專利名稱：：勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副及其加工方法
技術領域：
：本發明涉及一種全液壓轉向器中的擺線嚙合副(以下簡稱擺線副)，尤其是一種勻隙嚙合擺線嚙合副，同時還涉及其加工方法，屬于液壓傳動
技術領域：
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背景技術：
：1921年美國學者MyronF.Hill(JeffreyX.Dongetal.2004)對擺線齒廓幾何特性與擺線泵工作原理進行詳細研究，并申請了專利，二十世紀三十年代，制造出了第一臺擺線液壓泵。1955年，美國查林公司首先研制成功擺線液壓馬達，經過幾年的研究和完善，于1960年取用"查林"商標正式投入生產。1961年，查林公司又研制出擺線式全液壓轉向器，并申請獲得專利。從六十年代初起，各國其他公司先后購買專利，轉而大量生產。隨著液壓技術和制造工藝的發展，不斷出現擺線液壓馬達和液壓轉向器新產品和新設計，由于其結構緊湊，扭矩大，單位重量功率大等的顯著優點而獲得廣泛的應用。目前，擺線馬達和全液壓轉向器主要國外生產商為美國Sauer-Danfoss公司、Eaton公司、Parker公司和White公司等，代表了擺線馬達先進水平。雖然公開的文獻中有關擺線馬達和轉向器方面基礎理論的資料比較多，真正的技術資料則比較少，核心技術的保密性很強，很難獲得第一手的技術文件。所以國外產品經過長期發展，無論是在數量，還是在在質量上，都占據明顯的優勢。擺線副作為全液壓轉向器的核心元件，在實際生產中，難免存在制造誤差，因此存在轉動不靈活、甚至卡死的問題，尤其在高精度的傳動中更是如此。為了補償制造誤差，保證合理的側隙以利于裝拆方便和擺線輪在針輪中靈活轉動，及避免齒廓之間的潤滑油膜被破壞，必須對擺線副進行修形。現有文獻(關天民2005，蒙運紅等2008)提出正等距加負移距修形方法，如能選擇合適修形量，可使組合修形后齒廓與轉角修形齒廓接近一致，而轉角修形齒廓為共軛齒廓，可以增加嚙合區間，提高擺線副承載能力，適用于無特殊回轉精度要求的通用傳動；負等距加正移距齒廓法向變動量小，齒廓的中間部分明顯隆起，回轉角小，可提高回轉精度。上述文獻得到的結論主要針對的是擺線傳動，也可以應用于全液壓轉向器擺線副的設計中。然而，在無系桿液壓擺線副中，承載能力與回轉精度都不是追求的目標，所以上述的修形方法不適合此類擺線副。
發明內容本發明的目的是提供一種勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副，同時給出其加工方法，從而可以進一步改善擺線副的嚙合性能，使擺線輪轉動更加靈活。理論和實踐證明，在工作狀態下，全液壓轉向器擺線副的擺線輪靠其兩個嚙合點來確定本身的位置(秦維謙等1983，R.Maiti1991)，實現其在針輪中的轉動。擺線輪在針輪中的轉動是否靈活，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精度的修形方法不適于全液壓轉向器擺線副的設計。對這類擺線副齒廓修形的設3計，與傳動擺線副修形設計不同，通過改變擺線副外廓形狀，實現非接觸齒的間隙分布均勻是設計的關鍵目標。為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副，由構成無系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構成，其改進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。——擺線輪齒廓橫坐標y。——擺線輪齒廓縱坐標zD——針輪齒數丄rp-擺線輪齒數-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-偏心距mm——勻隙嚙合修形著其中，Zp、z。、rp、rrP、a為擺線副基本設計參數(參見卞學良《擺線泵和擺線馬達齒形參數優化設計》河北工學院學報.1995,24(4):103107;張蘭義等《擺線針輪嚙合副齒形修正的初步探討》吉林工業大學學報，1982(4)94106;—機部全液壓轉向器聯合設計組《擺線針輪嚙合副理論與計算》1976.12版)。Ar。可以按照《機械傳動》雜志，2009(1):4143)《擺線輪齒廓修形的優化設計》一文確定，或根據有限次實驗確定。本發明勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副制造時，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、標準展成磨齒——將擺線輪半成品裝夾在花鍵芯軸上，調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，磨削工件至標準擺線輪；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，修形磨削標準擺線輪擺線輪，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為屬于正等距修形范疇，但與擺線傳動中進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，實際形狀發生了變化，且修形量較小；即在修形磨削擺線輪時，砂輪半徑由標準的rtp加大至rtp+Ar。，磨出的擺線輪齒形短幅系數、沒有改變，但與標準齒形相比，是同一短幅外擺線等距值不相同的兩條曲線。當與標準針輪裝配后，整體安裝至轉向器中，即可實現擺線副的勻隙嚙合。理論和實驗均表明，采用本發明的技術方案，經過勻隙修形后，擺線副傳動時的機械阻力矩明顯降低，表明轉子轉動更加靈活。同時，擺線副傳動的內泄漏、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，本發明有助于解決全液壓轉向器擺線副擺線輪轉動不靈活、甚至卡死的問題，采用本發明可以使嚙合質量提高，轉向器工作更平穩，使用壽命更長。并且，在生產過程中，只需調整個別工藝參數，而不增加設備，切實可行。下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖1是本發明一個實施例的擺線輪展成磨削原理示意圖。圖2是本發明一個實施例的擺線嚙合副嚙合點圖。圖3是本發明一個實施例的等距加移距修形齒側間隙分布圖。圖4是本發明一個實施例的勻隙嚙合修形齒側間隙分布圖。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有技術嚙合的仿真放大比較圖。圖中標號1砂輪，2擺線輪，3針輪，4擺線輪，5高壓油，6標準擺線輪，7勻隙嚙合修形擺線輪，8等距加移距修形擺線輪。具體實施方式實施例一本實施例以BZZ全液壓轉向器中的擺線副為例，其基本齒形參數Zp=7rp=34mmrrp=11.lmma=3.8mm。擺線輪如果采用正等距加負移距，則設計變量為等距加移距修形量，目標函數為逼近的轉角修形量，根據《機械設計手冊》機械工業出版社1991年版第3巻，可得AS=0.005rad(AS為轉角修形量)，約束條件為嚙合間隙大于零，按照《機械傳動》雜志，2009(1):4143《擺線輪齒廓修形的優化設計》一文，修形量可以求得Ai^p=0.0263mmArp=-0.0229mm(Arp表示移距修形量)。而采用本發明的勻隙嚙合修形，勻隙嚙合修形量為經優化確定等距加移距擺線副齒側間隙的平均值，計算公式如下^^^A::^"1-w=1,2,3...。"式中ALi——每個嚙合位置嚙合點的齒側間隙n——嚙合點總數，本實施例中n=6x7=42最后可以計算求得Arrp=0.Olmm(數值計算過程略)。采用上述兩種修形方法，擺線副在A=0;^=±丌/14;&=±;2"/7等六個瞬時的齒側間隙計算結果分別見表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算(單位um)=26.3Apl=-22.9嚙合點伊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勻隙修形間隙計算(單位um)6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>&=2.8從表13可知，齒側間隙平均值&>X2，說明勻隙嚙合修形形成的齒側間隙平均值略小，即在控制泄漏流量方面優于等距加移距修形。結合圖3、4曲線變化可知，勻隙嚙合修形齒廓的齒側間隙變化緩和，標準差oxl>0)(2，表明在一個嚙合周期內，勻隙嚙合修形的齒側間隙與平均值X的偏差小，齒側間隙分布更加均勻；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間隙變化均勻。從上面分析可得出，擺線輪在針輪中轉動更加靈活。在展成磨削擺線輪中，先按與標準擺線輪相同的方法，通過擺線輪坯加工、擺線輪齒加工、精磨兩端面、標準展成磨齒步驟，加工出標準擺線輪，接著進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，修形磨削標準擺線輪擺線輪，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(參見圖l)，本實施例中實際將磨削砂輪1的半徑由11.lmm加大至ll.11mm。這樣磨出的擺線輪，與標準的針輪裝配，然后整體安裝至轉向器中，即可實現擺線副的勻隙嚙合。7針輪與修形擺線輪的嚙合仿真詳見圖5、圖6。在圖5和圖6中，6為標準擺線輪的廓形，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號針輪與標準齒廓、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間隙要比等距加移距修形較小，且相對均勻，因此驗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全液壓轉向器后，對其性能進行對比測試的試驗項目與結果如表4所示。試驗條件試驗用油N46，粘度41.450.6mm7s(40°C時)，油溫50±2°C。表4試驗結果轉向器機械阻力壓力振擺終點扭矩壓力損失(旨a)內泄漏""""轉子類型矩(腿)63MPa動()(腿)(mL/rain)力轉向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，本實施例的擺線嚙合副機械阻力矩降低約20%，轉子轉動明顯更加靈活；同時終點扭矩提高，壓力振擺、內泄漏、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。由于動力轉向扭矩與轉向器的回位彈簧片變形量相關，與轉子轉動無關，所以對比數據基本相同。p~>aAOBe與p—b之差7372656權利要求一種勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副，由構成無系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構成，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mmyc——擺線輪齒廓縱坐標mmzp——針輪齒數zc——擺線輪齒數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a——偏心距mmΔrrp——勻隙嚙合修形量mmF2009100362923C00011.tif,F2009100362923C00012.tif2.根據權利要求1所述的勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副，其特征在于所述勻隙嚙合修形量Arrp為經優化確定擺線副齒側間隙的平均值，按以下計算公式確定A^-"i^1——w=1,2,3...式中A"——每個嚙合位置嚙合點的齒側間隙n——嚙合點總數。3.根據權利要求1所述的勻隙嚙合全液壓轉向器擺線嚙合副的加工方法，把擴以下步驟第一步、擺線輪坯加工——車端面及外圓，拉出內花鍵，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、標準展成磨齒——將擺線輪半成品裝夾在花鍵芯軸上，調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，磨削工件至標準擺線輪；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，修形磨削標準擺線輪擺線輪，得到封閉曲線的勻隙嚙合擺線輪。全文摘要本發明涉及一種全液壓轉向器中的勻隙嚙合擺線嚙合副，同時還涉及其加工方法，屬于液壓傳動
技術領域：
。該擺線嚙合副由構成無系桿行星輪系的圓柱形針輪和擺線輪配合構成，其中的擺線輪外廓為由特定曲線方程確定的封閉曲線，在進行修形展成磨齒時，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。采用本發明的技術方案后，表明轉子轉動更加靈活。同時密封性能提高，取得了一舉兩得的效果。因此，本發明有助于解決全液壓轉向器擺線副擺線輪轉動不靈活、甚至卡死的問題，可以使嚙合質量提高，轉向器工作更平穩，使用壽命更長。并且在生產過程中，只需調整一個工藝參數，而不增加設備，切實可行。文檔編號F15B15/08GK101709729SQ20091003629公開日2010年5月19日申請日期2009年10月10日優先權日2009年10月10日發明者劉金龍,徐華偉,沈啟志,潘駿,焦文瑞,王志生,翁愛光申請人:鎮江液壓件廠有限責任公司