CN103382987A - 内旋式齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮变速器，尤其是涉及一种采用内旋式结构、适用于风能动力加速系统的机械齿轮变速器。产品由推力、内架、变速三个模块组成，包括推力底座、滚柱、推力顶座、齿轮架、架盖、紧固垫圈、轴端轴承、联动轮轴、轴销、联动轮、铜套、连套紧定钉、连接套、齿轮轴等十六种零件，克服公知变速器壳体结构、体积庞大、不能内旋、应用范围窄等缺陷，形成一种具有结构精悍、用途广泛、适应性强的内旋式齿轮变速器，且有实施简单，制造简易、使用方便的优点，所形成产品结构美观大方，坚实耐用，市场空间宽阔，有较高的社会应用价值和经济附加价值。

Description

内旋式齿轮变速器

技术领域

本发明涉及一种齿轮变速器，尤其是涉及一种采用内旋式结构、适用于风能动力加速系统的机械齿轮变速器。

背景技术

齿轮变速器，往往是机械设备中的关健部件，尤其是风能发电设备中的关健部件。目前公知的齿轮变速器，通常形成一种壳体装置放置于发电设备的内部，其主动轴往往无法直接与风能兜风扇叶连接，齿轮变速器如需与风能兜风扇叶发生关联，其间必需经过多个物理实体的转接，过程繁复，机构臃肿，从而影响到整个风能发电设备体积的精简和效能的发挥，限制了机械齿轮变速器的使用功能、应用范围，以及其社会经济价值。

 

发明内容

本发明的目的，在于克服目前公知齿轮变速器主动轴不能不能与外部风能兜风扇叶直接关联的缺陷，向公众提供一种独特的齿轮变速装置，该装置采用内旋式结构，除了能够像公知机械变速装置一样变换机械运转速度、运转力量之外，还能将主动轮设置在整个变速装置的最外层，使其能够直接与风能扇叶连接，从而使机械变速装置有了结构更精简、应用更广泛的优点，大幅度拓展了齿轮变速器的应用范围和经济价值。

本发明为解决技术问题所采用的方案是：

⑴ 将产品分为推力、内架、变速三个模块来设计，其中，推力模块用于连接外部动力源，同时将动力源传递给变速机构；内架模块用于支撑变速机构，为变速机构的运行提供物理支持；变速模块用于接受推力模块传递过来的动力源，且将机械能的初始运转速度变换为能够适应发电机发电需要的旋转速度；

⑵ 将推力模块分为底座、滚柱、顶座三个零件来设计，且使这三个零件能够配合组成完整的推力轴承部件；其中，底座零件作为推力轴承部件运转的基础物理实体，滚柱零件推力轴承部件旋转的滚动介质，顶座作为推力轴承部件连接外部动力源的物理所在。

⑶ 在推力模块中，在顶座零件的内环壁，设置环状齿轮键齿，用于将接收的外部动力传递给产品的变速机构。

⑷ 将产品的支架模块分为齿轮架、轴承端盖、架盖三个零件来设计，其中，齿轮架零件作为模块的主体，用于安装放置变速模块的各色齿轮；轴承端盖零件用于封闭变速齿轮的轴端；架盖零件用于覆盖整个齿轮架顶面，且作为安装外部电光源的基础实体。

⑸ 在齿轮架零件的上下盘架中，设置对应的轴承通孔和轴承沉头孔，以楔入变速齿轮轴端所需的滚动轴承。

⑹ 在齿轮架零件的上下盘架中，根据轴承通孔和轴承沉头孔的位置和大小，设置若干个的圆角减负孔，减轻齿轮架零件的总体重量，精简齿轮架结构。

⑺ 在变速模块中，设计一联动轮作为模块的主体零件，其中，联动轮的小齿轮作为接收动力源的物理所在，联动轮的大齿轮作为向外传递动力能量的物理所在。

⑻ 在联动轮零件中，将小齿轮键齿数和大齿轮键齿数之间的比例，设计在1:3到1:5之间；将小齿轮键齿数与推力模块顶座零件内环键齿键齿数之间的比例，设计在1:6到1:8之间。

⑼ 设计一齿轮轴零件作为变速模块的从动轴，用于接收联动轮零件传递过来的旋转动力，且将旋转动力的旋转速度提高三至五倍。

⑽ 设计一连接套零件作为变速模块动力输出的中间介体，用于齿轮轴零件轴端与发电机转子之间的连接，使变速模块输出的机械能转换为发电机输出的电能。

通过上述一系列技术方案的实施，本发明产品除了具有与公知齿轮变速装置相同的作用之外，还可以取得下列有益效果：

⑴ 结构精悍──产品突破了公知齿轮变速器必需使用箱形壳体的格局，在不影响机械变速功能的前提下，精简了齿轮变速器的结构，节约了设备用材和设备使用空间。

⑵ 用途广泛──产品使用精巧的齿轮内旋式结构，可用推力顶座直接连接外部的动力源，用途广泛，运行安全可靠。

⑶ 适应性强──产品结构精悍，体积简单，所形成产品可直接作用于风力、水力等流体动力装置，几乎可适应于一切需要改变机械运转速度，变换动力大小的物理使用需要，应用范围广，适应性强。

此外，本发明还有实施简单，制造简易的优点，所形成产品结构美观大方，坚实耐用，市场空间广阔，具有较高的经济附加价值和社会使用价值。

下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步说明。

 

附图说明

图1，是本发明一实施例产品组织结构示例图。

图2，是本发明一实施例推力模块零件示例图。

图3，是本发明一实施例推力底座零件结构全剖示例图。

图4，是本发明一实施例推力顶座零件结构全剖示例图。

图5，是本发明一实施例内架模块零件示例图。

图6，是本发明一实施例齿轮架零件结构全剖示例图。

图7，是本发明一实施例变速模块零件示例图。

图8，是本发明一实施例联动轮零件结构全剖示例图。

图9，是本发明一实施例齿轮轴零件结构示例图。

图10，是本发明一实施例产品装配示例图。

图11，是本发明一实施例产品应用示例图。

 

具体实施方式

本发明作为一项产品制造的技术方案，通过相应组织结构的有机结合，可以使方案得到具体实施。本发明一实施例产品组织结构如图1所示。

图1中，产品由推力、内架、变速三个模块组成，其中，推力模块推力底座、滚柱、推力顶座三种零件组成，内架模块由齿轮架、轴承端盖、架盖、紧固垫圈、紧固螺钉五种零件组成，变速模块由轴端轴承、联动轮轴、轴销、联动轮、铜套、连套紧定钉、连接套、齿轮轴八种零件组成。

在实施过程中，每种零件都有自己的具体形态。推力模块所属各零件的形态如图2所示。

图2中，按照标号顺序排列的零件依次是：推力底座零件（1）、滚柱零件（2）、推力顶座零件（3），其中，滚柱零件（3）的数量为20，其它零件的数量各自为1。

在推力模块中，推力底座零件（1）与推力顶座零件（3）的结构比较特殊。推力底座零件（1）的结构如图3所示。

图3中，底座零件（1）结构包括底盘（4）、外立壁（5）、弧形顶（6）、斜内壁（7）四个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；其中，弧形顶（6）置于外立壁（5）与斜内壁（7）之间的相交处，外立壁（5）壁面与底盘（4）底面相互垂直，底盘（4）轴心线与外立壁（5）轴心线、斜内壁（7）轴心线相互重合。

在实施过程中，底座零件（1）使用合金结构钢、铜锌合金二种金属材料中的任一种材料制成，整个零件最大高度值与最大外径值之间的比例，在1:5.1到1:5.3之间；整个零件最大高度值与最小内径值之间的比例，在1:4.0到1:5.2之间。

推力顶座零件（3）的结构如图4所示。

图4中，推力顶座零件（3）结构包括外立壁（8）、紧定孔（9）、复壁顶（10）、内环键齿（11）、内斜面（12）、斜面勾托（13）六个组成部分，其中，紧定孔（9）数量在30至50个之间，紧定孔（9）垂直位置设置在外立壁（8）自下向上的三分之一处，绕推力顶座零件（3）轴心环形阵列，斜面勾托（13）置于内斜面（12）下端。

实施过程中，顶座零件（3）制造材质与底座零件（1）制造材质相同，使用合金结构钢、铜锌合金二种金属材料中的任一种材料制成，整个零件最大高度值与最大外径值之间的比例，在1:3.6到1:3.8之间；整个零件最大高度值与由内环键齿齿顶所形成内切圆内径值之间的比例，在1:2.1到1:2.2之间。

实施例中，内架模块所属各零件形态如图5所示。

图5中，按照标号顺序排列的零件依次是：齿轮架零件（14）、轴承端盖零件（15）、架盖零件（16）、紧固垫圈零件（17）、紧固螺钉零件（18），其中，紧固垫圈零件（17）、紧固螺钉零件（18）的数量各自为6，其它零件的数量各自为1。

在内架模块中，结构比较特殊的是齿轮架零件（14），该零件的具体结构如图6所示。

图6中，齿轮架零件（14）其结构包括底盘（19）、立柱（20）、顶盘（21）、端盖螺孔（22）、减负孔（23）、轴承通孔（24）、轴承沉头孔（25）七个组成部分；其中，减负孔（23）的数量为9，端盖螺孔（22）的数量为6，轴承通孔（24）、轴孔沉头孔（25）的数量各自为2，其它组成部分的数量各自为1；在成品零件中，立柱（20）上端与顶盘（21）连接，立柱（20）下端与底盘（19）连接，设置在底盘（19）的减负孔（23）数量为6，设置在顶盘（21）的减负孔（23）数量为3，端盖螺孔（22）与轴承通孔（24）全部设置在顶盘（21），轴承沉头孔（25）全部设置在底盘（19），顶盘（21）轴心线与底盘（19）轴心线相互重合，轴承通孔（24）轴心线与轴承沉头孔（25）轴心线对应重合。

实施过程中，齿轮架零件（14）使用碳素钢材料制成，整个零件最大高度值与底盘（19）外径值之间的比例，在1:1.8到1:2.0之间；轴承通孔（24）直径值与底盘（19）外径值之间的比例，在1:6.8到1:7.2之间。

变速模块所属各零件形态如图7所示。

图7中，按照标号顺序排列的零件依次是：轴端轴承零件（26）、联动轮轴零件（27）、轴销零件（28）、联动轮零件（29）、铜套零件（30）、连套紧定钉零件（31）、连接套零件（32）、齿轮轴零件（33），其中，轴端轴承零件（26）的数量为4，连套紧定钉零件（31）的数量为2，其它零件的数量各自为1。

变速模块中，结构比较有特色的有联动轮零件（29）和齿轮轴零件（33）。联动轮零件（29）结构如图8所示。

图8中，联动轮零件（29）结构包括小齿轮（34）、轮颈（35）、大齿轮（36）、轴孔（37）、轴销槽（38）五个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；在成品零件中，小齿轮（34）、轮颈（35）、大齿轮（36）三个组成部分自下而上依次串连排列，三者轴心线相互重合。

实施过程中，联动轮零件（29）使用合金结构钢、铜锌合金、粉末合金三种金属材料中的任一种材料制成，整个零件最大高度值与大齿轮（36）齿顶所形成外切圆直径值之间的比例，在1:1.5到1:1.8之间。

齿轮轴零件（33）结构如图9所示。

图9中，齿轮轴零件（33）结构包括六棱轴伸（39）、紧定坑（40）、下轴颈（41）、下轮基（42）、齿轮（43）、上轮基（44）、上轴颈（45）七个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；在成品零件中，六棱轴伸（39）、下轴颈（41）、下轮基（42）、齿轮（43）、上轮基（44）、上轴颈（45）六个组成部分自下而上依次串连排列，六者轴心线相互重合。

实施例中，齿轮轴零件（33）的制造材质与联动轮零件（29）相同，均是使用合金结构钢、铜锌合金、粉末合金三种金属材料中的任一种材料制成，实施所形成零件的最大直径值［齿轮（43）齿顶所形成外切圆的直径值］，与整个零件最大高度值之间的比例，在1:5.1到1:5.4之间。

实施过程中，当产品所需各零件均已制造完毕后，即可以模块为单位，将零件组装配合，形成产品。各零件在成型产品中的装配关系如图10所示。

图10中，推力模块置于产品最外围，内架模块贯穿产品主体的上下，变速模块除了连接套零件（32）之外，其余零件全部置于在其它二个模块的包围之中；推力模块通过所属推力顶座零件（3），与变速模块的联动轮零件（29）接触；变速模块通过所属轴端轴承零件（26），与内架模块的齿轮架零件（14）接触；内架模块则以其所属架盖零件（16），置于产品最顶端，还以其所属齿轮架零件（14），成为整个产品的中坚骨干；其中，推力顶座零件（3）轴心线与内架模块齿轮架零件（14）轴心线、变速模块齿轮轴零件（33）轴心线相互重合。

同样在图10中，推力模块的滚柱零件（2），置于推力底座零件（1）斜内壁与推力顶座零件（3）内斜面之间，且绕推力顶座零件（3）轴心线环形阵列，与推力底座零件（1）、推力顶座零件（3）配合形成完整的圆锥推力轴承。

还是在图10中，变速模块的联动轮零件（29），通过联动轮轴零件（27）、轴端轴承零件（26）的配合，设置在内架模块齿轮架零件（14）内部，且其小齿轮键齿与推力顶座零件（3）的内环键齿相咬合，其大齿轮键齿与齿轮轴零件（33）的齿轮键齿相咬合。

通过实施形成的成型产品，主要应用于风能动力加速系统，其应用情况如图11所示。

图11中，推力模块底座零件（1）置于外部的机架（46）之上，推力顶座零件（3）通过其外立壁与外部风能动力轮（48）连接，内架模块的架盖零件（16），利用其顶面安装外部的电光源（47），变速机构的连接套零件（32），其上端咬合连接齿轮轴零件（33），其下端咬合连接外部的立式发电机（45）；当天然风力推动风能动力轮（48）转动时，风能动力轮（48）通过推力顶座零件（3）的内环键齿驱动变速模块所属联动轮零件（29）旋转，再通过变速模块内部各齿轮的旋转配合，使机械转动速度得到提升，最终达到发电机（45）产生电动势所必需的转速，从而实现产品支持风能变机械能、机械能变电能的能量变换功能。

在实际开发过程中，产品各模块及其相关零件的形状、规格、方位等，均可以根据功能的需要而灵活变通，从而实现多种规格、多种型号的有机组合，形成多种实施方案，开拓出千姿百态的产品。

Claims (10)

1.一种内旋式齿轮变速器，由推力、内架、变速三个模块组成，其特征是：

⑴ 所述的推力模块，由推力底座、滚柱、推力顶座三种零件组成，其中，滚柱零件的数量为20，其它零件的数量各自为1；

⑵ 所述的内架模块，由齿轮架、轴承端盖、架盖、紧固垫圈、紧固螺钉五种零件组成，其中，紧固垫圈零件、紧固螺钉零件的数量各自为6，其它零件的数量各自为1；

⑶ 所述的变速模块，由轴端轴承、联动轮轴、轴销、联动轮、铜套、连套紧定钉、连接套、齿轮轴八种零件组成，其中，轴端轴承零件的数量为4，连套紧定钉零件的数量为2，其它零件的数量各自为1；

⑷ 在成型产品中，所述推力模块置于产品最外围，所述内架模块贯穿于产品主体的上下，所述变速模块除了连接套零件之外，其余零件全部置于在其它二个模块的包围之中；推力模块通过所属推力顶座零件，与变速模块的联动轮零件接触；变速模块通过所属轴端轴承零件，与内架模块的齿轮架零件接触；内架模块则以其所属架盖零件，置于产品最顶端，以其所属的齿轮架零件，成为整个产品的中坚骨干；其中，推力顶座零件轴心线与内架模块齿轮架零件轴心线、变速模块齿轮轴零件轴心线相互重合；

⑸ 在成型产品中，所述推力模块的滚柱零件，置于推力底座零件斜内壁与推力顶座零件内斜面之间，且绕推力顶座零件轴心线环形阵列，与推力底座零件、推力顶座零件配合形成完整的圆锥推力轴承；

⑹ 在成型产品中，所述变速模块的联动轮零件，通过联动轮轴零件、轴端轴承零件的配合，设置在内架模块齿轮架零件内部，且其小齿轮键齿与推力顶座零件的内环键齿相咬合，其大齿轮键齿与齿轮轴零件的齿轮键齿相咬合。

2.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述推力模块中的底座零件，其结构包括底盘、外立壁、弧形顶、斜内壁四个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；其中，弧形顶置于外立壁与斜内壁之间的相交处，外立壁壁面与底盘底面相互垂直，底盘轴心线与外立壁轴心线、斜内壁轴心线相互重合。

3.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述推力模块中的底座零件，由合金结构钢、铜锌合金二种金属材料中的任一种材料制成，整个零件最大高度值与最大外径值之间的比例，在1:5.1到1:5.3之间；整个零件最大高度值与最小内径值之间的比例，在1:4.0到1:5.2之间。

4.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述推力模块中的顶座零件，其结构包括外立壁、紧定孔、复壁顶、内环键齿、内斜面、斜面勾托六个组成部分，其中，紧定孔数量在30至50个之间，紧定孔垂直位置设置在外立壁自下向上的三分之一处，绕推力顶座零件轴心环形阵列，斜面勾托置于内斜面下端。

5.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述推力模块中的顶座零件，制造材质与底座零件制造材质相同，由合金结构钢、铜锌合金二种金属材料中的任一种材料制成，整个零件最大高度值与最大外径值之间的比例，在1:3.6到1:3.8之间；整个零件最大高度值与由内环键齿齿顶所形成内切圆内径值之间的比例，在1:2.1到1:2.2之间。

6.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述内架模块中的齿轮架零件，其结构包括底盘、立柱、顶盘、端盖螺孔、减负孔、轴承通孔、轴承沉头孔七个组成部分；其中，减负孔的数量为9，端盖螺孔的数量为6，轴承通孔、轴孔沉头孔的数量各自为2，其它组成部分的数量各自为1；在成品零件中，立柱上端与顶盘连接，立柱下端与底盘连接，设置在底盘的减负孔数量为6，设置在顶盘的减负孔数量为3，端盖螺孔与轴承通孔全部设置在顶盘，轴承沉头孔全部设置在底盘，顶盘轴心线与底盘轴心线相互重合，轴承通孔轴心线与轴承沉头孔轴心线对应相互重合。

7.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述内架模块中的齿轮架零件，使用碳素钢材料制成，整个零件最大高度值与底盘外径值之间的比例，在1:1.8到1:2.0之间；轴承通孔直径值与底盘外径值之间的比例，在1:6.8到1:7.2之间。

8.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述变速模块中的联动轮零件，使用合金结构钢、铜锌合金、粉末合金三种金属材料中的任一种材料制成，其结构包括小齿轮、轮颈、大齿轮、轴孔、轴销槽五个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；在成品零件中，小齿轮、轮颈、大齿轮三个组成部分自下而上依次串连排列，三者轴心线相互重合；整个零件最大高度值与大齿轮齿顶所形成外切圆直径值之间的比例，在1:1.5到1:1.8之间。

9.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：所述变速模块中的齿轮轴零件，其制造材质与联动轮零件相同，使用合金结构钢、铜锌合金、粉末合金三种金属材料中的任一种材料制成，其结构包括六棱轴伸、紧定坑、下轴颈、下轮基、齿轮、上轮基、上轴颈七个组成部分，每个组成部分的数量各自为1；在成品零件中，六棱轴伸、下轴颈、下轮基、齿轮、上轮基、上轴颈六个组成部分自下而上依次串连排列，六者轴心线相互重合；整个零件最大直径值与整个零件最大高度值之间的比例，在1:5.1到1:5.4之间。

10.根据权利要求1所述的内旋式齿轮变速器，其特征是：通过实施形成的成型产品，主要应用于风能动力加速系统；产品在使用时，推力模块底座零件置于外部的机架之上，推力顶座零件通过其外立壁与外部风能动力轮连接，内架模块的架盖零件，利用其顶面安装外部的电光源，变速机构的连接套零件，其上端咬合连接齿轮轴零件，其下端咬合连接外部的立式发电机；当外界天然风力推动风能动力轮转动时，风能动力轮通过推力顶座零件的内环键齿驱动变速模块所属联动轮零件旋转，再通过变速模块内部各齿轮的旋转配合，使机械转动速度得到提升，最终达到发电机产生电动势所必需的转速，从而实现产品支持风能变机械能、机械能变电能的能量变换功能。

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