒輪齒廓曲線做成內(nèi)齒輪和外齒輪，內(nèi)外齒輪齒差為1-4等。由上述齒輪副構(gòu)成減速裝置，該裝置包括2K-H正號機構(gòu)，因而是有傳動平穩(wěn)，出力大、溫升低、壽命長、效率高、噪聲低、制造成本低等的綜合性能和優(yōu)點。
文檔編號F16H1/32GK2244646SQ95244658
公開日1997年1月8日 申請日期1995年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月5日
發(fā)明者沈培基 申請人:沈培基