专利名称：圆柱内齿轮与非圆齿轮组成的行星机构及容积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由圆柱内齿轮与非圆齿轮组成的行星齿轮机构，以及利用此机构中行星轮、中心轮、内齿轮之间围成的封闭面积随中心轮转角而周期变化的原理形成的容积式工作装置，如液压泵或马达。
在波兰专利71329及德国专利DE3542913A1中，提出了一种由三周期中心轮与四周期内齿轮及圆形行星轮而组成的非圆行星齿轮液压马达，在该方案中，内齿轮的节曲线是一凸凹边组成的四边形，即具有四个周期，各点的曲率半径不同，在相同排量下，该方案具有较大外径尺寸。且该方案中的内齿轮为非圆齿轮，加工困难。在波兰专利71329中，控制容积装置的工作介质开启窗口面积和方位是随行星轮的尺寸而固定的，因此调节控制性能较差。在德国专利DE3542913A1中这一面积虽然是可以改变的，但因结构原因不可能过多偏置中心轮的顶点位置，变化范围仍然十分有限。
本发明的目的是提出一种体积小，结构紧凑，加工装配比较容易的新型变中心距非圆行星齿轮机构，以及由此而形成的容积装置。
本发明提出的由圆柱内齿轮与非圆齿轮组成的行星机构，是由作为中心轮形状为多边形的非圆齿轮1，分布在中心轮周围的若干非圆行星齿轮2及包容行星齿轮的内齿轮3，其中中心轮1与内齿轮3中必有一个是固定不动的。
本发明由上述行星机构构成的容积装置，是由中心轮1、行星轮2、内齿轮3与这些齿轮两侧面的密封端盖之间形成若干个封闭的腔体，这些腔体的体积随中心轮1相对于内齿轮3的转动而周期变化而形成。
在本发明上述的行星机构中，内齿轮是一圆柱齿轮，它与行星轮啮合的节曲线是圆，行星轮是节曲线为两周期的凸形轮，其节曲线是标准的或非标准的椭圆，或卵形曲线，或四叶玫瑰线的蚌线，中心轮是由凸凹边组成的节曲线为三周期以上的多边形齿轮，行星轮可根据工作要求配制多个。
在本发明上述的容积装置中，其工作介质开启窗口面积是由行星轮2两侧分别与中心轮1和内齿轮3构成的封闭面分别处于最大和最小时齿根曲线的交叉部分而构成。内齿轮和中心轮中必有一个是固定不动的，当内齿轮固定时，运动或力矩的输入输出构件是中心轮，当中心轮固定时，运动或力矩输入输出构件是内齿轮。
本发明行星轮、中心轮及内齿轮之间形成多个封闭面积，此面积随中心轮的转角而周期变化。由于内齿轮是圆柱齿轮，加工容易，且在相同的外径尺寸下具有较大的面积变化，因此作成容积式装置时就具有较大的每转排量。在相同排量和输出扭矩的条件下具有较小的尺寸结构。通过调节椭圆齿轮或卵形齿轮长短轴的比例而改变行星轮的方位，进而可有效的控制容积装置的工作介质开启窗口面积的大小和方位，从而可有效的控制容积装置的低速稳定性，增大转速范围。
图1是本发明的机构原理简图。
图2是本发明的转化机构原理图。
下面结合附图对本发明进行详细阐述如图1，本发明是由中心轮1，行星轮2，内齿轮3组成的行星齿轮机构，其中内齿轮3的节曲线是圆，因而是一圆柱内齿轮。行星轮同时与内齿轮3及中心轮啮合。行星轮中心是浮动的。本发明提出的行星齿轮结构是一节曲线为两周期的凸形非圆齿轮，如椭圆齿轮或卵形齿轮。中心轮1的节曲线是3周期以上的凸凹多边形，如蚌线。中心轮1与内齿轮3之间按一定规律分布多个行星轮，行星轮的个数N一般大于或等于n1+2，n1为中心轮1的节曲线周期数。如图1所示，中心轮节曲线周期数为7，行星轮个数为9。由中心轮1，行星轮2，内齿轮3构成一种变中心距的行星齿轮机构，机构在工作时中心轮或内齿轮中必须有一个是固定不动的，图中假定内齿轮3固定。上述行星机构中，显然N个行星轮与中心轮，内齿轮形成N个封闭面积，这些面积是随中心轮转角而周期变化的，因而这种机构可以用来实现某种容积装置，如液压泵或马达。
作为本发明的一个实施例，可以假定行星轮2是卵形齿轮，其节曲线的极坐标方程为两周期的函数，r2＝p/(1-ecos(2φ))其中e≤1/3，卵形齿轮的长轴为p/(1-e)，短轴为p/(1+e)。假定中心轮的节曲线周期数为n1，在上述行星轮系的转化机构中(如图2)，假定行星轮转过180°时中心轮转过2π/n1，内齿轮也转过一定的角度，即行星轮在转化机构中转过一个节曲线周期，中心轮也转过一个周期，由此可确定中心轮的节曲线是行星轮的极角参数φ和e，p及内齿轮半径r3的函数r1＝r1(φ，e，p，r3)φ1＝φ1(φ，e，p，r3)为了均匀地装入一定个数的行星齿轮，假定行星机构中中心轮1转过一个节曲线周期(2π/n1)时行星轮的公转角度为2π/n3，需装入的行星轮个数为N，则n1，n3及N之间必须满足如下关系2N＝n1+n3确定了中心轮节曲线周期数n1及予定装入的行星轮个数N后，即可由上式求出n3＝2N-n1，从而可以确定在转化机构中内齿轮的转角关系。
齿轮机构设计完成后，如作为容积装置使用，则可根据任意一个行星轮两侧封闭面积处在最大最小位置时行星轮齿根曲线的重叠部分确定容积装置工作介质开启窗口的面积大小及位置。可以从理论上证明，当N≥4，n1≥3时上述重叠面积总存在。
同样，在上述实施例中，可以假定星轮的节曲线是两周期的椭圆。
或四叶玫瑰线的蚌线r2＝c+dcos2φ其中c＞5d。
作为本发明的另一个实施例，可以假定中心轮的节曲线是n1周期的蚌线r1＝a+bcos(n1φ) (n1≥3)在转化机构中，可以假定中心轮转过一个周期时行星轮转过180°，进而可以确定行星轮的节曲线方程为r2＝r2(φ，e，p，r3)φ2＝φ2(φ，e，p，r3)此时行星轮的个数N，工作介质开启窗口位置等参数的计算同上述实施例。
本发明的构成如上所述，行星齿轮机构的设计与实施是本发明的关键，实际应用时可根据本发明的应用背景，如是作为液压泵或是作为马达使用，确定中心轮的节曲线周期数，行星轮个数，调整工作介质开启窗口的面积大小及方位，进而设计出体积小、结构紧凑、加工装配比较容易的容积装置。
权利要求
1.由圆柱内齿轮与非圆齿轮组成的行星机构，其特征在于该行星机构是由作为中心轮的形状为多边形的非圆齿轮[1]，分布在中心轮周围的若干非圆行星齿轮[2]及包容行星齿轮的内齿轮[3]组成，中心轮[1]与内齿轮[3]中必有一个是固定不动的。
2.根据权利要求1中所述的行星机构，其特征在于与行星轮[2]啮合的内齿轮[3]的节曲线是圆。
3.根据权利要求1中所述的行星机构，其特征在于与中心轮[1]和内齿轮[3]啮合的行星轮[2]的节曲线是两周期的凸形曲线。
4.根据权利要求3中所述的行星机构，其特征在于凸形曲线是标准或变形椭圆、卵形曲线，或四叶玫瑰线的蚌线。
5.根据权利要求1中所述的行星机构，其特征在于中心轮[1]的节曲线是周期数大于等于3的凸凹多边形。
6.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5中所述的行星机构，其特征在于当中心轮转过一个节曲线周期时行星轮的公转角为2π/n3，中心轮的节曲线周期数为n1时行星轮个数N满足如下关系式2N＝n1+n3
7.一种由权利要求6中所述非圆行星齿轮机构组成的容积装置，其特征在于所述中心轮[1]、行星轮[2]、内齿轮[3]与这些齿轮两侧面的密封端盖之间形成若干个封闭的腔体，这些腔体的体积随中心轮[1]相对于内齿轮[3]的转动而周期变化。
8.根据权利要求7中所述的容积装置，其特征在于该容装置积的工作介质开启窗口面积是由行星轮两侧分别与中心轮和内齿轮构成的封闭面积分别处于最大和最小位置时齿根曲线的交叉部分而构成。
9.根据权利要求7中所述的容积装置，其特征在于当内齿轮[3]固定时，运动或力矩的输入输出构件是中心轮[1]，当中心轮[1]固定时，运动或力矩的输入输出构件是内齿轮[3]。
全文摘要
本发明涉及一种由圆柱内齿轮与节曲线为两周期的凸形行星轮及三周期以上的凸凹形中心轮而构成的行星齿轮机构，行星轮可依机构用途在中心轮与内齿轮之间布置多个，行星轮与中心轮及内齿之间形成多个封闭面积，这些面积随中心轮的转角而周期变化，从而可以用来作为一种结构紧凑、高效、多作用的容积装置，如液压泵或马达。
文档编号F16H1/28GK1103930SQ9312100
公开日1995年6月21日 申请日期1993年12月15日 优先权日1993年12月15日
发明者徐晓俊, 唐德成, 高业田, 陈卓如 申请人:哈尔滨工业大学