专利名称：改进的球形齿轮及其系列啮合器及其传动装置的制作方法
此发明属于机械范围齿轮传动类。
目前，圆柱齿轮和圆锥齿轮等传动时其轴不能摆动，但球形齿轮系列啮合器和传动装置实现了齿轮传动时轴可平面摆动的技术，它的用途广泛，其中适宜用作汽车前轮驱动部件，其性能对比目前应用的万向传动节，摆动角限可以更大，在大角度高转速时摩擦并不增大；专利申请文献CN1066717.A曾公开了上述啮合器和传动装置，叙述了球形齿轮和辅助零部件特点以及其啮合器和传动装置结构，但存在缺陷是公开不充分，用词不规范，并且结构性能不佳，例如，一其齿轮壳设计过宽，致使其最大摆角达不到所称角度；二其轴向推力设计太差；三是轴承座设计不合理，导致性能不好，还有其他缺点，另外球形齿轮设计制造方法不足成立。
本发明的目的是完善上述的球形齿轮及其系列啮合器和传动装置，使其在轴摆角度、应力性能，强度寿命等等方面更好，制造方法达到优越完整，并使文件表达更充分。
本发明所叙述的下面内容能够达到上述目的，其结构的解决方案是由改进了的主零件球形齿轮和辅助零部件和常用件装配构成，改进了的球形齿轮亦分圆球、球环、榄体三种，改进了的辅助零部件有各种球形齿轮壳、拉杆、啮面等角(或等弧长)齿圈段、上下压板等等，还有专用于某种啮合器或传动装置的独特部件，如键轴伸缩轴承、拉框等等；每种啮合器或传动装置都合理地增减一些零部件，具体的解决方案首先是将下面主要零部件作出改进，用啮合原理指导解决方案，另外解决方案还包括球形齿轮设计制造方法，下面分三类作详细叙述1、主要零部件的改进。
圆球齿轮的构造是以圆球为基础，两极有轴孔贯穿，球面当作经线向即轴向分度圆和纬线向即径向分度圆，中部即纬线零度为大圆，齿形为轴向条齿，齿形参数基本上与直齿圆柱齿轮相同，但是模数由大圆向两侧小圆逐减，逐减系数是COSa纬度。改进的措施是其轴孔制成花键孔(或者轴孔扩大并使用平键)，轴孔两端扩大成圆柱形或圆台形凹腔，用来放置推力球轴承，在纬度50°左右啮合不到的小圆钻一垂直贯通轴孔的销孔。
球环齿轮曾称周球齿轮，基础是一圈实心圆环，其环内部假设可以内切成一圈圆球；可以有可无环内径，轴孔从环中心贯穿，圆环面为纵横分度，齿形为轴向条齿，齿形参数基本上与直齿圆柱齿轮相同，但是模数由径向大圆向两侧小圆逐减，其中环内径等于零的其逐减系数为COS(a÷2)，其a为环截面圆心角。改进的措施是轴孔制成花键孔(或者轴孔扩大并使用平键)，其中环内径等于零的球环齿轮，轴孔两端扩大成圆柱形或圆台形凹腔，在大圆的齿间槽中点一垂直贯穿轴孔的圆柱销孔。
榄体齿轮曾称榄形齿轮，基础是榄体，一般制成齿轮轴形式，榄面定作径向大小分度圆和轴向分度圆孤，定义上轴向分度圆弧半径大于径向大圆分度圆半径就是榄体范围，齿形为轴向条齿，齿形参数基本上与直齿圆柱齿轮相同，但是模数从中间大圆向两侧小圆榄尖逐减，齿数不变。改进的措施是在轴上设立轴环肩，用来肩顶轴承，环肩与榄尖距离根据主动从动齿轮壳的轴承座不相碰原则而定。
齿轮壳结构在三种球形齿轮之间，主动与从动之间，从摆型与互摆型之间，其形状都有差异。其中从摆型啮合器的齿轮壳为柜式，共同特点是四层钢板三层空间三面壁的整体铸件，中层空间用装球形齿轮与等角或等弧长齿圈段，上下层空间分别用装两根拉杆，第二、三层钢板垂直于啮面的边缘呈弧形，跟所配球形齿轮分度圆弧相等，但半径略小，第一、四层钢板外面呈平面；相对啮面的后壁，如果是从动齿轮壳呈弧形或梯形，但弧半径应大于齿轮齿顶圆半径以留间隙，如果是主动齿轮壳，其后壁可呈平面，侧壁上、下边有光孔耳；销孔开在所配齿轮的球心(或圆心)垂线上下。改进的措施是不论任何的齿轮壳，两侧壁都设垂直内嵌可拆挡肩式整体承轴座，装配时用双头螺柱母紧固在侧壁特设的圆缺中；另外外层的销孔旁边还有一小孔。
等角等速互摆型啮合器专用的齿轮壳，改进采用箱式二层钢板一层空间，这个空间是装用球形齿轮的，上下呈平面，但在相对于所装球形齿轮的球心(或截环圆心)垂线上下面各连有一柄轴，相对于啮面的后壁呈弧形，其弧半径大于球形齿轮的齿顶圆半径可以留间隙，两侧壁垂直内嵌可拆挡肩式整体轴承座，装配时用双头螺柱螺母固定在侧壁特设的方缺中。
上述的双头螺柱特制成一头有销孔的。
拉杆中部有可调松紧的机构，两齿轮之间松紧用螺母与垫片来调节，长度过少时可改用双头螺柱，两端原套入滚动轴动轴承的大孔，减少孔径改用套入滑动轴承。
上下压板，为上下两块钢板，长大于宽，用来压紧主动、从动齿轮壳，压在主动齿轮壳的一侧设有固定螺栓孔，另一侧则靠端部连续件连接，压在从动齿轮壳部位加宽形成摆动床位，改进的措施是在上下压板垂直于齿轮的中部钻有输油孔，并在边缘用铁皮焊接一道低的围油栏。
等角或等弧长的啮面齿圈段，成对配套并上下放置，用沉头螺钉螺母或铆钉固定在齿轮壳中部空间第一三层钢板，其齿圈分度圆弧半径等于垂线下面所配的球形齿轮分度弧半径，并且垂直重合。据此，等角方面的一对弧形齿圈分度圆弧半径与模数都相同，而等弧长的一对弧形齿圈，其分度圆弧半径不同，但模数相同。改进的措施是设立环形凸挡肩，挡着近齿面钢板使之不能因应力而移位，中心线上，一侧定为齿中心，另一侧定为齿间中心，这样利于测量。
键轴伸缩轴承，结构是由带两肩键的键轴和两组八小组共十六粒滚珠，装上改进了的两侧半圆承瓦合上，其半圆承瓦有三隔腔和一隔台，隔台两边的隔腔有内肩键，承瓦外加套筒，用螺栓螺母沉头螺钉固定，承瓦与套筒之间有榫合结构，套筒外面中部有用了螺栓固定的孔的环凸；键轴的行程是滚珠行程的1.2倍至1.5倍。
2、啮合原理发明人为了引证，试制出几种型号的模型，精密度达到1MM，转动摆动畅快，证明符合自然物理规律，并测出轴摆角可达45°至50°。
根据立体几何与齿轮述语和
图15，叙述如下A、球形齿轮结构原理根据球的立体几何特征，球心与球面距离处处相等，所以拉紧两球的球心，那么其球面(相当于分度圆)处处相切，因此，球形齿轮的分度圆在摆动时亦相切，据此特征。
由于球形齿轮的模数从中部大圆向两侧小圆按系数逐减，齿数不变。符合d＝mz规律，其模数逐减系数如下设模数逐减系数为Yr<reduce首位字母>设a为任意纬度(大圆处为零)，根据特点共同 圆球齿轮Yr＝cosa环内径等于零球环齿轮Yr＝cos(a÷2)有环内径球环齿轮，则如下 上式中，两环截面圆心的轴向平行线内的纬度用负号，a为截面圆心角，轴线两侧包含两个两极平行的圆球，a亦相当于其纬度。
用中部大圆的模数乘以a纬度逐减系数Yr，就得到a纬度逐减了的模数
m小＝m大×Yr(b)摆角的矛盾因素。
从动齿轮壳摆到极点时会与主动齿轮壳相碰，据测量，摆角大小与齿轮壳的宽度、轴径和轴承外径三者成反比例，为了使摆角最大，轴径不能太大，轴承应选用中轻系列，但考虑到转速与机械强度，上述二者变不能太小，因此，合理的办法是将球齿轮啮合不到的小圆截去，并且设立轴孔端凹腔来放置轴承，这样使齿轮壳的宽度大减，有利增大摆角。以圆球齿轮和球环齿轮为例，截去轴孔端部分小圆设凹腔基础上，齿轮大圆d为50、100、120、160200mm，相对轴d为10、17、20、25、30mm，使用轴承相对分别为200、203、204、205、206代号，据测定，所装配成的啮合器都能获±45°左右的最大摆角。另一种合理办法是一侧采用窄齿轮壳另一侧采用宽一点的轮壳也能获得较大摆角，理由是这样处理使它们的轴承座不正面相碰，例如榄体齿轮壳和后述装有键轴伸缩轴承的有环内内径的球环齿轮。
(c)啮合器结构原理。
从摆，是作用力于从动齿轮壳与从动轴使之摆动的意思。
齿轮壳的作用是支承轴与球形齿轮，同时配合拉杆和销轴间接把两球形齿轮拉紧，其销轴孔在球心(或榄体齿轮的榄弧圆心)垂线上下位置，达到使球面(分度圆)始终相切。
拉杆连接主动、从动齿轮壳的销轴，其连接距离为主动、从动齿轮球部(或榄弧)半径之和。
等角(或等弧长)齿圈段的作用是使主动、从动齿轮的相同模数的齿点准确相啮合。
上下压板的作用是提供给齿轮壳一个平面应力并维持这个平面，并给从动齿轮壳滑动摆动提供床位(两者之间有1-2mm左右间隙)。
键轴伸缩轴承的作用是使轴伸缩时摩擦减少。
附图中虽然绘成传动轴从齿轮壳两侧延伸，但实际产品应将齿轮壳的一侧轴截掉留下另一侧，并且主动轴不能和从动轴同在一边截，如图15那样，这样才能达到最大摆角。
传动轴直接配轮工作无多大可能性，需要外接工作转轴和支承点等等构成传动装置，才能更好地工作，所以传动轴大多数情况下其延伸部分制成花键轴。
从摆型有合成角形成，如主动、从动圆球齿轮在22.5°纬度啮合，那么从动轴就摆到了45°角；但是互摆型却没有合成角形成，如两个圆球齿轮在45°纬度啮合，轴才摆到45°角。
其中由等角等速互摆型啮合器构成的等腰三角形传动装置，工作时啮合器沿滑杆滑动，两轴相对形成等腰三角形，能自动相对形成等角啮合，无需等角齿圈段。
凹凸圆球齿轮等角等速从摆型在传动摆动时，其凹凸齿能自动形成等角啮合，无需等角齿圈段。
等角或等弧长齿圈段设计时仅以模数和分度圈半径来设计，齿数不限，因此可以采用任意模数，但实际上采用比所配的啮合器的球形齿轮的模数(大圆)略少为宜。
球形齿轮截去两侧较多的小圆所剩下中间部分可用作固定与球形齿轮传动之用，例如球柱、环柱、榄柱。
主动轮亦可与圆柱齿轮作固定的传动。
3、球形齿轮的设计制造方法。
此方法目的是在加工时提高成品率，具体分述如下过程A.设计制图圆球齿轮和球环齿轮都能直接在图纸上设计出来，先决定大圆分度圆直径、齿数、大圆模数，过程中，基齿形可在轴向分度圆上按1至5纬度求出逐减模数，再根据Ha＝m小、Hf＝1.25m小的公式定点，把点点连成线就绘得齿形。
榄体齿轮一般作配套设计，需要借助硬纸条或铁皮或铝皮以所配球形齿轮的分度圆弧长分做两“榄弧”，在所对应的纬度弧点打孔，另外，以上述相应弧点的逐减模数乘以榄体大圆分度圆直径，得出榄体若干小圆分度直径，借助竹条或木条分别量取做做成有尖有肩的“直径条”，将“直径条”相对插进“榄弧”的孔中，就得到一个所求的的榄体了，量出榄体的长与榄体弧半径，就可以在图纸上绘出榄体齿轮的图样，上述的制作可以扩大尺寸来提高精确度。
凹凸圆球齿轮需要借助于一个分度圆相等或扩大的木球或松香球，以逐减半圆相切“三线”，即相切两条径向齿距线和相切前轴向齿距线，得出该四棱台齿的二分之一齿距，量得数据，再绘图纸。
b.制坯件将上述图纸数据制模具，小齿轮可制至齿顶圆程度，d为50mm以上大齿轮可制至齿形程度，因为需机床加工因此需加大尺寸，采用精密模锻法或精密铸造法制得坯件，并在模具上设立大圆凸线标志和轴线凸点标志，在大圆线经过的齿间中心设凸点标志，制得的坯件，上述的凸标志当然变成凹标志。
C.测量钻孔将坯件略加打磨，测量上述凹标志是否准确，如果准确，用钻床将其齿间凹点浅孔，但其孔径不得大于齿间槽底。
D.加工时爪防其移位转位即使使用精密机床，如果用摩擦来夹紧工件，难免有移位转位，但是用特制的机床夹具的爪伸进坯件孔中紧固与定位，进行钻、镗轴孔和进行铣剃齿形，这样不会产生工件移位和转位而造成废品。在周围180度内可伸一至三个爪。
E.刻线经齿形磨床加工后，再刻划大圆线和轴向分度圆线，上述齿间浅孔如有留痕无妨传动性能，反而使大圆线更加明显。
本发明的优点与效果如下由于齿轮壳和轴共同摆动时会产生很大的轴向推力，所以采用推力球轴承来抵抗这种推力，并且将推力球轴承置于特设的球型齿轮的凹腔中而不会增加齿轮壳宽度。
传动轴采用花键轴段装配球形齿轮，由于键端及齿轮凹腔底面与轴垂直呈平面，在推力球轴承作用下齿轮并不移动，再加圆柱销紧固后用锡焊封销孔口，有利于减少轴向尺寸。
圆球齿轮和环内径小于环截径的球环齿轮采用截小圆与设立凹腔安置轴承的结构，有效地减少齿轮壳的宽度，达到最大摆角。
采用可折内嵌挡肩式整体轴承座，结构更紧凑，抵挡推力平稳，不易移位，不易移位，即使螺柱的螺母松动仍有较大强度。采用方顶销轴或者圆顶销轴特制成有爪结构，使其不能自转，这样保护齿轮壳不因磨损而使球心垂线偏移，何况更换销轴和滑动轴承比更换齿轮壳经济合算。
其中互摆型啮合器采用逢式齿轮壳和边分式拉框，使结构简单，强度提高，装拆容易，并利于提高摆角。
键轴伸缩轴承如果用单筒式虽然直径小一点，但机床加工筒内隔腔极大困难，但是改进采用筒内套半圆承瓦式，优点是制造容易，即半圆承瓦的隔腔的车、铣、刨、磨加工能够敞开进行。
其他在啮合原理、球形齿轮设计制造方法以及附图等方面表达更充分和规范。
图面说明如下图1是圆球齿轮M1∶1的零件二视图，<a>为主视剖视图，<b>为左视剖视图。
图2是环内径为零的球环齿轮M1∶1的零件二视图，<a>为主视剖视图，<b>为左视剖视图。
图3是有环内径的球环齿轮M1∶1的零件二视图，<a>为主视剖视图，<b>为左视剖视图。
图4是榄体齿轮M1∶1的零件剖视图。
图5是传动轴与销的M1∶1的部件装配图及剖面图。
图6是从动柜式圆球齿轮壳的M1∶4的部件装配三视图，<a>为主视A-A剖视图，<b>为左视局部剖视图，<c>为俯视局部剖视图。
图7是主动柜式圆球齿轮壳的M1∶4的部件装配三视图，<a>为主视A-A剖视图，<b>为左视局部剖视图，<c>为俯视半剖视图。
图8是拉杆的M1∶2的部件装配二视图，<a>为主视图，<b>为俯视局部剖视图。
图9是从动柜式球环齿轮的M1∶4的部件装配三视图，<a>为主观A-A剖视图，<b>为左视局部剖视图，<c>为俯视局部剖视图。
图10是从摆型啮合器采用杆置等角机构M1∶3装配筒图，<a>为主视剖视图，<b>为A-A剖面图。
图11是啮面等角齿圈段的M1∶2的部件装配二视图，<a>为主视图，<b>为左视A-A剖视图。
图12是一付上下压板的M1∶4的部件装配图，<a>为主视局部剖视图，<b>为A-A剖面图。
图13是主动柜式榄体齿轮壳的M1∶3部件装配三视图，<a>为主视A-A剖视图，<b>为左视半剖视图，<c>为俯视半剖视图。
图14是键轴伸缩轴承M1∶2部件装配剖视图，包括A-A、B-B、C-C剖面及A向。
图15是采用M1∶1的啮合原理示意图。
图16是等角等速从摆A1型啮合器的M1∶4的装配主视A-A剖视图。
图17是图16的左视剖视图。
图18是等角等速从摆B1型啮合器的M1∶4的装配主视A-A剖视图。
图19是图18的左视剖视图。
图20是等速差角从摆A1型啮合器的M1∶4的装配主视A-A剖视图。
图21是图20的左视剖视图。
图22是变速差角从摆A型啮合器的M1∶3的装配主视A-A剖视图。
图23是图22的左视剖视图。
图24是变速差角从摆B型啮合器的M1∶3的装配主视A-A剖视图。
图25是图24的左视剖视图。
图26是等速等角互摆A型啮合器的M1∶3的装配主视局部剖视图。
图27是图26的左视局部剖视图。
图28是图26的仰视B-B剖视图。
图29是图26连接的等腰三角形传动装置的M1∶10的示意图。
图30是等速等角互摆B型啮合器的M1∶3的装配主视局部剖视图。
图31是图30的左视半剖视图。
图32是图30的仰视B-B剖视图。
图33图30连接的等腰三角形传动装置的M1∶10的示意图。
图34是内凹凸圆球齿轮啮合示意图。
图35是凹凸圆球齿轮齿形三视图，<a>为主视A-A剖视图，<b>为左视B-B剖视图，<c>为<a>、<b>的俯视图。
图36是凹凸圆球齿轮轴向齿距的设计方法示意图。
图37是等速等角从摆A1型啮合器构成的竖摆支承减震传动装置的M1∶4的示意图。
图38是等速等角从摆B1型啮合器构成的竖摆支承减震传动装置的M1∶4的示意图。
下面结合附图叙述最佳实施例。
1、零部件的制造。
圆球齿轮、环内径等于零的球环齿轮、有环内径的球环齿轮、榄体齿轮以及凹凸圆球齿轮，根据解决方案所述的结构，再分别参考图1、图2、图3、图4、图34、图35、图36，采用常规技术结合前述的设计制造方法而制造出来。
辅件如各种齿轮壳、传动轴、拉杆、拉框，啮面等角(或弧长)齿圈段、上下压板以及键轴伸缩轴承等等，根据解决方案所述结构，再分别参考图5、图6、图7、图8、图9、图11、图12图13、图14、图27、图31，采用常规技术制造出来。
2、等速等角从摆型啮合器A1型如图16图17所示，此型其中由前述改进了的零部件和常用件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴1分别装合两个分度圆直径及大圆模数齿数都相等的圆球齿轮2，用圆柱销紧固，再分别装合向心滚动轴承6，再分别装合在主动柜式圆球齿轮壳8和从动柜式圆球齿轮壳9的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉、螺母或铆钉装合啮面等角齿圈段14，再分别用销轴18连接上下的拉杆16，用一付上下压板19压紧两齿轮壳，用螺栓母20紧固主动齿轮壳和端接件。其中还设置推力球轴承5分别装在圆球齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间改用滑动轴承17，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
上述的拉杆连接长度是两“球”分度圆半径之和。
采用啮面等角齿圈段的优点是结构简单、扭力大、尺寸小，是首选形式(下同)。
A2型此型是把图16图17的啮面等角齿圈段13免除，改用图10所示的杆置齿轮等角机构，并将从动柜式圆球齿轮壳9背面弧壁的一三层开窗让拉杆伸过。
杆置齿轮等角机构的结构是从动齿轮壳弧壁装配弧形外齿板，上下压板端接件装配弧形内齿板，二者啮合着由拉杆连接的两个圆柱齿轮，如图10所示，下同后述。
杆置齿轮等角机构数据设计法如下。
测得已知t1∶t2＝x1∶x2＝r3∶r4＝r2∶r5＝1∶3，根据规律，那么r2＝r1＋x1(测r1＝t1)r3＝(3x1－x1)÷(1＋3)× 1r4＝(3x1－x1)÷(1＋3)×3r5＝(3r1＋3x1(r1为球的分度圆半径)设r1为50mm，x1为30mm，代入以上各式，得r2＝80mm，r3＝15mm，r4＝45mm，r5＝240mm。
r2和r5的圆心分别为销轴。
此型由于采用杆置齿轮等角机构，并不优越，反而体积大复杂耗料多而实用性小，但作为另一种等角(或弧长)形式在技术上是存在的，可供特殊情况选择，下同后述。
B1型如图18图19所示，此型其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴1分别装合两个大圆分度圆直径和环内径和大圆模数和齿数都相同的球环齿轮3，用圆柱销紧固，再分别装合向心滚动轴承6再分别装合在主动框式球环齿轮壳10和从动柜式球环齿轮壳11的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉、螺母或铆钉装合啮面等角圈段14，再分别用销轴18上下各连接拉杆16，用一付上下压板19紧压两齿轮壳，用螺栓螺母20紧固主动齿轮壳和端接件；其中还设置推力球轴承5分别装在球环齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间用滑动轴承17，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
拉杆连接长度是两齿轮的截环分度圆半径之和。
B2型此型是把图18图19中的啮面等角齿圈段14免除，改用图10所示的杆置齿轮等角机构，并将从动柜式球环齿轮壳11的背面弧壁的一三层开窗让拉杆伸过。
测量已知t1∶t2＝x1∶x2＝r3∶r4＝r2∶r5＝3∶5，根据规律，那么r2＝t1＋x1(测t1＝3r1)r3＝(5x1÷3－x1)÷(3＋5)×3r4＝(5x1÷3－x1)÷(3＋5)×5r5＝5r1＋5x1÷3
上述只适用于环内径等于零的球环齿轮所构成的啮合器，r1为环截面半径，r2和r5的圆心为销轴。
例如，设r1为30mm，设x1为30mm，那么得r2＝120mm，r3＝7.5mm，r4＝12.5mm，r5＝200mm。
3、等速差角从摆型啮合器根据等弧长和模数逐减规律，可设此类。
A1型如图20图21所示，此型其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴1分别装合圆球齿轮2和球环齿轮3，用圆柱销紧固，再分别装合向心滚动轴承6，分别装合在主动柜式圆球齿轮壳8和从动柜式球环齿轮壳11的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉、螺母或铆钉装合啮面等弧长齿圈段15，用销轴18分别上下各连接拉杆16，用一付上下压板19压紧两齿轮壳，用螺栓螺母20紧固主动齿轮壳和端接件；其中还设置推力球轴承5分别装合在上述齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间用滑动轴17，销轴特制成有爪结构使之不得自转。此型传动条件是两齿轮的大圆分度圆直径和大圆模数和齿数必须相等，并且球环齿轮的环内径应等于零。
A2型此型是把图20图21的啮面等弧长齿圈段15免除，改用图10所示的杆置齿轮等弧长机构，并且将从动柜式球环齿轮壳11的背面弧壁的一三层开窗让拉杆伸过。
啮合条件同A1型。
测量已知t1∶t2＝x1∶x2＝r2∶r5＝3∶6。
因为差角原因，从动轮啮合角比主动轮大一倍，所以按理调节r3∶r4＝3×2∶6＝6∶6。那么r2＝t1＋x1(测得t1＝3r1)r3＝(6x1÷3－x1)÷(6＋6)×6r4＝(6x1÷3－x1)÷(6＋6)×6r5＝6r1＋6x1÷3上述所配的球环齿轮须是环内径等于零的，r1是环截面分度圆半径。
例如设r1为30mm，设X1为30MM，代入上式得r2＝120mm，r3＝15mm，r4＝15mm，r5＝240mm。
r2和r5的圆心分别为销轴。
4、变速差角从摆型啮合器。
圆球齿轮或球环齿轮如果采用大径配小径的方式来进行变速传动是行不通的，即使大圆模数相同而小圆弧长不同在摆角时会产生卡齿现象，只有配与榄体齿轮才可以变速传动。
榄体齿轮用大圆直径，榄弧半径、弧长、齿数、大圆模数这几个数据表达并绘图。(本文件中所简称的“直径”和“半径”“榄弧”统指分度圆的。)所述的榄体齿轮是经过配套设计的，大圆模数与所配的相同，大圆直径和齿数比所配的少。
A型此型如图22图23所示，其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是一侧用传动轴1装合圆球齿轮2，用圆柱销紧固，轴两端再分别装入向心滚动轴承6，再装入从动柜式圆球齿轮壳9的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；另一侧用经过配套设计的榄体齿轮4的两端轴分别装入圆锥滚子轴承7，再装入主动柜式榄体齿轮壳12的轴承座中，用螺栓螺母紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉、螺母或铆钉装合啮面等弧长齿圈段15，用销轴18分别上下各连接拉杆16，用一付上下压板19压紧两齿轮壳，用螺栓螺母20紧固主动齿轮壳和端接件；另外，其中还设置推力球轴承5分别装入圆球齿轮2的凹腔中，拉杆与销轴之间采用滑动轴承17，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
拉杆连接长度是圆球齿轮的半径和榄体齿轮的榄弧半径之和。
B型如图24图25所示，此型其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是一侧用传动轴1装合球环齿轮3，用圆柱销紧固，轴两端再分别装入向心滚动轴承6，再装入从动柜式球环齿轮壳11的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；另一侧用经过配套设计的榄体齿轮4的两端分别装入圆锥滚子轴承7，再装入主动柜式榄体齿轮壳12的轴承座中，用螺栓螺母紧固；两齿轮壳再分别用沉头螺钉螺母或铆钉装合啮面等弧长齿圈段15，用销轴18分别上下各连接拉杆16，用一付上下压板19压紧两齿轮壳，用螺栓螺母20紧固主动齿轮壳和端接件；另外，其中还设置推力球轴承5装合在球环齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间采用滑动轴承17，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
拉杆连接长度是球环齿轮的截环半径和榄体齿轮的榄弧半径之和。
5、等速等角互摆型啮合器及其传动装置此互摆型啮合器完全不能独立应用，必须外接其他部件构成等腰三角形传动装置才可应用，功能把从摆型啮合器中心O微少移动的轴转动摆动，变成有固定支承点的轴转动摆动输出动力。
A型如图26图27图28所示，此型啮合器其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴1分别装合两个相同的圆球齿轮2，用圆柱销紧固，齿轮的凹腔中分别装入圆锥滚子轴承7，再分别装合在两个箱式圆球齿轮壳21的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固；齿轮壳的柄轴分别装合推力球轴承5和滑动轴承用轴套23，再共同装合在预先装上滑动轴承17的拉框24中，用螺栓螺母20紧固，再用螺栓螺母上下分别装合可倾支架25及滑杆26，传动轴的延伸部分制成花键轴并连接叠套27。
轴套23与齿轮壳的柄轴属紧固连接，采用花键形式或平键形式。
如图29所示，用此啮合器其中构成的等腰三角形传动装置结构是一侧延伸的花键轴与其叠套27连接并兼做一个较大的等速等角从摆型啮合器的从动轴，另一侧延伸的花键轴与其叠套27兼做工作转轴而连接十字轴套式轴承座31，形成支承点输出动力，两侧连接的中点与此啮合器中心线距离相等，滑杆与可倾支架倾斜放置，其倾斜偏距t等OA的二分之一。
工作原理特点推拉作用力于拉框使之沿滑杆滑动，两传动轴伸缩相对形成等腰三角形轨迹，两圆球齿轮会自动形成啮合等角，因此免除啮面等角齿圈段。
互摆型啮合器的最大轴摆极限是±45°在轴摆到极限45°时，花键轴比原来伸长约二分之一，这个数据可以用三角函数解直角三角形求得。
B型如图30、图31、图32所示，此型啮合器其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴1分别装合两个相同的球环齿轮3，用圆柱销紧固，其齿轮的凹腔中分别装合圆锥滚子轴承7，再分别装合在两个箱式球环齿轮壳22的轴承座中，用双头螺柱螺母13紧固，齿轮壳的柄轴分别装入推力球轴承5和滑动轴承用轴套23，再共同装合在顶先装上滑动轴承17的拉框24中，用螺栓螺母20紧固，再用螺栓螺母上下分别装合可倾支架25和滑杆26、传动轴1的延伸部分制成花键轴并连接叠套27。
轴套23同齿轮壳的柄轴连接同A型。
如图33所示，用此啮合器其中构成的等腰三角形传动装置的结构是与A型逻辑相同。
工作原理特点与A型逻辑相同。
摆角极限和花键轴伸缩特点同A型。
6、等速等角从摆特别型啮合器。
此型其中所用的特别零件是凹凸齿圆球齿轮，并且亦经改进，简称凹凸圆球齿轮。
此型结构是用图16、图17所示的等速等角从摆A1型啮合器，其中把主动、从动的两个轴向条齿形的圆球齿轮2换成两个相同的似四棱台形凹凸齿的圆球齿轮28，并把两对啮面等角齿圈段14免除。
如图34、图35所示，所述的凹凸圆球齿轮28，基础与分度圆同前述的轴向条齿一样，特异的齿形是似四棱台形，凹凸形式相间，其齿体积由中部大圆向两侧小圆逐减；径向即纬线向齿形包括齿距亦与模数有关，模数亦由中部大圆向两侧小圆逐减，逐减系数亦是COSa，但其轴向即经线向齿距则由逐减半圆法来决定，如图36所示，其半圆半径等于二分之一轴向齿距。改进的措施轴孔采用花键孔(或扩大孔径设一键槽)轴孔两端扩大成圆柱形或圆台形凹腔，用来放置推力球轴承或圆锥滚子轴承，在纬度50度左右啮合不到的地方，钻一垂直贯通轴孔的销孔适宜采用Ha为0.8，Hf为1.1m的短齿形。除此以外，齿形参数同直齿圆柱齿轮。
此型啮合器中的凹凸圆球齿轮的似四棱台形凹凸齿，使齿轮在转动摆动时能自动形成和维持等角啮合。
7、从摆型啮合器构成的传动装置任何从摆型啮合器单独工作应用较少，因为它的从动轴无支承点不耐撞拉，所以也须外接机构构成传动装置才应用较多，例如下述的传动装置。
本传动装置的功能是有支承点，垂直减震摆动转动输出动力，工作转轴可以水平摆动90°角，同时还上下垂直摆动。
如图37、图38所示，此装置其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体结构是用任何一种从摆型啮合器，坚置，其从动轴连接键轴伸缩轴承29，再用销串联接工作转轴30，工作转轴预先装合两个圆锥滚子轴承7，再装合在十字轴套轴承座31中，其套筒的两侧柄轴分别装合向心滚动轴承6，再装合带轴承座的叉形撑杆32；撑杆预先装合在三角体固定架33和转架34的轴孔中，再装合一个推力球轴承5让其顶着钢板弹簧组35；转架另一端用螺栓螺母20与啮合器的上下压板紧固。
从摆型啮合器连接键轴伸缩轴承结构如下如果采用等速等角从摆A1型啮合器，其从动圆球齿轮的从动传动轴的延伸部分，用套筒凸缘联轴器36与圆锥销或螺栓螺母连接紧固，如图37所示。
如果采用等速等角从摆B1型啮合器，如图38所示，其啮合器应作微少改装，其从动球环齿轮有环内径的，可将键轴伸缩轴承安装在镗空的环内径中兼作传动轴，并在齿轮轮幅钻孔用螺栓螺母紧固它，再在两侧装合间隔轴套37和圆锥滚子轴承7，再装合在单方面加宽的从动柜式球环齿轮壳11的轴承座中，用双头螺柱螺母紧固；采用圆锥滚子轴承后无需再用推力球轴承。
三角体固定架与钢板弹簧组属固定不动的基础，转架并同从摆型啮合器的主动轴可以连接其他传动装置，以撑杆为轴心转动90度角，也可以固定不转动。
权利要求
1.装配完整的一系列球形齿轮的啮合器或其传动装置，由主零件球形齿轮和辅助零部件和常用件构成；球形齿轮分圆球齿轮<2>、球环齿轮<3>、榄体齿轮<4>三种，全部齿轮的齿形是轴向条齿，个别齿轮还采用似四棱台凹凸齿；模数由中部大圆向两侧小圆按系数逐减；辅件有几种柜式齿轮壳(8，9，10，11，12)和两种箱式齿轮壳(21，22)、拉杆<16>，等角或等弧长齿圈段<14，15>传动轴<1>、上下压板<19>等等；少数啮合器或传动装置还有独特部件，如拉框(24)、键轴伸缩轴承<29>等等；其特征是上述球形齿轮经过改进，多数辅助零部件也经改进，用它们装配的几种啮合器和几种传动装置都更新构造，使之达到性能更好，并且文件表达更充分；其改进的球形齿轮及辅助零部件具体特征如下a、所述的圆球齿轮(2)的轴孔为花键孔，轴孔两端扩大成圆柱或圆台形凹腔，用来放置推力球轴承或圆锥滚子轴承，在纬度50°左右啮合不到的小圆处钻一垂直贯通轴孔的销孔；b、所述的球环齿轮(3)的轴孔制成花键孔或者轴孔扩大并有平键槽，其中环内径等于零的球环齿轮，轴孔两端扩大成圆柱形或圆台形凹腔，在大圆的齿间槽中点钻一垂直贯穿轴孔的圆柱销孔；c、所述榄体齿轮(4)的轴上设立轴环肩，用来肩顶轴承，环肩与榄尖之间距离根据主动从动齿轮壳的轴承座不相碰原则而定；d、所述的柜式齿轮壳(8，9，10，11，12)，是从摆型啮合器用的，不论主动从动的，两侧壁都垂直内嵌可拆挡肩式整体轴承座，装配时用双头螺柱螺母固定在侧壁特设的圆缺中；e、所述的箱式齿轮壳(21，22)，是互摆型啮合器专用的，采用箱式二层钢板一层空间，这个空间是球形齿轮装用的，上下呈平面，但在相对于所装球形齿轮的球心垂线上下面各连有一柄轴，相对于啮面的后壁呈弧形，其弧半径大于球形齿轮齿顶圆半径以留间隙，两侧壁垂直内嵌可拆挡肩式整体轴承座，装配时用双头螺柱、螺母固定在侧壁特设的方缺中；f、所述的拉杆(16)，其两端原套入滚动轴承的大孔缩小孔径改为套入滑动轴承；g、所述等角或等弧长齿圈段(14，15)，设有环形凸挡肩挡着近啮面钢板使之不能因应力而移位，中心线上，一侧定为齿中心另一侧定为齿间中心；h、所述的上下压板(19)，在垂直于齿轮的中部钻有输油孔，并在边缘用铁皮焊接一道低的围油栏；i、所述的键轴伸缩轴承(29)，其中有两侧半圆承瓦，半圆承瓦有三隔腔一隔台，隔台两边的隔腔有内肩键，两承瓦合上后外加套筒用螺栓螺母和沉头螺钉固定，承瓦与套筒之间有后合结构，套筒外面中部有用于螺栓固定的孔的环凸；键轴行程是滚珠行程的1.2倍至1.5倍。
2.根据权利要求1所述的几种啮合器其中一种叫等速等角从摆A1型啮合器，其特征是其中由改进了的零部件和些常用件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴(1)分别装合两个分度圆直径及大圆模数及齿数都相等的圆球齿轮(2)，用圆柱销紧固，再分别装合向心滚动轴承(8)，再分别装合在主动柜式圆球齿轮壳(8)和从动柜式圆球齿轮壳(9)的轴承座中，用双头螺柱螺母(13)紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉或铆钉装合啮面等角齿圈段(14)，再分别用销轴(18)上下各连接拉杆(16)，用一付上下压板(19)压紧两齿轮壳，用螺栓螺母(20)紧固主动齿轮壳和端接件；其中还设置推力球轴承(5)分别装在圆球齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间改用滑动轴承(17)，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
3.根据权利要求1所述的几种啮合器，其中一种叫等速等角从摆B1型啮合器，其特征是其中由改进了的零部件和一些常用件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴(1)分别装合两个大圆分度圆直径和环内径和大圆模数和齿数都相同的球环齿轮(3)，用圆柱销紧固，分别装合向心滚动轴承(6)，分别装合在主动柜式球环齿轮壳(10)和从动柜式球环齿轮壳(11)的轴承座中，用双头螺柱螺母(13)紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉或铆钉装合啮面等角齿圈段(14)，再分别用销轴(18)上下各连接拉杆(16)，用一付上下压板(19)压紧两齿轮壳，用螺栓螺母(20)紧固主动齿轮壳和端接件；其中还设置推动球轴承(5)分别装在球环齿轮的凹腔中，位杆与销轴之间用滑动轴承(17)，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
4.根据权利要求1所述的几种啮合器，其中一种叫等速差角从摆A1型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴(1)分别装合圆球齿轮(2)和球环齿轮(3)，用圆柱销紧固，再分别装合向心滚动轴承(6)，分别装合在主动柜式圆球齿轮壳(8)和从动柜式球环齿轮壳(11)的轴承座中，用双头螺柱螺母(13)紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉或铆钉装合啮面等弧长齿圈段(15)，用销轴(18)分别上下各连接拉杆(16)，用一付上下压板(19)压紧两齿轮壳，用螺栓螺母(20)紧固主动齿轮壳和端接件；其中还设置推力球轴承(5)分别装合在上述齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间用滑动轴承(17)，销轴特制成有爪结构使之不能自转；此型传动条件是两齿轮的大圆分度圆直径和大圆模数和齿数必须相等，并且球环齿轮的环内径应等于零。
5.根据权利要求1所述的几种啮合器，其中一种叫变速差角从摆A型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是一侧用传动轴<1>装合圆球齿轮<2>，用圆柱销紧固，轴两端再分别装入向心滚动轴承<6>，再装入从动柜式圆球齿轮壳(9)的轴承座中，用双头螺柱螺母<13>紧固；另一侧用经过配套设计的榄体齿轮<4>的两端轴分别装入圆锥滚子轴承<7>，再装入主动柜式榄体齿轮壳<12>的轴承座中，用螺栓螺母紧固；两齿轮壳分别用沉头螺钉、螺母或铆钉装合啮面等弧长齿圈段<15>，用销轴<18>分别上下各连接拉杆<16>，用一付上下压板<19>压紧两齿轮壳，用螺栓螺母<20>紧固主动齿轮壳和端接件；另外，其中还设置推力球轴承<5>分别装入圆球齿轮<2>的凹腔中，拉杆与销轴之间采用滑动轴承<17>，销轴特制成有爪结构使之不能自转。
6.根据权利要求1所述的几种啮合器，其中一种叫变速差角从摆B型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是一侧用传动轴<1>装合球环齿轮<3>，用圆柱销紧固，轴两端再分别装入向心滚动轴承<6>，再装入从动柜式球环齿轮壳<11>的轴承座中，用双头螺柱螺母<13>紧固；另一侧用经过配套设计的榄体齿轮<4>的两端分别装入圆锥滚子轴承<7>再装入主动柜式榄体齿轮壳<12>的轴承座中，用螺栓螺母紧固；两齿轮壳再分别用沉头螺钉螺母或铆钉装合啮面等弧长齿圈段<15>，用销轴<18>分别上下各连接拉杆<16>，用一付上下压板<19>压紧两齿轮壳，用螺栓螺母<20>紧固主动齿轮壳和端接件；另外，其中还设置推力球轴承<5>装合在球环齿轮的凹腔中，拉杆与销轴之间采用滑动轴承<17>，销特制成有爪结构使之不能自转。
7.根据权利要求1所述的几种啮合器和几种传动装置，其中一种叫等速等角互摆A型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴<1>分别装合两个相同的圆球齿轮<2>，用圆柱销紧固，齿轮的凹腔中分别装入圆锥滚子轴承<7>，再分别装合在两个箱式圆球齿轮壳<21>的轴承座中，用双头螺柱螺母<13>紧固，齿轮壳的柄轴分别装合推力球轴承<5>和滑动轴承用轴套<23>，再共同装合在预先装上滑动轴承<17>的拉框(24)中，用螺栓螺母<20>紧固，再用螺栓螺母上下分别装合可倾支架<25>及滑杆<26>，传动轴的延伸部分制成花键轴并连接叠套<27>；用此啮合器其中构成的等腰三角形传动装置结构特征是一侧延伸的花键轴与其叠套<27>连接并兼做一个较大的等速等角从摆型啮合器的从动轴，另一侧延伸的花键轴与其叠套<27>兼做工作转轴而连接十字轴套式轴承座<31>，形成支承点输出动力；两侧连接的中点与此啮合器中心线距离相等，滑杆与支架倾斜放置，其倾斜偏距t等于OA的二分之一。
8.根据权利要求1所述的几种啮合器和几种传动装置，其中一种叫等速等角互摆B型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用两根传动轴<1>分别装合两个相同的球环齿轮<3>，用圆柱销紧固；其齿轮的凹腔中分别装入圆锥滚子轴承<7>，再分别装合在两个箱式球环齿轮壳<22>的轴承座中，用双头螺柱螺母<13>紧固，齿轮壳的柄轴分别装入推力球轴承(5)和滑动轴承用轴套<23>，再共同装合在预先装上滑动轴承<17>的拉框<24>中，用螺栓螺母<20>紧固再用螺栓螺母上下分别装合可倾支架<25>和滑杆<26>，传动轴<1>的延伸部分制成花键轴并连接叠套<27>；用此啮合器其中构成的等腰三角形传动装置的结构特征是一侧延伸的花键轴与其叠套<27>连接并兼做一个较大的等速等角从摆型啮合器的从动轴，另一侧延伸的花键轴与其叠套<27>兼做工作转轴而连接十字轴套式轴承座<31>，形成支承点输出动力；两侧连接的中点与此啮合器中心线相等距离，滑杆与支架倾斜放置，其倾斜偏距t等于OA的三分之一。
9.根据权利要求1所述的的几种啮合器，其中一种叫等速等角从摆特别型啮合器，其特征是其中由常用件和改进了的零部件按其功能顺序装配构成，具体是用权利要求2所述的等速等角从摆A1型啮合器，其中把主动，从动两个轴向条齿形的圆球齿轮<2>换成两个相同的似四棱台形凹凸齿的圆球齿轮<28>，并把两对啮面等角齿圈段(14)免除；所述的凹凸圆球齿轮，齿形相似四棱台状，凹凸形式相间，其齿体积由中部大圆向两侧小圆逐减；轴孔采用花键孔或孔径扩大并设一键槽，轴孔两端扩大成圆柱形或圆台形凹腔，在两侧50度纬度啮合不到的地方钻一垂直贯通轴孔的销孔。
10.根据权利要求1所述的几种传动装署，其中一种叫从摆型啮合器构成的支承减震传动装置，其特征是结构更新并其中采用部分改进了的零部件，具体是用任何一种从摆型啮合器竖置，其从动轴连接键轴伸缩轴承<29>，再用销串联接工作转轴<30>；工作轴预先装合两个圆锥滚子轴承<7>，再装合在十字轴套轴承座<31>中，其套筒的两侧柄轴分别装合向心滚动轴承<6>再装合上带轴承座的叉形撑杆<32>，撑杆预先装合在三角体固定架<33>和转架<34>的轴孔中，再装合一个推力球轴承<5>让其项着钢板弹簧组<35>，转架另一端用螺栓螺母<20>与啮合器的上下压板紧固；从摆型啮合器连接键轴伸缩轴承结构如下如果采用等速等角从摆A1型啮合器，其从动圆球齿轮的从动传动轴的延伸部分，用套筒凸缘联轴器<36>加螺栓螺母连接紧固；如果采用等角等速从摆B1型啮合器，其啮合器应作微少改装，其从动球环齿轮有环内径的，可将键轴伸缩轴承安装在镗空的环内径中兼作传动轴，并在齿轮轮幅钻孔用螺栓螺母紧固它，再在两侧依次装合间隔轴套<37>和圆锥滚子轴承<7>，再装合在单方面加宽的从动柜式球环齿轮壳<11>的轴承座中，用双头螺柱螺母紧固。
11.一种目的是在加工时提高成品率的方法，其特征地于如下步骤(1)设计制图，圆球齿轮和球环齿轮都可直接在图纸上设计出来；而榄体齿轮还应借助硬纸条或铁皮或铝皮做成榄弧，以及借助竹条或木条做成榄体大小分度圆直径，以等值或扩大数值办法制成榄框测得榄长和榄弧半径数值，再绘图纸，而凹凸齿的圆球齿轮需借助一个相等或扩大的木球或松香球，以逐减半圆相切三线的办法测得轴向即径线向二分之一齿距数据，再绘图纸；(2)将上述图纸数据制模具，采用精密模锻法或精密铸造法制得坯件，并预先在模具上增设大圆凸线标志和轴线凸点标志，在大圆线经过的齿间中心设凸点标志，使制得的坯件具有与凸相反的凹标志；(3)将坯件略加打磨，测量上述凹标志是否准确，如果准确，用钻床将其齿间中心凹点钻深成浅孔；(4)在机床上用特制的机床夹具的爪伸进坯件孔中紧固与定位，进行钻镗轴孔和进行铣剃齿形，这样使工件不会产生移位和转位而造成废品；(5)经齿形磨床加工后，再刻划大圆线和轴向分度圆线。
全文摘要
本发明涉及一类轴可摆动的球形齿轮及其系列啮合器及其传动装置，还附一种球形齿轮制造方法，内容针对现有公开技术中的球形齿轮和多数辅助零部件的缺陷进行了改进，并将上述改进了的主件和辅件及加上常用件装配构成几种啮合器和几种传动装置，并且每种啮合器或传动装置结构更新，球形齿轮制造方法与现有技术不同，各方面内容包括啮合原理表达更充分，综合达到改进的目的；用途广泛，例如适宜用作汽车前轮驱动部件。
文档编号F16H49/00GK1122423SQ9411741
公开日1996年5月15日 申请日期1994年11月2日 优先权日1994年11月2日
发明者陈植洪 申请人:陈植洪