CN107366736B - 一种分体式柔性齿轮及齿轮副 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分体式柔性齿轮及齿轮副，属于机械传动领域。分体式柔性齿轮包括齿圈、轮毂和连接件，齿圈包括轮缘、轮齿和幅板，轮毂与幅板之间通过连接件可拆卸的连接，幅板的其中一个侧面弯曲形成卸荷凹腔。分体式柔性齿轮通过采用上述结构，使幅板均有一定的柔性。齿轮啮合受载时，幅板能够受力变形，降低轮齿的啮合错位量，从而降低齿轮设计的修形量，载荷越大，啮合产生的错位量越大，此时分体式柔性齿轮的变形量也越大，幅板产生的变形量能够降低的齿轮啮合错位量也越大，因此各个工况下齿轮的啮合错位量差值变小，通过针对齿轮啮合错位量修形可保证各个工况下啮合齿轮的齿面都实现均载，从而提高齿轮的强度和可靠性。

Description

一种分体式柔性齿轮及齿轮副

技术领域

本发明涉及机械传动领域，具体而言，涉及一种分体式柔性齿轮及齿轮副。

背景技术

齿轮是机械传动中最常用的零件。重载齿轮的毛坯一般是锻造齿轮，传统的结构可见“机械工业出版社2007年第4版《机械设计手册·齿轮传动(单行本)》16-66页表16.2-66圆柱齿轮的结构”，图中圆柱齿轮为整体式结构，即齿轮和轮毂为一个整体。齿轮幅板或轮毂幅板一般为对称垂直轮齿结构，且传统设计和制造角度仅考虑幅板的结构强度和工艺性，设计的幅板较厚，这种结构的齿轮受载后幅板变形量较小，可认为是刚性的。而齿轮在啮合传动过程中，各个零部件都会产生不同程度的弹性变形，其中包括轮齿、(齿)轴、箱体、轴承的变形。这些变形使啮合的齿轮相互之间产生啮合错位形成齿轮啮合偏载，因此为了提高齿轮强度和寿命，通常会对齿轮进行修形处理。但传统的修形处理存在着两个缺点：其一，如果受载后齿轮啮合错位量很大，那么齿轮所需修形的修形量会比较大，目前齿轮修形均是通过磨齿来实现的，过大的磨削修形量增加了磨齿时间、容易在齿根形成磨削凸台并且使齿面硬度降低；其二，如果齿轮使用的工况多变，例如重载车辆传动齿轮使用中包括启动、爬坡、转弯、直行等多种工况，各个工况齿轮的啮合错位量差值较大，而修形往往只能针对其中一种工况产生的错位量进行设计，因此不能保证每种工况齿面都能均载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分体式柔性齿轮，幅板在载荷的作用下能够发生变形，从而减小各种工况轮齿的啮合错位量和错位量差值，降低齿轮设计修形量，保证齿轮齿面均载，有效提高齿轮的强度和寿命。

本发明的目的还在于提供一种齿轮副，该齿轮副中的至少一个传动齿轮采用上述分体式柔性齿轮，具有分体式柔性齿轮的优点。

本发明是这样实现的：

本发明的实施例提供了一种分体式柔性齿轮，所述分体式柔性齿轮包括齿圈、轮毂和连接件，所述齿圈包括轮缘、轮齿和幅板，所述轮缘为圆环状，所述轮齿的数量为多个且沿所述轮缘的周向分布于所述轮缘的外表面，所述幅板设置于所述轮缘的内侧，所述轮缘、所述轮齿和所述幅板一体成型，所述轮毂与所述齿圈同轴设置且所述轮毂位于所述齿圈的内侧，所述轮毂与所述幅板之间通过所述连接件可拆卸的连接；以所述齿圈的其中一条直径所在直线为参考线，所述参考线所在的其中一个平面为第一参考面，经过所述轮缘的轴线且与所述第一参考面垂直的其中一个平面为第二参考面，其中，所述第一参考面与所述分体式柔性齿轮的轴线垂直，每个所述轮齿均被所述第一参考面分割为长度相等的两部分；所述幅板的两个侧面分别为第一侧面和第二侧面，以所述第二参考面为截面，所述第一侧面的截面包括平滑过渡的第一弧线和第二弧线，所述第一弧线相对于所述第二弧线更靠近所述轮缘，所述第一弧线位于所述第一参考面的一侧，所述第二侧面的截面为截面线，所述第二弧线和所述截面线均位于所述第一参考面的另一侧；在从所述轮缘到所述齿圈的轴线的方向上，所述第一弧线到所述第一参考面的距离逐渐减小，所述第二弧线到所述第一参考面的距离先增大后减小，所述截面线到所述第一参考面的距离逐渐减小；所述第一侧面弯曲形成卸荷凹腔。

可选的，所述幅板的最小厚度为a，所述轮齿的齿宽为b，其中，0.1b<a<0.2b。

可选的，所述截面线包括平滑过渡的第三弧线和截面直线，所述第三弧线相对于所述截面直线更靠近所述轮缘，所述截面直线相对于所述第一参考面倾斜，在从所述轮缘到所述齿圈的轴线的方向上，所述第二弧线到所述第一参考面的距离先从0增大至最大值然后减小至0。

可选的，所述轮缘的其中一个端面与所述轮毂的对应端面错位设置，所述轮缘的另外一个端面与所述轮毂的对应端面错位设置。

可选的，所述连接件包括螺栓，所述轮毂上设置有凸台，所述幅板的靠近所述轮毂的一端设置有连接部，所述凸台与所述连接部之间通过所述螺栓可拆卸的连接。

可选的，所述凸台和所述轮毂形成止口台阶，所述止口台阶具有相邻的第一平面和外圆周面，所述连接部具有相邻的第二平面和内圆周面，所述第一平面与所述第二平面贴合，所述外圆周面和所述内圆周面贴合，所述凸台设置有贯穿所述第一平面的穿设通孔，所述连接部设置有贯穿所述第二平面的螺纹通孔，所述螺栓穿过所述穿设通孔且与所述螺纹通孔螺纹连接。

可选的，所述连接件还包括螺母，所述连接部的远离所述第二平面的一侧一体设置有第一锁定件，所述螺母与所述螺栓配合，所述螺母的靠近所述连接部的一侧一体设置有第二锁定件，所述第一锁定件为圆台状，所述螺纹通孔贯穿所述第一锁定件，所述第一锁定件的轴线与所述螺纹通孔的轴线平行且不重合，所述第二锁定件设置有容纳腔，所述第二锁定件的内表面为中空的圆台状，所述第二锁定件的轴线与所述螺母的轴线重合，所述第一锁定件的外表面与所述第二锁定件的内表面相对于所述螺栓轴线的倾斜角度一致；所述螺母安装于所述螺栓时，所述第一锁定件伸入所述容纳腔内且所述第一锁定件的外表面抵紧于所述第二锁定件的内表面；所述连接部的与所述螺母对应的一侧设置有盲孔，所述第二锁定件靠近所述连接部的一侧设置有锁定槽，所述锁定槽绕所述螺母的轴线呈环形设置，所述锁定槽的截面为波浪形，所述盲孔内设置有挤压弹簧和滚珠，所述滚珠可活动的设置于所述盲孔内，所述挤压弹簧分别抵住所述盲孔和所述滚珠且能够将所述滚珠压紧于所述锁定槽内。

可选的，所述第一锁定件的轴线与所述螺纹通孔的轴线之间的间距为c，所述螺纹通孔的内径为d，其中，0.05d<c<0.06d。

可选的，所述螺母的螺间距为e，所述螺栓的螺间距为d，其中，d＝1.02e。

本发明的实施例还提供了一种齿轮副，所述齿轮副包括至少两个相互啮合的传动齿轮，至少一个所述传动齿轮采用上述的分体式柔性齿轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：分体式柔性齿轮通过采用上述结构，使幅板均有一定的柔性。齿轮啮合受载时，幅板能够受力变形，降低轮齿的啮合错位量，从而降低齿轮设计的修形量，由于分体式柔性齿轮的变形量与工况载荷大小有关，即载荷越大，啮合产生的错位量越大，此时分体式柔性齿轮的变形量也越大，幅板产生的变形量能够降低的齿轮啮合错位量也越大，因此各个工况下齿轮的啮合错位量差值变小，通过针对齿轮啮合错位量修形可保证各个工况下啮合齿轮的齿面都实现均载，从而提高齿轮的强度和可靠性。另外，采用分体式结构与整体式幅板齿轮相比，其齿轮毛坯锻造工艺难度降低，同时轮毂可采用比齿圈价格更低的材料制造，降低成本。采用该分体式柔性齿轮的齿轮副同样具备上述优点。

其中，本申请中的“柔性”是指幅板具有一定的柔性，即幅板在受到外力的作用下能够发生一定的变形，从而使得分体式柔性齿轮具有一定的柔性，幅板的材料可以采用现有技术中的齿轮制造材料，例如钢、铁、不锈钢、铝合金等。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的分体式柔性齿轮的结构示意图；

图2为图1的齿圈的结构示意图；

图3为图1的轮毂的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的分体式柔性齿轮的结构示意图；

图5为图4的局部剖视图；

图6为图5的局部放大示意图；

图7为图5的局部放大示意图。

图标：10-分体式柔性齿轮；11-齿圈；12-轮毂；13-连接件；110-轮缘；111-轮齿；112-幅板；113-卸荷凹腔；114-连接部；115-第一锁定件；120-凸台；130-螺栓；131-螺母；132-第二锁定件；133-锁定槽；134-挤压弹簧；135-滚珠。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例：

请参照图1所示，本发明第一实施例提供了一种分体式柔性齿轮10，该分体式柔性齿轮10包括齿圈11、轮毂12和连接件13。

请参照图2所示，齿圈11包括轮缘110、轮齿111和幅板112，其中，轮缘110、轮齿111和幅板112一体成型，可以采用浇筑成型、锻造成型等方式制作。

轮缘110为圆环状，轮缘110可以为环形封闭结构，也可以为非封闭结构。

轮齿111的数量为多个，每个轮齿111均沿轮缘110的轴线方向延伸，多个轮齿111沿轮缘110的周向分布于轮缘110的外表面。

幅板112设置于轮缘110的内侧，幅板112可以为一个整体，也可以分为多个间隔的部分。

请参照图3所示，轮毂12与齿圈11同轴设置且轮毂12位于齿圈11的内侧，轮毂12与幅板112之间通过连接件13可拆卸的连接。连接件13的结构不限，例如可以采用卡扣等，在本实施例中，连接件13为螺栓130，轮毂12与幅板112之间通过螺栓130可拆卸的连接。

为了描述方便、清楚，先进行如下定义：以齿圈11的其中一条直径所在直线为参考线，参考线所在的其中一个平面为第一参考面，经过轮缘110的轴线且与第一参考面垂直的其中一个平面为第二参考面，其中，第一参考面与分体式柔性齿轮10的轴线垂直，每个轮齿111均被第一参考面分割为长度相等的两部分，第一参考面也可以认为是轮齿111的对称面。

为了更清楚的描述各个部分之间的相对关系，下面通过截面来进行说明，其中，以第二参考面为截面。

幅板112的两个侧面分别为第一侧面和第二侧面，第一侧面的截面包括平滑过渡的第一弧线和第二弧线，第一弧线相对于第二弧线更靠近轮缘110，第一弧线位于第一参考面的一侧，第二弧线位于第一参考面的另一侧。

在从轮缘110到齿圈11的轴线的方向上，第一弧线到第一参考面的距离逐渐减小，第二弧线到第一参考面的距离先增大后减小，在本实施例中，第二弧线到第一参考面的距离先从0增大至最大值然后减小至0。

第二侧面的截面为截面线，截面线与第二弧线位于第一参考面的同一侧，截面线到第一参考面的距离逐渐减小。

其中，截面线包括平滑过渡的第三弧线和截面直线，第三弧线相对于截面直线更靠近轮缘110，截面直线相对于第一参考面倾斜。

第一侧面弯曲形成卸荷凹腔113。

在本实施例中，幅板112的厚度先变小后变大，其中，幅板112的最小厚度为a，轮齿111的齿宽为b，其中，0.1b<a<0.2b，可选的，a＝0.11b，a＝0.13b，a＝0.15b，a＝0.17b，a＝0.19b。

可选的，轮缘110的其中一个端面与轮毂12的对应端面错位设置，轮缘110的另外一个端面与轮毂12的对应端面错位设置。

在本实施例中，轮毂12与幅板112之间的连接方式可以采用但不限于以下方案：轮毂12上设置有凸台120，凸台120设置有贯穿第一平面的穿设通孔，凸台120和轮毂12形成止口台阶，止口台阶具有相邻的第一平面和外圆周面。

幅板112的靠近轮毂12的一端设置有连接部114，连接部114具有相邻的第二平面和内圆周面，连接部114设置有贯穿第二平面的螺纹通孔。

其中，第一平面与第二平面贴合，外圆周面和内圆周面贴合，螺栓130穿过穿设通孔且与螺纹通孔螺纹连接。

分体式柔性齿轮10通过采用上述结构，使幅板112均有一定的柔性。齿轮啮合受载时，幅板112能够受力变形，降低轮齿111的啮合错位量，从而降低齿轮设计的修形量，由于分体式柔性齿轮10的变形量与工况载荷大小有关，即载荷越大，啮合产生的错位量越大，此时分体式柔性齿轮10的变形量也越大，幅板112产生的变形量能够降低的齿轮啮合错位量也越大，因此各个工况下齿轮的啮合错位量差值变小，通过针对齿轮啮合错位量修形可保证各个工况下啮合齿轮的齿面都实现均载，从而提高齿轮的强度和可靠性。

另外，采用分体式结构与整体式幅板112齿轮相比，其齿轮毛坯锻造工艺难度降低，同时轮毂12可采用比齿圈11价格更低的材料制造，降低成本。采用该分体式柔性齿轮10的齿轮副同样具备上述优点。

第二实施例：

请参照图4所示，本发明第二实施例提供了一种分体式柔性齿轮10，该分体式柔性齿轮10是在第一实施例的基础上所做的进一步改进，本实施例中未提及的部分，可以参照第一实施例。需要说明的是，在第一实施例中为可选方案的，在本实施例中同样作为可选方案。

请参照图5所示，本实施例与第一实施例的区别在于：连接件13还包括螺母131，螺母131与螺栓130配合。

请参照图6、图7所示，连接部114的远离第二平面的一侧一体设置有第一锁定件115，第一锁定件115为圆台状，螺纹通孔贯穿第一锁定件115，第一锁定件115的轴线与螺纹通孔的轴线平行且不重合。

螺母131的靠近连接部114的一侧一体设置有第二锁定件132，第二锁定件132设置有容纳腔，第二锁定件132的内表面为中空的圆台状，第二锁定件132的轴线与螺母131的轴线重合。

其中，第一锁定件115的外表面与第二锁定件132的内表面相对于螺栓130轴线的倾斜角度一致，螺母131安装于螺栓130时，第一锁定件115伸入容纳腔内且第一锁定件115的外表面抵紧于第二锁定件132的内表面。

连接部114的与螺母131对应的一侧设置有盲孔，第二锁定件132靠近连接部114的一侧设置有锁定槽133，锁定槽133绕螺母131的轴线呈环形设置，锁定槽133的截面为波浪形，盲孔内设置有挤压弹簧134和滚珠135，滚珠135可活动的设置于盲孔内，挤压弹簧134分别抵住盲孔和滚珠135且能够将滚珠135压紧于锁定槽133内。

采用上述设置，可以有效防止螺母131与螺栓130、螺栓130与螺纹通孔松动，确保分体式柔性齿轮10正常工作。

第一锁定件115的轴线与螺纹通孔的轴线之间的间距为c，螺纹通孔的内径为d，在本实施例中，0.05d<c<0.06d，例如c＝0.051d，c＝0.053d，c＝0.055d，c＝0.057d，c＝0.059d等。采用该数据时，防松效果较好。

螺母131的螺间距为e，螺栓130的螺间距为d，在本实施例中，d＝1.02e。螺母131与螺栓130的螺间距不等，在旋拧螺母131至一定位置后，由于螺间距的作用，使得螺母131和螺栓130的螺纹相互压紧，经过大量的实验分析，采用d＝1.02e时螺母131与螺栓130的锁紧效果最佳。当然，在其他实施例中，d＝e也是完全可以的。

第三实施例：

本发明第一实施例提供了一种齿轮副，齿轮副包括至少两个相互啮合的传动齿轮，至少一个传动齿轮采用实施例1或实施例2的分体式柔性齿轮10。在本实施例中，齿轮副的传动齿轮为两个，其中一个传动齿轮采用传统的齿轮结构，另外一个传动齿轮采用实施例1或实施例2的分体式柔性齿轮10。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分体式柔性齿轮，其特征在于，所述分体式柔性齿轮包括齿圈(11)、轮毂(12)和连接件(13)，所述齿圈(11)包括轮缘(110)、轮齿(111)和幅板(112)，所述轮缘(110)为圆环状，所述轮齿(111)的数量为多个且沿所述轮缘(110)的周向分布于所述轮缘(110)的外表面，所述幅板(112)设置于所述轮缘(110)的内侧，所述轮缘(110)、所述轮齿(111)和所述幅板(112)一体成型，所述轮毂(12)与所述齿圈(11)同轴设置且所述轮毂(12)位于所述齿圈(11)的内侧，所述轮毂(12)与所述幅板(112)之间通过所述连接件(13)可拆卸的连接；以所述齿圈(11)的其中一条直径所在直线为参考线，所述参考线所在的其中一个平面为第一参考面，经过所述轮缘(110)的轴线且与所述第一参考面垂直的其中一个平面为第二参考面，其中，所述第一参考面与所述分体式柔性齿轮的轴线垂直，每个所述轮齿(111)均被所述第一参考面分割为长度相等的两部分；所述幅板(112)的两个侧面分别为第一侧面和第二侧面，以所述第二参考面为截面，所述第一侧面的截面包括平滑过渡的第一弧线和第二弧线，所述第一弧线相对于所述第二弧线更靠近所述轮缘(110)，所述第一弧线位于所述第一参考面的一侧，所述第二侧面的截面为截面线，所述第二弧线和所述截面线均位于所述第一参考面的另一侧；在从所述轮缘(110)到所述齿圈(11)的轴线的方向上，所述第一弧线到所述第一参考面的距离逐渐减小，所述第二弧线到所述第一参考面的距离先增大后减小，所述截面线到所述第一参考面的距离逐渐减小；所述第一侧面弯曲形成卸荷凹腔(113)。

2.根据权利要求1所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述幅板(112)的最小厚度为a，所述轮齿(111)的齿宽为b，其中，0.1b<a<0.2b。

3.根据权利要求2所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述截面线包括平滑过渡的第三弧线和截面直线，所述第三弧线相对于所述截面直线更靠近所述轮缘(110)，所述截面直线相对于所述第一参考面倾斜，在从所述轮缘(110)到所述齿圈(11)的轴线的方向上，所述第二弧线到所述第一参考面的距离先从0增大至最大值然后减小至0。

4.根据权利要求3所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述轮缘(110)的其中一个端面与所述轮毂(12)的对应端面错位设置，所述轮缘(110)的另外一个端面与所述轮毂(12)的对应端面错位设置。

5.根据权利要求1所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述连接件(13)包括螺栓(130)，所述轮毂(12)上设置有凸台(120)，所述幅板(112)的靠近所述轮毂(12)的一端设置有连接部(114)，所述凸台(120)与所述连接部(114)之间通过所述螺栓(130)可拆卸的连接。

6.根据权利要求5所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述凸台(120)和所述轮毂(12)形成止口台阶，所述止口台阶具有相邻的第一平面和外圆周面，所述连接部(114)具有相邻的第二平面和内圆周面，所述第一平面与所述第二平面贴合，所述外圆周面和所述内圆周面贴合，所述凸台(120)设置有贯穿所述第一平面的穿设通孔，所述连接部(114)设置有贯穿所述第二平面的螺纹通孔，所述螺栓(130)穿过所述穿设通孔且与所述螺纹通孔螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述连接件(13)还包括螺母(131)，所述连接部(114)的远离所述第二平面的一侧一体设置有第一锁定件(115)，所述螺母(131)与所述螺栓(130)配合，所述螺母(131)的靠近所述连接部(114)的一侧一体设置有第二锁定件(132)，所述第一锁定件(115)为圆台状，所述螺纹通孔贯穿所述第一锁定件(115)，所述第一锁定件(115)的轴线与所述螺纹通孔的轴线平行且不重合，所述第二锁定件(132)设置有容纳腔，所述第二锁定件(132)的内表面为中空的圆台状，所述第二锁定件(132)的轴线与所述螺母(131)的轴线重合，所述第一锁定件(115)的外表面与所述第二锁定件(132)的内表面相对于所述螺栓(130)轴线的倾斜角度一致；所述螺母(131)安装于所述螺栓(130)时，所述第一锁定件(115)伸入所述容纳腔内且所述第一锁定件(115)的外表面抵紧于所述第二锁定件(132)的内表面；所述连接部(114)的与所述螺母(131)对应的一侧设置有盲孔，所述第二锁定件(132)靠近所述连接部(114)的一侧设置有锁定槽(133)，所述锁定槽(133)绕所述螺母(131)的轴线呈环形设置，所述锁定槽(133)的截面为波浪形，所述盲孔内设置有挤压弹簧(134)和滚珠(135)，所述滚珠(135)可活动的设置于所述盲孔内，所述挤压弹簧(134)分别抵住所述盲孔和所述滚珠(135)且能够将所述滚珠(135)压紧于所述锁定槽(133)内。

8.根据权利要求7所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述第一锁定件(115)的轴线与所述螺纹通孔的轴线之间的间距为c，所述螺纹通孔的内径为d，其中，0.05d<c<0.06d。

9.根据权利要求7所述的分体式柔性齿轮，其特征在于，所述螺母(131)的螺间距为e，所述螺栓(130)的螺间距为d，其中，d＝1.02e。

10.一种齿轮副，其特征在于，所述齿轮副包括至少两个相互啮合的传动齿轮，至少一个所述传动齿轮采用如权利要求1-9任意一项所述的分体式柔性齿轮。