CN220505762U - 用于齿轮箱的油位调节系统以及齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于齿轮箱的油位调节系统。该油位调节系统包括：包括第一圆锥滚子轴承和进油管路的圆锥滚子轴承单元，进油管路连接在油池和第一圆锥滚子轴承的小端侧之间，并且被配置为允许油池内的油流向第一圆锥滚子轴承的小端侧；油压保压单元，油压保压单元包括设置在第一圆锥滚子轴承的大端侧的结构，并且该结构被配置为与第一圆锥滚子轴承一起形成第一保压腔；以及回油单元，回油单元包括出油管路和补油箱，出油管路连接在第一保压腔和补油箱之间，并且被配置为允许第一保压腔内的油流向补油箱。根据本实用新型的油位调节系统实现了可控的动态油位调节，改善了齿轮箱的热负荷能力。

Description

用于齿轮箱的油位调节系统以及齿轮箱

技术领域

本实用新型涉及齿轮箱，更具体地涉及用于齿轮箱的油位调节系统。

背景技术

齿轮箱是一种常见的机械装置。在使用过程中，良好的润滑和冷却对保证齿轮箱的性能十分重要。现有技术的齿轮箱通常通过在齿轮箱上外置或内置法兰泵及其管路系统，将齿轮箱内部油池中的润滑油泵送到需要被润滑和冷却的部位，来实现润滑和冷却目的。然而，上述解决方案导致系统整体结构复杂，成本高，且法兰泵的泵送功能受到装配轴转速的限制，因此适用范围相对较小。

正是基于上述背景而设计了本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于齿轮箱的油位调节系统，该油位调节系统利用圆锥滚子轴承的泵送效应来实现泵油功能，对圆锥滚子轴承的泵送效应生成的油压进行保压，并将泵送的油暂存在补油箱内且将其引导到需要冷却/润滑的部位，从而实现了可控的动态油位调节，改善了齿轮箱的热负荷能力。

本实用新型提出了一种用于齿轮箱的油位调节系统，所述齿轮箱包括壳体和旋转轴，所述旋转轴经由第一圆锥滚子轴承和第二圆锥滚子轴承安装在所述壳体上，所述壳体的底部区域形成油池，其中，所述油位调节系统包括：圆锥滚子轴承单元，所述圆锥滚子轴承单元包括所述第一圆锥滚子轴承和进油管路，所述第一圆锥滚子轴承包括与圆锥滚子的大端相对应的大端侧和与圆锥滚子的小端相对应的小端侧，所述进油管路连接在所述油池和所述第一圆锥滚子轴承的小端侧之间，并且被配置为允许所述油池内的油流向所述第一圆锥滚子轴承的小端侧；油压保压单元，所述油压保压单元包括设置在所述第一圆锥滚子轴承的大端侧的结构，并且所述结构被配置为与所述第一圆锥滚子轴承一起形成第一保压腔；以及回油单元，所述回油单元包括出油管路和补油箱，所述出油管路连接在所述第一保压腔和所述补油箱之间，并且被配置为允许所述第一保压腔内的油流向所述补油箱。

在一个实施例中，所述油压保压单元的所述结构包括：动环，所述动环固定安装在所述旋转轴上，并且在外圆上设置有沟槽；以及弹性叠环组件，所述弹性叠环组件安装在所述沟槽中，并且被配置为在所述动环和所述齿轮箱的壳体之间形成动密封，其中，所述第一保压腔形成在所述第一圆锥滚子轴承的大端侧、所述壳体和所述动环之间。

在一个实施例中，所述第一圆锥滚子轴承为后置代号加B的圆锥滚子轴承。

在一个实施例中，所述旋转轴为所述齿轮箱的输入轴。

在一个实施例中，所述补油箱位于所述齿轮箱的顶部，并且所述出油管路连接到所述补油箱的顶部。

在一个实施例中，所述补油箱的底部设置有回油孔，所述回油孔的位置与所述齿轮箱内有相对运动的摩擦接触副相对应。

在一个实施例中，所述回油单元还包括溢流管路，所述补油箱的侧面设置有溢流孔，所述溢流管路的一端连接到所述溢流孔，另一端与所述油池联通，以允许所述补油箱内的油溢流到所述油池中。

在一个实施例中，所述圆锥滚子轴承单元还包括所述第二圆锥滚子轴承和另一进油管路，所述第二圆锥滚子轴承包括与圆锥滚子的大端相对应的大端侧，和与圆锥滚子的小端相对应的小端侧，所述另一进油管路连接在所述油池和所述第二圆锥滚子轴承的小端侧之间，并且被配置为允许所述油池内的油流向所述第二圆锥滚子轴承的小端侧；所述油压保压单元还包括设置在所述第二圆锥滚子轴承的大端侧的另一结构，并且所述另一结构被配置为与所述第二圆锥滚子轴承一起形成第二保压腔；并且所述回油单元还包括另一出油管路，所述另一出油管路连接在所述第二保压腔和所述补油箱之间，并且被配置为允许所述第二保压腔内的油流向所述补油箱。

在一个实施例中，所述油压保压单元的所述另一结构包括：另一动环，所述另一动环固定安装在所述旋转轴上，并且在外圆上设置有沟槽；以及另一弹性叠环组件，所述另一弹性叠环组件安装在所述沟槽中，并且被配置为在所述另一动环和所述齿轮箱的壳体之间形成动密封，其中，所述第二保压腔形成在所述第二圆锥滚子轴承的大端侧、所述壳体和所述另一动环之间。

本实用新型还提出了一种齿轮箱，所述齿轮箱包括壳体和旋转轴，所述旋转轴经由第一圆锥滚子轴承和第二圆锥滚子轴承安装在所述壳体上，所述壳体的底部区域形成油池，其特征在于，所述齿轮箱包括根据上述任一项所述的油位调节系统。

上述实用新型内容对本实用新型的一些实施例进行了简要的概述，以提供对本文讨论的某些方面的基本理解。该实用新型内容并不旨在提供对本实用新型的广泛概述，也不旨在划定本实用新型的范围。该实用新型内容的唯一目的仅是以简化的形式提出一些概念，作为下面提出的详细描述的介绍。

附图说明

被并入本说明书中并构成其一部分的附图图示了本实用新型的具体实施例，并与上面给出的本实用新型的一般描述和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本实用新型。

图1是齿轮箱的侧面剖视图，该齿轮箱中安装有根据本公开的一个实施例的油位调节系统；

图2是图1所示的齿轮箱的正视图；

图3是图1所示的齿轮箱的俯视剖视图；

图4是根据本公开的一个实施例的油位调节系统的圆锥滚子轴承的剖视图，其中用箭头示意性地示出了油的流动路径；

图5是图1中区域A的放大视图；

图6示意性地示出了根据本公开的一个实施例的油位调节系统内的油路；

图7示意性地示出了齿轮箱开始启动时的油位状态；以及

图8示意性地示出了齿轮箱在工作状态下的油位状态。

应该理解的是，所附附图不一定是按比例绘制的，可能是给出了图示本实用新型的基本原理的各种特征的某种程度上的简化表示。本文公开的具体设计特征(包括例如各种图示部件的具体尺寸、定向、位置和形状)可以部分地由特定的预期应用和使用环境确定。图示实施例的某些特征可能已经相对于其他特征被放大或扭曲，以便于可视化和清晰的理解。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型进行描述。应当理解，提供具体实施例仅是出于便于透彻理解本实用新型的目的，而不旨在限制本实用新型。因此，以下实施例只是示例性的，并且本实用新型的保护范围仅由所附权利要求限定。

图1是齿轮箱10的侧面剖视图，该齿轮箱10中安装有根据本公开的一个实施例的油位调节系统。图2是图1所示的齿轮箱10的正视图，以及图3是图1所示的齿轮箱10的俯视剖视图。

如图1所示，齿轮箱10包括壳体11和经由一对圆锥滚子轴承(Taper rollerbearing，以下简称TRB)12a和12b安装在壳体11上的旋转轴13。该旋转轴13例如是通过电机(图中未示出)驱动的高速输入轴，也可以是中间传动轴或输出轴。也就是说，本公开并不对旋转轴13的类型加以限制。旋转轴13的左端由第一TRB 12a支承在壳体11上，具体地支承在固定到壳体11的左轴承座14a上，并且由左端盖15a封闭。旋转轴13的右端由第二TRB 12b支承在壳体11上，具体地支承在固定到壳体11的右轴承座14b上，并且该右端穿过右端盖15b从壳体11内伸出，以例如用于与电机相连。壳体11的底部区域形成油池，用于容纳对壳体内各个部件进行润滑和冷却的油。

参考图3，齿轮箱10包括安装在旋转轴13上的第一齿轮16，该第一齿轮16优选地能够与旋转轴13一体成形。齿轮箱10还包括安装在中间传动轴上的第二齿轮17和第三齿轮18。该第二齿轮17优选地通过键安装在中间传动轴上，并且该第三齿轮18优选地与中间传动轴一体成形。进一步地，齿轮箱10还包括安装在输出轴上的第四齿轮19，该第四齿轮19优选地通过键安装在输出轴上。当电机驱动旋转轴13进行旋转时，旋转运动经由旋转轴13——第一齿轮16——第二齿轮17——第三齿轮18——第四齿轮19传递给输出轴。通过适当地配置各个齿轮的半径等，可以将旋转轴13的高速旋转运动转换为输出轴的低速旋转运动，以实现减速目的。

返回参考图1，为了动态地调节油池内的油位，上述齿轮箱10包括油位调节系统。该油位调节系统包括圆锥滚子轴承单元(以下简称TRB单元)20、油压保压单元30和回油单元40。

该TRB单元20包括上述第一TRB 12a和进油管路21。本领域技术人员将理解，TRB包括内圈、外圈、位于内圈和外圈之间的保持架以及安装在保持架内的圆锥滚子。其中，圆锥滚子具有大端和小端。第一TRB 12a包括与圆锥滚子的小端相对应的小端侧，以及与圆锥滚子的大端相对应的大端侧。该进油管路21连接在油池和第一TRB 12a的小端侧之间，即其一端与壳体11内的油池联通，另一端与左端盖15a和第一TRB 12a之间形成的空间联通，以允许油池内的油流向第一TRB 12a的小端侧。在图1所示的具体实施例中，该第一TRB 12a是单列圆锥滚子轴承，并且优选地为TRB 32317B。当浸入油中的第一TRB 12a转动时，其中的圆锥滚子进行自转和周转的复合运动。由于圆锥滚子的大端和小端的角速度相同，而大端的半径大于小端的半径，因此圆锥滚子的大端平均线速度大于小端的平均线速度。由此，根据第一TRB 12a产生的泵送效应，第一TRB 12a将会不断地将油从小端泵送到大端，从而在其两端形成油压差。

值得注意的是，第一TRB 12a的圆锥角越大，泵送效应越强。因此，为了保证泵送效应，可以挑选圆锥角较大的TRB，诸如后置代号加B的TRB。图4是根据本公开的一个实施例的油位调节系统的圆锥滚子轴承的剖视图，其中用箭头示意性地示出了油的流动路径。如图4所示，第一TRB 12a的左侧为小端侧，右侧为大端侧，在圆锥滚子泵送效应的作用下，油将不断地从小端侧流向大端侧。

油压保压单元30包括设置在第一TRB 12a大端侧的密封结构，其作用在于与第一TRB 12a形成保压腔C，从而保持TRB单元20所生成的油压，以促使油流向回油单元40。图5是图1中区域A的放大视图，其示出了油压保压单元30的细节。如图5所示，油压保压单元30包括动环31和弹性叠环组件32。该动环31固定安装在旋转轴13上，并且在外圆上设置有沟槽，弹性叠环组件32就安装在该沟槽内。弹性叠环组件32在被安装到沟槽后，将紧紧贴合在齿轮箱10的壳体11内壁上，具体地贴合在固定到壳体11的左轴承座14a上，从而形成动密封以进行保压。值得注意的是，上述弹性叠环组件32安装在壳体11内部，因此，即使密封不是100％有效，泄露的油也只是回流到齿轮箱内部的油池中，不会造成外泄污染等问题。将理解，根据本公开的实施例的油压保压单元30并不限于上述构造，而是可以具有各种替换结构，只要油压保压单元30能够在第一TRB 12a的大端侧形成密封即可。例如，在一个替代实施例中，油压保压单元30可以包括安装在壳体11上的固定件，以及安装在固定环内圆上的沟槽中的弹性叠环组件。该弹性叠环组件用于在固定件和旋转轴13之间形成动密封。

回油单元40包括出油管路41和补油箱42。该出油管路41连接在上述保压腔C和补油箱41之间。即，出油管路41的一端经由开设在左轴承座14a内的开口与上述保压腔C联通，另一端与补油箱42联通，以允许保压腔C内的油流向补油箱42。补油箱42位于齿轮箱10的顶部，并且出油管路41连接到补油箱42的顶部。保压腔C内压力较高的油经由出油管路41被泵送到补油箱42中暂存，这降低了壳体11内油池的油位，减少了运动件的搅油损失，因此降低了功率损耗，提高了传动效率。

进一步地，上述补油箱42的底部设置有回油孔42a，该回油孔42a的尺寸可以根据实际的回油速率需求来确定，并且其位置可以与齿轮箱10内有相对运动的摩擦接触副相对应。上述有相对运动的摩擦接触副包括但不限于上述第一齿轮16至第四齿轮19彼此之间形成的摩擦接触副。暂存在补油箱42中的油可以经由该回油孔42a，在重力的作用下落到齿轮箱10内有相对运动的摩擦接触副间进行润滑和冷却。在图1所示的具体实施例中，补油箱42的回油孔42a与第二齿轮17(其半径较大，转速较高，因此搅油损失较大)的表面相对应，补油箱42内的油经由该回油孔42a在重力的作用下落到第二齿轮17上，以进行润滑和冷却。

本领域技术人员将理解，为了避免漏油等，进油管路21、出油管路41以及溢流管路43在两端连接处均设置有接头。

图6示意性地示出了根据本公开的一个实施例的油位调节系统内的油路。如图6所示，壳体11内油池中的油被第一TRB 12a泵送到保压腔C内，随后经由出油管路41流入补油箱42，再经由回油孔42a落到第二齿轮17上。

或者，补油箱42上可以设置与其联通的引流管道(图中未示出)。暂存在补油箱42中的油可以经由该引流管道被引导到齿轮箱10内有相对运动的摩擦接触副间进行润滑和冷却。

此外，补油箱42可以在适当位置处，例如在其侧面一定高度处设置有溢流孔42b，并且回油单元40还可以包括溢流管路43。溢流管路43的一端连接到溢流孔42b，另一端与壳体11内的油池联通。如果补油箱42中累积的润滑油过多导致回油孔42a回油不及时，溢流管路43可以将补油箱42中过多的油快速回流到壳体11内的油池中。

图1仅示出了利用第一TRB 12a的油位调节系统，然而，本领域技术人员将理解，根据本公开另一个实施例的油位调节系统也可以利用第二TRB 12b。在这种情况下，TRB单元20还包括一端与壳体内部油池联通，另一端与右端盖15b和第二TRB 12b之间形成的空间联通的另一进油管路。油压保压单元30的另一部分设置在第二TRB 12b的大端侧，并且被配置为与第二TRB 12b一起形成保压腔，此外，回油单元40还包括另一出油管路，该另一出油管路连接在保压腔和补油箱42之间，并且被配置为允许保压腔内的油流向补油箱42。由此，该油位调节系统能够以提高的效率调节油池内的油位。

如上所述的油位调节系统能够动态地降低所有浸油运动件(尤其是高速轴轴承和高速级大齿轮)的搅油损失，降低发热，从而实现节能增效，提高齿轮箱热功率的目的。具体地，在齿轮箱10启动时，支承旋转轴13的第一TRB 12a需要较高的油位以保证有效润滑。此时，如图7所示，补油箱42中没有油，油(以虚线框示出)全部都在壳体11内的油池中，从而能够形成较高的油位。在齿轮箱稳定运行时，第一TRB 12a不断地将油池内的油泵送到位于齿轮箱顶部的补油箱42中。此时，如图8所示，当旋转轴13的转速足够高时，回油孔42a的回油速度不及泵油速度，部分油将暂存于补油箱42中，从而导致油池中的油位动态降低。

根据ISO/TR 14179-2:2001中关于圆柱齿轮装置搅油功率损失的相关内容可知，齿轮箱的搅油损失的主要决定因素在于高速级运转速度和高速级运动件的浸油深度。根据本公开的实施例的油位调节系统的主要原则是，在保证最低润滑要求的前提下(这由补油箱42的体积及其溢流管路43的位置决定)，通过TRB的泵送效应(其与旋转轴13的旋转速度强相关)来动态地调节/降低油位，减小浸油运动件的浸油深度，从而大大降低高速轴轴承和高速级大齿轮的搅油损失，从而实现减少发热、提高齿轮箱热功率的效果。

根据本公开的油位调节系统将旋转轴13本身的TRB用作内置泵，相较于法兰/轴头泵结构而言部件少、成本低。因为旋转轴13本身就需要两个TRB进行支承，所以“TRB泵”相当于零成本。此外，额外的油压保压单元30和回油单元40相对于法兰/轴头泵结构而言，成本也可以忽略不计。此外，如上所述，由于TRB单元20和油压保压单元30都设计在齿轮箱10内部，而外部的回油单元40内的油压较低，所以该油位调节系统的漏油风险低，污染性小，更符合环保要求。

本文使用的术语的目的仅仅是描述特定的实施例，并不旨在对本实用新型的实施例进行限制。如本文所用，单数形式的“一”、“一个”和“所述”旨在包括单数和复数形式，而术语“和”和“或”各自旨在包括替代和组合，除非上下文另有明示。可以进一步理解的是，术语“包括”或“包含”在本说明书中被使用时指定了所述特征、整数、动作、步骤、操作、元素或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、动作、步骤、操作、元素、部件或其组。此外，在详细描述或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”、“具备”、“由……组成”或其变体的情况下，这些术语旨在以类似于术语“包含”的方式具有包容性。

虽然所有实用新型已经通过对各种实施例的描述来说明，并且虽然这些实施例已经被描述得相当详细，但申请人无意将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制在这些细节上。额外优点和修改对本领域技术人员而言将容易地显而易见。因此，本实用新型在其更广泛的方面并不限于所示和所描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性示例。因此，在不偏离申请人的一般发明概念的精神或范围的情况下，可以对这些细节进行偏离。

Claims (10)

1.一种用于齿轮箱(10)的油位调节系统，所述齿轮箱(10)包括壳体(11)和旋转轴(13)，所述旋转轴(13)经由第一圆锥滚子轴承(12a)和第二圆锥滚子轴承(12b)安装在所述壳体(11)上，所述壳体(11)的底部区域形成油池，其特征在于，所述油位调节系统包括：

圆锥滚子轴承单元(20)，所述圆锥滚子轴承单元(20)包括所述第一圆锥滚子轴承(12a)和进油管路(21)，所述第一圆锥滚子轴承(12a)包括与圆锥滚子的大端相对应的大端侧和与圆锥滚子的小端相对应的小端侧，所述进油管路(21)连接在所述油池和所述第一圆锥滚子轴承(12a)的小端侧之间，并且被配置为允许所述油池内的油流向所述第一圆锥滚子轴承(12a)的小端侧；

油压保压单元(30)，所述油压保压单元(30)包括设置在所述第一圆锥滚子轴承(12a)的大端侧的结构，并且所述结构被配置为与所述第一圆锥滚子轴承(12a)一起形成第一保压腔；以及

回油单元(40)，所述回油单元(40)包括出油管路(41)和补油箱(42)，所述出油管路(41)连接在所述第一保压腔和所述补油箱(42)之间，并且被配置为允许所述第一保压腔内的油流向所述补油箱(42)。

2.根据权利要求1所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述油压保压单元(30)的所述结构包括：

动环(31)，所述动环(31)固定安装在所述旋转轴(13)上，并且在外圆上设置有沟槽；以及

弹性叠环组件(32)，所述弹性叠环组件(32)安装在所述沟槽中，并且被配置为在所述动环(31)和所述齿轮箱(10)的壳体(11)之间形成动密封，

其中，所述第一保压腔形成在所述第一圆锥滚子轴承(12a)的大端侧、所述壳体(11)和所述动环(31)之间。

3.根据权利要求1或2所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述第一圆锥滚子轴承(12a)为后置代号加B的圆锥滚子轴承。

4.根据权利要求1或2所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述旋转轴(13)为所述齿轮箱(10)的输入轴。

5.根据权利要求4所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述补油箱(42)位于所述齿轮箱(10)的顶部，并且所述出油管路(41)连接到所述补油箱(42)的顶部。

6.根据权利要求5所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述补油箱(42)的底部设置有回油孔(42a)，所述回油孔(42a)的位置与所述齿轮箱(10)内有相对运动的摩擦接触副相对应。

7.根据权利要求1或2所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述回油单元(40)还包括溢流管路(43)，所述补油箱(42)的侧面设置有溢流孔(42b)，所述溢流管路(43)的一端连接到所述溢流孔(42b)，另一端与所述油池联通，以允许所述补油箱(42)内的油溢流到所述油池中。

8.根据权利要求1所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，

所述圆锥滚子轴承单元(20)还包括所述第二圆锥滚子轴承(12b)和另一进油管路，所述第二圆锥滚子轴承(12b)包括与圆锥滚子的大端相对应的大端侧，和与圆锥滚子的小端相对应的小端侧，所述另一进油管路连接在所述油池和所述第二圆锥滚子轴承(12b)的小端侧之间，并且被配置为允许所述油池内的油流向所述第二圆锥滚子轴承(12b)的小端侧；

所述油压保压单元(30)还包括设置在所述第二圆锥滚子轴承(12b)的大端侧的另一结构，并且所述另一结构被配置为与所述第二圆锥滚子轴承(12b)一起形成第二保压腔；并且

所述回油单元(40)还包括另一出油管路，所述另一出油管路连接在所述第二保压腔和所述补油箱(42)之间，并且被配置为允许所述第二保压腔内的油流向所述补油箱(42)。

9.根据权利要求8所述的用于齿轮箱(10)的油位调节系统，其特征在于，所述油压保压单元(30)的所述另一结构包括：

另一动环，所述另一动环固定安装在所述旋转轴(13)上，并且在外圆上设置有沟槽；以及

另一弹性叠环组件，所述另一弹性叠环组件安装在所述沟槽中，并且被配置为在所述另一动环和所述齿轮箱(10)的壳体(11)之间形成动密封，

其中，所述第二保压腔形成在所述第二圆锥滚子轴承(12b)的大端侧、所述壳体(11)和所述另一动环之间。

10.一种齿轮箱(10)，所述齿轮箱(10)包括壳体(11)和旋转轴(13)，所述旋转轴(13)经由第一圆锥滚子轴承(12a)和第二圆锥滚子轴承(12b)安装在所述壳体(11)上，所述壳体(11)的底部区域形成油池，其特征在于，所述齿轮箱(10)包括根据权利要求1-9中任一项所述的油位调节系统。