專利名稱：微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的制作方法
技術領域：
本實現(xiàn)新型涉及一種滾珠聯(lián)軸器，尤其涉及一種微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器。
背景技術：
現(xiàn)有的滾珠萬向聯(lián)軸器在用于大負載，有沖擊的傳動中，均存在使用壽命較短的缺陷， 為了克服該缺陷，人們都在其傳動嚙合齒面進行了探索與研究。
(A) 專利號為ZL 03227574. 9的實用新型專利"抗沖擊反微差曲率半徑滾珠聯(lián)軸器"(以 下簡稱"反微"結構，參見圖10),其結構的主要特點是①采用空心滾珠；②外齒和內齒 均采用空心齒(在齒的根部做成空腔)；③滾道齒面圓弧半徑小于空心滾珠外徑。
(B) 在上述實用新型專利ZL 03227574. 9之前，有專利號為ZL99233444. 6的"一種滾 珠聯(lián)軸器"的實用新型專利，該"一種滾珠聯(lián)軸器"為普通圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器(以下簡稱
"普通"結構，參見圖8、圖9)，其結構的主要特點是①采用普通半徑為R的普通滾珠； ②外齒和內齒均采用圓弧半徑為R+A普通圓弧齒面；③滾道齒面圓弧半徑大于滾珠半徑。
上述專利號為"ZL99233444. 6"的"普通"結構分析如圖4所示，其"普通"圓弧齒 面滾道與滾珠在受力(超過額定值)時會在齒面上形成橢圓形接觸面(接觸面積S。)和面積為 Sb的壓痕，因為滾珠表面硬度比滾道表面硬度大(洛氏硬度約3度)，所以在超負荷時滾道會 產生塑性變形，甚至會在滾道端部和齒尖部產生滾道壓潰區(qū)。
另外，因滾珠硬度大于齒面硬度，在負荷增大時滾道齒面易形成較明顯的壓痕,而使聯(lián)軸 器關節(jié)的靈活性受到限制。在有折角的情況下，聯(lián)軸器每轉動一周，其滾珠會沿滾道軸線來 回竄動一次，由于滾道面上的壓痕較深而滾珠無法相應竄動(即滾珠卡在滾道面壓痕內)，使 滾珠與滾道面產生非常大的壓應力(此壓應力絕大部分是由附加的變形形成的，而正常的傳 遞轉矩形成的壓應力只占一小部分)，繼而滾道面壓痕就會越來越深，接下來就是滾道失效、 擋齒斷裂和關節(jié)失效。
上述專利號為"Z畫27574.9"的"反微"結構分析如圖10 ，"反微"結構的外齒 和內齒的齒體均為空心齒，其滾珠也為空心滾珠。而"反微"結構的另一重要特點是滾道面 圓弧半徑小于空心滾珠外徑。"反微"結構的受力特點是①空心滾珠和空心齒理解為彈性體 (空心結構的目的是取得滾珠和齒的較大彈性)，較大的彈性變形使接觸面積增大，因而接觸 應力較小；②圓弧兩端點與滾珠先接觸而開始受力，然后滾珠和齒產生彈性變形，而由兩點受力變?yōu)辇X面圓弧與滾珠接觸吻合。"反微"結構的缺點是①制造難度大， 一般工藝措施是 做不出來的(尤其是空心滾珠的制造)；②從圖10中可以看出，齒頂尖部先受力，導致齒頂 的齒尖部首先被壓潰，要想齒頂?shù)凝X尖部在先受到超負荷時不被壓潰，需嚴格控制好空心滾 珠和空心齒的彈性變形力(即齒頂尖部象一彈簧)，顯然這是非常難的，即便設計時能算得準 確，也不能保證加工時能實現(xiàn)，所以，要達到制造出標準的空心滾珠和標準的空心彈性齒就 較難。
綜上所述，要想在額定負荷下滾道不失效，就必須保證在額定負荷下滾道面壓應力不超 過其許用應力、避免形成塑性變形的壓痕。
發(fā)明內容
針對上述情況，本實現(xiàn)新型的目的在于提供一種微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，它既能顯著 提高滾珠聯(lián)軸器的承載能力和抗沖擊能力，還能保證滾珠聯(lián)軸器傳動關節(jié)的靈活性能，且結 構簡單，易于制造，成本低，適宜普及推廣。
本實現(xiàn)新型的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，它由外齒經滾珠與內齒嚙合組成有對應夾角 ^、對應夾角e2和對應夾角a的傳力副，該傳力副的側間隙為2H+2A，對應夾角^和對應 夾角0 2所分別對應的齒面圓弧半徑是R+A圓弧，對應夾角a所對應的齒面圓弧半徑是R圓 弧，該R圓弧為外齒和內齒滾道齒面的微陷圓弧齒面，它們與滾珠吻合，此R圓弧是在半徑 為R+A圓弧上"微陷"而成，微陷量為H。
根據(jù)本實現(xiàn)新型的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其R+A圓弧為外齒和內齒滾道齒面的齒側 頂部圓弧與齒側根部圓弧，R圓弧為外齒和內齒滾道齒面的齒側中部圓弧。
其外齒和內齒滾道齒面的齒側中部圓弧為微陷區(qū)，此微陷區(qū)的端部各光滑連接一非微陷區(qū)。
其微陷區(qū)為有效承載區(qū)。 其非微陷區(qū)為非有效承載區(qū)。 其對應夾角a為9(T 110° 。 其對應夾角^為5。 10° 。 其對應夾角^為10。 15° 。 其滾珠半徑為R。
本實現(xiàn)新型采用由外齒經滾珠與內齒嚙合組成有對應夾角e i、對應夾角e 2和對應夾角a 的傳力副，對應夾角^和對應夾角e2齒面的兩端各有一段半徑為R+A圓弧，對應夾角ci的
外齒和內齒滾道齒面均為微陷圓弧齒面，該微陷圓弧齒面半徑為R圓弧，此R圓弧是在半徑為R+A的圓弧上"微陷"形成，微陷量為H的技術方案，它既克服了現(xiàn)有"普通"結構滾珠 聯(lián)軸器在負荷增大時滾道齒面易形成較明顯壓痕而且會導致關節(jié)靈活性受限的缺陷，又克服 了 "反微"結構滾珠聯(lián)軸器的齒尖部受力時容易受損且空心齒、空心滾珠的制造難度增大的 缺陷。
本實現(xiàn)新型相比現(xiàn)有技術所產生的有益效果 (I )微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器在負荷增大時滾道齒面不易形成較明顯壓痕，關節(jié)靈活 性好，顯著提高了聯(lián)軸器的承載能力、抗沖擊能力、運行穩(wěn)定性好，運行效率高，延長了使 用壽命。
(II)結構簡單、緊湊，制作工藝難度小，生產成本低，便于普及、推廣，市場前景十 分廣闊，商業(yè)潛力較大。
本實現(xiàn)新型適合重載荷、沖擊力大以及要求有較大折角的雙向傳遞運動的場合，如應用 于冶金行業(yè)的板帶軋機上的軋棍接軸。
以下結合附圖和實施例對本實現(xiàn)新型作進一步的詳細說明。

圖l為本實現(xiàn)新型微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器中外齒、滾珠、內齒的單齒嚙合結構示意圖。 圖2為本實現(xiàn)新型內齒單齒齒面的軸向示意圖。
圖3為本實現(xiàn)新型微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器在工作時的一對受力齒受力側的嚙合示意圖。
圖4為"普通"結構中滾道齒面?zhèn)髁υ囼灥膲汉凼疽鈭D。
圖5為"微陷"結構中滾道齒面?zhèn)髁υ囼灥膲汉凼疽鈭D。
圖6為"微陷"結構中滾珠受力分布的示意圖。
圖7為"普通"結構中滾珠受力分布的示意圖。
圖8為"普通"結構中外齒、滾珠、內齒的單齒嚙合結構示意圖。
圖9為"普通"結構中外齒、滾珠、內齒在受力時，單齒受力側的嚙合及壓潰區(qū)位置的示 意圖。
圖10為"抗沖擊反微差曲率半徑滾珠聯(lián)軸器"單齒嚙合結構示意圖。 圖ll為本實現(xiàn)新型微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的結構示意圖。
圖中1、外齒，2、滾珠，3、內齒，4、微陷區(qū)，5、非微陷區(qū)，6、接觸面(S。)， 7、 塑性變形壓痕(Sa)， 8、塑性變形壓痕(Sb)， 9、壓潰區(qū)。
具體實施方式

參見附圖1 11，微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器由外齒l經滾珠2與內齒3嚙合組成有5。 io。的對應夾角e,、 io° i5°的對應夾角32和9()° iio°的對應夾角a的傳力副，該傳
力副的側間隙為2H十2 A ，滾珠2半徑為R，對應夾角e ,和對應夾角e 2所分別對應的滾道齒 面圓弧的兩端各有一段半徑為R+A圓弧，對應夾角a的外齒1和內齒3滾道齒面均為微陷圓 弧齒面，該微陷圓弧齒面半徑為R圓弧，它們與滾珠2吻合，此R圓弧是在半徑為R+A圓弧 上"微陷"而成，微陷量為H。
參見附圖，外齒1和內齒3滾道齒面的齒側中部圓弧為"微陷區(qū)"，如圖2中帶陰影線(豎 點劃線)、寬度為Lw的區(qū)域就是微陷圓弧齒面的"微陷區(qū)"，"微陷區(qū)"相當于用一個半徑 為R、軸向長度為L,的圓柱體在一個半徑為R+A 、軸向長度為L的圓弧齒面擠壓而形成的， 其壓下量即為微陷量H，稱微陷區(qū)4，微陷區(qū)4是微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的有效承載區(qū)，微 陷區(qū)4的端部各光滑連接一寬度為B,的區(qū)域就是圓弧齒面的"非微陷區(qū)"，稱非微陷區(qū)5，非 微陷區(qū)5是微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的非有效承載區(qū)。由此，微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的外 齒1和內齒3滾道齒面的微陷圓弧齒面與滾珠2相配合的側間隙為2H+2 A ，它與傳力副的側 間隙2H+2 A吻合，該側間隙是保證其滾珠聯(lián)軸器靈活運轉的必要條件。
由附圖3、 4、 5所示，當微陷圓弧齒面與滾珠2在圓周上緊密貼合時形成的微陷圓弧滾 道齒面(接觸吻合見圖3)受力時，此時的滾珠聯(lián)軸器結構受力逐漸增大(超過額定值)時， 滾珠2和滾道產生塑性變形，形成較大的橢圓形接觸面(如圖5中的(S。))，橢圓形接觸面 的面積為接觸面(S。) 6，并形成面積為(Sa)的塑性變形壓痕(Sa) 7;而普通圓弧齒面滾珠 聯(lián)軸器的圓柱圓弧滾道齒面與滾珠2在圓周上緊密貼合時也會形成橢圓形接觸面(如圖4中 的(S。))，該橢圓形接觸面的面積為接觸面(S。) 6，并形成面積為(St)的塑性變形壓痕(Sb) 8。
由附圖4、 5所示，結合實驗數(shù)據(jù)表明接觸面(S。) 6的面積比塑性變形壓痕(Sb) 8 的面積稍大，而塑性變形壓痕(Sa) 7的面積比塑性變形壓痕(Sb) 8的面積小，塑性變形壓 痕(Sa) 7的面積約為0. 3 0. 4塑性變形壓痕(Sb) 8的面積，這說明在超負荷時，"微陷" 結構的滾道齒面損傷要比"普通"結構小得多。因為滾珠2表面硬度比滾道表面硬度大(洛 氏硬度約3 5度)，所以在超負荷時，滾道會產生塑性變形，甚至會在滾道齒面的齒側端部 產生滾道壓潰。而"微陷"結構的微陷圓弧滾道齒面的長度(Lw)小于"普通"結構的普通 圓柱圓弧滾道齒面的長度(L)，使得滾珠2不能接近滾道端部及滾道齒頂，從而保證滾道端 部和齒尖部不會被壓潰而形成壓潰區(qū)9。
比較圖6 ("微陷"結構)和圖7 ("普通"結構)，"微陷"結構中的滾珠2受力分布變化 平緩且受力分布域較廣，而"普通"結構中的滾珠2受力分布變化較急且受力分布域較窄。顯然"普通"結構中的滾道齒面在轉矩尚未達到額定值時就會出現(xiàn)凹陷(滾珠2壓痕)，而且 隨著工作轉矩的增大凹陷壓痕會加深。凹陷壓痕加深后滾珠2就被限制了沿滾道軸線的自由 度(而本結構的萬向聯(lián)軸器在有折角的傳動時，其滾珠2必須隨著轉動進行沿滾道軸線方向 進行周期性的位置調整以滿足本結構的空間不受干涉的要求)，即滾珠2被卡在凹陷壓痕內， 滾珠2與滾道產生內應力，造成滾珠2與滾道的接觸應力急劇增大。在這種情況下，聯(lián)軸器 關節(jié)會很快失效(主要是滾道被壓潰、擋齒被擠壓折斷和滾珠2被壓碎)。 本實現(xiàn)新型微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器采用以下工藝制造
① 采用標準滾珠2并達到其材料為GCr15，表面淬火硬度為HRC60 65，半徑為R;
② 先將聯(lián)軸器的內齒3、外齒l的齒面加工為普通圓弧齒面，該圓弧齒面對應夾角為(a + ^+02)110° 135° ，其半徑為R+A;再在普通圓弧齒面上加上一段半徑為R的"微陷"圓 弧，微陷圓弧陷入深度為H，微陷圓弧對應夾角a為80° 110° ，該段半徑為R的微陷圓弧要 求與滾珠2圓弧十分貼合(如圖l)。
③ "微陷"結構中半徑為R的微陷圓弧齒面軸向長度(U)小于半徑為R+A的圓柱圓弧齒 面軸向長度(L)(如圖2)。
本實現(xiàn)新型微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器的受力特征
微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器傳遞扭矩時，因滾珠2與齒面十分吻合，故能形成較大的橢圓 形接觸面即彈性變形接觸面(S。) 6，使得表面壓應力較小，從而提高了承載能力。
權利要求1、微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于它由外齒(1)經滾珠(2)與內齒(3)嚙合組成有對應夾角β1、對應夾角β2和對應夾角α的傳力副，該傳力副的側間隙為2H+2Δ，對應夾角β1和對應夾角β2所分別對應的齒面圓弧半徑是R+Δ圓弧，對應夾角α所對應的齒面圓弧半徑是R圓弧，該R圓弧為外齒(1)和內齒(3)滾道齒面的微陷圓弧齒面，它們與滾珠(2)吻合，此R圓弧是在半徑為R+Δ圓弧上微陷而成，微陷量為H。
2、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器'，其特征在于R+A圓弧為外齒(1) 和內齒(3)滾道齒面的齒側頂部圓弧與齒側根部圓弧，R圓弧為外齒(1)和內齒(3)滾道 齒面的齒側中部圓弧。
3、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于外齒(1)和內齒(3) 滾道齒面的齒側中部圓弧為微陷區(qū)(4)，此微陷區(qū)(4)的端部各光滑連接一非微陷區(qū)(5)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于對應夾角a為90° 110。。
5、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于對應夾角卜為5° 10° 。
6、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于對應夾角62為10° 15° 。
7、 根據(jù)權利要求1所述的微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，其特征在于滾珠(2)半徑為R。
專利摘要微陷圓弧齒面滾珠聯(lián)軸器，由外齒經滾珠與內齒嚙合組成有對應夾角β₁、對應夾角β₂和對應夾角α的傳力副，對應夾角β₁和對應夾角β₂齒面的兩端各有一段半徑為R+Δ圓弧，對應夾角α的外齒和內齒滾道齒面均為微陷圓弧齒面，該微陷圓弧齒面半徑為R圓弧，此R圓弧是在半徑為R+Δ的圓弧上“微陷”形成，微陷量為H。它采用使對應夾角α的滾道齒面設為微陷圓弧齒面的技術方案，它既克服了“普通”結構滾珠聯(lián)軸器在負荷增大時滾道齒面易形成較明顯壓痕且會導致關節(jié)靈活性受限的缺陷，又克服了“反微”結構滾珠聯(lián)軸器的齒尖部受力時容易受損且空心齒、空心滾珠的制造難度增大的缺陷。它適合重載荷、沖擊力大以及要求有較大折角的雙向傳遞運動的場合。
文檔編號F16D3/221GK201373035SQ200820211109
公開日2009年12月30日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者鄧浪高 申請人:鄧浪高