用于產(chǎn)生齒圈機的內(nèi)圈和外圈的齒形的方法以及利用該方法產(chǎn)生的齒圈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生齒圈機的兩個齒圈的齒形的方法。為此確定第一齒圈的開始幾何形狀、齒圈機的至少一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及轉(zhuǎn)動軸線（A、B）之間所期望的偏心度（e）。隨后以確定的開始幾何形狀實施運動，其中，該開始幾何形狀實施繞自己的轉(zhuǎn)動軸線（B）的轉(zhuǎn)動運動并同時實施繞第二齒圈的轉(zhuǎn)動軸線（A）的環(huán)繞運動，并且其中，轉(zhuǎn)動運動和環(huán)繞運動以如下方式彼此聯(lián)結(jié)，即，偏心度（e）的旋轉(zhuǎn)角（b）始終等于第一齒圈的旋轉(zhuǎn)角（a）與第一齒圈的齒數(shù)（Z）的積。通過記錄由開始幾何形狀的包絡(luò)曲線描述的路徑生成第二齒圈的齒形輪廓。對此檢測以開始幾何形狀和記錄的齒形輪廓是否能滿足已經(jīng)確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如果不滿足，那么要改變之前使用的開始幾何形狀和/或確定的偏心度（e）并重復(fù)上述步驟。
【專利說明】用于產(chǎn)生齒圈機的內(nèi)圈和外圈的齒形的方法以及利用該方法產(chǎn)生的齒圈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生齒圈機(也被稱為Gerotor),尤其是齒圈泵的內(nèi)圈和外圈的齒形的方法。此外本發(fā)明還涉及齒圈機的具有這種嚙合部的齒圈。
【背景技術(shù)】
[0002]齒圈機(內(nèi)齒輪機)具有內(nèi)圈和外圈，它們分別設(shè)有均勻地在周邊上分布的齒和齒槽。內(nèi)圈和外圈的轉(zhuǎn)動軸線彼此偏心地錯開。內(nèi)圈通常具有比設(shè)置在外圈的內(nèi)嚙合部上的齒槽剛好少一個的齒。現(xiàn)今，齒圈機經(jīng)常作為齒圈泵使用，例如在車輛中作為內(nèi)燃機的主泵使用。通過齒槽和殼體壁形成的擠壓空間隨著齒輪的轉(zhuǎn)動發(fā)生改變，從而導(dǎo)致液壓液的傳輸。每轉(zhuǎn)的傳輸體積在此是恒定的。外嚙合的內(nèi)圈的齒在此通常根據(jù)外圈的滾動特性的不同形成規(guī)則來形成。這種公知的形成規(guī)則例如是使產(chǎn)生輪廓根據(jù)確定的分度圓上的擺線狀的滾動曲線定律來運動。
[0003]選擇的幾何形狀對齒圈機的傳輸特性、效率、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和磨損都有顯著影響。在設(shè)計時，尤其可以不直接依賴于通過所聯(lián)接的驅(qū)動單元預(yù)定的外部條件來構(gòu)造齒形、兩個齒圈的轉(zhuǎn)動軸線的偏心度和保留在各齒區(qū)段之間的間隙。
[0004]由US3，709，055公開了用于齒輪的齒型面，這些齒型面具有圓形的齒頂和圓形的齒根型面，它們通過直的齒面相互連接。由該專利文獻(xiàn)也公開了一種用于產(chǎn)生這種齒型面的方法，該齒型面例如可以使用在齒圈機中。但是利用在那里提出的方法不能實現(xiàn)或者充其量在很狹小的范圍內(nèi)實現(xiàn)齒圈機的主要目標(biāo)，即，在兩個齒圈之間的運動過程中隨時都可以構(gòu)造出幾何上封閉的傳輸室。后者對于齒圈泵的效率和可達(dá)到的壓力來說是特別有意義的。
[0005]在US2，960，884中同樣描述了一種齒圈機和用于確定齒幾何形狀的可能性。所說明的齒生成方法的重點是適用于實現(xiàn)在功能上結(jié)合的齒幾何形狀之間的類似于漸開線的運動過程。齒圈機的上面提到的主要目標(biāo)(即在運動過程中，在整個轉(zhuǎn)動角上保持相同的傳輸室密封性)利用該方法僅可以受限地達(dá)到。
[0006]在JP10-205458A中說明了一種用于確定齒圈泵的齒幾何形狀的方法。為此，外圈的齒通過所聯(lián)結(jié)的圓弧來描述，在其上可以產(chǎn)生內(nèi)圈的嚙合部。通過借助限定的圓弧數(shù)量來限制齒形的描述不可以或僅可以非常受限地限定具有側(cè)凹部的嚙合部的特殊幾何形狀或者例如降低赫茲壓力。
[0007]由EP1340913B1和DE10208408A1公開了一種齒輪機，其作為齒圈泵使用。在此首要目標(biāo)是優(yōu)化齒輪的幾何形狀，以便減小泵在運行時的噪音。所使用的齒頂和齒根為此具有如下幾何形狀，它們通過二階或更高階的曲線來描述，其中，齒根或齒根的齒面由圓弧形成。為了確定嚙合部的型面輪廓提出，外轉(zhuǎn)子的內(nèi)嚙合部預(yù)定為主嚙合部。內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒根型面輪廓由內(nèi)嚙合部的齒頂型面輪廓在運動學(xué)上根據(jù)嚙合定律推導(dǎo)出，而齒頂型面輪廓從內(nèi)嚙合部的齒根型面輪廓的包絡(luò)切割得到。表示外嚙合部的齒根的多邊形線的結(jié)點利用嚙合定律來確定，而表示外嚙合部的齒頂?shù)臉訔l曲線函數(shù)的結(jié)點利用包絡(luò)切割方法來確定。然而研究表明可以用該方式產(chǎn)生的齒形導(dǎo)致關(guān)于在齒圈機中效率和流動條件的限制。一成不變地限定齒根修圓同樣產(chǎn)生不利影響，該齒根修圓例如限制了污物容納空間的成形。
[0008]US5，030，072示出了一種用于設(shè)計齒圈機的齒形的方法，其中，首先確定徑向凸輪間距，以便隨后迭代地改變凸輪半徑直至單點間距和雙點間距等于確定的凸輪間距。
[0009]DE3026222A1示出了一種齒圈泵，其中，小齒輪理論上的齒形通過使小齒輪節(jié)圓在空心輪節(jié)圓上滾壓來確定。在此從確定的嚙合部形狀出發(fā)來設(shè)計小齒輪的齒形。該方法僅可用于這種特殊的齒形。
[0010]US2, 666，336示出了一種用于設(shè)計羅拓德(Rotoiden)嚙合部的方法，該轉(zhuǎn)子與內(nèi)齒輪(齒圈機)具有不同的齒比。具有直徑A的外圓和具有直徑B的小齒輪圓用作初始點，由此得出偏心度E。
[0011]在文章“基于內(nèi)齒輪的偏離函數(shù)的設(shè)計”(Design of deviatation-functionbased gerotors,Shih-His Tong 等,Mechanism and Machine Theory44(2009),1595-1606頁)中闡述了一種用于產(chǎn)生內(nèi)齒輪型面的新方法。該方法基于使用偏離函數(shù)，但是需要復(fù)雜的計算和設(shè)計步驟，并且可能尤其在側(cè)凹部中導(dǎo)致確定規(guī)格問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于說明一種用于產(chǎn)生齒圈機，尤其是齒圈泵的內(nèi)圈和外圈的齒形的方法，該方法可簡單實施，不以比較深的數(shù)學(xué)關(guān)系知識為前提并且給設(shè)計者提供大的確定規(guī)格的空間，以便可以滿足對待產(chǎn)生的齒圈機的最不相同的要求。在此力求可以放棄通過迄今常見的擺線、橢圓、漸開線、圓弧或類似在數(shù)學(xué)上可簡單描述的曲線段對齒廓進行描述，這是因為這些描述會限制齒形的可能的幾何形狀。同時應(yīng)該利用目前可供使用的技術(shù)輔助工具，例如CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)對待產(chǎn)生的齒形進行足夠精確地描述，以便能夠利用存在的機床自動化地生產(chǎn)相應(yīng)的內(nèi)圈和外圈。
[0013]之前提到的任務(wù)通過根據(jù)附加的權(quán)利要求1所述的方法來解決。
[0014]本發(fā)明基于如下基本知識，即，當(dāng)遵守少量的、簡單限定的參數(shù)或初始條件時，內(nèi)圈和外圈的齒形可通過描述或?qū)嵤﹥蓚€圈之間的相對運動來產(chǎn)生。因此為了產(chǎn)生齒形，借助內(nèi)圈與外圈之間的相對運動的角度關(guān)系和圈的轉(zhuǎn)動軸線與臨時限定的在兩個圈中的一個(例如外圈)上的設(shè)計分度圓之間的預(yù)先確定的偏心度來實施內(nèi)圈與外圈之間的相對運動或?qū)ζ溥M行數(shù)學(xué)建模。
[0015]原則上，該方法可以根據(jù)內(nèi)圈或外圈的開始幾何形狀來實施。只要接下來不另作說明，那么就涉及對如下示例的闡述，在該示例中，外圈被視為第一齒圈，其開始幾何形狀被選定。外圈的齒數(shù)必要地同樣被確定為開始幾何形狀的組成部分。該必要的確定受泵(分度圓)的結(jié)構(gòu)大小和偏心度的選擇影響。外圈的齒數(shù)在此也可由所期望的內(nèi)圈齒數(shù)來確定(內(nèi)圈齒數(shù)+1)。待確定的開始幾何形狀的組成部分也是(例如外圈的)分度圓半徑，其通常理解為齒頂上的半徑與齒根上的半徑之間的平均值(分度圓=節(jié)圓上齒中心到齒中心的間距)。優(yōu)選通過計算機的支持在CAD模型上實施產(chǎn)生齒形輪廓的運動。在此，臨時的產(chǎn)生幾何形狀作為包絡(luò)曲線在遵守隨后還要闡述的運動條件的情況下逐步旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生并評估(第二齒圈上的)相嚙合齒。[0016]此外，對本發(fā)明非常重要的是，在相應(yīng)改變的開始條件下，通過多次重復(fù)之前提到的運動過程能實現(xiàn)齒形的逐步優(yōu)化。這例如在迭代過程的框架內(nèi)進行，以便通過相應(yīng)產(chǎn)生的齒形滿足一個或多個之前確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者使其盡量接近這些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。待產(chǎn)生的齒圈機上的所有可想到的要求都作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)考慮在內(nèi)，例如效率、傳輸體積、最大可達(dá)到的壓力、內(nèi)圈與外圈之間保留的最小縫隙尺寸或者還有在齒幾何形狀的特定區(qū)段中的確定的造型，由此例如可明顯影響齒圈機的噪音特性。
[0017]為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，在第一步驟中確定例如外圈的開始幾何形狀，該開始幾何形狀完全描述該外圈。為此除了齒寬和齒數(shù)之外，也要考慮外圈上臨時的分度圓和分度圓半徑。在通過軟件實現(xiàn)該方法的情況下，該確定通過使用存在于常見的CAD程序中的函數(shù)進行。在確定開始幾何形狀時，專業(yè)人員可以從現(xiàn)有技術(shù)公知的齒圈形狀出發(fā)或者在較寬的范圍內(nèi)自由選擇齒圈形狀，為了達(dá)到待確定規(guī)格的齒圈機的一個或多個特別力求達(dá)到的參數(shù)(質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))，專業(yè)人員期望該齒圈形狀的好的結(jié)果。開始幾何形狀在此僅須保證齒圈機原則上可由此來建造。
[0018]此外，對齒圈形狀的待實施的優(yōu)化而言必需的是，限定齒圈機的至少一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在構(gòu)造齒圈或在這些齒圈上使用的齒形時，目標(biāo)是滿足該質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?？赡艿牡⒉皇窃诿糠N情況下都必需的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)例如是齒頂間隙關(guān)于轉(zhuǎn)動角的連續(xù)穩(wěn)定性。首先要考慮內(nèi)圈上的齒頂圓與外圈上的齒根圓最大地接近的區(qū)域中的齒頂間隙特性。
[0019]需要指出的是，開始幾何形狀要么可以通過生成匹配于待獲得的目標(biāo)嚙合部的幾何形狀(該目標(biāo)嚙合部包括齒頂和齒根區(qū)域)，要么可以通過優(yōu)選以數(shù)學(xué)方式描述完整的內(nèi)圈或外圈來確定。完整描述內(nèi)哨合部或外哨合部的至少半個齒周期對于確定開始幾何形狀來說已經(jīng)足夠。內(nèi)圈或外圈上各自的嚙合部沿著圈的周邊重復(fù)出現(xiàn)，其中，齒周期相應(yīng)地由齒和齒槽構(gòu)成。齒和齒槽都是本身對稱的，從而完整的齒圈幾何形狀通過說明在半個齒周期內(nèi)的曲線分布來描述。通過鏡像化該曲線分布可以使該齒周期變完整，該齒周期隨后多次在齒圈周邊上重復(fù)。
[0020]待確定的開始幾何形狀也包括用于確定齒圈半徑所必需的數(shù)據(jù)，其中，幾何關(guān)系對于專業(yè)人員來說是充分公知的并且因此不必詳細(xì)描述。
[0021]在確定之前提到的初始值之后，根據(jù)以下的基本運動條件以第一圈的開始幾何形狀來實施如下運動:第一齒圈(例如外圈)或描述開始幾何形狀的包絡(luò)曲線區(qū)段執(zhí)行繞其自己的(第一)轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動運動；同時執(zhí)行繞還未限定的第二齒圈(內(nèi)圈)的轉(zhuǎn)動軸線的環(huán)繞運動，該第二齒圈的轉(zhuǎn)動軸線相對于第一轉(zhuǎn)動軸線的位置通過之前確定的偏心度(兩個轉(zhuǎn)動軸線A、B彼此間的間距)來確定。在該雙運動期間需持續(xù)遵守如下角度關(guān)系:
[0022]b=aXZ
[0023]其中:
[0024]a=第一齒圈(外圈)的旋轉(zhuǎn)角
[0025]b=偏心度的旋轉(zhuǎn)角
[0026]Z=第一齒圈(外圈)上的齒數(shù)
[0027]如果例如確定了外圈的內(nèi)嚙合部的開始幾何形狀，那么外圈相對于內(nèi)圈以特定的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動運動，該內(nèi)圈的齒幾何形狀首先還未公開。為了更容易的理解需要指出的是，在最簡單的情況下實施外圈繞內(nèi)圈的完整的環(huán)繞運動，在此期間記錄由開始幾何形狀完成的分布。開始幾何形狀的包絡(luò)曲線段的軌跡分布在此形成了內(nèi)圈的外嚙合部的對置的齒形。開始幾何形狀的包絡(luò)曲線在此表示在預(yù)定的最小運動區(qū)域內(nèi)的所有包絡(luò)曲線段的和。
[0028]但是在更精確的考慮之下，環(huán)繞運動并不必整圈地進行，這是因為描述齒-齒槽順序的至少半個周期同樣足夠確定第二齒圈(在此為內(nèi)圈)的合成的齒形輪廓。因此第一齒圈必須至少以如下旋轉(zhuǎn)角b環(huán)繞運動，該旋轉(zhuǎn)角相應(yīng)于與第一齒圈對置的第二齒圈的半個齒周期。該旋轉(zhuǎn)角b在遵守所描述的形成條件的情況下自動生成內(nèi)圈的齒數(shù)，該齒數(shù)原則上比外圈的齒數(shù)少一個，從而可以容易地確定出至少要使用的最小旋轉(zhuǎn)角。
[0029]在執(zhí)行所闡述的雙運動之后，存在有第一齒圈的最初確定的開始幾何形狀以及第二齒圈的生成的并在此記錄的第一齒形輪廓和原則上可能的幾何形狀。通常在第一步驟之后還沒有達(dá)到同樣是已經(jīng)確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此根據(jù)本發(fā)明，第一齒圈的開始幾何形狀以至少一個參數(shù)沿一個(首先任意的)方向改變。優(yōu)選地，針對該改變可以預(yù)定邊界條件和/或針對有意義的改變的比例可以作為基礎(chǔ)。例如第一齒圈的齒寬可以以10%來改變，以便匹配于下一方法步驟的開始幾何形狀。作為改變第一齒圈的開始幾何形狀的替選或補充，也可以改變在兩個齒圈的轉(zhuǎn)動軸線之間的偏心度，這同樣影響將要得到的齒形輪廓。但是在此有利的是從偏心度的固定值出發(fā)。在最小的分度圓和可能最大的齒數(shù)的同時，力求達(dá)到的目標(biāo)值在此是功能優(yōu)化的齒形。
[0030]在下一方法步驟中，在以被改變的初始條件作為基礎(chǔ)的情況下，在遵守運動條件或角度條件的情況下，第一齒圈像之前描述的那樣重新實施繞第二齒圈和它自己的轉(zhuǎn)動軸線的雙運動。形成了偏離于從之前的步驟中獲得的第一齒形輪廓的第二齒形輪廓，從而隨后可以檢測兩個確定的齒形輪廓中的哪一個更好地滿足限定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。最后，之前提到的步驟可以被迭代地重復(fù)，以便使齒形輪廓接近在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面力求達(dá)到的最優(yōu)。
[0031]在之前描述的產(chǎn)生或優(yōu)化齒圈機的內(nèi)圈和外圈上的齒形的結(jié)果中，通常存在僅可通過更高階(例如3階)的樣條曲線來產(chǎn)生的齒形輪廓或齒幾何形狀。雖然在最簡單的情況下以所描述的方法也可以近似地產(chǎn)生齒形，像該齒形同樣可通過常規(guī)的方法實現(xiàn)那樣，但是偏離于現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)在也可以產(chǎn)生針對不同的用途可很容易地進行優(yōu)化的齒形，盡管這些齒形不再能以常規(guī)的方法產(chǎn)生。此外借助提到的樣條曲線可以在數(shù)學(xué)上描述輪廓，從而這些輪廓可用在可供使用的數(shù)據(jù)處理程序中，尤其用于進一步優(yōu)化以及用于驅(qū)控機床。
[0032]在傳統(tǒng)方式中使用滾動曲線(擺線)來描述齒形，這些齒形為了產(chǎn)生擺線在嚙合部的分度圓上滾動并且[11]形成嚙合部輪廓的一側(cè)。因此根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，與傳統(tǒng)地使用滾動曲線(擺線)來描述齒形不同，與分度圓的強制性聯(lián)結(jié)并不是形狀產(chǎn)生條件的前提。
[0033]因為通過根據(jù)本發(fā)明的方法，在每次執(zhí)行中都從第一齒圈預(yù)定的開始幾何形狀出發(fā)產(chǎn)生內(nèi)圈和外圈的完整齒形輪廓，所以一方面要形成的齒形輪廓或齒幾何形狀，而另一方面兩個齒圈的嚙合部的滾動狀態(tài)或滑動狀態(tài)都可以經(jīng)受評估，也就是說可以經(jīng)受與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的比較。在適當(dāng)?shù)剡x擇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，以該方式也可以產(chǎn)生具有相對較大的偏心度值的內(nèi)齒輪嚙合部。在此遵守上面闡述的運動條件在高效率的情況下保證內(nèi)嚙合部與外嚙合部之間協(xié)調(diào)的運動過程以及在運動學(xué)上協(xié)調(diào)的運轉(zhuǎn)。
[0034]特別在使用齒圈機作為齒圈泵的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)具有很大偏心度的規(guī)格，由此可構(gòu)造出流動優(yōu)化的傳輸腔，其在更高的轉(zhuǎn)速的情況下導(dǎo)致傳輸功率的改善。該方法原則上能用于不同的齒形、齒數(shù)、偏心度和分度圓半徑。此外有利的是，不必有專門的措施來使各曲線區(qū)段的端部(它們通常用于描述齒形)以它們的過渡特性匹配于所使用的描述的數(shù)學(xué)前提。具體而言，曲線分布完全基于被闡述的優(yōu)化齒形中的過程得出。優(yōu)選通過更高階的樣條曲線對合成的幾何形狀進行數(shù)學(xué)描述，其中，對于實際要求而言足夠的精確度通常利用第三階樣條曲線就已經(jīng)能實現(xiàn)了。
[0035]根據(jù)優(yōu)選的實施形式可確定多個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在評估多個生成的齒形輪廓時并行地檢測是否滿足這些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。例如除了待傳輸?shù)淖钚◇w積之外，也可以確定在對置的齒的齒面之間要遵守的力關(guān)系的預(yù)定值。以該方式存在例如通過放大局部的接觸半徑(弧度)來降低赫茲壓力的可能性。
[0036]此外有利的是，在確定第一齒圈的開始幾何形狀時，已經(jīng)不像在現(xiàn)有技術(shù)中那樣利用圓弧、橢圓或三角函數(shù)段和漸開線來對齒廓進行描述，取而代之的是，通過能改變的優(yōu)選3階的樣條曲線來確定開始幾何形狀。這種樣條曲線可以利用通用的軟件(例如Inventor、Catia、Pro-E和UG)來描述并且可以通過上面描述的優(yōu)化循環(huán)有針對性地更改這種樣條曲線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]其他優(yōu)點、實施形式和細(xì)節(jié)由用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選的程序并參考附圖得出。其中:
[0038]圖1示出根據(jù)第一實施形式用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的主要步驟的過程圖；
[0039]圖2示出具有外嚙合的內(nèi)圈和內(nèi)嚙合的外圈的齒圈機的示意圖以及可辨別出的幾何參數(shù)的；
[0040]圖3示出內(nèi)圈的齒在運動區(qū)段穿過外圈的齒槽期間的細(xì)節(jié)圖；
[0041]圖4示出用于在運動開始時在第一時間點上產(chǎn)生齒形輪廓的運動過程的示意圖；
[0042]圖5示出用于在運動結(jié)束時在第二時間點上產(chǎn)生齒形輪廓的運動過程的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]以下對根據(jù)本發(fā)明的方法的主要且優(yōu)選的步驟的描述參考圖1以及同時參考圖2和圖3來進行，在圖1中概括有方法過程，在圖2和圖3中畫出了齒圈機的齒的重要的幾何細(xì)節(jié)。
[0044]原則上通過根據(jù)本發(fā)明的方法力求產(chǎn)生齒圈機的齒形，其中，齒圈機具有作為主元件的帶有外嚙合部的內(nèi)圈I以及帶有內(nèi)嚙合部的外圈2。在典型的應(yīng)用中，內(nèi)圈可以裝在驅(qū)動機組的輸出軸上，而外圈2可轉(zhuǎn)動地支承在殼體中(未示出)。在運行中，內(nèi)圈I繞第一轉(zhuǎn)動軸線A旋轉(zhuǎn)，而外圈2可繞第二轉(zhuǎn)動軸線B轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動軸線A、B以偏心度e彼此錯開或間隔。此外，在齒圈機運行時，外圈2以環(huán)繞運動的方式繞第一轉(zhuǎn)動軸線A運動，也就是說，偏心度e繞如下轉(zhuǎn)動點旋轉(zhuǎn),第一轉(zhuǎn)動軸線A穿過該轉(zhuǎn)動點延伸。
[0045]在圖3中，可以在放大的細(xì)節(jié)圖中識別出內(nèi)圈I的單個齒以及外圈2的互補齒槽的典型的齒形輪廓。在那里也畫出了用于限定開始幾何形狀所需要的幾何條件。在圖3中畫出了齒的最大凸起RA+e,以及齒槽的最小深度RA_e。最后,最大的齒頂寬以及必要時修整的(taillierte)齒頂寬在收縮的齒的情況下對于確定開始幾何形狀來說是有意義的。下面還會進一步討論齒形輪廓的各幾何特征。
[0046]內(nèi)圈的分度圓通過由外圈分度圓推導(dǎo)出的(或當(dāng)通過確定的開始幾何形狀來預(yù)限定內(nèi)圈而不是外圈時是相反的)函數(shù)關(guān)系根據(jù)以下定律自動產(chǎn)生:
[0047]Rj=RA-2e
[0048]其中:
[0049]Ra=外圈的分度圓
[0050]Ri=內(nèi)圈的分度圓
[0051]e=在轉(zhuǎn)動軸線之間的偏心度
[0052]此外為了描述開始幾何形狀，以下關(guān)系是重要的:
[0053]Ztw=360° /Z
[0054]其中:
[0055]Ztw=外圈上的齒距角
[0056]Ktw=Ztw.g
[0057]其中:
[0058]Ktw=外圈上的齒根角
[0059]g=齒距/齒根寬比，優(yōu)選為0.08至0.13
[0060]Wef=0.5Ztw
[0061]其中:
[0062]Wef=產(chǎn)生齒面角
[0063]Efv=ffef/Ktw=h
[0064]其中:
[0065]Efv=產(chǎn)生齒面角比
[0066]h=齒頂寬/齒根寬比，優(yōu)選為3至5.5
[0067]在圖3示出的示例中，棍狀的齒被產(chǎn)生在內(nèi)圈上。該棍形可以通過棍角d來限定。在內(nèi)圈的齒上示出的平坦的幾何區(qū)域示出了齒幾何形狀優(yōu)化的結(jié)果。該區(qū)域用于使在與外圈上的嚙合部的接觸區(qū)域中的赫茲壓力局部降低。根據(jù)經(jīng)驗，該區(qū)域在導(dǎo)入扭矩的情況下被很高地加載，并且可以在過高的赫茲壓力的情況下導(dǎo)致可能的磨損。
[0068]圖4和圖5示例性地示出在產(chǎn)生齒形時的兩個區(qū)段。針對實施根據(jù)本發(fā)明的方法，在第一步驟中確定第一齒圈的開始幾何形狀。內(nèi)圈或外圈都可以被確定為第一齒圈。開始幾何形狀完全可以通過描述半個齒周期來限定。在圖4中示例性地示出外圈2的如下區(qū)段，其由作為外圈輪廓6的半個齒和半個齒槽構(gòu)成(實線)。優(yōu)選地，開始幾何形狀的該區(qū)段通過三階樣條曲線4利用例如八個支點來限定。描述開始幾何形狀的樣條曲線4被兩個徑向延伸的角度線(或分割邊界線)圍成，這些角度線彼此間隔半個齒周期地延伸。在角度線之間圍成的角度Wrf (圖2)被稱為產(chǎn)生齒面角。樣條曲線4以其兩個端部垂直于角度線延伸。在徑向方向上，樣條曲線4通過一定關(guān)系限定在外圈的分度圓Ra與偏心度e之間(圖3)。在對置的內(nèi)圈上，應(yīng)該通過運動來產(chǎn)生內(nèi)圈輪廓7，其仍然存在的第一造型以虛線示出。
[0069]除了開始幾何形狀以外，在方法開始時還必須確定在內(nèi)圈I的轉(zhuǎn)動軸線A與外圈2的轉(zhuǎn)動軸線B之間的偏心度e，以及確定至少一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為待產(chǎn)生的齒圈機應(yīng)該滿足的邊界條件。[0070]像上面已經(jīng)總地闡述的那樣，在下一方法步驟中實施外圈2的預(yù)限定的開始幾何形狀6繞其自己的轉(zhuǎn)動軸線B的轉(zhuǎn)動運動并同時實施繞待成形的內(nèi)圈I的轉(zhuǎn)動軸線A的環(huán)繞運動。根據(jù)本發(fā)明在該雙運動期間必須遵守以下普遍的運動條件:
[0071]b=aXZ
[0072]其中在此處所描述示例中:
[0073]a=外圈的旋轉(zhuǎn)角
[0074]b=偏心度的旋轉(zhuǎn)角
[0075]Z=外圈上的齒數(shù)
[0076]為了完整地描述第二齒圈上的齒廓，如下原則上是足夠的，S卩，實施在第二齒圈的至少半個齒周期上的相對轉(zhuǎn)動運動，從而使之前確定的開始幾何形狀，也就是說描述在預(yù)限定的第一齒圈上的至少半個齒周期的包絡(luò)曲線，沿著如下軌跡運動，該軌跡描述對置的第二齒圈的齒廓。
[0077]圖5示出在實施雙運動之后較晚的時間點的情況。偏心度e以及隨著它還有外圈輪廓6在此繞轉(zhuǎn)動軸線A相對于在圖4中示出的位置以旋轉(zhuǎn)角b=707°進一步扭轉(zhuǎn)。在此期間，旋轉(zhuǎn)角a從68° (在b=476°時)改變至101°。因此在外圈的齒數(shù)Z=7的情況下遵守了提到的運動條件。內(nèi)圈輪廓7在圖5所示的狀態(tài)下幾乎完全描述出來了，也就是說，產(chǎn)生運動幾乎結(jié)束。
[0078]在通過實施雙運動產(chǎn)生并記錄第二齒圈的齒形輪廓之后，可以進行如下第一檢測，即，兩個齒圈的由此存在的齒形輪廓是否已經(jīng)滿足之前確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者齒形是否被匹配。當(dāng)不滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(在第一次執(zhí)行后通常是這種情況)，開始幾何形狀和/或起初確定的偏心度優(yōu)選沿預(yù)定的、可以期望改進幾何形狀的方向以預(yù)確定的數(shù)值改變。該數(shù)值改變可以在預(yù)確定的邊界條件下自動進行或者由使用者手動預(yù)定，在這里可以要求該使用者輸入數(shù)據(jù)。使用者可以通過改變開始幾何形狀引入其在確定規(guī)格方面的經(jīng)驗，即使這對于方法的自動運轉(zhuǎn)來說不是必需的。于是利用改變的初始值來重新實施轉(zhuǎn)動運動，以便記錄第二齒圈的第二齒形輪廓。該重復(fù)循環(huán)可以優(yōu)選在執(zhí)行迭代步驟的情況下多次實施。一旦滿足了確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，那么就可以結(jié)束該方法，并且由此最后確定或記錄的兩個齒圈的齒形輪廓示出該產(chǎn)生方法的結(jié)果。
[0079]通過應(yīng)用上面提到的運動條件，與現(xiàn)有技術(shù)中使用的運動方程相比提供了非常簡單的運動過程模擬以及進而提供了用于產(chǎn)生齒幾何形狀的簡單的方法。在此，在任何情況下都產(chǎn)生閉合包絡(luò)曲線以描述第二齒圈上的齒形，該包絡(luò)曲線在被迫遵守外圈上的運動條件的情況下示出待布置在那里的齒的齒幾何形狀的輪廓。通過將外圈的分度圓直徑Ra包含到可能的變量(這些變量可在多次執(zhí)行該方法期間改變)中，并且通過電腦的支持對外圈輪廓的運動條件進行仿真/建模，在幾個迭代步驟中就可以找到內(nèi)圈齒廓的最優(yōu)幾何形狀，其隨后可通過樣條曲線示出。
[0080]附圖標(biāo)記列表
[0081]I—內(nèi)圈
[0082]2-外圈
[0083]3-
[0084]4-樣條曲線[0085]5-
[0086]6-外圈輪廓
[0087]7-內(nèi)圈輪廓
[0088]A-內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動軸線
[0089]B-外圈的轉(zhuǎn)動軸線
[0090]e-偏心度
[0091]Wef-產(chǎn)生齒面角
[0092]a-第一齒圈(外圈)的旋轉(zhuǎn)角
[0093]b-偏心度e的旋轉(zhuǎn)角
[0094]Z-第一齒圈(外圈)上的齒數(shù)
[0095]Ra-外圈的分度圓
[0096]R1-內(nèi)圈的分度圓
[0097]Ztw-外圈上的齒距角
[0098]Efv-產(chǎn)生齒面角比
[0099]Ktw-外圈上的齒根角
[0100]g_齒距/齒根寬比
[0101]h_齒頂寬/齒根寬比
[0102]d-棍角
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生齒圈機的第一和第二齒圈的齒形的方法，所述方法包括以下步驟: a)確定第一齒圈的開始幾何形狀、齒圈機的至少一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及兩個齒圈的轉(zhuǎn)動軸線(A、B)之間所期望的偏心度(e )，所述第一齒圈是齒圈機的內(nèi)圈(I)或外圈(2 ); b)以確定的開始幾何形狀實施運動，其中，開始幾何形狀實施繞自己的轉(zhuǎn)動軸線(B)的轉(zhuǎn)動運動并同時實施繞第二齒圈的轉(zhuǎn)動軸線(A)的環(huán)繞運動，并且其中，轉(zhuǎn)動運動和環(huán)繞運動以如下方式彼此聯(lián)系，即，偏心度(e)的旋轉(zhuǎn)角(b)持續(xù)地等于第一齒圈的旋轉(zhuǎn)角(a)與第一齒圈的齒數(shù)(Z)的積(b=aXZ)； c)通過記錄在實施按照步驟b)的運動時由開始幾何形狀的包絡(luò)曲線描述的路徑生成第二齒圈的齒形輪廓； d)檢測以開始幾何形狀和記錄的齒形輪廓是否滿足已經(jīng)確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； e)如果沒有滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，那么就改變之前使用的開始幾何形狀和/或確定的偏心度Ce)； f )迭代地重復(fù)步驟b)至e)并生成經(jīng)改變的齒形輪廓直到滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，內(nèi)嚙合部或外嚙合部的至少半個齒周期被確定為開始幾何形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，內(nèi)圈與外圈之間的相對轉(zhuǎn)動運動通過計算機的支持在使用內(nèi)圈和外圈的數(shù)學(xué)模型的情況下來實施。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，開始幾何形狀和/或記錄的齒形輪廓通過更高階的，尤其是3階的樣條曲線來描述。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，當(dāng)滿足事先確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)時，與是否滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)地中斷對步驟b)至e)的迭代重復(fù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，在步驟b)中以偏心度(e)的旋轉(zhuǎn)角(b)實施環(huán)繞運動，所述旋轉(zhuǎn)角覆蓋第二齒圈的至少半個齒周期。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中，第一齒圈是齒圈機的外圈。
8.—種齒圈機的齒圈，其特征在于，所述齒圈的嚙合部的齒形按根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法來制造。
【文檔編號】F04C2/10GK103443459SQ201280010011
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月22日
【發(fā)明者】安德烈亞斯·布萊希施密特 申請人:歐根·施密特博士儀器和泵制造有限責(zé)任公司