专利名称：用于流体计量装置的渐开线齿轮齿的制作方法
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
5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 齿条垂直平移枉料，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。最后，已经发展了避免使用渐开线齿的其它齿轮设计，以试图获得改进的齿轮性 能。在美国专利No 6，048，186中，产生具有修改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。齿轮齿具有面对长轴的渐开线形表面 和面对短轴的摆线齿轮形表面，从而防止与捕获相关联的问题并防止齿轮没有啮合。同样， 其它设计完全避免了渐开线齿轮齿的使用。美国专利No 6，644，947避免了渐开线齿轮齿 的使用，并且说明了椭圆齿轮，其中齿轮齿具有“波形齿”图案。齿的头部由具有第一半径 的弧形成，并且齿根由具有第二半径的弧形成。这种设计产生平坦的齿轮齿表面，所述齿轮 齿表面减少滑动，但既不是椭圆形渐开线也不是圆形渐开线。上述齿轮设计说明了齿轮齿接触面在避免流体计量装置中的诸如齿根的底切、齿 面的划痕、对防止流体捕获在齿之间的旋转的阻力、通过啮合齿的流体的泄漏和类似问题 的性能问题的重要性。然而，这种设计通常要在齿轮齿接触面和制造参数的一个或多个性 能参数之间进行权衡。例如，可以更加容易地制造非渐开线齿轮齿，但是在齿轮齿之间产生 相对角速度，从而产生滑动和咔嗒声，所述滑动和咔嗒声产生齿磨损和噪音。因此，需要一 种用于椭圆齿轮的改进的齿轮齿设计，尤其需要在流体计量装置中使用的椭圆齿轮的改进 的齿轮齿设计。

发明内容
本发明涉及一种在流量计中使用的椭圆齿轮组。所述齿轮组包括第一齿轮和第二 齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮彼此相同，并被构造成在固定的中心到中心的距离处 啮合，使得第一齿轮和第二齿轮在所有角位置处啮合。椭圆齿轮组中的每一个齿轮都包括 毂和多个齿轮齿。毂包括椭圆主体，所述椭圆主体具有延伸通过毂的中心的长轴和短轴； 和齿根齿廓壁，所述齿根齿廓壁外接长轴和短轴。多个齿轮齿从齿根齿廓壁延伸。齿轮齿 中的每一个都具有一对接触表面，所述接触表面具有圆形渐开线曲线齿廓。


图1显示使用本发明的具有渐开线齿轮齿的椭圆齿轮的手持式流体分配装置的 立体图；图2显示示出了图1的手持式流体分配装置的后视分解图，其中示出了使用本发 明的齿轮的计量机构；图3显示示出了图1的手持式流体分配装置的前视分解图，其中示出了使用本发 明的齿轮的计量机构；图4显示图1的手持式流体分配装置的横截面图，其中流量计量机构包括具有本 发明的渐开线齿的椭圆齿轮；图5显示当设置在图4的流量计量机构的齿轮箱中的具有渐开线齿轮齿的椭圆齿 轮的顶视图；以及图6显示示出了对于制造具有本发明的渐开线齿轮齿的椭圆齿轮的方法的图。
具体实施例方式图1显示手持式流体分配装置10的立体图，在所述手持式流体分配装置中，在流 体计量机构中使用具有本发明的渐开线齿轮齿的椭圆齿轮。分配装置10包括平台12、罩 14、高压液力耦合器16、分配管18、扳机杆20、用户接口 22和显示器对。分配装置10允许 以适当的方式将储存在大容量容器中的流体以小量体积分配。例如，在一个实施例中，分配 装置10包括在润滑油店中使用以将少量润滑油从储存桶输送到车辆发动机的仪表。耦合 器16通过流体处理软管(未示出)连接到大容量容器，例如可使用气动泵对所述流体处理 软管加压。软管的长度能够使装置10便利地到达实际上不能移动大容量容器的地方。分 配管18被构造成容易地定位在诸如发动机曲轴箱的小体积容器的开口中，测量好的量的 流体将被分配到所述开口中。操作者使扳机杆20移动以打开平台12中的阀并在分配管18 处将流体从大容量容器分配到小体积容器。连接到罩14内的电子设备和流体计量机构的 用户接口 22和显示器M允许操作者监测由装置10分配的流体的体积。接口 22、显示器 24和电子设备还允许装置10处理任务单、收集账单和库存数据、与中央控制系统通信、以 及执行其它类似的功能。流体计量机构包括贯穿流动通过装置10的流体以确定流体的体积流量的容积式 测量装置。具体地，流量计量机构包括在流体的压力下抵靠彼此滚动的一对互相啮合的椭 圆齿轮。齿轮沿本发明的渐开线齿轮齿相互接触，从而尤其抑制流体通过椭圆齿轮泄漏并 有助于使流体计量机构平稳操作。图2和图3显示图1的分配装置10的分解图。图2显示了装置10的后视图，其 中示出了密封保持阀沈、流量计观和扳机释放件30。图3显示装置10的前视图，其中示 出了罩14、流量计观、扳机释放件30、电池31和螺线管32。包括旋转紧固件33、过滤器34 和软管笼罩35的液力耦合器16连接到平台12的手柄部分36。具体地，紧固件33上的外 螺纹在手柄部分36内与高压流体通道39的内螺纹啮合。手柄部分36包括防止扳机20和 阀沈的意外致动的扳机保护件37，所述扳机保护件包括衬垫38A和38B。包括阀筒40、阀 杆42和阀弹簧44的阀沈定位在平台12中以中断通道39与管18之间的流动。流量计28包括齿轮46、罩48和紧固件49。齿轮46定位在齿轮箱50中以接合在耦合器16与阀26 之间流动的流体。齿轮箱50被罩48密封，所述罩被紧固件49固定。包括走动杆51、弹簧 52、套环53和轴承M的扳机释放件30定位在孔55中，走动杆51在所述孔的基部处连接 到扳机杆20。扳机杆20通过扳机销56连接到走动杆51以形成枢转连接，所述枢转连接由 保护件57封闭在平台12内。保护件57包括易碎突起部58，所述突起部一旦安装，则必须 被破坏以从平台12移除保护件57。扳机杆20从销56在手柄部分36与扳机保护件37之 间延伸通过平台12，从而沿此路径接合阀杆42。包括喷嘴60和耦合器61的分配管18连 接到平台12内的低压流体通道62。具体地，耦合器61上的外螺纹与低压流体通道62内的 内螺纹啮合。扳机杆20致动密封保持阀沈以允许在流量范围内分配流体；扳机杆20移动得越 多，在管18处分配得流体越多。扳机杆20可以使用扳机锁63和锁簧64保持在致动位置， 使得阀沈保持打开，所述扳机锁63和锁簧64通过销65连接到扳机杆20。扳机锁63接 合棘轮板66，所述棘轮板在销56处连接到扳机杆20。装置10的阀沈的尺寸被形成为分 配诸如大约14gpm(每分钟加仑)[ 8836cc/s(每秒立方厘米)]或以上的高体积流体输 出，所述高体积流体输出通常使用高流体压力获得。高流体压力能够使分配装置10更快速 地分配流体以节省时间，并且更容易地分配高粘性流体。与仪表电子设备结合，扳机释放件 件30在已经分配设定量的流体之后通过使扳机杆20失效来防止过分配，并且通过保持扳 机杆20失效直到接收新的任务单而防止未授权。此外，与仪表电子设备结合，流量计观监 测流体流动通过阀沈的速度以允许通过扳机杆20的致动精确地分配精确量的流体。流量 计26的齿轮46包括本发明的渐开线齿轮齿，所述齿轮齿降低泄露并在宽范围分配速度上 产生流动通过流量计洲的更均勻的流动。流体分配装置10协调计量分布的使用和分配控 制机构以减少废弃流体和其它库存损耗源。图4显示沿图1的部分5-5截得的流体分配装置10的横截面，其中流量计观的齿 轮46设置在平台12内的齿轮箱50中。分配装置10包括平台12、罩14、液力耦合器16、分 配管18、扳机杆20、用户接口 22、显示器M、密封保持阀沈、流量计观、扳机释放件30和电 子设备68。阀沈包括阀筒40、阀杆42和阀弹簧44。流量计观包括齿轮46和罩48。扳 机释放机构30包括螺线管32、走动杆51、释放弹簧52、套环53、轴承M、扳机销56、柱塞销 70、螺线管壳体72、颈状部74、和柱塞孔76。平台12包括具有高压流体通道39的手柄部分36、和具有低压流体通道62的分 配部分86 (所述低压流体通道在图4中由虚线示出，并且在图3的分配部分86的后面是可 见的)。高压流体通道39通过阀沈与低压流体通道62流体连通以将流体从耦合器16引 导到分配管18。高压流体通道39在手柄部分36内在中心延伸通过平台12并与阀沈相 交。低压流体通道62平行于高压流体通道39从阀沈正切地延伸，通过孔55到达分配管 18。液力耦合器16通过螺纹啮合连接到流体通道39的上游端。流量计观的齿轮46设置 在定位于通道39的中间部分中的齿轮箱50内。齿轮箱50被盖48遮盖和密封。密封保持 阀26和扳机释放件30分别设置在孔82和55中，所述孔82和55延伸到平台12中。阀孔 82近似横向延伸到平台12中以与高压流体通道39近似垂直相交。孔82的上部连接到通 道39的下游端，而孔82的下部连接到通道62的上游端。释放孔55与流体通道39的垂直 方向偏移大约五度而延伸到平台12中。释放孔55没有与高压流体通道39或低压流体通道相交。释放孔阳的上部包括形成阀座84的用于容纳螺线管32的螺纹沉孔。释放孔55 的中间部分的尺寸被形成为可滑动地容纳释放弹簧M和套环53。释放孔55的下部的尺寸 被形成为仅可滑动地容纳走动杆51。耦合器61连接到通道62的下游以引导来自装置10 的流体通过分配管18。阀沈定位在孔82内以调节通道39与通道62之间的流动。在阀弹簧44插入到 阀杆42中，并且阀杆42插入到阀筒40中的情况下，阀筒40上的外螺纹68通过螺纹连接 到平台12中的孔82内。如此插入之后，阀弹簧44接合平台12中的孔82的死端并被压 缩，以将阀杆42偏压向阀筒40。阀筒40包括唇状部86，所述唇状部接合阀杆42上的唇状 部以防止阀杆42通过阀筒40。阀杆42的致动部分88从孔82延伸通过阀筒40以接合扳 机杆20。可在通过引用在此并入的题目为“SEAL-RETAINING VALVE FOR FLUID METERING DEVICE(用于流体计量装置的密封保持阀)，，的共同待审申请中得到对分配阀沈的进一步 说明。扳机释放件30包括螺线管32、走动杆51、弹簧52、套环53、轴承M和柱塞销70、 螺线管壳体72、颈状部74和柱塞孔76，并且被构造成在阈值量的流体已经通过流量计28 之后使扳机杆20失效。螺线管32安装到平台12的顶部，使得柱塞销70可伸出到释放孔 55中以接合走动杆51。螺线管壳体72的颈状部74通过螺纹连接到释放孔55中，使得螺 线管壳体72从平台12向上延伸，并且柱塞孔76与释放孔55对准。柱塞销70从柱塞孔76 伸出以可释放地接合走动杆51的套环53。走动杆51延伸通过孔55以在第一端与柱塞销 70接合、在第二端与扳机杆20接合。具体地，在第一端，套环53的孔90内的轴承M接合 柱塞销70，并且在第二端，销56延伸通过走动杆51和扳机杆20。扳机杆20大致从销56 横向延伸以接合阀26。扳机锁63在销65处连接到扳机杆20，并且棘轮板65在销56处连 接到扳机杆20。扳机释放机构30选择性地将扳机杆20连接到平台12以为扳机杆20的致 动提供固定枢转点。可在通过引用在此并入的题目为“TRIGGER RELEASE MECHANISM FOR FLUID METERING DEVICE (用于流体计量装置的扳机释放机构)，，的共同待审申请中得到对 扳机释放件30的进一步说明。流量计28在液力耦合器16与分配阀沈之间定位在通道39内。流量计28通常 包括一组容积式齿轮46，所述齿轮通过来自耦合器16的加压流体的流动而在齿轮箱50中 旋转。每一个齿轮46都包括传感器或磁体92，可通过定位在盖48内的电子设备94检测所 述传感器或磁体的位置以确定齿轮46的转速。盖48连接到电子设备68，使得可以将齿轮 46的转速转换成通过高压流体通道39的流体的体积流量。相对于图5进一步说明了流量 计28。图5显示当设置在流量计28的齿轮箱50中时具有渐开线齿轮齿95的椭圆齿轮 46的顶视图。齿轮箱50包括在高压流体通道39的多个部分之间形成到平台12中的大致 椭圆形室。齿轮箱50被壁96包围，所述壁包括用于容纳紧固件49以固定盖48(图2)的 孔98。齿轮46A和46B包括具有各自的中心轴线100A和100B的相同的椭圆形毂主体99A 和99B，每一个齿轮的短轴和长轴都延伸通过所述中心轴线。齿轮齿95从中心轴线100A和 100B径向从毂主体99A和99B延伸，并且磁体92平行于中心轴线100A和100B延伸通过毂 主体99A和99B。齿轮46A和齿轮46B在其各自的中心轴线100A和100B处通过轴颈连接 在齿轮箱50内。因此，可允许齿轮46A和46B分别在齿轮箱50中绕中心轴线100A和100B
9自由地旋转，并且中心轴线100A与100B之间的距离⑶是固定的。齿轮46A和46B被定向成使得当长轴中的一个垂直于通道39时齿轮的长轴(以 及齿轮的短轴)将相互垂直。此外，当长轴相互平行且短轴相互平行时，长轴和短轴中的每 一个都将相对于通道39倾斜。如此定向之后，当齿轮绕其各自的中心轴线旋转时，齿轮46A 和46B保持恒定接触，从而当所述齿轮旋转并接合壁96时形成进入室102A、排出室102B和 过渡室102C。当齿轮46A和46B在齿轮箱50内旋转时，长轴附近的齿轮齿95以平齐的方 式倚靠在壁96的弓形部分上。此外，齿轮46A的齿轮齿95啮合齿轮46B的齿轮齿95以形 成用于抑制齿轮46A与46B之间的流体的紧密密封。阀沈的打开和关闭(图4)在齿轮46A和46B的两端产生压降，使得流体流动通 过齿轮箱50。来自液力耦合器16(图1)的高压流体从通道39的上游部分(图5中的最右 侧)进入齿轮箱50的进入室102A。相对低压流体从通道39的下游部分(图5中的最左 侧)离开齿轮箱50的排出室102B。由于流体在齿轮46A和46B上的压力的力平衡，高压流 体的流动使齿轮46A逆时针旋转，而使齿轮46B顺时针旋转(由图5中的箭头所示)。具 体地，对于图5中所示的定向，因为齿轮46B沿其长轴被等同地暴露给高压流体，因此进入 室102A中作用在齿轮46B上的流体压力产生关于中心轴线100B的近似中立的力平衡，其 中所述齿轮46B被定向成其长轴垂直于高压流体的流动方向。然而，因为齿轮46A仅沿其 长轴的一半被暴露给高压流体，因此作用在齿轮46A上的流体压力产生关于中心轴线100A 的逆时针方向的扭矩，其中所述齿轮46A被定向成其长轴平行于高压流体的流动方向。通 过齿轮齿95的接触面，齿轮46B沿顺时针方向旋转。因此，排出室102B中的流体通过通道 39的下游部分被推向分配管18 (图4)，过渡室102C通向并变成排出室102B，使得过渡室 102C内的流体能够全都流入到通道39的下游部分中，并且进入室102A内的流体绕中心轴 线100B推齿轮46B，使得进入室102A内的流体被捕获在齿轮46B与壁96之间的新过渡室 内。当齿轮46A和46B继续旋转时，高压流体通过从进入室102A移动到壁96与齿轮46A 或46B中的任一个之间的过渡室并移动出排出室102B而被推动通过齿轮箱50。齿轮46A和46B绕中心轴线100A和100B的旋转使磁体92沿轨道绕中心轴线100A 和100B运行。齿轮46A和46B的上表面近似与壁96的上表面平齐。因此，盖48接近毂 主体99A和99B以及磁体92放置在壁96上。电子设备94(图4)集成到盖48中，并包括 诸如舌簧开关或霍尔效应传感器的近程式传感元件，所述近程式传感元件能够检测磁体92 的存在。具体地，设置在每一个毂主体99A和99B中的一对磁体92被定向成每一个磁体的 磁极在相反的方向上。因此，当齿轮46A和46B旋转时，在通过电子设备94的每一对磁体 之间产生磁场。传感元件能够记录磁场的振荡并产生与每一个齿轮46A和46B的转速有 关的输出。在本发明的其它实施例中，可使用如本领域所公知的其它类型的近程式传感器。 电子设备94连接到电子设备22 (图4)，并且包括能够将电子设备94的输出转换成适于在 显示器M(图1)上表示的信号的部件和软件。例如，电子设备22被校准以确定对于齿轮 46A和46B的每一转来说有多少流体流通过齿轮箱50，并且在显示器M上指示相对应的体 积流量信号。流量计观的校准取决于齿轮齿95最佳地进行啮合使得流动通过齿轮箱50的几 乎所有流体有助于齿轮46A和46B的旋转而不是在齿轮46A与46B之间或在所述齿轮的上 方通过的能力。本发明的渐开线齿轮齿95提供在齿轮46A与46B之间有助于齿轮46A和
1046B的旋转的接触面。可从被选择的节面曲线得到渐开线齿轮齿95以产生齿轮46A和46B。 齿轮46A和46B中的每一个上的节面曲线被定义为齿轮46A上的齿轮齿接触齿轮46B上的 齿轮齿95所沿的曲线，并且表示如果齿轮46A和46B仅仅是没有齿的椭圆形则抵靠彼此滚 动所沿的曲线。齿轮46A具有从中心轴线100A到节面曲线相交的节点的半径R1。同样地， 齿轮46B具有从轴线100B到节面曲线相交的节点的半径R2。半径Rl和R2沿距离CD下降 并且具有基于齿轮46A和46B的角位置的变化的长度。最小长度沿短轴，而最大长度沿长 轴。距离⑶总是等于Rl加R2，因此，齿轮46A和46B的节面曲线是相同的。CD = R1+R2 公式[1]齿轮46A和46B沿距离⑶在节点处相互作用，每一个齿轮的节面曲线的交点在Rl 和R2处。如此，齿轮46A的长轴总是在齿轮46B的短轴处与齿轮46B相互作用。因此，当 每一个齿轮持续减速并使速度适应另一个齿轮的速度时，齿轮46A和齿轮46B的角速度变 化。齿轮的速度差使较快移动的齿轮推动较慢移动的齿轮，从而从通过流量计观的流体流 获得能量。通常产生具有非渐开线齿轮齿的齿轮46A与齿轮46B之间的紧密接触产生对齿 轮46A和46B的旋转更大的阻力，这在齿轮箱50两端产生更大的压降。齿轮46A和46B的 难以旋转将使得当流体试图使齿轮旋转时更多的能量被耗散。通过流体流将要旋转的齿轮 的阻力产生泄露，其中流体发现通过齿轮箱50的其它路径，例如在齿轮46A与46B之间或 在所述齿轮上方。另外，当通过流量计的体积流量增加或减小时，流量计的泄露变化。本发明的渐开线齿轮齿95在宽范围的流体流量上导致齿轮46A和46B的更平稳 的旋转、啮合齿轮齿95之间的更好滚动、以及齿轮46A和46B的更大的可制造性，并且提高 齿轮的寿命。例如，齿轮46A的渐开线齿轮齿95保持与齿轮46B上的其相应的啮合齿轮齿 相互作用，而不管齿轮的角位置，从而防止流体在齿轮之间移动。此外，渐开线齿轮齿95抵 靠其啮合齿平稳滚动，这减少了旋转齿轮所需的流体能量并防止流体泄露。图6显示示出了用于设计本发明的具有渐开线齿轮齿95的椭圆齿轮46A和46B 的方法的图。图6显示被展开的齿轮46A，其具有用于生成齿95的渐开线齿廓的对应曲线。 齿轮46A包括包围中心轴线100A的毂主体99A。齿轮齿95A、95B、95C和95D绕毂主体99 定位，并从中心轴线100A径向延伸。每一个齿轮齿具有由该齿轮齿沿节圆齿廓曲线PP的 位置确定的自定义渐开线齿廓。例如，齿95C从中心轴线100A沿与长轴成θ角的角度的 节圆半径Rl径向延伸。可由被选定用于齿轮46Α的节面曲线确定节圆半径R1。在本发明 的一个实施例中，齿轮46Α的节圆齿廓曲线PP由以下公式定义Rl(@)=邓-⑷]公式[2]
l-(￡)cos(20)S和E是分别表示节圆齿廓曲线PP的尺度和偏心率的常数，并且根据设计要求选 择S和E。因此，沿节圆齿廓曲线的每一个点都具有由公式[2]定义的极坐标(R1，Θ)。在 Faydor L Litvin 禾口 Alfonso Fuentes 的 “Gear Geometry and Applied Theory，，(第二 版)中更加详细说明了这种曲线。使用例如在市场上可买到的用于在计算机工作站上使用的计算机辅助设计(CAD) 软件程序生成并绘制节圆齿廓曲线PP。然后将节圆齿廓曲线PP分成偶数个相等的倾斜段， 所述倾斜段每一个都用于生成齿廓。具体地，用选定的齿数去分360度节圆齿廓曲线PP的 周边。基于设计考虑选择齿的数量，且更多齿数可产生更平稳的相互作用。选择偶数齿数，使得每一个齿轮齿将与啮合齿轮上的相同的啮合齿相互作用。半径线被绘制成穿过每一段 的中心，并且基准点(datum point)设置在半径线与节圆齿廓曲线PP的交点处。例如，绘 制齿轮齿95C的半径线RL，并且基准点DP设置在半径线RL与节圆齿廓曲线PP的交点处。 从基准点，由公式[2]定义的节圆齿廓曲线PP用于为每一段确定节圆半径。例如，基准点 DP用于为齿轮齿95C确定节圆半径R1。每一段的节圆半径Rl则用于确定基圆。圆齿轮的渐开线齿轮齿具有与当不可延 伸线的端部从基圆展开时所述不可延伸线的端部移动的路径相对应的形状。由于有助于齿 轮齿的滚动的齿轮齿廓，因此由渐开线齿轮齿驱动的齿轮具有恒定的相对角速度。如所公 知的，由齿轮的中心到中心的距离和齿轮的压力角确定一对圆齿轮的基圆。中心到中心的 距离被定义为每一个齿轮的节圆的半径的总和，并因此等价于公式[1]。压力角θ是形成 在与节面曲线相切的穿过节点的线与啮合齿轮之间的作用线之间的角度，如传统所限定。 压力角是本领域所公知的设计考虑，并且通常在齿强度与扭矩传递能力之间进行平衡。每 一个圆齿轮的基圆的半径Rbl和此2则由节圆半径Rl和R2与压力角θ的关系通过以下 公式来确定Rbl = Rl (cos θ ) 公式[3]Rb2 = R2 (cos θ ) 公式[4]
权利要求
1.一种在流量计中使用的椭圆齿轮组，所述齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述第 一齿轮和所述第二齿轮彼此相同，并被构造成在固定的中心到中心的距离啮合，使得所述 第一齿轮和所述第二齿轮在所有角位置处啮合，所述椭圆齿轮组中的每一个齿轮都包括毂，包括椭圆主体，所述椭圆主体具有延伸通过所述毂的中心的长轴和短轴；和齿根齿廓壁，所述齿根齿廓壁外接所述长轴和所述短轴；和多个齿轮齿，所述多个齿轮齿从所述齿根齿廓壁延伸，每一个所述齿轮齿都具有一对 接触表面，所述接触表面具有圆形渐开线曲线齿廓。
2.根据权利要求1所述的椭圆齿轮组，其中，所述第一齿轮上的每一个齿的圆形渐开 线曲线齿廓由具有半径Rbl的基圆生成，所述半径Rbl由从所述中心在角位置Θ处具有节 圆半径Rl的修改的椭圆形节面曲线获得。
3.根据权利要求2所述的椭圆齿轮组，其中，所述修改的椭圆形节面曲线由以下极坐 标公式定义糊l-(￡)cos(20)其中，S和E是分别表示所述节面曲线的尺度和偏心率的常数。
4.根据权利要求3所述的椭圆齿轮组，其中，所述基圆的半径Rbl利用所述修改的椭圆 形节面曲线由以下公式的关系定义Rbl = Rl (cos θ )CD = R1+R2C =磁)CD其中，CD是所述第一齿轮和所述第二齿轮的中心到中心的距离，θ是在所述第一齿轮 和所述第二齿轮之间的接触面处的啮合齿之间的压力角，R2是所述第二齿轮在与所述第一 齿轮的接触面处的节圆半径，而Rb2是所述第二齿轮上的基圆在与所述第一齿轮的接触面 处的半径。
5.根据权利要求1所述的椭圆齿轮组，其中，每一个齿的中心到中心的间距绕整个所 述修改的椭圆形节面曲线是相等的。
6.根据权利要求1所述的椭圆齿轮组，其中，每一个齿轮齿的中心线沿从所述毂的中 心延伸的半径定向。
7.一种用于分配加压流体的手持式流量计量装置，所述装置包括平台，所述平台具有用于容纳所述加压流体的内流体通道；阀，所述阀延伸到所述内流体通道中以调节通过所述装置的加压流体流；流量计量机构，所述流量计量机构安装到所述平台，并且包括互相啮合的第一椭圆齿 轮和第二椭圆齿轮，所述第一椭圆齿轮和所述第二椭圆齿轮在与所述内流体通道相交的齿 轮箱中固定地安装在所述第一椭圆齿轮和所述第二椭圆齿轮的中心处，所述第一椭圆齿轮 和所述第二椭圆齿轮被构造成在所述加压流体的流动中绕各自的中心旋转以允许流体通 过所述齿轮箱，互相啮合的所述第一椭圆齿轮和所述第二椭圆齿轮中的每一个都包括修改的椭圆形节圆齿廓；和齿轮齿，所述齿轮齿具有一对接触表面，所述接触表面具有圆形渐开线曲线齿廓，所述 圆形渐开线曲线齿廓由修改的椭圆形节圆齿廓得到；和仪表电子设备，所述仪表电子设备安装到所述平台，并且连接到所述流量计量机构以 测量和显示被所述阀分配的、通过所述装置的所述加压流体的体积流量。
8.根据权利要求7所述的手持式流量计量装置，其中，所述第一椭圆齿轮上的每一个 齿的圆形渐开线曲线齿廓由具有半径Rbl的基圆生成，所述半径Rbl由修改的椭圆形节圆 齿廓获得，所述修改的椭圆形节圆齿廓由对于每一个齿轮齿在角位置Θ处具有半径Rl的 曲线限定。
9.根据权利要求8所述的手持式流量计量装置，其中，所述修改的椭圆形曲线齿廓由 以下极坐标公式定义
10.根据权利要求9所述的手持式流量计量装置，其中，所述基圆的半径Rbl利用所述 修改的椭圆节面曲线由以下公式的关系定义
11.根据权利要求7所述的手持式流量计量装置，其中，所述齿轮齿绕整个所述修改的 椭圆形节面曲线具有相等的中心到中心的间距，并且每一个所述齿轮齿的中心线沿从所述 齿轮的中心延伸的半径定向。
12.根据权利要求7所述的手持式流量计量装置，还包括扳机杆，所述扳机杆安装到所述平台，并且被构造成打开所述阀；磁体，所述磁体连接到每一个齿轮；和电子开关，所述电子开关与所述齿轮箱相邻地安装到所述平台以与仪表电子设备相互 作用，其中，所述仪表电子设备连接到所述电子开关以检测所述磁体的移动，使得能够根据 所述齿轮的旋转测量被所述扳机杆分配的通过所述阀的加压流体的体积流量。
13.根据权利要求12所述的手持式流量计量装置，还包括连接到所述扳机杆和所述仪 表电子设备的扳机释放机构，所述扳机释放机构被选择性地致动，从而当所述扳机杆移动 时以机械的方式防止所述扳机杆打开所述阀。
14.一种用于在椭圆齿轮上生成渐开线齿轮齿的方法，所述方法包括以下步骤绘制具有修改的椭圆形齿廓的节面曲线；对于沿所述节面曲线的齿轮齿位置由所述修改的椭圆形齿廓确定节圆半径；从所述节圆半径确定基圆半径；绘制具有所述基圆半径的基圆；和从所述基圆绘制一对圆形渐开线曲线以为在所述齿轮齿位置处的齿轮齿形成齿廓。
15.根据权利要求14所述的生成渐开线齿轮齿的方法，其中，所述节圆半径和所述基 圆半径从所述节面曲线的中心径向延伸。
16.根据权利要求15所述的生成渐开线齿轮齿的方法，其中，所述节面曲线由以下极 坐标公式定义
17.根据权利要求16所述的生成渐开线齿轮齿的方法，其中，所述基圆的半径Rbl利用 所述节面曲线由以下公式的关系定义
18.根据权利要求17所述的生成渐开线齿轮齿的方法，其中，所述节面曲线被分成偶 数个齿轮齿段，用于确定沿所述节面曲线的齿轮齿位置，并且对于每一个齿轮齿位置重复 生成节圆半径的步骤、生成基圆半径的步骤、绘制基圆的步骤、和绘制一对圆形渐开线曲线 的步骤，以为多个齿轮齿形成齿廓。
19.根据权利要求18所述的生成渐开线齿轮齿的方法，还包括以下步骤使用计算机辅助设计软件为每一个齿轮齿齿廓生成所述节面曲线、所述节圆半径、所 述基圆半径、所述基圆和所述一对圆形渐开线曲线；生成连接所述齿轮齿齿廓的齿根齿廓和齿尖齿廓以形成椭圆形齿轮齿廓；以及生成表示所述椭圆齿轮齿廓的一组机器可读坐标。
20.根据权利要求19所述的生成渐开线齿轮齿的方法，还包括以下步骤使用EDM方 法由所述一组坐标生成注射成型腔。
全文摘要
本发明公开了一种在流量计(28)中使用的椭圆齿轮组(46)，所述齿轮组包括第一和第二齿轮(46A，46B)，所述第一齿轮和所述第二齿轮彼此相同，并被构造成在固定的中心到中心的距离(CD)处啮合，使得第一和第二齿轮(46A，46B)在所有角位置处啮合。椭圆齿轮组(46)中的每一个齿轮都包括毂和多个齿轮齿(95)。毂包括椭圆主体(99A，99B)，所述椭圆主体具有延伸通过毂的中心(100A，100B)的长轴和短轴；和齿根齿廓(RP)壁，所述齿根齿廓壁外接长轴和短轴。多个齿轮齿(95)从齿根齿廓(RP)壁延伸。齿轮齿(95)中的每一个都具有一对接触表面，所述接触表面具有圆形渐开线曲线齿廓(IC1，IC2)。
文档编号G01F15/00GK102124309SQ200980132329
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月22日 优先权日2008年6月20日
发明者戴维·L·布里泽尔, 约翰·C·霍尔曼, 马克·L·鲍克 申请人:格瑞克明尼苏达有限公司