专利名称：球形齿轮系列传动装置的制作方法
此项目属物理部齿轮传动类。
与圆柱齿轮相比较，球形齿轮系列传动装置最大特点是轴可平面摆动。齿轮外形分圆球形、周球形、榄形三类;齿形分经向条齿和经纬方锥齿二类，传动方式类型有几种，它们的共同功能是在同一平面上实现平衡一不平衡可斜性轴摆动转动。在比较大的变动角度啮合中，(例如45°∠)，在较高的转速时，此时轴也仍然有力地转动传递动力，而动力摩擦衰减不大，这是它们的优点。
在说明书和附图中的零部件名称，装置名称以及型号均是根据特点初步决定。
1、主要零部件分解。
在几种传动式类型中，结构有差异，也有共同基础结构球形齿轮一对，齿轮壳一对，拉杆一对、轴二根、间隔垫圈四个、滚柱轴承八个，除等腰三角形型外，大部分装置还有上下压板和等角(或弧长)机构。
圆球齿轮是球形齿轮系列的代表。轴把两极贯穿，球面模数不一致，模数最大的地方是赤道，并向两极逐减，外表像植物仙人球，其实，称它为圆球齿轮，只是表示它的纵横分度圆必须是杆部位都设置滚柱轴承;为了保持间隔，齿轮与壳之间隔垫圈，如图7所示。
拉杆是保持两轴距离和两齿轮啮合紧密的重要部件，上下各一根，其结构是两端连接孔可银入滚柱轴承。中间切面设有松紧调节机构，如图6。拉杆加销连接齿轮壳，其连接点在球心(或分度圆弧的圆心)垂线上下，两连接点之间长度等于两球形齿轮的轴向分度圆的半径之和。
每个球形齿轮有间隔垫圈二个，是保持齿轮与壳之间一定距离的零件、管状、直径应大于轴而少于轴承外套，留有止移螺丝位置槽孔，长度约如齿轮赤道齿高，垫圈是随齿轮与轴承内套转动的。如图7。
轴与球形齿轮的比例，如实心轴则约为 1/10 ，如设计成伸缩空心轴则需增大直径。为了紧密固定球形齿轮，除了设有键条槽外，还设有止移螺丝。如图8。
大部分装置(除等腰三角型外)都需设立上下压板(包括端面连接件)，其形状各异，如图10是应用于圆球齿轮的，上面钻有紧固用的螺栓孔。喷淋润滑油孔、主动轮观察孔，中间的齿轮摆动床的宽度为球形齿轮的2倍，即R+D+R，因为在摆动45°∠时偏侧位置差不多等于R。
球形齿轮采用模数方面，因为拉杆与壳之间应力曲折，容易形成齿与齿间隙大，制造时采用拉杆松紧机构外，在不影响传动性能的前提下，尽量采用较大模数的设计，尤其应考虑45°～50°角时的模数是否小。
球形齿轮的共同符号采用-，各自的符号是它们各自的剖视图简化示意。如无特别指明所述球形齿轮均为径向条齿的齿轮，材料上，如无特别指出，均采用常用齿轮铸用钢铁，但壳与上下压板(后述的)滑杆采用钢更好。
润滑方面，球形齿轮传动装置可设计喷淋机油形式，上下压板也可注入润滑脂。
2、圆球齿轮等速等角从摆型等速等角从摆型是基本型。
此型采用圆球齿轮，主动轮和从动轮分度圆直径都相等，因此是等速传动;主动轮和从动轮都以相等的角度啮合，才能啮合传动，因此需要等角机构;为了保持从动轮平面摆动，因此需要上下压板。自动等角机构和上下压板是从摆型的特殊部件。
从摆，是从动轮与轴摆动的意思。
两个圆球齿轮啮合节圆等于分度圆。拉杆连接球心垂线上下的齿轮壳的销，长度等于2R或等于D(注1)R1＝R2。传动条件必须两齿轮的分度圆直径、齿数和赤道模数三样相同。模数由赤道向两极逐减，模数由赤道模数为代表，齿面积一般应达到45°∠以上。
在齿壳上，拉杆与轴的连接位置在同一切面上，呈十字，这是圆球齿轮的独特之点。
初步决定圆球齿轮表示方法如下(字母·)/(圆球) (数字·)/(分度圆直径) (数字·)/(齿数) (数字)/(赤道模数)根据自动等角机构，可以分A、B两型，如下。
A型啮面半圆齿轮自动等角型自动等角机构由半圆圆柱齿轮组成，上下各一对共四片，分别锒固在主动齿轮与从动齿轮壳上，分度圆弧相当于球齿轮分度圆，四片半圆圆柱齿轮参数必须相同，如图9所示。啮面与圆球齿轮啮面垂直。
此型按照图15的结构顺序，由轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球从动齿轮壳(4)1个、圆球齿轮(5)相同2个、啮面半圆齿轮等角机构(6)2副、拉杆(7)2根、圆球主动齿轮壳(8)1个、上下压板(9)1副、圆柱销(10)4个、螺栓螺母(11)若干个装配而成。
有一个特点是，圆球齿轮赤道线、拉杆连接点(齿轮壳的销)和等角机构中心线在同一垂面上，这个特点也是各型逻辑相似的。
摆动时成角特点是当从动轮和轴摆动时，拉杆如果偏过主动轮30°∠时，从动轮也偏过拉杆30°∠，因此，30°∠+30°∠＝60°∠，合起来从动轴总共摆动60°∠。如图16所示。
这种等角机构简单，扭力大是它的优点。缺点是当球形齿轮磨损比半圆圆柱齿轮大时，易发生齿隙宽的现象，但优点大于缺点，是首选形式。
B型杆置齿轮自动等角型如图17，B型是在A型的基础上，把啮面半圆齿轮(6)换成杆置联体齿轮等角机构(12)，另外拉杆(7)增长并穿过圆球从动齿轮壳(4)的壁，其余结构同A型相同。
这种型号采用的杆置联体齿轮等角机构，由设在上下压板端面连接件的2条弧形内齿条，和设在从动齿轮壳侧的弧形外齿条，由延长的拉杆连接联体三齿轮在上述二者之间啮合组成。其机能既可等角，也可以改变数据用来等弧长。以45°∠时为例，联轴大小圆柱齿轮的分度圆直径之比如下计算(测算出R1是R2的3倍)。
可以看出，它们的直径之比等于拉杆总长与球半径之比。
摆动成角特点是如果拉杆偏转主动轮22.5°∠时，从动轮也同样偏过拉杆22.5°∠，那么22.5°∠+22.5°∠＝45°∠，这时从动轴共摆动达到45°∠，如图18所示。
如果设计压板端面连接件中间有空框，从动轴摆动角度能达到A型水平，但一般只要设计摆动±45°∠～±50°∠就可以胜任需要了。
压板端面连接件和弧形内齿条之间可用垫片调节啮合松紧。
此种等角形式缺点是比较复杂，扭力不强，而优点是主动轮和从动轮是啮合比较紧密。
(注1拉杆长度指两球心之间的距离，并非总长。)3、周球齿轮等速等角从摆形。
周球齿轮意思是圆球分布在轴的四周;定义上纵向赤道径大于横向球部直径，属周球齿轮范围。周球齿轮的分度圆直径＝2×球直径+中隔距。如图2。模数亦由赤道向侧逐减，也用赤道模数表示。两球心点之间的拉杆长度是2×球部分度圆半径。两个周球齿轮只能作等速传动，并且传动条件是球部分度圆直径、中间距、赤道模数、齿数等起码四样相同，加等角机构等等基本附件才能传动。在齿轮壳上，拉杆连接两球心点垂线上下的位置在轴与轴之内，不在轴切面上，这是周球齿轮的独特之点。
初步决定，周球齿轮的表示方法如下(字母·2×数字+数字·数字·数字)/(周球齿轮、球部分度圆直径、中隔距、齿数、赤道模数)根据等角机构，可分为下面两型A型啮面半圆齿轮等角型如图19。
此型由轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、周球从动齿轮壳(13)1个、周球齿轮(14)2个相同的、啮面半圆齿轮等角机构(6)2副、拉杆(7)2根、周球主动齿轮壳(15)1个、圆柱销(10)4个、上下压板(9)1副、螺栓螺母(11)若干个按图19结构装配组成。
B型杆置联体齿轮等角型，如图20。
此型是在A型的基础上，把啮面半圆齿轮等角机构(6)换成杆置联体齿轮等角机构(12)，另外拉杆(7)增长并穿过周球从动齿轮的壁，其余结构同A型相同。
在图20中，杆置联轴联体大小齿轮的分度圆直径比，当中隔距等于0时是5∶3，中隔距大于零以上就在5∶3～5∶4·5之间。(注2)周球齿轮的优点是赤道模数逐减程度小，在45°∠时模数仍较大，等角不需太严格。缺点是上、下压板之间高，因而不够平稳。另外等角半圆齿轮相对小，摆动扭力不如圆球齿轮。
中隔距太大性能会下降，使上下压板距离太大，摆动扭力需大，最好是等于零或等于轴直径，在实用中预测最理想。
但是中隔距较大也绝非无优点，优点是摆动角度特别大，从动轴左右各摆动90°∠时都不易碰撞主动轴，适合特殊需要。
(注2“联体齿轮”的直径比例在本文中是一个近似值。)4、“榄异配”变速差角从摆型。
变速传动方面，圆球齿轮或周球齿轮，如果用大径配小径的方式来进行变速传动，是行不通的，因为即使模数M大与M小相同，但由于球径不同(注3)，M大至M小的逐减弧长不相同，会产生卡齿现象，只有配与榄形齿轮才可以变速传动。
榄形齿轮外表如榄状，长圆形、轴贯穿两榄尖，榄形齿轮的示意图如图3所示，齿轮壳如图12所示，定义上轴向分度圆弧半径大于纵向“赤道”半径就是榄形范围。
它的表示方法初步如下(字母·数字-数字·数字·数字-数字)/(榄形齿轮、最大最小模数、齿数、弧长、弧半径)A型配圆球齿轮，如图21。
此型由轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球从动齿轮壳(4)1个、圆球齿轮(5)1个、等弧长机构(16)2副、榄形齿轮(17)1个、拉杆(7)2根、榄形齿轮壳(18)1个、上下压板(9)1副、圆柱销(10)4个、螺栓螺母(11)若干个按图21的排列装配而成。
B型配周球齿轮，如图22。
B型是在A的基础上，由圆球齿轮(5)和圆球从动齿轮壳(4)换成周球齿轮(14)和周球从动齿轮壳(13)而成，其余结构与A型相同。
拉杆连接球心垂线上下与榄分度圆弧圆心垂线上下之间距离，长度等于R+R′(R≠R′)。
啮合条件如下M大＝M大 M小＝M小⌒ABl＝⌒A·B·l(最大模数)(最小模数)(啮面弧长)因此，异种球形齿轮配合增加了等弧长条件。等弧长机构近似啮面半圆齿轮一样，弧长也相等，而弧的半径却不同，一侧齿片，弧半径等于榄形齿轮的，另侧齿片弧半径等于圆球齿轮的或周球齿轮的。摆动时圆球齿轮或周球齿轮在角度上比榄形齿轮大，也就是角度有相差。
拉杆连接的位置，在圆球齿轮或周球齿轮这一方，同前述;在榄形齿轮这一方，在分度圆弧圆心点垂线上下，在轴线以外，这就是榄形齿轮的独特之点。
榄形齿轮并非全部两头尖，在绘图及设计上有如下的近似规律(1)、在榄形齿轮与圆球齿轮配合方面，应用面至60°∠时，榄形齿轮弧长＝圆球齿轮周长× 1/2 × (60×2)/180 ;
榄端直径＝榄中部“赤道”直径× (球60°纬度直径)/(球直径) 。
(2)、榄形齿轮与周球齿轮配合方面，应用面至球部90°∠时，榄形齿轮弧长＝周球齿轮球部周长× (90×2)/360榄端直径＝榄中部“赤道”直径× (两球心间距)/(周球齿轮直径)榄形齿轮截去两尖端，留下赤道部分，叫作榄柱，可作固定传动用。
(注3“×径”统指分度圆直径，半径也如此。)5、等腰三角形等速等角互摆型这种形式是两个相同的球形齿轮对接，拉框代替上下拉杆，两轴长度相等，两轴都设计成伸缩套轴，如图14部件;此型无需上下压板，但有独特的部件滑杆。两个球形齿轮沿着滑杆作平面前后滑动互相摆动，如图23ab、图24、图25、图26所示。摆动时会自动形成等角，可以免除等角机构。摆动时两轴互相向前或向后形成等腰三角形，同时两轴伸缩延长或缩少。
此型结构由伸缩套轴(21)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球齿轮(5)相同的2个、圆球从动齿轮壳(4)2个、拉框(19)1个、圆标销(10)4个、滑杆(20)2条按图23的结构排列装配而成。为了某些性能，也可以用周球齿轮(14)和周球从动齿轮壳(13)替换圆球齿轮(5)和圆球从动齿轮壳(4)。因此，此种型号包括使用圆球齿轮或周球齿轮两种齿轮。
根据特点可以分成以下三种形式用法(假设摆动最大时45°∠，在0°∠时轴长各1米)(1)、两轴外端都固定不移动，就成图24形式，滑杆是垂直放置的。
45°∠时轴长＝0°∠轴长÷COS45≈1.45(米)沿滑杆滑距＝0°∠轴长×tg45≈1(米)。
但实际上此形式应用机会很少。
(2)、两轴外端连接球形齿轮从摆形，由于两外端都作相向微少移动，那么就成图25形式，此种形式滑杆也是垂直放置的。(箭头所示滑杆与拉框的接法)45°∠轴长＝(0°∠轴长±OB)÷COS45
其中OB＝OB′但实际上此种形式应用机会也不多。
(3)、一外端固定不移动;另一外端连接球形齿轮从摆型，左右会微少移动，那么就成图26形式。滑杆特点是倾斜放置的，与中心垂直线形成一个距离l。(箭头所示滑杆与拉框接法)45°∠轴长＝(0°∠轴长± 1/2 OB)÷COS45l＝ 1/2 OB OB＝OB′分析图26，原理上是应等腰，但由于球心下降距离OA影响，造成连接球形齿轮一边的轴比另一边的轴长度微增或微减，但无防。
预测此种形式应用机会最多，因为可以把球形齿轮从摆型的微少移动的轴传力，变成有固定支承点的轴传力摆动输出。
以上各种形式，如果设计最大摆动为45°∠，那么应设计伸缩套轴行程大于 1/2 轴长，并且滑动滑杆行程等于轴长。一般设计轴摆动不应超过50°∠，极限不应超过60°∠，因为轴摆60°∠时轴需伸缩一倍长度，轴伸得太长性能就下降了。
采用周球齿轮比圆球齿轮较好，因为周球齿轮相对横向宽度窄，模数逐减程度小，尤其在轴摆动(边角)大到45°至50°时，周球齿轮夹角(顶角)小到90°至80°时，不易互相碰轴，这是它的优点。
6、振动从摆型此型适应震动的需要，结构基本上跟前述从摆型差不多，唯有不同之处竖置，设置前后压板。也需要等角机构或等弧长机构，轴摆动是垂直固定点上下摆动，轴需快速伸缩。
基础可选用圆球或周球，甚至榄形等三种齿轮的等速等角从摆型，在轴上或齿轮侧面装入键轴伸缩轴承，轴输出端装上弹簧固定，就组成此型。键轴伸缩轴承如图13所示，由管壳和键轴组成，内有滚珠，减少摩擦，以利伸缩。弹簧采用螺旋形或板条形，用螺栓固定。键轴伸缩轴承内珠行程是键轴行程的二分之一。
A型圆球齿轮等速等角振动型如图27。
此型是在图15“圆球齿轮等速等角从摆型的基础上，倒置，在从动轴上安装键轴伸缩轴承(22)和弹簧及支承件按图27的排列装配而成。另外，上下压板(9)的连接件形状是宽平的。
B型周球齿轮等速等角振动型，如图28。
此型是在图19，即周球齿轮等速等角从摆型的基础上，倒置，利用周球从动齿轮两球心点之间的位置，设置键轴伸缩轴承(22)，另外两轴之间安装弹簧及支承件等零部装配组成，另外，上下压板(9)的连接件形状是宽平的。
7、“圆球-周球”等速差角从摆型根据等弧长和模数逐减规律，圆球齿轮和周球齿轮也可以配合。如图29所示，组成等速差角从摆型。
此型由图15的圆球齿轮(5)、圆球主动齿轮壳(8)以及它们的附属部件(即由啮面分开)，配与图19的周球齿轮(14)、周球从动齿轮壳(13)以及它们的附属部件(即由啮面分开)，用这两部分按其顺序装配而成。
传动条件是圆球齿轮、周球齿轮两者的赤道分度圆直径必须相等，赤道模数必须相同，齿数必须相同，并且周球齿轮的中隔距应等于零。根据规律，在上述条件下，圆球的 1/2 的分度圆周长与周球齿轮的球部的分度圆周长相等，自然符合等弧长原则，也适应模数逐减程度。
拉杆长度R+ 1/2 R(R为“圆球”的半径)适宜采用啮面齿片等弧长机构。但也可采用杆置联体齿轮等弧长机构，并且联体齿轮的分度圆直径的比例是1∶1。
摆动角度规律如图30所示20°∠+40°∠＝60°∠。
相比之下，它的摆动最大角度介于纯圆球齿轮与纯周球齿轮之间。这是它的优点，适应某种需要。
8、圆球经纬齿轮等速等角从摆型球形齿轮除上述条形齿外，还可采用经纬形齿，例如圆球经纬齿轮。
圆球经纬齿轮齿形呈方锥台状，如图31、图32所示，或称波萝形齿轮。模数同样由赤道向两极逐减。凸凹形式相同。应注意，纬向凸凹总数应为双数。其他方面同圆球经向条齿的齿轮。
两个相同的圆球经纬齿轮，分度圆直径、齿数、赤道模数必须相同。加上主动从动两个齿轮壳，在球心垂线上下用拉杆连接，再加上上下压板，就构成等速等角从摆型。它免除了等角机构，因为它靠经纬齿会自动形成等角，这是它的唯一优点。
此型由图15的圆球齿轮等速等角从摆型，将2个经向条齿的圆球齿轮(5)换成两个相同的圆球经纬齿齿轮(23)就成，并且啮面半圆齿轮等角机构(6)免除。
缺点是制造更加困难，并且一旦磨损，甚至啮面间隙大都易产生齿顶齿现象。
9、球形齿轮设计制造方法的研究。
球形齿轮的设计，以圆球齿轮为例，先决定分度圆直径、赤道模数、齿数这三样数据，然后以分度圆直径尺寸制成一个木圆球，从赤道至两极，每隔纬度5度测量一次分度圆直径与分度圆，再算出此度的逐减模数与齿顶圆直径，一直测量到60度左右，之后将所算得的齿顶圆直径在图纸上用线条连接起来，按此数据制成椭圆形木球用来做铸造模具。周球齿轮的设计基本上如此类推。
榄形齿轮如果不同类配合，不能独立设计，应作配套来设计，例如配圆球φ20cm、φ30cm，或配周球2×10+0(cm)，2×10+4(cm)等等。先定齿数(当然比“圆球”少)，齿数乘以圆球(或周球)赤道齿顶齿弧距，除以π，得出齿顶圆赤道直径，从赤道至两端纬度每隔5度算出一个齿顶圆直径，直算到圆球齿轮60纬度，或周球齿轮90纬度，然后用赤道至两冠每隔5度的弧长，相应将这些齿顶圆直径依次连接起来，于是就得到一个榄形数据，用来做铸型的模具了。
设计模具后，优选制造方法流程如下精密铸造→粗磨→镗孔→刨平→细磨→测量、定点、划线→铣齿→剃齿→打磨→划分度圆与赤道色标线。
磨床、铣床、剃床都应采用球形齿轮专用机床，其中铣、剃可以设计成同一机床，并且，测量、定点、划线都应有三功能专用机。
技术捷径上，铸造时应留孔，利于镗轴孔，铣齿时应按45°球面的齿根宽度，铣一条齿根径深浅的槽，再用剃齿刀从45°球面向赤将齿剃宽。铣剃都由一个标准成品模具上滑动控制。
齿轮壳采用精密铸造，测量后经钻、镗、刨、磨等工序制成。
设计方面，除上述测量计算法外，其中圆球齿轮和中隔距等于零的周球齿轮，根据规律，最好另外改用逐减函数法，更方便计算。
“圆球”逐减函数＝ (赤道分度圆直径)/(X°纬度分度圆直径) ＝COSX°“周球”逐减函数＝ (赤道分度圆直径)/(X°纬度分度圆直径) ＝COS(X°÷2)精密铸造方面，前述齿顶圆铸件程度，而在齿轮直径大模数也大的情况下，进一步可改成连齿形铸件程度，达到减少切削，提高精确度。属径向条齿的，既可齿顶圆铸件程度，而连齿形铸件程度当然比较好;但属经纬方锥齿的，由于切削加工难，采用连齿形铸件程度最好。精密铸造目前采用蜡模-砂泥铸型-干燥焙烧等等工艺，如果将此铸型发展成陶瓷铸型，强度更加提高，用来铸造球形齿轮可能更精密，以及适宜大量生产。
10、应用前景球形齿轮系列传动装置的前景应用方面，最适宜于汽车前轮驱动，以及发动机和人不可转动而动力输出需转动方向的运输工具。随着科学技术的发展，将来也会广泛应用到其他机器和设备上。
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分下列两方面A、绘制说明零件图、部件装配图的绘制采用多面正视图和剖视图。
对有的型号的整体装配图的图示法，由于上有压板盖住。侧有齿轮壳隔着，所以主视图采用阶梯全剖视，左视图采用对称中心线全剖视，如图15，其A-A′阶梯线经过中心线、至轴、直角向上，经过拉杆、直角向下、至轴、再经中心线出去，目的是为了突出表示拉杆和等角机构，在左视图中标出A-A′经过线。
个别型号的视图，如图17，由于有三层复杂的零部件重叠即使采用阶梯剖视仍不够表达充分，所以主视图采用透视实线图，左视图采用全剖视图。
有些型号只有一个视图，如图19、图20、图21、图22、图23a、图27、图28，均采用透视实线图，这样不画左视图，也可以根据图15、图17等型号的结构，逻辑联想出此型号的侧视结构，因为它们的结构相似。
由于是设计装配图，又是示意性，所以比例是个约等数，但在长度长、直径较大的部位比例较准;球形齿轮简化绘成分度圆，轴承采用符号;相反，杆置联体齿轮等角机构和啮面等弧长机构绘出齿形，更现清楚感。
由于图面是按1∶10左右的比例，所以有部分细节未能绘出，如轴的键槽键条和止移螺栓等，当作轴部件的零件而简略。
B、图面说明图1圆球齿轮示意图。比例约按1∶10，属零件图。图示法主视图，是全剖视图。零件标记(5)。
图2周球齿轮示意图。比例约按1∶10，属零件图。图示法主视图，是全剖视图。零件标记(14)。
图3榄形齿轮示意图。比例约按1∶10，属零件图。图示法主视图，是全剖视图。零件标记(17)。
图4圆球从动齿轮壳示意图。比例约按1∶10，属零件图。图示法(a)主视图，是全剖视图;(b)左视图，是半剖视图;(c)俯视图，是半剖视图。零件标记(4)。
图5圆球主动齿轮壳示意图。比例约按1∶10，属零件图。图示法(a)主视图，是全剖视图;(b)左视图，是半剖视图;(c)俯视图，是半剖视图。零件标记(8)。
图6拉杆示意图。属部件装配图。图示法主视图，是全剖视图。部件标记(7)。
图7间隔垫圈示意图。比例约按1∶4，属零件图。图示法(a)主视图，(b)左视图。零件标记(3)。
图8轴示意图。比例约按1∶4，属部件设计装配图。图示法主视图。部件标记(1)。
图9啮面半圆齿轮等角机构示意图。属零件图。图示法(a)主视图，(b)左视图，是全剖视图，零件标记(b)。
图10上下压板示意图。属部件设计装配图。图示法(a)主视图，是半剖视图;(b)局部移出A-A剖视图。部件标记(9)。
图11周球从动齿轮壳示意图。属零件图。图示法主视图，是局部剖视图。零件标记(13)。
图12榄形齿轮壳示意图。属零件图。图示法主视图，是半剖视图。零件标记(18)。
图13键轴伸缩轴承示意图。属部件设计装配图。图示法主视图，是全剖视图(附有移出剖面图A-A′、B-B′、C-C′、D-D′、E-E′)。部件标记(22)。
图14伸缩套轴示意图。属部件设计装配图。图示法(a)主视图，是全剖视图;(b)移出剖面图A-A′。部件标记(21)。
图15圆球齿轮等速等角从摆型A型。比例约按1∶10属整体设计装配图。图示法(a)主视图，采用A-A阶梯全剖视。(b)左视图，是全剖视图。
图16属图15的轴左右摆动等角原理示意图。属运动机构简图。图示方法分(a)、(b)两图表达。
图17圆球齿轮等速等角从摆型B型。比例约按1∶10属整体设计装配图。图示法(a)主视图，是透视实线图;(b)左视图，是全剖视图。
图18属图17的轴左右摆动等角原理示意图。属运动机构简图。图示法分绘(a)、(b)两图表示。
图19周球齿轮等速等角从摆型A型示意图。比例约按1∶10，属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图20周球齿轮等速等角从摆型B型示意图。比例约按1∶10，属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图21“榄异配”变速差角从摆型A型。示意图。比例约按1∶10，属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图22“榄异配”变速差角从摆型B型示意图。比例约按1∶10，属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图23等腰三角形等速互摆型示意图。比例约按1∶10。属整体设计装配图。图示法(a)主视图，是透视实线图，(b)左视图，是全剖视图。
图24两轴外端固定不移式用法示意图。类属运动机构简图。
图25两轴外端接“从摆型”用法示意图，类属运动机构简图(箭头指为局部示意)。
图26一轴端接“从摆型”一轴端固定不移式用法示意图。类属运动机构简图(箭头指为局部示意)。
图27圆球齿轮等速等角式振动从摆型示意图。比例约按1∶10，类属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图28周球齿轮等速等角式振动从摆型示意图。比例约按1∶10，属整体设计装配图。图示法主视图，是透视实线图。
图29周球齿轮与圆球齿轮啮合示意图。类属机构简图。比例约按1∶10绘。
图30属图29的轴摆差角原理示意图。类属运动机构简图。
图31圆球“经纬方锥齿”齿轮啮合示意图。比例约按1∶5，类属机构简图。零件标记(23)。
图32经纬方锥齿形示意图。类属零件(局部)图。图示法(a)主视图，用A-A′剖视，(b)左视图，用B-B′剖视，(c)俯视图。
权利要求
1.中间装有球形齿轮系列传动装置，属物理部齿轮传动类，与目前圆柱齿轮相比，其轴具有平面可摆性，与目前万向传动节相比，其轴摆动角度可以更大，并在大角度时高速时功率摩擦损耗少。本发明的特征是球形齿轮是主件，分圆球齿轮(5)、周球齿轮(14)、榄形齿轮(17)三种；所有的装置型号都具有零部件齿轮壳、拉杆、轴(带止移螺栓)以及一些常用件；大部分装置型号还有部件上下压板和等角(或弧长)机构；小部分装置型号有独特部件，上述等等零部件和常用件组装成几种型号传动装置。球形齿轮制造方面采用专用方法。a所述圆球齿轮(5)，其特征是经向纬向分度圆合呈球，轴贯穿两极，经向(即轴向)条齿形，最大模数是赤道，模数由赤道向两极逐减，齿数不变，剖视图示轴横过一个分度圆。b所述周球齿轮(14)，原理上如轴周围布满球，形状尤如轴套一圈圆铁并制成齿，可有或无中隔距，轴向(即经向)条形齿，中间相当于赤道的地方模数最大，并向两侧逐减，齿数不变，剖视图在中轴线两侧共包含有两个分度圆。c所述榄形齿轮(17)，特征是外表如榄状，轴贯穿两榄尖，定义上轴向分度圆弧半径大于榄中部半径就是榄形范围。轴向(即经向)条形齿，模数从中部向两榄尖逐减，齿数不变。d所述齿轮壳，其特征是三种球形齿轮之间，主动、从动之间，壳都有差异；如圆球从动齿轮壳(4)如半块月饼；而圆球主动齿轮壳(8)近似方形；又如榄形主动、从动齿轮壳(18)都是长方体，它们形状虽有差异，但共同特点是四层钢板三层空间，球形齿轮与等角、等弧长机构共居中部空间，拉杆2根分别占居上、下层空间，第二、三层钢板垂直于啮面的边缘呈弧形，跟球形齿轮的分度圆弧垂面相等但半径略少；第一、四层钢板外面呈平面。e所述的拉杆(7)，特征是两端有能套入轴承的大孔，中部有可调的松紧机构，松紧用螺栓与螺母与垫片来调节。拉杆用销连接齿轮壳，其连接点在球心(或分度圆弧的圆心)垂线上下，两连接点之间的拉杆长度等于两球形齿轮的轴向分度圆的半径之和。f所述上下压板，特征是上下共两块钢板，长大于宽，一侧在主动轮壳上面下面用螺栓螺母连接，在从动齿轮壳一侧靠端部连接件连接，宽度一般等于球形齿轮的直径的2倍左右。g所述等角(或弧长)机构，特征是，一类设在啮面垂线上下的，即用螺栓固定在齿轮壳中部空间第二、三层钢板上，有啮面半圆齿轮等角机构和啮面等弧长机构，前者一般是上下两对半圆齿轮，其分度圆半径与主动、从动齿轮相同，也因为等速等角型号之用，所以2对(共4片)半圆齿轮都相同。后者由于是用在不同种类球形齿轮啮合之用，所以一侧(2片)的分度圆半径与主动球形齿轮相同。而另一侧的分度圆半径与从动球形齿轮相同。另一类是杆置联体齿轮等角(或弧长)机构，由设在上下压板端面连接件的2条弧形内齿条，与设在从动齿轮壳侧的弧形外齿条，由延长的拉杆连接联体三齿轮，在前者后者之间啮合组成，其机能既可等角，也可以等弧长。
2.根据权利要求1所述几种装置，其中一种圆球齿轮等速等角从摆型，其特征是，A型由零部件轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球从动齿轮壳(4)1个、圆球齿轮(5)相同的2个，啮面半圆齿轮等角机构(6)上下共2对、拉杆(7)2根，圆球主动齿轮壳(8)1个，上下压板(9)1副，圆柱销(10)4个，螺栓螺母(11)若干个，按它们功能顺序排列装配而成。B型仅是将啮面半圆齿轮等角机构(6)，换成杆置联体齿轮等角机构(12)，按它们功能顺序排列装配而成。另外，拉杆(7)增长并穿过圆球从动齿轮壳的壁，其余结构同A型。
3.根据权利要求1所述几种装置，其中一种周球齿轮等速等角从摆型，其特征是，A型由零部件轴(1)2根、轴承(2)8个，垫圈(3)4个、周球从动齿轮壳(13)1个，周球齿轮(14)相同2个、啮面半圆齿轮等角机构(6)上下共2对，拉杆(7)2根、周球主动齿轮壳(15)1个，圆柱销(10)4个、上下压板(9)1副、螺栓螺母(11)若干个按它们功能顺序排列装配而成。B型仅是将啮面半圆齿轮等角机构(6)换成杆置联体齿轮等角机构(12)，按它们功能顺序排列装配而成。另外，拉杆(7)增长并穿过周球从动齿轮壳的壁，其余结构同A型相同。
4.根据权利要求1所述几种装置，其中一种“榄异配”变速差角从摆型，其特征是，A型由零部件轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球从动齿轮壳(4)1个，圆球齿轮(5)1个、啮面等弧长机构(16)2副、榄形齿轮(17)1个、拉杆(7)2根、榄形齿轮壳(18)1个、上下压板(9)1副、圆柱销(10)4个、螺栓螺母(11)若干个按它们功能顺序排列装配而成。B型是在A型的基础上，由圆球齿轮(5)和圆球从动齿轮壳(4)换成周球齿轮(14)和周球从动齿轮壳(13)按它们的功能顺序排列装配而成，其余结构和A型相同。
5.根据权利要求1所述的几种装置，其中一种等腰三角形等速等角互摆型，其特征是由零部件伸缩套轴(21)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、圆球齿轮(5)相同2个、圆球从动齿轮壳(4)2个、拉框(19)1个、滑杆(20)2条、圆柱销(10)4个，按它们的功能顺序排列装配而成，为了某些性能，也可以用周球齿轮(14)相同两个，和周球从动齿轮壳(13)2个，替换圆球齿轮(5)2个和圆球从动齿轮壳(4)2个。因此，此型号包括使用圆球齿轮或周球齿轮两种。应用方法主要采用一轴接“从摆型”，一轴端固定不移动式，滑杆是倾斜安置的。
6.根据权利要求1所述的几种装置，其中一种振动从摆型，其A型特征是在权利要求2的A型的基础上，倒置，在从动轴上安装键轴伸缩轴承(22)，两轴之间设立弹簧和支承件，按它们的功能顺序排列装配而成。其B型特征是在权利要求3的A型的基础上，倒置，利用周球从动齿轮两球心点之间的位置，设置键轴伸缩轴承(22)，两轴之间设立弹簧及支承件，按它们功能顺序排列装配而成。A型和B型的上下压板(9)的连接件改变成宽平形状。所述的键轴伸缩轴承，其特征是由有内键的管体和键轴，用2组8小组共16粒滚珠，按它们的功能顺序排列制成其中滚珠行程是轴行程的二分之一，两组滚珠行程之间有隔距。
7.根据权利要求1所述的几种装置，其中一种“圆球-周球”等速差角从摆型，其特征是由零部件轴(1)2根、轴承(2)8个、垫圈(3)4个、周球从动齿轮壳(13)1个、周球齿轮(14)1个、啮面等弧长机构(16)2副、圆球齿轮(5)1个、圆球主动齿轮壳(8)1个、拉杆(7)2根、上下压板(9)1副，圆柱销(10)4个、螺栓螺母(11)若干个，按它们功能顺序排列装置而成。其中周球齿轮和“壳”与圆球齿轮和“壳”也可以互变主从关系。此型的特征是传动需要两齿轮分度圆直径相等，齿数相等，其中周球齿轮的中隔距必须等于零。
8.根据权利要求1所述的几种装置，其中一种圆球经纬方锥齿轮等速等角从摆型，其特征是在权利要求2的A型的基础上，将两个轴向条齿的圆球齿轮(5)除出，换上两个相同的经纬方锥齿的齿轮(23)装配而成，其中啮面半圆齿轮等角机构(6)免除。
9.根据权利要求1所述的球形齿轮制造方法，其方法是木模设计时，先定分度圆直径、齿数，求出中间(赤道)最大模数，根据逐减系数等于X°纬度分度圆直径除以中间(赤道)分度圆直径的关系，测量计算出数据制成木模。其中，圆球齿轮逐减系数可改用“COSX°纬度”的方便方法计算，其中中隔距等于零的周球齿轮逐减系数可改用“COS(X°纬度÷2)”的方便方法计算。铸成铸件后一般都可以在普遍车床尤其特制的专用机床铣剃成产品，直径大模数亦大的球形齿轮最好采用连齿形精密铸造法，即蜡模-泥沙铸型-干燥焙烧等等制型工序，铸型焙烧后的硬度接近或等于陶瓷硬度较好，用于大量生产。圆形，外圆却是椭圆形。因为模数大的地方，齿顶就比分度圆高多，齿根也比分度圆低多;但模数小的地方，齿顶就比分度圆高微少，齿根也比分度圆低微少，把点点连成线，因此就成椭圆形了。近似地球一样，赤道直径就比南北直径大一些。但因为纵横分度圆是圆球观看近似球形，所以称它为圆球齿轮。如图1.周球齿轮和榄球齿轮属于圆球齿轮的衍生类，如图2、图3。它们合称球形齿轮。齿轮壳是固定球形齿轮与轴的零件，可以半球形，也可以方形，根据球形齿轮的种类而有差异。圆球从动齿轮壳设计成上下呈平面，侧面呈弧面较好，如半块月饼，如图4。周球主动齿轮壳可以设计成近方形，如图5，这样便于平面控制;周球从动齿轮壳可设计成长圆鑵头盒形，如图11;周球主动齿轮壳可设计成长方体形;而榄形齿轮壳不管主动、从动都可设计成长方体形，如图12。不管形状怎样差异，但是共同特点是四层钢板三层空间，球形齿轮居中间的空间，拉杆2根分别占居上下层空间;第二、三层钢板近啮面的边缘呈弧形，跟球形齿轮的轴向分度圆弧相垂直，但半径略少;第一、四层钢板外面呈平面。齿轮壳的作用既能平面连接轴和球形齿轮，又在球心(或分度圆弧的圆心)垂线上下连接圆柱销和拉杆。比如圆球齿轮经纬分度圆合呈球，所以在摆动不同角度时仍能啮合，因为不同角度的两轴中间距离，即两球心之间距离每点都相等，为了减少摩擦，四万连接轴和拉
全文摘要
此系列传动装置解决了齿轮传动时轴可平面摆动的技术。主要特征主件球形齿轮分圆球、周球、榄形三种，齿形多是轴(经)向条齿，模数由中间(赤道)向两极逐减。辅件综述有齿轮壳、拉杆、上下压板……等。装配组成的传动装置有等腰三角形等速互摆形……等一系列应用型号，用途广泛，主要适宜汽车前轮驱动方面。
文档编号F16H35/00GK1066717SQ9110331
公开日1992年12月2日 申请日期1991年5月16日 优先权日1991年5月16日
发明者陈植洪 申请人:陈植洪