專利名稱：齒輪傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于從一個軸向另一個軸傳送轉矩的齒輪傳動裝置，以及涉及一種適于在這種裝置中使用的齒輪。該齒輪傳動裝置對于在真空泵的軸之間傳送轉矩是特別有用的。
參照
圖1，一種已知的真空泵包括泵腔，一對由軸承2支撐的平行軸1穿過該泵腔。轉子3被安裝在每個軸1上以在該泵腔內旋轉。該轉子3具有互補的抽吸曲線，其可以是羅茨、Northey(或“爪”)或螺旋。在使用中，當電動機4驅動一個軸1時，通過該嚙合的定時齒輪使另一個軸與該軸同步旋轉。該轉子3的曲線這樣設計以便將被泵吸的流體抽到該泵腔的入口中，并且通過出口從該泵腔排出。
圖1示出了三種不同的泵結構。在圖1(a)中，轉子3被安裝在軸承2之間，并且在該泵的電動機驅動端提供定時齒輪5。在圖1(b)中，在該泵的另一端提供定時齒輪5，而圖1(c)示出了使用懸臂轉子的結構。
通過定時齒輪5傳送轉矩會受到齒輪偏心率的影響。齒輪偏心率導致振蕩的驅動轉矩，對于同心齒輪其通常將是恒定的。在高慣性的情況下，由具有典型的生產偏心率容差的齒輪驅動輕量負載的旋轉機械，該振蕩驅動轉矩的幅度將會超過穩定狀態驅動轉矩。因此，該齒輪脫離嚙合，這會導致高頻齒-齒撞擊，在輕量負載的旋轉機械中頻繁出現特征噪聲。
已經研制出了一種泵設計以減少摩擦和功率消耗。從而減少了所需的穩定狀態驅動轉矩，從而旋轉機械變得更加傾向于偏心率導致的扭轉振動和相關的噪聲問題。
本發明的至少一個優選實施例的目的是通過調節典型的齒輪偏心率來減少這種扭轉振動和噪聲。
在一個方面，本發明提供了一種用于將轉矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪傳動裝置，該齒輪傳動裝置包括兩個安裝在各個軸上的相互嚙合的齒輪，一個齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉的鋸齒環形部件，和在該轂部件和環形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在該齒輪旋轉期間由至少一個齒輪的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲的剛性。
該用于抑制扭轉振動和噪聲的裝置優選地包括位于該轂部件和環形部件之間的彈性聯軸器。該聯軸器優選地被設置在該部件的相對面之間。在該優選的實施例中，該彈性聯軸器被設置在用于在該部件之間傳送轉矩的驅動機構內。例如，一個部件可以包括一個或多個凹口，每個凹口用于接收另一個部件的制動器以便在該部件之間傳送轉矩，該彈性聯軸器被設置在每個凹口和制動器的相對面之間。
從而，該用于抑制扭轉振動和噪聲的裝置優選地包括設置在該部件的相對面之間的至少一個彈性部件。在該優選實施例中，多個彈性部件中的每個被設置在該部件的各個相對面之間。
該彈性部件可以由多個彈簧方便地提供，例如金屬扭簧或平移彈簧，包括沿著該部件的半徑內的切線作用的板簧、盤簧和螺旋彈簧。可選地，可以使用排斥磁體，其中所產生的剛性與該磁通量成比例。最后，在一些應用中，使用粘彈性材料可以是合適的。
在該轂部件和環形部件之間提供例如彈簧的裝置可以允許控制該齒輪的扭轉剛性。通過在該部件之間提供彈簧，可以減少由于偏心率而加速和減速的慣性。當齒輪加速時，該彈簧被設計成壓縮以使得該軸能夠保持在恒定的速度。這種軸與偏心率所導致齒輪加速的分離減少了驅動轉矩的振蕩，并且將增加會致使齒輪脫離嚙合的偏心率。
在不是由齒輪偏心率導致的外部轉矩導致齒輪脫離嚙合的情況下，該彈簧將會作用以消除當該齒輪返回嚙合時產生的影響，并從而作用以將該傳動裝置帶回到線性、嚙合的工作區域。依靠這種理論的支持，對于齒-齒撞擊的非線性分析顯示，僅當該總扭轉剛性在特定水平之上時，該齒輪才會脫離嚙合。換句話說，低扭轉剛性旋轉機械(“弱軸”)將會一直保持嚙合。
本發明的這個方面擴展到一種真空泵，包括由上述齒輪傳動裝置連接在一起的至少兩個軸。例如，高速羅茨增壓真空泵包括在泵腔內以1∶1的齒輪比旋轉的羅茨曲線轉子。當在最大速度和極限壓力(該泵能獲得的最佳真空)下工作時，該齒輪之間的扭轉振動會是一個問題。所生成的噪聲顯示為依賴于齒輪偏心率，并且具有可靠的生產齒輪容差。根據本發明的一種與該被驅動軸配合的試驗型齒輪顯示為，消除了伴隨通常會導致泵產生該噪聲問題的齒輪偏心率而發生的齒-齒撞擊。
在本發明的另一方面，提供一種用于將轉矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪，該齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉的鋸齒環形部件，和在該轂部件和環形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在使用期間由該環形部件的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲的剛性。
本發明的另一方面提供了，在齒輪傳動裝置的齒輪中使用至少一個彈簧以減少在該齒輪旋轉期間由該至少一個齒輪的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲。
現在將參照附圖，通過僅僅是示例的方式來描述本發明的優選特征，其中圖1示意性示出了三種已知的泵結構；圖2是適用于圖1的任何一個泵的齒輪的橫截面；和圖3是示出了用于在圖2的齒輪的轂部件和環形部件之間傳送轉矩的結構的橫截面。
參照圖2，適用于圖1所示任何一個真空泵或者任何其他輕量負載高慣性旋轉機器的齒輪10包括用于接收該泵的軸的轂部件12，和安裝用于隨著該轂部件12旋轉并且具有周邊齒16的環形部件。該被轂部件12接收的軸可以是該泵的驅動軸或被驅動軸。軸承裝置18被該環形部件14的孔和該軸所承載。
在使用中，環形部件14的周邊齒16與另一齒輪的相應齒嚙合，該齒輪具有與齒輪10的1∶1齒輪比，與圖1所示的定時齒輪5相似。
用于在部件12、14之間傳送轉矩的驅動結構由在垂直于該部件之一的旋轉軸的表面周圍提供的多個制動器提供，該多個制動器進入在另一部件的相對軸向表面周圍提供的各個凹口。在圖2所示的實施例中，在環形部件14上提供制動器20，而在轂部件12上提供凹口22，但是其也可以是另一種方式，即在轂部件上提供制動器而在環形部件上提供凹口。
如圖3所示，板簧24a、24b被設置在制動器20和凹口22的相對徑向表面26、28之間的每個凹口22內。該彈簧24a、24b具有剛性，其被選擇以實質上抑制在輕量負載條件下由環形部件14或與該環形部件14的齒16相嚙合的齒輪的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲。該彈簧24a、24b也提供對于由外部干擾導致的任何齒-齒碰撞的消除。
在輕量負載條件下，當泵在極限壓力下工作時，在部件12、14之間的轉矩傳送通過在每個凹口22內提供的彈簧24a、24b之一。這提供了調節任意齒輪偏心率所需的彈性程度。
在該泵用于更高負載的情況下，需要固體驅動以避免破壞該驅動和被驅動軸之間的相位關系，一旦該彈簧的角偏轉達到大于預定驅動轉矩的特定值時，該彈簧在相對徑向表面26、28之間變平。這提供了在徑向表面26、28之間必要的固體驅動。
雖然在本實施例中，使用板簧來控制扭轉剛性，但是也可以使用成切線安裝的盤簧或螺旋彈簧來代替。可選地，可以使用排斥磁體，其中所得到的扭轉剛性與該磁通量成比例。在一些應用中，使用粘彈性材料是合適的。
權利要求
1.一種齒輪傳動裝置，用于將轉矩從一個軸傳送到另一個軸，該齒輪傳動裝置包括兩個安裝在各個軸上的相互嚙合的齒輪，齒輪之一包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉的鋸齒環形部件，和在該轂部件和環形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在該齒輪旋轉期間由至少一個齒輪的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲的剛性。
2.如權利要求1所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置包括用于增加該齒輪的臨界偏心率的裝置。
3.如前任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置包括位于該轂部件和環形部件之間的彈性聯軸器。
4.如前任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被設置在該轂部件的徑向表面和該環形部件的相對徑向表面之間。
5.如前任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被設置在用于在該轂部件和環形部件之間傳送轉矩的驅動結構內。
6.如權利要求5所述的齒輪傳動裝置，其中該轂部件和環形部件之一包括用于接收該轂部件和環形部件中的另一個的制動器的凹口，以便在該轂部件和環形部件之間傳送轉矩，該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被設置在該凹口和制動器的相對表面之間。
7.如權利要求6所述的齒輪傳動裝置，其中所述轂部件和環形部件之一包括多個所述凹口，每個凹口用于接收該轂部件和環形部件中的另一個的各個制動器，該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被設置在每個凹口和制動器的相對面之間。
8.如前任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于抑制扭轉振動和噪聲的裝置包括設置在該轂部件和環形部件的相對面之間的至少一個彈性部件。
9.如權利要求8所述的齒輪傳動裝置，其中該用于抑制扭轉振動和噪聲的裝置包括多個彈性部件，每個被設置在該轂部件和環形部件的各個相對面之間。
10.如權利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括用于提供扭轉阻力的彈簧。
11.如權利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括多個用于提供扭轉阻力的彈簧。
12.如權利要求9所述的齒輪傳動裝置，其中每個彈性部件包括粘彈性部件。
13.如權利要求1-7中任何一個所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置包括在該轂部件和環形部件的相對面上提供的互相排斥的磁體。
14.如前任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被布置成保持該軸之間的相位關系。
15.如權利要求14所述的齒輪傳動裝置，其中該用于減少扭轉振動和噪聲的裝置被布置成允許在該轂部件和環形部件之間形成高于預定驅動轉矩的固體驅動。
16.一種真空泵，包括由如前所述任何一個權利要求所述的齒輪傳動裝置連接在一起的至少兩個軸。
17.一種用于將轉矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪，該齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，安裝用于隨著該轂部件旋轉的鋸齒環形部件，和在該轂部件和環形部件之間提供的裝置，該裝置具有能夠減少在使用期間由該環形部件的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲的剛性。
18.在齒輪傳動裝置的齒輪中至少一個彈簧的用途，以減少在該齒輪旋轉期間由至少一個齒輪的偏心率所導致的扭轉振動和噪聲。
全文摘要
一種用于將轉矩從一個軸傳送到另一個軸的齒輪傳動裝置，包括安裝在各個軸上的兩個相互嚙合的齒輪。一個齒輪包括用于接收一個軸的轂部件，一個鋸齒環形部件被安裝用于隨著該轂部件旋轉。在該轂部件和環形部件之間提供的至少一個彈簧具有能夠減少在該齒輪旋轉期間由至少一個齒輪的偏心率導致的扭轉振動和噪聲的剛性。
文檔編號F16H57/00GK1938530SQ200580009722
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月22日 優先權日2004年3月26日
發明者T·R·G·戴文尼, J·C·史密思 申請人:英國氧氣集團有限公司