CN102410355A - 一种阻尼减振齿轮 - Google Patents

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肖望强
段东平
边贺川
李威
邓乐
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Tangshan High Tech Research And Transformation Center Chinese Academy Of Sciences
Tangshan Sanchuan Iron & Steel Machinery Manufacturing Co ltd
Institute of Process Engineering of CAS
University of Science and Technology Beijing USTB
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Tangshan Sanchuan Iron & Steel Machinery Manufacturing Co ltd
Institute of Process Engineering of CAS
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Abstract

本发明涉及一种阻尼减振齿轮。所述齿轮中心设有轴孔所述齿轮的轮毂上沿周向对称地设有若干轴向轮毂空腔(2)，在所述的轮毂空腔(2)内密封填充有阻尼颗粒(4)。本发明的特点在于，将颗粒阻尼技术应用在减振齿轮上。齿轮传动时轮毂空腔内的颗粒在离心力和自身重力的作用下，更能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理，从控制振动源和控制振动的传导两个方面进行有效减振。

Description

一种阻尼减振齿轮
技术领域
本发明涉及大型传动齿轮应用领域，具体地，本发明涉及一种阻尼减振齿轮。
背景技术
齿轮传动正朝着高速、重载、轻型、高精度和自动化的方向发展，这对其动态性能提出了更高的要求。齿轮传动的振动和噪声是许多机械设备振动噪声的主要来源，如何控制这些振动噪声对机械设备的精度、性能、寿命和操作人员的劳动保护具有重要的影响。
齿轮传动噪声的控制是一个非常复杂的系统工程，目前解决该问题主要采用主动减振和被动减振两类方法，其中主动减振主要有提高制造精度和齿面修形等方法，虽然在主动设计时已考虑到优选齿轮的结构参数如齿形、压力角等改善齿轮的啮合状况，但是齿轮的啮合冲击、时变刚度等无法避免，而且主动减振方法会带来制造成本大幅提高、设计计算量增加等不足。
目前常用的被动减振技术中，粘弹性材料阻尼减振是应用最为广泛的，由于粘弹性材料对温度非常敏感，因而在齿轮箱工作的高温条件下采用粘弹性材料就受到很大的限制，难以在齿轮传动系统实现工业应用。
因此，目前主动减振和被动减振均不能达到很好的效果，如何解决该问题，实现齿轮传动系统实现工业应用具有重要意义。
发明内容
本发明为了抑制齿轮传动时的振动和噪声，提供一种阻尼减振齿轮，有效降低齿轮传动时的振动和噪声。
为了解决上述问题，本发明提供了一种阻尼减振齿轮，所述齿轮的轮毂上沿周向对称地设有若干轴向轮毂空腔2，在所述的轮毂空腔2内密封填充有阻尼颗粒4。
作为上述方案的一种改进，所述轮毂空腔2的顶端用空腔密封件3进行密封，保证阻尼颗粒4不泄漏。
作为上述方案的又一种改进，所述轮毂空腔2是一圆柱形或立方体空腔，均匀地布置在齿轮轮毂360°，空腔数量为3～6个，根据齿轮的几何特征和轮齿应力状况以及振动工况来确定空腔的数目和位置，轮毂空腔2内填充阻尼颗粒4。
作为上述方案的还一种改进，所述的颗粒阻尼减振齿轮可以是各种大型齿轮，如大型圆柱齿轮、圆锥齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮、齿条、涡轮蜗杆等。
根据本发明的阻尼减振齿轮，处于实际工作状态下的齿轮副处于高速旋转状态，安装在齿轮副上的阻尼颗粒要承受很强的离心力作用。离心力使得颗粒积压在远离转动中心的一端，影响了颗粒物质的动力响应及其耗能特性。
作为上述方案的还一种改进，当齿轮副旋转方向与颗粒重力方向平行时，上述阻尼颗粒4为椭球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒4的粒径范围是从0.02毫米～3毫米，为单一粒径的颗粒，阻尼颗粒4在腔体内的填充率控制在80％～85％；
当齿轮副旋转方向与重力方向垂直时，上述阻尼颗粒4为球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒4的粒径范围是从0.1毫米～4毫米，为多配级粒径的颗粒，阻尼颗粒4在腔体内的填充率控制在85％～90％。
颗粒阻尼减振属于被动减振技术的一种，通过颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间的相对运动而产生阻尼效应的，通过这些碰撞和摩擦消耗能量，达到减振效果，目前多用于土木工程中混凝土封砂结构减震中。
在众多的阻尼技术中，颗粒阻尼技术能很好地解决粘弹性阻尼材料因热老化、蠕变、脆裂等引起阻尼性能下降的问题，特别适用于齿轮传动系统高温、腐蚀的恶劣环境，所以对齿轮传动产生振动和噪声进行抑制消除研究具有重要意义。
根据本发明的阻尼减振齿轮，由于阻尼颗粒是通过颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间的相对运动而产生阻尼效应的，齿轮啮合传动时产生的振动会使封闭在腔体内的颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间产生相互碰撞和摩擦，通过这些碰撞和摩擦消耗能量，以致减小齿轮传动时的振动，达到吸收振动、降低噪声的效果。
本发明的特点在于，将颗粒阻尼技术应用在减振齿轮上。齿轮传动时轮毂空腔内的颗粒在离心力和自身重力的作用下，更能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理，从控制振动源和控制振动的传导两个方面进行有效减振。
附图说明
图1为具有四个轮毂空腔的阻尼减振齿轮整体结构的主视图；
图2为具有四个轮毂空腔的阻尼减振齿轮整体结构的轴测图；
图3为具有六个轮毂空腔的阻尼减振齿轮整体结构的主视图；
图4为具有六个轮毂空腔的阻尼减振齿轮整体结构的轴测图；
图5为阻尼减振齿轮整体结构全剖图。
1、齿轮    2、轮毂空腔    3、空腔密封件
4、阻尼颗粒
具体实施方式
下面结合附图对本发明的阻尼减振齿轮做进一步的说明。
如图1～5所示，颗粒阻尼减振齿轮轮毂空腔2要加工成一个圆柱形或立方体空腔，均匀地布置在齿轮轮毂一周，空腔数量为3～6个，如图1～4所示，加工制造时要确保均空腔的直径与距齿轮中心点的径向距离，以保证齿轮传动系统旋转时不偏心。根据齿轮的几何特征和轮齿应力状况以及振动工况来确定空腔的数目和位置，轮毂空腔2的顶端用空腔密封件3密封，保证阻尼颗粒4不泄漏。
阻尼减振齿轮的轮毂空腔内填充阻尼颗粒4，在齿轮传动时，腔体内的颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间相互碰撞和摩擦，这些碰撞和摩擦消耗能量，达到减振效果；齿轮传动时，颗粒同时受到离心力和自身重力的作用，能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理。当齿轮副旋转方向与颗粒重力方向平行时，上述阻尼颗粒4为椭球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒4的粒径范围是从0.02毫米～3毫米，为单一粒径的颗粒，阻尼颗粒4在腔体内的填充率控制在80％～85％；当齿轮副旋转方向与重力方向垂直时，上述阻尼颗粒4为球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒4的粒径范围是从0.1毫米～4毫米，为多配级粒径的颗粒，阻尼颗粒4在腔体内的填充率控制在85％～90％。
实施例1
在模数为5，齿数30，压力角20°，齿宽20mm的齿轮轮毂上加工出6个空腔，将椭球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合材质的颗粒，粒径范围从0.5mm到2mm，按照82％的填充率填充到空腔内，在传动功率P为15KW，转速为1000r/min，齿轮副旋转方向与颗粒重力方向平行时，减振齿轮传动系统无量纲位移均方根值为1.2～1.5，无量纲速度均方根值为0.5～0.7。
实施例2
在模数为5，齿数30，压力角20°，齿宽20mm的齿轮轮毂上加工出6个空腔，将球形外部高减振特性、芯部高韧性的复合材质的颗粒，粒径范围从1mm到3mm，按照88％的填充率填充到空腔内，在传动功率P为15KW，转速为1000r/min，齿轮副旋转方向与颗粒重力方向平行时，减振齿轮传动系统无量纲位移均方根值为11～1.4，无量纲速度均方根值为0.35～0.6。
对比实施例1
模数为5，齿数30，压力角20°，齿宽20mm的齿轮在传动功率P为15KW，转速为1000r/min时，齿轮传动系统无量纲位移均方根值为3.8～4.1，无量纲速度均方根值为1.7～2.6。
通过实施例1～2和对比实施例1的数据可以看出，采用本发明的阻尼颗粒进行减振后，齿轮传动系统无量纲位移均方根值和无量纲速度均方根值很大程度的降低，其振幅降低，因此，加工性能得到很大提高。
该发明还可以应用在其他多种齿轮的减振上，如圆柱齿轮、圆锥齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮、齿条或涡轮等，都在本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种阻尼减振齿轮，所述齿轮中心设有轴孔，其特征在于，所述齿轮的轮毂上沿周向对称地设有若干轴向轮毂空腔(2)，在所述的轮毂空腔(2)内密封填充有阻尼颗粒(4)。
2.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述轮毂空腔(2)的顶端通过密封件(3)进行密封。
3.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述轮毂空腔(2)为圆柱形空腔或方形空腔。
4.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述齿轮(1)为圆柱齿轮、圆锥齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮、齿条或涡轮。
5.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述轮毂空腔(2)为为3～6个。
6.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述齿轮副旋转方向为垂直方向时，所述阻尼颗粒(4)为椭球形的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒(4)为0.02毫米～3毫米的单一粒径的颗粒，该阻尼颗粒(4)在腔体内的填充率为80％～85％。
7.根据权利要求1所述的阻尼减振齿轮，其特征在于，所述齿轮副旋转方向为水平方向时，所述阻尼颗粒(4)为球形外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，阻尼颗粒(4)为粒径在0.1毫米～4毫米之间的多配级粒径的颗粒，该阻尼颗粒(4)在腔体内的填充率为85％～90％。
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