CN1541311A - 齿耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个具有固定耦合齿及在具有两个齿带的固定耦合齿上滚动的齿轮的齿耦合装置，它的齿轮在滚动运动中从一个齿带过度到另一个齿带。这个发明的目的是，去创造目前的这样一种齿耦合装置，它的在齿带上滚动的齿轮的转轴，能在带有折点的轨道上滑过，而不被卡住。在两齿带(26，28)之间构成了一个空缺，该空缺使齿轮(10)不可能与两齿带(26，28)同时接触。过度耦合齿是由一个向滚动的齿轮(10)凸出或者线形的齿拱(42)构成的。齿轮(10)在与过度耦合齿(30)相咬合时，直接在咬合另一个齿带(28)之前，解脱了与齿带(26)的相咬合。

Description

齿耦合装置
技术领域
本发明涉及一个具有固定耦合齿及在具有两个齿带的固定耦合齿上滚动的齿轮的齿耦合装置，它的齿轮在滚动运动中从一个齿带过度到另一个齿带。
背景技术
在许多机械设计任务中出现这样一个问题，要使一个在一个齿带上滚动的齿轮的转轴或者一个以此相连的构件沿着一个带有一个或者多个折点的轨道运动。在这些折点处虽然轨道是连续的，但却出现了切线断点。一个这样的轨道的例子是一个由两个方向相反弯曲的圆弧构成的二角形。
一个这样的问题比如出现在一个转动活塞机器上，如同它被在DE 199 20 289 C1中所描述的。那里是一个机室里，该机室的横切面构成三级椭圆形，一个活动的转动活塞，该转动活塞的横切面构成二级椭圆形。一个贯穿机室中心的驱动轴用作驱使转动活塞运动。该驱动轴通过一个转动活塞的椭圆形缺口突出并且支撑着一个小齿轮。这个小齿轮和一个耦合齿在缺口的内侧相咬合。驱动轴的转轴，也就是小齿轮的转轴，在转动活塞的各运动中相对转动活塞移动过一个二角形的轨道。问题就是。要将耦合齿如此地造型，以至在小齿轮转轴运动过轨道的那些折点时，小齿轮在这些点上下卡住。
要如此地在一个耦合齿上引导一个齿轮，以至使它的转轴移动过带有折点的轨道，这个问题至此没有被解决。
在I.I.Artobolevskij的书“Mechanismen in der modernen technik”第三册、Nauka出版社、Moskau 1973之中被描这了一些解决办法，这些办法中被尝试着，去绕开这个被描述的问题。带有切线断点的关键性的各部位被在这种情况下通过连续并且光滑的各耦合齿路段所代替。另一种尝试在于，去中断在关键性的各部位上的滚动。一些非-转动对称的齿轮或者其他的，专门适应具体情况的机械装置也被使用过。
发明内容
本发明的目的是，提出上述类型的一种齿耦合装置，它的在齿带上滚动的齿轮的转轴，能在带有折点的轨道上滑过，而不被卡住。
这个任务是这样以发明的方式解决的——为了在折点具有切线断点的轨道的制造，给滚动齿轮的转轴在齿带之间，从一个齿带到另一个的过度处，设计了过度耦合齿，该过度耦合齿与齿带的走向是非-平滑的。
于是齿轮就先沿着一个齿带滚动。它的转轴沿着轨道的一边移动至折点。从这开始齿轮必须在另一个齿带上滚动，方式是，齿轮的转轴越过折点沿着轨道的另一边移动。从一个齿带到另一个齿带的过度必须一方面瞬间完成，而另一方面不能有夹卡现象发生。如此的夹卡现象会发生，如果耦合齿在折点区域是平滑过度的。那样的话就必须将在两齿带之间的耦合齿按齿轮的周长进行调整。如果过度耦合齿部分圆周的弯曲半径小于齿轮半径，那么齿轮就不能滚过过度耦合齿而被卡住。如果过度耦合齿部分圆周的弯曲半径大于齿轮半径，那么就不会有从一个齿带到另一个齿带的过度瞬间。齿轮的转轴在过度耦合齿上的滚动过程中运动在一个圆弧上。不产生折点。如果过度耦合齿部分圆周和齿轮对齐平滑相接，那么齿轮就不能在过度耦合齿范围内滚动。因此本发明在齿带和过度耦合齿之间设计了一个非-平滑过度耦合齿。这样就使齿轮在离开一个齿带后又直接和另一个齿带衔接上。这个设计成非-不滑的、并且尽量带有缺口的过度耦合齿确保了，在滚动的齿轮和固定的耦合齿之间总是以一齿相咬合。首先是齿轮和一个齿带及过度耦合齿相咬合，在下一瞬间是齿轮和过度耦合齿及另一个齿带相咬合。如此保持不断互相咬合就产生了一个从一个齿带到另一个齿带的瞬间过度。这个轨道没有折点。
在两个齿带之间形成了一个空缺，该空缺使齿轮不可能和两个齿带的同时接触。过度耦合齿可能由一个向滚动的齿轮凸出的齿拱构成。如果齿轮的转轴处在轨道的折点部分，并且凸出的齿拱具有一个部分圆周，该部分圆周和齿轮的部分圆周斜度相同，那么齿轮在这种情况下以有利的方式体现了一个部分圆周，该部分圆周和两个齿带的部分弯道分别具有共同的切线。过度耦合齿也可能是一个直线形的齿带。一个直线形的齿带可以被作为曲度半径无穷大凸出的齿带。齿轮在与过度耦合齿相咬合时，直接在和另一个齿带相咬合之前，松开了和一个齿带的咬合。两个齿带的部分弯道可以凹弓形的。
本发明的实施例子被通过提及下面所属附图作了进一步说明。
附图说明
图1表示一个齿轮在从和第一个弓形齿带相咬合向和第二个弓形齿带相咬合过度的阶段，而且齿轮正和一个过度耦合齿相咬合，齿轮正不再和第一个齿带相咬合，并且还没有和第二个齿带相咬合。
图2表示图1的齿耦合装置，齿轮在和第二个齿带相咬合之后又继续移动了。
图3以放大的比例表示了一个线形的过度耦合齿和齿带的端头。
图4表示一个处在和图3相似状态的凸出过度耦合齿。
图5表示一个带有凸出过度耦合齿的齿耦合装置，以及齿轮转轴滚过的带有折点的轨道。
图6是一个矢量简图，为了表示齿轮转轴在通过轨道折点时速度。
具体实施方式
本发明将通过以下一个直接在折点附近带有圆圈形状轨迹的特别轨道得以描述。本发明的适用性当然不只限制在它上面。
齿轮被在图中以10标示。该齿轮10应该在一个通常被以12标示的耦合齿上如此滚动，以至于它的转轴A移动过一个特别的轨道14。该轨道14由两个圆弧16和18组成，它们产生一个折点20。圆弧16的圆心是22。圆弧18的圆心是24。
出于这个目的耦合齿12具有两个凸出弯曲的齿带26和28。齿带26的圆心是22。它的部分圆周的半径等于圆弧16的弯曲半径加上齿轮10的半径。齿带28的圆心是24。它的部分圆周的半径等于圆弧18的弯曲半径加上齿轮10的半径。如果齿轮10在齿带26上滚动，那么齿轮转轴A移动过圆弧16到折点20。如果齿轮10在齿带28上滚动，那么齿轮转轴A在图5中从折点20向左上方移动过圆弧18。
问题在于从齿带26到齿带28的过度。
如同在图1和图2中所表示的，在齿带26和28之间是一个缺口。一个线形“过度耦合齿”30位于缺口处。在齿带26和线形过度耦合齿30之间是一个缺口32。同样在齿带28和线形过度耦合齿30之间是一个缺口34。
从图1可以明显地看出，齿带26和28的部分圆周36和38，在齿轮10相当于折点的位置，与齿轮10的部分圆周40平滑相接。在齿带26和28之间的耦合齿，却如所描述的，不与部分圆周40相辅，而是形成一个线形齿带或者过度耦合齿30。该线形过度耦合齿30的部分线段a-a相当于齿轮10部分圆周40的切线。
从图1可以看出，齿轮10在中部和过度耦合齿30在“折点”位置相咬合，齿轮10和齿带26恰好不再相咬合。齿轮10和齿带28恰好尚未相咬合。齿轮10直接在此之前仍和齿带26相咬合，直接在此之后将和齿带28相咬合。这就出现了一个从齿带26到齿带28的瞬间转换。转轴A的轨道14具有一个真正带有切线断点折点。因为过度耦合齿30是线形的，也就是它不“包围”着齿轮10，所以不出现夹卡。图3是一个放大的描绘，并且使过度耦合齿30部分线段a-a与齿轮10部分圆周的偏差更明显可见。
所描述的齿耦合装置由此允许齿轮10从齿带26到另一个齿带28不夹卡及瞬间的过度，以至于一个带有折点20的轨道14从转轴A通过。与此同时在每一瞬间，齿轮10和耦合齿的动力连接以及转动惯量的传递都得到保证。
图4表示了一个与图1至图3类似的齿耦合装置。相应的部件被以与那里相同的标号标示。在图4的齿耦合装置中，不是一个线形过度耦合齿，而是设计了一个凸出过度耦合齿42。过度耦合齿42具有一个部分圆周44。齿轮10的部分圆周40在它的“折点”部位与部分圆周44个有共同的切线a-a。切线a-a最好平行于圆心22和24的连线。
过度耦合由仅令一个齿构成，这在极端情况下是可能的。如果它具有足够大的弯曲半径，也可能过度耦合齿是凸出的。
一个滚动齿轮的转轴导向，在轨道折点20处的物理原理主要取决于，当齿轮重心速度的方向在折点处突然改变时，转轴或者齿轮重心的轨迹保持连续。
比例关系被在图6中作了表示。
如果忽略磨擦损耗及其它动力效应，那么转轴A的速度从直接在折点20之前，即VTR1，跳跃到转轴速度直接在折点之后的VTR2。在跳跃前与直线a-a平行的速度分量Vt TR1与相应跳跃后的分量Vt TR2相等。在跳跃前与直线a-a垂直的速度分量Vn TR1突然直接在折点后改变成相反的分量Vn TR2。即等式
                     Vn TR1＝-Vn TR2
由此齿轮10的转轴A在折点处的穿行等同于重心在直线a-a上的镜面反射。

Claims (8)

1.具有固定耦合齿及在具有两个齿带(26，28)的固定耦合齿上滚动的齿轮(10)的齿耦合装置，其中齿轮(10)在滚动运动中从一个齿带(26)过度到另一个带齿(28)，其特征是，为了制造在折点(20)具有切线断点的轨道(14)，给滚动齿轮(10)的转轴(A)在齿带(26，28)之间，从一个齿带(26)到另一个(28)的过度处，设计了过度耦合齿(30；42)，该过度耦合齿(30；42)与齿带(26，28)的走向是非-平滑的。
2.根据权利要求1的齿耦合装置，其特征是，在两齿带(26，28)之间构成了一个空缺，该空缺使齿轮(10)不可能与两齿带(26，28)同时接触。
3.根据权利要求2的齿耦合装置，其特征是，过度耦合齿是由一个向滚动的齿轮(10)凸出的齿拱(42)构成的。
4.根据权利要求3的齿耦合装置，其特征是，
(a)齿轮(10)具有一个部分圆周(40)，当齿轮(10)的转轴(A)处在轨道(14)的折点时，该部分圆周(40)与两齿带(26，28)的部分曲线(36，38)分别具有共同的切线，并且
(b)凸出的齿拱(42)具有一个部分圆周(44)，该部分圆周(44)与齿轮(10)的部分圆周(40)具有共同的切线(a-a)。
5.根据权利要求2的齿耦合装置，其特征是，过度耦合齿是一个线形齿带(30)。
6.根据权利要求2的齿耦合装置，其特征是，过度耦合齿是由仅仅一个齿构成的。
7.根据权利要求1至6中之一的齿耦合装置，其特征是，齿轮(10)在与过度耦合齿(30)相咬合时，直接在咬合另一个齿带(28)之前，解脱了与齿带(26)的相咬合。
8.根据权利要求1至7中之一的齿耦合装置，其特征是，两齿带(26，28)的部分曲线(36，38)是凹-弧线形的。
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