CN106678336B

CN106678336B - 一种齿体分离式齿轮结构

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Publication number: CN106678336B
Application number: CN201710164493.6A
Authority: CN
Inventors: 张彩霞; 宋志琼; 蔡力钢; 刘志峰; 杨聪彬
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2017-03-19
Filing date: 2017-03-19
Publication date: 2019-06-14
Anticipated expiration: 2037-03-19
Also published as: CN106678336A; WO2018171149A1

Abstract

本发明公开了一种齿体分离式齿轮结构及设计方法，齿体分离式齿轮由轮体、轮齿、齿轮销和齿轮钥匙四种零件组成。通过四种基本零件之间的榫卯连接得到一个完整的齿轮。各轮齿顺次插入轮体外圈两侧的凹槽中，实现对各轮齿的周向和横向固定；各齿轮销顺次插入轮体外圈两侧的销孔中，实现对各轮齿的径向固定；各齿轮钥匙沿钥匙槽旋转进入，实现对各齿轮销的径向固定。至此齿体分离式齿轮通过榫卯连接的方式拼接完成。每组轮齿可单独拆卸，可以提高维修效率、降低维修成本。各零件通过榫卯连接形式组合在一起，并且齿轮旋转速度越快，连接越紧固。本发明可以使轮体部分和轮齿部分采用不同材料，可调控不同部位的机械性能。

Description

一种齿体分离式齿轮结构

技术领域

本发明涉及一种齿体分离式齿轮结构及设计方法，属于齿轮设计技术领域。

背景技术

大中型直齿圆柱齿轮(直径在0.5-5m)主要用在滚筒烘干机、回转窑炉、环保设备、大型机床和搅拌机等设备中。但随着齿轮直径的增大，齿轮的加工与维修难度增加。在使用过程中常常因为一部分齿轮轮齿的摩擦磨损或者根部断裂而造成齿轮的整体报废，造成了巨大的浪费。如果新齿轮短时间内难以加工完成，也会影响企业产能，造成巨大经济损失。

本发明设计了一种分离式齿轮，将齿轮上几个相邻的齿分为一组，通过榫卯连接构成完整齿轮。因此，在轮齿出现破损后只要局部更换新轮齿，整个齿轮又可重新工作，可以降低齿轮的维护成本，实现绿色制造。能实现齿体分离式结构设计的齿轮包含大中型圆柱齿轮和涡轮。

发明内容

本发明的目的是提供一种齿体分离式齿轮结构及设计方法。

本发明所提供的齿体分离式齿轮1，通过四种零件的榫卯连接得到；所述齿体分离式齿轮1由四种零件组成：轮体2、轮齿3、齿轮销4和齿轮钥匙5(见图1.1、图1.2)。

本发明以四种基本零件：轮体2、轮齿3、齿轮销4、齿轮钥匙5为基础，通过四种基本零件之间的榫卯连接得到一个完整的齿轮。各轮齿3顺次插入轮体 2外圈两侧的凹槽中，实现对各轮齿3的周向和横向固定；各齿轮销4顺次插入轮体2外圈两侧的销孔中，实现对各轮齿3的径向固定；各齿轮钥匙5沿钥匙槽旋转进入，实现对各齿轮销4的径向固定。至此齿体分离式齿轮通过榫卯连接的方式拼接完成。

所述轮体2与普通齿轮相同，轮体2的外圈两侧是均匀分布的凹槽2.1，其上加工有销孔2.2和旋转槽2.4，旋转槽2.4垂直指向圆心(见图2.1、图2.2)。

所述轮齿3的内侧设有两个对称分布的固定耳3.1，装配时固定耳3.1插入轮体凹槽中，实现轮齿的横向和周向固定，轮齿上齿的数量由齿轮的总齿数确定 (特殊情况下轮齿上的齿数可不相等)。

所述齿轮销4为一盲孔销(见图4.1-图4.4)，其拆卸口4.1的宽度L4需小于齿轮钥匙的宽度H5，可实现轮齿的径向固定。一般的盲孔销拆卸方法为：击却法、液压法、顶拔法。所述齿轮销上设计有4.2预留槽，可配合内六角扳手进行拆装。这种拆卸方法方便快捷、还能保证齿轮销在拆卸过程中减少变形。由于齿轮工作时齿轮销需承载轮齿的离心力和轮齿自重，其侧面的倾斜角度α4要由其所承载的最大力决定。

所述齿轮钥匙5其本质是一个锁紧装置，分为左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙，左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙的结构相同，其区别是左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙内侧紧固块的方向相反。齿轮钥匙由内侧锁紧块5.1、旋转轴5.2、钥匙孔5.3、外侧锁紧块5.4组成(见图5.1-图5.8)。内侧锁紧块5.1和外侧锁紧块5.4大小相同，内侧锁紧块底部加工圆角以便于其旋转,旋转轴5.2的直径和内外锁紧块的横截面边长相等。

前述齿轮钥匙5的工作原理介绍：齿轮销4装入轮体销孔2.2以后，齿轮钥匙5的内侧锁紧块5.1沿钥匙槽2.3插入，当到达第一旋转槽2.4时，齿轮钥匙5 以旋转轴5.2为中心，逆时针旋转90°。此时外侧锁紧块5.4恰好沿着钥匙槽2.3 进入，内侧锁紧块5.1沿着滑道2.5竖直进入，当内侧锁紧块5.1到达第二旋转槽2.6时，齿轮钥匙5以旋转轴5.2为中心，顺时针旋转90°，实现齿轮销4的固定。

本发明中齿轮钥匙5的设计可避免齿轮工作时齿轮销4横向移动，起到了良好的固定作用。齿轮钥匙5在齿轮结构中不受任何外力作用，仅对齿轮销4起横向固定作用，并且齿轮旋转越快，齿轮钥匙5对齿轮销4的固定作用越明显。

本发明所述齿体分离式齿轮的具体装配方法：首先将轮齿3固定在轮体2 上，轮齿上的固定耳3.1插入轮体上的凹槽2.1中；然后把齿轮销4插入到对应的键槽中，并保证拆卸口4.1的一侧朝外以方便拆卸；最后使用内六角扳手安装齿轮钥匙5，完成齿体分离式齿轮1的装配。

本发明所述齿体分离式齿轮的具体拆卸方法：首先将需更换轮齿两侧的齿轮钥匙5拆掉；然后拆卸两侧的齿轮销4；最后直接拆掉对应的轮齿3，完成齿轮拆卸。

参照机械设计手册，确定齿体分离式齿轮各零部件主要尺寸参数：1.轮齿上固定耳3.1的宽度为轮齿整体宽度的2/3—3/4、高度约为3—4倍的齿轮模数、厚度约为齿轮模数±(2—5)mm；2.齿轮销的顶面宽度为固定耳3.1宽度的1/2—2/3、高度约为1—2倍的模数、齿轮销底部的宽度要根据齿轮销的具体承载力来决定； 3.齿轮销锁紧块的横截面边长约为1个模数左右，长度是2/3倍的齿轮销高度加横截面边长，齿轮钥匙的整体长度是齿轮销长度±2倍的锁紧块横截面边长±(5-10) mm；4.轮体上的各销孔尺寸根据轮齿、齿轮销和齿轮钥匙的结构来设计。

本发明从结构设计上来限定轮齿的周向、横向和径向自由度，避免了轮齿在工作过程中的松弛脱落问题；并且，榫卯连接部位均为平面连接，结构简单，易于保证齿轮的装配精度。

本发明的另一个目的是降低大中型齿轮的维护难度。

本发明的分离式齿轮结构的最大特点在于轮体和轮齿分别设计和制造，与传统的齿轮设计相比，每组轮齿可单独拆卸，可以提高维修效率、降低维修成本。

本发明所提供的齿体分离式齿轮体现了榫卯连接在大、中型齿轮制造过程中的创新应用。其中各零件通过榫卯连接形式组合在一起，并且齿轮旋转速度越快，连接越紧固。

本发明的结构设计可以使轮体部分和轮齿部分采用不同材料，可调控不同部位的机械性能。

附图说明

图1.1为齿体分离式齿轮图。

图1.2为五倍局部放大图。

图2.1为轮体图。

图2.2为五倍局部放大图。

图3.1为轮体主视图。

图3.2为轮体左视图。

图3.3为轮体俯视图。

图3.4为轮齿图。

图4.1为齿轮销主视图。

图4.2为齿轮销左视图。

图4.3为齿轮销俯视图。

图4.4为齿轮销。

图5.1为左侧齿轮钥匙主视图。

图5.2为左侧齿轮钥匙左视图。

图5.3为左侧齿轮钥匙俯视图。

图5.4为左侧齿轮钥匙图。

图5.5为右侧齿轮钥匙主视图。

图5.6为右侧齿轮钥匙左视图。

图5.7为右侧齿轮钥匙俯视图。

图5.8为右侧齿轮钥匙。

图6为装配图实例一。

图7为装配图实例二。

图8为装配图实例三。

图9为装配图实例四。

图10为装配图实例五。

图11为装配图实例六。

图12为装配图实例七。

图13为装配图实例八。

图14为装配图实例九。

图15为装配图实例十。

图16为装配图实例十一。

图17为装配图实例十二。

图18为装配图实例十三。

图19为装配图实例十四。

具体实施方式

实例1、直齿圆柱齿轮

下面以齿体分离式直齿圆柱齿轮为例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述零部件的加工，如无特殊说明，均可采用普通数控机床加工；所述零件加工结构，如无特殊说明，无需做特殊处理。

实例中的直齿圆柱齿轮模数为3mm,宽度为81mm,齿数为115。

本例中以5个相邻的齿为一组，设计一个轮齿。这样一个齿轮由23个相同的轮齿组成。轮体前后侧面要均匀的对称分布23个齿轮齿槽。

齿轮装配时将1个轮体、23个轮齿、46个齿轮销以及46个齿轮钥匙通过榫卯方式连接，组成一个完整的直齿圆柱齿轮。在装配时需保证齿轮销上带有拆卸口的一面朝外。

一个轮齿的安装过程分为六步，各步过程如下列各三维图所示：

装配开始前为全爆视图(见图6)

第一步：装轮齿(见图7)。

第二步：装齿轮销(见图8)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第三步：装齿轮钥匙至第一个旋转槽(见图9)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第四步：将齿轮钥匙逆时针旋转90°(见图10)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第五步：将齿轮钥匙沿滑道继续推进到第二个旋转槽(见图11)(轮齿已隐藏，以便装配显示更清楚)。

第六步：将齿轮钥匙顺时针旋转90°(见图12)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

实例2、涡轮

下面通过齿体分离式涡轮为例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

实例中的涡轮模数为8mm,宽度为61.1mm,齿数为46。本例中以2个相邻的齿为一组，设计一个轮齿。这样一个齿轮由23个相同的轮齿组成。轮体前后侧面要均匀的对称分布23个齿轮齿槽。

齿轮装配时将1个轮体、23个轮齿、46个齿轮销以及46个齿轮钥匙通过榫卯方式连接，组成一个完整的涡轮。在装配时需保证齿轮键上带有拆卸口的一面朝外。

装配开始前为全爆视图。

第一步：装轮齿(见图13)。

第二步：装齿轮销(见图14)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第三步：装齿轮钥匙至第一个旋转槽(见图15)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第四步：将齿轮钥匙逆时针旋转90°(见图16)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

第五步：将齿轮钥匙沿滑道继续推进到第二个旋转槽(见图17)(轮齿已隐藏，以便装配显示更清楚)。

第六步：将齿轮钥匙顺时针旋转90°(见图18)(轮齿已隐藏，以便装配过程显示更清楚)。

Claims

1.一种齿体分离式齿轮结构，其特征在于：齿体分离式齿轮(1)由四种基本零件组成：轮体(2)、轮齿(3)、齿轮销(4)和齿轮钥匙(5)；四种基本零件通过榫卯连接得到一个完整的齿轮；

各轮齿(3)顺次插入轮体(2)外圈两侧的凹槽中，实现对各轮齿(3)的周向和横向固定；各齿轮销(4)顺次插入轮体(2)外圈两侧的销孔中，实现对各轮齿(3)的径向固定；各齿轮钥匙(5)沿钥匙槽旋转进入，实现对各齿轮销(4)的径向固定；至此齿体分离式齿轮通过榫卯连接的方式拼接完成；

所述齿轮钥匙(5)其本质是一个锁紧装置，分为左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙，左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙的结构相同，其区别是左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙内侧锁紧块的方向相反；左侧齿轮钥匙和右侧齿轮钥匙由内侧锁紧块(5.1)、旋转轴(5.2)、钥匙孔(5.3)、外侧锁紧块(5.4)组成；内侧锁紧块(5.1)和外侧锁紧块(5.4)大小相同，内侧锁紧块底部加工圆角以便于其旋转,旋转轴(5.2)的直径和内外锁紧块的横截面边长相等；钥匙槽(2.3)沿销孔(2.2)竖向布置，第一旋转槽(2.4)、滑道(2.5)和第二旋转槽(2.6)设置在钥匙槽(2.3)的底部。

2.根据权利要求1所述的一种齿体分离式齿轮结构，其特征在于：所述轮体(2)与普通齿轮相同，轮体(2)的外圈两侧是均匀分布的凹槽(2.1)，其上加工有销孔(2.2)、第一旋转槽(2.4)和第二旋转槽(2.6)，第一旋转槽(2.4)和第二旋转槽(2.6)垂直指向圆心。

3.根据权利要求1所述的一种齿体分离式齿轮结构，其特征在于：所述轮齿(3)的内侧设有两个对称分布的固定耳(3.2)，装配时固定耳(3.2)插入轮体凹槽中，实现轮齿的横向和周向固定，轮齿上齿的数量由齿轮的总齿数确定。

4.根据权利要求1所述的一种齿体分离式齿轮结构，其特征在于：所述齿轮销(4)为一盲孔销，其拆卸口(4.1)的宽度L4需小于齿轮钥匙的宽度H5，可实现轮齿的径向固定；盲孔销拆卸方法为：击却法、液压法、顶拔法；所述齿轮销上设计有预留槽(4.2)，配合内六角扳手进行拆装；这种拆卸方法方便快捷、还能保证齿轮销在拆卸过程中减少变形；由于齿轮工作时齿轮销需承载轮齿的离心力和轮齿自重，其侧面的倾斜角度α4要由其所承载的最大力决定。

5.根据权利要求2所述的一种齿体分离式齿轮结构，其特征在于：齿轮销(4)装入销孔(2.2)以后，齿轮钥匙(5)的内侧锁紧块(5.1)沿钥匙槽(2.3)插入，当到达第一旋转槽(2.4)时，齿轮钥匙(5)以旋转轴(5.2)为中心，逆时针旋转90°；此时外侧锁紧块(5.4)恰好沿着钥匙槽(2.3)进入，内侧锁紧块(5.1)沿着滑道(2.5)竖直进入，当内侧锁紧块(5.1)到达第二旋转槽(2.6)时，齿轮钥匙(5)以旋转轴(5.2)为中心，顺时针旋转90°，实现齿轮销(4)的固定；

齿轮钥匙(5)的设计避免齿轮工作时齿轮销(4)横向移动，起到了良好的固定作用；齿轮钥匙(5)在齿轮结构中不受任何外力作用，仅对齿轮销(4)起横向固定作用，并且齿轮旋转越快，齿轮钥匙(5)对齿轮销(4)的固定作用越明显。