CN1105248C - 高速齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动装置，特别是齿轮变速装置的润滑、冷却、密封结构。旨在解决已有齿轮变速器润滑效果差、齿轮冲齿噪声大的问题。本变速器包含油浸密闭式箱体1、轴承4、齿轮轴5、13及其上相啮合的齿轮、润滑油冷却管，与齿轮啮合部配合的喷油嘴19，在齿轮轴上有向轴承泵排润滑油的叶片轮7构成的同轴叶片泵，和密封轴孔和齿轮轴运转间隙的有螺旋泵密封、和弹性件配合螺旋传动的开合式接触密封的转子密封机构。

Description

高速齿轮变速器

本发明涉及机械传装置，特别是齿轮变速装置的润滑冷却、密封结构。

现有的高速齿轮变速器，大多为卧式，各齿轮轴采用水平布置，齿轮箱沿齿轮轴轴线水平分箱为箱体和箱盖，箱体下部贮装润滑油，采用飞溅式润滑，即依靠旋转的大直径齿轮携带粘附于齿轮表面的润滑油进行润滑。其缺点是齿轮作高速转动时，由于离心力的作用，齿轮表面携带的润滑油极为有限，其转速越高，则携带的润滑油越少，因此润滑效果也就越差，齿轮冲击噪声大。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有优良润滑冷却、密封性能的高速齿轮变速器。

本发明根据强制润滑冷却理论和螺旋泵技术，采用有箱盖的油浸密闭箱体，将齿轮淹没在润滑油中以隔离减弱齿轮运转所产生的冲击噪声；采用在齿轮啮合部设置泵压式的喷油嘴以强制润滑冷却齿轮；采用在齿轮轴的轴承内侧端设置由叶片轮构成的同轴叶片泵以强制润滑冷却轴承；在齿轮轴伸出端采用由孔轴密封腔和转子组成的非接触式的螺旋泵密封、和转子与齿轮轴间的接触式密封组构成的转子密封机构以密封齿轮轴与轴孔间的运转间隙来实现其目的。

本发明的高速齿轮变速器(参见附图)，包含能储装润滑油的箱体(1)及其上的轴承(4)，呈可旋转地装在轴承中的输入和输出动力的齿轮轴(5、13)及其上相啮合的齿轮(6、16)，箱体中有能与冷却器连通的润滑油的冷却管(3)，上述箱体呈有箱盖(20)的油浸密闭式箱体结构，在齿轮轴上有向轴承泵排润滑油的叶片轮(7)构成的同轴叶片泵，在齿轮轴的孔轴密封腔(23)中有密封孔轴运转间隙的转子密封机构，该机构有固装在齿轮轴上的弹性件(32)、和在齿轮轴上呈螺旋传动配合的转子(26)，转子上有与孔轴密封腔内周壁配合的阻滞螺旋(27)，构成向内泵排的螺旋泵密封，转子上有与齿轮轴呈密封配合的密封圈(31)、和静止时能在弹性件作用下与轴孔的内扣环(29)呈接触密封配合、而能在旋转离心力轴向分力作用下脱离与内扣环接触的密封环(28)，在箱体上有与齿轮啮合部相配合的喷油嘴(19)，喷油嘴经接管与叶片轮的泵排道上的导流孔(11)连通。

上述的叶片轮(7)的泵排道上的排油孔(35)经接管与通向箱体内腔的回油孔(2)连通。

上述的导流孔(11)连通喷油嘴(19)的接管上有过滤器。

上述的齿轮轴(5、13)上用螺纹结构固装有转子管(24)，所说的转子(26)呈套装在转子管上的筒形，所说的螺旋传动配合有转子管的外螺旋(25)及其相配合的转子上的内螺旋。

上述的阻滞螺旋(27)在转子的外周，所说的弹性件(32)在与齿轮轴相连的转子管(24)的限位器(30)上。

上述的输入和输出的齿轮轴(5、13)可以呈竖向布置而构成立式齿变速器结构。

上述的输入和输出的齿轮轴(5、13)可以呈水平布置而构成卧式齿轮变速器结构，所说齿轮轴安装在与箱体相连的轴承壳(37、38)中。

本发明的上述结构，具有以下优点和效果：

1、本发明的在齿轮轴伸出端由孔轴密封腔内周壁和转子上的阻滞螺旋组成的非接触式的螺旋泵密封结构，将沿齿轮轴与轴孔间的运转间隙泄漏的润滑油泵回，从而具有在变速器运行时无泄漏密封的优点；转子与齿轮轴的螺旋传动配合结构、和转子与齿轮轴上的弹性件的配合结构、转子上的密封环与轴承盖或轴承壳上的轴孔的内扣环的密封配合结构，使其在变速器不运行时，在弹性件的作用下密封环与内扣环呈接触密封配合，而在变速器运行时，密封环脱离内扣环由螺旋泵实现密封。从而，具有无论变速器在运行或不运行静止时，润滑油均不会从运转间隙泄漏，获得优异的动态的静态密封。此外，由于密封环在变速器运行时不进入接触密封，不产生接触摩擦和摩擦功耗，从而能延长密封环的使用寿命，降低能耗。

2、本发明的齿轮轴上的叶片轮构成的同轴叶片泵结构，随齿轮轴的旋转，不间断地将润滑油向轴承泵排并穿过轴承，对轴承进行强制冷却润滑，限制轴承的运行温升，保证轴承的正常工作，延长轴承使用寿命。这种结构不需为变速器配置润滑专用油泵。

3、本发明的与冷却器连通的冷却管结构，循环冷却润滑油，保证润滑油在正常温度下工作；本发明的喷油嘴结构，依靠叶片轮的泵排压力向齿轮啮合部提供润滑冷却油，不间继地冷却润滑运转中的齿轮特别是啮合工作部，保证齿轮正常工作；本发明的排油孔连通回油孔的结构，使润滑油在变速器中循环使用；本发明的油浸密闭式箱体结构，将齿轮轴和齿轮全部淹没在润滑油中，保证螺旋泵密封、叶片泵密封、喷油嘴润滑等强制式润滑冷却和密封的可靠性；同时具有降低齿轮冲击噪声，削弱噪声源的优点。

下面，再用实施例及其附图对本发明作进一步地说明：

附图的简要说明

图1是本发明的一种高速齿轮变速器结构示意图。显示立式齿轮变速器结构。

图2是图1喷油嘴与齿轮啮合部配合的结构示意图。

图3是图1的弹性件的结构示意图。

图4是图1的叶片轮结构示意图。

图5是本发明的另一种高速齿轮变速器结构示意图。显示卧式齿轮变速器结构。

图6是图5A-A剖视示意图。

实施例1

本发明的一种高速齿轮变速器，如图1～4所示。由箱体、齿轮轴、齿轮等构成立式齿轮变速器。

上述的箱体1，呈立式长方箱形。箱体的下部的侧壁上开制有回油孔2，箱体的内腔中装有呈蛇形结构的冷却管3。冷却管用接管与通常的水冷式的冷却器连通(图中未示出)，用来循环冷却润滑油。在箱体的相向竖立的两个箱壁的中部和上部各制有两个轴承孔。

箱体中部的两个轴承孔中，分别安装有通常的轴承4。齿轮轴5呈可转动地安装在轴承中。齿轮轴5呈阶梯轴形，中段成一体地制有齿轮6。在两个轴承的内侧分别套装有叶片轮7。叶片轮如图4所示，呈圆片形，在圆片中部至周边有向同一方向弯折的叶片8。两个叶片轮7分别与两轴承孔内侧的轴承的限位环9的内壁相配合，各自构成向轴承泵排的同轴叶片泵。在齿轮轴的右端用螺钉固装有轴承盖10，轴承盖上开制有导流孔11。齿轮轴的左端也用螺钉固装有轴承盖12，齿轮轴左端延伸贯穿轴承盖而伸出，成为动力输入端或动力输出端。本实施例将齿轮轴5作为动力输出轴。

箱体上部的两个轴承孔中，分别安装有通常的轴承4。齿轮轴13，呈可转动地安装在轴承4中。齿轮轴呈阶梯轴形，中段依靠轴肩、键14、螺母15固装有齿轮16。齿轮轴上的叶片轮7与限位环9内壁配合构成的同轴叶片泵与齿轮轴5上的同轴叶片泵的结构相同。在齿轮轴13的左端的轴承盖与轴承盖12成一体结构。齿轮轴13右端用垫环17和螺钉固装轴承盖18，齿轮轴13的右端延伸贯穿轴承盖而伸出，成为动力输入端或动力输出端。本实施例将齿轮轴13作为动力输入轴。

箱体1在靠近齿轮6和齿轮16的啮合部配装有喷油嘴19，如图2所示。喷油嘴外形呈类似横置的T字形，从外贯穿箱体1的箱壁伸入箱体内，用螺钉固装在箱体上。喷油嘴沿轴线开制油孔，油孔的孔径从外向内呈阶梯形缩小，喷油嘴的喷出端利伸置于具轮旋转压力角前侧，且制成与齿轮6和齿轮16喷合部相吻合的弧槽形。喷油嘴用接管与导流孔11连通，在接管上安装有通常的过滤器(图中未示出)。在箱体内贮装润滑油，应使滑油淹没箱体内的齿轮、齿轮轴、轴承，成为油浸密闭式箱体。箱体顶部用螺钉和密封垫连接有箱盖20，以密封箱体。在箱盖上设有注入润滑油的注油孔，箱体底部的箱壁上设有排出润滑油的排油孔(图中未示出)。

轴承盖12的上部封盖齿轮轴13的轴承4。下部被齿轮轴5贯穿，在轴承盖12与箱体外壁之间形成上下贯穿的异形油腔21。在齿轮轴5与齿轮轴13之间的箱壁上开制有连通箱体内腔和异形油腔21的过油孔22。

在齿轮轴5左端的轴承盖12内制有圆形的孔轴密封腔23。在该孔轴密封腔中有密封轴承盖上的轴孔与齿轮轴5之间的孔轴运转间隙的转子密封机构，如图1所示。该转子密封机构有用螺纹连接固装在齿轮轴5上的转子管24，转子管呈阶梯管形，外周制有外螺旋25。有呈大圆环套连小圆环的双圆环形的转子26，转子的内螺旋与转子管的外螺旋25相配合，将转子呈螺旋传动地配装在转子管24上。在转子26的大圆环的外周制有阻滞螺旋27，阻滞螺旋与孔轴密封腔23的内周壁构成阻滞螺旋泵。在转子的外侧端即左端固装有O型的密封环28，该密封环的左端呈喇叭口形，应使密封环的喇叭口能与轴承盖12的轴孔部的内扣环29呈接触密封配合。在转子管24的右端固装有呈阶梯圆环腔形的限位器30。在该阶梯圆环腔内固装有O型的密封圈31，该密封圈的左部套装在转子的小圆环上呈密封配合，构成螺旋密封机构。在限位器30上用螺钉固装有圆片形压簧式的弹性件32。弹性件的圆片的中部至外周有数焉一体成型、且相对于中部平面呈弯折形的压簧翼片33，压簧翼片的端部与转子后端的台阶34呈滑动相接。

在齿轮轴13右端，密封轴承盖18的轴孔与齿轮轴13之间的孔轴运转间隙的转子密封机构与上述齿轮轴5上的转子密封机构的结构相同，只是结构位置相对称。此外，在轴承盖18的上端有与该轴承盖内的孔轴密封腔23连通的排油孔35，排油孔与箱体上的回油孔之间用接管连接(图中未示出)。

本变速器的密封和强制润滑冷却的工作过程：

当变速器停机不运行时，齿轮轴5、13伸出端的弹性件32各自在压簧翼片33的作用下，推动转子26各自旋转并向轴的外侧端移动，使两转子上的密封环28的喇叭口各自分别与轴承盖12、18的轴孔的内扣环29严密接触，阻止箱体1的内的润滑油经孔轴密封腔沿轴孔与齿轮轴的运转间隙泄漏，而实现密封。

当变速器运行，齿轮轴5、13及其上的齿轮6、16啮合转动时，两齿轮轴上的转子26随各自的齿轮轴旋转并向内侧移动，直至被各自的限位器30阻挡而停止移动。从而使转子26上的密封环28各自与轴承盖12、18上的内扣环29脱离接触。与此同时，固装在齿轮轴5、13并分别在四个轴承4内侧的叶片轮7与限位环内壁构成的同轴叶片泵各自将润滑油向轴承方向泵排。其中齿轮轴5左端的叶片轮所泵排的润滑油穿过轴承4流入孔轴密封腔23，再由阻滞螺旋27和孔轴密封腔内壁构成的阻滞螺旋泵的泵压下，将沿运转间隙泄漏的润滑油反向泵回，经异形油腔21、过流孔22泵回箱体1；齿轮轴5右端的叶片轮泵排的润滑油，穿过轴承4，经导流孔11、再经接管及其中的过滤器，进入喷油嘴19，对啮合的齿轮6、16进行强制润滑冷却。同时齿轮轴13左端的叶片轮所泵排的润滑油穿过轴承4、经异形油腔21、过流孔22泵回箱体1；齿轮轴13右端的叶片轮所泵排的润滑油穿过轴承4，流入孔轴密封腔23，再由阻滞螺旋27和孔轴密封腔内壁构成的阻滞螺旋泵的阻截下排入排油孔35，再经接管、回油孔2，泵回箱体1。当箱体1中的润滑油通过冷却管3进入冷却器，用冷却水对润滑油进行冷却降温。以保证变速器的正常运行。

实施例2

本发明的另一种高速齿轮变速器，如图3～6所示。由箱体、齿轮轴、齿轮等构成卧式齿轮变速器。其转子密封机构和润滑结构与实施例1相同，密封和强制润滑冷却的工作过程也与实施例1相同。其特点如下：

1、齿轮轴5、13采用水平布置。

2、箱体1采用齿轮轴5、13的轴线平面为分型面，分型面下为箱体1，分型面上为箱盖20。箱体与箱盖的连接采用法兰螺栓结构，其间用密封垫36密封。

3、齿轮轴两端的轴承安装在轴承壳37和38中，限位环39采用螺纹连接与轴承壳相连。轴承壳的外周制成阶梯圆轴形，用通常的结构固装在箱体、箱盖分型部位的轴承壳孔中，其间嵌压密封圈40作密封。轴承壳37外侧端头有导流孔11。两齿轮轴伸出端的轴承壳38中设置密封孔轴运转间隙的转子密封机构。齿轮轴13伸出端的轴承壳的外侧端用螺纹连接安装有圆环形的密封定子41，密封定子的轴孔制出与转子密封机构的密封环28相配合的内扣环29。

Claims (7)

1、高速齿轮变速器，包含能储装润滑油的箱体(1)及其上的轴承(4)，呈可旋转地装在轴承中的输入和输出动力的齿轮轴(5、13)及其上相啮合的齿轮(6、16)，箱体中有能与冷却器连通的润滑油的冷却管(3)，其特征在于箱体呈有箱盖(20)的油浸密闭式箱体结构，在齿轮轴上有向轴承泵排润滑油的叶片轮(7)构成的同轴叶片泵，在齿轮轴的孔轴密封腔(23)中有密封孔轴运转间隙的转子密封机构，该机构有固装在齿轮轴上的弹性件(32)、和在齿轮轴上呈螺旋传动配合的转子(26)，转子上有与孔轴密封腔内周壁配合的阻滞螺旋(27)，构成向内泵排的螺旋泵密封，转子上有与齿轮轴呈密封配合的密封圈(31)、和静止时能在弹性件作用下与轴孔的内扣环(29)呈接触密封配合、而能在旋转离心力轴向分力作用下脱离与内扣环接触的密封环(28)，在箱体上有与齿轮啮合部相配合的喷油嘴(19)，喷油嘴经接管与叶片轮的泵排道上的导流孔(11)连通。

2、根据权利要求1所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说叶片轮(7)的泵排道上的排油孔(35)经接管与通向箱体内腔的回油孔(2)连通。

3、根据权利要求1所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说导流孔(11)连通喷油嘴(19)的接管上有过滤器。

4、根据权利要求1、2或3所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说的齿轮轴(5、13)上用螺纹结构固装有转子管(24)，所说的转子(26)呈套装在转子管上的筒形，所说的螺旋传动配合有转子管的外螺旋(25)及其相配合的转子上的内螺旋。

5、根据权利要求4所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说的阻滞螺旋(27)在转子的外周，所说的弹性件(32)在与齿轮轴相连的转子管(24)的限位器(30)上。

6、根据权利要求4所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说的输入和输出的齿轮轴(5、13)呈竖向布置而构成立式齿变速器结构。

7、根据权利要求4所述的高速齿轮变速器，其特征在于所说的输入和输出的齿轮轴(5、13)呈水平布置而构成卧式齿轮变速器结构，所说齿轮轴安装在与箱体相连的轴承壳(37、38)中。

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