專利名稱：浮動齒輪組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機械工程領(lǐng)域。 技術(shù)背景齒輪傳動是目前使用最為廣泛的傳動方式之一。由于沒有哪一種材料是絕對剛性 的，任何材料在受到力的作用時都會產(chǎn)生一定程度的變形。在大多數(shù)齒輪傳動機構(gòu)中，力矩是從齒輪軸的一端輸入或輸出，這樣齒輪軸將受 到一個扭轉(zhuǎn)力矩，并且在嚙合齒輪之間傳遞力矩時會使齒輪軸受到一個徑向力。在這些力 和力矩的作用下，齒輪軸會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形。因為軸的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形、軸承的彈性位移、傳動裝置的制造和安裝誤差等 因素的存在，最終將導(dǎo)致齒向載荷分布不均勻。并且齒輪越寬，齒向載荷的分布就越不均 勻，齒輪損壞的就越快。為了使齒輪的齒向載荷分布均勻，通常情況下在設(shè)計齒輪時要選擇適當(dāng)?shù)凝X寬系 數(shù)來限制齒輪的齒向?qū)挾?。因此，一般來說，要提高齒輪的承載能力不會通過增大齒輪的齒 向?qū)挾葋韺崿F(xiàn)；而主要是通過增大齒輪模數(shù)，增大齒輪的半徑，選擇其他高性能材料，使用 斜齒輪、人字齒輪、圓弧齒輪等方法來提高齒輪的承載能力。相對于通過增大齒輪的齒向?qū)挾葋硖岣啐X輪的承載能力的方法，上述提高齒輪承 載能力的主要方法中有如下缺點1.在基本上不改變齒輪半徑的情況下增大齒輪的模數(shù)會降低齒輪嚙合的重合度， 會使傳動的連續(xù)性降低，使齒所受的沖擊增大，使噪聲及振動增大。2.寬度均勻的齒輪，半徑增加一倍時，其體積和質(zhì)量會增加三倍，即占用了大部分 空間同時又大大增加了整個齒輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。3.斜齒輪在傳動過程中會產(chǎn)生軸向力，而人字齒的加工成本高。
發(fā)明內(nèi)容浮動齒輪組包括單元薄片齒輪、連通液壓機構(gòu)和軸。參數(shù)完全相同的一組單元薄 片齒輪和連通液壓機構(gòu)在軸上裝配形成了一種齒輪組機構(gòu)；其中連通液壓機構(gòu)安裝在單元 薄片齒輪和軸之間，各單元薄片齒輪之間相互離散且無轉(zhuǎn)動剪切力。浮動齒輪組在工作過 程中，通過連通液壓機構(gòu)的實時調(diào)節(jié)，使浮動齒輪組中所有單元薄片齒輪的載荷均勻。浮動 齒輪組的整體齒向載荷分布均勻和單元薄片齒輪間相互離散的特點，使其可以通過增加整 個齒輪組有效寬度和使用齒螺旋裝配的方法來提高其整體承載能力和傳動的連續(xù)性；其連 通液壓機構(gòu)能夠緩沖沖擊的特點還可以提高浮動齒輪組整體傳動的平穩(wěn)性。1.載荷自動均布原理單元薄片齒輪可以制作的較薄，這樣單個齒輪的齒向載荷分布就非常均勻。軸和 每個單元薄片齒輪并不直接傳遞力或力矩，而是通過在軸和每個單元薄片齒輪之間安裝的 液壓元件間接傳遞力或力矩。力或力矩是由軸(或單元薄片齒輪)傳遞給液壓元件，然后再由液壓元件傳遞給單元薄片齒輪(或軸)。在軸與整個齒輪系發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，把所有具有受壓迫趨勢的液壓元件稱為位置 相同的液壓元件，使這些位置相同的液壓元件相互連通并稱之為連通液壓機構(gòu)。靜止液體的各處壓強相等，在自動控制理論中，這些液壓元件組成的連通液壓機 構(gòu)在整個系統(tǒng)中既是測量元件，又是比較元件，還是執(zhí)行機構(gòu)。作為測量元件，連通液壓機 構(gòu)把軸的扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的不均勻的載荷轉(zhuǎn)化為每個液壓元件各自的形變量或位移量等；作 為比較元件，連通液壓機構(gòu)把每個液壓元件各自的形變量或位移量所產(chǎn)生的高低不同的液 體壓強在同一個連通器里進行比較；作為執(zhí)行機構(gòu)，連通液壓機構(gòu)作為連通器使液體各處 壓強趨于平衡，使壓強高的液壓元件的高壓逐漸向壓強低的液壓元件轉(zhuǎn)移，同時產(chǎn)生每個 液壓元件相應(yīng)的形變量或位移量并驅(qū)動各個單元薄片齒輪發(fā)生微轉(zhuǎn)動，使載荷高的單元薄 片齒輪發(fā)生彈性不完全卸載，載荷低的發(fā)生彈性加載。最終，這些液壓元件把軸的扭轉(zhuǎn)變形 和不太大的彎曲變形所產(chǎn)生的在各單元薄片齒輪間分布不均勻的載荷在整個齒輪組上均 勻化。把浮動齒輪組中所有單元薄片齒輪的齒寬之和稱為其有效寬度。由上訴可知，通 過增加浮動齒輪組的有效寬度可以提高其整體承載能力。從而解決了目前不能用增加齒輪 齒向?qū)挾鹊姆绞絹硖岣啐X輪承載能力的問題。但當(dāng)整個浮動齒輪組的軸向尺寸過長時，軸的彎曲變形將成為齒輪組載荷分布不 均勻的一個重要因素。浮動齒輪組不能很好的消除軸的彎曲變形導(dǎo)致的齒輪組載荷不均勻 性。在這種情況下，可以在整個齒輪組的中間添加一個固定軸承來限制軸的彎曲變形程度。2.齒螺旋裝配把參數(shù)完全相同的一系列齒輪在軸上按照齒向單方向順次地每安裝一片或幾片 齒輪時總是向同一旋向旋轉(zhuǎn)一定角度的裝配方式叫做齒螺旋裝配。在經(jīng)過齒螺旋裝配的齒輪系中，任取N片連續(xù)的齒輪，若沒有任意兩片齒輪的齒 向投影是重合的，而在任取的N+1片連續(xù)的齒輪中恰有兩片齒輪的軸向投影是重合的，把N 定義為齒螺旋裝配的齒螺旋周期。如果把浮動齒輪組中的單元薄片齒輪做成完全相同的直齒輪，并且齒數(shù)和花鍵鍵 槽數(shù)(鍵數(shù)大于1)不是整數(shù)倍數(shù)關(guān)系，那么可以在裝配時按照每安裝一片單元薄片齒輪時 總是向同一旋向旋轉(zhuǎn)一個花鍵進行齒螺旋裝配，齒螺旋周期為N = n/a(式中n為花鍵鍵 槽數(shù)，a為單元薄片齒輪齒數(shù)與花鍵鍵槽數(shù)的最大公約數(shù))。裝配后，整個齒輪系相當(dāng)于一 個離散的微分化的斜齒輪。并且，單元薄片齒輪越薄、齒螺旋周期N越大，浮動齒輪組的整 體重合度就越接近于斜齒輪。齒螺旋裝配的方法不僅提高了浮動齒輪組的整體重和度，而 且使齒輪組在傳動過程中不會像斜齒輪那樣產(chǎn)生軸向力。綜上所述，浮動齒輪組所能解決的問題和主要優(yōu)點在于第一，浮動齒輪組相對于普通直齒輪可以通過增加齒向?qū)挾鹊姆绞絹硖岣咂湔w 承載能力。第二，單元薄片齒輪和軸之間的連通液壓機構(gòu)具有緩沖作用，可以降低浮動齒輪 組在傳動過程中所產(chǎn)生的噪聲和齒所受到的沖擊。第三，浮動齒輪組可以通過齒螺旋裝配的方法來提高整體的重合度，從而提高整 體的承載能力和傳動的連續(xù)性，進一步降低噪聲。
圖1、圖2為浮動齒輪組的效果圖。圖3為浮動齒輪組的徑向剖視圖。圖4為帶有固定軸承的浮動齒輪組的效果圖。圖5為齒螺旋裝配方法示意圖。圖中，(1)為軸；(2)為連通液壓機構(gòu)(此處以內(nèi)腔充滿液體的封閉橡膠囊作為連 通液壓機構(gòu)，以下稱為橡膠囊)；(3)為單元薄片齒輪；(4)為固定軸承。(本文附圖中花鍵 鍵槽數(shù)n = 3，單元薄片齒輪齒數(shù)z = 34，單元薄片齒輪齒數(shù)與花鍵鍵槽數(shù)的最大公約數(shù)a =1，齒螺旋裝配周期為N = n/a = 3 ；因此圖3中只有3個單元薄片齒輪的齒向投影輪廓)
具體實施方式
將參數(shù)完全相同的一系列單元薄片齒輪按照齒螺旋裝配的方法同橡膠囊一起安 裝在軸上，其中橡膠囊安裝在單元薄片齒輪和軸兩者的花鍵鍵槽壁之間。力矩從軸(1)的一端輸入，然后傳遞給橡膠囊(2)，再由橡膠囊(2)傳遞給單元薄 片齒輪(3)。在扭矩的作用下，軸(1)將發(fā)生無法消除的扭轉(zhuǎn)變形。在軸(1)的扭轉(zhuǎn)變形剛 一出現(xiàn)時，靠近力矩輸入端的單元薄片齒輪承受的扭矩最大，其他單元薄片齒輪承受的扭 矩按照排列順序依次減弱。承受扭矩相對較大的單元薄片齒輪擠壓橡膠囊中的液體，迫使 液體流向承受扭矩相對較小的單元薄片齒輪的花鍵鍵槽壁和軸的花鍵鍵槽壁之間。在這個 過程中，承受扭矩相對較高的單元薄片齒輪將一部分能量通過橡膠囊中的液體轉(zhuǎn)移給承受 扭矩相對較低的單元薄片齒輪，直至橡膠囊中液體各處壓強相等。最終橡膠囊中的液體不 再流動，各處壓強相等。若使每個單元薄片齒輪與液體的作用面積相同(橡膠囊自身的形 變能可以忽略不計)，則最終每個單元薄片齒輪的載荷相同。當(dāng)浮動齒輪組最大寬度過寬時，軸的彎曲變形程度將增大。在這種情況下，軸的彎 曲變形將成為齒輪組載荷分布不均勻的一個重要因素。在這種情況下，可以在整個齒輪組 的中間添加一個固定軸承(4)來限制軸的彎曲變形程度，如圖4所示。
權(quán)利要求浮動齒輪組由軸、連通液壓機構(gòu)和單元薄片齒輪組成，其特征在于參數(shù)完全相同的一組單元薄片齒輪和連通液壓機構(gòu)在軸上裝配形成了一種齒輪組機構(gòu)；其中連通液壓機構(gòu)安裝在單元薄片齒輪和軸之間，各單元薄片齒輪之間相互離散且無轉(zhuǎn)動剪切力,浮動齒輪組在工作過程中，通過連通液壓機構(gòu)(2)的實時調(diào)節(jié)，使浮動齒輪組中所有單元薄片齒輪的載荷均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動齒輪組，其特征在于液壓連通機構(gòu)(2)是一種液體連 通的連通器，能夠輸入輸出形變量或位移量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動齒輪組，其特征在于在軸(1)的中間可以安裝固定軸 承來限制軸的彎曲變形程度。
專利摘要本實用新型涉及浮動齒輪組，主要適用于各種對傳動精度要求不是非常高的重載齒輪傳動過程。浮動齒輪組包括單元薄片齒輪、連通液壓機構(gòu)和軸。參數(shù)完全相同的一組單元薄片齒輪和連通液壓機構(gòu)在軸上裝配形成了一種齒輪組機構(gòu)；其中連通液壓機構(gòu)安裝在單元薄片齒輪和軸之間，各單元薄片齒輪之間相互離散且無轉(zhuǎn)動剪切力。浮動齒輪組在工作過程中，通過連通液壓機構(gòu)的實時調(diào)節(jié)，使浮動齒輪組中所有單元薄片齒輪的載荷均勻。浮動齒輪組的整體齒向載荷分布均勻和單元薄片齒輪間相互離散的特點，使其可以通過增加整個齒輪組有效寬度和使用齒螺旋裝配的方法來提高其整體承載能力和傳動的連續(xù)性；其連通液壓機構(gòu)能夠緩沖沖擊的特點還可以提高浮動齒輪組整體傳動的平穩(wěn)性。
文檔編號F16H55/17GK201582369SQ20092003146
公開日2010年9月15日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者陳福建 申請人:陳福建