專利名稱：：勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種全液壓轉(zhuǎn)向器中的擺線嚙合副(以下簡(jiǎn)稱擺線副)，尤其是一種勻隙嚙合擺線嚙合副，同時(shí)還涉及其加工方法，屬于液壓傳動(dòng)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：1921年美國(guó)學(xué)者M(jìn)yronF.Hill(JeffreyX.Dongetal.2004)對(duì)擺線齒廓幾何特性與擺線泵工作原理進(jìn)行詳細(xì)研究，并申請(qǐng)了專利，二十世紀(jì)三十年代，制造出了第一臺(tái)擺線液壓泵。1955年，美國(guó)查林公司首先研制成功擺線液壓馬達(dá)，經(jīng)過(guò)幾年的研究和完善，于1960年取用"查林"商標(biāo)正式投入生產(chǎn)。1961年，查林公司又研制出擺線式全液壓轉(zhuǎn)向器，并申請(qǐng)獲得專利。從六十年代初起，各國(guó)其他公司先后購(gòu)買專利，轉(zhuǎn)而大量生產(chǎn)。隨著液壓技術(shù)和制造工藝的發(fā)展，不斷出現(xiàn)擺線液壓馬達(dá)和液壓轉(zhuǎn)向器新產(chǎn)品和新設(shè)計(jì)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，扭矩大，單位重量功率大等的顯著優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。目前，擺線馬達(dá)和全液壓轉(zhuǎn)向器主要國(guó)外生產(chǎn)商為美國(guó)Sauer-Danfoss公司、Eaton公司、Parker公司和White公司等，代表了擺線馬達(dá)先進(jìn)水平。雖然公開(kāi)的文獻(xiàn)中有關(guān)擺線馬達(dá)和轉(zhuǎn)向器方面基礎(chǔ)理論的資料比較多，真正的技術(shù)資料則比較少，核心技術(shù)的保密性很強(qiáng)，很難獲得第一手的技術(shù)文件。所以國(guó)外產(chǎn)品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，無(wú)論是在數(shù)量，還是在在質(zhì)量上，都占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)。擺線副作為全液壓轉(zhuǎn)向器的核心元件，在實(shí)際生產(chǎn)中，難免存在制造誤差，因此存在轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、甚至卡死的問(wèn)題，尤其在高精度的傳動(dòng)中更是如此。為了補(bǔ)償制造誤差，保證合理的側(cè)隙以利于裝拆方便和擺線輪在針輪中靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，及避免齒廓之間的潤(rùn)滑油膜被破壞，必須對(duì)擺線副進(jìn)行修形?，F(xiàn)有文獻(xiàn)(關(guān)天民2005，蒙運(yùn)紅等2008)提出正等距加負(fù)移距修形方法，如能選擇合適修形量，可使組合修形后齒廓與轉(zhuǎn)角修形齒廓接近一致，而轉(zhuǎn)角修形齒廓為共軛齒廓，可以增加嚙合區(qū)間，提高擺線副承載能力，適用于無(wú)特殊回轉(zhuǎn)精度要求的通用傳動(dòng)；負(fù)等距加正移距齒廓法向變動(dòng)量小，齒廓的中間部分明顯隆起，回轉(zhuǎn)角小，可提高回轉(zhuǎn)精度。上述文獻(xiàn)得到的結(jié)論主要針對(duì)的是擺線傳動(dòng)，也可以應(yīng)用于全液壓轉(zhuǎn)向器擺線副的設(shè)計(jì)中。然而，在無(wú)系桿液壓擺線副中，承載能力與回轉(zhuǎn)精度都不是追求的目標(biāo)，所以上述的修形方法不適合此類擺線副。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副，同時(shí)給出其加工方法，從而可以進(jìn)一步改善擺線副的嚙合性能，使擺線輪轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活。理論和實(shí)踐證明，在工作狀態(tài)下，全液壓轉(zhuǎn)向器擺線副的擺線輪靠其兩個(gè)嚙合點(diǎn)來(lái)確定本身的位置(秦維謙等1983，R.Maiti1991)，實(shí)現(xiàn)其在針輪中的轉(zhuǎn)動(dòng)。擺線輪在針輪中的轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，主要取決于擺線副非接觸齒的間隙分布。因此，提高接觸齒承載能力或回轉(zhuǎn)精度的修形方法不適于全液壓轉(zhuǎn)向器擺線副的設(shè)計(jì)。對(duì)這類擺線副齒廓修形的設(shè)3計(jì)，與傳動(dòng)擺線副修形設(shè)計(jì)不同，通過(guò)改變擺線副外廓形狀，實(shí)現(xiàn)非接觸齒的間隙分布均勻是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副，由構(gòu)成無(wú)系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構(gòu)成，其改進(jìn)之處在于所述擺線輪的外廓為由以下曲線方程確定的封閉曲線<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>以上方程中X?！獢[線輪齒廓橫坐標(biāo)y?！獢[線輪齒廓縱坐標(biāo)zD——針輪齒數(shù)丄rp-擺線輪齒數(shù)-針輪分度圓半徑Ar一針輪半徑mm-擺線輪相位角rad-短幅系數(shù)-偏心距mm——?jiǎng)蛳秶Ш闲扌沃渲校琙p、z。、rp、rrP、a為擺線副基本設(shè)計(jì)參數(shù)(參見(jiàn)卞學(xué)良《擺線泵和擺線馬達(dá)齒形參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)》河北工學(xué)院學(xué)報(bào).1995,24(4):103107;張?zhí)m義等《擺線針輪嚙合副齒形修正的初步探討》吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1982(4)94106;—機(jī)部全液壓轉(zhuǎn)向器聯(lián)合設(shè)計(jì)組《擺線針輪嚙合副理論與計(jì)算》1976.12版)。Ar。可以按照《機(jī)械傳動(dòng)》雜志，2009(1):4143)《擺線輪齒廓修形的優(yōu)化設(shè)計(jì)》一文確定，或根據(jù)有限次實(shí)驗(yàn)確定。本發(fā)明勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副制造時(shí)，擺線輪按以下步驟加工第一步、擺線輪坯加工——車端面及外圓，拉出內(nèi)花鍵，制成擺線輪坯；第二步、擺線輪齒加工——將擺線輪坯裝夾在花鍵芯軸上，依次銑齒、滾齒，制成擺線輪半成品；第三步、精磨兩端面——磨削擺線輪半成品兩端面；第四步、標(biāo)準(zhǔn)展成磨齒——將擺線輪半成品裝夾在花鍵芯軸上，調(diào)整擺線磨床砂輪的偏心距至a;修整砂輪半徑至等于針輪半徑rrp，調(diào)整砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑rp，磨削工件至標(biāo)準(zhǔn)擺線輪；第五步、修形展成磨齒——修整磨削砂輪半徑至等于針輪半徑與勻隙嚙合修形量之和rrp+Arrp，保證砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑rp，修形磨削標(biāo)準(zhǔn)擺線輪擺線輪，得到外廓為由以下曲線方程確定的封閉曲線的勻隙嚙合擺線輪(其中字母含義同<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>采用本發(fā)明方法加工出的擺線輪在展成磨削精加工中采用的可以認(rèn)為屬于正等距修形范疇，但與擺線傳動(dòng)中進(jìn)行等距修形不同的是，由于修形目的不同，擺線輪采用不同的曲線方程限定，實(shí)際形狀發(fā)生了變化，且修形量較?。患丛谛扌文ハ鲾[線輪時(shí)，砂輪半徑由標(biāo)準(zhǔn)的rtp加大至rtp+Ar。，磨出的擺線輪齒形短幅系數(shù)、沒(méi)有改變，但與標(biāo)準(zhǔn)齒形相比，是同一短幅外擺線等距值不相同的兩條曲線。當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)針輪裝配后，整體安裝至轉(zhuǎn)向器中，即可實(shí)現(xiàn)擺線副的勻隙嚙合。理論和實(shí)驗(yàn)均表明，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)勻隙修形后，擺線副傳動(dòng)時(shí)的機(jī)械阻力矩明顯降低，表明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活。同時(shí)，擺線副傳動(dòng)的內(nèi)泄漏、壓力損失等顯著降低，表明密封性能提高，取得了意想不到的效果。因此，本發(fā)明有助于解決全液壓轉(zhuǎn)向器擺線副擺線輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、甚至卡死的問(wèn)題，采用本發(fā)明可以使嚙合質(zhì)量提高，轉(zhuǎn)向器工作更平穩(wěn)，使用壽命更長(zhǎng)。并且，在生產(chǎn)過(guò)程中，只需調(diào)整個(gè)別工藝參數(shù)，而不增加設(shè)備，切實(shí)可行。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的擺線輪展成磨削原理示意圖。圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的擺線嚙合副嚙合點(diǎn)圖。圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等距加移距修形齒側(cè)間隙分布圖。圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的勻隙嚙合修形齒側(cè)間隙分布圖。圖5針輪與修形擺線輪嚙合仿真圖。圖6中(a)、(b)、(c)、(d)分別為修形擺線輪各階段與現(xiàn)有技術(shù)嚙合的仿真放大比較圖。圖中標(biāo)號(hào)1砂輪，2擺線輪，3針輪，4擺線輪，5高壓油，6標(biāo)準(zhǔn)擺線輪，7勻隙嚙合修形擺線輪，8等距加移距修形擺線輪。具體實(shí)施方式實(shí)施例一本實(shí)施例以BZZ全液壓轉(zhuǎn)向器中的擺線副為例，其基本齒形參數(shù)Zp=7rp=34mmrrp=11.lmma=3.8mm。擺線輪如果采用正等距加負(fù)移距，則設(shè)計(jì)變量為等距加移距修形量，目標(biāo)函數(shù)為逼近的轉(zhuǎn)角修形量，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社1991年版第3巻，可得AS=0.005rad(AS為轉(zhuǎn)角修形量)，約束條件為嚙合間隙大于零，按照《機(jī)械傳動(dòng)》雜志，2009(1):4143《擺線輪齒廓修形的優(yōu)化設(shè)計(jì)》一文，修形量可以求得Ai^p=0.0263mmArp=-0.0229mm(Arp表示移距修形量)。而采用本發(fā)明的勻隙嚙合修形，勻隙嚙合修形量為經(jīng)優(yōu)化確定等距加移距擺線副齒側(cè)間隙的平均值，計(jì)算公式如下^^^A::^"1-w=1,2,3...。"式中ALi——每個(gè)嚙合位置嚙合點(diǎn)的齒側(cè)間隙n——嚙合點(diǎn)總數(shù)，本實(shí)施例中n=6x7=42最后可以計(jì)算求得Arrp=0.Olmm(數(shù)值計(jì)算過(guò)程略)。采用上述兩種修形方法，擺線副在A=0;^=±丌/14;&=±;2"/7等六個(gè)瞬時(shí)的齒側(cè)間隙計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表1、2，間隙分布圖分別如圖3、4所示。表1等距加移距修形間隙計(jì)算(單位um)=26.3Apl=-22.9嚙合點(diǎn)伊Ai伊伊At爐爐At36.138.139,51430.529.8C229.816.525.34%1018.814.8C314.87.713.36%8.84.3C44.31.3102.71.80.3C50.31.14,80000012^0000c713%02%02;r006.410.736.1表2勻隙修形間隙計(jì)算(單位um)6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>&=2.8從表13可知，齒側(cè)間隙平均值&>X2，說(shuō)明勻隙嚙合修形形成的齒側(cè)間隙平均值略小，即在控制泄漏流量方面優(yōu)于等距加移距修形。結(jié)合圖3、4曲線變化可知，勻隙嚙合修形齒廓的齒側(cè)間隙變化緩和，標(biāo)準(zhǔn)差oxl>0)(2，表明在一個(gè)嚙合周期內(nèi)，勻隙嚙合修形的齒側(cè)間隙與平均值X的偏差小，齒側(cè)間隙分布更加均勻；間隙平均變化率、>32，可知在液壓突變力作用下，勻隙嚙合修形齒廓齒側(cè)間隙變化均勻。從上面分析可得出，擺線輪在針輪中轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活。在展成磨削擺線輪中，先按與標(biāo)準(zhǔn)擺線輪相同的方法，通過(guò)擺線輪坯加工、擺線輪齒加工、精磨兩端面、標(biāo)準(zhǔn)展成磨齒步驟，加工出標(biāo)準(zhǔn)擺線輪，接著進(jìn)行修形展成磨齒修整磨削砂輪半徑至等于針輪半徑與勻隙嚙合修形量之和rrp+Arrp，保證砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑rp，修形磨削標(biāo)準(zhǔn)擺線輪擺線輪，得到外廓為由以下曲線方程確定的封閉曲線的勻隙嚙合擺線輪(參見(jiàn)圖l)，本實(shí)施例中實(shí)際將磨削砂輪1的半徑由11.lmm加大至ll.11mm。這樣磨出的擺線輪，與標(biāo)準(zhǔn)的針輪裝配，然后整體安裝至轉(zhuǎn)向器中，即可實(shí)現(xiàn)擺線副的勻隙嚙合。7針輪與修形擺線輪的嚙合仿真詳見(jiàn)圖5、圖6。在圖5和圖6中，6為標(biāo)準(zhǔn)擺線輪的廓形，勻隙嚙合修形擺線輪的廓形7為由以下方程確定的封閉曲線，8為等距加移距修形擺線輪的廓形。圖6(a)(e)分別為圖5的IIV號(hào)針輪與標(biāo)準(zhǔn)齒廓、勻隙齒廓、等距加移距擺線齒廓嚙合仿真比較放大圖。從圖6(a)(e)可以看出，勻隙修形擺線副的非接觸齒的齒側(cè)間隙要比等距加移距修形較小，且相對(duì)均勻，因此驗(yàn)證了采用勻隙嚙合修形的合理性。&=34sin;p-3.8sin^伊+ll.llx(0.7824sin;p-sin+p)0)-'(A:,，^)<義=34cos+p—3.8cos^"伊+ll.llx(0.7824cos^^—cos去p)①—'(A:,，伊)c6666=Vl+Af-2^cosp,A=0.7824將上述勻隙嚙合的擺線嚙合副用于制造BZZ1型、排量為250ml/r全液壓轉(zhuǎn)向器后，對(duì)其性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試的試驗(yàn)項(xiàng)目與結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)條件試驗(yàn)用油N46，粘度41.450.6mm7s(40°C時(shí))，油溫50±2°C。表4試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)向器機(jī)械阻力壓力振擺終點(diǎn)扭矩壓力損失(旨a)內(nèi)泄漏""""轉(zhuǎn)子類型矩(腿)63MPa動(dòng)()(腿)(mL/rain)力轉(zhuǎn)向p"*tp~>ap—b扭矩(N.M)左右左右左右左右等距加移~~~~II~T~~Tl~ii~~il0.260.910.880.25距修形223勻隙"f奮形3.13.23.3.1.1.046480.220.720.750.12__321_由表4可知，本實(shí)施例的擺線嚙合副機(jī)械阻力矩降低約20%，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)明顯更加靈活；同時(shí)終點(diǎn)扭矩提高，壓力振擺、內(nèi)泄漏、壓力損失明顯降低，表明密封性能顯著提高；取得了一舉兩得的效果。由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向扭矩與轉(zhuǎn)向器的回位彈簧片變形量相關(guān)，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)，所以對(duì)比數(shù)據(jù)基本相同。p~>aAOBe與p—b之差7372656權(quán)利要求一種勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副，由構(gòu)成無(wú)系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構(gòu)成，其特征在于所述擺線輪的外廓為由以下曲線方程確定的封閉曲線以上方程中xc——擺線輪齒廓橫坐標(biāo)mmyc——擺線輪齒廓縱坐標(biāo)mmzp——針輪齒數(shù)zc——擺線輪齒數(shù)rp——針輪分度圓半徑mmrrp——針輪半徑mm——擺線輪相位角radk1——短幅系數(shù)a——偏心距mmΔrrp——?jiǎng)蛳秶Ш闲扌瘟縨mF2009100362923C00011.tif,F2009100362923C00012.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副，其特征在于所述勻隙嚙合修形量Arrp為經(jīng)優(yōu)化確定擺線副齒側(cè)間隙的平均值，按以下計(jì)算公式確定A^-"i^1——w=1,2,3...式中A"——每個(gè)嚙合位置嚙合點(diǎn)的齒側(cè)間隙n——嚙合點(diǎn)總數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勻隙嚙合全液壓轉(zhuǎn)向器擺線嚙合副的加工方法，把擴(kuò)以下步驟第一步、擺線輪坯加工——車端面及外圓，拉出內(nèi)花鍵，制成擺線輪坯；第二步、擺線輪齒加工——將擺線輪坯裝夾在花鍵芯軸上，依次銑齒、滾齒，制成擺線輪半成品；第三步、精磨兩端面一一磨削擺線輪半成品兩端面；第四步、標(biāo)準(zhǔn)展成磨齒——將擺線輪半成品裝夾在花鍵芯軸上，調(diào)整擺線磨床砂輪的偏心距至a;修整砂輪半徑至等于針輪半徑rrp，調(diào)整砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑rp，磨削工件至標(biāo)準(zhǔn)擺線輪；第五步、修形展成磨齒——修整磨削砂輪半徑至等于針輪半徑與勻隙嚙合修形量之和rrp+Arrp，保證砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑rp，修形磨削標(biāo)準(zhǔn)擺線輪擺線輪，得到封閉曲線的勻隙嚙合擺線輪。全文摘要本發(fā)明涉及一種全液壓轉(zhuǎn)向器中的勻隙嚙合擺線嚙合副，同時(shí)還涉及其加工方法，屬于液壓傳動(dòng)
技術(shù)領(lǐng)域：
。該擺線嚙合副由構(gòu)成無(wú)系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構(gòu)成，其中的擺線輪外廓為由特定曲線方程確定的封閉曲線，在進(jìn)行修形展成磨齒時(shí)，修整磨削砂輪半徑至等于針輪半徑與勻隙嚙合修形量之和，保證砂輪與花鍵芯軸中心距等于針輪分度圓半徑。采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，表明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活。同時(shí)密封性能提高，取得了一舉兩得的效果。因此，本發(fā)明有助于解決全液壓轉(zhuǎn)向器擺線副擺線輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、甚至卡死的問(wèn)題，可以使嚙合質(zhì)量提高，轉(zhuǎn)向器工作更平穩(wěn)，使用壽命更長(zhǎng)。并且在生產(chǎn)過(guò)程中，只需調(diào)整一個(gè)工藝參數(shù)，而不增加設(shè)備，切實(shí)可行。文檔編號(hào)F15B15/08GK101709729SQ20091003629公開(kāi)日2010年5月19日申請(qǐng)日期2009年10月10日優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日發(fā)明者劉金龍,徐華偉,沈啟志,潘駿,焦文瑞,王志生,翁愛(ài)光申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江液壓件廠有限責(zé)任公司