CN114704595A - 一种用于回转机构的减速装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于回转机构的减速装置，减速机本体通过输出轴承转动连接有输出轴，输入轴的顶端通过太阳齿轮与行星齿轮啮合，输出轴的顶端设置有安装行星齿轮的行星架，行星齿轮与减速机本体内侧固定的内齿环啮合，输出轴与减速机本体之间通过非线性减振圈分隔，输出轴通过凹型槽安装有调谐惯容隔振单元，非线性减振圈和调谐惯容隔振单元的核心设计均为负刚度隔振单元；当负刚度隔振单元内存在振动和冲击时，正曲弹片叶瓣发生偏移，中心套环起到杠杆作用，反曲弹片叶瓣向相反方向偏移，正曲弹片叶瓣和相邻的反曲弹片叶瓣之间存在挤压，力矩长度及负刚度隔振单元的广义刚度发生改变，增加了非线性减振圈和调谐惯容隔振单元的隔振、减振能力。

Description

一种用于回转机构的减速装置及其方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种用于回转机构的减速装置及其方法。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分，如起重机、挖掘机。工程机械大多在野外作业，其作业特点和对机械的性能的要求有以下特殊之处：（1）工程质量是百年大计，对机械作业质量的要求越来越高；（2）工程机械工况复杂，作业对象多变，常常在变载荷情况下工作，对机器的可靠性和适应能力有较高的要求。工程机械主要由驱动装置、回转机构、变速装置、传动装置、工作装置、制动装置等组成，其中变速转置主要采用减速机，并应用于回转机构。
减速装置在运转过程中，齿轮啮合时进行扭矩的输出，必然会有一定程度的振动及随之产生的噪音，振动及噪音的大小取决于减速装置的齿轮啮合平稳性，以及各种零、部件的装配精度，而振动反过来又会影响齿轮的使用寿命和健康度。由于施工现场的条件复杂，不确定性强，而且大型工程机械的工作环境普遍较为恶劣，工作状态下不可避免的会出现较大的振动量。减速装置是传动部件，容易因振动加剧齿轮副之间的磨损，工程机械在施工过程中的振动产生极大的交变冲击载荷，这种冲击载荷传递给减速装置中的齿轮、轴等零件，会大大降低减速装置的可靠性，较大的冲击载荷还会引起减速装置内部零件的结构损伤。
在减速装置减振的研究领域，已经取得了很多研究成果。中国专利CN202011469370.1公开了一种起重机减速机减振结构及起重机，使用湿式摩擦片式制动器替代传统制动器，采用行星减速机代替传统减速机，减速平稳，噪声低，输出扭矩大，将制动器、减速机、卷筒集成设计，降低减速机上下和左右的振动，防止减速机因为振动而引起结构损伤。中国专利CN201611061931.8公开了一种行星减速系减振密封装置及包括该装置的起动机，设计了减振密封装置，减振材料的内齿圈凸起嵌套在中盖凹槽内，使得中盖和内齿圈周向固定，既实现了内齿圈的减振又达到了中盖去重的目的。中国专利CN201910516093.6公开了适于航空发动机减速箱的减振装置，通过设置弹簧组件吸收发动机的扭转振动能量，在发动机与减速箱之间起缓冲作用，从而起到减振的效果。中国专利CN200910076118.1公开了一种用于主减速器的扭转减振器，通过调节减振器内质量环的形状和数量以及橡胶的参数可以抑制多个频率下的扭转振动峰值，改善传动系统的扭振情况，降低径向窜动、轴向移动等对传动系统的不利影响。中国专利CN202010069568.4公开了一种可减振的谐波减速器及其制造方法，能缓和谐波减速器自身震动源传递至刚性传动件，如此一来振动量和振动噪声有效地得到降低，从而提高谐波减速器的工作效率、承载能力和使用寿命。中国专利CN202010020057.3公开了一种旋转型串联弹性驱动机构，包括减速器总成和动力回收弹性结构，结构紧凑，体积小，尤其是轴向尺寸和传统的减速器保持一致的同时，可以抵抗高冲击载荷，实现储存和释放能量，避免执行机构的损坏。
通过上述分析可以发现，现有技术中的减振和隔振的思路包括添加摩擦阻尼、增设橡胶减振垫或添加减振弹簧、涡卷弹簧等进行减振。摩擦阻尼确实是一个减振的常规思路，但是阻尼的存在必然会增加整个系统的能耗，同时增加了减速装置的散热压力。虽然橡胶减振垫在工程机械中应用广泛，但是工程机械的工作环境容易造成橡胶的腐蚀也是一个行业的痛点，如果没有经常或及时进行更换，减振效果将会大打折扣。减振弹簧和涡卷弹簧都有正刚度的特点，正刚度的隔振效果远远不如最新研究的负刚度隔振系统，正刚度和负刚度隔振稳定性之间的效果差距明显。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种用于回转机构的减速装置及其方法，应用力矩偏移的方式改变了负刚度隔振单元的广义刚度，增加了非线性减振圈和调谐惯容隔振单元的隔振、减振能力，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于回转机构的减速装置及其方法，技术方案如下：
一种用于回转机构的减速装置，包括减速机本体及固定在减速机本体下的减速机底座，其特征在于：所述减速机本体的一侧安装有输入轴承，所述减速机本体的另一侧安装有输出轴承，所述减速机本体通过输入轴承转动连接有输入轴，所述减速机本体通过输出轴承转动连接有输出轴，所述输入轴的顶端设置有太阳齿轮，所述太阳齿轮的四周均匀设置有若干组与太阳齿轮啮合的行星齿轮，所述输出轴的顶端设置有行星架，行星架的四周均匀分布有垂直于行星架的滚针轴承，所述行星齿轮安装在滚针轴承上且滚针轴承的数量和行星齿轮的数量相等，所述减速机本体的内侧固定有内齿环，所述行星齿轮与内齿环啮合；
所述输出轴与减速机本体之间通过设置非线性减振圈分隔开，所述输出轴的内壁设为空腔结构，所述输出轴的内壁开设有若干条均匀分布的凹型槽，所述输出轴通过凹型槽安装有调谐惯容隔振单元，所述非线性减振圈和调谐惯容隔振单元的核心设计均为负刚度隔振单元，所述负刚度隔振单元由圆周分布的若干组减振瓣相互交错叠加组成，所述减振瓣包括中心转轴及套接在中心转轴上的中心套环，所述中心套环的一端连接有正曲弹片叶瓣，所述中心套环的另一端连接有反曲弹片叶瓣，所述负刚度隔振单元在交叠过程中，所述减振瓣上的正曲弹片叶瓣和相邻的减振瓣上的反曲弹片叶瓣接触，所述正曲弹片叶瓣和反曲弹片叶瓣的外侧设置阻尼层。
优选的是，所述调谐惯容隔振单元的四周设有多个与凹型槽滑动过盈配合的凸型块，所述凸型块的两端通过转轴座与减振瓣的中心转轴连接，所述减振瓣沿着凸型块的分布交叠形成负刚度隔振单元，所述调谐惯容隔振单元的中部设有惯性质量块，所述惯性质量块与调谐惯容隔振单元中的正曲弹片叶瓣顶端固定连接。
优选的是，所述非线性减振圈的外侧卡接在减速机本体上，所述非线性减振圈的内侧与输出轴之间转动连接，所述非线性减振圈的中部由负刚度隔振单元支撑。
优选的是，所述减速机本体为横置圆柱状结构，所述减速机本体的一端面设置为通过螺栓安装的输入法兰，所述减速机本体的另一端面设置为通过螺栓连接的输出法兰，所述减速机本体的顶端设有注油槽，所述注油槽的顶面中部通过螺纹连接有注油端盖，所述减速机底座的四周开设有多个安装孔。
优选的是，所述输入轴与减速机本体连接的部分设置有输入油封，所述输出轴与减速机本体连接的部分设置有输出油封。
优选的是，所述行星齿轮设置为3组，所述负刚度隔振单元中的减振瓣设置为6组。
一种用于回转机构的减速装置的工作方法：
驱动机构通过输入轴将动力传输到减速机本体内，太阳齿轮通过啮合带动行星齿轮旋转，行星齿轮与内齿环啮合且沿着内齿环的圆周方向运动，行星齿轮带动行星架旋转，将动力通过输出轴传送到工程机械的回转机构和执行机构的负载，在动力传输过程中，由于工程机械在施工状态下存在变载荷的振动和冲击，而振动和冲击的传导过程往往是通过执行机构及回转机构传播，由输出轴蔓延至减速机本体，造成结构损伤；
在输出轴外缘的非线性减振圈将输出轴传导的振动与减速机本体之间进行隔离，在输出轴内腔的调谐惯容隔振单元起到减振的作用，减小输出轴传导的振动对行星架及行星齿轮啮合精度的不利影响，将调谐惯容隔振单元的振动频率调整至行星架的一阶固有模态附近，改变结构共振特性，以达到减振作用，负刚度隔振单元能够加宽调谐频率范围；
其中负刚度隔振单元的工作原理为：当负刚度隔振单元内存在振动和冲击时，首先激发正曲弹片叶瓣发生偏移，同时由于中心套环起到杠杆作用，反曲弹片叶瓣会向相反的方向发生偏移，此时正曲弹片叶瓣和相邻的反曲弹片叶瓣之间存在挤压，力矩长度发生改变，由于变形程度小正曲弹片叶瓣和反曲弹片叶瓣的狭义刚度保持不变，在受力一定的情况下，广义刚度发生改变，随着力矩长度的增加广义刚度减小，形成负刚度弹性结构，极大的增加了减振隔振效果，正曲弹片叶瓣和反曲弹片叶瓣之间接触的阻尼层由于位置偏移的存在，会消耗振动和冲击的能量，快速减小振幅，达到减振的效果。
本发明至少包括以下有益效果：
1、在输出轴外缘的非线性减振圈将输出轴传导的振动与减速机本体之间进行隔离，在输出轴内腔的调谐惯容隔振单元起到减振的作用，减小输出轴传导的振动对行星架及行星齿轮啮合精度的不利影响；
2、将调谐惯容隔振单元的振动频率调整至行星架的一阶固有模态附近，改变结构共振特性，以达到减振作用，负刚度隔振单元能够加宽调谐频率范围；
3、正曲弹片叶瓣和反曲弹片叶瓣之间接触的阻尼层由于位置偏移的存在，会消耗振动和冲击的能量，快速减小振幅，达到减振的效果；
4、应用力矩偏移的方式改变了负刚度隔振单元的广义刚度，增加了非线性减振圈和调谐惯容隔振单元的隔振、减振能力。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的侧视图；
图2为本发明的横剖面结构示意图；
图3为本发明的纵剖面结构示意图；
图4为调谐惯容隔振单元的侧视图；
图5为负刚度隔振单元的结构示意图。
图中：1、减速机本体；2、减速机底座；3、输入轴承；4、输出轴承；5、输入轴；6、输出轴；7、太阳齿轮；8、行星齿轮；9、行星架；10、滚针轴承；11、内齿环；12、非线性减振圈；13、凹型槽；14、调谐惯容隔振单元；15、负刚度隔振单元；16、减振瓣；17、正曲弹片叶瓣；18、反曲弹片叶瓣；19、阻尼层；20、凸型块；21、惯性质量块；22、输入法兰；23、输出法兰；24、注油槽；25、注油端盖；26、安装孔；27、输入油封；28、输出油封。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
根据图1-5所示，本发明提供了一种用于回转机构的减速装置及其方法，技术方案如下：
一种用于回转机构的减速装置，包括减速机本体1及固定在减速机本体1下的减速机底座2，减速机底座2的四周开设有多个安装孔26，减速机底座2通过安装孔26安装到工程机械上，减速机本体1为横置圆柱状结构，减速机本体1的一端面设置为通过螺栓安装的输入法兰22，减速机本体1的另一端面设置为通过螺栓连接的输出法兰23，输入法兰22和输出法兰23的安装形式方便减速机本体1的拆装和检修，减速机本体1的顶端设有注油槽24，注油槽24的顶面中部通过螺纹连接有注油端盖25，注油槽24和注油端盖25的设计是为了加注润滑油，润滑油在减速机本体1内起到减轻磨损的作用，减速机本体1的一侧安装有输入轴承3，减速机本体1的另一侧安装有输出轴承4，减速机本体1通过输入轴承3转动连接有输入轴5，减速机本体1通过输出轴承4转动连接有输出轴6，输入轴5与减速机本体1连接的部分设置有输入油封27，输出轴6与减速机本体1连接的部分设置有输出油封28，输入油封27和输出油封28能够封堵减速机本体1内的润滑油，避免润滑油通过输入轴5和输出轴6的转动而逸出，输入轴5的顶端设置有太阳齿轮7，太阳齿轮7的四周均匀设置有若干组与太阳齿轮7啮合的行星齿轮8，输出轴6的顶端设置有行星架9，行星架9的四周均匀分布有垂直于行星架9的滚针轴承10，行星齿轮8安装在滚针轴承10上且滚针轴承10的数量和行星齿轮8的数量相等，减速机本体1的内侧固定有内齿环11，行星齿轮8与内齿环11啮合；
输出轴6与减速机本体1之间通过设置非线性减振圈12分隔开，输出轴6的内壁设为空腔结构，输出轴6的内壁开设有若干条均匀分布的凹型槽13，输出轴6通过凹型槽13安装有调谐惯容隔振单元14，非线性减振圈12和调谐惯容隔振单元14的核心设计均为负刚度隔振单元15，负刚度隔振单元15由圆周分布的若干组减振瓣16相互交错叠加组成，减振瓣16包括中心转轴及套接在中心转轴上的中心套环，中心套环的一端连接有正曲弹片叶瓣17，中心套环的另一端连接有反曲弹片叶瓣18，负刚度隔振单元15在交叠过程中，减振瓣16上的正曲弹片叶瓣17和相邻的减振瓣16上的反曲弹片叶瓣18接触，正曲弹片叶瓣17和反曲弹片叶瓣18的外侧设置阻尼层19，调谐惯容隔振单元14的四周设有多个与凹型槽13滑动过盈配合的凸型块20，凸型块20的两端通过转轴座与减振瓣16的中心转轴连接，减振瓣16沿着凸型块20的分布交叠形成负刚度隔振单元15，调谐惯容隔振单元14的中部设有惯性质量块21，惯性质量块21与调谐惯容隔振单元14中的正曲弹片叶瓣17顶端固定连接，非线性减振圈12的外侧卡接在减速机本体1上，非线性减振圈12的内侧与输出轴6之间转动连接，非线性减振圈12的中部由负刚度隔振单元15支撑。
一种用于回转机构的减速装置的工作方法：
驱动机构通过输入轴5将动力传输到减速机本体1内，太阳齿轮7通过啮合带动行星齿轮8旋转，行星齿轮8与内齿环11啮合且沿着内齿环11的圆周方向运动，行星齿轮8带动行星架9旋转，将动力通过输出轴6传送到工程机械的回转机构和执行机构的负载，在动力传输过程中，由于工程机械在施工状态下存在变载荷的振动和冲击，而振动和冲击的传导过程往往是通过执行机构及回转机构传播，由输出轴6蔓延至减速机本体1，造成结构损伤；
在输出轴6外缘的非线性减振圈12将输出轴6传导的振动与减速机本体1之间进行隔离，在输出轴6内腔的调谐惯容隔振单元14起到减振的作用，减小输出轴6传导的振动对行星架9及行星齿轮8啮合精度的不利影响，将调谐惯容隔振单元14的振动频率调整至行星架9的一阶固有模态附近，改变结构共振特性，以达到减振作用，负刚度隔振单元15能够加宽调谐频率范围；
其中负刚度隔振单元15的工作原理为：当负刚度隔振单元15内存在振动和冲击时，首先激发正曲弹片叶瓣17发生偏移，同时由于中心套环起到杠杆作用，反曲弹片叶瓣18会向相反的方向发生偏移，此时正曲弹片叶瓣17和相邻的反曲弹片叶瓣18之间存在挤压，力矩长度发生改变，由于变形程度小正曲弹片叶瓣17和反曲弹片叶瓣18的狭义刚度保持不变，在受力一定的情况下，广义刚度发生改变，随着力矩长度的增加广义刚度减小，形成负刚度弹性结构，极大的增加了减振隔振效果，正曲弹片叶瓣17和反曲弹片叶瓣18之间接触的阻尼层19由于位置偏移的存在，会消耗振动和冲击的能量，快速减小振幅，达到减振的效果。
在上述方案中，应用力矩偏移的方式改变了负刚度隔振单元15的广义刚度，增加了非线性减振圈12和调谐惯容隔振单元14的隔振、减振能力。
一个优选方案中，行星齿轮8设置为3组，负刚度隔振单元15中的减振瓣16设置为6组。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种用于回转机构的减速装置，包括减速机本体（1）及固定在减速机本体（1）下的减速机底座（2），其特征在于：所述减速机本体（1）的一侧安装有输入轴承（3），所述减速机本体（1）的另一侧安装有输出轴承（4），所述减速机本体（1）通过输入轴（5）承（3）转动连接有输入轴（5），所述减速机本体（1）通过输出轴承（4）转动连接有输出轴（6），所述输入轴（5）的顶端设置有太阳齿轮（7），所述太阳齿轮（7）的四周均匀设置有若干组与太阳齿轮（7）啮合的行星齿轮（8），所述输出轴（6）的顶端设置有行星架（9），行星架（9）的四周均匀分布有垂直于行星架（9）的滚针轴承（10），所述行星齿轮（8）安装在滚针轴承（10）上且滚针轴承（10）的数量和行星齿轮（8）的数量相等，所述减速机本体（1）的内侧固定有内齿环（11），所述行星齿轮（8）与内齿环（11）啮合；
所述输出轴（6）与减速机本体（1）之间通过设置非线性减振圈（12）分隔开，所述输出轴（6）的内壁设为空腔结构，所述输出轴（6）的内壁开设有若干条均匀分布的凹型槽（13），所述输出轴（6）通过凹型槽（13）安装有调谐惯容隔振单元（14），所述非线性减振圈（12）和调谐惯容隔振单元（14）的核心设计均为负刚度隔振单元（15），所述负刚度隔振单元（15）由圆周分布的若干组减振瓣（16）相互交错叠加组成，所述减振瓣（16）包括中心转轴及套接在中心转轴上的中心套环，所述中心套环的一端连接有正曲弹片叶瓣（17），所述中心套环的另一端连接有反曲弹片叶瓣（18），所述负刚度隔振单元（15）在交叠过程中，所述减振瓣（16）上的正曲弹片叶瓣（17）和相邻的减振瓣（16）上的反曲弹片叶瓣（18）接触，所述正曲弹片叶瓣（17）和反曲弹片叶瓣（18）的外侧设置阻尼层（19）。
2.根据权利要求1所述的一种用于回转机构的减速装置，其特征在于：所述调谐惯容隔振单元（14）的四周设有多个与凹型槽（13）滑动过盈配合的凸型块（20），所述凸型块（20）的两端通过转轴座与减振瓣（16）的中心转轴连接，所述减振瓣（16）沿着凸型块（20）的分布交叠形成负刚度隔振单元（15），所述调谐惯容隔振单元（14）的中部设有惯性质量块（21），所述惯性质量块（21）与调谐惯容隔振单元（14）中的正曲弹片叶瓣（17）顶端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于回转机构的减速装置，其特征在于：所述非线性减振圈（12）的外侧卡接在减速机本体（1）上，所述非线性减振圈（12）的内侧与输出轴（6）之间转动连接，所述非线性减振圈（12）的中部由负刚度隔振单元（15）支撑。
4.根据权利要求1所述的一种用于回转机构的减速装置，其特征在于：所述减速机本体（1）为横置圆柱状结构，所述减速机本体（1）的一端面设置为通过螺栓安装的输入法兰（22），所述减速机本体（1）的另一端面设置为通过螺栓连接的输出法兰（23），所述减速机本体（1）的顶端设有注油槽（24），所述注油槽（24）的顶面中部通过螺纹连接有注油端盖（25），所述减速机底座（2）的四周开设有多个安装孔（26）。
5.根据权利要求1所述的一种用于回转机构的减速装置，其特征在于：所述输入轴（5）与减速机本体（1）连接的部分设置有输入油封（27），所述输出轴（6）与减速机本体（1）连接的部分设置有输出油封（28）。
6.根据权利要求1所述的一种用于回转机构的减速装置，其特征在于：所述行星齿轮（8）设置为3组，所述负刚度隔振单元（15）中的减振瓣（16）设置为6组。
7.根据权利要求1-6所述的一种用于回转机构的减速装置的工作方法：
驱动机构通过输入轴（5）将动力传输到减速机本体（1）内，太阳齿轮（7）通过啮合带动行星齿轮（8）旋转，行星齿轮（8）与内齿环（11）啮合且沿着内齿环（11）的圆周方向运动，行星齿轮（8）带动行星架（9）旋转，将动力通过输出轴（6）传送到工程机械的回转机构和执行机构的负载，在动力传输过程中，由于工程机械在施工状态下存在变载荷的振动和冲击，而振动和冲击的传导过程往往是通过执行机构及回转机构传播，由输出轴（6）蔓延至减速机本体（1），造成结构损伤；
在输出轴（6）外缘的非线性减振圈（12）将输出轴（6）传导的振动与减速机本体（1）之间进行隔离，在输出轴（6）内腔的调谐惯容隔振单元（14）起到减振的作用，减小输出轴（6）传导的振动对行星架（9）及行星齿轮（8）啮合精度的不利影响，将调谐惯容隔振单元（14）的振动频率调整至行星架（9）的一阶固有模态附近，改变结构共振特性，以达到减振作用，负刚度隔振单元（15）能够加宽调谐频率范围；
其中负刚度隔振单元（15）的工作原理为：当负刚度隔振单元（15）内存在振动和冲击时，首先激发正曲弹片叶瓣（17）发生偏移，同时由于中心套环起到杠杆作用，反曲弹片叶瓣（18）会向相反的方向发生偏移，此时正曲弹片叶瓣（17）和相邻的反曲弹片叶瓣（18）之间存在挤压，力矩长度发生改变，由于变形程度小正曲弹片叶瓣（17）和反曲弹片叶瓣（18）的狭义刚度保持不变，在受力一定的情况下，广义刚度发生改变，随着力矩长度的增加广义刚度减小，形成负刚度弹性结构，极大的增加了减振隔振效果，正曲弹片叶瓣（17）和反曲弹片叶瓣（18）之间接触的阻尼层（19）由于位置偏移的存在，会消耗振动和冲击的能量，快速减小振幅，达到减振的效果。
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