CN111022615A - 一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，该柔性销轴均载结构的销轴套(6)外圆为一端有轴肩的圆柱体，内部为阶梯，按照孔径分为三段，从靠近行星架(1)端开始，内部孔径依次减小，新型销轴套(6)远离行星架(1)的一端加工有环形槽。采用这种新型柔性销轴均载结构既解决各行星轮之间载荷分配不均的问题；同时，又能消除已有柔性销轴均载结构因均载而带来的行星轮(2)轴向倾角，避免齿向接触载荷分布不均而引起的轮齿局部失效的现象。

Description

一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构
技术领域
本发明涉及行星齿轮传动领域，具体涉及一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构。
背景技术
行星传动装置由于其同轴输出速比大、体积小、高承载能力等特点，被广泛的应用到航空航天、船舶、风电等行业中。行星轮系由太阳轮、内齿圈和多个行星轮组成，多个行星轮进行载荷分流，因此行星轮系能在较小的体积实现大的传动比。在轮系强度设计计算时假设各个行星轮承载相同，但是由于制造安装误差的存在，使多个行星齿轮间的载荷分配不均，导致单个行星齿轮因负载过大而失效，所以需要采取均载措施，使得各行星轮承载相同。柔性销轴结构就是均载措施之一，不仅可以减轻行星架的重量，而且通过销轴的柔性变形抵消误差，从而实现行星轮的载荷均匀分流。
已有的柔性销轴专利CN205715578U(一种风电齿轮箱柔性轴)，主要由行星架、行星轮、轴承、弹性挡圈、销轴、销轴套组成，销轴从行星架悬臂端伸出，销轴套从远离行星架的一端尾部悬臂伸出，销轴和销轴套组成一个双悬臂结构，销轴套内部为单阶梯，最小直径部分与销轴过盈配合，通过销轴末端的轴肩结构进行轴向定位，销轴套靠近行星架一端加工出轴肩结构，另一端配置有弹性挡圈，对轴承进行轴向定位，将轴承固定在所述销轴套上。采用已有柔性销轴均载结构，当单个行星轮承受载荷大于平均值时，能通过销轴和销轴套的双悬臂变形叠加可以抵消制造安装误差，实现行星轮系中各个行星轮间的载荷均匀分布。
但是，也有研究(Shyi-Jeng Tsai,Siang-Yu Ye,Yuan-Yi Yu,et al.Design andanalysis of the planetary gear drive with flexible pins for wind turbines[C].//European wind energy conference&exhibition 2012.volume 2of 3.2013:706-715.)表明：柔性销轴受力弯曲变形，安装在销轴套上的行星轮沿轴向产生相应倾角，导致行星轮与内齿圈、行星轮与太阳轮啮合处沿轮齿齿向载荷分布不均，轮齿局部载荷过大产生塑性变形或者胶合而失效。
因此，需要设计出一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，既解决各行星轮之间载荷分配不均的问题，又能消除行星轮轴向倾角，解决行星轮齿向载荷分布不均的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，可以有效地改善已有柔性销轴倾角引起的行星齿轮齿向载荷分布不均的问题。
本发明是通过如下技术方案来完成的：一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，主要由行星架、行星轮、轴承、弹性挡圈、销轴、销轴套组成，销轴套从销轴的远离行星架的一端尾部悬臂伸出，销轴套中最小直径部分与销轴过盈配合。本发明特征在于：所述销轴套外圆为一端有轴肩的圆柱体，内部为阶梯，按照孔径分为三段，从靠近行星架端开始，内部孔径依次减小，销轴套远离行星架的一端加工有环形槽，且该环形槽外径与销轴套阶梯孔靠近行星架的一端最大孔径相同，且圆环形槽孔的深度与靠近行星架那段孔的深度相同，销轴套左侧最大孔与右侧环槽最大孔直径相同，并相对于销轴套中截面对称。所述销轴套最大直径部分靠近行星架一端轴肩用于轴向定位。
作为优选：所述的销轴套与销轴采用过盈连接，并通过销轴上的轴肩进行轴向定位，销轴套靠近行星架一端的轴肩结构和另一端的弹性挡圈，对轴承进行轴向定位，将轴承固定在所述销轴套上。
本发明的原理如下：当单个行星轮承受大于平均值的载荷时，柔性销轴受力变形并弯曲，安装在销轴套上的行星轮产生轴向倾角，导致行星轮与内齿圈啮合的轮齿沿齿向载荷分布不均。采用此销轴套结构，在行星轮与内齿圈啮合处轮齿齿向载荷大的一端，啮合径向力通过行星轮轴承使销轴套的同一侧外圈受压变形，此时行星轮的轴向倾角减小。行星轮与太阳轮啮合轮齿齿向承载大的一侧与内齿圈相反，太阳轮与行星轮啮合径向力使销轴套另一侧受压弯曲变形，行星轮轴向倾角进一步减小。
销轴套的两侧圆环孔相对中截面对称的结构，均可以使两侧沿着中截面发生弹性变形。在行星轮分别与内齿圈和太阳轮啮合时，无论是远离还是靠近行星架端的啮合力大，销轴套两端都可以相应发生弹性变形，使得销轴受载后产生的倾角，能够被销轴套的弹性变形所抵消。此销轴套可使行星轮变成平动，既抵消误差，达到均载效果，又可不产生倾角，消除已有柔性销轴均载结构因均载而带来的倾角齿向接触载荷分布不均而引起的轮齿局部失效的现象。
与已有技术相比，本发明的效果是：既增大了销轴的柔性，抵消了零部件制造安装误差，解决各行星轮之间载荷分配不均的问题；同时，能消除已有柔性销轴均载结构因均载而带来的行星轮轴向倾角，避免齿向接触载荷分布不均而引起的轮齿局部失效的现象。
附图说明
图1是一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构。
图2是已有柔性销轴均载结构示意图。
图3是已有柔性销轴变形引起的齿轮倾斜结果。(摘自文献：Shyi-Jeng Tsai,Siang-Yu Ye,Yuan-Yi Yu,et al.Design and analysis of the planetary gear drivewith flexible pins for wind turbines[C].//European wind energy conference&exhibition2012.volume 2of 3.2013:706-715.)
图4已有柔性销轴变形及齿向载荷分布图。
图5是一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴变形原理图。
图6是新型销轴套二维结构示意图。
图7是新型销轴套左侧三维结构示意图。
图8是新型销轴套右侧三维结构示意图。
图9是消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构有限元分析结果与已有柔性销轴均载结构有限元分析结果的行星轮顶部母线位移图。
图中，1-行星架，2-行星轮，3-轴承，4-弹性挡圈，5-销轴，6-新型销轴套，7-原销轴套，8-最大直径部分，9-销轴套中截面，10-圆环形槽孔外圈部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、图5所示分别为一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构、一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴变形原理图。本发明一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，它主要由行星架(1)、行星轮(2)、轴承(3)、弹性挡圈(4)、销轴(5)、新型销轴套(6)组成。它的安装过程是：先将销轴套(6)的小孔径端从销轴(5)的无轴肩端插入直至销轴(5)的轴肩与新型销轴套(6)的小孔径端完全接触，再将安装好的新型销轴套(6)与销轴(5)的非轴肩端插入行星架(1)，然后将轴承(3)安装在新型销轴套(6)上，并安装弹性挡圈(4)使轴承(3)进行轴向定位在新型销轴套(6)上，最后将行星轮(2)装在定位好的轴承(3)上。
如图2至图4所示为已有的柔性销轴均载结构图、已有柔性销轴变形引起的齿轮倾斜结果和已有柔性销轴变形及齿向载荷分布图。已有柔性销轴确实可以在一定程度上通过弹性变形改善行星轮齿间载荷分布不均的现象，但如图4所示，它具有很大局限性，柔性销轴受力弯曲变形，安装在销轴套上的行星轮沿轴向产生相应倾角，已有销轴套的一侧发生变形抵消一侧的不均匀载荷，而另一侧则由于已有销轴套本身的结构限制而无法变形抵消这一侧的不均匀载荷，导致这一侧行星轮与内齿圈、行星轮与太阳轮啮合处沿轮齿齿向载荷分布不均，轮齿局部载荷过大产生塑性变形或者胶合而失效。
如图6、图7和图8所示分别为新型销轴套二维结构示意图、新型销轴套左侧三维结构示意图和新型销轴套右侧三维结构示意图。行星轮(2)在受到啮合力作用时柔性销轴的变形齿轮倾斜，轮齿沿轴线方向载荷分布不均，新型销轴套(6)的两侧圆环孔相对中截面对称的结构，使两侧均可沿着中截面(9)发生弹性变形。在分别与内齿圈和太阳轮啮合时，无论是远离还是靠近行星架端的啮合力大，新型销轴套(6)两端都可以相应发生弹性变形，使得销轴(5)受载后产生的倾角，能够被新型销轴套(6)的弹性变形所抵消。
如图9是消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构有限元分析结果与已有柔性销轴均载结构有限元分析结果的行星轮顶部母线位移图。在行星轮顶部中心处加集中载荷，绘制行星轮顶边母线处的节点位移图，在图9中可以明显看到消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构能有效消除行星轮轴向倾角。

Claims (2)

1.一种消除行星轮轴向倾角的新型柔性销轴均载结构，主要由行星架(1)、行星轮(2)、轴承(3)、弹性挡圈(4)、销轴(5)、销轴套(6)组成；所述销轴(5)从行星架(1)悬臂端伸出，销轴套(6)从销轴(5)的远离行星架(1)的一端尾部悬臂伸出，销轴(5)和销轴套(6)组成一个双悬臂结构，销轴套(6)中最小直径部分与销轴(5)过盈配合，并通过销轴(5)末端轴肩进行轴向定位，销轴套(6)靠近行星架一端的轴肩结构和另一端的弹性挡圈(4)，对轴承(3)进行轴向定位，将轴承(3)固定在销轴套(6)上；其特征在于：所述销轴套(6)外圆为一端有轴肩的圆柱体，内部为阶梯，按照孔径分为三段，从靠近行星架(1)端开始，内部孔径依次减小；销轴套(6)远离行星架(1)的一端加工有环形槽，且该环形槽外径与销轴套(6)阶梯孔靠近行星架(1)的一端最大孔径相同，且圆环形槽孔的深度与靠近行星架(1)端孔的深度相同，销轴套(6)左侧最大孔(8)与右侧环槽最大孔(10)直径相同，并相对于销轴套中截面(9)对称，销轴套(6)截面积突变处均过渡圆角以减少应力集中。
2.根据权利要求1所述的销轴套，其特征在于：当单个行星轮(2)承受大于平均值的载荷时，柔性销轴受力变形并弯曲，安装在销轴套(6)上的行星轮(2)沿轴向产生相应倾角，导致行星轮(2)与太阳轮和内齿圈啮合的轮齿齿向载荷分布不均；采用此销轴套(6)结构，在行星轮(2)与内齿圈啮合处轮齿齿向载荷大的一端，啮合径向力通过行星轮轴承(3)使销轴套(6)的同一侧外圈受压变形，此时行星轮(2)的轴向倾角减小；行星轮(2)与太阳轮啮合轮齿齿向承载大的一侧与内齿圈相反，太阳轮与行星轮(2)啮合径向力使销轴套另一侧受压弯曲变形，行星轮(2)轴向倾角进一步减小；销轴套的两侧圆环孔相对中截面对称的结构，使两侧均可沿着中截面(8)发生弹性变形；在分别与内齿圈和太阳轮啮合时，无论是远离还是靠近行星架端的啮合力大，销轴套(6)两端都可以相应发生弹性变形，使得销轴(5)受载后产生的倾角，能够被销轴套(6)的弹性变形所抵消，可使行星轮(2)变成平动；既抵消了制造安装误差，达到均载效果，又可不产生倾角，消除已有柔性销轴均载结构的行星轮轴向倾角和齿向接触载荷分布不均而引起的轮齿局部失效的现象。
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