專利名稱：輻射狀短齒卵形齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及流量儀表中橢圓齒輪流量計的技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型用作橢圓齒 輪流量計中的關(guān)鍵零件一轉(zhuǎn)子。橢圓齒輪流量計按通徑大小分為多種規(guī)格，各種規(guī)格流 量計轉(zhuǎn)子(橢圓齒輪)的技術(shù)參數(shù)及尺寸也不盡相同。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的橢圓齒輪流量計的轉(zhuǎn)子(橢圓齒輪，確切地說應(yīng)叫卵形齒輪)輪齒布 置在節(jié)曲線節(jié)點的法線方向，稱法向布齒。輪齒的齒廓是漸開線，一般是在數(shù)控機床上用連 續(xù)展成法加工。用展成法加工一般圓柱齒輪可獲得較高的精度。但在加工橢圓齒輪時，特別是在 數(shù)控插齒機上加工時(國內(nèi)絕大部分采用數(shù)控插齒機加工橢圓齒輪)，由于工件形狀的特 殊性，在不均衡的切削力及切削抗力作用下，不僅增大了機床、刀具傳動鏈的運動誤差，還 可造成工件、刀具位置度的變化，這些難以控制的附加誤差加上加工中的固有誤差，使得輪 齒加工精度(齒形、周節(jié)、齒向等精度)大大降低。為滿足嚙合傳動，加工中就加大齒間距， 這樣不僅減小了輪齒強度，還由于嚙合間隙增大，而加大了流量計運轉(zhuǎn)噪聲。法向布齒的橢圓齒輪在運轉(zhuǎn)中，輪齒兩側(cè)齒廓受力后產(chǎn)生的力矩不均衡，影響橢 圓齒輪流量計小流量計量性能；輪齒齒面磨損較大，降低了流量計使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容為了提高橢圓齒輪流量計的產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，擴展流量計可計量的下限流 量，增大流量計可計量的流量范圍度，本實用新型提出采用輻射狀短齒卵形齒輪作為使用 數(shù)量較大的中小規(guī)格橢圓齒輪流量計的轉(zhuǎn)子。本實用新型所采用的技術(shù)方案如下先根據(jù)漸開線齒輪的技術(shù)參數(shù)(模數(shù)、齒數(shù)、分度圓壓力角)及嚙合齒輪的輪齒 周節(jié)相等的原理，對卵形齒輪的輪齒逐齒進行設(shè)計。這樣設(shè)計出的輪齒在運轉(zhuǎn)中將會產(chǎn)生 干涉，其后必須對大部分齒廓進行修正，使卵形齒輪副在嚙合運轉(zhuǎn)過程中，各輪齒無干涉現(xiàn) 象，并通過對齒廓曲線的修正使輪齒間的嚙合間隙均勻。這樣設(shè)計的各輪齒厚度不等，有些輪齒的齒頂將變尖，在運轉(zhuǎn)中易變形或損壞，由 此會造成卵形齒輪副在運轉(zhuǎn)中卡滯。為避免輪齒的齒頂變尖，在設(shè)計時，采用較短的齒頂系 數(shù)，即設(shè)計為短齒。這是保證零件制造質(zhì)量及正常使用的重要措施。輻射狀短齒卵形齒輪的節(jié)曲線與傳統(tǒng)橢圓齒輪相同，并均為漸開線齒形。輻射狀短齒卵形齒輪的輪齒相對其旋轉(zhuǎn)中心成輻射狀。其輪齒難以采用機械加工 方法獲得。本實用新型提出塑料壓縮成形和金屬粉末冶金成形兩種方法。卵形齒輪在裝配 前，僅需要進行少量的機械加工。一種輻射狀短齒卵形齒輪，所述齒輪的輪齒相對于回轉(zhuǎn)中心成輻射狀分布，各輪 齒齒廓曲線各不相同，同一輪齒兩側(cè)齒廓曲線也不同；設(shè)齒輪總齒數(shù)為Z，模數(shù)為m ；在四分之一齒輪橫截面中具有完整齒數(shù)N = (Z-2) /4個，從齒輪長軸端的第一個完整齒開始，輪齒 在節(jié)曲線上齒厚逐漸減小，至第N/3整數(shù)齒止；而其余輪齒的齒厚與第N/3整數(shù)齒齒厚相 等，其節(jié)曲線上齒厚的減薄量為Jim/2的6% 9%。所述齒輪的齒頂系數(shù)取ha = 0. 8 0. 9 ；輪齒各曲線交點處采用0. 1 0. 125mm 的圓角過渡。所述齒輪的齒根至減輕孔邊緣的璧厚3 5mm，中心孔壁厚4 8mm ； Φ 10及Φ 15 口徑流量計的齒輪無減輕孔。所述齒輪的兩端面及輪齒密封圓留有0. 2 0. 4mm機械加工余量。本實用新型的有益效果是流量計在相同的進出口壓力差作用下，輻射狀短齒卵形齒輪副可獲得(比法向布 齒的橢圓齒輪副)較大的旋轉(zhuǎn)力矩，而且作用在輪齒兩側(cè)齒廓的力所形成的轉(zhuǎn)矩均衡，在 保證相同的計量精度和相同的使用條件下，流量計使用輻射狀短齒卵形齒輪，可計量更小 的流量，擴大了流量計可測量的流量范圍，這是產(chǎn)品水平提高的重要體現(xiàn)。另外，輻射狀短 齒卵形齒輪副的齒面磨損也小于傳統(tǒng)橢圓齒輪的齒面磨損。輻射狀短齒卵形齒輪的加工不需要價格昂貴的數(shù)控機床，在批量生產(chǎn)中，采用塑 料壓縮成形和金屬粉末冶金成形方法，制造成本將遠遠低于機械加工成形的成本。由于計 算機及數(shù)控線切割機床的技術(shù)發(fā)展，使得輪齒的設(shè)計計算精度及模具制造精度得以保證， 這兩種成形方法都可保證零件精密的尺寸要求，從而使橢圓齒輪可能獲得比機械加工還要 高的綜合制造精度。還可通過調(diào)整原材料的配方，使卵形齒輪獲得更為滿意的使用性能。金 屬粉末冶金可選用鐵基和不銹鋼兩種材料，以滿足計量不同介質(zhì)的用戶需求。也可通過適 當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，可減輕卵形齒輪重量，減輕軸與卵形齒輪孔的磨損，從而延長流量計使用壽 命。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。附圖中的齒輪，其技術(shù)參數(shù)均相同模數(shù)m = 0.8，齒數(shù)ζ = 54，分度圓壓力角α =20° ；

圖1是本實用新型輻射狀短齒卵形齒輪的輪齒圖形。圖2是本實用新型選用鐵基粉末冶金材料的卵形齒輪端面圖形。圖3是本實用新型與傳統(tǒng)橢圓齒輪的受力分析比較。
具體實施方式
圖1中，按嚙合齒輪的輪齒周節(jié)相等的原理，各輪齒在節(jié)曲線上的位置由計算確 定，各節(jié)點至卵形齒輪旋轉(zhuǎn)中心的距離被定為該齒的分度圓半徑。輻射狀布齒，逐齒設(shè)計各 齒廓。為使兩齒輪在嚙合中不產(chǎn)生干涉并使嚙合間隙均勻，須對大部分齒廓進行了修正。 圖1是修正后的輻射狀短齒卵形齒輪1端截面左上角的四分之一圖形(軸對稱)，各輪齒2 齒廓曲線各不相同，同一輪齒兩側(cè)齒廓也不同。圖1上有完整齒數(shù)N= (Ζ-2)/4個(Ζ為齒 輪總齒數(shù))，從上面的第一完整齒3開始，輪齒在節(jié)曲線上齒厚逐漸減小，至第Ν/3整數(shù)齒 止；而其余輪齒的齒厚與第Ν/3整數(shù)齒齒厚基本相等，其節(jié)曲線上齒厚的減薄量為Jim/2的6% 9% ；為避免部分輪齒齒頂變尖，縮小各輪齒齒頂系數(shù)，取ha = 0. 8 0. 9 ；為滿足模具 制造工藝要求，輪齒各曲線交點處采用0. 1 0. 125mm的圓角過渡。圖2是由圖1經(jīng)兩次軸對稱的“鏡面”而成的鐵基粉術(shù)冶金零件圖。在保證輪齒 足夠的強度和剛性外，按等壁厚原則，設(shè)計了兩個較大的腰形減輕孔。齒根至減輕孔邊緣的 璧厚3 5mm，中心孔4壁厚4 8m ； Φ 10及Φ 15 口徑流量計的齒輪無減輕孔。零件上下 兩端面及輪齒密封圓留有0.2 0.4mm機械加工余量。圖中，設(shè)計有兩對稱的減輕孔。既 節(jié)省材料，降低成本，又減小了齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，提高了齒輪運轉(zhuǎn)的靈敏度，減輕軸孔與軸 的磨損。卵形齒輪中心的孔4 一般不再需要進行機械加工。由于為鐵基粉末冶金材料，潤 滑性及耐磨性較好，一般來說，孔內(nèi)無需再裝滑動軸承。塑料壓縮和不銹鋼粉末冶金成形，基本與鐵基粉末冶金相同。由于塑料較輕，卵形 齒輪可不要減輕孔。采用特殊配方材料及喂料手段，使中間孔不需裝滑動軸承；不銹鋼粉末 冶金的卵形齒輪，主要用于腐蝕性介質(zhì)的計量，中間孔須安裝石墨或其他耐腐蝕材料的滑 動軸承。圖3左半邊是輻射狀短齒卵形齒輪輪齒受力分析，右半邊是傳統(tǒng)的法向布齒橢圓 齒輪輪齒受力分析。兩種輪齒的技術(shù)參數(shù)及在節(jié)曲線上的位置相同。設(shè)由主動橢圓齒輪作用在以上兩種齒輪同名齒廓與其節(jié)曲線交點(分別為a點 和b點)處的傳動力分別為Fa*Fb，這兩個力的方向就是齒廓受力點的法線方向。這里， Fa ^ Fb，下面用兩種方法進行分析。(1)把力Fa分解為Fal和Fa2，分力Fal與直線段aOa(a點與齒輪回轉(zhuǎn)中心Oa的連 線)垂直，分力Fa2在直線段a0a上；力Fb分解為Fbl和Fb2，分力Fbl與直線段b0b (b點與齒 輪回轉(zhuǎn)中心Ob的連線)垂直，分力Fb2在直線段b0b上；在圖3的左右兩圖中，使齒輪旋轉(zhuǎn)的有效分力分別為Fal和Fbl，可看出，F(xiàn)al > Fbl， 而a0a b0b，因此，輻射狀短齒卵形齒輪轉(zhuǎn)動力矩(FalXaOa)大于傳統(tǒng)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動力矩 (FblXbOb),因而，前者可克服較大的阻力矩，轉(zhuǎn)動較輕松。當流量計在計量小流量時，進出 口壓差小，此時同樣都較小，但由于輻射狀短齒卵形齒輪可獲得較大的轉(zhuǎn)矩，流量計 可正常轉(zhuǎn)動和計量；而傳統(tǒng)流量計由于轉(zhuǎn)矩小，就可能不能正常運轉(zhuǎn)及準確計量，甚至使流 量計卡滯。由于相互嚙合的齒面間存在滑動，使輪齒齒面磨損。加在齒面上的力越大，齒面磨 損就越大。從圖3中可看出，F(xiàn)b2 > Fa2，加大了傳統(tǒng)橢圓齒輪齒面的滑移速度，使其磨損較 大。(2)在圖3中，對兩種輪齒的左右齒廓分別作了三個嚙合點的受力分析。設(shè)輻射狀短齒卵形齒輪輪齒左右兩側(cè)齒廓的基圓半徑分別為R1和R2,作用在兩齒 廓上的力均為Fa，其轉(zhuǎn)矩為W1和W2，則W1 = FaXR1W2 = FaXR2在設(shè)計中，R1^ R2，所以W1 W2，即作用在同一個齒兩側(cè)齒廓各點的力形成的轉(zhuǎn)矩 基本相等，從而使齒輪在主、被動交換后，仍能均勻地轉(zhuǎn)動。傳統(tǒng)橢圓齒輪的兩側(cè)齒廓的當量基圓半徑不在嚙合點與齒輪回轉(zhuǎn)中心的連線
5(例如b0b)上，由圖3右可看出，作用在左右兩齒廓上力的有效力臂(使齒輪轉(zhuǎn)動的力臂) 相差較大，因此其轉(zhuǎn)矩也相差較大。這樣，使齒輪在主、被動交換后，運轉(zhuǎn)不均衡，影響流量 計的計量性能，特別在計量小流量時。(根據(jù)橢圓齒輪流量計的原理，兩個橢圓齒輪，在進出 口壓力差作用下，每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)中，每個齒輪有4次主、被動交換，而各自轉(zhuǎn)動方向保持不變。如 齒輪嚙合間隙大，運轉(zhuǎn)噪聲就大。) 由以上受力分析，橢圓齒輪流量計采用輻射狀短齒卵形齒輪作轉(zhuǎn)子，有較多的優(yōu) 越性，可顯著地提高橢圓齒輪流量計的質(zhì)量和使用性能。
權(quán)利要求一種輻射狀短齒卵形齒輪，其特征在于所述齒輪的輪齒相對于回轉(zhuǎn)中心成輻射狀分布，各輪齒齒廓曲線各不相同，同一輪齒兩側(cè)齒廓曲線也不同；設(shè)齒輪總齒數(shù)為Z，模數(shù)為m；在四分之一齒輪橫截面中具有完整齒數(shù)N＝(Z 2)/4個，從齒輪長軸端的第一個完整齒開始，輪齒在節(jié)曲線上齒厚逐漸減小，至第N/3整數(shù)齒止；而其余輪齒的齒厚與第N/3整數(shù)齒齒厚相等，其節(jié)曲線上齒厚的減薄量為πm/2的6％～9％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射狀短齒卵形齒輪，其特征在于所述齒輪的齒頂系數(shù)取 ha = 0. 8 0. 9 ；輪齒各曲線交點處采用0. 1 0. 125mm的圓角過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射狀短齒卵形齒輪，其特征在于所述齒輪的齒根至減輕 孔邊緣的璧厚3 5mm，中心孔壁厚4 8mm ； Φ 10及Φ 15 口徑流量計的齒輪無減輕孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射狀短齒卵形齒輪，其特征在于所述齒輪的兩端面及輪 齒密封圓留有0. 2 0. 4mm機械加工余量。
專利摘要本實用新型公開了一種輻射狀短齒卵形齒輪，所述齒輪的輪齒相對于回轉(zhuǎn)中心成輻射狀分布，各輪齒齒廓曲線各不相同，同一輪齒兩側(cè)齒廓曲線也不同在四分之一齒輪橫截面中具有完整齒數(shù)N＝(Z-2)/4個，從齒輪長軸端的第一個完整齒開始，輪齒在節(jié)曲線上齒厚逐漸減小，至第N/3整數(shù)齒止；而其余輪齒的齒厚與第N/3整數(shù)齒齒厚相等，其節(jié)曲線上齒厚的減薄量為πm/2的6％～9％。本實用新型擴展流量計可計量的下限流量，增大流量計可計量的流量范圍度。
文檔編號G01F3/10GK201651226SQ201020155318
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者楊泉, 楊玉瑞 申請人:合肥精恒測控技術(shù)有限公司