專利名稱：齒輪傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從一個軸向另一個軸傳送轉(zhuǎn)矩的齒輪傳動裝置，以及涉及一種適于在這種裝置中使用的齒輪。該齒輪傳動裝置對于在真空泵的軸之間傳送轉(zhuǎn)矩是特別有用的。
參照

圖1，一種已知的真空泵包括泵腔，一對由軸承2支撐的平行軸1穿過該泵腔。轉(zhuǎn)子3被安裝在每個軸1上以在該泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子3具有互補的抽吸曲線，其可以是羅茨、Northey(或“爪”)或螺旋。在使用中，當(dāng)電動機4驅(qū)動一個軸1時，通過該嚙合的定時齒輪使另一個軸與該軸同步旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子3的曲線這樣設(shè)計以便將被泵吸的流體抽到該泵腔的入口中，并且通過出口從該泵腔排出。
圖1示出了三種不同的泵結(jié)構(gòu)。在圖1(a)中，轉(zhuǎn)子3被安裝在軸承2之間，并且在該泵的電動機驅(qū)動端提供定時齒輪5。在圖1(b)中，在該泵的另一端提供定時齒輪5，而圖1(c)示出了使用懸臂轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。
通過定時齒輪5傳送轉(zhuǎn)矩會受到齒輪偏心率的影響。齒輪偏心率導(dǎo)致振蕩的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，對于同心齒輪其通常將是恒定的。在高慣性的情況下，由具有典型的生產(chǎn)偏心率容差的齒輪驅(qū)動輕量負(fù)載的旋轉(zhuǎn)機械，該振蕩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的幅度將會超過穩(wěn)定狀態(tài)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。因此，該齒輪脫離嚙合，這會導(dǎo)致高頻齒-齒撞擊，在輕量負(fù)載的旋轉(zhuǎn)機械中頻繁出現(xiàn)特征噪聲。
已經(jīng)研制出了一種泵設(shè)計以減少摩擦和功率消耗。從而減少了所需的穩(wěn)定狀態(tài)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，從而旋轉(zhuǎn)機械變得更加傾向于偏心率導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和相關(guān)的噪聲問題。
本發(fā)明的至少一個優(yōu)選實施例的目的是通過調(diào)節(jié)典型的齒輪偏心率來減少這種扭轉(zhuǎn)振動和噪聲。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于將轉(zhuǎn)矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪傳動裝置，該齒輪傳動裝置包括兩個安裝在各個軸上的相互嚙合的齒輪，一個齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉(zhuǎn)的鋸齒環(huán)形部件，和在該轂部件和環(huán)形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在該齒輪旋轉(zhuǎn)期間由至少一個齒輪的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的剛性。
該用于抑制扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置優(yōu)選地包括位于該轂部件和環(huán)形部件之間的彈性聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器優(yōu)選地被設(shè)置在該部件的相對面之間。在該優(yōu)選的實施例中，該彈性聯(lián)軸器被設(shè)置在用于在該部件之間傳送轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)。例如，一個部件可以包括一個或多個凹口，每個凹口用于接收另一個部件的制動器以便在該部件之間傳送轉(zhuǎn)矩，該彈性聯(lián)軸器被設(shè)置在每個凹口和制動器的相對面之間。
從而，該用于抑制扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置優(yōu)選地包括設(shè)置在該部件的相對面之間的至少一個彈性部件。在該優(yōu)選實施例中，多個彈性部件中的每個被設(shè)置在該部件的各個相對面之間。
該彈性部件可以由多個彈簧方便地提供，例如金屬扭簧或平移彈簧，包括沿著該部件的半徑內(nèi)的切線作用的板簧、盤簧和螺旋彈簧?？蛇x地，可以使用排斥磁體，其中所產(chǎn)生的剛性與該磁通量成比例。最后，在一些應(yīng)用中，使用粘彈性材料可以是合適的。
在該轂部件和環(huán)形部件之間提供例如彈簧的裝置可以允許控制該齒輪的扭轉(zhuǎn)剛性。通過在該部件之間提供彈簧，可以減少由于偏心率而加速和減速的慣性。當(dāng)齒輪加速時，該彈簧被設(shè)計成壓縮以使得該軸能夠保持在恒定的速度。這種軸與偏心率所導(dǎo)致齒輪加速的分離減少了驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的振蕩，并且將增加會致使齒輪脫離嚙合的偏心率。
在不是由齒輪偏心率導(dǎo)致的外部轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致齒輪脫離嚙合的情況下，該彈簧將會作用以消除當(dāng)該齒輪返回嚙合時產(chǎn)生的影響，并從而作用以將該傳動裝置帶回到線性、嚙合的工作區(qū)域。依靠這種理論的支持，對于齒-齒撞擊的非線性分析顯示，僅當(dāng)該總扭轉(zhuǎn)剛性在特定水平之上時，該齒輪才會脫離嚙合。換句話說，低扭轉(zhuǎn)剛性旋轉(zhuǎn)機械(“弱軸”)將會一直保持嚙合。
本發(fā)明的這個方面擴展到一種真空泵，包括由上述齒輪傳動裝置連接在一起的至少兩個軸。例如，高速羅茨增壓真空泵包括在泵腔內(nèi)以1∶1的齒輪比旋轉(zhuǎn)的羅茨曲線轉(zhuǎn)子。當(dāng)在最大速度和極限壓力(該泵能獲得的最佳真空)下工作時，該齒輪之間的扭轉(zhuǎn)振動會是一個問題。所生成的噪聲顯示為依賴于齒輪偏心率，并且具有可靠的生產(chǎn)齒輪容差。根據(jù)本發(fā)明的一種與該被驅(qū)動軸配合的試驗型齒輪顯示為，消除了伴隨通常會導(dǎo)致泵產(chǎn)生該噪聲問題的齒輪偏心率而發(fā)生的齒-齒撞擊。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于將轉(zhuǎn)矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪，該齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉(zhuǎn)的鋸齒環(huán)形部件，和在該轂部件和環(huán)形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在使用期間由該環(huán)形部件的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的剛性。
本發(fā)明的另一方面提供了，在齒輪傳動裝置的齒輪中使用至少一個彈簧以減少在該齒輪旋轉(zhuǎn)期間由該至少一個齒輪的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲。
現(xiàn)在將參照附圖，通過僅僅是示例的方式來描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，其中圖1示意性示出了三種已知的泵結(jié)構(gòu)；圖2是適用于圖1的任何一個泵的齒輪的橫截面；和圖3是示出了用于在圖2的齒輪的轂部件和環(huán)形部件之間傳送轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)的橫截面。
參照圖2，適用于圖1所示任何一個真空泵或者任何其他輕量負(fù)載高慣性旋轉(zhuǎn)機器的齒輪10包括用于接收該泵的軸的轂部件12，和安裝用于隨著該轂部件12旋轉(zhuǎn)并且具有周邊齒16的環(huán)形部件。該被轂部件12接收的軸可以是該泵的驅(qū)動軸或被驅(qū)動軸。軸承裝置18被該環(huán)形部件14的孔和該軸所承載。
在使用中，環(huán)形部件14的周邊齒16與另一齒輪的相應(yīng)齒嚙合，該齒輪具有與齒輪10的1∶1齒輪比，與圖1所示的定時齒輪5相似。
用于在部件12、14之間傳送轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動結(jié)構(gòu)由在垂直于該部件之一的旋轉(zhuǎn)軸的表面周圍提供的多個制動器提供，該多個制動器進入在另一部件的相對軸向表面周圍提供的各個凹口。在圖2所示的實施例中，在環(huán)形部件14上提供制動器20，而在轂部件12上提供凹口22，但是其也可以是另一種方式，即在轂部件上提供制動器而在環(huán)形部件上提供凹口。
如圖3所示，板簧24a、24b被設(shè)置在制動器20和凹口22的相對徑向表面26、28之間的每個凹口22內(nèi)。該彈簧24a、24b具有剛性，其被選擇以實質(zhì)上抑制在輕量負(fù)載條件下由環(huán)形部件14或與該環(huán)形部件14的齒16相嚙合的齒輪的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲。該彈簧24a、24b也提供對于由外部干擾導(dǎo)致的任何齒-齒碰撞的消除。
在輕量負(fù)載條件下，當(dāng)泵在極限壓力下工作時，在部件12、14之間的轉(zhuǎn)矩傳送通過在每個凹口22內(nèi)提供的彈簧24a、24b之一。這提供了調(diào)節(jié)任意齒輪偏心率所需的彈性程度。
在該泵用于更高負(fù)載的情況下，需要固體驅(qū)動以避免破壞該驅(qū)動和被驅(qū)動軸之間的相位關(guān)系，一旦該彈簧的角偏轉(zhuǎn)達到大于預(yù)定驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的特定值時，該彈簧在相對徑向表面26、28之間變平。這提供了在徑向表面26、28之間必要的固體驅(qū)動。
雖然在本實施例中，使用板簧來控制扭轉(zhuǎn)剛性，但是也可以使用成切線安裝的盤簧或螺旋彈簧來代替。可選地，可以使用排斥磁體，其中所得到的扭轉(zhuǎn)剛性與該磁通量成比例。在一些應(yīng)用中，使用粘彈性材料是合適的。
權(quán)利要求
1.一種齒輪傳動裝置，用于將轉(zhuǎn)矩從一個軸傳送到另一個軸，該齒輪傳動裝置包括兩個安裝在各個軸上的相互嚙合的齒輪，齒輪之一包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉(zhuǎn)的鋸齒環(huán)形部件，和在該轂部件和環(huán)形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在該齒輪旋轉(zhuǎn)期間由至少一個齒輪的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的剛性。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置包括用于增加該齒輪的臨界偏心率的裝置。
3.如前任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置包括位于該轂部件和環(huán)形部件之間的彈性聯(lián)軸器。
4.如前任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被設(shè)置在該轂部件的徑向表面和該環(huán)形部件的相對徑向表面之間。
5.如前任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被設(shè)置在用于在該轂部件和環(huán)形部件之間傳送轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動結(jié)構(gòu)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的齒輪傳動裝置，其中該轂部件和環(huán)形部件之一包括用于接收該轂部件和環(huán)形部件中的另一個的制動器的凹口，以便在該轂部件和環(huán)形部件之間傳送轉(zhuǎn)矩，該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被設(shè)置在該凹口和制動器的相對表面之間。
7.如權(quán)利要求6所述的齒輪傳動裝置，其中所述轂部件和環(huán)形部件之一包括多個所述凹口，每個凹口用于接收該轂部件和環(huán)形部件中的另一個的各個制動器，該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被設(shè)置在每個凹口和制動器的相對面之間。
8.如前任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于抑制扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置包括設(shè)置在該轂部件和環(huán)形部件的相對面之間的至少一個彈性部件。
9.如權(quán)利要求8所述的齒輪傳動裝置，其中該用于抑制扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置包括多個彈性部件，每個被設(shè)置在該轂部件和環(huán)形部件的各個相對面之間。
10.如權(quán)利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括用于提供扭轉(zhuǎn)阻力的彈簧。
11.如權(quán)利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括多個用于提供扭轉(zhuǎn)阻力的彈簧。
12.如權(quán)利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括粘彈性部件。
13.如權(quán)利要求1-7中任何一個所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置包括在該轂部件和環(huán)形部件的相對面上提供的互相排斥的磁體。
14.如前任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被布置成保持該軸之間的相位關(guān)系。
15.如權(quán)利要求14所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的裝置被布置成允許在該轂部件和環(huán)形部件之間形成高于預(yù)定驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的固體驅(qū)動。
16.一種真空泵，包括由如前所述任何一個權(quán)利要求所述的齒輪傳動裝置連接在一起的至少兩個軸。
17.一種用于將轉(zhuǎn)矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪，該齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉(zhuǎn)的鋸齒環(huán)形部件，和在該轂部件和環(huán)形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在使用期間由該環(huán)形部件的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的剛性。
18.在齒輪傳動裝置的齒輪中至少一個彈簧的用途，以減少在該齒輪旋轉(zhuǎn)期間由至少一個齒輪的偏心率所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲。
全文摘要
一種用于將轉(zhuǎn)矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪傳動裝置，包括安裝在各個軸上的兩個相互嚙合的齒輪。一個齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，一個鋸齒環(huán)形部件被安裝用于隨著該轂部件旋轉(zhuǎn)。在該轂部件和環(huán)形部件之間提供的至少一個彈簧具有能夠減少在該齒輪旋轉(zhuǎn)期間由至少一個齒輪的偏心率導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動和噪聲的剛性。
文檔編號F16H57/00GK1938530SQ200580009722
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者T·R·G·戴文尼, J·C·史密思 申請人:英國氧氣集團有限公司