[发明专利]用于流体计量装置的渐开线齿轮齿

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体计量装置的椭圆齿轮，并且更具体地涉及椭圆齿轮的齿轮齿的几何形状。

背景技术

手持式装置通常用于从大容量容器分配测量好的量的流体。例如，汽车加油站通常使用手持式仪表从大桶将少量润滑油分配到汽车发动机中。这种手持式仪表及其它类似的流体分配装置通常包括测量通过分配装置的流体的体积流量的容积式计量机构。传统的容积式计量机构包括一组互相啮合的椭圆形或修改的椭圆形椭圆齿轮，加压流体在所述椭圆齿轮之间流动以使齿轮旋转。齿轮通常连接到电子控制系统，所述电子控制系统计数齿轮的转数以确定流体的流动体积。齿轮通过轴颈连接使得齿轮的中心之间的距离是固定的。齿轮齿因此沿具有不同曲率的多段齿轮节圆曲线啮合，从而使得齿轮齿的接触面复杂。然而，分配装置的性能与齿轮之间的齿轮齿接触面的效率有关。例如，计量机构能够确定流动的精度取决于齿接触面密封和防止齿轮之间不能有助于齿轮的旋转的流体泄漏的能力。另外，齿接触面影响齿轮的寿命、由齿轮产生的噪音量、以及由齿轮产生的振动量；所有这些都取决于齿轮齿抵靠彼此平稳滚动的能力。因此，齿轮齿设计对于有效的计量装置和流体的精确分配是重要的。

传统的圆形正齿轮通常使用具有渐开线齿轮齿表面的齿轮齿，所述渐开线齿轮齿表面往往随齿轮的旋转而彼此交叉滚动(roll across each other)，而不是抵靠彼此滑动和咔嗒作响。传统地所公知的渐开线曲线可以被描述为当不可延伸线的端部从诸如椭圆或圆的弯曲表面展开时该不可延伸线的端部移动的路径。齿轮的基本齿廓通常用作用于形成渐开线齿轮齿廓的弯曲表面。因此，圆形正齿轮具有产生圆形渐开线齿廓的圆形基本曲线齿廓。对于圆齿轮，渐开线表面在每一个齿上都是相同的，并且齿轮的节圆半径对于每一个齿来说都是一样的。因此，对于圆齿轮来说可通过诸如传统的滚齿机和类似机器容易地制造渐开线齿轮齿。典型的滚齿方法包括抵靠旋转齿轮坯料旋转滚刀、具有螺旋形切削齿(所述螺旋形切削齿具有与齿轮齿相反的齿廓)的圆柱形切割工具。由于改变椭圆齿轮之间的安装角，因此实际上对于椭圆齿轮来说不能使用传统的滚齿方法制造渐开线齿轮齿。例如，需要在与椭圆的变化半径相对应的间隔下使椭圆齿轮坯料垂直朝向和远离滚齿机齿条平移。即使能够平移齿轮坯料，但是由于椭圆形节面曲线，齿轮齿往往会被底切。已经设计了具有修改的齿几何结构和/或节圆齿廓(pitch profile)的各种齿轮以产生更加容易制造的平稳接触的椭圆齿轮。

早期的齿轮设计使得轮齿几何学形状和节面曲线近似相同以获得平稳接触的齿轮。美国专利No 231,939说明了一种修改的椭圆齿轮，在所述椭圆齿轮中，节面曲线在短轴附近更靠近齿轮的中心以形成叶形齿轮。齿轮齿的齿廓通过将节面曲线分成多段并产生与节线相交的一系列小弧以生成没有渐开线齿廓的平滑滚动形状而近似相同。在随后的设计中，齿轮齿的尺寸被改变以在椭圆齿轮上获得椭圆形渐开线齿廓并有助于利用滚齿机进行制造。例如，美国专利No 2,842,977说明了一种具有齿轮齿的椭圆齿轮，所述齿轮齿具有为可以通过滚齿机生成的椭圆节面曲线的渐开线的表面。然而，为了避免相对于滚齿机齿条垂直平移柸料，齿轮齿的尺寸从长轴到短轴增加，因此需要专门设计的滚刀。此外，椭圆齿轮不适于在流体计量装置中使用，因为旋转椭圆齿轮之间的中心不能被固定。在其它设计中，已经修改了节面曲线和轮齿几何形状以获得改进的齿轮齿相互作用。在美国专利No 2,897,765中生产具有修改的椭圆节面曲线的齿轮，其中，与实际椭圆相比，节面曲线在长轴和短轴附近更靠近齿轮的中心，从而减轻齿轮压力。然而，齿轮齿在长轴附近比在短轴附近更宽和更高以增加齿的强度并减小齿的数量。

随着技术的进步，更精密的齿轮齿廓和节面曲线已经展开以产生椭圆形渐开线齿。例如，美国专利No 4,036,073说明了一种椭圆齿轮，其中齿轮齿具有变化的工具压力角，使得可以通过滚齿机构产生齿轮，所述滚齿机构使齿轮坯料相对于滚齿机齿条沿两个轴平移。然而，除了需要精密的滚齿机之外，在长轴和短轴处和在所述长轴和短轴附近的齿具有用于防止底切的较宽的齿尖。美国专利No 5,545,871说明了一种修改的椭圆齿轮，其中节面曲线相对于实际椭圆齿轮在长轴与短轴之间在曲线的多个部分处凸起。使用计算机设计系统，模拟滚齿的方法用于根据修改的椭圆节面曲线的较小尺度变型生成椭圆形渐开线形齿。