CN100595450C - 驱动齿轮组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动齿轮组件。该组件包括：驱动轴(11)和驱动齿轮(9)，该驱动齿轮(9)安装到该驱动轴上或与该驱动轴一体形成且可与之旋转，并且适于与从动齿轮(7)啮合。该组件还包括自动对准组件，其支撑该驱动轴以绕着该驱动轴的轴线旋转，使得该驱动齿轮可以相对于该从动齿轮自动对准。该自动对准组件设置成绕着一轴线枢转，以下称该轴线为“枢轴线”，该枢轴线：(a)垂直于该驱动轴的轴线；(b)位于一平面内，该平面：(i)经过该驱动齿轮和该从动齿轮的作用面宽度的中点；并且(ii)垂直于该驱动轴的轴线；以及(c)在延伸的情况下，穿过在该作用面宽度的中点处的、该驱动齿轮和该从动齿轮的节点。

Description

驱动齿轮组件

技术领域

本发明涉及一种驱动齿轮组件，其能够从诸如电动马达等马达向诸如研磨机等机械系统传输驱动。

背景技术

许多机械系统可通过马达(例如，电动、蒸汽、液压、柴油等)驱动。为了使用来自马达的动力，需要将动力从马达传输到连接至该马达的机械系统。典型地，通过以下方式来实现动力传输，即将马达的驱动轴连接至包括诸如小齿轮等的驱动齿轮的驱动齿轮组件，并且使该驱动齿轮与诸如大齿轮的从动齿轮啮合，该从动齿轮通过某种方式与机械系统连接。

实践中，重要的是将马达、机械系统以及将马达和机械系统连接在一起的机械部件各自正确地对准，以使驱动齿轮的轮齿与从动齿轮的轮齿在精公差范围内啮合。如果不能这样做，那么不管齿轮是正齿轮、斜齿轮或任何其它类型的齿轮，都经常会导致轮齿的过度磨损，从而会产生更糟的情况：由于齿的损坏导致齿轮故障。此外，轮齿的未对准还会导致相当大的振动，这经常会产生其它不利后果，例如作用于机械系统的各部件上的疲劳载荷。

作为例子，在正齿轮的情况下，为了正确对准，需要驱动齿轮的轮齿与从动齿轮的轮齿平行。更普遍地，需要驱动齿轮和从动齿轮的旋转轴平行于其生成轴线。还理想的是，齿轮的齿隙有利于特定齿轮。如果齿轮的齿隙设置为零，即，所述齿轮设置成使齿充分啮合，并且彼此难以最大程度地接触，那么通常齿轮将会产生过多的齿载荷，因而不会达到设计寿命。

为了实现正确对准，还需要将马达驱动轴和驱动齿轮对准。

用于实现正确对准的一种公知的方法是物理地移动马达和/或驱动齿轮组件，以精确地对准马达轴和驱动齿轮组件，以便实现轮齿的紧公差啮合。

在此方法中，在啮合的轮齿中提供精公差的工作，主要是通过以“试错法”调节马达和驱动齿轮组件的位置来实现。这通常是一个困难且费时的工作。对于大型马达和重型驱动齿轮来讲更是如此。

由于马达或者驱动齿轮组件位置的少量移动可能会对对准情况造成很大影响，大部分问题会由此产生。因此，需要极大细心和判断力以便以最小的努力来实现对准。作为例子，具有大齿圈(girth gear)和小齿轮的大型马达和研磨机需要花费几天时间来对准。

由于在很多情况下，驱动齿轮组件在“冷”或“未加载”的状态下的良好对准不能与机械系统加载时令人满意的对准相对应，这就使得此工作进一步复杂化。这是由于在负载和其它因素情况下驱动齿轮组件的变形所致。因此，经常需要进一步调节马达和/或驱动齿轮组件的对准，以便实现在负载作用下的、轮齿的令人满意的啮合。

另一种公知的用于实现正确对准的方法基于：

(a)在球轴承上支撑驱动齿轮，以使驱动齿轮可通过绕着轴承的中心旋转，并通常带有摇动或摆动，而相对于从动齿轮自动对准；以及

(b)通过中心齿轮联接器将动力从马达驱动轴传输到驱动齿轮。

根据此方法的公知自动对准驱动齿轮组件由克虏伯·波黎西斯公司(Krupp-Polysius)和J&E霍夫曼工程公司(J&E Hofmann Engineering)制造。

上述公知的自动对准驱动齿轮组件具有很多缺点。

首先，驱动齿轮的最小尺寸由内部齿轮传动的联接器的尺寸确定，这经常会导致驱动齿轮的尺寸远大于原本需要的尺寸。

此外，可用于齿轮组件中的特定形式的球轴承通常不是标准的成品，而且，在现有的构造中通常具有有限的止推能力。

此外，可允许的驱动齿轮和从动齿轮的偏离量限制为内部齿轮传动的联接器的可允许的角度偏离量，并且通常这相对较小。

此外，还需要对准驱动齿轮和马达驱动轴。

另一种用于实现正确对准的公知方法见于相同申请人的国际申请PCT/AU00/00332(WO 00/63587)中。该国际申请公开了一种驱动齿轮组件，其包括：

(a)驱动齿轮，其适于与从动齿轮啮合，驱动齿轮和从动齿轮各自均具有齿轮可以绕着旋转的轴线；

在俄罗斯专利申请RU 2025616和德国专利申请2631139中描述了不同方法的其它自动对准驱动齿轮组件。前一个申请仅适于载荷很轻的正齿轮，而后一个申请仅适于正齿轮驱动。任何一种机构均不能支撑斜齿轮。

为了实现合适的校准，在本申请人的国际申请PCT/AU00/00332(WO00/63587)中公开了另一种公知的方法。

与上述其它的自动对准驱动齿轮组件相比，国际申请PCT/AU00/00332的驱动齿轮组件的显著进步在于：其设计为支撑正齿轮或斜齿轮。实际构思使其仅可适用轻载驱动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动对准驱动齿轮组件，其能够支撑正齿轮或斜齿轮，其适合于轻、中和重载荷驱动。

概括而言，本发明提供了这样一种驱动齿轮组件，其包括：

(a)驱动轴；

(b)驱动齿轮，其为正齿轮或斜齿轮，安装在驱动轴上或与该驱动轴一体形成且可与之一起旋转，并且适于与为正齿轮或斜齿轮的从动齿轮啮合；以及

(c)自动对准组件，其支撑该驱动轴，以便绕着该驱动轴的轴线旋转，因而该驱动齿轮可以相对于从动齿轮自动对准。该自动对准组件设置成绕着一轴线枢转，该轴线在下文中称为“枢轴线”，该轴线：

(a)垂直于该驱动轴的轴线；

(b)在一平面内，该平面：

(i)经过驱动齿轮和从动齿轮的作用面宽度的中点；并且

(ii)垂直于该驱动齿轮的轴线；以及

(c)如果延伸，则穿过位于作用面宽度的中点处的驱动齿轮和从动齿轮的节点。

自动对准组件的枢轴线的上述设置对于斜齿轮特别有利，因为这意味着斜齿轮产生的轴向力绕着枢轴线的力矩为零或可忽略。

除了枢轴线平行于驱动齿轮组件的作用线的所成的角度之外，枢轴线可以任意角度经过节点。

优选地，从允许最大的对准调节同时最小化啮合中从齿尖到齿根的过渡曲面干涉的风险的角度来看，该枢轴线位于该驱动齿轮与该从动齿轮的中心连线上，或与该连线成一小角度。

术语“节点”在此处应理解为表示驱动齿轮和从动齿轮的两个工作节圆之间的切点。

术语“作用面宽度”在此处应理解为表示支撑在另一个啮合齿轮的齿上的、一个齿轮的齿的一部分沿轴向的长度。该作用面宽度通常是两个齿轮中较窄的宽度。

优选地，该驱动轴从该驱动齿轮和该自动对准组件的相对端延伸，并且包括：支撑轴，其安装成绕着该枢轴线旋转；以及支撑件，其安装到该支撑轴上并且在该驱动轴的相对端处安装到该驱动轴上。

前面段落中描述的自动对准组件允许驱动齿轮绕着支撑轴的枢轴线顺时针或逆时针旋转，并且这种运动便于驱动齿轮相对于从动齿轮自动对准。

优选地，该支撑件呈轭的形式，其包括：基座和两个从该基座的相对端延伸的臂，该基座连接到该支撑轴上，并且所述臂在该驱动齿轮组件的驱动轴的相对端，连接到该驱动齿轮组件的驱动轴上。

优选地，所述臂通过由所述臂承载的一对偏心支承套连接到驱动齿轮组件的驱动轴上。通过这样设置，驱动轴延伸经过偏心支承套。偏心支承套适于调节驱动齿轮相对于从动齿轮的齿隙或偏离。

优选地，该轭呈C形。

驱动齿轮组件还可包括一个或多个驱动马达，所述驱动马达安装在该驱动轴上并且可操作为使该驱动轴和该驱动齿轮旋转。

替代地，驱动齿轮组件还可包括联接器，其柔性连接到该驱动齿轮的驱动轴上，并且在使用该驱动齿轮组件时，也直接或间接地柔性连接到驱动马达的驱动轴上，以使来自马达的动力可以传输到该从动齿轮上，该联接器允许该驱动齿轮的轴线定位成不与该驱动马达的驱动轴的轴线对准。

优选地，用于连接该驱动齿轮的驱动轴与该马达的驱动轴的联接器是柔性联接器。

该柔性联接器是可接受角度偏离的任何适用形式的动力传输联接器，例

该柔性联接器是可接受角度偏离的任何适用形式的动力传输联接器，例如万向节、等速万向节、虎克式万向节、齿轮联轴器、橡胶衬套联轴器或柔性膜片联轴器。事实上，可以采用任何形式的动力传输联接器。

驱动马达可以是驱动该驱动齿轮组件的驱动轴和驱动齿轮的任何马达。

驱动马达可以是任何适用的类型，例如：液压、蒸汽、电动、柴油等。

在驱动马达直接安装至驱动轴的情况下，优选地，该驱动马达是液压马达。

在驱动马达通过联接器安装至驱动轴的情况下，优选地，该驱动马达是电动马达。

驱动齿轮和从动齿轮可以是任何适用的齿轮。

作为例子，该驱动齿轮和该从动齿轮可以是具有合适的轮齿轮廓如正齿轮和斜齿轮轮廓的大齿轮。

本发明的最常见的实施例是以小齿轮作为驱动齿轮。

从动齿轮可以形成任何适用的系统的一部分。作为例子，机械系统可以是传动至研磨机的大齿圈的小齿轮传动。

根据本发明，还提供了一种马达驱动机械系统，其包括上述驱动齿轮组件。

附图说明

通过参考附图举例，来进一步描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的驱动齿轮组件的一个实施例的总体布置；

图2是示出了图1所示的驱动齿轮组件的自动对准组件的枢轴线的位置的正视图；

图3是进一步示出枢轴线位置的顶部俯视图；

图4示出了根据本发明的驱动齿轮组件的另一实施例的总体布置。

具体实施方式

附图中所示的驱动齿轮组件的实施例设置成将动力传输至机械系统的从动齿轮7(未示出)。

图1所示的驱动齿轮组件的实施例(图中未画出齿轮箱，但其可以具有齿轮箱)包括具有中心孔和外齿的驱动齿轮9，所述外齿适合与从动齿轮7上的齿(未示出)啮合。

驱动齿轮9安装在驱动轴11上，该驱动轴11延伸穿过驱动齿轮的中心孔。

替代地，驱动齿轮组件可包括(i)一体的驱动齿轮9和驱动轴11，即，对由钢/金属构成的单个件进行车削及切割而成的齿轮和轴；或者(ii)驱动齿轮9和连接到该齿轮的相对端的两个柱状驱动轴。

驱动齿轮组件还包括：驱动马达37，其直接安装在驱动轴11的一端，带有原理类似于附图标记40所示的装置的扭矩限制装置；以及配重39，其安装在驱动轴11的另一端。在一个替代实施例(未示出)中，驱动齿轮组件包括直接安装到驱动轴11的相对端的驱动马达，并且不需要设置配重。

驱动齿轮组件还包括自动对准组件，其支撑驱动齿轮9、驱动轴11、马达37、以及配重39，以便通过运动来使驱动齿轮9相对于从动齿轮7对准。

自动对准组件包括：两个支承组件19，其安装到固定支撑表面；柱状轴21，其由支承组件19支撑以绕着其轴线，即，枢轴线旋转；以及C形轭23，其由柱状轴21承载并支撑驱动轴11和驱动齿轮9的组件。

轭23包括基座25和两个臂27，所述臂27通常从基座25垂直延伸。各臂27优选承载一个偏心支承套(bearing cartridge)31。套31对准，并且形成为接收并支撑驱动轴11的相对端。替代地，可以采用传统的轴承和轴承座。

参考图2和图3，自动对准组件定位成使得柱状轴21的枢轴线(进而使自动对准组件)垂直于驱动齿轮9的轴线，并且位于这样一个平面中，该平面(i)经过驱动齿轮9和从动齿轮7的作用面宽度的中点；并且(ii)垂直于驱动齿轮的轴线。

自动对准组件还定位成使得柱状轴21的枢轴线，如果延伸的话，则穿过或靠近在中点处的、驱动齿轮9和从动齿轮7的节点。

从以上明显看出，柱状轴21绕着枢轴线沿顺时针或逆时针方向的旋转具有使驱动齿轮9沿竖直平面旋转的作用，该竖直平面经过驱动齿轮9的纵向轴线。该旋转运动便于驱动齿轮9相对于从动齿轮7自动对准。

除上述之外，偏心支承套31便于调节齿隙和在第二平面中的运动的另一个自由度，以便相对于从动齿轮7调节驱动齿轮9。

在很多方面，图4所示的驱动齿轮组件的实施例与图1所示的驱动齿轮组件的实施例相同，并且相同的附图标记用于表示组件的相同的结构特征。

两个实施例的主要区别在于，图4所示的实施例不包括图1所示实施例的、驱动马达37的直接安装在驱动轴11一端的结构，而是包括一对柔性联接器13和中间轴15，其中该中间轴15与驱动轴11和驱动马达37的驱动轴17互相连接。

驱动齿轮组件的各实施例使得能够：

(a)仅以驱动齿轮9与从动齿轮7之间的大致正确的对准来安装驱动齿轮组件(并且，不会对马达进行超出初始安装所需的重大调节)；以及

(b)驱动齿轮9相对于从动齿轮7自动对准(在最佳齿隙处)，其要求产生与从动齿轮7啮合的精公差。

与公知的自动对准驱动齿轮组件相比，上述的驱动齿轮组件的各实施例具有多个优点。

首先，驱动齿轮组件的各实施例均使得可以使驱动齿轮和从动齿轮快速且容易地对准，并具有用于实现最佳性能所需的齿隙。

此外，驱动齿轮组件的各实施例使得可以实现在初始设置时的高度对准，并且在运行过程中保持对准，这样使得对轮齿的磨损最小化。这在很多情况下具有特别重要的优势。例如，在研磨机中，小齿轮通常是直径非常小的齿轮，通常小于30个齿，而从动大齿圈基本上是研磨机机壳的直径，其可能总会产生200到400个数量级的齿。该几何尺寸的简单结果是大齿圈通常比小齿轮贵高达8至10倍。因此，设计者争取以牺牲小齿轮为代价来保护大齿圈。由于初始对准的质量，除了试图实现最小磨损外，设计者还很大程度上考虑相对于小齿轮的大齿圈的冶金方法。小齿轮通常采用比大齿圈略硬的材料，材料不同的前提基于一般的过度磨损，特别是考虑到传统的研磨机对准不理想的情况。本发明不会出现这种情况，其产生基本上理想的对准。因此，设计者可以考虑生产硬度较高的大齿圈的冶金方法，因此齿轮之间产生的磨损较小并且更换齿轮的间隔时间变长，而不需要考虑过分强调优先保护较昂贵的大齿圈。

此外，由于对内部齿轮联接器没有要求，因此驱动齿轮9的直径可以比其它公知的自动对准的小齿轮小。

此外，驱动马达不需要与驱动齿轮组件精确对准。

在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可以对上述的驱动齿轮组件的优选实施例进行各种改型。

作为例子，附图中所示的自动对准组件的各实施例包括两个支承组件19，其安装到固定支撑表面，但是本发明并不局限于此，而是可以延伸到具有一个或两个以上的此类支承组件。

此外，本发明还可以延伸到如下结构：其包括十字交叉滚柱轴承型的单个支承组件或诸如滑动轴承的其它单个支承结构，而不是上述两个或两个以上支承组件19及用于柱状轴21的旋转支撑系统。

此外，本发明还延伸到包括上述的支承组件的组合。

此外，尽管附图中示出的自动对准组件的各实施例均包括安装在固定支撑表面上的两个支承组件19、柱状轴21、以及C形轭23，但是本发明并不局限于此，而是延伸到任何合适的结构，其中所述结构允许驱动齿轮9关于从动齿轮7运动以便于齿轮的自动对准。

Claims (13)

1.一种驱动齿轮组件，其包括：

(a)驱动轴；

(b)驱动齿轮，其为正齿轮或斜齿轮，安装在该驱动轴上或与该驱动轴一体形成且能与该驱动轴一起旋转，并且适于与为正齿轮或斜齿轮的从动齿轮啮合；以及

(c)自动对准组件，其支撑该驱动轴以绕着该驱动轴的轴线旋转，并使得该驱动齿轮能相对于该从动齿轮自动对准，该自动对准组件设置成绕着一轴线枢转，以下称该轴线为“枢轴线”，该枢轴线：

(a)垂直于该驱动轴的轴线；

(b)位于一平面内，该平面：

(i)经过该驱动齿轮和该从动齿轮的作用面宽度的中点；并且

(ii)垂直于该驱动轴的轴线；以及

(c)在延伸的情况下，穿过在该作用面宽度的中点处的、该驱动齿轮和该从动齿轮的节点。

2.如权利要求1所述的驱动齿轮组件，其中，除了该枢轴线平行于该驱动齿轮组件的作用线所成的角度之外，该枢轴线以任意角度经过该节点。

3.如以上权利要求中任一项所述的驱动齿轮组件，其中，该驱动轴从该驱动齿轮和该自动对准组件的相对端延伸，并且包括：支撑轴，其安装成绕着该枢轴线旋转；以及支撑件，其安装到该支撑轴上并且在该驱动轴的相对端安装到该驱动轴上。

4.如权利要求3所述的驱动齿轮组件，其中，该支撑件呈轭的形式，其包括：基座和两个从该基座的相对端延伸的臂，该基座连接至该支撑轴，并且所述臂在该驱动齿轮组件的驱动齿轮的相对端，连接到该驱动齿轮组件的驱动轴上。

5.如权利要求4所述的驱动齿轮组件，其中，所述臂通过由所述臂承载的一对偏心支承套连接至该驱动齿轮组件的驱动轴。

6.如权利要求4所述的驱动齿轮组件，其中，该轭呈C形。

7.如权利要求1所述的驱动齿轮组件，其中，该驱动齿轮组件还包括一个或多个驱动马达，所述驱动马达安装在该驱动轴上并且能操作成使该驱动轴和该驱动齿轮旋转。

8.如权利要求1所述的驱动齿轮组件，其中，该驱动齿轮组件还包括联接器，该联接器连接到该驱动齿轮的驱动轴上，并且在使用该驱动齿轮组件时，该联接器还直接或间接连接到驱动马达的驱动轴上，以使来自该马达的动力能传输至该从动齿轮，该联接器允许该驱动齿轮的轴线定位成未与该驱动马达的驱动轴的轴线对准。

9.如权利要求8所述的驱动齿轮组件，其中，用于连接该驱动齿轮的驱动轴与该马达的驱动轴的联接器是柔性联接器。

10.如权利要求9所述的驱动齿轮组件，其中，该柔性联接器是能接受角度偏离的任何适用形式的动力传输联接器。

11.如权利要求10所述的驱动齿轮组件，其中，所述动力传输联接器包括万向节、等速节、虎克式万向节、齿轮联轴器、橡胶衬套联轴器或柔性膜片联轴器。

12.如权利要求1所述的驱动齿轮组件，其中，该驱动齿轮和该从动齿轮包括具有轮齿轮廓的齿轮。

13.一种马达驱动机械系统，其包括前述权利要求中任一项所限定的驱动齿轮组件。

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