CN113202886A - 一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构 - Google Patents

一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构，属于离合齿轮技术领域。所述的齿轮离合机构，包括中心轴，以及依次穿插在中心轴上的主动轮、调节部件、弹簧、主动离合部件、从动离合齿轮、从动轮、挡圈；所述中心轴包括所述凸环，中心轴两端与箱体固定，所述主动轮设于所述中心轴上且靠近所述凸环，所述弹簧设于所述调节部件和主动离合部件之间；所述挡圈设于从动轮一侧并与所述中心轴固定。本发明应用于各种机械装备的齿轮传动装置，使传动机构在过载时增加离合功能和离合保护阈值自动调整功能，解决了离合机构冲击频繁、磨损剧烈、噪音大的问题，还能通过动态补偿解决弹簧刚性衰减导致的离合保护阈值降低问题，提高了整个离合机构的使用寿命和稳定。

Description

一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构
【技术领域】
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种齿轮离合机构。
【背景技术】
在机械结构，尤其在齿轮传动结构领域，面对复杂的应用场景，输出端往往会遇过载或堵转现象，这时传动链如果没有过载保护功能，不仅会造成齿轮过度承载而损坏，而且还有可能引起电动机烧坏等安全事故。本发明提供了一种保护阈值可根据转速动态调整的齿轮离合机构旨在解决这种问题。
现有相关齿轮离合技术存在多方面不足，具体如下：
1、现有技术的齿轮离合机构，齿轮离合时会发生严重的打齿现象，造成离合齿轮端面剧烈冲击和过度磨损，降低齿轮使用寿命和动态性能。
2、现有技术的齿轮离合机构较多通过弹簧实现，但随着工作时间的延长，弹簧刚性将逐渐衰退，降低了离合保护阈值及可靠性，甚至使得保护阈值小于要求的额定输出转矩而失效。
3、现有技术的离合保护阈值无法根据工况自动调整，不能更好地适应复杂的传动工况。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明公开了一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构。本发明应用于各种机械装备的齿轮传动装置，使传动机构在过载时增加离合功能，解决了离合机构冲击频繁、磨损剧烈、噪音大的问题，还能通过动态补偿解决弹簧刚性衰减导致的离合保护阈值降低问题，提高了整个离合机构的使用寿命和稳定性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构，包括中心轴，中心轴上轴接有主动轮和从动轮，所述主动轮包括主动直齿轮，主动直齿轮上固定有空心环，空心环内表面上成形有斜槽，空心环内安装有调节部件，调节部件外壁凸起有与斜槽配合的斜凸台，斜凸台与斜槽滑动连接；调节部件轴向滑动连接有主动离合部件，且调节部件与主动离合部件之间安装有弹性件；主动离合部件端面成形有外端齿；所述从动轮包括从动直齿轮，从动直齿轮端面成形有与外端齿啮合的从动端齿；所述调节部件随受到的扭矩的增加而向接近主动离合部件的方向移动，随受到的扭矩的减小而向远离主动离合部件的方向移动。
进一步的改进，所述主动离合部件上还成形有内端齿，内端齿啮合有从动离合齿轮，从动离合齿轮的端面成形有与内端齿啮合的异形齿；异形齿的上部内凹形成小齿；小齿齿根过渡有斜齿面。
进一步的改进，所述从动直齿轮中部内凹成形有环形的台面，台面内轴接有从动离合齿轮，从动离合齿轮外周成形有与台面配合的凸环
进一步的改进，所述调节部件、弹性件和主动离合部件均套设在中心轴上，所述从动离合齿轮轴接在中心轴上。
进一步的改进，所述弹性件为弹簧。
进一步的改进，所述调节部件为转子，调节部件上固定有第一空心筒，第一空心筒外壁设有外花键，所述主动离合部件上固定有第二空心筒，第二空心筒的内壁设有与外花键滑动连接的内花键。
进一步的改进，所述第一空心筒底部和第二空心筒底部均成形有凹台，弹性件两端分别处于第一空心筒和第二空心筒的凹台内。
进一步的改进，所述中心轴两端分别固定有与主动轮配合的凸环和与从动轮配合的挡圈。
进一步的改进，所述挡圈由耐磨材料制成，所述耐磨材料包括铜。
与相关技术相比，本发明提供的一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构具有如下优点：
1、齿轮离合时齿轮副间不会发生打齿现象，从而避免齿轮端面齿的剧烈冲击和过度磨损，降低振动和噪声，提高使用寿命。
2、针对普遍含有弹簧元件的齿轮离合机构，本发明通过所述转子提供的轴向力压缩弹簧，可实现当弹簧弹性系数降低时补偿弹簧压缩量，从而保持离合齿轮保护功能的稳定性。
3、旋转机械工作过程中，一般要求低速时输出大扭矩，高速时输出较低扭矩。本发明可根据主动轮转速动态调节离合齿轮发生脱离的阈值以适应复杂工况，即实现低速时，提高离合保护阈值，适应低速大扭矩输出；高速时，降低离合保护阈值，适应高速低扭矩输出。
【附图说明】
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明的齿轮离合机构爆炸图；
图2为本发明中的主动轮结构示意图；
图3为本发明中的调节部件结构示意图；
图4为本发明中的主动离合部件剖面结构示意图；
图5为本发明中的从动离合齿轮结构示意图；
图6为本发明中的从动离合齿轮剖面结构示意图；
图7为本发明中的从动轮结构示意图；
图8为本发明中的从动轮剖面结构示意图；
图9为本发明整体装配结构剖面示意图；
图10为本发明过载保护时离合齿轮啮合状态示意图；
图中，附图标记如下：
中心轴1、主动轮2、调节部件3、弹簧4、主动离合部件5、从动离合齿轮6、从动轮7、挡圈8、主动直齿轮21、空心环22、斜槽23、斜凸台31、第一空心筒32、外花键33、外端齿51、内端齿52、第二空心筒53、内花键54、凸环61、异形齿62、斜齿面621、小齿622、从动端齿71、台面72、从动直齿轮73。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
【具体实施方式】
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构，包括中心轴1，以及依次穿插在中心轴上的主动轮2、调节部件3、弹簧4、主动离合部件5、从动离合齿轮6、从动轮7、挡圈8；所述主动轮2和调节部件3之间通过斜槽23和斜凸台31滑动连接；所述弹簧4设于调节部件3和主动离合部件5之间，同时，调节部件3与主动离合部件5又通过花键连接；所述从动离合齿轮6与主动离合部件5存在啮合关系；所述从动轮7的中心孔与从动离合齿轮6外圆配合并与主动离合部件5存在啮合关系；所述挡圈8与中心轴1固定以限制从动轮7的轴向位移；所述主动轮2旋转时，调节部件3将沿斜槽23运动压缩弹簧4。
如图2所示，所述主动轮2包括主动直齿轮21，主动直齿轮21上固定有空心环22，空心环22内表面上成形有斜槽23。
如图3所示，所述调节部件3一端外圆成型有斜凸台31，另一端固定有第一空心筒32，第一空心筒32外部设有外花键33，底部设有凹台。
如图4所示，所述主动离合部件5端面上成形有外端齿51、内端齿52；另一侧固定有第二空心筒53，第二空心筒53内侧设有内花键54，底部设有凹台。所述弹簧4两端分别设于第一空心筒32和第二空心筒53底部凹台内。
如图5和图6所示，所述从动离合齿轮6包括异形齿62和凸环61，所述异形齿62包括斜齿面621和小齿622；所述从动离合齿轮6与所述内端齿52啮合传动。
如图7和图8所示，所述从动轮9包括从动端齿71、台面72和从动直齿轮73；所述从动轮9与从动离合齿轮6外圆配合，所述从动轮9与外端齿51啮合传动；所述凸环61侧面与台面72接触。
所述和挡圈8优选铜类等耐磨材料。
所述一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构发生过载保护时的实施例：
如图9和图10所示，首先根据基本力学知识判断，当动力由所述主动轮输入并朝箭头所指方向旋转时，所述调节部件在轴向方向受力情况和斜齿轮受力类似，即当输入功率不变时，所述转子所受的轴向力为
Figure BDA0003091416780000041
由此可知所述弹簧被压缩产生的弹力随所述调节部件受力大小而变化。P为输入功率。β为斜槽倾斜角，d为转子的半径，ω为转子的角速度。
低速传动时，ω减小，所述转子所受轴向力增大，则所述弹簧所受弹力增大，离合齿轮发生脱离的阈值将有所提高，以避免在低速下复杂工况造成齿轮频繁离合；高速传动时，电机对冲击过载更为敏感，此时ω增大，所述转子所受轴向力减小，则所述弹簧所受弹力减小，离合齿轮发生脱离的阈值将有所降低，这时齿轮及时脱离有助于进一步保护电机。
具体的其运行过程如下：
初始，无动力输入时，调节部件3处于最左侧，然后输入功率为P，因此转子受到向右的轴向力，向右移动，直至轴向力与弹簧的推力相等后，转子维持原位。当转速变高时，在功率不变的情况下，转子受到的扭矩变小，轴向力变小，因此在弹簧压力下逐渐左移动，使得对弹簧的压力降低，进一步使得主动离合部件5与从动轮的离合阈值降低；当转速变低时，在功率不变的情况下，转子受到的扭矩变大，轴向力随之变大，因此转子右移压缩弹簧，使得主动离合部件5与从动轮的离合阈值变大。从而达到低速时，提高离合保护阈值，适应低速大扭矩输出，防止频繁离合；高速时，降低离合保护阈值，适应高速低扭矩输出，防止离合阈值过大导致电机的损坏。
其中调节部件3的左右其移动是通过转子与主动直齿轮21之前的转速差形成的。具体的初始时，转子右侧侧受到弹簧的压力，对应的主动直齿轮21给与转子向右的推力，主动直齿轮21输入动力后，通过斜槽23给予转子向右的推力，并与转子出现相对旋转，至向右的推力与弹簧的推力达到平衡。然后主动直齿轮21增速时，输入的转矩变小，此时弹簧对转子的压力转化一部分转矩到转子上，使得转子的瞬时速度大于主动直齿轮21，从而向左移动降低，当主动直齿轮21降速时，转子受到从动轮7端负载的制动，也随之降速，并且瞬时的速度小于主动直齿轮21，从而向右移动增加离合阈值。由于电机正常运转时，上述的变化均是逐渐变化，即呈线性的变化，因此不会导致主动离合部件5与从动轮的脱离。而当从动轮7连接的负载端出现突然卡死等现象时，出现速度突然变化，从而使得主动离合部件5与从动轮啮合的锥齿之间出现滑动，脱离啮合，实现离合保护。此时内端齿52处于异形齿62的斜齿面621处，并被小齿622阻挡，从而带动从动离合齿轮6旋转，这样有效防止了主动离合部件5与从动轮在此期间再次不断离合磨损，影响整体装置的磨损，并且降低振动和噪声。然后，关闭电源，输入功率降至0，所述转子所受轴向力降至0，弹簧弹力降至最低，摩擦力f降至最低，因此，所述内端齿将无法继续和所述小齿啮合，并沿所述斜齿面滑下来，离合齿轮最终再次啮合。也可以反转电机实现离合的再次啮合。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (9)

1.一种保护阈值自动调整的齿轮离合结构，包括中心轴(1)，其特征在于，中心轴(1)上轴接有主动轮(2)和从动轮(7)，所述主动轮(2)包括主动直齿轮(21)，主动直齿轮(21)上固定有空心环(22)，空心环(22)内表面上成形有斜槽(23)，空心环(22)内安装有调节部件(3)，调节部件(3)外壁凸起有与斜槽(23)配合的斜凸台(31)，斜凸台(31)与斜槽(23)滑动连接；调节部件(3)轴向滑动连接有主动离合部件(5)，且调节部件(3)与主动离合部件(5)之间安装有弹性件；主动离合部件(5)端面成形有外端齿(51)；所述从动轮(7)包括从动直齿轮(73)，从动直齿轮(73)端面成形有与外端齿(51)啮合的从动端齿(71)；所述调节部件(3)随受到的扭矩的增加而向接近主动离合部件(5)的方向移动，随受到的扭矩的减小而向远离主动离合部件(5)的方向移动。
2.如权利要求1所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述主动离合部件(5)上还成形有内端齿(52)，内端齿(52)啮合有从动离合齿轮(6)，从动离合齿轮(6)的端面成形有与内端齿(52)啮合的异形齿(62)；异形齿(62)的上部内凹形成小齿(622)；小齿(622)齿根过渡有斜齿面(621)。
3.如权利要求2所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述从动直齿轮(73)中部内凹成形有环形的台面(72)，台面(72)内轴接有从动离合齿轮(6)，从动离合齿轮(6)外周成形有与台面(72)配合的凸环(61)。
4.如权利要求2所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述调节部件(3)、弹性件和主动离合部件(5)均套设在中心轴(1)上，所述从动离合齿轮(6)轴接在中心轴(1)上。
5.如权利要求1所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述弹性件为弹簧(4)。
6.如权利要求1所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述调节部件(3)为转子，调节部件(3)上固定有第一空心筒(32)，第一空心筒(32)外壁设有外花键(33)，所述主动离合部件(5)上固定有第二空心筒(53)，第二空心筒(53)的内壁设有与外花键(33)滑动连接的内花键(54)。
7.如权利要求6所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述第一空心筒(32)底部和第二空心筒(53)底部均成形有凹台，弹性件两端分别处于第一空心筒(32)和第二空心筒(53)的凹台内。
8.如权利要求1所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述中心轴(1)两端分别固定有与主动轮(2)配合的凸环和与从动轮(7)配合的挡圈(8)。
9.如权利要求1所述的保护阈值自动调整的齿轮离合结构，其特征在于，所述挡圈(8)由耐磨材料制成，所述耐磨材料包括铜。
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