CN111043287A - 具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活齿传动装置，特别涉及一种滚柱活齿减速器。针对活齿减速器在涉水工况下海水易从转动轴与端盖处的间隙渗入减速器侵蚀内部核心零件；实心滚柱易受较大的接触应力造成疲劳破坏的问题，提供一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，由激波器输入轴、活齿架输出轴、输入轴端盖、中心轮、输出轴端盖、叶轮、叶轮端盖、滚柱套筒、芳纶弹性体等组成。当海水从转动轴与端盖处的间隙渗入减速器内部时，整个减速器装置可以实现三重轴端水下动密封，尽可能的保护了减速器核心零件免受海水的侵蚀；用复合滚柱替代实心滚柱增大了滚柱受载时的变形，减小了接触应力，提高了减速器的整体性能和使用寿命。

Description

具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器

技术领域

本发明涉及活齿传动装置，特别涉及一种滚柱活齿减速器。

技术背景

随着经济的快速发展，各国对资源的需求量不断增大，为解决人类共同关心的资源、气候、环境问题，世界上越来越多的国家开始重视对南极的科学研究，南极冰层不仅是地球上最大的淡水储存地，而且冰层下储存着丰富的矿产资源。不管是对极地资源、能源的勘探与开发还是对全球气候变化的规律研究，都离不开冰层钻探。目前，极地深冰钻主要采用铠装电动机械钻具，在南极环境下，极地冰钻应遵循轻便、节能的原则。而减速传动装置作为极地冰钻必不可少的一部分结构，通过降低转速、增加转矩，使驱动电机的输出动力能够满足极地冰钻的动力需求，其动力学性能已获得了较为广泛的关注。活齿传动是一种用来传递两同轴间回转运动的机械传动，它具有结构紧凑、传动比范围广、承载能力大、传动效率高等优点，被广泛应用于钻探、能源、通信、机床、冶金等工业部门中。如专利CN206647509U可以应用于极地深冰钻具上，但目前减速器没有施加轴端密封，在涉水的场合易受到损害。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，大大减少了涉水工况下海水进入减速传动装置的渗透量，有效保护了减速机内部核心零件；运用复合滚柱来替代实心滚柱增大了滚柱受载时的变形，减小了接触应力，提高了减速器的整体性能及使用寿命。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，包括同轴安装的激波器输入轴、活齿架输出轴、中心轮、输入端轴承端盖、输入轴端盖、输出轴端盖、输出端密封端盖；输入轴端盖和输出轴端盖通过螺栓连接；输出轴端盖和输出端密封端盖通过螺栓连接；活齿架输出轴右端与轴承连接，轴承与激波器输入轴连接，活齿架输出轴左端与输出端轴承连接，输出端轴承与输出轴端盖连接；所述中心轮由定位销限位安装在输出轴端盖内，复合滚柱均布安装在活齿架输出轴的齿槽内，激波器输入轴与复合滚柱啮合传动，复合滚柱与中心轮啮合传动，复合滚柱带动活齿架输出轴输出，其特征在于：所述激波器输入轴轴端上连接有叶轮和叶轮端盖，叶轮与激波器输入轴通过花键连接；叶轮的右端与法兰片接触，左端与激波器输入轴的轴肩接触；叶轮端盖与输入端轴承端盖和输入轴端盖通过螺栓连接；叶轮端盖外壁开有排水的槽口。

进一步地，所述活齿架输出轴轴端安装有机械密封套，所述机械密封套开有两个沟槽，沟槽内分别安装有O形橡胶密封圈和弹簧；O形橡胶密封圈压紧于机械密封套的外壁与输出轴端盖的内壁之间，弹簧挤压与机械密封套左侧与输出端密封端盖之间，机械密封套右侧与活齿架输出轴的轴肩接触，且在接触处涂有石墨。

进一步地，所述输出端密封端盖与所述活齿架输出轴间由两个O形橡胶密封圈密封；所述输出端密封端盖内部开有沟槽，两个O形橡胶密封圈依次嵌入在沟槽中。

进一步地，所述输出轴端盖在径向位置开有通孔，所述通孔由气泵通入气体以保持减速器内部的压强大于外部。

进一步地，所述叶轮端盖与所述输入端轴承端盖之间安装有O形橡胶密封圈，所述输入轴端盖与所述输入端轴承端盖之间安装有O形橡胶密封圈；所述输入轴端盖与所述输出轴端盖间安装有O形橡胶密封圈；所述激波器输入轴与所述输入端轴承端盖之间安装有油毡垫圈。

再进一步地，所述复合滚柱由滚柱套筒和芳纶弹性体组合构成；滚柱套筒为空心锯齿状体，且在内壁两端开有直径大于滚柱中间空心部分的球形槽，芳纶弹性体的中间部分与滚柱套筒的锯齿状部分相配合，芳纶弹性体的两端与滚柱套筒的两球形槽相配合；滚柱套筒的球形槽部分与锯齿部分相配，形成两头大中间小的结构。

采取以上技术方案后，本发明的有益效果为：

该装置提出了新型的轴端水下动密封结构，整个装置动密封部分有三重密封防护，第一重密封为叶轮随激波器输入轴旋转将渗入减速器的海水透过叶轮端盖处的槽口甩出减速器外；输出端密封端盖与两个O形橡胶密封圈构成了第二重密封，阻止海水透过活齿架输出轴与输出端密封端盖处的间隙进入减速器内部；弹簧、O形橡胶密封圈e、机械密封套以及从减速传动装置中输入的气体组成了第三重密封，防止海水渗入减速器内部，造成减速器内部核心零件失效，影响减速机的传动精度及使用寿命。外部静密封部分使用O形橡胶密封圈来防止海水从减速器外壳缝隙中进入装置。同时，用复合滚柱替代实心滚柱增大了滚柱受载时的变形，减小了接触应力，提高了减速机的整体性能和使用寿命。

附图说明

图1：本发明所述的具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器的结构图;

图2：本发明所述的具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器的原理图;

图3：本发明所述的激波器输入轴的示意图;

图4：本发明所述的活齿架输出轴的示意图;

图5：本发明所述的输出轴端盖的示意图;

图6：本发明所述的输出端密封端盖的示意图;

图7：本发明所述的机械密封套的示意图;

图8：本发明所述的弹簧的示意图;

图9：本发明所述的复合滚柱的剖面示意图;

图10：本发明所述的复合滚柱的爆炸图;

图11：本发明所述的叶轮的示意图;

图12：本发明所述的叶轮端盖的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明提出的具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器的具体实施方式予以详细说明：

参照附图1、附图3、附图4、附图5、附图6和附图12，本发明实施的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，包括激波器输入轴1、叶轮端盖2、法兰片3、叶轮4、油毡垫圈5、O形橡胶密封圈a6、输入端轴承端盖7、O形橡胶密封圈b8、输入端轴承9、输入轴端盖10、O形橡胶密封圈c11、中心轮12、轴承13、输出端轴承14、O形橡胶密封圈d15、O形橡胶密封圈e16、弹簧17、O形橡胶密封圈f18、活齿架输出轴19、机械密封套20、输出端密封端盖21、输出轴端盖22、滚柱套筒23、芳纶弹性体24、定位销25等。其中激波器输入轴1、活齿架输出轴19、中心轮12、输入端轴承端盖7、输入轴端盖10、输出轴端盖22、输出端密封端盖21、叶轮端盖2为同轴安装。叶轮端盖2与输入端轴承端盖7和输入轴端盖10通过螺栓连接；输入轴端盖10和输出轴端盖22通过螺栓连接；输入端密封端盖22和输出端密封端盖21通过螺栓连接；叶轮4与激波器输入轴1通过花键连接，叶轮4的右端与法兰片3接触，左端与激波器输入轴1的轴肩接触；活齿架输出轴19右端与轴承13连接，轴承13与激波器输入轴1连接，活齿架输出轴19左端与输出端轴承14连接，输出端轴承14与输出轴端盖22连接；弹簧17左端与输出端密封端盖21连接，右端与机械密封套20连接；机械密封套20右端与活齿架输出轴19的轴肩连接。

参照附图1和附图2，激波器输入轴1与滚柱套筒23组成啮合副；滚柱套筒23均布安装在活齿架输出轴19的齿槽中，分别与中心轮12和活齿架输出轴19组成啮合副；中心轮12为具有中心通孔的圆盘，圆盘内壁呈齿廓形，中心轮12嵌套在输出轴端盖22中，与输出轴端盖22通过定位销25固定。本发明的一种实施顺序为：激波器输入轴1受驱动力开始转动，带动滚柱套筒23转动，最后带动活齿架输出轴19转动。当海水透过激波器输入轴1与叶轮端盖2处的间隙进入减速器时，叶轮4随激波器输入轴1转动的同时开始转动，通过离心力将渗入减速器的海水从叶轮端盖2外壁的槽口中甩出；当海水透过活齿架输出轴19与输出端密封端盖21处的的间隙进入减速器时，嵌入在输出端密封端盖21中的两个O形橡胶密封圈f18依次阻挡海水的进一步渗入；当海水透过输出端密封端盖21到达机械密封套20时，机械密封套20左侧由弹簧17压紧，顶部由O形橡胶密封圈e16压紧，不随活齿架输出轴19的转动而转动，嵌入在机械密封套20顶部沟槽中的O形橡胶密封圈e16阻挡海水从顶部渗入，机械密封槽20的右端与活齿架输出轴19轴肩的接触处涂有石墨，极大减小了接触处的摩擦，防止海水从接触处渗入减速器内部，造成减速器内部核心零件失效，影响减速器的传动精度和使用寿命。输出轴端盖22在径向位置开有通孔，减速传动装置系统中的气泵会将气体通过通孔输入减速器壳体中，使减速器内部的压强的大于外部，进一步抑制了渗入的海水进入装置。外部静密封部分使用O形橡胶密封圈来防止海水从减速器外壳缝隙中进入装置。同时，用复合滚柱替代实心滚柱增大了滚柱受载时的变形，减小了接触应力，提高了减速机的整体性能和使用寿命。

参照附图1、附图4、附图5、附图6、附图7和附图8，机械密封套20与活齿架输出轴19为同轴安装，机械密封套20左侧由弹簧17压紧，顶部由O形橡胶密封圈e16压紧，不随活齿架输出轴19的转动而转动。嵌入机械密封套20顶部沟槽的O形橡胶密封圈e16阻挡海水从顶部渗入，机械密封套20右端与活齿架输出轴19的轴肩接触，且在接触处涂有石墨，极大的减小了接触处的摩擦，机械密封套20左端与弹簧17接触，通过弹簧17将机械密封套20压紧，防止由于机械密封套20与活齿架输出轴19轴肩的摩擦而产生间隙导致海水透过间隙渗入减速器内部，造成减速器内部核心零件失效，影响减速器的传动精度和使用寿命。输出轴端盖22在径向位置开有通孔，减速传动装置系统中的气泵会将气体通过通孔输入减速器壳体中，使减速器内部的压强大于外部，进一步抑制了渗入的海水进入装置。

参照附图9和附图10，复合滚柱由滚柱套筒23和芳纶弹性体24组合构成；滚柱套筒23为空心锯齿状体，且在内壁的两端开有直径略大于滚柱中间空心部分的球形槽，球形槽主要用于改善滚柱套筒两端的应力分布，避免两端应力分布较大造成滚柱套筒23的疲劳破坏，影响使用寿命。锯齿状主要用于增加复合滚柱填充度，降低复合滚柱的整体质量，这样转动时离心惯性力较小，可以有更高的转速。芳纶是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化生命周期长等优良性能。芳纶弹性体24的中间部分与滚柱套筒23的锯齿状部分相配合，芳纶弹性体24的两端与滚柱套筒23的两球形槽相配合。滚柱套筒23的球形槽部分与锯齿部分相配，形成两头大中间小的结构，可以有效防止芳纶弹性体24从滚柱套筒23内壁脱落。

参照附图1、附图3、附图11和附图12，激波器输入轴1的轴段2处为矩形花键，叶轮4和激波器输入轴1通过花键连接。叶轮4左端与激波器输入轴1的轴肩接触，右端与法兰片3接触，法兰片3材质为聚四氟乙烯，具有良好的耐磨性，其目的是减小叶轮的磨损。

本发明的保护范围并不局限于以上内容，相关技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案进行的变更和修改，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，包括同轴安装的激波器输入轴（1）、活齿架输出轴（19）、中心轮（12）、输入端轴承端盖（7）、输入轴端盖（10）、输出轴端盖（22）、输出端密封端盖（21）；输入轴端盖（10）和输出轴端盖（22）通过螺栓连接；输出轴端盖（22）和输出端密封端盖（21）通过螺栓连接；活齿架输出轴（19）右端与轴承（13）连接，轴承（13）与激波器输入轴（1）连接，活齿架输出轴（19）左端与输出端轴承（14）连接，输出端轴承（14）与输出轴端盖（22）连接；所述中心轮（12）由定位销（25）限位安装在输出轴端盖（22）内，复合滚柱均布安装在活齿架输出轴（19）的齿槽内，激波器输入轴（1）与复合滚柱啮合传动，复合滚柱与中心轮（12）啮合传动，复合滚柱带动活齿架输出轴（19）输出，其特征在于：所述激波器输入轴（1）轴端上连接有叶轮（4）和叶轮端盖（2），叶轮（4）与激波器输入轴（1）通过花键连接；叶轮（4）的右端与法兰片（3）接触，左端与激波器输入轴（1）的轴肩接触；叶轮端盖（2）与输入端轴承端盖（7）和输入轴端盖（10）通过螺栓连接；叶轮端盖（2）外壁开有排水的槽口。

2.根据权利要求1所述的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，其特征在于，所述活齿架输出轴（19）轴端安装有机械密封套（20），所述机械密封套（20）开有两个沟槽，沟槽内分别安装有O形橡胶密封圈（16）和弹簧（17）；O形橡胶密封圈（16）压紧于机械密封套（20）的外壁与输出轴端盖（22）的内壁之间，弹簧（17）挤压与机械密封套（20）左侧与输出端密封端盖（21）之间，机械密封套（20）右侧与活齿架输出轴（19）的轴肩接触，且在接触处涂有石墨。

3.根据权利要求1所述的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，其特征在于，所述输出端密封端盖（21）与所述活齿架输出轴（19）间由两个O形橡胶密封圈（18）密封；所述输出端密封端盖（21）内部开有沟槽，两个O形橡胶密封圈（18）依次嵌入在沟槽中。

4.根据权利要求1所述的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，其特征在于，所述输出轴端盖（22）在径向位置开有通孔，所述通孔由气泵通入气体以保持减速器内部的压强大于外部。

5.根据权利要求1所述的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，其特征在于，所述叶轮端盖（2）与所述输入端轴承端盖（7）之间安装有O形橡胶密封圈（6），所述输入轴端盖（10）与所述输入端轴承端盖（7）之间安装有O形橡胶密封圈（8）；所述输入轴端盖（10）与所述输出轴端盖（22）间安装有O形橡胶密封圈（11）；所述激波器输入轴（1）与所述输入端轴承端盖（7）之间安装有油毡垫圈（5）。

6.根据权利要求1所述的一种具有轴端密封的复合滚柱活齿减速器，其特征在于，所述复合滚柱由滚柱套筒（23）和芳纶弹性体（24）组合构成；滚柱套筒（23）为空心锯齿状体，且在内壁两端开有直径大于滚柱中间空心部分的球形槽，芳纶弹性体（24）的中间部分与滚柱套筒（23）的锯齿状部分相配合，芳纶弹性体（24）的两端与滚柱套筒（23）的两球形槽相配合；滚柱套筒（23）的球形槽部分与锯齿部分相配，形成两头大中间小的结构。

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