專利名稱：圓柱內(nèi)齒輪與非圓齒輪組成的行星機構(gòu)及容積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由圓柱內(nèi)齒輪與非圓齒輪組成的行星齒輪機構(gòu)，以及利用此機構(gòu)中行星輪、中心輪、內(nèi)齒輪之間圍成的封閉面積隨中心輪轉(zhuǎn)角而周期變化的原理形成的容積式工作裝置，如液壓泵或馬達。
在波蘭專利71329及德國專利DE3542913A1中，提出了一種由三周期中心輪與四周期內(nèi)齒輪及圓形行星輪而組成的非圓行星齒輪液壓馬達，在該方案中，內(nèi)齒輪的節(jié)曲線是一凸凹邊組成的四邊形，即具有四個周期，各點的曲率半徑不同，在相同排量下，該方案具有較大外徑尺寸。且該方案中的內(nèi)齒輪為非圓齒輪，加工困難。在波蘭專利71329中，控制容積裝置的工作介質(zhì)開啟窗口面積和方位是隨行星輪的尺寸而固定的，因此調(diào)節(jié)控制性能較差。在德國專利DE3542913A1中這一面積雖然是可以改變的，但因結(jié)構(gòu)原因不可能過多偏置中心輪的頂點位置，變化范圍仍然十分有限。
本發(fā)明的目的是提出一種體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，加工裝配比較容易的新型變中心距非圓行星齒輪機構(gòu)，以及由此而形成的容積裝置。
本發(fā)明提出的由圓柱內(nèi)齒輪與非圓齒輪組成的行星機構(gòu)，是由作為中心輪形狀為多邊形的非圓齒輪1，分布在中心輪周圍的若干非圓行星齒輪2及包容行星齒輪的內(nèi)齒輪3，其中中心輪1與內(nèi)齒輪3中必有一個是固定不動的。
本發(fā)明由上述行星機構(gòu)構(gòu)成的容積裝置，是由中心輪1、行星輪2、內(nèi)齒輪3與這些齒輪兩側(cè)面的密封端蓋之間形成若干個封閉的腔體，這些腔體的體積隨中心輪1相對于內(nèi)齒輪3的轉(zhuǎn)動而周期變化而形成。
在本發(fā)明上述的行星機構(gòu)中，內(nèi)齒輪是一圓柱齒輪，它與行星輪嚙合的節(jié)曲線是圓，行星輪是節(jié)曲線為兩周期的凸形輪，其節(jié)曲線是標準的或非標準的橢圓，或卵形曲線，或四葉玫瑰線的蚌線，中心輪是由凸凹邊組成的節(jié)曲線為三周期以上的多邊形齒輪，行星輪可根據(jù)工作要求配制多個。
在本發(fā)明上述的容積裝置中，其工作介質(zhì)開啟窗口面積是由行星輪2兩側(cè)分別與中心輪1和內(nèi)齒輪3構(gòu)成的封閉面分別處于最大和最小時齒根曲線的交叉部分而構(gòu)成。內(nèi)齒輪和中心輪中必有一個是固定不動的，當內(nèi)齒輪固定時，運動或力矩的輸入輸出構(gòu)件是中心輪，當中心輪固定時，運動或力矩輸入輸出構(gòu)件是內(nèi)齒輪。
本發(fā)明行星輪、中心輪及內(nèi)齒輪之間形成多個封閉面積，此面積隨中心輪的轉(zhuǎn)角而周期變化。由于內(nèi)齒輪是圓柱齒輪，加工容易，且在相同的外徑尺寸下具有較大的面積變化，因此作成容積式裝置時就具有較大的每轉(zhuǎn)排量。在相同排量和輸出扭矩的條件下具有較小的尺寸結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)橢圓齒輪或卵形齒輪長短軸的比例而改變行星輪的方位，進而可有效的控制容積裝置的工作介質(zhì)開啟窗口面積的大小和方位，從而可有效的控制容積裝置的低速穩(wěn)定性，增大轉(zhuǎn)速范圍。


圖1是本發(fā)明的機構(gòu)原理簡圖。
圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)化機構(gòu)原理圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述如圖1，本發(fā)明是由中心輪1，行星輪2，內(nèi)齒輪3組成的行星齒輪機構(gòu)，其中內(nèi)齒輪3的節(jié)曲線是圓，因而是一圓柱內(nèi)齒輪。行星輪同時與內(nèi)齒輪3及中心輪嚙合。行星輪中心是浮動的。本發(fā)明提出的行星齒輪結(jié)構(gòu)是一節(jié)曲線為兩周期的凸形非圓齒輪，如橢圓齒輪或卵形齒輪。中心輪1的節(jié)曲線是3周期以上的凸凹多邊形，如蚌線。中心輪1與內(nèi)齒輪3之間按一定規(guī)律分布多個行星輪，行星輪的個數(shù)N一般大于或等于n1+2，n1為中心輪1的節(jié)曲線周期數(shù)。如圖1所示，中心輪節(jié)曲線周期數(shù)為7，行星輪個數(shù)為9。由中心輪1，行星輪2，內(nèi)齒輪3構(gòu)成一種變中心距的行星齒輪機構(gòu)，機構(gòu)在工作時中心輪或內(nèi)齒輪中必須有一個是固定不動的，圖中假定內(nèi)齒輪3固定。上述行星機構(gòu)中，顯然N個行星輪與中心輪，內(nèi)齒輪形成N個封閉面積，這些面積是隨中心輪轉(zhuǎn)角而周期變化的，因而這種機構(gòu)可以用來實現(xiàn)某種容積裝置，如液壓泵或馬達。
作為本發(fā)明的一個實施例，可以假定行星輪2是卵形齒輪，其節(jié)曲線的極坐標方程為兩周期的函數(shù)，r2＝p/(1-ecos(2φ))其中e≤1/3，卵形齒輪的長軸為p/(1-e)，短軸為p/(1+e)。假定中心輪的節(jié)曲線周期數(shù)為n1，在上述行星輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)中(如圖2)，假定行星輪轉(zhuǎn)過180°時中心輪轉(zhuǎn)過2π/n1，內(nèi)齒輪也轉(zhuǎn)過一定的角度，即行星輪在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中轉(zhuǎn)過一個節(jié)曲線周期，中心輪也轉(zhuǎn)過一個周期，由此可確定中心輪的節(jié)曲線是行星輪的極角參數(shù)φ和e，p及內(nèi)齒輪半徑r3的函數(shù)r1＝r1(φ，e，p，r3)φ1＝φ1(φ，e，p，r3)為了均勻地裝入一定個數(shù)的行星齒輪，假定行星機構(gòu)中中心輪1轉(zhuǎn)過一個節(jié)曲線周期(2π/n1)時行星輪的公轉(zhuǎn)角度為2π/n3，需裝入的行星輪個數(shù)為N，則n1，n3及N之間必須滿足如下關(guān)系2N＝n1+n3確定了中心輪節(jié)曲線周期數(shù)n1及予定裝入的行星輪個數(shù)N后，即可由上式求出n3＝2N-n1，從而可以確定在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系。
齒輪機構(gòu)設(shè)計完成后，如作為容積裝置使用，則可根據(jù)任意一個行星輪兩側(cè)封閉面積處在最大最小位置時行星輪齒根曲線的重疊部分確定容積裝置工作介質(zhì)開啟窗口的面積大小及位置?？梢詮睦碚撋献C明，當N≥4，n1≥3時上述重疊面積總存在。
同樣，在上述實施例中，可以假定星輪的節(jié)曲線是兩周期的橢圓。
或四葉玫瑰線的蚌線r2＝c+dcos2φ其中c＞5d。
作為本發(fā)明的另一個實施例，可以假定中心輪的節(jié)曲線是n1周期的蚌線r1＝a+bcos(n1φ) (n1≥3)在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，可以假定中心輪轉(zhuǎn)過一個周期時行星輪轉(zhuǎn)過180°，進而可以確定行星輪的節(jié)曲線方程為r2＝r2(φ，e，p，r3)φ2＝φ2(φ，e，p，r3)此時行星輪的個數(shù)N，工作介質(zhì)開啟窗口位置等參數(shù)的計算同上述實施例。
本發(fā)明的構(gòu)成如上所述，行星齒輪機構(gòu)的設(shè)計與實施是本發(fā)明的關(guān)鍵，實際應(yīng)用時可根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用背景，如是作為液壓泵或是作為馬達使用，確定中心輪的節(jié)曲線周期數(shù)，行星輪個數(shù)，調(diào)整工作介質(zhì)開啟窗口的面積大小及方位，進而設(shè)計出體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、加工裝配比較容易的容積裝置。
權(quán)利要求
1.由圓柱內(nèi)齒輪與非圓齒輪組成的行星機構(gòu)，其特征在于該行星機構(gòu)是由作為中心輪的形狀為多邊形的非圓齒輪[1]，分布在中心輪周圍的若干非圓行星齒輪[2]及包容行星齒輪的內(nèi)齒輪[3]組成，中心輪[1]與內(nèi)齒輪[3]中必有一個是固定不動的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的行星機構(gòu)，其特征在于與行星輪[2]嚙合的內(nèi)齒輪[3]的節(jié)曲線是圓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的行星機構(gòu)，其特征在于與中心輪[1]和內(nèi)齒輪[3]嚙合的行星輪[2]的節(jié)曲線是兩周期的凸形曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的行星機構(gòu)，其特征在于凸形曲線是標準或變形橢圓、卵形曲線，或四葉玫瑰線的蚌線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的行星機構(gòu)，其特征在于中心輪[1]的節(jié)曲線是周期數(shù)大于等于3的凸凹多邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3、或4、或5中所述的行星機構(gòu)，其特征在于當中心輪轉(zhuǎn)過一個節(jié)曲線周期時行星輪的公轉(zhuǎn)角為2π/n3，中心輪的節(jié)曲線周期數(shù)為n1時行星輪個數(shù)N滿足如下關(guān)系式2N＝n1+n3
7.一種由權(quán)利要求6中所述非圓行星齒輪機構(gòu)組成的容積裝置，其特征在于所述中心輪[1]、行星輪[2]、內(nèi)齒輪[3]與這些齒輪兩側(cè)面的密封端蓋之間形成若干個封閉的腔體，這些腔體的體積隨中心輪[1]相對于內(nèi)齒輪[3]的轉(zhuǎn)動而周期變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的容積裝置，其特征在于該容裝置積的工作介質(zhì)開啟窗口面積是由行星輪兩側(cè)分別與中心輪和內(nèi)齒輪構(gòu)成的封閉面積分別處于最大和最小位置時齒根曲線的交叉部分而構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的容積裝置，其特征在于當內(nèi)齒輪[3]固定時，運動或力矩的輸入輸出構(gòu)件是中心輪[1]，當中心輪[1]固定時，運動或力矩的輸入輸出構(gòu)件是內(nèi)齒輪[3]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由圓柱內(nèi)齒輪與節(jié)曲線為兩周期的凸形行星輪及三周期以上的凸凹形中心輪而構(gòu)成的行星齒輪機構(gòu)，行星輪可依機構(gòu)用途在中心輪與內(nèi)齒輪之間布置多個，行星輪與中心輪及內(nèi)齒之間形成多個封閉面積，這些面積隨中心輪的轉(zhuǎn)角而周期變化，從而可以用來作為一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效、多作用的容積裝置，如液壓泵或馬達。
文檔編號F16H1/28GK1103930SQ9312100
公開日1995年6月21日 申請日期1993年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月15日
發(fā)明者徐曉俊, 唐德成, 高業(yè)田, 陳卓如 申請人:哈爾濱工業(yè)大學