CN105927680A - 一种单拉伸弹簧式离合器接力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，包括内部中空并设有一个内齿牙的齿轮及穿过该齿轮的内部空间的带有轴键的驱动轴；内齿牙与轴键在轴旋转空间内同轴，且轴向位置重合；齿轮的一侧表面设有凸起，驱动轴沿径向设有通孔，一根拉伸弹簧穿过驱动轴上的该通孔与齿轮上的凸起相连接。本发明的接力装置，通过驱动轴与齿轮相对角度变化，实现了双向离合器的效果，解决了在接力驱动过程中齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双驱动不同步造成的碰撞和干涉问题，保证了双驱动状态下接力过程的平稳运行。

Description

一种单拉伸弹簧式离合器接力装置

技术领域

本发明涉及传动技术领域，具体涉及一种单拉伸弹簧式离合器接力装置。

背景技术

在压水堆核电站运行期间，反应堆停堆换料操作过程需要将新/乏燃料组件在反应堆厂房和燃料厂房之间往复运输，运输的路径中需要携带燃料组件穿过燃料转运通道，从一个厂房运输到另一个厂房。三代核电站由于双层安全壳的设计，燃料转运通道的长度与二代以及二代改进型核电站相比有了很大的增加，运输路径的加长对燃料转运装置的传动系统提出了更高的要求。

在实现上述运输核燃料组件的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

选择双齿轮单齿条式接力驱动，需要解决齿轮齿条进入啮合瞬间的刚性冲击问题，否则会发生撞齿使设备受损。

选择双齿轮单齿条式接力驱动，还需要解决齿轮齿条进入双驱动状态之后，由于双驱动不同步造成的追齿问题以及尾齿脱离问题。

由于燃料转运装置在厂房的终端位置(即待倾翻位置)时实现倾翻架和承载器的提升，故必须严格保证小车位置的准确性和稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，解决了在反应堆停堆换料操作过程中驱动机构的齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双驱动不同步造成的碰撞和干涉问题，保证双驱动状态下接力过程的平稳性；结构简单，便于加工和安装。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，包括齿轮及驱动轴，齿轮的内部为中空结构并设有一个内齿牙，驱动轴上具有轴键，驱动轴穿过齿轮的内部空间，使内齿牙与轴键在轴旋转空间内同轴，且轴向位置重合；齿轮的一侧表面上设有凸起，驱动轴沿径向设有通孔，一根拉伸弹簧穿过驱动轴上的通孔与齿轮上的凸起相连接。

进一步，所述凸起结合驱动轴上的通孔来控制拉伸弹簧的初始形状与形变。

进一步，驱动轴上设有环形槽，在齿轮与驱动轴发生相对转动时，拉伸弹簧在环形槽内产生拉伸变形，不产生轴向移动。

进一步，所述拉伸弹簧的外侧设有弹簧盖板，该弹簧盖板通过连接件固定在所述齿轮上。

进一步，所述齿轮和弹簧盖板通过轴承座于驱动轴上。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明通过在齿轮上设有内齿牙，驱动轴上设有轴键，当齿轮空载状态下，内齿牙的位置与轴键的位置相对应，即在轴向上的位置相重合。由此，本发明利用驱动轴与齿轮相对角度的变化，达到等效的双向离合器的效果，解决了在接力驱动过程中由于齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双驱动不同步造成的碰撞和干涉问题，保证了双驱动状态下接力过程的平稳过渡、接合状态的稳定；

(2)本发明在驱动轴上穿设拉伸弹簧，并将拉伸弹簧的两端与齿轮上的凸起相连接，使轮齿接触瞬间由刚性冲击变为柔性冲击，避免接触瞬间齿轮受损，保证齿轮的完整性；

(3)拉伸弹簧在空载状态下保持有预紧力，能够使齿轮恢复原位，为再次啮合做好准备；

(4)整体结构简单，便于加工和安装。

附图说明

图1为本发明一种单拉伸弹簧式离合器接力装置的正视图；

图2为驱动轴相对于齿轮逆时针旋转时轴键与内齿牙的位置示意图；

图3为驱动轴相对于齿轮顺时针旋转时轴键与内齿牙的位置示意图；

图4为本发明离合器接力装置安装在燃料转运装置下部传动机构上的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为图4左视图的剖面图；

图7为利用本发明离合器接力装置进行双驱动接力过程中齿条与另一侧齿轮接触前的示意图；

图8、图9为齿条与齿轮接触瞬间受力卡死的两个极限位置示意图；

图10为齿条与齿轮接触时要避开啮合死区时的位置示意图。

图中：

1-驱动轴 2-齿轮 3-拉伸弹簧 4-内齿牙

5-轴键 6-弹簧盖板 7、8-轴承 9-凸起

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1、6所示，是本发明单拉伸弹簧式离合器接力装置，包括驱动轴1和齿轮2。齿轮2内部为中空结构并设有内齿牙4，驱动轴1上设有轴键5，驱动轴1穿过齿轮2的内部空间。在空载状态下，保持轴键5与内齿牙4的位置相对应，即轴向上两者重合，径向上对立于驱动轴1的两端。齿轮2的一侧面上设有凸起9，优选为圆柱形，驱动轴1沿径向设置一个通孔，一根拉伸弹簧3穿过该通孔，其两端的圆钩环固定于齿轮2的凸起9上。为保护拉伸弹簧3的安全性，拉伸弹簧3的外侧设有一个具有中空结构的弹簧盖板6，该弹簧盖板6套在驱动轴1上，且与齿轮通过螺栓连接，两者形成一个刚性整体，该刚性整体的两端通过轴承7和轴承8座于驱动轴1上。驱动轴1上设有环形槽，当齿轮2与驱动轴1发生相对转动时，拉伸弹簧3在环形槽9内只产生拉伸变形，不会产生轴向移动。

在空载状态下，拉伸弹簧3处于笔直状态，且拉伸弹簧3、内齿牙4、轴键5位于同一径向面上。由此，齿轮在空载状态下，驱动轴1与齿轮2之间具有双向旋转自由度，双向旋转自由度的角度相同且小于180°，自由度的大小由内齿牙4自身的形状角度决定。在负载状态下，齿轮依靠轴键与内齿牙配合传动。

如图2所示，若驱动轴1相对于齿轮2逆时针旋转，则拉伸弹簧3在环形槽内产生瞬时针方向的拉伸，从而拉伸弹簧提供给齿轮的复位力将为逆时针方向。如图3所示，若驱动轴1相对于齿轮2顺时针旋转，则拉伸弹簧3在环形槽内产生逆时针方向的拉伸，从而拉伸弹簧3提供给齿轮2的复位力将为顺时针方向。

本发明将离合器接力装置安装于燃料转运装置的下部传动机构之上，即反应堆厂房和燃料厂房两侧分别安装，如图4、图5和图6所示，传动机构经联轴器、伞齿轮、驱动轴1将电机转矩传递齿轮。齿轮2与运输小车上的齿条相啮合，驱动小车进退，如图7所示。在接力驱动过程中，绝大部分情况下齿条是在一个齿轮的驱动下运动，只有在运输小车即将通过燃料转运通道(双向)时，才存在一根齿条同时与两个齿轮接触的情况。在空载时，拉伸弹簧3保持有预紧力，能够使齿轮2空载时可靠复位。在负载时，可利用电控系统对驱动轴1位置的控制，使齿轮2空载时复位在一个目标角度范围内，在该角度范围内齿轮2与齿条的啮合不会产生死点。

本发明离合器接力装置的驱动转运装置工作过程可以基本上分为四个状态，具体如下：

(1)齿轮齿条接触瞬间

如图7所示，驱动轴1转动，通过该侧齿轮驱动齿条前进，至接触另一侧齿轮轮齿的瞬间，在运输小车通过燃料转运通道时，右侧驱动轴转动，通过该侧齿轮驱动齿条前进，至接触左侧齿轮轮齿，齿条需要同时与两侧的齿轮接触。齿轮齿条接触瞬间，当接触作用力指向齿轮中心轴线时，即出现受力卡死现象，本实施例中受力卡死的两个极限位置，如图8和图9所示，图8中轮齿右侧棱边接触情况，图9轮齿左侧棱边接触情况，在齿条与左侧齿轮接触时，可通过控制驱动轴的停止角度来控制空载齿轮(本实施例为左齿轮)的停止角度，使空载齿轮保持在图4所示的设定位置，即可使轮齿与齿条的接触避开啮合死区。本实施例中图10中齿轮每24°具备21.13°的非啮合死角和2.87°的啮合死角，齿轮停止位置与设定位置的偏差只要不超过±10.565°，均可成功避开啮合死区。

(2)进入完全啮合过程

如图7所示，当齿条和左侧齿轮的初始接触避开了啮合死区之后，为了让二者进入良好的啮合状态，需要有一个自适应过程，即齿条推动齿轮转动，在此自适应过程中，要求仅左侧齿轮被驱动，左侧齿轮内部的驱动轴静止。齿条在右侧齿轮的驱动下向左侧齿轮前进，在接触后左侧齿轮将在齿条的带动下做逆时针旋转，左侧离合器的拉伸弹簧提供的旋转自由度保证了啮合过程的顺利进行。本实施例中离合器接力装置提供顺时针、逆时针方向上共计300°的旋转自由度：以轴键作为基准点，在逆时针方向上从轴键到轮齿牙的夹角为即为离合器在逆时针方向上的超越空间；在顺时针方向上从轴键到轮齿牙的夹角为 即为离合器在顺时针方向上的超越空间。

根据离合器的方向特性，结合齿条的前进方向，选择合适的离合器设置，提供相应方向的旋转自由度。当齿轮在齿条的带动下相对于空载时的位置旋转了100°时，可视为进入完全啮合状态，此时左侧齿轮的驱动轴启动，右侧的驱动轴依旧维持原有转速，进入双驱动状态。

(3)双驱动过程

进入双驱动过程后，左侧驱动轴开始启动进行逆时针旋转，转速高于右侧驱动轴，在此过程中，保持右侧驱动轴驱动右侧齿轮、右侧齿轮驱动齿条、齿条驱动左侧齿轮，左侧离合器的逆时针旋转自由度减小，直至变为0。在一个短暂的过渡时间后，由于左侧驱动轴转速高于右侧驱动轴转速，完成驱动状态的切换，即：

右侧驱动轴驱动右侧齿轮、右侧齿轮驱动齿条、齿条驱动左侧齿轮→

左侧驱动轴驱动左侧齿轮，左侧齿轮驱动齿条，齿条驱动右侧齿轮；

当左侧离合器的逆时针旋转自由度变为0时，左侧齿轮由齿条驱动转变为左侧齿轮驱动。之后过程中，保持左侧驱动轴驱动左侧齿轮、左侧齿轮驱动齿条、齿条驱动右侧齿轮的状态。同时，右侧离合器的由0°不断增大，由300°不断减小，直至齿条脱离右侧齿轮。

(4)齿条脱离齿轮→下一次准备进入啮合

当齿条脱离右侧齿轮后，右侧驱动轴继续旋转，至设定位置后停止。在此过程中，由于拉伸弹簧的作用力，齿轮将相对于驱动轴做逆时针旋转，完成复位。当驱动轴静止后，复位后的离合器为齿条从左向右的再次啮合做好准备。

综上所述，驱动轴1转动一定的角度，轴键5与齿轮2的内齿牙4在一定相对位置下发生连接，利用驱动轴1与齿轮2相对角度的变化，达到等效的双向离合器的效果，解决了齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双电机的不同步造成的碰撞和干涉问题，保证了接力过程的平稳进行；拉伸弹簧3可以在空载后带动齿轮2复位，为下一次齿轮齿条进入啮合做好初始位置准备。

本发明的一种单拉伸弹簧式离合器接力装置并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (5)

1.一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，包括齿轮(2)及驱动轴(1)，其特征是：齿轮(2)的内部为中空结构并设有一个内齿牙(4)，驱动轴(1)上具有轴键(5)，驱动轴(1)穿过齿轮(2)的内部空间，使内齿牙(4)与轴键(5)在驱动轴(1)的旋转空间内同轴，且轴向位置重合；齿轮(2)的一侧表面上设有凸起(9)，驱动轴(1)径向设有通孔，一根拉伸弹簧(3)穿过驱动轴(1)上的通孔与齿轮(2)上的凸起(9)相连接。

2.如权利要求1所述的一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，其特征是：所述凸起(9)结合驱动轴(1)上的通孔来控制拉伸弹簧(3)的初始形状与形变。

3.如权利要求2所述的一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，其特征是：所述驱动轴(1)上设有环形槽，在齿轮(2)与驱动轴(1)发生相对转动时，拉伸弹簧(3)在环形槽内产生拉伸变形，不产生轴向移动。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，其特征是：所述拉伸弹簧(3)的外侧设有弹簧盖板(6)，该弹簧盖板(6)通过连接件固定在所述齿轮(2)上。

5.如权利要求4所述的一种单拉伸弹簧式离合器接力装置，其特征是：所述齿轮(2)和弹簧盖板(6)均通过轴承(7、8)座于驱动轴(1)上。