一种柔性啮合的大直径齿轮传动装置的制作方法

本发明涉及一种柔性啮合的大直径齿轮传动装置，也可用于大直径销齿传动装置。

背景技术：

1、在一些低速重载开式齿轮传动中，因大直径齿轮相对刚度较差，在制造和运输及安装过程中的几何变形的不圆(如变形成椭圆或多边形圆)或安装时几何圆心与回转中心不同心(重合)，特别是当大直径齿轮很大时，为了便于运输和安装条件限制，一般将其设计成不少于二块组合的结构，然后再在使用现场将其组装成一个大直径齿轮；该组合结构相对于整体结构而言易变形，在运输和组装过程中，大直径齿轮变形较大，再加上大直径齿轮本身的制造误差，组装后的大直径齿轮不圆度较大，可能形状根本就不准确；很显然，大直径齿轮和小齿轮传动在中心距固定的情况下其啮合精度是不能保证的，例如在大直径齿轮“凸”(如变形为椭圆的长轴处)的地方，啮合侧隙很小，此时相当于中心距变小，不能正常运转甚至卡死，而在大直径齿轮“凹”的地方，啮合侧隙变大，此时相当于中心距变大，造成不能保持中心距不变，演变为正圆的小齿轮与非圆的大直径齿轮的啮合，甚至小齿轮也不圆，小齿轮和大直径齿轮不能很好的啮合，导致接触斑点不稳定较差和振动、噪音大，从而影响齿轮传动的平稳性和使用寿命及承载能力，难以发挥齿轮传动应有的性能，甚至提前失效或不能使用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够使大直径齿轮和小齿轮始终保持啮合中心距不变的平行轴传动和接触斑点好、稳定的柔性啮合的大直径齿轮传动装置。

2、本发明提供的这种柔性啮合的大直径齿轮传动装置，包括小齿轮和与之啮合的大直径齿轮，所述小齿轮安装在齿轮座内，还包括柔性增力滑轮组施力机构和柔性双重增力机构，在所述柔性增力滑轮组施力机构中还包括一个与本机构功能无关的联系动滑轮，并与作为施力端的动滑轮同轴、同心各自独立旋转组成的双排滑轮，连接绳索或连接钢丝绳穿绕过所述联系动滑轮,其中一端穿绕过转向定滑轮与柔性双重增力机构中的外摆线或渐开线曲面凸轮非工作面的活动支座联接，另一端穿绕过转弯定滑轮与齿轮座固联，由柔性增力滑轮组施力机构中作为施力端的动滑轮施力，所述联系动滑轮也就施力，所述柔性增力滑轮组施力机构产生基本恒定的倍增力，通过所述连接绳索或连接钢丝绳和外摆线或渐开线曲面的凸轮同时分别始终给所述齿轮座两个合适的预紧力，其方向始终正对着所述大直径齿轮中心保持不变，这样使所述外摆线或渐开线曲面的凸轮与所述齿轮座的外壳受压面形成紧密接触，所述齿轮座置于能够直线运动的导轨中，且齿轮座平移方向能够朝向或背向所述大直径齿轮的中心，其中所述外摆线或渐开线曲面的凸轮轮廓产生的正压力f方向始终朝向所述大直径齿轮的中心保持不变，而且柔性双重增力机构受力后产生一个朝向所述导轨的工作面上的分力，使所述齿轮座的底平面与所述导轨的工作面始终保持紧密的贴合，以保持始终稳定的直线运动，从而使所述齿轮座受到的力始终能保持所述小齿轮与所述大直径齿轮啮合中心距不变的平行轴传动，从而所述齿轮座受到的力始终能保持所述小齿轮与所述大直径齿轮良好稳定的接触斑点，以提高承载能力和使用寿命及平稳性。

3、理论分析和实践证明：摆线除节圆(点)附近外，其余各处曲线的综合曲率半径均大于渐开线曲线的综合曲率半径，摆线曲线的赫兹应力小，也就是说，除节圆附近外，摆线曲线有较大的综合曲率半径，说明摆线齿形的耐磨性和承载能力要高于渐开线曲线，摆线曲线(面)既耐磨又能够平稳承受大的重载荷，尤其是开式、润滑不便工作环境恶劣的场所；同时，所述外摆线曲面或渐开线曲面的凸轮，摆线和渐开线具有共同的性质,如渐开线凸轮与其他曲线相比是唯一能保证力的方向保持不变和作用力(夹紧)点位置不变，即始终与基圆相切，而外摆线凸轮与渐开线凸轮不同之处是，由外摆线法线的性质(外摆线上任意一点m的法线，必定通过点m相应母圆的“最低点”)知作用点位置变；但因摆线又是最速降线(最快滑行曲线)，说明摆线比渐开线或其他曲线更具有动作反应灵活迅速的优点，所述渐开线曲面的凸轮与所述齿轮座的外壳受压面始终处于紧密接触状态，而且凸轮结构简单。

4、采用该技术方案，施力终端为凸轮是一个具有外摆线或渐开线曲线轮廓的构件，而且凸轮简单，以该凸轮工作曲面的基(母)圆柱(凸轮的固定支座位置不变)中心进行摆动时，渐开线凸轮与其他曲线机构相比是唯一能保证力的方向和作用点位置不变，而外摆线凸轮与渐开线凸轮不同之处是，作用点位置略变(因大直径齿轮不圆值不会很大，所以凸轮摆动很小)，即对齿轮座的外壳受压面的施力方向不变和(被压紧)施力点位置不变或略变进行稳定浮动压紧，当以凸轮外摆线或渐开线曲面的基(母)圆柱中心进行摆动时，凸轮的外摆线或渐开线曲线轮廓上的施力(压紧)点的位置迅速自动与之适应；当所述渐开线曲面的凸轮时，所述齿轮座的外壳受压面为渐开线凹曲面时，相当于这种渐开线凸凹齿廓面接触的夹紧结构演变为渐开线齿轮内啮合运动，当所述外摆线曲面的凸轮时，所述齿轮座的外壳受压面为内摆线曲面时，相当于这种摆线凸凹齿廓面接触的夹紧结构演变为摆线齿轮外啮合运动，具有承载能力大，耐用的特点，特别是由同一滚圆所产生的内、外摆线。根据摆线和渐开线性质和特点知，齿廓间的正压力f方向始终是不变的，这对于凸轮(齿轮)传动的平稳性是很有利的；渐开线具有可分性，对加工和装配误差都是十分有利的，可满足两齿廓间不断移动的动态变化的工况要求，外摆线或渐开线作为凸轮齿廓曲线具有传动性能好，容易制造，便于安装，互换性也好；以凸轮外摆线或渐开线曲面的基(母)圆柱的同心孔与凸轮固定支座铰接的凸轮作为施力终端刚性好，能避免“长轴”状的杆类直接受力引发的不利影响，如活塞刮缸和“失稳”等；凸轮还可起到一定的缓冲作用。

5、采用该技术方案，连接绳索或连接钢丝绳穿绕过转弯定滑轮与齿轮座固联后，明显对齿轮座预紧拉力(施力)点位置和方向保持不变，力的方向始终正对着所述大直径齿轮中心保持不变，拉力的大小受拉伸弹簧伸长量变化略变。

6、采用该技术方案，因所述柔性增力滑轮组施力机构的施力后，产生的倍增力方向始终正对着所述大直径齿轮中心保持不变，并且力的大小和施力点位置保持不变或略变，这对于齿轮传动的平稳性是很有利的，在做直线运动的导轨的限制下，所述齿轮座平移方向朝向或背向所述大直径齿轮的回转中心，所以一个所述柔性增力滑轮组施力机构始终同时分别给所述齿轮座一个合适的基本恒定的预紧推力和预紧拉力，预紧推力和预紧拉力的方向始终朝向所述大直径齿轮的中心，能够使所述小齿轮与所述大直径齿轮保持接触斑点稳定的平行轴传动；因这种由两块或几块扇形结构组合成一个整圆的大直径齿轮，组合后的齿轮凸凹不圆度较大，尤其是在其结合面凸凹交界处(俗称错边)有较大的错边量，还有特大型大直径整体齿轮的不圆，并且转动惯量很大的大型低速重载的齿轮传动，当柔性增力施力机构施力时，都能均匀、稳定地施力和能始终保持齿轮座夹紧(预紧推力)，压紧状态稳定，连接绳索或连接钢丝绳直接对齿轮座施力(预紧拉力)，预紧推力和预紧拉力可以通过连接绳索或连接钢丝绳互为填补，在预紧推力和预紧拉力共同作用下，减少大齿轮结合面“张口”和该处打齿现象的发生，能够使所述小齿轮与所述大直径齿轮始终保持接触斑点稳定的平行轴传动，以提高承载能力和使用寿命及传动的平稳性。

7、采用柔性增力施力机构的技术方案，特别适合这种凸凹不圆的大直径齿轮，在其凸凹交界处(俗称错边)的压紧点，在惯性力作用瞬间处于“跳跃”状态，该压紧点瞬间可能会失效，引发振动和噪音，诱发结合面发生张口和小齿轮打齿现象，而所述柔性增力滑轮组施力机构同时分别始终给所述齿轮座合适(基本恒定)的预紧推力和预紧拉力，与其它施力机构相比，具有多重柔性、双重叠加、三重增力、施力互为填补，使所述齿轮座两个施力点始终处于受力状态，所以该方案都能稳定地使所述小齿轮和所述大直径齿轮始终保持夹紧状态，从而使所述小齿轮随着所述大直径齿轮沿其径向做“随动”运动，即所述齿轮座能够根据所述大直径齿轮“不圆”沿其径向做少量的快速平移运动，能够更好地保持啮合中心距不变，使所述齿轮座受到的力始终能保持所述小齿轮与所述大直径齿轮良好稳定的接触斑点，以提高承载能力和使用寿命及平稳性。柔性增力滑轮组施力机构，能用同一原始作用力施力齿轮座二处受力，结构极为简单紧凑、可靠，并且还可以通过转向、转弯定滑轮转向(弯)，把柔性增力滑轮组施力机构设置在任何方便的地方，有利于机构布置和节省空间。

8、采用这种一拉一推的互动(填补)双重叠加、柔性施力的技术方案，特别是施力终端的外摆线凸轮比其他曲线的凸轮动作反应更灵活迅速，两个施力点始终处于受力状态，所以该方案都能稳定可靠地使小齿轮和大直径齿轮始终保持夹紧状态，故可提高该装置的刚性和稳定、可靠性，尤其是摆线曲线(面)既耐磨又能够平稳承受大的重载荷，尤适合开式、润滑不便工作环境恶劣的场所。特别适合这种由几块结构组合成一个整圆大直径齿轮或扇形大直径齿轮，组合后的大直径齿轮凸凹不圆度较大，并且转动惯量很大、动能大，夹紧不可靠的大型低速重载的齿轮传动。

9、采用该技术方案，因所述大直径齿轮为了便于运输和现场安装，一般多将其设置成分体结构，然后再在使用现场将其组装成一个大齿轮，但在制造和运输及组装过程中可能发生变形等，所述大直径齿轮不圆度较大，可能形状根本就不准确。而对于销齿传动，在所述大直径销轮“凸”的地方，销轮的圆销齿可能卡到销齿轮(即小齿轮)齿槽里滚不出来，而在所述大直径销轮“凹”的地方，圆销齿很可能就从销齿轮齿槽中滑出来，大直径销轮和销齿轮不能很好的啮合，采用该方案能有效提高这种齿轮传动的可靠性和平稳性。

10、采用该技术方案，这种大直径齿轮的制造不易、费用高、生产周期长，如果该齿轮中的一块齿坏了，因能容忍这种大直径齿轮不圆的变形，只需将这块齿整体替换就行了，缩短了生产周期，降低了维护费用。

11、本发明进一步的技术方案是：所述柔性增力滑轮组施力机构，是由重物和拉伸弹簧的串联组合体，增力绳索或增力钢丝绳在动滑轮中、定滑轮之间按需求增力倍率进行穿绕的增力滑轮组组成，所述重物和拉伸弹簧的串联组合体中的拉伸弹簧与施力张紧点固联后作为原始作用力叠加施力，作用于所述增力绳索或增力钢丝绳的自由端，其中所述定滑轮中的着力定滑轮与着力点固联，所述动滑轮中作为施力端的动滑轮施力。该增力滑轮组与公知省力的滑轮组本质上是一样的，仅是主、被动端倒置而已，在摩擦阻力等忽略不计的情况下，同一滑轮组能省几倍力(要减轻几倍力)，就能够增力多少倍，显然所述增力绳索或增力钢丝绳自由端移动的距离就是所述齿轮座移动距离的多少倍(行程、速度倍增)，只是所述齿轮座受到的预紧推力和预紧拉力的合力比原始作用力增力了很多倍，用法不同而已。

12、采用该技术方案，避免单独使用重物，因该传动装置惯性及振动作用使重物作往复摆动或跳动引起重力波动和加大机构振动，改变重量一般体积也会变大，或单独使用弹簧，因所述增力绳索或增力钢丝绳行程倍增，长度变化较大引起弹力变化大，采用所述重物和拉伸弹簧的串联组合体，可以取长补短发挥各自优势(如用弹簧限制悬挂重物的运动，减少体积，可获得较大的叠加力)，叠加施力可靠，用体积小、自然(物理)属性的物体产生较小的原始作用力来获得较大的倍增力，通过改变该串联组合体中的本身属性(如重物的重量或拉伸弹簧的弹力)，就可方便调整对所述齿轮座的预紧推、拉力，且可获得比原始作用力倍增的力，不需要施力动力源和基本上无需维护保养，结构极为简单紧凑，安装和拆缷方便，性能可靠，所述齿轮座获得基本恒定较大的预紧(合)力，使所述齿轮座产生始终朝向所述大直径齿轮的中心的合力，从而保证所述小齿轮与所述大直径齿轮保持良好稳定的接触斑点，以提高承载能力和使用寿命及平稳性。

13、采用该技术方案，由胡克定律可知，弹簧在发生弹性形变时，弹力f和弹簧的长度变化量x成正比，即f＝kx，当x不变时弹力是恒定的，k是材料的弹性系数，它是由材料的性质所决定，与其他因素无关，是利用弹簧长度变化增力，且弹簧对冲击力有缓冲和吸收振动及隔音作用，可避免啮合卡死现象。

14、本发明进一步的技术方案是：所述柔性双重增力机构是由双臂铰接增力机构和凸轮增力机构双重复合组成的增力机构，其中双臂铰接增力机构由摇臂固定支座、摇臂、外摆线或渐开线曲面凸轮非工作面上的活动支座及所述外摆线或渐开线曲面凸轮组合成，凸轮增力机构由所述外摆线或渐开线曲面凸轮和凸轮固定支座组合成。

15、双臂铰接增力机构是一个“隐藏”的增力机构，是由摇臂和施力终端的凸轮(视为另一臂)，即由摇臂固定支座、摇臂、外摆线或渐开线曲面凸轮非工作面的活动支座、凸轮本体(活动支座到凸轮与所述齿轮座的受压面接触点为一臂，即图1中的点划线)组成，形成了在受力状态时的双臂铰链增力机构，施力端为活动支座，可获得较大的增力比，两臂之间的夹角β越接近180度增力比越大，但也要考虑凸轮移(摆)动储备量。

16、凸轮实际上是斜楔的一种变型而已，施力时显然是一种增力机构，可获得大的增力比。明显这种双重复合组成的增力机构可获得大的合成增力比。

17、采用该技术方案，摆动自如的凸轮的曲面为外摆线或渐开线，又克服了其它曲面(如圆偏心轮)的凸轮会自锁，因该曲线的凸轮接触点的升角(压力角)较大，又因其结构简单，动作灵敏，尤其是外摆线曲面的凸轮，因摆线又是最速降线(最快滑行曲线)，说明摆线比渐开线或其他曲线更具有动作反应灵活迅速的特点，同时摇臂为“长杆”状的杆件，也具有一定的弹性，所以该所述柔性双重增力机构具有柔性特征。

18、采用该技术方案，由施力机构的施力路径可知，每个施力单元中都有柔(弹)性或缓冲件，如拉伸弹簧、绳索或钢丝绳、施力终端凸轮，尤其是凸轮的工作轮廓采用外摆线，是最速降线也可称为最快滑行曲线，具有能重载，耐磨、运动平稳、动作反应灵活迅速，力的方向保持不变的优点，也就是说，该施力机构始终有很好的缓冲回弹性能，从而能够保持所述小齿轮随着所述大直径齿轮的不圆，沿其径向做“随动”运动，满足该大直径齿轮传动装置的柔性啮合。

19、本发明进一步的技术方案是：所述齿轮座上的外壳受压面任选下列润滑剂之一，润滑蜡、钙基脂、二硫化钼或稀油。

20、本发明更进一步的技术方案是：所述润滑剂选为润滑蜡。

21、本发明进一步的技术方案是：所述齿轮座上的外壳受压面任选下列之一，渐开线凹曲面、内摆线凹曲面、平面、渐开线凸曲面，并硬化处理。

22、本发明更进一步的技术方案是：所述齿轮座上的外壳受压面，当为外摆线曲面的凸轮时，选为内摆线凹曲面并硬化处理，当为渐开线曲面的凸轮时，选为渐开线凹曲面并硬化处理。

23、采用该技术方案，根据外摆线和渐开线性质和特点知，齿廓间的正压力f方向始终是朝向所述大直径齿轮的回转中心保持不变，这对于齿轮传动的平稳性是很有利的；并且渐开线具有可分性，其加工和装配误差及互换性好，两者都属于共轭齿廓，接触面选为渐开线，对渐开线参数的选择限制极少，方便优化设计，特别是摆线的耐磨性和承载能力要高于渐开线曲线，摆线曲线(面)既耐磨又能够平稳承受大的重载荷，尤其是开式、润滑不便工作环境恶劣的场所；这种凸和凹曲面接触相当于内啮合渐开线齿轮副的啮合，接触面综合曲率半径大，经久耐用，承载力能力大，接触面的耐磨性、接触强度和传动效果均高，有效提高使用寿命，特别适合这种大型低速重载的大直径齿轮传动。

24、本发明的有益效果是：1、由所述柔性增力滑轮组施力机构中不耗能的物体自身属性作为同一原始作用力，而获得倍增施力，通过连接绳索或连接钢丝绳和柔性双重增力机构中的外摆线或渐开线曲面的凸轮始终给所述齿轮座合适的基本恒定的预紧推力和预紧拉力，方向始终正对着所述大直径齿轮中心保持不变，预紧推力和预紧拉力对所述齿轮座施力点位置保持不变或略变，并且而所述齿轮座能够正反双向平移，导致安装在所述齿轮座中的所述小齿轮的定位外圆始终与所述大直径齿轮的定位外圆形成紧密的接触，从而使所述小齿轮随着所述大直径齿轮做径向“随动”运动，保持啮合中心距不变的平行轴传动；2、以重物和拉伸弹簧的串联组合体的施力构件，产生的力是基本恒定的，并且外摆线和渐开线接触面综合曲率半径大，不易发生点蚀和磨损，接触强度高，所以传动平稳，噪音振动小；3、具有多重柔性、双重叠加、三重增力、施力互为填补，增力效果好，这种一拉一推的双重叠加施力的技术方案，使齿轮座两个施力点始终处于受力状态，所以该方案都能均匀、稳定地施力和能始终保持夹紧，压紧状态稳定，故可提高该装置的刚性和稳定、可靠性，这样小齿轮与大直径齿轮始终保持稳定的接触斑点，能有效提高这种齿轮传动的承载能力和传动的平稳性及使用寿命。另外，不消耗能源，无需另置施力动力源，施力机构更为简单紧凑、可靠，无需维护，经久耐用；能减少大齿轮结合面“张口”和打齿现象的发生，可整块换齿，缩短了生产周期，降低了维护费用；滑轮(组)、绳索或钢绳丝等已商品化可以外购，取材极为方便。