专利名称：一种变速机构及其加工方法
技术领域：
本发明涉及一种传动装置，特别是涉及一种含有除渐开线齿或摆线齿以外的相互啮合元件的齿轮变速机构及其加工方法。
在当今普遍使用的传动装置中，有皮带传动，链条传动，液压传动及齿轮传动等等。其齿轮传动的变速机构通常采用的是渐开线齿或摆线齿，而这些轮齿在传动过程中经常出现轮齿折断、损坏等常见事故，修复十分困难。加工这些齿轮要求材质好，工艺水平高。在传动中，渐开线齿轮的滑动率在0～∝之间变化，实际运用中一般只能控制在1.5～8之间，而蜗杆传动的滑动率则高达2～10。渐开线齿轮的单级传动比一般在6.3以下，蜗杆的传动比虽然单级可以达到50，但是其滑动率大，效率很低。
本发明的目的在于提供一种高承载能力，含有除渐开线齿和摆线齿以外的相互啮合元件的齿轮变速机构，并提供一种本变速机构的加工方法。
为了实现上述发明目的，采用的技术解决方案是在现有齿轮变速机构的基础上进行新的轮齿设计，即传动齿轮采用了基本偏心圆齿轮，该种齿轮的齿廓是根据基本偏心轮与被啮合齿轮按一定传动比转动时相切于两轮中心线上的点的运动轨迹而形成的，用此基本偏心圆齿轮相啮合组成传送旋转运动并加以变速的新型齿轮变速机构。其齿轮取2—24对啮合齿轮，每对交错开一个θ角，大齿轮的齿数大于或等于2，小齿轮的齿数大于或等于1。
本方案的基本原理与轮齿齿廓的轨迹，如附图1所示，即基本偏心轮(轮B)与基本偏心圆齿轮(轮A)相互啮合的原理述说如下轮A的根圆半径为R，中心为Oa，齿数为n，其顶圆半径为R＋2e，轮B的半径为r，偏心距为e，其转动中心为Ob。当轮B绕Ob转动时，其圆心绕着以Ob为中心，以e为半径的圆周周期性的变动，现要求当轮A与轮B的转速比为1∶n时，两轮永远相交并相切于Oa、Ob的联线上，即当两轮按图示方向以1∶n的传动比转动时，当轮A转过θ1，轮B必须转过nθ1(图示的∠BoOdB1)；当轮A转过θ2，轮B必须转过nθ2，余类推。图中所示的AoBo，A1B1，A2B2，A3B3，AdBd等各点均系按此运动轨迹描出。为了使两轮按1∶n传动比转动时其走过的弧长基本相等以减小滑动，一般可取R＝nr，按此比例制造的偏心轮与基本偏心圆齿轮相互啮合时，其最大滑动率可小于1.3，此值既小于渐开线齿轮可以作到的最小平均滑动率，更大大小于圆柱蜗杆的滑动率，因而可以获得较好的传动效率，(上述之n均正整数)(取e＝r/4～r/6较适宜)按以上规律设计出合理的加工方案即可加工出准确的2齿以上任何齿数的基本偏心圆齿轮齿廓，其齿廓的包络曲线极坐标方程是ρ＝R＋r＋e－ecosnθ±√e2cos2nθ＋r2—e2。上式当θ＝θ°时ρ＝R，当θ＝π/n时，ρ＝R＋2e，按此规律以同一基本偏心圆与偏心距加工出的基本偏心圆齿轮既可与基本偏心轮直接啮合，又可以各种不同齿数的基本偏心圆齿轮相互啮合，以获得不同的传动比。
由于这种基本偏心圆齿轮齿廓是按照基本偏心轮在转动时与之相切的轨迹制造的，而偏心轮在转动时其切点的瞬时转动半径是按周期在r＋e与r－e之间交替变动，其中有1/2圈是从r－e渐增至r－e，另1/7圈由r＋e逐减至r－e，当轮B主动时，只有当瞬时转动半径渐增时才可推动轮A转动，为此只有两对以上按一定交叉角度重叠安装方可产生连续传动。
其基本偏心圆齿轮的加工方法可分三种。
方法1采用整体加工出齿廓后再切断成齿轮片，交错重叠装配法。
(1)用一根长棒料按成品之外圆尺寸留磨量准确加工出外圆；(2)按交错重叠装配之角度θ及位置度要求加工出工艺孔，其孔数根据重叠装配之齿轮片件数决定，即孔数等于装配齿轮片件数，并同时加工好内孔；(3)以基本偏心圆轮按齿数比转动时所形成的往复运动带动转动中的滚刀或磨轮以周期性的往复运动加工出齿廓，其齿廓的精度必须完全符合要求，检验时可以齿根圆和齿顶圆之尺寸公差要求作为检验依据；(4)按规定之齿轮片厚度切断，端面磨平，保证端面与内孔的垂直度；(5)各件均取其中一个定位孔与共同的内孔作为交错重叠安装的定位孔，相邻两片错开一个θ角，定位准确检验无误后再一次加工出各件相通的健槽。将轴装进即成。
方法2整体加工成一体的办法。
即取符合设计要求的材料，先加工出外圆，内孔，键槽，再按每片齿的宽度加工出中间的间隔槽，然后确定一个进刀的起始点，按方法1加工齿廓的方法加工出左边的一个齿廓，再将刀具移至右边的一片齿，并将加工起始点转动θ角加工出右边一片齿廓，此时两片齿形相同，但交错θ角，加工三片以上则依此类推。
方法3采用冲压成形，交错重叠装配法。
先按齿廓制好冲模，用冲模分片冲压成形，再按方法1加工工艺孔，键槽等，先不交错精加工齿廓，再行交错重叠装配而成。
由于采用了以上技术解决方案，较好地实现了本发明目的采用基本偏心圆齿轮相啮合构成的变速机构，与渐开线齿轮传动相比，在中心距，传动比相同的条件下，可以将其模数做到渐开线齿轮的3～5倍，因此在同种加工材料条件下，其抗弯承载能力可以大5～12倍，如果考虑到接触强度的提高较少，其综合承载能力亦可大1.3～2.5倍。本变速机构的单级传动比一般可在1一50之间或更大范围内任选，如需要更大的传动比，可以多级串连，克服了现有其它传动机构宜小不宜大或宜大不宜小的缺陷。该机构的齿面滑动率很小，可控制在0～1.3之间，故此有利于减小摩擦、摩损，提高机械效率和延长使用寿命，其单级传动效率可以稳定在0.98以上，而且其传动效率不会随传动比的增大而减小。又由于这种传动没有轴向力，则不需要采用推力轴承。而且还具有加工工艺性好，用材要求不高，使用范围广阔，大有取代渐开线齿或摆线齿传动之势。
图1是基本偏心圆齿轮啮合原理及齿廓轨迹形成示意图。
图2是由基本偏心圆齿轮啮合构成变速机构的装配示意图(图3中的B—B剖)。
图3是图2的俯视(A—A剖)示意图。
图4是3对基本偏心圆齿轮啮合示意图(图5中的B—B剖视)。
图5是图4的A—A剖视图。
图6是基本偏心圆齿轮(大)示意图(图中3个工艺孔和相应的3个键槽是表示3片齿轮的位置)。
图7是图6中的E—E剖面。
图8是偏心轮示意图。
图9是图8的剖视图。
图10是基本偏心圆齿轮(小)示意图。
图11是图10的剖视图。
图12是偏心轴承套的剖视示意图。
图13是图12的左视图。
图14是基本偏心圆齿轮整体加工的结构示意图。
图15是图14的剖视图。
实施例1附图描述了本发明的一个实施例，根据图1的原理设计加工出3对基本偏心圆齿轮，然后制作成如图2所示的变速机构。即该变速机构的机体4上平行装高速轴5和低速轴12，高速轴上装基本偏心圆齿轮2(本例为单齿，可以是多齿)，与之相对应低速轴上装基本偏心圆齿轮3(本例齿数为6，θ为30°)，前者小轮，而后者为大轮，本实施例取3对啮合齿轮。在小轮与小轮之间夹装垫圈9，大轮与大轮之间夹装垫圈13。高速轴的上端(输入端)装可通端盖6，下端装端盖10；低速轴的下端(输出端)装可通端盖15，上端装端盖11；在高速轴的可通端盖两头均装上偏心轴承套7，用于调整两轮中心距，轴承和齿轮之间装隔套8；低速轴上的轴承和齿轮之间装隔套14；机体上加变速箱盖1，即成为本发明的变速机构。
其基本偏心圆齿轮按前述的方法1制作，即采用整体加工出齿廓后再切断成齿轮片，交错重叠装配而成的方法制作。
实施例2按图1的原理设计加工5对基本偏心圆齿轮，然后按图2所示的结构制作变速机构。本实施例的基本偏心圆齿轮采用整体加工成一体的办法制作，如前述的方法2所述。本实施例小齿轮齿数采用2齿，大齿轮齿数采用9齿。
实施例3按图1的原理设计加工12对基本偏心圆齿轮，而后按图2所示的结构制作变速机构，其基本偏心圆齿轮采用冲压成形，交错重叠装配，如前述方法3所述。
权利要求
1.一种变速机构，由机体、箱盖、低速轴和高速轴等组成，其特征是传动齿轮采用了基本偏心圆齿轮，该种齿轮的齿廓是根据基本偏心轮与被啮合齿轮按一定传动比转动时相切于两轮中心线上的点的运动轨迹而形成，其啮合齿轮在2—24对之间，每对齿轮交错开一个θ角。
2.按权利要求1所述的一种变速机构，其特征在于传动齿轮中的大齿轮数大于或等于2。
3.按权利要求1所述的一种变速机构，其特征是传动齿轮中的小齿轮数大于或等于1。
4.一种权利要求1所述的变速机构的加工方法，包括机体、箱盖、高速轴和低速轴等部件的常规加工，其特征是基本偏心圆齿轮的加工方法是采用整体加工出齿廓后再切断成齿轮片，交错重叠装配，即(1)用一根长棒料按成品之外圆尺寸留磨量准确加工出外圆；(2)按交错重叠装配之角度θ及位置度要求加工出工艺孔，其孔数等于重叠装配齿轮片件数，并同时加工好内孔；(3)以基本偏心圆轮按齿数比转动时所形成的往复运动带动转动中的滚刀或磨轮以周期性的往复运动加工出齿廓；(4)按规定之齿轮片厚度切断，端面磨平，并保证端面与内孔的垂直度；(5)各件均取其中的一个定位孔与共同的内孔作为交错重叠安装的定位孔，相邻两片错开一个θ角，定位准确无误后，再一次加工出各件相通的健槽。
5.按权利要求4所述的变速机构的加工方法，其特征是基本偏心圆齿轮的加工方法为选材料先加工出外圆，内孔，键槽，再按每片齿的宽度加工出中间的间隔槽，然后确定一个进刀的起始点，先加工出左边的一个齿廓，再将刀具移至右边的一片齿，并将加工起始点转动θ角，加工出右边一片的齿廓，依此加工第3片，4片，5片等。
6.按权利要求4所述的变速机构的加工方法，其特征是基本偏心圆齿轮的加工方法是采用冲压成形，交措重叠装配。
全文摘要
一种变速机构及其加工方法，属于一种传动装置。它是在现有齿轮变速机构的基础上进行新的齿轮设计，即采用基本偏心圆齿轮，其齿廓是根据基本偏心轮与被啮合齿轮按一定传动比转动时相切于两轮中心线上的点的运动轨迹而形成的。与渐开线齿轮传动相比，在中心距、传动比相同条件下，可以将模数做到渐开线齿轮的3～5倍，则在同种加工材料条件下，其抗弯承载能力可以大5～12倍，考虑到接触强度，其综合承载能力亦可大1.3～2.5倍，且滑动率小，加工工艺性好。
文档编号F16H1/24GK1126809SQ9511061
公开日1996年7月17日 申请日期1995年1月8日 优先权日1995年1月8日
发明者黄瑞蓂 申请人:黄瑞蓂