CN101240837B - 差速器中的导轨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可使扭矩脉动率为零、导轨曲面的应力分布均匀的差速器中的导轨，包括：圆环体，圆环体的内壁上设置有N个结构相同、且相互衔接的导向曲面，每个导向曲面由两个对称分布、且相互衔接的导向弧面构成，导向弧面的母线为直线、且所有素线相互平行，其中的一个导向弧面的导线的极坐标方程式为：R1＝98.1×K(0＜α≤4/N)；R2＝[98.1+0.06425(α-1)²]×K(4/N＜α≤40/N)；R3＝[98.1+0.06425×(18α-99)]×K(40/N＜α≤50/N)；R4＝[98.1-0.06425α²+2.76275α-16.3998]×K(50/N＜α≤86/N)；R5＝111.4×K(86/N＜α≤90/N)。本发明的使用，大大提高了差速器的使用寿命。

Description

差速器中的导轨

技术领域

本发明涉及到螺旋卸料离心机中用于实现螺旋及与转鼓间形成差速转动的差速器，尤其涉及到差速器中的导轨。 

背景技术

液压差速器是螺旋卸料离心机实现螺旋与转鼓间形成差速运动的主要部件之一。通常的机械式差速器结构复杂、加工精度要求高，差转速固定。液压螺旋差速器结构简单、传递扭矩大、差转速无级可调，可充分改善离心机工作转矩的功效执行。在液压螺旋差速器中，核心部件是产生扭矩的内曲线导轨(导轨曲面的导线为曲线)。该部件的设计和性能决定了差速器乃至整个离心机的工作性能和寿命。导轨曲面的形式有很多种，对于不同的导轨曲面类型，液压差速器在运转中柱塞组的位移、速度和加速度不同，导轨曲面上的受力也不同。可以说，曲面的形状直接影响到液压差速器工作的平稳性、效率和寿命。因此，在内曲线液压差速器的设计工作中很大的工作量是在导轨曲面的设计上。一般来说其应该遵循的设计原则是： 

(1)差速器的输出扭矩恒定，即扭矩脉动为零； 

(2)柱塞运动的加速度不能过大，以减少回油背压值； 

(3)加速度的变化比较均匀，以减小惯性力的冲击，降低噪声； 

(4)使导轨以及与其接触的零件受力情况良好，加工方便等。 

目前常见的导轨曲面的母线为直线，其导线有以下几种： 

(1)余弦曲线； 

(2)修正余弦曲线； 

(3)等加速等减速曲线； 

(4)幅角修正等加速等减速曲线； 

(5)等接触应力曲线； 

下面分别来阐述各个导轨曲面类型的特点和优劣：目前国内的内曲线液压马达上的导轨多数采用余弦曲线导轨，这种类型导轨的优点是加工制造比较容易，缺点是液压差速器的输出扭矩和流量有较大的脉动率，而且这个脉动现象是不可避免的，另外柱塞所受的反力也比较大，这样就缩短了液压差速器的使用寿命。修正余弦曲线导轨在一定程度上减小了余弦曲线导轨的一些缺点，但是并不能完全消除。等加速等减速曲线导轨的特点是可以使得柱塞在径向运动的时候做到等加速等减速运动。因此，该类曲线如果设计合理，再配以合适的柱塞数和作用次数就可以在理论上使得液压差速器的流量脉动和输出扭矩完全平稳，也即脉动率为零。在柱塞一个行程上(去程或回程)，等加速等减速导轨曲面由五段单独曲面组成，按照柱塞运动经过的顺序，其分别是零速段、等加速段、匀速段，等减速段和零速段。因此，等加速等减速导轨曲面在加工制造上存在一定的困难，这也是该类导轨比较突出的缺点。等加速等减速导轨曲面另外一个比较突出的缺点是导轨曲面所受的应力分布很不均匀，其在加速段的起点位置受到的柱塞冲击力很大，长时间工作的情况下容易造成导轨表面上产生蚀点，进而影响差速器的使用寿命。幅角修正等加速等减速曲面是在等加速等减速曲面的基础上对于几个曲面分段的幅角进行修正，以减小导轨曲面所受的应力。但是幅角修正的方法只适合于某些特定数目的柱塞数和导轨作用次数，对于大多数的柱塞和作用次数组合，并不能使用幅角修正法来改善导轨的应力状况，否则会造成输出扭矩产生脉动。等接触应力导轨曲面的设计和前面几种导轨的设计方式不同，其不是根据柱塞的运动速度来分析设计的，而是通过计算在柱塞行程中导轨的受力情况来确定导轨的导线曲线方程，这种导轨曲面的特点是导轨表面的应力分布均匀，因此可以大大提高导轨乃至整个液压差速器的使用寿命，而且差速器的运行噪声比较小。但是，其突出的缺点是液压差速器的输出扭矩有较大的脉动，低速稳定性不够好。 

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提供一种可使扭矩脉动率为零、导轨曲面的应力分布均匀的差速器中的导轨。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：差速器中的导轨，包括：圆环体，圆环体的内壁上设置有N个结构相同、且相互衔接的导向曲面，每个导向曲面由两个对称分布、且相互衔接的导向弧面构成，导向弧面的母线为直线、且所有素线相互平行，其中的一个导向弧面的导线的极坐标方程式为： 

R1＝98.1×K    (0＜α≤4/N)； 

R2＝[98.1+0.06425(α-1)²]×K    (4/N＜α≤40/N)； 

R3＝[98.1+0.06425×(18α-99)]×K    (40/N＜α≤50/N)； 

R4＝[98.1-0.06425α²+2.76275α-16.3998]×K(50/N＜α≤86/N)； 

R5＝111.4×K  (86/N＜α≤90/N)； 

以上极坐标方程的坐标原点为圆心；α采用角度制，单位为度；K为比例因子，与导轨的尺寸相适应，其取值范围为：0＜K＜∞。 

本发明的有益效果是：构成本发明的导向弧面的导线结合了等加速等减速曲线和等接触应力曲线，在高压油区域使用修正的等接触曲线段，其余的区域使用幅角修正等变速曲线，同时，在加速区域向减速区域过渡的行程段采用补偿曲线，用于弥补两类曲线衔接时造成的流量脉动，使得流量脉动在理论上保持零值。这样，导轨曲面既可以实现理论输出扭矩恒定，也即扭矩脉动率为零，还可以使得导轨曲面的应力分布相对均匀，改善各个部件的受力情况，从而大大提高了液压差速器的使用寿命。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是图1的左视结构示意图； 

图3是图1中A部分的放大结构示意图； 

图1至图3中：1、圆环体，2、导向弧面； 

其中：R1、R2、R3、R4、R5分别为构成导向弧面的五段曲面的导线的极 坐标方程式，坐标原点为圆心O。 

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。 

如图1、图2所示，本发明所述的差速器中的导轨，包括：圆环体1，圆环体1的内壁上设置有四个结构相同、且相互衔接的导向曲面，每个导向曲面由两个对称分布、且相互衔接的导向弧面2构成，导向弧面2的母线为直线、且所有素线相互平行，如图3所示，其中的一个导向弧面的导线的极坐标方程式为： 

R1＝98.1(0＜α≤1)； 

R2＝98.1+0.06425(α-1)²(1＜α≤10)； 

R3＝98.1+0.06425×(18α-99)(10＜α≤12.5)； 

R4＝98.1-0.06425α²+2.76275α-16.3998(12.5＜α≤21.5)； 

R5＝111.4(21.5＜α≤22.5)； 

这里给出的是0度到22.5度的方程，22.5度到45度为0度到22.5度的对称形式；R1至R5的单位为毫米，公差为±0.2毫米；坐标原点为圆心O；α采用角度制，单位为度。 

构成本发明的导向弧面的导线结合了等加速等减速曲线和等接触应力曲线，在高压油区域使用修正的等接触曲线段，其余的区域使用幅角修正等变速曲线，同时，在加速区域向减速区域过渡的行程段采用补偿曲线，用于弥补两类曲线衔接时造成的流量脉动，使得流量脉动在理论上保持零值。这样，导轨曲面既可以实现理论输出扭矩恒定，也即扭矩脉动率为零，还可以使得导轨曲面的应力分布相对均匀，改善各个部件的受力情况，从而大大提高了液压差速器的使用寿命。 

Claims (1)

1.差速器中的导轨，包括：圆环体，圆环体的内壁上设置有N个结构相同、且相互衔接的导向曲面，其特征在于：每个导向曲面由两个对称分布、且相互衔接的导向弧面构成，导向弧面的母线为直线、且所有素线相互平行，其中的一个导向弧面的导线的极坐标方程式为：

R1＝98.1×K    (0＜α≤4/N)；

R2＝[98.1+0.06425(α-1)²]×K    (4/N＜α≤40/N)；

R3＝[98.1+0.06425×(18α-99)]×K  (40/N＜α≤50/N)；

R4＝「98.1-0.06425α²+2.76275α-16.3998]×K  (50/N＜α≤86/N)；

R5＝111.4×K  (86/N＜α≤90/N)；

以上极坐标方程的坐标原点为圆心；α采用角度制，单位为度；K为比例因子，其取值范围为：0＜K＜∞。

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