專(zhuān)利名稱：角度可變的齒輪系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪傳動(dòng)及常速萬(wàn)向接頭，特別涉及用以下方式直接連接兩根軸的齒輪系統(tǒng)，在這種方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)從驅(qū)動(dòng)軸傳輸至從動(dòng)軸，同時(shí)還允許軸的軸線間的相交角度離開(kāi)180°直線而在整個(gè)相對(duì)寬和連續(xù)的角度范圍內(nèi)變化(例如±40°)。
背景技術(shù)：
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，內(nèi)、外齒輪和正齒輪曾用于相互連接處于直線對(duì)準(zhǔn)和平行軸線上的軸，而斜齒輪曾被用于傳輸其軸線在固定的角度下相互相交的軸間轉(zhuǎn)動(dòng)力，該固定角度可在從90°至180°的全部范圍內(nèi)延伸。在本世紀(jì)，發(fā)展了準(zhǔn)雙曲面齒輪以完成涉及軸的相同目的，這些軸不僅在整個(gè)很寬的角度范圍內(nèi)相互相交，而且它們的軸線是偏移的(即非相交的)。對(duì)于這樣已知的內(nèi)、外正齒輪，軸的準(zhǔn)直性是一個(gè)絕對(duì)必要條件；而已知的斜齒輪對(duì)和準(zhǔn)雙曲面齒輪對(duì)是只對(duì)齒輪軸線間的一個(gè)預(yù)定角度特定情況加以設(shè)計(jì)的。
但是，已知某些特殊的連接和接頭裝置用于抵銷(xiāo)小量的軸非準(zhǔn)直性，其中運(yùn)行期間，在傳輸線對(duì)準(zhǔn)軸線間的力時(shí)，必須經(jīng)歷小量的角度改變。例如，已知采用在尼尤套筒中的雙齒冠正齒輪以連接軸，它們可經(jīng)受平行偏移(如，0.04″/1mm)或微小角向非準(zhǔn)直性(如，＜1°)的微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但是對(duì)軸線間每個(gè)相當(dāng)程度的角度改變(如，＞1°)，必須設(shè)計(jì)和生產(chǎn)全新的配對(duì)齒輪組以保證恰當(dāng)?shù)倪B接和轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳輸。
當(dāng)然，已知非齒輪裝置用以在經(jīng)受角度改變的同時(shí)，在軸間傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。可能最熟知的這種裝置是萬(wàn)向接頭，它用于連接汽車(chē)中的驅(qū)動(dòng)軸和輪軸。這樣的方向接頭常常制造成兩個(gè)小的相交軸的形式，每根軸被相應(yīng)的軛架所夾持。然而，被這種軛架連接的軸和軸接頭在每個(gè)整轉(zhuǎn)圈的全過(guò)程中都不以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，發(fā)展了常速(“CV”)接頭(如Rzeppa和Birfield)，其中，成角度的軸間的連接點(diǎn)由滾動(dòng)滾珠提供，在驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)軸的每個(gè)轉(zhuǎn)圈期間，這些滾珠在單獨(dú)的軌道中前、后滾動(dòng)，以便將它們相應(yīng)的中心總是保持在平分軸間瞬間角度的平面中。
這樣的萬(wàn)向和CN接頭相當(dāng)復(fù)雜，潤(rùn)滑相對(duì)困難，但這樣的接頭部件的設(shè)計(jì)和制造公認(rèn)是對(duì)世界范圍汽車(chē)工業(yè)至關(guān)重要的十分特殊和深?yuàn)W的技術(shù)。雖然該CV接頭技術(shù)發(fā)展良好，但接頭昂貴，包括很多難于生產(chǎn)的零件；且這樣的接頭在它們能傳輸?shù)男D(zhuǎn)速度方面，和在它們能在其中運(yùn)行的角度范圍方面都受到限制。此外，由這樣的接頭能獲得的旋轉(zhuǎn)速度受滾動(dòng)滾珠慣性的限制，因?yàn)樵诿恳晦D(zhuǎn)圈中，滾珠運(yùn)動(dòng)必須反向。我們的發(fā)明在任何技術(shù)中都具有寬廣的潛在使用性，其中，在運(yùn)行期間，運(yùn)動(dòng)是在以可變的角度進(jìn)行相交的軸間傳輸?shù)?；如下文最佳?shí)施例的說(shuō)明所示，我們的發(fā)明對(duì)CV接頭技術(shù)具有特殊的適用性，并對(duì)CV接頭技術(shù)提供了驚人的改進(jìn)，為CV接頭的設(shè)計(jì)提供了驚人簡(jiǎn)化和改進(jìn)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
從其最廣泛的意義來(lái)說(shuō)，我們的發(fā)明是具有新型齒輪傳動(dòng)型式的齒輪系統(tǒng)，用于以下述方式直接連接兩根軸，在這種方式中，它將轉(zhuǎn)動(dòng)從驅(qū)動(dòng)軸傳輸至從動(dòng)軸，同時(shí)還允許軸的軸線間的相交角度(“軸角”)改變。這樣的角度改變可位于一個(gè)寬廣和連續(xù)的整個(gè)范圍中，該范圍從伸至180°的兩側(cè)(即伸至軸線或處于平行的準(zhǔn)直性位置，或處于重合位置的兩側(cè))至某一與180°相差大于2°(如40°)的最佳的最大角。如這里使用的名詞“最佳的最大角”表示任何角(在任一側(cè)不同于180°的任何角)，該角是軸必須能達(dá)到的最大相交角，以便令人滿意地傳輸齒輪系統(tǒng)被使用的特殊用途中的轉(zhuǎn)動(dòng)力。例如，假定最佳的最大角是40°，可能的活動(dòng)聯(lián)接必須達(dá)到在180°直線對(duì)準(zhǔn)位置的兩側(cè)備為40°；而當(dāng)軸傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力時(shí)，這將允許軸在80°的全范圍之內(nèi)相互相對(duì)進(jìn)行角向的調(diào)整。
通常，發(fā)明應(yīng)用單獨(dú)一對(duì)齒輪以便在兩根軸之間傳輸常速，同時(shí)允許軸間角度在運(yùn)行期間改變。在最佳實(shí)施例中，軸的軸線能繞共同樞軸點(diǎn)在任何平面相互相對(duì)地活動(dòng)聯(lián)接；這通過(guò)一種設(shè)計(jì)加以完成，其中兩個(gè)齒輪的節(jié)圓尺寸相同，且實(shí)際上永遠(yuǎn)為同一球上的大圓而存在。按照球形幾何的公理，這些大圓相交于兩點(diǎn)，形成在球表面上的，位于相交的大圓之間的(即，位于齒輪的節(jié)圓之間)這對(duì)月牙繞該球的表面銘刻出一個(gè)巨大的雙紐線(“8字”)。我們相信，由于在配對(duì)齒輪間共享的齒接觸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在齒輪軸的所有相對(duì)角度調(diào)整銘刻出相應(yīng)的雙紐線，兩根軸以常速轉(zhuǎn)動(dòng)。
為我們發(fā)明的這一主要結(jié)構(gòu)，我們采用具有預(yù)定節(jié)圓，帶內(nèi)齒的第一齒輪，然后用帶外齒，且具有與第一齒輪有相等節(jié)圓的第二齒輪與其配對(duì)。齒輪具有配對(duì)齒，它們?cè)趦蓚€(gè)區(qū)域處于嚙合，兩個(gè)區(qū)域的中心分開(kāi)180°且，由于它們的節(jié)圓是相同大小的，它們以1∶1比例轉(zhuǎn)動(dòng)。
發(fā)明也能構(gòu)造成用兩個(gè)外齒輪，以1∶1比例來(lái)傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或以不同于1∶1的比例來(lái)傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在后一類(lèi)型結(jié)構(gòu)的所公布的實(shí)施例中，齒輪的每個(gè)有效節(jié)圓相應(yīng)是兩個(gè)尺寸不同的球中相應(yīng)一個(gè)球的大圓，它們共享一個(gè)相交點(diǎn)，兩個(gè)球中較小的一個(gè)或位于較大球之內(nèi)，或位于較大球之外。但是，在這些實(shí)施例中，與普通內(nèi)或外齒輪傳動(dòng)裝置的方式相似，齒輪只共享單個(gè)嚙合面積。
為使用我們的角度可變的齒輪系統(tǒng)中剛說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中的任一種，公布了四種不同的齒輪齒設(shè)計(jì)，即圓周/切線(“CT”)設(shè)計(jì)，菱形上的圓周(“CD”)設(shè)計(jì)，“月牙”設(shè)計(jì)和月牙/反向曲線(“L/IC”)設(shè)計(jì)，下文將對(duì)所有設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明。所有這些設(shè)計(jì)都允許齒輪的軸線可在整個(gè)角度范圍內(nèi)可變地相交，該角度范圍從180°的兩側(cè)算起直至某一最佳的最大角，且所有都共享一個(gè)共同特點(diǎn)當(dāng)從其齒輪的節(jié)平面看，在每個(gè)配對(duì)齒長(zhǎng)度方向的齒表面中，至少其中央部份是一個(gè)單個(gè)圓的弧，而此圓的直徑選成，當(dāng)所述齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)聯(lián)系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相交軸線能連續(xù)地在角度的整個(gè)最佳范圍內(nèi)變化[注齒輪的“節(jié)平面”是一個(gè)平面，它與其軸平面(包括其軸線的平面)垂直，與其節(jié)表面相切]在CT和CD設(shè)計(jì)中(以及以L/IC組合對(duì)中的一個(gè)齒輪中)，當(dāng)從節(jié)平面看，每個(gè)齒只有中央部份是由單個(gè)圓的弧形成的；而在月牙設(shè)計(jì)中，每個(gè)齒表面的整個(gè)長(zhǎng)度方向曲率是單個(gè)圓的弧。
在我們齒輪的最佳設(shè)計(jì)中，經(jīng)節(jié)選成，當(dāng)齒輪的軸線以最大最佳角相互傾斜時(shí)，每個(gè)齒輪的兩個(gè)或兩個(gè)以上配對(duì)齒將在齒輪間共享的每個(gè)嚙合面積同時(shí)處于嚙合中，如在普遍的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)一樣，齒厚度選成以確保嚙合中的齒數(shù)能安全地傳輸預(yù)期的負(fù)載。
在CT和CD設(shè)計(jì)中，當(dāng)從節(jié)平面察看時(shí)，每個(gè)配對(duì)齒的兩個(gè)齒表面的中央部份都是相應(yīng)的弧，它們形成具有預(yù)定直徑的單個(gè)圓的相對(duì)側(cè)。
在月牙設(shè)計(jì)中，形成每個(gè)齒表面的整個(gè)長(zhǎng)度方向曲率的弧也是取自具有預(yù)定直徑的單個(gè)圓。然而，在月牙設(shè)計(jì)中，該圓等同于在特定球的表面上形成的特定圓，且其直徑所對(duì)的，從該球中心計(jì)量起的角度等于齒輪軸線間的最大期望相交角。1∶1裝置的月牙形狀是形成于球上的圓，每個(gè)齒輪的節(jié)圓是該球上的大圓；而對(duì)不同于1∶1的裝置，該圓形成在兩個(gè)相交球中較大的一個(gè)球上。
CT，CD和L/IC設(shè)計(jì)最好用于齒輪可在兩個(gè)方向驅(qū)動(dòng)或者從動(dòng)的實(shí)施例，因?yàn)镃T，CD和L/IC齒可不具間隙(即只具有最小的組件容隙)令人滿意地運(yùn)行。相反，只有當(dāng)齒輪軸線以最大期望角相交時(shí)，月牙齒才沒(méi)有間隙。當(dāng)軸的軸線成180°對(duì)準(zhǔn)直線時(shí)，月牙齒間的間隙增至最大。因此，在大間隙將生產(chǎn)運(yùn)行問(wèn)題的場(chǎng)所，月牙設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的。
對(duì)1∶1裝置，齒輪齒的頂部和底部面之間最好制作成具有直邊剖面，因?yàn)?a)配對(duì)齒不是相互相對(duì)地滾動(dòng)，而是有些像準(zhǔn)雙曲面齒輪似的，共享滑移接觸，和(b)直齒邊加長(zhǎng)配對(duì)齒上的接觸圖型。此外，從下文詳細(xì)說(shuō)明中將清楚，漸開(kāi)線剖面與CT，CD和L/IC設(shè)計(jì)相對(duì)地是不相容的。
然而，漸開(kāi)線剖面與月牙設(shè)計(jì)相當(dāng)相容，而且對(duì)不同于1∶1的裝置，這樣的漸開(kāi)線剖面是必須的，因?yàn)辇X除相互滑移通過(guò)外，還必須一起滾動(dòng)。此外，在某些1∶1裝置中，漸開(kāi)線剖面可能是要求的，在這種裝置中，齒輪不傳輸轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而僅僅是章動(dòng)(nutate)。
發(fā)明的主要齒結(jié)構(gòu)將連同在新型CV接頭結(jié)構(gòu)中發(fā)明的不同應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在所有平面上活動(dòng)聯(lián)接的寬廣角范圍和尺寸、重量的驚人下降，還有潤(rùn)滑方便的結(jié)合。
附圖概述

圖1是本發(fā)明的第一裝置提出的用于以1∶1的比例，在一對(duì)軸線成可變相交排列的軸之間傳輸旋轉(zhuǎn)力的一對(duì)齒輪的示意和局部剖面圖，齒輪安裝在各自的支架內(nèi)，而所示的相應(yīng)軸以它們的軸線成180°直線對(duì)準(zhǔn)。
圖2是一幅象征性的局部視圖，只表示了圖1中齒輪系統(tǒng)的齒輪和軸的部份，但所示齒輪軸線成最佳的最大角相交。
圖3A、3B和3C示意地展示了一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)配對(duì)齒輪的節(jié)表面上齒接觸點(diǎn)組之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該對(duì)齒輪以圖2通常指示的方式進(jìn)行布置。
圖4是圖3A、3B和3C中所示相應(yīng)齒接觸點(diǎn)組之一的其間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的圖形展示。
圖5A是圖1中配對(duì)齒輪對(duì)的部份示意圖，表示了齒輪以它們相應(yīng)軸線成180°直線對(duì)準(zhǔn)，并標(biāo)出了每個(gè)齒輪的順序齒之間的在其節(jié)圓上的投影弦中心距離；而圖5B示意地表示了在所選最大最佳角x下可變地相交的(如在圖2)同一對(duì)齒輪的一部份，表示當(dāng)齒輪繞它們的相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的嚙合齒在修正平面投影中的情況。
圖6是本發(fā)明提出的一對(duì)齒輪的嚙合齒的局部外形示意圖，視圖取自成180°直線對(duì)準(zhǔn)齒輪的徑向中心平面。
圖7是本發(fā)明的CT設(shè)計(jì)提出的齒輪齒外形示意圖，所示外形位于其齒輪的節(jié)平面。
圖8A，8B和8C是本發(fā)明的CT設(shè)計(jì)提出的一對(duì)齒輪的嚙合齒的外形示意圖，所示外形位于修正平面投影，而所示該齒輪對(duì)以它們的軸線在最佳的最大角x下相交；圖8A表示齒輪對(duì)的嚙合面積中的第一嚙合面積，而圖8B表示時(shí)間上同一瞬間的第二嚙合面積；圖8C表示在每個(gè)齒輪進(jìn)一步轉(zhuǎn)過(guò)四分之三周節(jié)距離后，示于圖8B中的第二嚙合面積。
圖9A和9B表示本發(fā)明的CD設(shè)計(jì)提出的確定一對(duì)齒輪的齒形幾何制圖。
圖10是本發(fā)明的CD設(shè)計(jì)提出的一對(duì)齒輪的嚙合齒的外形示意圖，外形示于修正平面投影。
圖11是另一種形狀變化方案提出的另一對(duì)齒輪的嚙合齒的示意圖，它適用于本發(fā)明的CT或CD設(shè)計(jì)中的任一種，嚙合齒以外形示于修正平面投影。
圖12示意地表示了CD和CT設(shè)計(jì)齒要求的十分微小的頂端消除間隙，在圖中十分夸張地展示了頂端消除。
圖13A和13B是本發(fā)明的“月牙”設(shè)計(jì)提出的齒輪齒形狀的示意展示，圖13A展示了確定形成每個(gè)齒面的長(zhǎng)度方向曲率的圓弧的幾何制圖，而圖13B展示了當(dāng)齒輪繞在所選最大角下可變地相交的各自軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的兩組嚙合齒，齒輪齒的外形又示于修正平面投影。
圖14A和14B是本發(fā)明的L/IC設(shè)計(jì)提出的一對(duì)齒輪對(duì)的嚙合齒外形的示意展示，該外形示于該齒輪對(duì)的修正投影；圖14A中，齒輪的軸線在最佳的最大角下相交，而圖14B中的軸線在20°下相交。
圖15是本發(fā)明提出的常速接頭的第一實(shí)施例的示意和局部剖面圖。
圖16是本發(fā)明提出的常速接頭的另一實(shí)施例的示意和局部剖面圖，該實(shí)施例最好用于高速和高扭矩的情況。
圖17是兩個(gè)常速接頭的示意圖，這些接頭相似于圖15中所示包括于活動(dòng)聯(lián)接驅(qū)動(dòng)軸組件的接頭。
圖18是常速接頭的示意圖，它相似于圖15中所示包括于汽車(chē)操縱驅(qū)動(dòng)軸的接頭。
圖19是轉(zhuǎn)動(dòng)常速接頭的示意和局部剖面圖，該接頭相似于圖15中所示的接頭，該接頭在圖紙平面內(nèi)活動(dòng)聯(lián)接，并包括密封套管和潤(rùn)滑流體。
圖20A和20B是一個(gè)裝置中的本發(fā)明的齒輪系統(tǒng)又一實(shí)施例的兩個(gè)示意視圖，用于在不同于1∶1的比例下傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力，圖2A是一對(duì)內(nèi)/外齒輪對(duì)的頂視圖，該齒輪對(duì)支持在以小于180°的角相交的軸上，而圖20B只是此同一對(duì)齒輪的端視圖，此時(shí)它們的相應(yīng)軸在180°下直線對(duì)準(zhǔn)。
圖21是本發(fā)明齒輪系統(tǒng)的又另一裝置的示意圖，用于在不同于1∶1的比例傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力，該實(shí)施例僅采用了外齒輪。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明齒輪系統(tǒng)圖1至5B展示了一對(duì)旋轉(zhuǎn)軸相互連接的本發(fā)明中第一個(gè)的一對(duì)齒輪的各種特點(diǎn)。圖1是該第一個(gè)裝置的示意和局部剖面圖，固定在杯狀支架12上的內(nèi)齒輪10用花鍵接合至軸14，而該軸14安裝在支座26的軸頸16中。配對(duì)外齒輪20被裝配以轉(zhuǎn)動(dòng)第二軸24的輪轂22，而第二軸24則支承在殼體18中以便在一個(gè)適當(dāng)?shù)妮S承28中轉(zhuǎn)動(dòng)。支座26本身用銷(xiāo)釘30樞軸地安裝在殼體18上以便繞軸線32而轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1中，所示軸14和24被布置成它們各自的軸線成180°直線對(duì)準(zhǔn)。(圖5A中是在該180°直線對(duì)準(zhǔn)時(shí)的齒輪10和20的部份齒)。在該位置下，齒輪10和20的齒以齒輪連接的相同方式嚙合在一起。
包括內(nèi)構(gòu)件34和外構(gòu)件36的球形軸承將配對(duì)齒輪10和20保持于合適的嚙合關(guān)系。也即，內(nèi)構(gòu)件34栓接至軸14的端部，而外構(gòu)件36則被截獲在輪轂22和齒輪20內(nèi)側(cè)上的唇緣38之間。
圖2象征性地只表示了圖1所示的齒輪系統(tǒng)的齒輪和軸的部份。但是，圖2中所示軸14和24的各自軸線40，42相交成“最佳的最大角”(即，在傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力時(shí)，軸的軸線相交變化能達(dá)到某一預(yù)定的最大軸角x)。
實(shí)線表示齒輪20在第一方向繞軸線32樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度x，而點(diǎn)虛線表示在相反方向繞軸線32樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度x。這展示了在轉(zhuǎn)動(dòng)力能令人滿意地傳輸?shù)耐瑫r(shí)，齒輪對(duì)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的變化能完成的寬廣的相交角度范圍。在軸的軸線間這樣的可變角度相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間的所有情況下，齒輪10和20在兩個(gè)嚙合點(diǎn)保持嚙合，每一個(gè)嚙合點(diǎn)中心所在的點(diǎn)是齒輪的節(jié)表面與軸線32相交的點(diǎn)。
在圖1至5B中所示的該主要第一裝置中，齒輪10，20當(dāng)它們各自的軸以1∶1比例轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以相似于已知的齒輪連接方式進(jìn)行運(yùn)行，這是由于它們不相互相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，只要它們各自的軸的角度方向可變地調(diào)節(jié)成不同于180°直線位置(如圖2所示)，則即使齒輪總是以相同速度轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪的齒也連續(xù)地移入和移出嚙合。
在圖3A，3B和3C中示意地展示了齒輪10，20的齒出入嚙合的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這三幅圖相應(yīng)地展示了當(dāng)軸線40，42相交成某一最佳最大角度x時(shí)，繞軸線40，42的相對(duì)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)不同位置。圖3A，3B和3C表示了，當(dāng)配對(duì)齒輪的齒移入和移出嚙合時(shí)，齒接觸點(diǎn)的四個(gè)不同的相應(yīng)組的相對(duì)前移。
圖3A中，內(nèi)齒輪10上的齒接觸點(diǎn)A與外齒輪20上的齒接觸點(diǎn)A′嚙合；而同時(shí)，內(nèi)齒輪10上的齒接觸點(diǎn)C與外齒輪20上的齒接觸點(diǎn)C′嚙合，圖3B表示，在齒輪以1∶1轉(zhuǎn)過(guò)1/4圈之后，每個(gè)齒輪上的相同齒接觸點(diǎn)，現(xiàn)在，齒輪10的齒輪齒接觸點(diǎn)D和B與齒輪20的點(diǎn)D′和B′處于嚙合接觸。隨著再一個(gè)1/4圈，如圖3C所示，齒接觸點(diǎn)A，A′和C，C′又處于嚙合，但位于與圖3A所示的它們的初始接觸位置相差180°的相對(duì)位置。
在圖3A，3B和3C中所有齒接觸點(diǎn)都位于它們相應(yīng)的齒輪的節(jié)圓上；而在幾何上，這些節(jié)圓是在同一球面上的各個(gè)大圓。所有的大圓在相差180°的兩個(gè)位置上相互相交。圖4是圖3A，3B和3C中所示的相應(yīng)齒接觸點(diǎn)組中一個(gè)組之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的示意表示，也即，當(dāng)齒輪10，20在一起轉(zhuǎn)一個(gè)完整圓周時(shí)，沿齒接觸點(diǎn)A，A′的相應(yīng)節(jié)圓10′，20′，描繪齒接觸點(diǎn)A，A′的運(yùn)動(dòng)。雖然各自的節(jié)圓表示在平面投影中，仍能看出，每個(gè)齒接觸點(diǎn)描繪雙紐線形圖形(一個(gè)在“球形表面上的8字形”)；而這是方向接頭技術(shù)中所熟知的，當(dāng)在兩根活動(dòng)連接軸之間傳遞常數(shù)速度時(shí)，這樣的雙紐線運(yùn)動(dòng)是必不可少的。
如上所述，圖5A示意地表示了圖1中一對(duì)配對(duì)齒輪的一部份，當(dāng)內(nèi)齒輪10和外齒輪20的相應(yīng)軸線在180°下成一直線。在這一位置上，相應(yīng)的節(jié)圓10′和20′重合。在重合的節(jié)圓上標(biāo)出的相應(yīng)為內(nèi)齒輪齒I1和I2的齒中心44和45，以及相應(yīng)為外齒輪齒E1，E2和E3的齒中心46，47和48。也標(biāo)出了相鄰齒中心46，47和齒中心47，48之間的投影弦中心距離PC。
圖5B示意地表示了圖5A中所示的基本相同的齒輪10，20的部份。然而，在圖5B中，所示齒輪在選定的最大最佳角度x之下可變地相交(如圖2所示)，而齒輪齒被表示成每一相應(yīng)齒輪齒組的節(jié)圓柱的修正展開(kāi)平面投影。平面投影被修正，因此在平面投影上相鄰齒之間的中心距離等于齒中心之間的投影弦距離PC。
如圖5B所示，當(dāng)齒輪10，20以它們各自的軸線在預(yù)定的最佳最大角度x下可變地相交著而一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的嚙合銜接中心與齒輪所圍繞的，相互相對(duì)而樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線32重合，而在齒輪間傳送的負(fù)載被十個(gè)齒所分擔(dān)。也就是說(shuō)，雖然在圖5B中表示的只有五個(gè)齒處于嚙合銜接之中，但如上所述(如在圖1中能看到的)，齒輪10，20總是同時(shí)相對(duì)兩個(gè)相距180°定位的嚙合中心而嚙合。
再一次提請(qǐng)?zhí)貏e注意這一事實(shí)，即齒輪10，20不是按一般齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中配對(duì)正齒輪和螺旋齒輪的方法相互相對(duì)來(lái)進(jìn)行滾動(dòng)的，一般設(shè)計(jì)的齒輪齒不適用于我們新型的角度可變齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，為此我們已發(fā)展了獨(dú)特的齒輪齒設(shè)計(jì)。
齒輪齒設(shè)計(jì)
(a)基本設(shè)計(jì)要素如上所述，我們的角度可變齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可用于不同于1∶1的比例下傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力。然而，其主要應(yīng)用之一涉及這種1∶1的裝置，因此以下討論將針對(duì)適用于這樣裝置的齒輪齒設(shè)計(jì)。
請(qǐng)參考圖6，這里示意地表示了本發(fā)明提出的一對(duì)齒輪50，52的嚙合齒的局部外形；為清晰起見(jiàn)，外齒輪52并未以剖面表示。齒輪的軸線在180°下成直線對(duì)準(zhǔn)，且外形取于齒輪的徑向中心平面。所示的兩個(gè)外齒輪齒54，55與三個(gè)內(nèi)齒輪齒56，57，58處于完全嚙合中。
由圖6可見(jiàn)，所有齒輪齒的工作表面是直邊的。這是最佳的外形形狀。正如上述，只要當(dāng)我們齒輪的軸線不在180°的直線位置，同時(shí)齒輪以1∶1的比例轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪就總是繞著它們兩個(gè)共有的嚙合中心移入和移出嚙合。這一運(yùn)動(dòng)引起嚙合齒的表面相互相對(duì)滑移，且這種滑移方式有些相似于準(zhǔn)雙曲面齒輪的嚙合齒之間發(fā)生的滑移接觸。最佳的直邊齒表面產(chǎn)生通過(guò)嚙合的滑移接觸的全線。此外，如果直邊齒能按照徑向線60而設(shè)計(jì)，則齒槽形狀(由線62加以表示)是最佳的。
按照我們發(fā)明的齒輪齒具有的另一個(gè)共同的特點(diǎn)，對(duì)此特舉按發(fā)明的CT(圓周切線)設(shè)計(jì)成形的齒輪齒作為例子來(lái)加以說(shuō)明。圖7是CT齒輪64外形的示意表示，該外形被表示在其齒輪的節(jié)平面上。與我們發(fā)明提出的所有齒一樣，該CT齒包括以下基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)齒64工作表面的位于其徑向中心線68兩側(cè)的中央部份66，67是由一個(gè)單一圓70的弧形成的，該圓周70的直徑選擇成，當(dāng)其齒輪與我們發(fā)明提出的配對(duì)齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，配對(duì)齒輪軸線的相交可由成180°直線至擴(kuò)展在180°線兩側(cè)的預(yù)選最大的最佳角度的整個(gè)角度范圍內(nèi)連續(xù)變化。形成每個(gè)TC和CD齒(以及L/IC組合結(jié)構(gòu)的齒中的一個(gè))的兩個(gè)工作面中央部份的圓弧是由相同的圓周形成的，然而，當(dāng)每個(gè)月牙齒的兩個(gè)工作面也是具有相同直徑的圓弧時(shí)，它們不在同一圓周上形成。這些特點(diǎn)在下文將更為詳盡地討論。
此外，在所有我們的設(shè)計(jì)中，所要求的單一圓的直徑選成以便能確保兩個(gè)以上配對(duì)齒能繞每個(gè)配對(duì)齒輪共有的嚙合中心同時(shí)處于嚙合。單一圓直徑的選取以及其它參數(shù)將在我們發(fā)明的四個(gè)最佳齒設(shè)計(jì)的下述說(shuō)明中另以描述。(b)CT(圓周切線)齒設(shè)計(jì)正如以上說(shuō)明以及由圖7所看到的，我們的CT齒輪齒的設(shè)計(jì)由單一圓周的選取開(kāi)始。第一步的處理是與齒輪傳動(dòng)技術(shù)中熟知的方法相同的，也即我們齒輪對(duì)的尺寸和強(qiáng)度規(guī)格一開(kāi)始是根據(jù)角度可變齒輪系統(tǒng)被使用(例如，用作自動(dòng)輕型卡車(chē)的操縱/驅(qū)動(dòng)軸的VC接頭)的應(yīng)用而加以確定的。齒輪的齒頂圓(最大直徑)可能受限于齒輪傳動(dòng)必須工作所在的實(shí)際空間，而徑節(jié)必須選成，齒的法向弦厚度(即，每個(gè)齒沿節(jié)圓的弦厚度)足以承受?chē)Ш现兴旋X數(shù)攜帶的最高預(yù)定負(fù)載。
對(duì)此，最好回憶一下，當(dāng)使用我們的齒輪系統(tǒng)在1∶1比例下傳輸運(yùn)動(dòng)時(shí)，一對(duì)我們的齒輪能處理一對(duì)相同尺寸的普通齒輪的負(fù)載的兩倍。這是因?yàn)槲覀兊凝X輪對(duì)共有兩個(gè)中心相距180°的嚙合面積，因此，它們?cè)趪Ш现兴哂械凝X數(shù)是相同尺寸普通齒輪的兩倍，提供法向弦厚度的徑節(jié)可選成大大小于通常所要求的。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D7，按照適當(dāng)?shù)凝X頂尺寸和徑節(jié)的選取，單一圓70用于形成齒的中央部份。圓70具有的半徑R產(chǎn)生一個(gè)圓，該圓沿徑向中心線68具有要求的法向弦厚度D。
其次，最好將每個(gè)齒輪的長(zhǎng)度方向的面寬度擴(kuò)展成足以保證有兩個(gè)以上的齒繞我們齒輪對(duì)共有的兩個(gè)嚙合中心的每一個(gè)而處于嚙合。為完成這一點(diǎn)，最起始的確定是按照特殊應(yīng)用中要求的角度變化度進(jìn)行的。例如為特殊運(yùn)貨車(chē)驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)的萬(wàn)向接頭可能不大于5°-10°，而在操縱一驅(qū)動(dòng)器中可能甚至要求大于40°的活動(dòng)接頭。如上所示，我們稱該要求的角度變化度為“最佳的最大角x”。
在圖7所示的例子中，假定最佳的最大角x為40°。在徑向中心線68的兩側(cè)標(biāo)出角度x(由點(diǎn)AB和EF之間的作圖線表示)，因此，點(diǎn)A和E在中心線68的兩側(cè)，在齒表面66上度量相應(yīng)的齒表面角x(在該例中，40°)，而點(diǎn)F和B在齒表面67上度量相同的齒表面角。
然后，通過(guò)相應(yīng)由直線72，73和74，75畫(huà)出所構(gòu)制齒表面延伸部份來(lái)擴(kuò)展相應(yīng)的齒表面66，67，每條直線畫(huà)成與相應(yīng)的齒表面角點(diǎn)A，E，B，F(xiàn)相切。每條延伸線72，73和74，75相應(yīng)地從其切點(diǎn)向與軸向中心線76的投影交點(diǎn)延伸，從而完成齒表面延伸部份的構(gòu)制。在最終的齒形狀中，這些延伸部份的尖端最好如虛線所示的加以倒角。
由于每根延伸線72，73和74，75與畫(huà)至其切點(diǎn)的相應(yīng)半徑線是垂直的，根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何分析，每一所述延伸線和軸向中心線76之間形成的角也等于x(在該例中，40°)。
按照該CT設(shè)計(jì)而配合的齒，當(dāng)我們的齒輪以可變相交角而相互連接兩根軸時(shí)，將適當(dāng)?shù)鼗牒突鰢Ш?。此外，該CT設(shè)計(jì)還保證，甚至在齒輪軸線以最佳的最大角相交時(shí)，在嚙合銜接的齒輪對(duì)一個(gè)或兩個(gè)中心，有兩個(gè)以上配對(duì)齒攜帶負(fù)載。
此外，假如徑節(jié)選取成使每個(gè)齒輪具有奇數(shù)齒，該設(shè)計(jì)將保證當(dāng)齒輪以最佳的最大角相交時(shí)，繞嚙合銜接的兩個(gè)齒輪對(duì)中心都有兩個(gè)以上配對(duì)齒攜帶負(fù)載。圖8A和8B示意地展示后一情況，它們表示了按發(fā)明的CT設(shè)計(jì)的一對(duì)齒輪的嚙合齒的外形，這些外形表示于修正平面投影，且所示齒輪對(duì)在最佳的最大角x下以它們的軸線相交。
圖8A表示按剛?cè)缟鲜龅姆椒ㄔO(shè)計(jì)的CT齒輪對(duì)的嚙合面積的第一個(gè)例子，而圖8B表示了同一齒輪對(duì)在時(shí)間的同一瞬間的第二個(gè)嚙合面積。同樣為展示起見(jiàn)，假定齒輪齒是按最佳的最大角為40°而設(shè)計(jì)的。如上所述，這在軸線或是成平行直線排列或重合的位置的兩側(cè)各提供擴(kuò)展40°的角度范圍，從而產(chǎn)生了總共為80°的活動(dòng)連接。
在圖8A中，外齒輪齒80的中心位于第一嚙合面積的中心，且外齒輪齒80與內(nèi)齒輪齒81，82接觸。在時(shí)間的同一瞬間，在圖8B所示的共有嚙合面積上，內(nèi)齒輪齒83的中心位于嚙合面積的中心，且內(nèi)齒輪齒83與外齒輪齒84，85接觸。這樣，當(dāng)被齒輪對(duì)相互連接的軸在最大角下相交時(shí)，有6個(gè)齒分擔(dān)負(fù)載。
圖8C表示于圖8B中的第二嚙合面積在每個(gè)齒輪進(jìn)一步轉(zhuǎn)過(guò)四分之三周節(jié)距離的瞬間情況。在圖8C所示的時(shí)刻，外齒輪齒86的徑向中心線與內(nèi)齒輪齒87的前表面向右滑移(按圖來(lái)看)，沿齒87的后表面向左滑移。同時(shí)，內(nèi)齒輪齒87和外齒輪齒85之間的接觸線沿齒87的前表面向左滑移，沿齒85的后表面向右滑移。
如以上剛指出的，當(dāng)軸的指向是在最佳的最大角x時(shí)，嚙合齒數(shù)對(duì)所有預(yù)定的運(yùn)行條件而言是最少的嚙合齒數(shù)；當(dāng)軸移入基本成180°直線時(shí)，齒輪的齒以連接似的方式全部相互完全嚙合。因此，在最佳的最大角時(shí)，假如齒的所選徑節(jié)和法向弦厚度是以使嚙合的齒攜帶預(yù)期的負(fù)載，則在較小的角向指向時(shí)，齒輪對(duì)將具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。
在齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，根據(jù)我們的齒輪之間的滑移接觸將對(duì)齒輪齒面的可能刻痕必須給予特殊考慮表示關(guān)注。但是，在考慮我們齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中可能的刻痕時(shí)，必須指出，(a)由于負(fù)載被兩個(gè)嚙合中的多個(gè)齒同時(shí)分擔(dān)，每個(gè)齒上的表面壓力減少，而(b)在每個(gè)共有的嚙合中，每個(gè)齒的相對(duì)齒表面都相應(yīng)的地處于負(fù)載之下。此外，當(dāng)軸的角度趨近180°時(shí)，每對(duì)嚙合齒，當(dāng)它們進(jìn)入和移出嚙合時(shí)，相互相對(duì)滑移所通過(guò)的齒表面距離也減少。因此，當(dāng)齒輪間的軸的角度減少時(shí)，滑移速度減少，假如在最佳的最大角時(shí)齒輪齒間的表面壓力和滑移速度是可接受的話，則刻痕問(wèn)題的可能性將變得最小。(c)CD(菱形上的圓周)齒的設(shè)計(jì)可能存在其它方法以確定適合于我們角度可變齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪齒設(shè)計(jì)參數(shù)的同時(shí)，我們采用一般的幾何設(shè)計(jì)；而在圖9A和9B中所示的我們CD齒的一般幾何設(shè)計(jì)進(jìn)行如下(1)與上述我們CT齒的說(shuō)明的方法一樣，我們CD齒的設(shè)計(jì)也是從根據(jù)齒輪傳動(dòng)使用的應(yīng)用首先確定要求的尺寸和強(qiáng)度規(guī)格開(kāi)始，由此選定合適的齒頂尺寸，徑節(jié)，和齒的法向弦厚度。
(2)緊隨這些適當(dāng)基本參數(shù)的最初選定，將齒輪對(duì)中的外齒輪的一部分繪制成示于圖9A右手部份的軸向視圖形式。也即，繪制其節(jié)圓a的一部分以及至少兩個(gè)齒中心b和c。選取通過(guò)齒中心b的徑向線d標(biāo)作“擬凝中的嚙合”中心將外齒輪節(jié)圓a的一部分的展開(kāi)平面投影a’繪制成與徑向線d垂直。
(3)在徑向線d和展開(kāi)節(jié)圓a’的交點(diǎn)標(biāo)上投影的齒中心b’，作為如上所述的擬凝嚙合的中心。然后，將鄰接齒中心b的第二個(gè)齒中心c從最初繪制的節(jié)圓a投向展開(kāi)的節(jié)圓a’，并認(rèn)定為投影的齒中心c’。
(4)其次，繞齒中心b′和c′相應(yīng)地繪制圓e和f，每個(gè)圓的直徑等于在以上(1)中所選徑節(jié)確定的法向弦齒厚度。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，該直徑也等于齒輪投影周節(jié)的一半(如以虛線示于投影齒中心b′和c′之間中點(diǎn)的相同直徑的圓)。
(5)然后，通過(guò)擬凝嚙合中心b′按角度x畫(huà)出該齒輪對(duì)中內(nèi)齒輪的節(jié)圓g的展開(kāi)平面投影，而所選角度x等于齒輪軸間的最大的要求的相交角度，在展開(kāi)的節(jié)圓g上標(biāo)出兩個(gè)新的齒中心h和i，齒中心h和i所在相隔的距離等于投影的周節(jié)，且以嚙合中心b′為中心。繞中心h和i畫(huà)出新的圓k和m，每個(gè)圓具有與齒圓e和f相同的直徑。
(b)現(xiàn)在參考圖9B，它是開(kāi)始于圖9A左手部分投影嚙合制圖的繼續(xù)。展開(kāi)的節(jié)圓g也是每個(gè)齒圓k和m的徑向中心線，而角x(它等于齒輪軸線之間相交的最佳的最大角)則在中心線g的兩側(cè)，在齒圓k相對(duì)面的每一個(gè)面上標(biāo)出，從而在齒圓k的每一相對(duì)面上產(chǎn)生兩個(gè)相應(yīng)的齒面角(為x°的)。然后在齒圓k一側(cè)上，相應(yīng)齒面角的外點(diǎn)o和p之間畫(huà)上弦n，再通過(guò)齒中心h和弦n繪制二等分線q。
(7)從點(diǎn)O畫(huà)切線，該切線與齒圓f的表面切于r點(diǎn)并終止于其與二等分線q的交點(diǎn)S。從點(diǎn)s至弦n的另一端的p點(diǎn)畫(huà)第二條線，最終的等腰三角形ops的等邊形成延伸部份的基本形狀，它在齒圓k的一側(cè)增加齒輪齒沿軸向方向的長(zhǎng)度寬度?，F(xiàn)在延伸二等分線q以形成齒的軸向中心線，如圖9B所示，然后從在齒圓k的相對(duì)側(cè)上的相應(yīng)齒面角的外點(diǎn)延伸，畫(huà)出相同尺寸的三角形，從而完全在相對(duì)軸向方向的延伸部份。
(8)然后，按剛說(shuō)明的方法繞齒中心h繪制的這一顯然為“菱形的圓周”的齒形的外形被用作配對(duì)CD對(duì)中兩個(gè)齒輪的齒形(當(dāng)從齒輪的節(jié)平面上察看時(shí))。當(dāng)然，如那些精于齒輪設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的人干所理解的那樣，雖然我們最終的CD齒形基本是這一形狀，但對(duì)尖端的去除，間隙，邊緣以及表面光滑等的少量修正是必須進(jìn)行的。
在圖10中示意地展示了一組這樣的嚙合CD齒，其中齒輪繞嚙合中心88而放置，齒輪軸線按所選這40°的最佳的最大相交角而指向。在這一最大角度下，可以看到，三個(gè)內(nèi)齒輪齒90，91，92與兩個(gè)外齒輪93，94嚙合。因此，像我們其它的齒設(shè)計(jì)一樣，與普通齒輪系統(tǒng)相比，在所有時(shí)間內(nèi)，有更多的CD齒處于嚙合以攜帶期待的負(fù)載。
(d)CT和CD齒設(shè)計(jì)的可能改變圖11示意地表面了另一對(duì)齒輪的嚙合齒，它們是根據(jù)或適用于發(fā)明的CT設(shè)計(jì)或適用于發(fā)明的CD設(shè)計(jì)的進(jìn)一步形狀變動(dòng)而提出的。嚙合齒再一次在齒輪繞著以所選的最佳的最大角可變地相交的相應(yīng)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在平面投影上梗概地加以展示，而平面投影以圖5B在上文指出的相同方式進(jìn)行改變。
在這一獨(dú)特的方案中，配對(duì)對(duì)的所相應(yīng)齒輪具有不同厚度的齒。同樣，該設(shè)計(jì)是由繪制產(chǎn)生的，在起始的設(shè)計(jì)步驟中，所選徑節(jié)能提供具有最小尺寸和法向弦厚度的齒，但又能適當(dāng)?shù)財(cái)y帶所期待的負(fù)載。例如，在圖11中，內(nèi)齒輪100的CT齒的一部份被布置在所示的投影中；作為舉例，可假定內(nèi)齒輪100具有約為9厘米(3.5″)的節(jié)圓，并一開(kāi)始選成為一個(gè)10節(jié)/36齒的齒輪，其法向弦厚度則如形成其CT齒之一的中心的單一圓102所示。內(nèi)齒輪100齒的周節(jié)用CP表示。
其次，從齒輪100上每?jī)蓚€(gè)齒中如以虛線所示的那樣取走一個(gè)。這使齒輪100每?jī)蓚€(gè)齒之間的空間等于單一圓102直徑的3倍，而其余的內(nèi)齒輪齒104，105，106所在的中心是一開(kāi)始所選周節(jié)的兩倍(即2.cp)。不過(guò)，內(nèi)齒輪齒104，105，106仍保持它們?cè)鹊某叽绾托螤?如它們?cè)谝粋€(gè)10節(jié)/36齒的齒輪中出現(xiàn)的一樣)。
在該方案的下一步，在同樣相隔2.cp的中心上繪制配對(duì)外齒輪108的齒。但是，當(dāng)采用如上所述的CT繪制時(shí)，設(shè)置的單一圓110(它被用于形成每個(gè)齒的中央部份)具有的直徑等于用于形成的內(nèi)齒輪100的原始齒中央部份的單一圓102直徑的3倍。
當(dāng)按恰如上述方法繪制的齒輪100，108的嚙合部份布置于如圖11所示的投影中時(shí)，其齒輪的軸線以所選的最佳的最大角x(對(duì)該例子，x＝40°)相交，能看到不同尺寸的齒能在嚙合關(guān)系中一起轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，按照以上建議的在圖11中作為例子的齒輪100，108的齒輪尺寸參數(shù)，從實(shí)際效果看，兩個(gè)齒輪中每一個(gè)成為5-節(jié)/18齒的齒輪，但它們保持與原先10一節(jié)/36齒齒輪所具有的相同周節(jié)及相同的較淺的全深。
從圖11還能看到，兩個(gè)加大的外齒輪齒111，112與兩個(gè)內(nèi)齒輪105，106嚙合。因此，該方案對(duì)每一嚙合至少提供4個(gè)配對(duì)齒，也即，正常運(yùn)行期間，總是有8個(gè)齒處于嚙合。
我們的CT，CD和L/IC齒輪共享另一設(shè)計(jì)特點(diǎn)，即，所有齒輪只要求十分微小的用于間隙的頂端消除。在圖12中以十分夸大的形式，十分示意地展示了這種頂端消除；外齒輪CD齒114的齒面具有其稍加倒角的每個(gè)相應(yīng)延伸部份116，117的上齒頂，該倒角的深度從齒徑向中心線處的零增加至齒面與齒軸向中心線相遇的齒面外邊緣處的最大值?，F(xiàn)提供下了要求倒角的一些量的概念；具有外直徑為10厘米(4″)的外CD齒輪的齒要求在它們外邊緣的最大頂端消除約為0.2毫米(0.008″)。
這樣微小的頂端消除在我們齒輪傳動(dòng)制造期間能簡(jiǎn)單地產(chǎn)生。例如，在齒輪在初始時(shí)刻被鍛造成“毛坯-但一接近-成品”的形狀的過(guò)程中，鍛造的毛坯齒輪可通過(guò)CBN研磨進(jìn)行最后加工，在研磨中采用具有不帶任何頂端消除的配對(duì)齒輪形狀的加工工具。(e)月牙齒的設(shè)計(jì)我們的齒輪系統(tǒng)還包括另一種齒輪齒的設(shè)計(jì)，它制造簡(jiǎn)單，并在某些方面具有特殊的用途。我們稱這種結(jié)構(gòu)為“月牙”是因?yàn)槊總€(gè)齒的每個(gè)相對(duì)工作面的整個(gè)長(zhǎng)度表面的外形是由一個(gè)單一圓的弧形成的，當(dāng)從齒輪的節(jié)平面觀看時(shí)，每個(gè)齒的兩個(gè)工作面的外形產(chǎn)生月牙似的形狀。(幾何上講，一個(gè)“月牙”是被球形表面上的兩個(gè)相交的大圓所限制的區(qū)域。)為了說(shuō)明我們的月牙設(shè)計(jì)，將參考圖13A和13B。
圖13A展示了用于確定圓弧的幾何制作，該圓弧形成的每個(gè)齒面長(zhǎng)度方向的曲率。首先，按照上述對(duì)我們的CT和CD齒說(shuō)明的方式，我們的月牙齒的設(shè)計(jì)也從最初根據(jù)齒輪傳動(dòng)將被使用的應(yīng)用確定要求的尺寸的強(qiáng)度的規(guī)格開(kāi)始，由此選擇適當(dāng)?shù)凝X頂尺寸，徑節(jié)和齒的法向弦厚度。根據(jù)這一資料，進(jìn)行外齒輪115徑向截面的簡(jiǎn)單制作，布置齒頂圓116，齒根圓118和節(jié)圓120；再增添幾個(gè)齒的外形。
其次，從齒輪中心122在徑向線124，125之間設(shè)置預(yù)選的最佳的最大角x(在這一例中25°)；在徑向線124，125相交節(jié)圓120的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)127，128之間畫(huà)弦126。測(cè)量弦126的長(zhǎng)度以給出直徑的大小X，該直徑用于產(chǎn)生確定形成齒輪每個(gè)月牙形齒的工作表面全長(zhǎng)的弧的單一圓。
在示于圖13B的進(jìn)一步制作中，外齒輪115和配對(duì)內(nèi)齒輪130布置在修正平面投影內(nèi)(如上文說(shuō)明的)，齒輪的軸線在預(yù)選的最佳的最大角(即25°)下相交，齒輪軸線繞著相交的樞軸軸線由共有的嚙合中心132表示。繞中心132畫(huà)出具有直徑為X的圓，該圓的弧形成外齒輪齒134的前面和外齒輪齒13的后面。中心132也用于標(biāo)記一個(gè)外齒的中心，而其余外齒的中心137，138則沿齒輪115的徑向中心線136以等于預(yù)選的周節(jié)的連續(xù)間距標(biāo)出。此后，采用相同直徑X的圓，以及采用連續(xù)中心137，138等，可制作其它外齒輪齒的前、后面。
相類(lèi)似，從以1/2周節(jié)的距離在嚙合中心132兩側(cè)標(biāo)出兩個(gè)點(diǎn)開(kāi)始，沿內(nèi)齒輪130的徑向中心線141標(biāo)出順序的齒中心139，140。然后，采用相同直徑X的圓和采用順序的139，140等，可制作內(nèi)齒輪130的齒輪齒的前、后面。如齒輪制造領(lǐng)域普通技術(shù)人員很快將理解一樣，這種月牙形齒可采用具有內(nèi)徑為X的中空?qǐng)A柱形刀具來(lái)成形。
根據(jù)所示的制作過(guò)程，可以看到當(dāng)齒輪間軸的角度為最大角時(shí)，許多月牙形齒(例如，在每個(gè)共有的嚙合面積約有10個(gè)齒)將在它們相應(yīng)的兩個(gè)面上完全接觸。然而，每個(gè)月牙形齒的法向弦厚度沒(méi)有其配對(duì)齒輪的齒間空間大，因此當(dāng)軸的角度從其最大指向減少返回至180°直線時(shí)，嚙合月牙形齒間的間隙增加，并在軸線達(dá)到180°直線時(shí)，并在軸線達(dá)到180°時(shí)，達(dá)到具有相當(dāng)量的最大間隙。因此，我們的月牙形齒結(jié)構(gòu)對(duì)于在使用中總是要求最大的間隙的情況是不合適的，也即對(duì)那些在正常運(yùn)行期間，預(yù)期的軸轉(zhuǎn)動(dòng)反向相當(dāng)頻繁發(fā)生的情況是不適用。(f)組合式月牙/反向曲線(“L/IC”)設(shè)計(jì)圖14A和14B示意地展示了按照本發(fā)明提出的再另一對(duì)齒輪的嚙合齒的外形。根據(jù)由下述說(shuō)明將變得明確的理由，我們稱為該結(jié)構(gòu)為月牙/反向曲線組合(“L/IC”)。同樣，齒的外形展示在該齒輪對(duì)的修正平面投影上，且此時(shí)它們的軸線在最佳的最大角下相交。當(dāng)然，必須記住，這樣的平面投影僅僅是節(jié)表面為球形的真實(shí)齒輪的模擬。
根據(jù)以上說(shuō)明的我們的其它齒的設(shè)計(jì)，示于圖14A和14B的齒最容易藉助制圖來(lái)加以說(shuō)明。對(duì)這些L/IC齒，結(jié)構(gòu)的制圖也是從通常的，一開(kāi)始確定選擇合適的齒頂尺寸，徑節(jié)和齒的法向弦厚度，以及齒輪軸將可變地在180°直線的兩側(cè)相交的所要求的最大角x開(kāi)始。
根據(jù)這些預(yù)選的參數(shù)，這兩個(gè)齒輪的節(jié)圓的平面投形，在相交最大角(在此情況相交于45°角)的情況下被設(shè)計(jì)；且和CT和CD設(shè)計(jì)一樣，將齒輪之一的齒中心80’設(shè)置于節(jié)圓間的相交點(diǎn)上。應(yīng)用所選的周節(jié)P’，將另外的齒中心81’，82’，以及83’，84’，85’和86’相應(yīng)地標(biāo)在每個(gè)節(jié)圓上。接著，按照直徑等于所要求弦厚度D’的相應(yīng)圓，設(shè)計(jì)出每個(gè)齒的中央部份。也即，采用半徑T等于該弦厚度的一半(即，周節(jié)的四分之一)作出每個(gè)相應(yīng)的圓。
然后，第一齒輪的齒按月牙形設(shè)計(jì)加以完成，每個(gè)齒的每個(gè)齒面87’，88’，89’90’的全長(zhǎng)為圓弧，該圓的中心位于第一齒輪的節(jié)圓上，并具有半徑R’，而R′=3T=3D′2=3P′4]]>半徑R’等于所選弦厚度的一又二分之一，也等于周節(jié)的四分之三。
第二齒輪的配對(duì)齒輪齒繞齒中心80’，81’，82’而形成，其方法與上述我們的CT和CD齒的形成方法相當(dāng)相似。也即，每個(gè)齒表面的每個(gè)圓弧中央部份91’，92’設(shè)置有兩個(gè)軸向擴(kuò)展部份93’，94’它們相應(yīng)地與其端部的每一個(gè)連接；而每一個(gè)相應(yīng)的擴(kuò)展部份93’，94’的表面是一條線，(a)該線從圓形中央部份91’，92’的兩個(gè)點(diǎn)A’，E’和B’，F(xiàn)’中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸，點(diǎn)A’，E’和B’，F(xiàn)’相對(duì)齒的徑向中心線95’，并在相應(yīng)的預(yù)定齒表面角x之下而放置，且(b)該線延伸至與齒的軸向中心線96’的投出交點(diǎn)。還有，像我們的CT設(shè)計(jì)一樣，在我們的L/IC設(shè)計(jì)中，每個(gè)相應(yīng)的齒表面擴(kuò)展部份的表面是與每個(gè)齒面的圖形中央部份相切的。
然而，如由圖14A可見(jiàn)，每個(gè)相應(yīng)的齒表面擴(kuò)展部份93’，94’是一條曲線，其曲率是與圓形中央部份91’的曲率相反的。每個(gè)反向曲線擴(kuò)展部份是一個(gè)圓弧，其曲率中心位于其相應(yīng)的齒表面角線A’，B’和E’，F(xiàn)’的延伸部份上。對(duì)齒97’的齒表面擴(kuò)展部份展示了這樣的制作，其中擴(kuò)展部份100’，101’，102’和103’的曲率中心相應(yīng)為點(diǎn)104’，105’，106’和107’。在該制作中，每個(gè)擴(kuò)展部份的半徑R’等于其相應(yīng)圓形中央部份半徑T的三倍。
圖14B展示了圖14A所示的同一L/IC齒輪對(duì)的相同嚙合，但是它們軸線只是在20°，而不是在最佳的最大角下相交。可看到，仍然還有五個(gè)齒處于嚙合中。因此，我們的L/IC設(shè)計(jì)比普通齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)提供了有更多的齒在所有時(shí)間內(nèi)處于嚙合中。
常速接頭雖然我們的齒輪系統(tǒng)能應(yīng)用于任何在正常運(yùn)行期間，要求傳輸另件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)力，且另件的軸線在可變的角度下相交的情況，但其主要應(yīng)用之一是在涉及萬(wàn)向和常速(“CV”)接頭的汽車(chē)技術(shù)。
圖15示意地展示了我們發(fā)明提出的CV接頭的第一實(shí)施例的局部剖面圖。我們的外齒輪之一150被安裝在輪轂152上，該輪轂152用花鍵結(jié)合至驅(qū)動(dòng)軸154的端部，而其配對(duì)內(nèi)齒輪156安裝至杯狀支架158上，該支架158固定在從動(dòng)軸160的端部。齒輪150和156藉助球形軸承保持嚙合聯(lián)系，該球形軸承包括一個(gè)大的滾珠軸承162，它被螺栓163固定于從邊軸160端部上的支架158的中央。滾珠軸承162夾持在罩164中，罩164被截獲在輪轂152的外唇緣166和被輪轂152中的一個(gè)合適通道所定位的彈簧環(huán)168之間。
為組裝目的，輪轂152的鍵合端被從頭到尾鏜出鍵槽的內(nèi)徑，而罩164分割成兩個(gè)部份。在組裝時(shí)(a)將罩164的外半部靠著唇緣166而放置，(b)將滾珠162放在罩164的外半部，(c)圍繞滾珠162而放置罩164的內(nèi)半部，(d)將彈簧環(huán)168放在輪轂152中以?shī)A持罩164，和(e)應(yīng)用螺栓163以便滾珠162固定至軸160上。
采用這種軸承結(jié)構(gòu)，兩個(gè)齒輪的中心總是與滾珠62的中心保持重合，滾珠162相對(duì)其罩164在任何方向自由運(yùn)動(dòng)；當(dāng)軸154，160在位于任何平面的軸角度的整個(gè)寬廣范圍中可變地相交時(shí)，齒輪150，156保持繞兩個(gè)嚙合中心的配對(duì)接觸。
圖16是發(fā)明提出的常速接頭的另一實(shí)施例的示意局部剖面圖。在該另一實(shí)施例相似圖15的CV接頭的同時(shí)，它還包括一個(gè)特殊的球形軸承，這種軸承在高速和高扭矩條件下使用是最好的。
內(nèi)齒輪170固定至杯狀支架172和從動(dòng)軸173上，而外齒輪175固定至用花鍵接合在驅(qū)動(dòng)軸177的輪轂構(gòu)件176上，球形軸承的中央部份又包括一個(gè)大滾珠178，它被螺栓179固定至支架172和軸173上。還有滾珠178在罩180中運(yùn)動(dòng)，而罩180則被夾持在形成于輪轂構(gòu)件176的適當(dāng)通道中。然而，在該重載實(shí)施例中，滾178不是直接在罩180上運(yùn)動(dòng)，而是被許多較小的滾珠182所支承，這些較小的滾珠182被一系列由十分薄的，繞滾珠178在緯度方向放置的環(huán)形墊片183所形成的軸承圈載獲在罩180中。為組裝目的，罩180又被分割成兩部份，并用螺栓184(只表示了一個(gè))加以固定。在這種滾珠軸承裝置中，較小滾珠182的分隔組被分別夾持在分隔的緯度軌道中，但這些滾珠仍能自由地縱向滾動(dòng)。
用于這些CV接頭的我們的齒輪對(duì)若干預(yù)定的最大的最佳軸角，按以上說(shuō)明的方法加以設(shè)計(jì)。在圖16中，所示CV接頭在紙平面中繞樞軸軸線186被活動(dòng)連接至其最佳的最大角(在該例40°)；為展示該CV接頭的活動(dòng)連接范圍，還用虛線表示了齒輪175的下端，指示出當(dāng)它被樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)至相反方向相同最大角時(shí)的齒輪175的位置。
這些CV接頭的球形軸承的潤(rùn)滑由于鉆通大滾珠及圍繞其表面的適當(dāng)通道而得到加強(qiáng)(只在圖15中展示了這樣的通道)。還是關(guān)于這一方面，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將對(duì)此贊賞，即當(dāng)軸角由于，例如膝桿作用驅(qū)動(dòng)輪的上升和下降引起變化時(shí)，輪轂(例如，輪轂152和輪轂構(gòu)件176必須相對(duì)它們相應(yīng)軸的端部軸向地稍微運(yùn)動(dòng)。在這些情況下，截獲在軸177端部和滾178之間的潤(rùn)滑流體被泵送通過(guò)和圍繞球形軸承。
應(yīng)該指出，如上所述的安裝有滾珠CV接頭能在通過(guò)滾珠中心的任何平面內(nèi)活動(dòng)聯(lián)接。當(dāng)然，假如所要求的軸角的活動(dòng)聯(lián)接被限制在只有一個(gè)平面中(例如，只有左和右，或只有上和下)，則CV接頭就可簡(jiǎn)化，例如，簡(jiǎn)化成相似于圖1所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
在許多卡車(chē)中，后輪是通過(guò)差動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)的，而差動(dòng)器比卡車(chē)傳動(dòng)裝置的輸出更位于接近地面，包括我們的齒輪系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸能用于提供這種卡車(chē)的傳動(dòng)裝置與差動(dòng)器之間的所要求的活動(dòng)接頭連接。圖17示意地展示了這種驅(qū)動(dòng)器188，它在兩端各具有相應(yīng)的我們的齒輪對(duì)189，190。齒輪對(duì)189的內(nèi)齒輪192被安裝在杯狀支架193上，它包括底板194，該底板用于與傳動(dòng)裝置的輸出相連接。齒輪對(duì)189的外齒輪195固定在軸188的左手端。相類(lèi)似，齒輪對(duì)190的外齒輪196固定在軸188的右手端，而其配對(duì)內(nèi)齒輪197安裝在固定于軸199的杯狀支架中，軸199能合適地與卡車(chē)的差動(dòng)器相連接。
位于活動(dòng)聯(lián)接軸188上的齒輪對(duì)189，190示意地表示成具有各自的滾珠軸承以便將齒輪相互相對(duì)而放置。因此，置于圖17的裝置適用于任何下述的使用情況，在那里要求或者平板194和軸199之一，或者平板194和軸199兩者在多個(gè)平面中活動(dòng)聯(lián)接。但是，當(dāng)該活動(dòng)聯(lián)接軸組件以剛說(shuō)明的方式用于卡車(chē)中時(shí)，每個(gè)齒輪組的角向指向通常成某一預(yù)選角度被固定為簡(jiǎn)單的齒輪安裝裝置(類(lèi)似于圖1中所示的實(shí)施例)來(lái)支持齒輪。
應(yīng)該指出，圖17的齒輪裝置所提供的活動(dòng)聯(lián)接包括齒輪對(duì)189的最大的最佳角加上齒輪對(duì)190的最大的最佳角。因此，該裝置的修正能用于提供令人驚奇的活動(dòng)聯(lián)接接頭。例如，假如軸188的長(zhǎng)度為最小(如，兩個(gè)軸端有效地按對(duì)頭拼接而放置)，且假如每個(gè)齒輪對(duì)189，190設(shè)計(jì)成在所有預(yù)期的負(fù)載下傳輸常速的轉(zhuǎn)動(dòng)力，同時(shí)它們相應(yīng)齒輪的軸角可在任何平面一直變至30°，于是；剛才說(shuō)明的對(duì)頭拚接裝置將提供在任何一個(gè)平面內(nèi)最大達(dá)60°角的常速活動(dòng)聯(lián)接，同時(shí)提供在一個(gè)平面內(nèi)最大達(dá)30°的活動(dòng)聯(lián)接協(xié)同在任何其它平面內(nèi)的另為30°的活動(dòng)聯(lián)接。
圖18示意地展示了我們發(fā)明應(yīng)用的另一個(gè)例子，它是作為包含汽車(chē)操縱驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的常速接頭200(與圖15中所示的相似)。操縱驅(qū)動(dòng)軸201一端用花鍵與普通的驅(qū)動(dòng)法蘭202聯(lián)接，而汽車(chē)前輪則用螺栓固定在驅(qū)動(dòng)法蘭202上(輪子和螺栓都沒(méi)有表示)。操縱驅(qū)動(dòng)軸201的另一端固定在杯架204上，杯架204支承構(gòu)成CV接頭200的齒輪對(duì)的內(nèi)齒輪206。
外齒輪207固定在驅(qū)動(dòng)軸208的端部，而驅(qū)動(dòng)軸208又在安裝于汽車(chē)框架構(gòu)件210的軸頸(未表示)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。操縱驅(qū)動(dòng)軸201被輪支架212內(nèi)的軸承(未表示)適當(dāng)?shù)刂С卸喼Ъ?12則通過(guò)轉(zhuǎn)向銷(xiāo)214可轉(zhuǎn)動(dòng)地與框架構(gòu)件210連接。當(dāng)輪支架212被操縱時(shí)，大的滾珠軸承216使齒輪206，207之間的軸角得以改變。
此外，在另一熟知的通常裝置中，例如，其中框架構(gòu)件210被用于上下運(yùn)動(dòng)的膝桿作用構(gòu)件所替換，滾珠軸承216使協(xié)同的活動(dòng)聯(lián)接得以在該第二平面進(jìn)行。在協(xié)同的活動(dòng)聯(lián)接在多個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行的這一瞬間，CV接頭200的齒輪對(duì)206，206總是繼續(xù)共享兩個(gè)中心相距180°的嚙合面積，而齒輪則在它們共同以1∶1比例轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以相對(duì)章動(dòng)(nutating)運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)。
請(qǐng)注意圖17所示操縱驅(qū)動(dòng)裝置的另外特點(diǎn)；即，它克服了在現(xiàn)有技術(shù)中CV接頭操縱驅(qū)動(dòng)的軸中產(chǎn)生的扭矩操縱問(wèn)題?！芭ぞ夭倏v”是技術(shù)中采用的名詞，用以描繪轉(zhuǎn)動(dòng)接頭產(chǎn)生繞操縱軸的轉(zhuǎn)向銷(xiāo)的不利的轉(zhuǎn)動(dòng)矩的趨勢(shì)。這一問(wèn)題在于圖18的軸設(shè)計(jì)中，通過(guò)轉(zhuǎn)向銷(xiāo)214與CV接頭200的樞軸軸線的成直線對(duì)準(zhǔn)而得以避免。由于齒輪206，207共享兩個(gè)相距180°而分置的嚙合點(diǎn)，也由于這些嚙合點(diǎn)是與驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)軸之間的樞軸線成直線對(duì)準(zhǔn)，齒輪以它們1∶1比例的轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生繞樞軸軸線的力矩；還由于CV接頭200的樞軸軸線與轉(zhuǎn)向銷(xiāo)的軸線成直線對(duì)準(zhǔn)重合，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生繞轉(zhuǎn)向銷(xiāo)軸線的不利操縱力矩，因而不造成扭矩操縱。
我們的常速接頭的重要特征之一是與其輕松的潤(rùn)滑有關(guān)。圖19是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)常速接頭的示意局部剖面圖，它與圖15中所示的常速接頭相似。該接頭是作為敞開(kāi)式汽車(chē)驅(qū)動(dòng)軸的兩個(gè)零件間的活動(dòng)聯(lián)接接頭而進(jìn)行運(yùn)行的。在所示的一瞬間，假定軸零件在約為15°的角之下活動(dòng)聯(lián)接，且它們正以高于每分鐘300轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速而轉(zhuǎn)動(dòng)。
外齒輪150′安裝在輪轂152′上，它具有一個(gè)與敞開(kāi)式驅(qū)動(dòng)軸零件154′的端部進(jìn)行花鍵接合的環(huán)面狀延伸部份153′。接頭的配對(duì)內(nèi)齒輪156′安裝在杯狀支架158′上，它包括圓周向的唇緣部份159′，并被固定在敞開(kāi)式驅(qū)動(dòng)軸零件160′的一端。安裝在輪轂152′的環(huán)面狀延伸部份153′和杯狀支架158′的圓周向唇緣部份159′之間的是彈膠性套管161′。套管161′的相應(yīng)端，用金屬薄帶165′貼在延伸部份153′上進(jìn)行密封，用金屬薄片箍貼在唇緣部份159′上進(jìn)行密封。杯狀支架158′和彈膠性套管161′相結(jié)合從而將接頭機(jī)構(gòu)封閉在一個(gè)密封的殼之內(nèi)。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從軸零件154′傳輸至軸零件160′時(shí)，在密封接頭內(nèi)的潤(rùn)滑流體169′被離心力壓至杯狀支架158′的側(cè)邊，進(jìn)入配對(duì)齒輪的嚙合齒中。由于我們的整個(gè)接頭機(jī)構(gòu)是帶著軸零件一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，杯狀支架158′的轉(zhuǎn)動(dòng)金屬側(cè)受空氣冷卻，從而將潤(rùn)滑液體169′中產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)走。此外，金屬薄片箍167′的堅(jiān)直部分為彈膠性套管161′提供支承以制止?jié)櫥黧w的軸向流動(dòng)和承受離心效應(yīng)產(chǎn)生的壓力。
如上所述(請(qǐng)參考圖3A，3B和3C)，當(dāng)成斜角相交的外齒輪150′和內(nèi)齒輪156′以1∶1比例轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的配對(duì)齒在它們兩個(gè)共享的，位于相距180°的嚙合面積上連續(xù)地滑移進(jìn)入和移出嚙合。也即，當(dāng)示于圖19的接頭轉(zhuǎn)過(guò)四分之一轉(zhuǎn)圈時(shí)，外齒輪150′的齒150a，150b滑過(guò)內(nèi)齒輪156′配對(duì)齒156a，156b的相應(yīng)面，進(jìn)入完全嚙合，同時(shí)攜帶著在所示位置時(shí)壓向它們的潤(rùn)滑流體。在另一個(gè)四分之一周之后，這些齒輪移出嚙合，而齒輪齒之間的空間重又充滿旋轉(zhuǎn)連接的離心力作用壓縮的潤(rùn)滑流體。還有，當(dāng)運(yùn)行時(shí)，這些齒輪齒的滑移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生持續(xù)的潤(rùn)滑流體霧，它使密封接頭內(nèi)的大氣飽和以潤(rùn)滑滾珠軸承機(jī)構(gòu)。
具有更高的齒輪傳動(dòng)比的系統(tǒng)我們的齒輪系統(tǒng)也可在高于1∶1的比例下傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力。但是，在這樣的裝置中，齒輪不再共享兩個(gè)嚙合面積。代之的是，齒輪像在普通齒輪傳動(dòng)中一樣只共享一個(gè)嚙合面積，但它們相應(yīng)的軸如上所述那樣在整個(gè)預(yù)定角范圍內(nèi)相互相對(duì)變動(dòng)時(shí)，它們?nèi)匀粋鬏斵D(zhuǎn)動(dòng)力。
圖20A和20B是用于在不同于1∶1(例如2∶1)比例下傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力的齒輪系統(tǒng)的示意圖。圖20A展示了杯狀支架222夾持的內(nèi)齒輪220的頂視圖，而支架222固定在軸224的端部。配對(duì)外齒輪226成形于軸228的端部，在該圖中，軸228在圖平面中被向上調(diào)節(jié)至在其180°直線位置之上的相對(duì)軸224的最大最佳角x。還用虛線表示了軸228被向下調(diào)節(jié)至在其180°直線位置之下的相對(duì)軸224的相同最大最佳角x時(shí)的齒輪226。如以上詳述，當(dāng)軸角在該全部運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，齒輪220，226的配對(duì)齒保持嚙合。
由于齒輪220，226具有不同尺寸的節(jié)圓，它們以不同的速度相互相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)它們的相應(yīng)齒面以上述關(guān)于1∶1比例的齒輪裝置的方法滑移相互通過(guò)時(shí)，較小的齒輪226的齒也必須與較大齒輪220的齒輪嚙合于滾動(dòng)接觸中。在為不同于1∶1比例而設(shè)計(jì)的裝置中，齒輪齒設(shè)置有漸開(kāi)線剖面以適應(yīng)在這種裝置中的滾動(dòng)嚙合。如以上指出的，CT和CD齒的結(jié)構(gòu)最好成形具有直邊齒剖面，因此漸開(kāi)線剖面不能容易地與這些結(jié)構(gòu)中的任一種結(jié)合。這樣，對(duì)不同于1∶1比例而言，上述月牙形齒作為齒輪齒是最佳的。
如前面指出的，只有當(dāng)齒輪軸位于最佳的最大角時(shí)，月牙形齒才處于緊密的嚙合；配對(duì)齒之間的間隙當(dāng)軸角減小時(shí)不斷地增加，而在軸線(軸角)為180°時(shí)達(dá)到最大間隙。圖20B是圖20A所示裝置的端視圖，省略除齒輪220，226之外的所有零件，表明(以夸大的空隙)，當(dāng)齒輪以它們相應(yīng)的軸成180°直線對(duì)準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生最大間隙。
在圖21中示意地展示了我們齒輪系統(tǒng)的再另一個(gè)裝置，在該裝置中僅使用了外齒輪。雖然兩個(gè)齒輪220′，226′都具有外齒，該裝置仍像上面剛討論的方法一樣進(jìn)行運(yùn)行。也即，齒輪以不同于1∶1(如2∶1)的比例傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)力，而當(dāng)齒輪間的軸角在由預(yù)選最大角確定的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)變化時(shí)，齒輪的配對(duì)齒總是處于嚙合中。此外，由于齒輪220’，226′具有不同尺寸的節(jié)圓，它們以不同的速度相互相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，相互嚙合于滾動(dòng)接觸之中。再說(shuō)一遍，在為不同于1∶1比例而設(shè)計(jì)的裝置中，為適應(yīng)這種滾動(dòng)嚙合，齒輪齒設(shè)置有漸開(kāi)線剖面，而月牙形結(jié)構(gòu)是最佳的。
還有，齒輪220′，226′的月牙形齒只有當(dāng)齒輪軸位于最佳的最大角時(shí)，才處于緊密的嚙合中，配對(duì)齒之間的間隙不斷地增加，并在齒輪間軸角為180°，也即處于圖21所示的聯(lián)系時(shí)達(dá)到最大。當(dāng)然，該間隙對(duì)有些應(yīng)用不產(chǎn)生問(wèn)題，在這些應(yīng)用中，齒輪被用于主要在轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)方向傳輸力，而我們的齒輪系統(tǒng)能在齒輪軸通過(guò)小于180°角的很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，被用于傳輸這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)力。
權(quán)利要求
1.一種角度可變的齒輪系統(tǒng)，用于傳輸兩個(gè)零件間的轉(zhuǎn)動(dòng)力，這兩個(gè)零件各自繞兩根在可變角下相交的軸線中的相應(yīng)一根軸線而轉(zhuǎn)動(dòng)，可變的相交角延伸在整個(gè)從180°至一個(gè)與180°相差大于2°的角的連續(xù)范圍內(nèi)，所述齒輪系統(tǒng)包括-一對(duì)具有嚙合配對(duì)齒的齒輪；-每個(gè)所述齒輪適用于與所述零件的相應(yīng)之一相連接，并繞所述一個(gè)零件的相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；和-所述齒輪對(duì)的每個(gè)配對(duì)齒被成形成，當(dāng)所述齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)聯(lián)系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述相交軸線能在整個(gè)角的所述連續(xù)范圍內(nèi)改變。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪系統(tǒng)，其中，所述齒輪對(duì)包括一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪。
3.如權(quán)利要求1所述的齒輪系統(tǒng)，其中，所述齒輪對(duì)是一對(duì)外齒輪。
4.如權(quán)利要求1所述的齒輪系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述配對(duì)齒的長(zhǎng)度方向齒表面，從其齒輪的一個(gè)節(jié)平面看，至少其中央部分是一個(gè)單一圓的弧。
5.如權(quán)利要求4所述的齒輪系統(tǒng)，其中-所述軸線在可變角下相交，角的范圍為自180°至一個(gè)與180°相差大于2°的預(yù)定的最佳的最大角；-所述齒輪對(duì)是一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪；和-每個(gè)齒輪的節(jié)圓相應(yīng)是(a)單一球之一上的大圓和(b)兩個(gè)共享一個(gè)相交點(diǎn)不同尺寸球中相應(yīng)一個(gè)球之一上的大圓。
6.如權(quán)利要求5所述的齒輪系統(tǒng)，其中-所述齒輪的兩個(gè)所述節(jié)圓都是所述單一球上的大圓；和-所述內(nèi)齒輪和所述外齒輪的所述配對(duì)齒同時(shí)在兩個(gè)中心相距180°的嚙合面積上處于嚙合。
7.如權(quán)利要求5所述的齒輪系統(tǒng)，其中從所述節(jié)平面看，所述齒輪中至少一個(gè)齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的兩個(gè)長(zhǎng)度方向齒表面的所述中央部分都是相應(yīng)弧，它們形成具有預(yù)定直徑的單一圓的相對(duì)側(cè)。
8.如權(quán)利要求7所述的齒輪系統(tǒng)，其中-每個(gè)所述齒表面的每個(gè)圓弧中央部分具有兩個(gè)軸向延伸部分，它們相應(yīng)與其相應(yīng)端部中的每一個(gè)端部連接；和-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)相應(yīng)延伸部分的表面是一條線，(a)該線從所述的圓形中央部分的兩個(gè)相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)向外延伸，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)地置于從所述齒表面的徑向中心線算起的，相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上，和(b)該線向著與齒的軸向中心線的投射相交點(diǎn)延伸。
9.如權(quán)利要求8所述的齒輪系統(tǒng)，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分的表面是一條在其所述相應(yīng)點(diǎn)與所述圓形中央部分相切的線。
10.如權(quán)利要求9所述的齒輪系統(tǒng)，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分是一條直線。
11.如權(quán)利要求9所述的齒輪系統(tǒng)，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分是一條曲線，這條曲線與所述圓形中央部分的曲率相反。
12.如權(quán)利要求11所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述反向曲率是一個(gè)圓的弧，該圓的半徑等于所述圓形中央部分半徑的三倍。
13.如權(quán)利要求8所述的齒輪系統(tǒng)，其中-當(dāng)所述軸線位于所述最佳的最大角，每個(gè)所述齒通過(guò)與所述配對(duì)齒輪齒的嚙合連接時(shí)；-每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分是一條直線，該直線與它與之嚙合的配對(duì)齒的圓形中央部分相切，且延伸至該配對(duì)齒圓形中央部分的軸向中心線向外。
14.如權(quán)利要求8所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)的預(yù)定齒表面角相互相等。
15.如權(quán)利要求14所述的齒輪系統(tǒng)，其中-每個(gè)所述齒表面角等于所述最佳的最大角，所述兩條軸線可在該角下相交；和-當(dāng)所述軸線位于所述最佳的最大角時(shí)，每個(gè)齒輪有兩個(gè)以上所述配對(duì)齒將同時(shí)在被所述配對(duì)齒輪所共享的每個(gè)所述嚙合面積上處于嚙合。
16.如權(quán)利要求5所述的齒輪系統(tǒng)，其中，從所述節(jié)平面看時(shí)，所述齒輪中至少有一個(gè)齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒具有月牙形狀，每個(gè)齒表面由一個(gè)圓弧形成。
17.如權(quán)利要求16所述的齒輪系統(tǒng)，其中，當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)所述配對(duì)齒是一個(gè)圓的弧，該圓的在尺寸上相同于(a)形成在所述單一球之一表面上的圓，和(b)形成在所述兩個(gè)相交球中較大之一表面上的圓，所述圓具有直徑，它所對(duì)的，從所述球中心開(kāi)始計(jì)量的角等于所述最佳的最大角。
18.如權(quán)利要求17所述的齒輪系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述的軸線位于所述最佳的最大角時(shí)，每個(gè)齒輪有兩個(gè)以上所述配對(duì)齒同時(shí)在被所述配對(duì)齒輪所共享的每個(gè)所述嚙合面積上處于嚙合。
19.如權(quán)利要求5所述的齒輪系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述配對(duì)齒的齒表面是基本為直邊的輪廓。
20.如權(quán)利要求19所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述直邊齒表面由每個(gè)所述齒輪的徑向線元素形成。
21.如權(quán)利要求19所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述直邊齒表面是花鍵形的，所述配對(duì)齒具有從底面至頂面為等寬的邊。
22.如權(quán)利要求19所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述基本上為直邊的齒表面的上部輪廓包括略為頂端消除的齒冠。
23.如權(quán)利要求5所述的齒輪系統(tǒng)，其中每個(gè)所述配對(duì)齒的齒表面具有漸開(kāi)線形狀的輪廓。
24.如權(quán)利要求1所述的齒輪系統(tǒng)，其中所述軸線在所述預(yù)定最大角下可變地相交，該角是45°。
25.一種月牙齒輪系統(tǒng)，用于傳輸兩個(gè)零件間的轉(zhuǎn)動(dòng)力，這兩個(gè)零件各自繞兩根在整個(gè)預(yù)定連續(xù)的角的范圍內(nèi)相互可變地相交的軸線中的相應(yīng)一根軸線而轉(zhuǎn)動(dòng)，該連續(xù)的角范圍從180°延伸至一個(gè)與180°相差大于2°的最佳的最大角，所述齒輪系統(tǒng)包括-一對(duì)齒輪，該對(duì)齒輪具有至少共享一個(gè)嚙合面積的配對(duì)齒，每個(gè)所述齒輪適用于轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的一個(gè)所述零件；和-當(dāng)從其齒輪的節(jié)平面看時(shí)，至少有一個(gè)所述齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的齒表面具有月牙形狀，每個(gè)所述齒表面成形成一個(gè)單一圓的弧，該單一圓的直徑被選成，當(dāng)所述齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)的聯(lián)系進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述相交軸線能連續(xù)地在整個(gè)所述預(yù)定的角范圍內(nèi)變化。
26.如權(quán)利要求25所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中當(dāng)所述軸線位于所述最佳的最大角時(shí)，每個(gè)齒輪有兩個(gè)以上所述配對(duì)齒將同時(shí)在每個(gè)所述嚙合面積上處于嚙合中。
27.如權(quán)利要求25所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中-每個(gè)齒輪的節(jié)圓相應(yīng)是(a)單一球之一上的大圓，和(b)兩個(gè)共享一個(gè)相交點(diǎn)的不同尺寸球中相應(yīng)一個(gè)球之一上的大圓。
28.如權(quán)利要求27所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中-所述齒輪的所述兩個(gè)節(jié)圓是所述單一球上的大圓；和-所述內(nèi)和外齒輪的所述配對(duì)齒同時(shí)在兩個(gè)中心相距180°的嚙合面積上處于嚙合。
29.如權(quán)利要求28所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中-用于產(chǎn)生每個(gè)所述月牙齒表面弧的所述單一圓是在所述單一球表面上形成的圓；和-所述圓直徑所對(duì)的，從所述球的中心開(kāi)始計(jì)量的角等于所述最佳的最大角。
30.如權(quán)利要求28所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中-每個(gè)齒輪的所述節(jié)圓相應(yīng)是所述兩個(gè)相交球中相應(yīng)一個(gè)球的大圓；-用于產(chǎn)生每個(gè)所述月牙齒表面弧的所述單一圓是在所述較大球的表面上形成的圓；和-所述圓直徑所對(duì)的，從所述較大球的中心開(kāi)始計(jì)量的角等于所述最佳的最大角。
31.如權(quán)利要求25所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中所述齒輪中至少有一個(gè)齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的兩個(gè)長(zhǎng)度方向的齒表面的中央部分，當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，是相應(yīng)的弧，它們形成具有預(yù)定直徑的單一圓的相應(yīng)邊。
32.如權(quán)利要求31所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中-每個(gè)所述齒表面的每個(gè)圓弧中央部分具有兩個(gè)軸向延伸部分，該兩個(gè)延伸部分相應(yīng)地與其每個(gè)相應(yīng)端部連接；和-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)相應(yīng)延伸部分的表面是一條曲線，(a)該曲線的曲率與所述圓形中央部分的曲率相反，(b)該曲線從所述圓形中央部分的兩個(gè)點(diǎn)中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸，并與所述圓形中央部分在該點(diǎn)相切，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)地置于從所述齒表面的徑向中心線算起的，相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上，和(c)該曲線向著與齒的軸向中心線的投射相交點(diǎn)延伸。
33.如權(quán)利要求32所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中反向曲率是一個(gè)圓的弧，該圓的半徑等于所述圓形中央部分半徑的三倍。
34.如權(quán)利要求25所述的月牙齒輪系統(tǒng)，其中所述軸線在所述預(yù)定最大角下可變地相交，該預(yù)定最大角是45°。
35.一種方法，這種方法用于對(duì)角度可變的齒輪系統(tǒng)中一對(duì)配對(duì)齒輪的齒形進(jìn)行調(diào)配，該角度可變的齒輪系統(tǒng)用于傳輸兩個(gè)零件間的轉(zhuǎn)動(dòng)力，這兩個(gè)零件各自繞兩根在整個(gè)預(yù)定連續(xù)的角范圍內(nèi)可變地相互相交的軸線中的相應(yīng)一根軸線而轉(zhuǎn)動(dòng)，該連續(xù)的角范圍從180°延伸至一個(gè)與180°相差大于2°的最佳的最大角，每個(gè)所述配對(duì)齒輪都具有節(jié)圓，該節(jié)圓相應(yīng)是(a)單一球之一上的大圓，這樣，在以1∶1比例轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述齒輪至少共享一個(gè)嚙合面積，和(b)兩個(gè)不同尺寸，只共享一個(gè)相交點(diǎn)的球中相應(yīng)一個(gè)球之一上的大圓，這樣，在以不同于1∶1的比例相互相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述齒輪只共享單個(gè)嚙合面積；所述方法包括的步驟為-確定所述齒輪之一的節(jié)表面的要求直徑，該所述齒輪的節(jié)圓是(a)所述單一球之一上的大圓，和(b)所述兩個(gè)相交球中較大一個(gè)球之一上的大圓；-計(jì)算為提出每單個(gè)齒法向圓厚度所必須的徑節(jié)，而該法向圓厚度應(yīng)足以支承要求在所述兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)零件間傳輸?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)力；-至少成形，當(dāng)從其相應(yīng)齒輪的節(jié)平面看時(shí)，所述配對(duì)齒輪中至少一個(gè)齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的每個(gè)齒表面的中央部分，由于單一圓的弧具有所述直徑，因此當(dāng)所述齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)聯(lián)系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述相交軸線能在整個(gè)所述預(yù)定連續(xù)的角范圍內(nèi)變化。
36.如權(quán)利要求35所述的齒輪調(diào)配方法，它包括的另一個(gè)步驟為-使用相同單一圓的弧以便至少形成每個(gè)相應(yīng)齒輪的所有齒表面的中央部分。
37.如權(quán)利要求35所述的齒輪調(diào)配方法，它包括的另一些步驟為-至少為所述齒輪中的一個(gè)齒輪的每個(gè)所述齒表面構(gòu)成兩個(gè)擴(kuò)展部分，這兩個(gè)擴(kuò)展部分相應(yīng)地形成于每個(gè)所述圓弧中央部分的相對(duì)側(cè)上，每個(gè)所述擴(kuò)展部分從所述圓中央部分在其相關(guān)齒輪的相應(yīng)軸向延伸每個(gè)所述齒表面的面寬度；和-每個(gè)所述相應(yīng)擴(kuò)展部分成形成，當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，其長(zhǎng)度方向的表面是一條線，(a)該線從所述圓形中央部分的兩個(gè)點(diǎn)中相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)向外延伸，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)置于至所述圓形中央部分的徑向中心線為相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上；和(b)該線與齒的軸向中心線在所述圓形中央部分的其相應(yīng)相對(duì)側(cè)相交。
38.如權(quán)利要求37所述的齒輪調(diào)配方法，它包括的另一步驟為-指定每個(gè)所述齒表面角的值等于所述最佳的最大角，所述兩條軸線在該角下可變地相互相交。
39.如權(quán)利要求38所述的齒輪調(diào)配方法，其中-從所述圓形中央部分的所述兩個(gè)相對(duì)布置點(diǎn)中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸的所述線被成形成，使所述線，(a)在其所述相應(yīng)點(diǎn)與所述圓形中央部分相切；和(b)以一個(gè)角度在所述圓形中央部分的其相應(yīng)相對(duì)側(cè)上與齒的所述軸向中心線相交，該角度等于所述相應(yīng)預(yù)定齒表面角。
40.如權(quán)利要求38所述的齒輪調(diào)配方法，其中每條與所述圓形中央部分相切延伸的所述線是一條直線。
41.如權(quán)利要求38所述的齒輪調(diào)配方法，其中每條與所述圓形中央部分相切延伸的所述線是一條曲線，該曲線的曲率與所述圓形中央部份曲率反向。
42.如權(quán)利要求41所述的齒輪調(diào)配方法，其中所述反向曲率是一個(gè)圓的弧，該圓的半徑為所述圓形中央部分半徑的三倍。
43.如權(quán)利要求38所述的齒輪調(diào)配方法，其中-從所述圓形中央部分的所述兩個(gè)相對(duì)布置點(diǎn)中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸的所述線成形成，使之為，-(a)當(dāng)所述配對(duì)齒輪處于嚙合中，且所述軸在所述最佳的最大角下相交時(shí)，-(b)所述線與其處于嚙合中的配對(duì)齒的圓形中央部分相切，并延伸至該圓形中央部的軸向中心線之外。
44.如權(quán)利要求37所述的齒輪調(diào)配方法，當(dāng)兩個(gè)所述配對(duì)齒輪具有的節(jié)圓都是所述單一球上的大圓時(shí)，該方法包括的另一步驟是-對(duì)所述第一齒輪的所有齒表面的中央部分采用第一直徑的圓，對(duì)所述第二配對(duì)齒輪的所有齒輪表面的中央部分采用第二直徑的圓。
45.如權(quán)利要求44所述的齒輪調(diào)配方法，包括的另一些步驟為-根據(jù)所述計(jì)算得到的徑節(jié)，確定兩個(gè)配對(duì)齒輪的周節(jié)；-選擇所述第一直徑的尺寸等于所述已確定周節(jié)的一半；-按照所述已算得的徑節(jié)在所述第一齒輪上形成齒，但省去所有其它齒，因此在實(shí)際上，所述第一齒輪的每個(gè)齒的底部圓周厚度和深度已根據(jù)所述徑節(jié)適當(dāng)確定尺寸，但是所述第一齒輪的每個(gè)所述齒間的齒空間等于所述第一齒輪的每個(gè)所述齒的底部圓周厚度的三倍；和-根據(jù)所述已算得的徑節(jié)，在所述第二齒輪上形成齒深度，但省去所有其它齒，選擇所述第二直徑的尺寸等于所述第一直徑的三倍，從而所述配對(duì)齒輪的每個(gè)齒的底部圓周厚度基本等于所述第一齒輪每個(gè)所述齒間的齒空間，因此，當(dāng)所述齒輪處于配對(duì)聯(lián)系，且所述軸線成180°直徑對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述齒輪的齒像在齒連接中一樣地配合。
46.如權(quán)利要求35所述的齒輪調(diào)配方法，包括的另一步驟為-采用同一單一圓的弧以調(diào)配每個(gè)相應(yīng)的齒輪的每個(gè)齒表面的整個(gè)長(zhǎng)度，使得當(dāng)從其相應(yīng)齒輪的節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)齒的齒表面形成月牙形狀。
47.如權(quán)利要求46所述的齒輪調(diào)配方法，包括的另一步驟為-當(dāng)從所述切平面看時(shí)，將所述整個(gè)齒表面成形成一個(gè)圓的弧，該圓的尺寸等同于(a)形成于所述單一球之一的表面上的圓，和(b)形成于所述較大球之一的表面上的圓，且所具直徑所對(duì)的角，從所述球中心計(jì)量起，等于所述最大的最佳角。
48.如權(quán)利要求35所述的齒輪調(diào)配方法，包括的另一些步驟為-采用同一單一圓的弧以調(diào)配所述對(duì)的第一齒輪的每個(gè)齒表面的整個(gè)長(zhǎng)度，使得當(dāng)從節(jié)平面看時(shí)，所述第一齒輪的每個(gè)齒的兩個(gè)齒表面形成月牙形狀；-構(gòu)造所述對(duì)的第二齒輪的每個(gè)配對(duì)齒的兩個(gè)長(zhǎng)度方向的齒表面，使得當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，它們?cè)诰哂蓄A(yù)定直徑的單一圓的相對(duì)兩側(cè)上形成圓?。?為所述第二齒輪的每個(gè)所述齒表面的每個(gè)圓弧中央部分提供兩個(gè)軸向擴(kuò)展部分，這兩個(gè)軸向擴(kuò)展部分相應(yīng)地與所述圓弧中央部分的各端相連接；和-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，將每個(gè)相應(yīng)的擴(kuò)展部分的表面設(shè)計(jì)成曲線(a)該曲線的曲率與所述圓形中央部分的曲率相反，(b)該曲線從所述圓形中央部分的兩個(gè)點(diǎn)中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸，并與所述圓形中央部分在該點(diǎn)相切，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)置于從所述齒表面的徑向中心線算起的，為相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上，和(c)該曲線向著與齒的軸向中心線的投射相交點(diǎn)延伸。
49.如權(quán)利要求48所述的齒輪調(diào)配方法，其中所述反向曲率是一個(gè)圓的弧，該圓的半徑等于所述第二齒輪的所述圓形中央部分半徑的三倍。
50.如權(quán)利要求48所述的齒輪調(diào)配方法，包括的另一些步驟為-構(gòu)造所述第二齒輪的所述齒表面，使得每個(gè)所述齒表面角都等于所述最大的最佳角；-使得所述最大的最佳角為45°；和-選擇所述徑節(jié)，使得當(dāng)所述軸線位于所述最佳最大角時(shí)，每個(gè)齒輪有兩個(gè)以上所述配對(duì)齒將同時(shí)在被所述配對(duì)齒輪共享的每個(gè)嚙合面積上處于嚙合中。
51.一種萬(wàn)向接頭，用于傳輸兩個(gè)零件間的轉(zhuǎn)動(dòng)力，這兩個(gè)零件各自繞兩根在可變角下相交的軸線之間中的相應(yīng)一根軸線而轉(zhuǎn)動(dòng)，可變的相交角從180°延伸至一個(gè)與180°相差大于2°的最佳的最大角，所述接頭包括一具有嚙合相對(duì)齒的一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪；-每個(gè)所述齒輪，它適用于與所述零件中的相應(yīng)之一相連接，并適用于繞所述一個(gè)零件的相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；和-所述齒輪對(duì)的每個(gè)配對(duì)齒被成形成，當(dāng)所述齒輪以驅(qū)動(dòng)和從動(dòng)聯(lián)系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述相交軸線能在整個(gè)從所述最大的最佳角延伸至180°的連續(xù)角范圍內(nèi)變化。
52.如權(quán)利要求51所述的接頭，其中每個(gè)所述配對(duì)齒的長(zhǎng)度方向齒表面的中央部分，當(dāng)從其齒輪的節(jié)平面看時(shí)，是一個(gè)單一圓的弧。
53.如權(quán)利要求51所述的接頭，其中齒輪的節(jié)圓是在一個(gè)單一球上的大圓，因此，所述齒輪同時(shí)在兩個(gè)相距180°的嚙合面積上嚙合。
54.如權(quán)利要求52所述的接頭，其中至少一個(gè)所述齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒表面的所述中央部分，當(dāng)從所述節(jié)平面看，是形成在具有預(yù)定直徑的相同單一圓的相對(duì)兩側(cè)。
55.如權(quán)利要求54所述的接頭，其中-形成在所述單一圓的相對(duì)側(cè)的每個(gè)所述齒表面具有兩個(gè)與所述圓形中央部分連接的延伸部分，每個(gè)延伸部分在相應(yīng)的軸向延伸；和-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)所述相應(yīng)延伸部分的表面是一條線，(a)該線從所述的圓形中央部分的兩個(gè)點(diǎn)中相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)向外延伸，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)地置于從所述齒表面的徑向中心線算起的，相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上，和(b)該線向著與齒的軸向中線的投射相交點(diǎn)延伸。
56.如權(quán)利要求55所述的接頭，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分的表面是一條在其所述相應(yīng)點(diǎn)與所述圓形中央部分相切的線。
57.如權(quán)利要求56所述的接頭，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分是一條直線。
58.如權(quán)利要求56所述的接頭，其中每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分是一條曲線，這條曲線具有的曲率與所述圓形中央部分的曲率相反。
59.如權(quán)利要求58所述的接頭，其中所述反向曲率是一個(gè)圓的弧，該圓的半徑等于所述圓形中央部分半徑的三倍。
60.如權(quán)利要求55所述的接頭，其中-當(dāng)所述軸線位于所述最佳的最大角，每個(gè)所述齒通過(guò)與所述配對(duì)齒輪的齒的嚙合連接時(shí)，-每個(gè)所述相應(yīng)齒表面延伸部分的表面與其與之嚙合的配對(duì)齒的圓形中央部分相切，且延伸至該配對(duì)齒圓形中央部分的軸向中心線之外。
61.如權(quán)利要求55所述的接頭，其中所述相應(yīng)的預(yù)定齒表面角相互相等。
62.如權(quán)利要求61所述的接頭，其中-每個(gè)所述齒表面角等于所述最大的最佳角，所述兩條軸線可在該角下相交，和-當(dāng)所述軸線位于所述最大角時(shí)，每個(gè)齒輪有兩個(gè)以上所述配對(duì)齒將同時(shí)在所述兩個(gè)嚙合面積中的每個(gè)面積上處于嚙合。
63.如權(quán)利要求51所述的接頭，其中每個(gè)所述配對(duì)齒的齒表面輪廓基本是直邊的。
64.如權(quán)利要求63所述的接頭，其中所述直邊齒表面由每個(gè)所述相應(yīng)齒輪的徑向線元素形成。
65.如權(quán)利要求63所述的接頭，其中所述直邊齒表面是花鍵形的，所述配對(duì)齒具有從底面至頂面為等寬的邊。
66.如權(quán)利要求63所述的接頭，其中所述基本為直邊的齒表面的上部輪廓包括略為頂端消除的齒冠。
67.如權(quán)利要求51所述的接頭，其中所述軸線在所述預(yù)定最大角可變地相交，該角是45°。
68.如權(quán)利要求53所述的接頭，其中-所述內(nèi)齒輪通過(guò)一個(gè)具有周邊唇緣部分的杯狀支架與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)零件之一進(jìn)行連接；和-所述外齒輪通過(guò)一個(gè)具有軸向延伸部分的輪轂與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)零件中的另一個(gè)進(jìn)行連接。
69.如權(quán)利要求68所述的接頭，其中內(nèi)和外齒輪通過(guò)球形軸承而被置于嚙合聯(lián)系，該球形軸承包括-一件內(nèi)構(gòu)件，它被固定至所述杯狀支架的中心；和-一件外構(gòu)件，它適用于安放所述內(nèi)構(gòu)件，并在所述輪轂內(nèi)部定中心。
70.如權(quán)利要求69所述的接頭，其中所述內(nèi)構(gòu)件是一個(gè)單個(gè)的滾珠軸承，而所述外構(gòu)件是一件罩，適用于安放所述滾珠軸承。
71.如權(quán)利要求70所述的接頭，其中若干尺寸小于所述單個(gè)滾珠軸承的滾珠軸承被放置在所述罩和所述單個(gè)滾珠軸承之間。
72.如權(quán)利要求68所述的接頭，其中一個(gè)彈膠性套管安裝在所述周邊唇緣和延伸部分之間，從而所述杯狀支架和所述彈膠性套管相結(jié)合，將所述內(nèi)和外齒輪封閉在一個(gè)密封的殼體內(nèi)。
73.如權(quán)利要求4所述的接頭，其中-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，所述對(duì)的第一齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒具有月牙形狀，每個(gè)齒表面由一個(gè)圓的弧形成；-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，所述對(duì)的第二齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的兩個(gè)長(zhǎng)度方向齒表面的所述中央部分都是相應(yīng)的弧，這些弧是由具有預(yù)定直徑的單一圓的相對(duì)側(cè)形成的，每個(gè)所述齒表面的每個(gè)所述圓弧中央部分具有兩個(gè)軸向延伸部分，這些延伸部分相應(yīng)與其每個(gè)相應(yīng)端部連接；和-當(dāng)從所述節(jié)平面看時(shí)，每個(gè)相應(yīng)延伸部分的表面是一條曲線，(a)該曲線的曲率與所述圓形中央部分的曲率相反，(b)該曲線從所述圓形中央部分的兩個(gè)點(diǎn)中的相應(yīng)一個(gè)點(diǎn)向外延伸，并與所述圓形中央部分在該點(diǎn)相切，這兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)地置于從所述齒表面的徑向中心線算起的，相應(yīng)的預(yù)定齒表面角上，和(c)該曲線向著與齒的軸向中心線的投射相交點(diǎn)延伸。
74.如權(quán)利要求73所述的接頭，其中-一形成所述第二齒輪的每個(gè)所述配對(duì)齒的兩個(gè)長(zhǎng)度方向齒表面的所述圓弧中央部分的所述單一圓的直徑等于所述配對(duì)齒輪對(duì)的周節(jié)的一半；和-(a)所述單一圓的弧形成所述第一齒輪的月牙形齒，(b)所述第二齒輪的每個(gè)所述齒表面的每個(gè)相應(yīng)延伸部分的所述反向曲率都形成為一個(gè)圓的弧，該圓的半徑等于所述齒輪的所述周節(jié)的四分之三。
全文摘要
所公開(kāi)的齒輪系統(tǒng)提出了一種與眾不同的齒輪傳動(dòng)(150a、156b)形成，用于在兩根軸(154’，160’)間直接傳輸基本不變的速度，同時(shí)允許運(yùn)行期間軸(154’，160’)之間的角能在任何平面變化，且變化甚至能大于80°。對(duì)若干適用于這種系統(tǒng)的齒輪齒形式特別加以詳述，并使用于常連接頭的結(jié)構(gòu)中。
文檔編號(hào)F16D3/16GK1156499SQ95194440
公開(kāi)日1997年8月6日 申請(qǐng)日期1995年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月2日
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