CN113236734B - 一种变刚度减振齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种变刚度减振齿轮。本发明通过阻尼螺柱在齿轮本体螺纹通孔的不同分布形式，可调整齿轮轮辐的材料分布，可在不改变齿轮主体结构的前提下，快速实现不同固有频率的调整；通过阻尼螺柱在齿轮本体螺纹副过盈量及配合长度的调整，从而改变阻尼螺柱与齿轮本体的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。本发明结构简单，调整方便，在端盖的防松作用下使用可靠，并且不影响齿轮本体传扭能力及动平衡性能，形式可靠，适合推广使用。

Description

一种变刚度减振齿轮
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种变刚度减振齿轮。
背景技术
齿轮传动具有传扭能力强、使用功率转速范围广、效率高、寿命长等特点，因此齿轮传动系统被广泛应用于现代工业各个领域。齿轮传动系统运行过程中往往产生振动噪音等，是设备振动噪音的主要来源。为提高设备运行平稳性及可靠性，齿轮传动系统的减振降噪技术得到广泛关注与研究。齿轮传动系统主要包括齿轮、轴承、箱体、联轴器等部分，其中齿轮由于传递误差、啮合冲击等带来噪音对整个传动系统的振动贡献往往最大，因此针对齿轮的减振降噪设计往往是齿轮传动系统减振降噪的重点。
一般情况可通过齿轮修形等优化设计来降低齿轮运行的振动与噪音，但在对振动指标要求较高的场合，如潜艇、飞机等领域，仅依靠齿轮修形等来减振降噪还仍不满足设计要求，这就需要采取阻尼减振结构来进一步降低齿轮振动与噪音。常见的其他措施如中国专利号“ZL 200720185373.6”的专利，提供了一种减振降噪齿轮，该发明在齿轮轮辐上布置通孔，在通孔内装有泡沫铝材减振材料来实现减振功能，该齿轮中泡沫铝容易因长期振动导致泡沫铝填充物松动、破碎；如中国专利号“CN201410274458.6”的专利，提供了一种减振降噪齿轮，该发明在齿轮基体渐开线轮廓体中间设计弹性隔层来实现减振功能，该齿轮在齿附近设置的弹性隔层影响了齿根强度，降低了齿轮的传扭能力，并且该减振方法增加了齿轮加工设计难度，更换调整弹性隔振层困难，且弹性隔层材料应用温度受限；同理如美国专利号“US143343658”的专利，提供了一种减振降噪齿轮，该发明在小齿轮的轮辐处设置粘弹性贴片来实现减振功能，粘弹性贴片与齿轮本体的贴合强度受使用温度影响，限制了该发明的应用范围；如中国专利号“CN201810078266.6”的专利，提供了一种基于高阻尼合金销的减振齿轮，用高阻尼合金销连接齿轮及内部芯轴，该方式将齿轮分体，降低了齿轮整体的传扭能力；如中国专利号“CN111288148A”的专利，提供了一种高阻尼双频动力减振齿轮传递装置，该发明通过在齿轮幅板上布置由弹簧和质量块组成的减振单元来减振，缺陷是无法克服离心力对减振单元的影响，并且减振单元工作时将影响齿轮动平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供通过阻尼材料螺柱过盈装入齿轮来改变固有频率并阻尼减振的一种变刚度减振齿轮。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括齿轮本体10、防松端盖20和阻尼螺柱30；所述的齿轮本体10在轮辐上布置有螺纹通孔11；所述的阻尼螺柱30通过内六角孔31旋入齿轮本体10的螺纹通孔11中，且阻尼螺柱30与齿轮本体10的螺纹副为过盈配合关系；所述的防松端盖20将阻尼螺柱30约束在齿轮本体10的螺纹通孔中；通过调整阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹通孔的分布形式，从而调整齿轮本体10的固有频率；通过调整阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹副过盈量及配合长度，从而调整阻尼螺柱30与齿轮本体10的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。
本发明还可以包括：
所述的齿轮本体10的齿宽为270mm，齿顶半径为475mm，幅板半径为400mm，幅板厚度为110mm，轴孔半径为80mm；所述的齿轮本体10的轮辐的半径为260mm的分度圆上均匀分布12个M60的螺纹通孔11。
所述的阻尼螺柱30旋入3个螺纹通孔11中，且每个旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11与其他旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11间隔3个未旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11；所述的齿轮本体10的一阶固有频率为520HZ。
所述的阻尼螺柱30旋入6个螺纹通孔11中，且每个旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11与其他旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11间隔1个未旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11；所述的齿轮本体10的一阶固有频率为535HZ。
所述的阻尼螺柱30旋入9个螺纹通孔11中，且每个未旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11 与其他未旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11间隔3个旋入阻尼螺柱30的螺纹通孔11；所述的齿轮本体10的一阶固有频率为550HZ。
所述的齿轮本体10的12个M60的螺纹通孔11中均旋入阻尼螺柱30；所述的齿轮本体 10的一阶固有频率为560HZ。
所述的阻尼螺柱30在齿轮本体10的螺纹副过盈量为0.01mm过盈，阻尼螺柱30的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体10的最大等效应力为25Mpa。
所述的阻尼螺柱30在齿轮本体10的螺纹副过盈量为0.02mm过盈，阻尼螺柱30的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体10的最大等效应力为41Mpa。
所述的阻尼螺柱30在齿轮本体10的螺纹副过盈量为0.03mm过盈，阻尼螺柱30的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体10的最大等效应力为62Mpa。
所述的阻尼螺柱30在齿轮本体10的螺纹副过盈量为0.03mm过盈，阻尼螺柱30的旋入长度为50mm；所述的齿轮本体10的最大等效应力为48Mpa。
本发明的有益效果在于：
本发明通过阻尼螺柱在齿轮本体螺纹通孔的不同分布形式，可调整齿轮轮辐的材料分布，可在不改变齿轮主体结构的前提下，快速实现不同固有频率的调整；通过阻尼螺柱在齿轮本体螺纹副过盈量及配合长度的调整，从而改变阻尼螺柱与齿轮本体的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。本发明结构简单，调整方便，在端盖的防松作用下使用可靠，并且不影响齿轮本体传扭能力及动平衡性能，形式可靠，适合推广使用。
附图说明
图1为一种变刚度减振齿轮的结构示意图。
图2为图1中Z处阻尼螺柱与齿轮本体安装处的局部视图。
图3(a)为本发明的实施例中3个螺纹通孔中旋入阻尼螺柱的示意图。
图3(b)为本发明的实施例中6个螺纹通孔中旋入阻尼螺柱的示意图。
图3(c)为本发明的实施例中9个螺纹通孔中旋入阻尼螺柱的示意图。
图3(d)为本发明的实施例中12个螺纹通孔中旋入阻尼螺柱的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及通过阻尼材料螺柱过盈装入齿轮来改变固有频率并阻尼减振的一种变刚度减振齿轮。
本发明由齿轮本体10，防松端盖20，阻尼螺柱30组成，齿轮本体10在轮辐上布置有螺纹通孔11，阻尼螺柱30通过内六角孔31旋入螺纹通孔11中，阻尼螺柱30与齿轮本体10 的螺纹副为过盈配合关系，防松端盖20将阻尼螺柱30约束在齿轮本体10的螺纹通孔中，通过阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹通孔的不同分布形式，可调整齿轮轮辐的材料分布，可在不改变齿轮主体结构的前提下，快速实现不同固有频率的调整；通过阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹副过盈量及配合长度的调整，从而改变阻尼螺柱30与齿轮本体10的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。
本发明通过阻尼螺柱在齿轮轮辐螺纹孔上的不同分布形式实现对齿轮本体固有频率的调节，结构简单，调整方便；通过螺纹副过盈量的调节可调节齿轮本体及阻尼螺柱的静应力状态，从而调整阻尼减振效果，调整应用简单，在端盖的防松作用下使用可靠，并且不影响齿轮本体传扭能力及动平衡性能，形式可靠，适合推广使用。
实施例1：
图1以圆柱齿轮为例，参照图1：本发明由齿轮本体10，防松端盖20，阻尼螺柱30组成。其关系是：齿轮本体10在轮辐上布置有螺纹通孔11，阻尼螺柱30通过内六角孔31旋入螺纹通孔11中，阻尼螺柱30与齿轮本体10的螺纹副为过盈配合关系，防松端盖20将阻尼螺柱30约束在齿轮本体10的螺纹通孔中。
通过阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹通孔的不同分布形式，可调整齿轮轮辐的材料分布，可在不改变齿轮主体结构的前提下，快速实现不同固有频率的调整，以图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)为例：齿轮轮辐某分度圆上均匀分布12个螺纹通孔11，可实现按3孔、6孔、9孔、12孔均布的4种阻尼螺柱30分布形式，以齿宽270mm，齿顶半径475mm，幅板半径400mm，幅板厚度110mm，轴孔半径80mm的齿轮为例，在半径260mm的分度圆均布12个M60的螺纹通孔11，按3孔均布阻尼螺柱30，简化计算得齿轮本体一阶固有频率 520HZ；按6孔均布阻尼螺柱30，简化计算得齿轮本体一阶固有频率535HZ；按9孔均布阻尼螺柱30，简化计算得齿轮本体一阶固有频率550HZ；按12孔均布阻尼螺柱30，简化计算得齿轮本体一阶固有频率560HZ，可以看到按照本发明通过阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹通孔的不同分布形式的实施方式，调整齿轮轮辐的材料分布实现较大范围的固有频率调节。
通过阻尼螺柱30在齿轮本体10螺纹副过盈量及配合长度的调整，从而改变阻尼螺柱30 与齿轮本体10的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果：同样以齿宽 270mm，齿顶半径475mm，幅板半径400mm，幅板厚度110mm，轴孔半径80mm的齿轮为例，在半径260mm的分度圆均布12个M60的螺纹通孔的齿轮为例，在12个螺纹通孔11中均安装阻尼螺柱30，按螺纹副0.01mm过盈，旋入长度100mm计算齿轮本体最大等效应力约为25Mpa；按螺纹副0.02mm过盈，旋入长度100mm计算齿轮本体最大等效应力约为41Mpa；按螺纹副0.03mm过盈，旋入长度100mm计算齿轮本体最大等效应力约为62Mpa；不同旋入长度对本体的静应力调整也很明显，以12个螺纹通孔11中均按螺纹副0.03mm过盈安装阻尼螺柱30为例，旋入长度100mm计算齿轮本体最大等效应力约为62Mpa，旋入长度50mm 计算齿轮本体最大等效应力约为48Mpa，可以看到按照本发明通过阻尼螺柱30在齿轮本体 10螺纹副过盈量及配合长度的调整，较大范围内改变阻尼螺柱30与齿轮本体10的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。
综上所述，本发明的一种变刚度减振齿轮，阻尼螺柱通过过盈螺纹副与齿轮本体连接，可通过调整阻尼螺栓的分布快速调整齿轮本体刚度，可通过螺纹副过盈量及配合长度的改变快速调整阻尼减振效果，功能多样，安装调整简单，并且不影响齿轮本体传扭能力及动平衡性能，形式可靠，适合推广使用。
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)

1.一种变刚度减振齿轮，其特征在于：包括齿轮本体(10)、防松端盖(20)和阻尼螺柱(30)；所述的齿轮本体(10)在轮辐上布置有螺纹通孔(11)；所述的阻尼螺柱(30)通过内六角孔(31)旋入齿轮本体(10)的螺纹通孔(11)中，且阻尼螺柱(30)与齿轮本体(10)的螺纹副为过盈配合关系；所述的防松端盖(20)将阻尼螺柱(30)约束在齿轮本体(10)的螺纹通孔中；通过调整阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)螺纹通孔的分布形式，从而调整齿轮本体(10)的固有频率；通过调整阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)螺纹副过盈量及配合长度，从而调整阻尼螺柱(30)与齿轮本体(10)的静应力状态，从而影响振动的传递与消耗，调整阻尼效果。
2.根据权利要求1所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的齿轮本体(10)的齿宽为270mm，齿顶半径为475mm，幅板半径为400mm，幅板厚度为110mm，轴孔半径为80mm；所述的齿轮本体(10)的轮辐的半径为260mm的分度圆上均匀分布12个M60的螺纹通孔(11)。
3.根据权利要求2所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)旋入3个螺纹通孔(11)中，且每个旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)与其他旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)间隔3个未旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)；所述的齿轮本体(10)的一阶固有频率为520HZ。
4.根据权利要求2所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)旋入6个螺纹通孔(11)中，且每个旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)与其他旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)间隔1个未旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)；所述的齿轮本体(10)的一阶固有频率为535HZ。
5.根据权利要求2所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)旋入9个螺纹通孔(11)中，且每个未旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)与其他未旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)间隔3个旋入阻尼螺柱(30)的螺纹通孔(11)；所述的齿轮本体(10)的一阶固有频率为550HZ。
6.根据权利要求2所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的齿轮本体(10)的12个M60的螺纹通孔(11)中均旋入阻尼螺柱(30)；所述的齿轮本体(10)的一阶固有频率为560HZ。
7.根据权利要求6所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)的螺纹副过盈量为0.01mm过盈，阻尼螺柱(30)的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体(10)的最大等效应力为25Mpa。
8.根据权利要求6所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)的螺纹副过盈量为0.02mm过盈，阻尼螺柱(30)的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体(10)的最大等效应力为41Mpa。
9.根据权利要求6所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)的螺纹副过盈量为0.03mm过盈，阻尼螺柱(30)的旋入长度为100mm；所述的齿轮本体(10)的最大等效应力为62Mpa。
10.根据权利要求9所述的一种变刚度减振齿轮，其特征在于：所述的阻尼螺柱(30)在齿轮本体(10)的螺纹副过盈量为0.03mm过盈，阻尼螺柱(30)的旋入长度为50mm；所述的齿轮本体(10)的最大等效应力为48Mpa。
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降低齿轮噪声试验――阻尼材料和齿轮结构的作用;曹挺杰等;《河海大学学报(自然科学版)》;19920930(第05期);全文 *
齿轮/附加阻尼环组合结构动态特性分析;赵宁等;《机械科学与技术》;20110715(第07期);全文 *
齿轮传动的阻尼减振技术研究;钟延涛等;《机械传动》;20111115(第11期);全文 *

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