CN115076334A - 挠性啮合齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扰性啮合齿轮，包括：齿轮圈、轮毂、定位圈和定位环；齿轮圈与轮毂之间配合安装有若干个滚动体，即齿轮圈与轮毂相邻位置预设有若干个相互形成用于滚动体嵌入装配的凹槽；定位圈和定位环通过紧固连接件分别同齿轮圈和轮毂固定，且定位圈以及定位环在径向方向上的延伸部分刚好覆盖于滚动体装配位，对滚动体进行轴向方向上的限位；本发明通过使用滚动体的装配实现齿轮圈与轮毂相配合并连接，利用滚动体的外部圆弧面与齿轮圈和轮毂相配合凹槽内壁面接触具有的扰性特征，实现与配对刚性齿轮扰性啮合。

Description

挠性啮合齿轮

技术领域

本发明涉及齿轮技术领域，具体而言，尤其涉及扰性啮合齿轮。

背景技术

现有齿轮主要包括：

1)直齿轮

直齿轮主要用于中、轻载荷和中、低速度的传动中。

2)斜齿轮

斜齿轮主要用于高、中速度的传动中，在传动时产生轴向推力。

3)人字齿轮

人字齿轮主要用于重载荷大的传动中。

4)蜗轮

蜗轮主要用于蜗轮蜗杆的传动中，在传动时产生轴向推力。

5)摆线齿轮

摆线齿轮主要用于摆线减速箱(机)等的传动中。

6)圆弧齿轮

圆弧齿轮主要用于高速重载荷的传动中。

7)锥形齿轮

锥形齿轮主要用于相交轴间的传动中，在传动时产生轴向推力。

上述齿轮在实际应用中因为齿轮的制造误差、安装误差、轴承间隙、支撑变形、齿轮弹性变形和热变形等因素存在，导致齿轮在传动过程中不可避免地产生偏载歪斜而引起啮合冲击等不良现象，致使齿轮传动性能和承载能力下降，缩短了齿轮使用寿命的问题，并伴随噪音以及齿向修形。

现有对部分问题的解决手段：

第一种形式，扰曲啮合式齿轮装置

专利申请公布号：CN112912645A，CN112728013A。

优势：主要是经过起振体(轴承)，通过被起振体挠曲变形来改善一对一刚性齿轮在齿形啮合时在齿宽方向上出现歪斜等不良状况，有减振降噪效果。

劣势：结构复杂，齿轮装置内部存在挠曲变形应力，产生歪斜的原因没有消除，只是因为变形而改变，不宜在重载荷传动中应用，属于弹性变形范畴。

第二种形式，柔性齿轮传动

专利申请公布号：CN111853159A，CN108350990A，CN112555355A。优势：利用材料的弹性特性，优化设计成柔性齿轮，或利用柔性材料做为齿轮本体，通过弹性变形来补偿和消除齿轮在齿形啮合时在齿宽方向上出现歪斜等不良状况，有减振降噪效果。

劣势：柔性材料有老化、热膨胀、强度相对低等缺点，使用寿命短，仅适用于轻载荷的传动系统，应用范围窄，属于弹性变形范畴。

第三种形式，消隙齿轮传动

专利申请公布号：CN103206514A，CN112128347A，CN112032281A。优势：利用分体齿轮相对位置错位，或利用弹性元件、液压调节件等措施达到消除侧隙等不良状况，有减振降噪和消除侧隙产生的微量空行程的效果。

劣势：只是将消隙变成齿形面几点接触而已，结构复杂，弹性元件寿命短。

第四种形式，弹性齿轮传动

专利申请公布号：CN108474463A，CN107542878A，CN102003518A。优势：利用齿轮本体材料的弹性特性或借助弹性元件，实现弹性齿轮啮合传动，消除普通齿轮传动中的传动侧隙等不良状况，有减振降噪效果。

劣势：弹性材料有老化、热膨胀、强度相对低等缺点，使用寿命短，仅适用于轻载荷的传动系统，应用范围窄，属于弹性变形范畴。

第五种形式，自行调节和浮动式齿轮传动

专利申请公布号：CN103362966A，CN107327541A。

优势：可以自行调节齿轮副啮合，因为使用了具有调心功能的关节轴承，可以补偿和消除齿轮副两轴轴线相对360°折角偏差。

劣势：整体结构复杂，组合零件加工工艺性繁琐，仅有调心功能，但不能补偿和消除因歪斜引起的齿轮啮合面在轴线方向上的位移偏差，齿轮副接触面在齿宽方向上还是存在歪斜的不良状况，完全达不到扰性啮合的效果。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种扰性啮合齿轮。

本发明主要解决的技术问题之一是：很好的解决了至今为止因为齿轮的制造误差、安装误差、轴承间隙、支撑变形、齿轮弹性变形和热变形等因素存在，导致齿轮在传动过程中不可避免地产生偏载歪斜而引起啮合冲击等不良现象，致使齿轮传动性能和承载能力下降，缩短了齿轮使用寿命的问题。

解决的技术问题之二是：很好的解决了不需要对其配对啮合齿轮进行齿向修形的问题。

解决的技术问题之三是：扰性啮合齿轮副啮合率大，载荷沿轮齿宽度方向均匀分布，传动系统平稳，降噪减振，结构合理，工艺简单，综合成本低。

本发明采用的技术手段如下：

一种扰性啮合齿轮，包括：齿轮圈、轮毂、定位圈和定位环；

齿轮圈与轮毂之间配合安装有若干个滚动体，即齿轮圈与轮毂相邻位置预设有若干个相互形成用于滚动体嵌入装配的凹槽；

定位圈和定位环通过紧固连接件分别同齿轮圈和轮毂固定，且定位圈以及定位环在径向方向上的延伸部分刚好覆盖于滚动体装配位，对滚动体进行轴向方向上的限位。

进一步的，

滚动体为鼓形圆柱体或球体。

进一步的，

定位圈以及定位环装配后对于滚动体的轴向方向上为完全限位。

进一步的，

齿轮圈的内孔以及轮毂的外圆相互配合的凹槽部分均为弧形槽，且弧形槽均匀分布于齿轮圈的内孔与轮毂的外圆。齿轮圈内孔的弧形槽和轮毂外圆的弧形槽共同构成一个完整的凹槽用于嵌入安装滚动体。

进一步的，

齿轮圈的内孔设计有定位止口，轮毂的外圆设计有定位止口；

定位圈的外圆设计有与齿轮圈相配合的定位止口，内孔和外侧端面设计成导油的异型面；

定位环的内孔设计成与轮毂相配合的定位止口，外圆设计成在径向方向上能够与定位圈的内孔间隙配合，定位环在外侧端面设计成在轴向方向上与轮毂齐平；通过上述的定位圈和定位环的定位止口分别对齿轮圈、轮毂和滚动体进行有序限位，最终通过紧固连接件实现固定连接。

采用上述技术方案的本发明，

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1齿轮圈的外部齿形按齿轮标准设计或按客户要求非标设计，内孔设计成定位止口和N个圆弧槽型。方便普及应用，更方便代替正在使用中的大部分齿轮，实用性强，通用性好。

2轮毂的外圆部分分别设计成定位止口和N个圆弧槽型，内孔按标准孔径、标准键槽、花键等其它安装连接方式设计。方便普及应用，更方便代替正在使用中的大部分齿轮，实用性强，通用性好。

3滚动体，其中鼓形圆柱按复合曲面优化设计，目的是在扰性工作时的阻力最小，适宜在重载荷传动中应用；其中球选用标准型，适宜在中轻载荷传动中应用。经过如此的分类设计，节省成本，降噪减振，齿轮啮合平稳，效率高，有利于减缓正反转时存在的微量空行程造成的冲击。

4定位圈的外圆设计成与齿轮圈相配合的定位止口，内孔和外侧端面设计成导油的异型面与排油孔，适宜润滑，确保挠性啮合齿轮时刻都处于合理的工作姿态中。

5定位环的内孔设计成与轮毂相配合的定位止口，外圆设计成与定位圈内孔间隙配合，外侧端面设计成与轮毂齐平，适宜润滑，确保挠性啮合齿轮时刻都处于合理的工作姿态中。

6将滚动体置于齿轮圈和轮毂之间，分别同齿轮圈和轮毂相配合并连接；通过定位圈和定位环分别对齿轮圈、轮毂、滚动体进行有序限位，经过紧固连接件实现连接和固定，由此构成了挠性啮合齿轮。因为滚动体的外部圆弧面与其相配合圆弧槽面接触时具有的扰性特征，从根本上解决了补偿和消除在工作载荷作用下产生的不良问题。例如：其一，很好的解决了至今为止因为齿轮的制造误差、安装误差、轴承间隙、支撑变形、齿轮弹性变形和热变形等因素存在，导致齿轮在传动过程中不可避免地产生偏载歪斜而引起啮合冲击等不良现象，致使齿轮传动性能和承载能力下降，缩短了齿轮使用寿命的问题；其二，很好的解决了不需要对其配对啮合齿轮进行齿向修形的问题；其三，扰性啮合齿轮副啮合率大，载荷沿轮齿宽度方向均匀分布，传动系统平稳，降噪减振，结构合理，工艺简单，综合成本低。

7对于减速箱、减速机(器)、变速箱、变速机(器)、机械式动力传动链中大量使用的齿轮构成的一组齿轮运动副，均适宜扰性啮合齿轮与刚性齿轮配对应用，可以补偿和消除以往在齿宽方向上齿轮啮合歪斜等不良现象，降噪减振，减缓因侧隙在正反转时存在的微量空行程造成的冲击，齿轮啮合平稳，效率高，寿命长。

8对于减速箱、减速机(器)，优选在主动轴上使用刚性齿轮，在从动轴上应用扰性啮合齿轮，可以补偿和消除以往在齿宽方向上齿轮啮合歪斜等不良现象，降噪减振，减缓因侧隙在正反转时存在的微量空行程造成的冲击，齿轮啮合平稳，效率高，寿命长。

9对于变速箱、变速机(器)、机械式动力传动链中大量使用的一组齿轮运动副，优选在偏大型齿轮上应用扰性啮合齿轮，在小型齿轮上使用刚性齿轮，可以补偿和消除以往在齿宽方向上齿轮啮合歪斜等不良现象，降噪减振，减缓因侧隙在正反转时存在的微量空行程造成的冲击，齿轮啮合平稳，效率高，寿命长。

10对于传动比i＝1的一组齿轮运动副，优选在主动齿轮上应用扰性啮合齿轮；次选在从动齿轮上应用扰性啮合齿轮，可以补偿和消除以往在齿宽方向上齿轮啮合歪斜等不良现象，降噪减振，减缓因侧隙在正反转时存在的微量空行程造成的冲击等，齿轮啮合平稳，效率高，寿命长。

11应用扰性啮合齿轮构成的机械式动力传动系统，在大多数情况下，不需要通过大幅度提高制造成本方式，即提高齿轮的加工精度等级的办法来满足使用要求，而是考虑结合各个企业实际生产中的加工能力和现有工作条件，运用扰性啮合齿轮在一对一齿形面啮合运动中的扰性啮合优势，很好的解决了在工作载荷作用下的弹性变形、制造加工误差、安装误差、轴承间隙、支撑变形、工作环境温度的热变形不均匀等不良因素引起的齿轮在齿宽方向上啮合歪斜现状。扰性啮合齿轮的实际工作位置与其配对刚性齿轮在载荷下传动中的实际工作位置在齿宽方向上达到扰性啮合，消除歪斜的不良现象，在齿宽方向齿面啮合的接触率最大，齿轮啮合传动平稳，降噪减振，减缓因侧隙在正反转时存在的微量空行程造成的冲击等，效率高，寿命长，可以替代大部分现有的齿轮传动，也可以替代现正在使用中的大部分齿轮传动。扰性啮合齿轮整体加工工艺性简易，适合大多数普通企业制造、生产、应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视图；

图2为本发明滚动体采用球结构时A-A剖视图；

图3为本发明滚动体采用鼓形圆柱结构时A-A剖视图。

图中：101、齿轮圈，102、定位圈，103、滚动体，104、定位

环，105、轮毂，106、紧固连接件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，本发明提供了一种扰性啮合齿轮，包括：齿轮圈101、轮毂105定位圈102和定位环104；

齿轮圈101与轮毂105之间配合安装有若干个滚动体103，即齿轮圈101与轮毂105相邻位置预设有若干个相互形成用于滚动体103嵌入装配的凹槽；

定位圈102和定位环104通过紧固连接件106分别同齿轮圈101和轮毂105固定，且定位圈102以及定位环104在径向方向上的延伸部分刚好覆盖于滚动体103装配位，对滚动体103进行轴向方向上的限位。

滚动体103为鼓形圆柱体或球体。

定位圈102以及定位环104装配后对于滚动体103的轴向方向上为完全限位。

齿轮圈101的内孔以及轮毂105的外圆相互配合的凹槽部分均为弧形槽，且弧形槽均匀分布于齿轮圈101的内孔与轮毂105的外圆。齿轮圈101内孔的弧形槽和轮毂105外圆的弧形槽共同构成一个完整的凹槽用于嵌入安装滚动体。

齿轮圈101的内孔设计有定位止口，轮毂105的外圆设计有定位止口；

定位圈102的外圆设计有与齿轮圈101相配合的定位止口，内孔和外侧端面设计成导油的异型面；

定位环104的内孔设计成与轮毂105相配合的定位止口，外圆设计成在径向方向上能够与定位圈102的内孔间隙配合，定位环104在外侧端面设计成在轴向方向上与轮毂105齐平；通过上述的定位圈102和定位环104的定位止口分别对齿轮圈101、轮毂105和滚动体103进行有序限位，最终通过紧固连接件106实现固定连接。

齿轮圈101的齿形选用标准；轮毂105内孔与键(花键等)连接方式选用标准。

在应用本发明时，通过齿轮圈101标准的外部齿形和轮毂105标准孔径、标准键槽、花键等其它方式与配对的刚性齿轮进行组装、连接、传动，形成齿轮运动副，工作原理为齿轮圈101和轮毂105之间直接通过使用滚动体(鼓形圆柱或球)103相配合并连接，利用滚动体(鼓形圆柱或球)103外部圆弧面与齿轮圈101和轮毂105相配合圆弧槽面接触时具有的扰性特征，实现与配对刚性齿轮扰性啮合，化解了刚性齿轮在齿宽方向上的歪斜而产生轴线方向的位移偏差和360°折角偏差，补偿和消除一组齿轮在机械式动力传动的一对一齿形面啮合过程中，很好的解决了至今为止因为齿轮的制造误差、安装误差、轴承间隙、支撑变形、齿轮弹性变形和热变形等因素存在，导致齿轮在传动过程中不可避免地产生偏载歪斜而引起啮合冲击等不良现象，致使齿轮传动性能和承载能力下降，缩短了齿轮使用寿命的问题；很好的解决了不需要对其配对啮合齿轮进行齿向修形的问题；扰性啮合齿轮副啮合率大，载荷沿轮齿宽度方向均匀分布，传动系统平稳，降噪减振，结构合理，工艺简单，综合成本低等等诸多方面的优势。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种扰性啮合齿轮，其特征在于，包括：齿轮圈(101)、轮毂(105)、定位圈(102)和定位环(104)；

上述齿轮圈(101)与轮毂(105)之间配合安装有若干个滚动体(103)，即齿轮圈(101)与轮毂(105)相邻位置预设有若干个相互形成用于滚动体(103)嵌入装配的凹槽；

上述定位圈(102)和定位环(104)通过紧固连接件(106)分别同齿轮圈(101)和轮毂(105)固定，且定位圈(102)以及定位环(104)在径向方向上的延伸部分刚好覆盖于滚动体(103)装配位，对滚动体(103)进行轴向方向上的限位。

2.根据权利要求1所述的一种扰性啮合齿轮，其特征在于，

上述滚动体(103)为鼓形圆柱体或球体。

3.根据权利要求1或2所述的一种扰性啮合齿轮，其特征在于，

上述定位圈(102)以及定位环(104)装配后对于滚动体(103)的轴向方向上为完全限位。

4.根据权利要求3所述的一种扰性啮合齿轮，其特征在于，

齿轮圈(101)的内孔以及轮毂(105)的外圆相互配合的凹槽部分均为弧形槽，且上述弧形槽均匀分布于齿轮圈(101)的内孔与轮毂(105)的外圆。

5.根据权利要求4所述的一种扰性啮合齿轮，其特征在于，

上述齿轮圈(101)的内孔设计有定位止口，上述轮毂(105)的外圆设计有定位止口；

上述定位圈(102)的外圆设计有与齿轮圈(101)相配合的定位止口，内孔和外侧端面设计成导油的异型面；

所述定位环(104)的内孔设计成与轮毂(105)相配合的定位止口，外圆设计成在径向方向上能够与定位圈(102)的内孔间隙配合，定位环(104)在外侧端面设计成在轴向方向上与轮毂(105)齐平；通过上述的定位圈(102)和定位环(104)的定位止口分别对齿轮圈(101)、轮毂(105)和滚动体(103)进行有序限位，最终通过紧固连接件(106)实现固定连接。

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