CN202746437U - 一种摩擦传动结构及过载可空转的齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摩擦传动结构及过载可空转的齿轮传动装置，其齿轮传动机构的转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。依据本实用新型结构紧凑，使用寿命长。

Description

一种摩擦传动结构及过载可空转的齿轮传动装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械传动装置，具体是摩擦传动结构，同时还涉及基于该摩擦传动机构的一种过载可空转的齿轮传动机构。

背景技术

公知的，齿轮传动机构是实际应用最为广泛的一种机械传动机构。它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有结构紧凑、功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长等特点。然而，这种应用最为广泛的机械传动机构主要是以高副为主的刚性传动，当产生过载时，容易使齿轮齿形产生塑性变形、冷焊磨损，甚至断齿等后果。

同时，在使用齿轮传动的现有的机构中普遍通过如微动开关、光电开关或者程序等控制电机的转动，继而带动齿轮传动装置实现机器或某个功能模块的运行。其中，微动开关和光电开关为主的元器件不可避免的会受到周围电磁环境的影响，而产生误动作或者不动作；而以软件为主的控制方式则取决于控制系统的运行环境和当前状态，也不稳定，容易发生故障或者存在一定的故障率，这是这类控制方式所固有的特点，难以避免。

因此，在如使用程序控制的含有齿轮传动机构的应用中，通常也会设置如机械限位装置，一旦程序运行不稳定导致软件限位失效，可以通过硬件限位来保护设备的其他部分。但当齿轮传动机构控制的部件通过失效的软件限位后到达机械限位后，会受到刚性的冲击，而使负载突然加大，致使整个传动机构或者电机受到严重损坏。

再进一步的实现中，会在机械传动部分设置如带传动机构的挠性传动件，当负载突然增大时，基于摩擦进行动力传动的带传动机构会产生打滑，而不会对传动机构的其他部分产生破坏。然而，如前所述，采用齿轮传动机构的场合选择齿轮传动的目的之一为传动比精确，带传动机构具有传动比不确定的固有属性，显然含有带传动机构的传动机构不适合应用于精密传动中。当然，带传动机构中的同步带传动除外，但同步带的原理类似于齿轮传动，也不具有缓冲冲击的能力。并且带传动机构，如平带传动机构的传动效率最高只有85%，并且随着磨损加剧，传动效率下降的非常厉害，显然这与齿轮传动机构对高效率的传动相抵触。

在一些实现中，盘式摩擦联轴器得以应用，依靠摩擦力来传递电动机与齿轮传动机构之间的动力。当所传递的扭矩超过其摩擦盘的最大静摩擦力许用扭矩时，其摩擦盘会产生滑动摩擦，或者说打滑，使得齿轮传动机构的负载在许可的范围之内，也不会对电动机产生过大的冲击。然而，盘式摩擦联轴器尺寸相对比较复杂，且尺寸偏大，应用受到很大的限制。另外，盘式摩擦联轴器缺少磨损补偿机构，当摩擦盘磨损到一定程度后，传动效率会严重下降。

在另一些实现中，一种同样基于摩擦传动的结构在齿轮传动中应用，表现形式是盘式摩擦联轴器的变换，相接合的一对摩擦盘为具有一定锥度的锥盘结构，其中一个摩擦盘在摩擦盘轴向位置固定，而另一个摩擦盘在摩擦盘轴向位置浮动，并通过该轴向的压紧装置压紧，提供摩擦力产生所需要的正压力，同时，可用于摩擦盘磨损的补偿。然而，这种变换只能在很小的程度上降低摩擦传动装置的复杂程度。经过长期的研究，发明人认为，如果想进一步的降低基于摩擦传动的装置的复杂程度，需要另辟新的技术路线。

发明内容

因此，基于摩擦传动的进一步考量，本实用新型提供了一种新的可应用于齿轮传动机构的摩擦传动结构，并据此提供一种过载可空转的齿轮传动装置。

为实现本实用新型的发明目的，所采用的技术方案为：

一种摩擦传动结构，齿轮传动机构的转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；

一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。

那么上述摩擦传动结构在齿轮传动机构中的应用表现为：

一种过载可空转的齿轮传动装置，所述齿轮传动装置的转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；

一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。

在众多的基于摩擦传动的结构中，普遍结构比较复杂，为此，本实用新型开辟一个新的技术路线，使用弹簧作为摩擦传动的中间件，且该弹簧为正多边形结构，当正多边形弹簧被压入外圆环槽与内孔环槽后，会发生变形，而弹簧恢复变形所产生的回弹力即为成产生摩擦里的正压力。由于所传递的额定转矩已经确定，那么所说的额定正压力也已经确定，据此设计齿轮传动机构的安全裕度内的最大正压力，设计相对比较容易。

另外，利用环槽可以实现相应齿轮的轴向定位，在一定程度上可以不再需要额外的轴向定位部件或者结构，结构比较紧凑。重要的是，相比于既有的基于摩擦传动的结构，其仅仅需要对一个齿轮及其轴做出改动，其结构紧凑性远非既有的基于摩擦传动的结构相比。

再进一步的应用中，所述齿轮为齿轮传动机构/装置的输入齿轮，并设置在相应输入轴的轴端部，降低基于此类结构的齿轮的装配难度。

而关于所述正多边形摩擦弹簧的边数，最好选择为具有中心对称结构的6边或8边。

为了降低齿轮的安装难度，所述正多边形摩擦弹簧在其一顶点处断开。

一种提高摩擦系数的方法，所述内孔环槽以及所述外圆环槽均为V型槽；而所述摩擦弹簧的钢丝为圆钢丝。

下面结合说明书附图详述本实用新型的技术方案，使本领域的技术人员更好的理解并实现本实用新型所限定的技术方案。

附图说明

图1为依据本实用新型的一种过载可空转的齿轮传动装置的结构原理图（爆炸图）。

图2为本实用新型中安装摩擦弹簧所需的专用工装简图。

图中：1、负载齿轮，2、摩擦弹簧，3、负载传动轴，4、主动齿轮，5、电机；6、圆锥部，7、圆柱部。

具体实施方式

应当了解，本实用新型的第一目的在于提供一种新型的基于摩擦传动的摩擦传动结构，以及应用该摩擦传动结构的过载可空转的齿轮传动装置，那么关于所需摩擦力的大小，依据既有的基于摩擦传动的摩擦结构在本领域应被广泛认知，摩擦力的大小选择以及所需要的安全系数应当被认知。

关于相应齿轮的轴向定位，关在前述的内容中提到，可以舍去轴向定位部件或者结构，但这里只是说明在一定程度上可以这样去做，本文并不排除使用轴向定位部件或者结构。

应当了解，本文中所出现的如内孔环槽，应指轴线与齿轮同轴线的环槽。

一种摩擦传动结构，应用于齿轮传动机构中，更容易理解的是，所应用的是精确传动的机构中，而齿轮传动机构可以构成该精确传动的机构中的一部分。在这样的传动机构中，转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；

一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。

公知的，直轴又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。在本文中，摩擦传动结构用于传递扭矩，因此，可以预见的是，该摩擦传动结构可以在转轴和传动轴上使用。

另外，由于外圆环槽的存在，会产生应力集中，在设计计算中，需要对轴在此处进行应力校核，必要时，增加轴径。

一定程度上，由于所传递的扭矩比较大，所述齿轮在轴向上有足够被可靠定位，尤其是在设置内孔环槽和外圆环槽的情况下。但为了可靠定位，可以在设置专门的定位结构或者定位部件。

之所以在配合的两个部件上，也就是齿轮和轴上都设置环槽，不仅仅是用于定位，在这样的结构中，据此可以产生弹簧形变的空间，方便安装。

应知，在上述结构中所使用的摩擦弹簧的回弹力可以保证在产生一些磨损的情况下，可以自动补偿，当然，这种补偿并非是全部补偿，但在设定的安全裕度内可以保证可靠传动。

应知，摩擦弹簧中的“摩擦”并非限定性术语，不构成对弹簧结构的具体限定。在这里，可以认为是在具体应用场合下的一种简单区分。

关于摩擦，在选择劲度系数比较大的材料制作所述摩擦弹簧，这种材料与所应用于的轴和齿轮的材料间具有较好的摩擦系数，经过验证，目前应用较好的材质是65Mn，当然，本领域的技术人员可以在钢号为65Mn的相近或者性质相近的材料中进行选择。

应指，齿轮的轮毂一般比较长，所说的摩擦弹簧可以采用圆截面钢丝制作的弹簧，也可以是板型弹簧制作的摩擦弹簧，前者更容易制作，而后者现在稳定性更好。而显而易见的是，形成所说的如内孔环槽不会在轴向占据整个轮毂，那么关于轮毂其他部分与轴的配合形式，发明人认为在此应当采用常规的配合方式，可以保证摩擦弹簧在换槽内的稳定性，并且保证齿轮的中心距比较可靠。三种配合方式均可采用，如对于经常拆装的应用中，可以采用间隙配合，而对于拆装频率较低的应用中采用过渡配合，而对于基本不拆装的应用中，可以采用过盈配合。在本方案中，最好采用过盈配合，保证齿轮的与轴的同轴度。

关于摩擦弹簧的安装，先将图2所示的专用工装用公知的方式与轴端面连接，工装的圆柱部分直径大小与轴的端面部分直径大小完全相同，将摩擦弹簧放在齿轮的内孔环槽内，然后直接将套好摩擦弹簧的齿轮通过工装的圆锥部分往轴的方向移动，随着圆锥部分直径的逐渐加大，摩擦弹簧慢慢的被挤压的越来越圆，当齿轮到达工装的圆柱部分后，由于两部分直径相同，此时可一直往轴端方向推进，直至到达轴上的外圆环槽为止，此时摩擦弹簧完全被卡在两个环槽之间，至此装配完毕，拆下工装即可。

内圆环槽开在齿轮齿宽的中部。

在图1所示的结构中，所述齿轮，也就是图中所示的负载齿轮1为齿轮传动机构的输入齿轮，与电机5上的主动齿轮4相啮合，这种结构可以减少齿轮传动机构维护时对选定的齿轮的拆装，而把所述齿轮设置在相应输入轴的轴端部，可以进一步的降低拆装难度。

优选地，所述正多边形摩擦弹簧的边数为6边或8边，这种结构为轴对称结构，在安装时，方便施力。显然，边数越多，越接近于圆形，但太接近于圆形也就失去了利用弹簧回弹力的基础。因此，经过验证，最大不能超过10边，并且边数越多，制作难度也越大。边数也不能太少，太少容易使摩擦弹簧产生剧烈的变形，产生加工硬化，摩擦弹簧容易失效，因此，边数不能少于5边，使顶角大于90度。

进一步地，为了方便安装，所述正多边形摩擦弹簧在其一顶点处断开，这样，在安装时，就可以一断点为参考点进行安装，把个边逐一压入。在没有断点时，可以借助于预撑的圆锥形件的工装，先把摩擦弹簧预撑到接近安装的形状，然后再套入内孔环槽。

较佳地，所述内孔环槽以及所述外圆环槽均为V型槽，可以自动定位，同时，V型槽的摩擦系数相对比较大；那么相对应的，所述摩擦弹簧的钢丝为圆钢丝。关于V型槽的V型角的大小，理论上60度时可以获得比较大的摩擦系数，然而这势必造成槽深相对较大，摩擦弹簧理论上的回弹量会更大，不利于安装，且对轴的抗扭截面系数影响比较大。为此，经过选择，采用120度的V型角，使轴径变换相对平缓，方便安装，且对轴的消弱比较小。

图1为一种过载可空转的齿轮传动装置的结构原理，是上述的摩擦传动结构的具体应用，依据本文的其他部分对此能够有清楚的理解，在此不再赘述。

在图1所示的结构中，负载齿轮1上面有个凹槽，可将摩擦弹簧2扣入负载齿轮1的凹槽内，负载齿轮1可通过专用的工装装在负载传动轴3上，负载传动轴3上也有一个类似的凹槽，可防止负载齿轮1发生前后移动，摩擦弹簧2为正六边形弹簧，装入负载齿轮1后会被硬性挤压为圆形，从而产生一个相对恒定的摩擦力，电机5通过主动齿轮4将扭力施加于负载齿轮1上，负载齿轮1再通过这个恒定的摩擦力带动负载传动轴3旋转，继而带动整个机器的平稳运行，当负载突然增大并超过设定的恒定负载值时，负载齿轮1与负载传动轴3之间就会发生相对位移滑动，这时负载齿轮1就开始空转，无法再带动负载传动轴3继续转动，超出的负载力就被卸于摩擦弹簧处，有效地保护了设备及电机的安全。

Claims (10)

1.一种摩擦传动结构，其特征在于，齿轮传动机构的转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；

一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。

2.根据权利要求1所述的摩擦传动结构，其特征在于，所述齿轮为齿轮传动机构的输入齿轮，并设置在相应输入轴的轴端部。

3.根据权利要求1所述的摩擦传动结构，其特征在于，所述正多边形摩擦弹簧的边数为6边或8边。

4.根据权利要求1或3所述的摩擦传动结构，其特征在于，所述正多边形摩擦弹簧在其一顶点处断开。

5.根据权利要求1所述的摩擦传动结构，其特征在于，所述内孔环槽以及所述外圆环槽均为V型槽；而所述摩擦弹簧的钢丝为圆钢丝。

6.一种过载可空转的齿轮传动装置，其特征在于，所述齿轮传动装置的转轴或者传动轴之一安装有一特定结构的齿轮，该齿轮的特定之处在于其内孔开有内孔环槽，相应地，用于安装所述齿轮的轴段在相应装配位置开有外圆环槽；

一大于等于5边而小于等于10边的正多边形摩擦弹簧卡入由所述内孔环槽与所述外圆环槽配合而形成的环腔内并与内环环槽及外圆环槽静摩擦配合。

7.根据权利要求6所述的过载可空转的齿轮传动装置，其特征在于，所述齿轮为齿轮传动装置的输入齿轮，并设置在相应输入轴的轴端部。

8.根据权利要求6所述的过载可空转的齿轮传动装置，其特征在于，所述正多边形摩擦弹簧的边数为6边或8边。

9.根据权利要求6或8所述的过载可空转的齿轮传动装置，其特征在于，所述正多边形摩擦弹簧在其一顶点处断开。

10.根据权利要求6所述的过载可空转的齿轮传动装置，其特征在于，所述内孔环槽以及所述外圆环槽均为V型槽；而所述摩擦弹簧的钢丝为圆钢丝。