CN103939591B - 可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器 - Google Patents

可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器 Download PDF

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Abstract

本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器涉及一种借助齿轮装置机械连接的用于电动机的速度调节的装置，包括前盖、壳体、内齿圈，其中：内齿圈嵌入壳体内，二者能够相对转动，壳体内壁上靠近前盖的一侧沿圆周方向设有向内突出的凸台，与凸台相对的位置上沿圆周方向固设有挡圈，内齿圈上的一部分位于凸台和挡圈之间，内齿圈的外壁上设有凸起的挡块，挡块的中心和内齿圈的中心位于同一水平面上，与挡块临近的壳体的内壁上开有凹槽，挡块伸入凹槽内，挡块的下方安装压电式传感器，压电式传感器通过信号电缆依次连接有电荷放大器和信号处理器。其目的是为了提供一种能够简化传动系统、提高动态扭矩测量准确度的行星齿轮减速器。

Description

可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器
技术领域
本发明涉及专门适用于调节或控制两个或多个电动机的速度或转矩的装置，特别是涉及一种借助齿轮装置机械连接的用于两个或两个以上的、彼此相关的电动机的速度调节的装置。
背景技术
众所周知，NGW型行星齿轮减速器具有同轴、传动比范围大、运转平稳以及传动效率高等一系列特点，在矿山、冶金、石油、化工、船舶、轻工、食品、纺织、起重运输以及军工等各领域有着广泛的应用。在传动系统中，通常在NGW型行星齿轮减速器与负载之间安装扭矩传感器(或转速转矩传感器)，用于对传动系统的运行状态进行监测、控制和故障识别预报。有些特殊的系统，在NGW型行星齿轮减速器前后都安装扭矩传感器，以便同时监测动力源和负载的运行情况。
扭矩是传动系统的重要参数，扭矩测量是传动系统技术参数测试的技术难点，传动轴的扭矩通常采用扭矩传感器进行测量。目前，扭矩传感器的种类很多，根据其工作原理可归纳为两大类，第一类是基于剪应力的，利用应变片测量传动轴的剪应力来计算扭矩，其缺点是它的测量精度与贴片工艺密切相关，精度较低，另外，还需要集流环、电刷等装置将信号输出，而集流环、电刷容易磨损，导致信号测量准确性不高；第二类是基于扭转变形的，利用扭转轴两端面转角差，通过测量传动轴的扭转变形来计算扭矩，常用的有相对位移法、光电法及磁阻法等，但需要将传动轴断开，使用不便。总之，根据现有扭矩测量技术，不管是基于剪应力的，还是基于扭转变形的，由于温度补偿和初始相位补偿问题较难解决，因此，进行动态扭矩测量时，其准确度都比较低。
发明内容
有鉴于此，本发明对传统的NGW型行星齿轮减速器进行了改进，提供了一种既具备动力传递的功能，又具备扭矩检测的功能，能够简化传动系统、提高动态扭矩测量准确度的可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器。
本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，包括前盖、壳体、内齿圈，其中：所述内齿圈嵌入所述壳体内，二者之间留有间隙，能够相对转动，所述壳体的内壁上靠近所述前盖的一侧沿圆周方向设有向内突出的凸台，与所述凸台相对的位置上沿圆周方向固设有挡圈，所述内齿圈上的一部分位于所述凸台和所述挡圈之间，所述内齿圈的外壁上设有凸起的挡块，所述挡块的中心和所述内齿圈的中心位于同一水平面上，与所述挡块临近的所述壳体的内壁上开有凹槽，所述挡块伸入所述凹槽内，所述挡块的下方安装压电式传感器，所述压电式传感器通过信号电缆依次连接有电荷放大器和信号处理器。
本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器与现有技术不同之处在于：
(1)常见的内齿圈和壳体是固定在一起的，二者之间无相对运动，本发明在内齿圈与壳体之间留有间隙，使内齿圈处于浮动状态；
(2)在内齿圈的外侧设计一个挡块，在壳体的相应位置开一槽，使内齿圈的挡块伸入到壳体的槽中；
(3)在挡块与壳体之间安装一压电式传感器，用于测量内齿圈的周向力，该周向力反映了内齿圈的扭矩大小，由内齿圈的扭矩计算输出轴的扭矩和输入轴的扭矩。
设压电式传感器的受力为F，受力点到内齿圈中心的距离为R，则内齿圈所受扭矩为Mn＝RF。设输入轴的扭矩为Mr，输出轴的扭矩为Mc，忽略摩擦损失，并且只考虑扭矩的大小而不考虑扭矩的方向，则根据《行星传动机构设计》(第二版)(饶振纲编著，国防工业出版社，1994.6)p45可得，输入轴的扭矩Mr和输出轴的扭矩Mc分别为
M r = 1 p M n , M c = 1 + p p M n
式中p＝zb/za为NGW型行星减速器的特性参数，其中za、zb为太阳轮、内齿圈的齿数。
本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器与现有技术相比至少具有以下优点：
(1)内齿圈处于浮动状态，和壳体之间可以相对转动，有利于行星齿轮减速器的载荷均衡；
(2)将行星齿轮减速器与扭矩检测装置合二为一，省去了专门的扭矩检测装置，简化了动力传动系统，既可以测量输入轴的扭矩，又可以测量输出轴的扭矩；
(3)按《传感器技术与工程应用》(周四春等编著，原子能出版社，2007.9)p95，压电式传感器适合于动态力测量，因此，本发明大大提高了动态扭矩测量的准确性，并且扭矩测量原理简单可靠，受环境影响小，维护简单方便。
作为进一步的改进，所述挡块的上方安装有弹簧，以防止内齿圈转动时产生的冲击力影响传感器的检测精度。
作为再进一步的改进，所述挡块的根部和所述壳体的内壁之间的缝隙内安装有挡油板，所述挡油板能够完全覆盖所述凹槽。挡块和壳体之间增设的挡油板将凹槽完全覆盖，可以避免齿轮飞转时油通过缝隙飞溅到传感器上，影响传感器的灵敏度，进而影响扭矩检测精度。
作为更进一步的改进，所述凹槽外侧的槽口上设有完全覆盖所述槽口的盖板，用以将凹槽内的部件与外界隔离，防止外界的灰尘落在传感器上干扰传感器的正常检测工作，保证传感器的灵敏度和检测精度。
优选的，所述压电式传感器的压电材料为压电单晶体或多晶压电陶瓷。压电式传感器频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻，能大大提高扭矩检测的检测精度和工作效率。
下面结合附图对本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器作进一步说明。
附图说明
图1为本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器的主视剖视图；
图2为图1中B处的局部放大图；
图3是图1的A向局部剖视图；
图4为图3中C处的局部放大图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，包括输入轴1、前盖2、太阳轮3、轴承架4、壳体5、内齿圈6、行星轮7、行星架8、行星轮轴9、后盖10和输出轴11等主要零件，上述零件为行星齿轮减速器的常用零件，其具体装配方式及相互间的位置关系此处不做详细说明。其中，内齿圈6嵌入壳体5内，二者之间留有间隙，内齿圈6处于浮动状态，与壳体5可以相对转动，壳体5的内壁上靠近前盖2的一侧沿圆周方向设有向内突出的凸台501，壳体5上远离前盖2的一侧，在与凸台501相对的位置上沿圆周方向通过螺钉固定安装有挡圈502，内齿圈6上的一部分位于凸台501和挡圈502之间，沿壳体5的圆周方向，在内齿圈6的两侧设置的相互对称的凸台501和挡圈502夹持住内齿圈6上的一部分，限制内齿圈6沿输入轴1的轴向发生位移，保证减速器运行时的稳定性。再如图3、图4所示，内齿圈6的外壁上设有凸起的挡块601，挡块601的中心和内齿圈6的中心位于同一水平面上，该挡块601临近的壳体5的内壁上开有凹槽503，挡块601伸入凹槽503内，凹槽503内的挡块601的下方安装压电式传感器13，压电式传感器13通过信号电缆131依次连接有电荷放大器16和信号处理器17，以便对信号进行处理，对传动系统进行控制。
如图3、图4所示，为缓冲冲击力，挡块601的上方可以安装弹簧12，弹簧12的两端分别与凹槽503的上表面和挡块601的上表面相接触。
本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器的工作过程是，原动机(图中未绘示)驱动输入轴1旋转，进而依次带动太阳轮3、行星轮7转动，行星轮7带动行星架8转动，同时会对内齿圈6施加一定的力，使内齿圈6转动，内齿圈6转动时挡块601压迫压电式传感器13，压电式传感器13收集到的信号经信号电缆131依次传递至电荷放大器16和信号处理器17。
如图3、图4所示，挡块601的根部602和壳体5的内壁之间存在缝隙，为防止齿轮旋转时，油经缝隙向外飞溅到压电式传感器13上，缝隙内增设挡油板15，挡油板15的面积大于凹槽503的槽口的面积。
再如图3、图4所示，凹槽503外侧的槽口上还加盖有用于防尘的盖板14，该盖板14的面积也大于槽口的面积。
优选的，本发明可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器中的压电式传感器13的压电材料可以选用如石英、酒石酸钾钠等压电单晶体，也可以选用多晶压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等，还可以选用新型的高分子物性型传感材料聚偏二氟乙烯(PVDF)。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，包括前盖(2)、壳体(5)、内齿圈(6)，其特征在于：所述内齿圈(6)嵌入所述壳体(5)内，二者之间留有间隙，能够相对转动，所述壳体(5)的内壁上靠近所述前盖(2)的一侧沿圆周方向设有向内突出的凸台(501)，与所述凸台(501)相对的位置上沿圆周方向固设有挡圈(502)，所述内齿圈(6)上的一部分位于所述凸台(501)和所述挡圈(502)之间，所述内齿圈(6)的外壁上设有凸起的挡块(601)，所述挡块(601)的中心和所述内齿圈(6)的中心位于同一水平面上，与所述挡块(601)临近的所述壳体(5)的内壁上开有凹槽(503)，所述挡块(601)伸入所述凹槽(503)内，所述挡块(601)的下方安装压电式传感器(13)，所述压电式传感器(13)通过信号电缆(131)依次连接有电荷放大器(16)和信号处理器(17)。
2.根据权利要求1所述的可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，其特征在于：所述挡块(601)的上方安装有弹簧(12)。
3.根据权利要求2所述的可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，其特征在于：所述挡块(601)的根部(602)和所述壳体(5)的内壁之间的缝隙内安装有挡油板(15)，所述挡油板(15)能够完全覆盖所述凹槽(503)。
4.根据权利要求3所述的可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，其特征在于：所述凹槽(503)外侧的槽口上设有完全覆盖所述槽口的盖板(14)。
5.根据权利要求4所述的可同时进行扭矩检测的行星齿轮减速器，其特征在于：所述压电式传感器(13)的压电材料为压电单晶体或多晶压电陶瓷。
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