專利名稱：容積型流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及容積型流量計，具體地說，涉及一種其計量室內一對相互嚙合轉動的轉動體，為轉矩相等且轉矩之和恒定的斜齒齒輪的容積型流量計。
目前，大多數用齒輪作為轉動體的容積流量計，為非圓形齒輪流量計(商品名橢圓形流量計)，羅茨式流量計，以及雙轉子流量計等等。非圓形齒輪流量計是公知的一種典型的容積型流量計，和它的名字一樣，它用一對同型的非圓型齒輪作為轉動體，利用流體的差壓相互嚙合，使驅動力由主動到從動往復變化而轉動，從而不再需要液壓控制齒輪，構造簡單，并可對非圓形齒輪進行高精度銑齒，使儀器誤差特性優良，并具有可再現性。
羅茨式流量計的構造是，雙葉的圓包絡線轉子具有預定的位相差，由點接觸而平滑轉動，為了保持該位相差，在轉動體間夾裝有液壓控制齒輪。雙轉子流量計是用三葉和四葉齒數不同的斜齒齒輪作轉動體，且必須使用齒形滑動率為無限大的液壓控制齒輪，其沿該轉動體軸直角方向剖面的齒形曲線，在主動側為從動側節圓上的點畫出的擺線曲線，在從動側為主動側齒輪的外徑上的點畫出的斜擺線曲線。
具有一對齒形的轉動體的容積型流量計的理想形態，若從齒輪形狀方面看，應為齒輪形狀小而理論排出量大，可進行大流量計量，一對齒輪的形狀相同，大小相等，而使其工作容易，不需要液壓控制齒輪而構造簡單，使轉動體可自行轉動。而且，從動動能量方面看，應可利用流體差壓，使轉動體產生相等的轉矩，不產生齒面力，并排出不產生等轉動脈沖的流體。
若從流量計的利用方面看，應能穩定地計量包含淤漿在內的多種被計量流體的流量。
若將具有一對作為轉動體齒輪的原有容積型流量計與上述理想的容積型流量計相比較可知，非圓形齒輪流量計在被測流體的流量恒定，轉動體的面積速度恒定的條件下轉動，會產生不定速轉動。該轉動為脈沖流動的誘因，會產生振動。這種脈動和振動在理論排出量越大時也越大。而且，由于非圓形齒輪是在被測流體內嚙合而轉動的，故不適合計量淤漿類流體。
羅茨式流量計必需裝有液壓控制齒輪，故轉動體構造復雜，而且伴隨有脈動。安裝液壓控制齒輪時，要正確確定轉動體間的位相以進行調整，因在轉動體處設置有齒隙，故正確地調整液壓控制齒輪的位相是相當困難的，需要熟練的技術。而且，為防止滑動接觸的轉動體間產生摩擦，而設置有間隙，然而當間隙較大時，會因有流體漏損而使儀器特性變壞，而間隙過小時，又不能測量淤漿等含有微粒的流體，而不適合用來測量淤漿類流體。
雙轉子流量計的轉動體是一對尺寸彼此不同的斜齒齒輪，由于它具有斜齒齒輪，所以與上述的容量型流量計相比，它的形狀最復雜，制造成本最高，而且還存在有從動側的負荷轉矩為負，而使液壓控制齒輪負擔過重等等問題。
如上所述，原有的容量型流量計，在穩定的流體流過時不能產生穩定的齒輪轉動力矩，且力矩之和為變量，因而不具備理想容積型流量計的最基本特性，不能穩定地計量淤漿類流體。
本發明的目的是提供一種容積型流量計，它不夾裝有液壓控制齒輪，在穩定流量計量時，轉動體力矩相等，無齒面力作用，力矩之和恒定，而且可以穩定地計量淤漿類流體。
權利要求1所述的發明，是一種由計量室內相互嚙合轉動的一對斜齒齒輪作為轉動體的容積型流量計，前述斜齒齒輪在軸直角剖面的齒形曲線為，在齒頂的齒尖附近為圓弧形，在螺距圓附近為漸開線形，在該圓弧形和漸開線形間為余擺線形的連續曲線，與前述漸開線形連續連接的齒底處的前述節圓附近為圓弧形，在齒根側為由余擺線構成的連續曲線，因基本齒形為余擺線，故理論排出量較大，由于余擺線齒形的理論滑動率為無限大，可將所必須的液壓控制齒輪作為設置在余擺線齒輪部分上的滑動為零的圓弧(圓弧齒形)，并利用滑動較小的漸開線齒形而轉動運行，不再需要液壓控制齒輪，利用前述余擺線齒形，可由齒形嚙合部除去淤漿，故也可用于計量淤漿類流體。
權利要求2所述的發明，為前述一對斜齒齒輪的齒長、齒數和沿軸直角方向剖面的齒形曲線均彼此相等，齒長間的扭距為整數個周節，故兩轉動體間沒有能量傳遞，進而可形成無脈動轉動。
圖1為說明本發明的容積型流量計的轉動體齒形的一種實施例的局部剖面圖。
圖2為表示沿圖1所示的斜齒齒輪的軸向展開的嚙合密封線示意圖。
圖3為說明具有圖1所示齒形的轉動體的嚙合狀態的軸直角方向剖面圖。
圖4為說明本發明的容積型流量計的實施例的示意圖。
在圖中1…第一轉動體(O1齒輪)，2…第二轉動體(O2齒輪)，3…O1齒輪的齒尖圓，4…O2齒輪的齒尖圓，5…O1齒輪的節圓，6…O2齒輪的節圓，10～21…雙扭線曲線，30…容積型流量計，31…外殼，32…連接法蘭盤，33、34…端面板，35…螺栓，36…計數部，P…節距點，Ro…齒尖圓半徑，R…節圓半徑，Z…齒數，L…齒長，β…扭轉角。
下面說明本發明的實施形態。
圖1為說明本發明的容積型流量計中轉動體齒形實施形態的部分剖面圖，在圖中，1為第一轉動體(以下稱為O1齒輪)，2為第二轉動體(以下稱為O2齒輪)，3為O1齒輪的齒尖圓，4為O2齒輪的齒尖圓，5為O1齒輪的節圓，6為O2齒輪的節圓，P為節點，Ro為齒尖圓半徑，R為節圓半徑，Z為齒數。
圖1所示的齒形曲線，是由以軸O1為軸、齒尖圓半徑為Ro的斜齒齒輪構成的O1齒輪1，和與O1齒輪1形狀相同大小相等的O2齒輪2處于嚙合狀態時，相對于軸O1、O2呈直角方向的部分剖面圖。O1齒輪1和O2齒輪2，形成有以節圓4、6上的點P1、P2為分界的齒頂和齒根。下面描述O1、O2齒輪1、2的齒形曲線的構成方式。首先，由于O1齒輪1和O2齒輪2形狀相同、大小相等，O1齒輪1上的齒形曲線A1B1C1D1E1F1G1和O2齒輪2的齒形曲線A2B2C2D2E2F2G2相同，故僅用一個O1齒輪1的齒形曲線進行說明。
在表示齒頂齒形曲線A1B1C1D1E1P1的曲線中，曲線A1B1是半徑為齒尖圓半徑Ro的齒尖圓弧，曲線B1C1是中心位于節圓上半徑為R的圓弧齒形，曲線C1D1是由點E1畫出的動態半徑為Rc1(詳見下述)的余擺線，曲線D1P1是由動態半徑Rc3(詳見下述構成)的壓力角為α的漸開線。
齒根齒形曲線為E1F1G1H1構成的曲線，其中曲線P1E1是與前述D1P1連續的壓力角為α的漸開線，曲線E1F1為與前述圓弧曲形B1C1相對應的圓弧齒形，曲線F1G1是動態半徑為Rc2(詳見下述)的由點B1畫出的余擺線，曲線G1H1是半徑為齒底圓半徑(2R-Ro)的圓弧。
在上述齒形曲線中，齒頂中余擺線曲線(C1D1＝C2D2)的動態半徑Rc1和齒根中余擺曲線(F1G1＝F2G2)的動態半徑Rc2，漸開曲線(D1E1＝D2E2)的動態半徑Rc3滿足下述關系式。(數學式1)Rc1=R[(RbR)2+4{1-RbRcos(θ-δ)}]12---(1)]]>且、θb′≤θ≤θaRc2=R[(R0R)2+4(1-R0Rcosθ)]12---(2)]]>且、0≤θ≤θbRc3=R[1+θcos2α(θ+2tanα)]12---(3)]]>且、-θb′≤θ≤θb′在這兒θa=cos-1[{1+(RbR)2-(aR)2}/2RbR]+δ---(4)]]>θb=cos-1[(1+(R0R)2-(aR)2)/2R0R]---(5)]]>δ=invα-inv{cos-1(cosα/RbR)}---(6)]]>θb′=tanα-tan{cos-1(cosα/RbR)}---(7)]]>
由此獲得的O1齒輪1和O2齒輪2的接觸點在靜止座標系中的接觸點軌跡，是節點為P的點線10，11，12，13，P，14，15，16，17，18，19，P，20，21，10構成的雙扭線。
圖2為表示圖1所示的斜齒齒輪軸向方向的嚙合密封線的展可開性示意圖，其中圖2(A)為O1齒輪，圖2(B)為O2齒輪的嚙合密封線的展開圖，O1齒輪和O2齒輪的齒長L相同，且扭轉角β在齒長L之間扭轉為一個周節時滿足關系式(數學式2)tanβ=R2πZ/L]]>在圖中，X1-X1，X2-X2為兩端面。除用標記( )示出的部分之外，其字母依次為圖1中相應字母的假定位置。
這時，流入側壓力P1和流出側壓力P2作用的密封線，為圖中的粗線，即作用于O1齒輪1的轉矩T1和作用于O2齒輪2的轉矩T2相等。而且，即使平行移動固定端面X1-X1，X2-X2時，該作用線也能保持這種關系，所以作用于O1齒輪1和O2齒輪2上的力矩不會發生變化，即有T1＝T2＝常數。由圖中可清楚看出，當齒長間扭轉為整數個周節時，這種關系可以成立。即當i為整數時，亦有(數學式3)tanβ=iR2πZ/L]]>圖T1＝T2＝常數，故T1+T2＝常數，即等速轉動等等時不會有流量脈動。且由T1＝T2＝0可知，齒輪間的出面力為零，故為無負荷運轉。
圖3為說明具有圖1所示齒形的轉動體嚙合狀態的軸直角方向的剖面圖，與圖1中作用相同的部分已用與圖1中相同的標號示出。
圖中的O1齒輪1和O2齒輪2，是明確示出了齒輪整體形狀的齒輪，且為具有與圖1中齒輪的的齒形曲線相同的齒形曲線的斜齒齒輪，在靜止座標上接觸點的軌跡與圖1中點線所示的接觸點軌跡相同。其中，齒尖為圓弧11～12，16～17，圓弧齒形為11～12，15～16，17～18，21～22，且余擺形齒形為直線13～P～14，19～P～20。當這種O1齒輪1，O2齒輪2被用作容積型流量計的轉動體時，可將其裝在具有流體流入口、流出口的殼體中。
圖4為說明本發明的容積型流量計的實施形態的一個實例的示意圖。在圖中，30為容積型流量計，31為外殼體，32為連接法蘭盤，33、34為端面板，35為螺栓，36為計數部。
圖4為容積型流量計的主體，如圖3所示的一對彼此嚙合的斜齒齒輪，O1齒輪1和O2齒輪2作為轉動體，裝在具有流入、流出側(圖中未示出)法蘭盤32的殼體31的計量室31a內，以可轉動方式支承在端面板33、34上，該轉動體的齒尖圓具有微小間隙，且流入側在與轉動體軸成直角方向具有開口32a，并且如圖所示，在第一、第二轉動體1、2的一側方，通過磁耦合器(未示出)等等，將轉動體1的軸轉動傳遞到液密性的外部，驅動計數部36進行流量運算，流量顯示，以及流量信號傳遞等等運作。
本申請人在實驗中，首取煤粉和重油的混合燃料為COM進行過計量試驗，當用原有齒輪，比如說橢園齒輪為轉動體的容積型流量計時，會在煤粉嚙嵌入轉動體之間的一瞬間停止運轉。與此相對比的是，當采用齒形為如圖4所示的本發明的斜齒齒輪，其沿與軸成直角方向剖開的剖面齒形曲線，即余擺線曲線的一部分是由圓弧齒形和漸開線齒形構成的轉動體的容積型流量計時，便可長時間地進行正常的連續計量，而不會發生異常。故可以推定，在這兒，在形成在圓形齒形和漸開線齒形之間的余擺線齒形間的空隙中所存有的COM的煤粉微粒，會被齒尖和余擺線曲線的嚙合部分排出，而形成一種清潔作用。
與權利要求1相對應的效果在用計量室內相互嚙合轉動的一對斜齒齒輪為轉動體的容積型流量計中，其前述斜齒齒輪在與軸成直角的剖面上的齒形曲線，為由在齒頂的齒尖附近呈園弧齒形，在節圓附近為漸開線齒形，在該園弧齒形和漸開線齒形間為余擺線齒形構成的連續曲線，與前述余擺線齒形連續連接的齒根處的前述節圓附近為圓弧曲線，齒根側為余擺線齒形構成的連續曲線，所以可用于淤漿類流體的計量。
與權利要求2相對應的效果前述一對斜齒齒輪的齒長、齒數以及在與軸成直角的剖面上的齒形曲線均彼此相等，由于齒長間的扭矩為整數個節距，故齒輪間的齒面力為零，可形成無脈動的等流量轉動。
權利要求
1.一種用計量室內相互嚙合轉動的一對斜齒齒輪作為轉動體的容積型流量計，其特征在于前述斜齒齒輪在與軸成直角的剖面上的齒形曲線，為齒頂的齒尖附近呈圓弧齒形，節圓附近為漸開線齒形，該園弧齒形和漸開線齒形間為由余擺線齒形構成的連續曲線，在與前述余擺線齒形連續連接的齒底處的前述節圓附近為圓弧齒形，齒根側為由余擺線齒形構成的連續曲線。
2.一種如權利要求1所述的容積型流量計，其特征在于前述一對斜齒齒輪的齒長、齒數以及在與軸成直角的剖面處的齒形曲線均彼此相等，且齒長間的扭矩為整數個節距。
全文摘要
一種使作用在一對齒輪轉動體的力矩相等，力矩之和為常量且不會產生脈動的，可計量淤漿的容積型流量計。它的一對轉動體為形狀相同大小相等，齒長間的扭矩為整數個節距的斜齒齒輪。齒形曲線在齒頂側為，齒尖處為齒尖圓圓弧(A
文檔編號G01F3/02GK1153903SQ9610140
公開日1997年7月9日 申請日期1996年1月2日 優先權日1996年1月2日
發明者長田重慶, 堀田浩二 申請人:株式會社橢圓
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
