CN102135168A - 滤波齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波齿轮，包括轮齿本体轮毂，所述轮齿本体和轮毂通过花键在圆周方向配合传递运动和力矩，所述轮齿本体的内花键与轮毂的外花键之间，在位于键齿的两侧设置有配合间隙，所述配合间隙内紧密填充有弹性体，本发明将轮齿本体和轮毂通过花键在圆周方向传动配合，在两者的配合间隙体内紧密填充设置弹性体，从而明显增强了齿轮及整个传动系统的抗振能力，并通过可控的弹性变形量过滤掉由电机产生的机械能形态改变、装配制造误差和啮合冲击等产生的齿面疲劳磨损、振动和噪声，保证传动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内工作，有效防止极端工况与特殊环境影响下齿轮传动装置的“卡涩”、“卡死”等问题。

Description

滤波齿轮

技术领域

本发明涉及齿轮制造领域，特别涉及一种能够过滤掉力矩与转速传递中产生波动的滤波齿轮结构。

背景技术

齿轮作为机械传动装置中最基础的零件，在机械传动领域中得到了广泛应用和发展。随着船舶、车辆、石油、水利、航空航天和国防武器等工程领域事业的迅速发展，对齿轮传动的精度、可靠性及减振、降噪等性能提出了新的要求。回差是减速器传动精度的重要指标，回差主要是由啮合齿轮的齿侧间隙决定的，侧隙小传动精度高，但是齿轮在啮合时容易产生各种干涉。轮齿啮合时的啮入、啮出冲击；及运行过程中零部件的损耗这些因素都将加大传动机构运行过程中的振动、噪声影响齿轮寿命，特别是在极端工况与特殊环境下（如振动、高低温交变）齿轮的体积热膨胀及外界恶劣的力学环境，将使驱动机构产生非线性耦合振动并导致齿廓干涉、齿面磨损加剧，甚至是齿与齿之间的“卡涩”或“卡死”现象，从而影响齿轮传动的可靠性。另一方面电机作为传动装置的源头，电机产生的机械能处于高速小转矩状态，通过减速器输出时变为低速大转矩状态，期间由于零部件自身的制造装配误差，齿轮啮合冲击不可避免的将使力矩与转速的传递产生波动。

因此，针对传统齿轮传动所存在的这些共性、关键问题，引入变形协调设计理论。在设计的传动精度范围内通过弹性体的可控弹性变形量，增加啮合齿对从而提高承载能力；并为传动件提供了一个缓冲和容差的单元，过滤掉由电机产生的机械能形态改变、制造装配误差、啮合冲击、带来的振动、噪声；特别是在特殊与极端环境下(如高低温循环交变)工作的齿轮，通过温度、压力引起的弹性体变形及回复使齿轮具有自适应和实时调整的功能，避免齿轮材料因温度变化而产生的变形导致齿廓干涉、齿面疲劳及磨损，甚至是整个传动装置的 “卡涩”、“卡死”等问题。从而过滤掉力矩与转速传递中产生的波动，达到了减振、降噪、高精度、高可靠等一系列要求。可以在船舶、车辆、石油、水利、航空航天和国防武器装备等工程领域中得到广泛的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种滤波齿轮，通过可控的弹性变形量过滤掉由于电机产生的机械能形态改变、装配制造误差和啮合冲击等产生的啮合干涉、齿面疲劳磨损、振动和噪声，保证传动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内工作，有效防止极端工况与特殊环境影响下齿轮传动装置的“卡涩”、“卡死”等问题。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该滤波齿轮，包括轮齿本体和轮毂，所述轮齿本体和轮毂通过花键在圆周方向配合传递运动和力矩，所述轮齿本体的内花键与轮毂的外花键之间，在位于键齿的两侧设置有配合间隙，所述配合间隙内紧密填充有弹性体；

进一步，所述轮齿本体的内花键表面、轮毂的外花键表面以及弹性体的外表面沿轴向设置有锥度；

进一步，所述锥度的取值小于10°，锥度取值根据齿轮所受轴向力设计计算确定；

进一步，所述轮齿本体可以为内齿轮或外齿轮，其齿形为渐开线的直齿、斜齿、锥齿、螺旋齿或摆线齿；

进一步，所述弹性体为高分子橡胶合金或软金属涂层；

进一步，所述弹性体为高分子橡胶合金时，在轮齿本体的内花键和/或轮毂的外花键表面上涂覆有用于与橡胶合金紧密贴合的特种胶；

进一步，所述高分子橡胶合金，由以下重量份的材料混合硫化而成：丁晴橡胶40~100、氧化锌3~8、硫磺1~3、促进剂1~3、脂肪酸1~3、防老剂1~3、半补强炭黑60~80和填充剂20~60；

进一步，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍，脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸，填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

1.本发明将轮齿本体和轮毂通过花键在圆周方向传动配合，在两者的配合间隙内体内各国紧密填充设置弹性体，从而明显增强了齿轮及整个传动系统的抗振能力，通过可控的弹性变形量过滤掉由于电机产生的机械能形态改变、装配制造误差和啮合冲击等产生的齿面疲劳磨损、振动和噪声，保证传动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内工作，有效防止极端工况与特殊环境影响下齿轮传动装置的“卡涩”、“卡死”等问题；

2.本发明的适用范围广泛，可广泛应用于多种齿轮传动装置中，适合大范围的推广使用。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明结构示意图；

图2为图1沿A-A向的剖视图；

图3为应用本发明滤波齿轮的行星减速器结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A-A向的剖视图；如图所示：该滤波齿轮，包括轮齿本体1、弹性体2和轮毂3，所述轮齿本体1和轮毂3通过花键在圆周方向配合传递运动和力矩，轮齿本体1的内花键与轮毂3的外花键之间，在位于键齿的两侧设置有配合间隙，配合间隙内紧密填充有弹性体2。

作为进一步的改进，在轮齿本体1的内花键表面、轮毂3的外花键表面以及弹性体2的外表面沿轴向设置有锥度α，锥度α通常取值小于10°，具体数值根据齿轮所受轴向力设计计算确定。在本实施例中，所述锥度α取为5°，设置锥度的目的在于使滤波齿轮承受所要求的轴向力，α的大小根据齿轮所受得轴向力而定。

作为进一步的改进，弹性体2为高分子橡胶合金或软金属涂层，本实施例中，弹性体2采用了高分子橡胶合金，在轮齿本体1的内花键和/或轮毂3的外花键表面上涂覆有用于与橡胶合金紧密贴合的特种胶。

本实施例中，该高分子橡胶合金，由以下重量份的材料混合硫化而成：

丁晴橡胶40~100、氧化锌3~8、硫磺1~3、促进剂1~3、脂肪酸1~3、防老剂1~3、半补强炭黑60~80和填充剂20~60。

其中，促进剂可以选择次磺酰胺类促进剂，防老剂可以选择二丁基二硫代氨基甲酸镍，脂肪酸可以选择C16或C18饱和脂肪酸，填充剂可以选择二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种。关于弹性体的具体配方实施例如下：

实施例一

本实施例中，作为其中的一种优选，各种选择及具体组分如下（按重量份计）：

丁晴橡胶40，氧化锌3，硫磺1，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺1，二丁基二硫代氨基甲酸镍1，C16饱和脂肪酸1，半补强碳黑60，二硫化钼20。

实施例二

本实施例中，各种选择及具体组分如下：

丁晴橡胶100，氧化锌8，硫磺3，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺3，二丁基二硫代氨基甲酸镍3，C16饱和脂肪酸3，半补强碳黑80，二硫化钼60。

实施例三

本实施例中，各种选择及具体组分如下：

丁晴橡胶60，氧化锌5，硫磺2，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺2，二丁基二硫代氨基甲酸镍2，C18饱和脂肪酸2，半补强碳黑70，聚四氟乙烯40。

事实上，轮齿本体1可以为内齿轮或外齿轮，其齿形为渐开线的直齿、斜齿、锥齿、螺旋齿或摆线齿，以上齿形的选择并不妨碍本发明在结构上的实质性改进。

图3所示为行星减速器中的一对内啮合齿轮，如图所示：该传动装置主要包括固定齿轮4、本发明的滤波齿轮5、轴承6、偏心轴7，其中e为固定齿轮4与滤波齿轮5之间的中心距。

其中影响传动装置性能的制造装配误差主要包括固定齿轮4和滤波齿轮5的齿廓齿距偏差、齿轮的形状位置偏差如径向跳动及两齿轮间中心距和轴线平行度的偏差。这些因素都会影响传动的平稳性，从而产生振动、噪声。在轮齿本体1与轮毂3之间填充的弹性体2通过往复的弹性变形可以吸收能量从而减小振动、噪声，同时可以容许两齿轮轴线之间平行度存在一定偏差起到弹性联轴器的作用。

一对齿轮副之间的回差是影响齿轮传动精度的重要指标，固定齿轮4与滤波齿轮5之间回差的大小主要由两个齿轮的齿距偏差及中心距e决定，对于图3所示的内啮合齿轮副，通过适当地增加中心距e贴紧固定齿轮4与滤波齿轮5的齿面能减小回差提高传动精度，并增加啮合齿对提高承载能力。但是回差过小时，齿廓及径向偏差较大处的啮合就容易产生齿廓干涉从而加剧齿面疲劳及磨损，特殊与极端环境如高低温交变引起的齿轮变形也会出现类似问题。轮齿本体1与轮毂3之间填充的弹性体2 后，可以适当的增加中心距e以减小回差，在误差较大有可能发生齿廓干涉的部位，弹性体2发生适当的压缩变形使两齿轮的中心距减小以增加齿侧间隙使啮合顺利过渡并减少齿面磨损。同理在高低温交变情况下，若温度升高齿轮体积膨胀，在齿廓产生干涉部位弹性体2的压缩变形两齿轮的中心距减小适当增加了轮齿之间的侧隙，以避免“卡涩”或者“卡死”现象。当温度降低后弹性体2压缩变形释放，使两齿轮的中心距增加以减小回差保证传动精度。从而使整个传动装置具有自适应和实时调整的功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.滤波齿轮，包括轮齿本体（1）和轮毂（3），所述轮齿本体（1）和轮毂（3）通过花键在圆周方向配合传递运动和力矩，其特征在于：所述轮齿本体（1）的内花键与轮毂（3）的外花键之间，在位于键齿的两侧设置有配合间隙，所述配合间隙内紧密填充有弹性体（2）。

2.根据权利要求1所述的滤波齿轮，其特征在于：所述轮齿本体（1）的内花键表面、轮毂（3）的外花键表面以及弹性体（2）的外表面沿轴向设置有锥度（α）。

3.根据权利要求2所述的滤波齿轮，其特征在于：所述锥度（α）<10°。

4.根据权利要求1所述的滤波齿轮，其特征在于：所述轮齿本体（1）为内齿轮或外齿轮，其齿形为渐开线的直齿、斜齿、锥齿、螺旋齿或摆线齿。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的滤波齿轮，其特征在于：所述弹性体（3）为高分子橡胶合金或软金属涂层。

6.根据权利要求5所述的滤波齿轮，其特征在于：所述弹性体（2）为高分子橡胶合金，在轮齿本体（1）的内花键和/或轮毂（3）的外花键表面上涂覆有用于与橡胶合金紧密贴合的特种胶。

7.根据权利要求6所述的滤波齿轮，其特征在于：所述高分子橡胶合金，由以下重量份的材料混合硫化而成：

丁晴橡胶40~100、氧化锌3~8、硫磺1~3、促进剂1~3、脂肪酸1~3、防老剂1~3、半补强炭黑60~80和填充剂20~60。

8.如权利要求7所述的滤波齿轮，其特征在于：所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍，脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸，填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种。

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