人字齒星形傳動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人字齒星形傳動裝置，其特征在于太陽輪、星輪軸、大星輪、內(nèi)齒圈均采用人字齒；內(nèi)齒圈與星輪軸嚙合，大星輪與太陽輪嚙合；內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，行星架不轉(zhuǎn)動；內(nèi)齒圈為組合式分段人字內(nèi)齒圈，采用多份單段人字齒圈通過定位圓環(huán)聯(lián)接承載并自動定心；單段人字齒圈左右旋向輪齒為整體加工而成；采用定位銷對單段齒圈結(jié)合部兩側(cè)進行周向約束，防止定位圓環(huán)在定位槽中轉(zhuǎn)動，有益效果是實現(xiàn)人字齒星形傳動的裝配，實現(xiàn)星輪不受交變載荷，能夠持續(xù)定點對星輪及軸承潤滑，能夠在較小的機床上通過分段加工得到很大直徑的內(nèi)齒圈，搬運、包裝、裝配及拆卸過程十分方便，能夠?qū)崿F(xiàn)單段齒圈維修更換，無需更換整個齒圈，節(jié)省大量材料和加工費用。
【專利說明】人字齒星形傳動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪傳動【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種人字齒星形傳動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]行星傳動具有很多結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大等優(yōu)點，但是由于行星輪與內(nèi)齒圈和太陽輪同時嚙合，行星輪同時承受雙向交變載荷，根據(jù)材料力學(xué)理論對于承受雙向交變載荷的齒輪進行強度計算只能按材料屈服強度的0.7倍計算，也就是行星輪的強度大大下降，相應(yīng)的行星輪的疲勞壽命也大大縮短，也就是行星輪是行星傳動中較薄弱的一環(huán)；2K-H行星傳動中行星架不斷轉(zhuǎn)動，行星輪隨著行星架不斷公轉(zhuǎn)且繞自身軸線同時作自轉(zhuǎn)，空間位置不固定，時刻發(fā)生變化，定點壓力潤滑時潤滑油無法時刻對準行星輪和行星輪軸承進行潤滑和冷卻，只能是周期性間歇式潤滑和冷卻，當(dāng)行星架轉(zhuǎn)過一定角度時才能進行下一次的潤滑，對于行星輪上的軸承高速運轉(zhuǎn)時不能持續(xù)潤滑冷卻，很容易發(fā)生發(fā)生燒傷損壞。
[0003]人字齒輪傳動不但具有斜齒輪傳動的優(yōu)點，而且能克服斜齒輪傳動時因軸向力過大而不能采用過大螺旋角的缺點。人字齒嚙合具有在大螺旋角下齒輪整個重合度大，不產(chǎn)生軸向力，承載能力高，使用壽命長、可靠性高、傳動平穩(wěn)和振動噪聲小等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于艦船、航空、冶金、礦山等高速載重的動力傳動領(lǐng)域。
[0004]人字齒行星傳動裝配困難是人字齒行星傳動技術(shù)發(fā)展的瓶頸，內(nèi)齒圈作為內(nèi)嚙合傳動必不可少的傳動件之一，廣泛用于行星傳動等領(lǐng)域。因無法解決人字內(nèi)齒圈行星傳動裝配問題，目前行星傳動領(lǐng)域不得已只能采用直齒或小螺旋角斜齒內(nèi)齒圈，對于大直徑人字內(nèi)齒圈，限于設(shè)備加工最大加工直徑限制，更是很難加工，即使采用超大機床加工出整體式的人字內(nèi)齒圈也很難完成整個星形傳動裝配，太陽輪、星輪、內(nèi)齒圈均采用整體式人字齒輪將無法裝配。大直徑人字內(nèi)齒圈分段加工是大型人字齒輪星形傳動發(fā)展的必然趨勢，組合式人字內(nèi)齒圈目前多采用兩個斜齒整體內(nèi)齒圈組合聯(lián)接而成，整體式大直徑斜齒內(nèi)齒圈還是無法加工，整體式齒圈直徑取決于插齒機床最大加工直徑，無法利用小設(shè)備加工大工件，充分發(fā)揮機床的加工能力。整體式齒圈一旦出現(xiàn)一個齒或者少量幾個齒失效，就得整體更換齒圈，耗費大量財力、物力。另外，兩個斜齒內(nèi)齒圈組合聯(lián)接時很難保證左右旋向的兩個齒圈齒向?qū)χ行院?，整個齒圈一周的每個齒均存在左右旋向較大的齒向?qū)χ姓`差。目前也出現(xiàn)了人字內(nèi)齒圈分段設(shè)計技術(shù)，專利文獻[CN101793308A]公開了一種人字齒行星減速機的發(fā)明方法，關(guān)鍵技術(shù)是分段人字內(nèi)齒圈，此技術(shù)解決人字齒行星傳動的裝配問題，也解決了大直徑內(nèi)齒圈的制造問題，可以利用小機床加工大直徑的內(nèi)齒圈，技術(shù)上的確是重大突破和創(chuàng)新，但是此分段人字內(nèi)齒圈采用徑向和軸向均分段的方法，軸向上左旋和右旋輪齒被分割，再采用螺栓聯(lián)接組合在一起，這樣對中性肯定存在較大誤差，特別是徑向圓周上兩齒段的聯(lián)接時是靠在斜面上打孔通過螺栓聯(lián)接，斜面上加工孔非常困難，特別是不好定位，斜孔定位及其不準確，孔特別容易打偏，孔的位置和形狀精度都很難保證，而且還是加工階梯孔，內(nèi)孔中再加工螺紋，還安裝定位套，在深孔底部如何壓入定位套，定位套安裝問題也非常困難，常規(guī)工藝和方法根本無法解決，即使勉強壓入定位套，如何保證壓入的位置準確，如何測量，如何保證壓入的定位套不變形，斜孔空間位置及其狹小，沒有足夠的扳手空間來緊固螺栓，螺栓如何擰緊的問題成為難題，由于斜面打孔空間位置和結(jié)構(gòu)的限制，兩齒段斜面兩側(cè)只能各加工一個孔，僅通過兩個螺栓聯(lián)接聯(lián)接大直徑的內(nèi)齒圈，從強度和剛度上均有巨大隱患，且這種斜面打孔方式破壞了齒圈兩側(cè)表面的完整性，造成應(yīng)力集中，并會出現(xiàn)有很多金屬銳角，及其鋒利，容易造成操作人員劃傷等而引發(fā)安全事故，此技術(shù)的兩齒段的聯(lián)接精度是通過孔來保證的，由此可知根本無法保證兩齒段斜面組合聯(lián)接時的裝配精度，螺栓起聯(lián)接作用，定位作用及其有限。齒輪作為精密傳動零件，對誤差非常敏感，另外分開的單段內(nèi)齒圈軸向和徑向組合聯(lián)接時很難保證左右旋向的兩個齒圈齒向?qū)χ行院?，整個齒圈一周的每個齒均存在左右旋向較大的齒向?qū)χ姓`差，而且徑向方向和圓周方向無法精確定位，這樣就會產(chǎn)生較大的軸向力，影響傳動平穩(wěn)性等，從而失去人字齒的部分優(yōu)勢。
[0005]為了解決人字齒行星傳動行星輪承受交變載荷，行星架轉(zhuǎn)動行星輪和軸承間斷式壓力潤滑和冷卻，大直徑人字內(nèi)齒圈加工和裝配精度的技術(shù)瓶頸，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、拆卸更換容易，能夠滿足加工和裝配工藝要求的人字齒星形傳動裝置，既能滿足企業(yè)的實際需求，填補相關(guān)技術(shù)空白，又可產(chǎn)生較大的社會效益與經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種人字齒輪星形傳動裝置。能夠讓人字齒運用在行星傳動中，在行星傳動中發(fā)揮出人字齒輪傳動優(yōu)勢，解決人字齒行星傳動裝配困難，分段內(nèi)齒圈組合裝配精度低，大直徑內(nèi)齒圈加工困難，行星輪承受交變載荷，行星輪和軸承間歇斷續(xù)潤滑，行星架轉(zhuǎn)動引起行星輪承受較大的離心力等問題。本發(fā)明加工工藝和裝配工藝較簡單，并能得到較高的裝配精度，解決組合式人字內(nèi)齒圈左右旋向齒向?qū)χ行圆缓茫畲笙薅鹊臏p少了組合而產(chǎn)生的誤差，大大提供裝配精度，能夠?qū)嵗矛F(xiàn)有最大加工直徑較小的機床上通過分段加工組合得到大直徑的人字內(nèi)齒圈，加工、搬運、包裝、維修、拆卸等均極為方便，若少數(shù)齒損壞可以分段更換單段齒圈，無需更換整個大齒圈，節(jié)省大量材料和加工費用；2K-H行星輪承受交變載荷，行星輪和軸承間歇斷續(xù)潤滑等問題，本發(fā)明能徹底解決行星輪承受交變載荷和行星輪與行星輪軸承間歇性潤滑問題，讓行星輪只受單向載荷，行星輪和軸承均能持續(xù)定點壓力潤滑，且不受離心力，大大提高齒輪軸承系統(tǒng)的壽命和可靠性。
[0007]星形傳動是一種特殊的行星傳動形式，星形傳動是各齒輪的幾何軸線在空間的位置不變的定軸輪系。它由多個定軸式星輪共同分擔(dān)載荷，特點是功率分流，星輪不受交變載荷，只受單向載荷，具有2K-H行星傳動功率分流所顯示的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動功率大，相對體積小，重量輕等特點，同時單級傳動比相比普通行星傳動比還要大，由于它的星輪不作公轉(zhuǎn)，客服了行星傳動結(jié)構(gòu)的相對復(fù)雜性以及由行星架旋轉(zhuǎn)所引起一些零部件的離心力和行星輪軸承間歇性續(xù)潤滑等問題。由于整個傳動系統(tǒng)采用定軸輪系，系統(tǒng)的強度、剛度、工作壽命及可靠性都有所提高。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:人字齒星形傳動裝置裝配時先裝太陽輪，其次在相應(yīng)位置固定大星輪，再將星輪軸穿入行星架并壓裝到太陽輪的中心孔中，完成一組星輪的裝配，由于行星架不轉(zhuǎn)動，只需行星架的支撐功能融入到齒輪箱箱體中即可，讓箱體同時有外殼和行星輪支撐功能，同理完全其他幾組星輪的裝配，最后組裝組合式分段人字內(nèi)齒圈。采用若干份單段人字齒圈組合形成人字內(nèi)齒圈，單段人字齒圈同時包含左旋和右旋輪齒，在插床上先加工一側(cè)輪齒，通過翻邊，找正定位，再加工相反旋向的另一側(cè)輪齒，左右旋向輪齒一次加工保證不同旋向輪齒的齒向?qū)χ行院?，兩齒向?qū)χ行哉`差容易控制，能夠發(fā)揮出人字齒優(yōu)勢，在機床工作臺上每次只是加工單段人字齒圈，而并非整個齒圈，有效利用了機床工作臺的面積，這樣最大限度發(fā)揮機床加工能力，也有效解決了大直徑齒圈包裝、搬運和裝配的困難，裝配時利用工裝夾具等將若干份單段人字齒圈組合拼接成一整齒圈，再將定位圓環(huán)裝配到齒圈端面的圓環(huán)定位槽中，采用定位圓環(huán)整體定位，對各單段人字齒圈進行徑向約束，保證很好的同心性，同時還能夠傳遞扭矩和承受載荷，定位圓環(huán)也能彌補齒圈因加工圓環(huán)定位槽減小的剛度，在各單段人字齒圈的結(jié)合面兩側(cè)利用定位銷進行精確定位，防止圓環(huán)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)周向定位，保證各單段人字齒圈的相對位置，確保定位精度，從而保證組合式分段人字內(nèi)齒圈的整體精度。
[0009]人字齒星形傳動裝置，包括太陽輪、星輪軸、大星輪、內(nèi)齒圈，其特征在于太陽輪、星輪軸、大星輪、內(nèi)齒圈均采用人字齒；星輪軸與大星輪的數(shù)量為3 (不局限于3組)，內(nèi)齒圈同時與3個星輪軸嚙合，大星輪安裝在星輪軸上，3個大星輪再同時與太陽輪嚙合；內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，行星架不轉(zhuǎn)動，星輪軸和大星輪安裝在行星架上只圍繞自身軸線發(fā)生自轉(zhuǎn)，并不繞齒圈中心線發(fā)生公轉(zhuǎn)，太陽輪轉(zhuǎn)動；內(nèi)齒圈為組合式分段人字內(nèi)齒圈，采用8份(不局限于8份)單段人字齒圈通過定位圓環(huán)聯(lián)接承載并自動定心組合形成人字內(nèi)齒圈；單段人字齒圈左右旋向輪齒為整體加工而成，并非采用兩單段斜齒圈機械拼接而成，內(nèi)齒圈只沿徑向在圓周方向上分段，不沿軸向?qū)ψ笮X和右旋齒進行分割；采用定位銷對單段齒圈結(jié)合部兩側(cè)進行周向約束，防止定位圓環(huán)在定位槽中轉(zhuǎn)動。通過對齒工裝保證3組星輪軸和大星輪上的兩齒輪相對相位一致。星輪軸安裝大星輪的位置處加工有兩條油槽，大星輪中心孔相應(yīng)位置處也加工有油槽及油孔，大星輪與星輪軸采用過盈配合。單段人字齒圈內(nèi)圈表面中間留有退刀槽，兩側(cè)面加工有弧形通槽用來安裝定位圓環(huán)實現(xiàn)各單段人字齒圈的聯(lián)接，同時弧形通槽表面兩端加工有定位銷孔，中間加工有預(yù)留螺紋孔用于齒圈跟箱體的聯(lián)接。單段人字齒圈的分段方式有垂直表面沿徑向的直接平切分段(見圖9一圖12)和沿兩齒向方向的人字式分段(見圖5和圖6)，人字式分段沿兩齒向方向分段，分段角度跟齒輪螺旋角一致，分段位置為齒根中部和齒頂中部，最佳位置為齒根中部。星輪軸為齒輪和軸一體的整體式齒輪軸。太陽輪為齒輪和軸一體的整體式齒輪軸，人字齒部分中間加工有退刀槽，后端加工有花鍵，太陽輪中心加工有通孔。定位圓環(huán)采用圓形向心徑向定位原理，同時實現(xiàn)自動定心約束和承載傳扭，定位圓環(huán)可以為一整體圓環(huán)(見圖6、圖12)，也可以為有限弧長圓弧板(見圖10)。星輪軸與大星輪的數(shù)量相等，星輪軸與大星輪的數(shù)量為2組及以上。行星架不轉(zhuǎn)動，星輪軸、大星輪及其支撐軸承不受離心力，星輪軸和大星輪只承受單向載荷，不受雙向交變載荷，星輪軸、大星輪及其支撐軸承空間位置不變，不作公轉(zhuǎn)，能時刻接受定點壓力潤滑和冷卻，提高系統(tǒng)可靠性。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是，可以避免星輪承受交變載荷，只受單向載荷，由于行星架不轉(zhuǎn)動，能實現(xiàn)星輪及軸承的持續(xù)定點潤滑，星輪不受離心力，大大提高齒輪及軸承系統(tǒng)的可靠性和壽命，可以實現(xiàn)人字齒星形傳動的裝配，大大提高組合式分段人字內(nèi)齒圈的裝配精度，并能保證分段齒圈組合后的徑向和周向定位精度，同時保證輪齒左右旋向的齒向?qū)χ行院茫軌蛟谳^小的機床上通過分段加工得到很大直徑的內(nèi)齒圈，最大限度發(fā)揮機床加工能力，并且加工工藝和裝配工藝成熟簡單可行，加工、搬運、包裝、裝配及拆卸過程十分方便，能夠?qū)崿F(xiàn)單段齒圈維修更換，無需更換整個齒圈，節(jié)省大量材料和加工費用。
圖1是人字齒星形傳動裝置的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是人字齒行星傳動裝置的爆炸圖；
圖3是人字齒星形傳動裝置原理圖；
圖4是太陽輪；
圖5是單段人字齒圈；
圖6是組合式分段人字內(nèi)齒圈；
圖7是星輪軸；
圖8是大星輪；
圖9是單段人字齒圈(平切分段且有限弧長圓弧板聯(lián)接)；
圖10是組合式分段人字內(nèi)齒圈(平切分段且有限弧長圓弧板聯(lián)接)；
圖11是單段人字齒圈(平切分段且整體圓環(huán)聯(lián)接);
圖12是組合式分段人字內(nèi)齒圈(平切分段且整體圓環(huán)聯(lián)接)。
圖1中:
1、單段人字齒圈；2、定位銷；
3、定位圓環(huán)；4、星輪軸；
5、太陽輪；6、大星輪。
參考附圖描述本發(fā)明的實施方式，在圖1中，單段人字齒圈(I)、定位銷(2)、定位圓環(huán)
(3)、星輪軸(4)、太陽輪(5)、大星輪(6)構(gòu)成了人字齒星形傳動裝置的主體結(jié)構(gòu)，本實施以8份人字式分段方式得到的組合式分段人字內(nèi)齒圈構(gòu)建的人字齒星形傳動裝置為例進行說明，但不局限于8份，先裝太陽輪(5)，其次將大星輪(6)沿徑向向中心推入到相應(yīng)指定位置，與太陽輪(5)嚙合，并利用工裝夾具定位，再將星輪軸(4)壓裝到大星輪(6)的中心孔中，完成一組星輪軸(4 )和大星輪(6 )在行星架上的裝配，3組星輪軸(4 )和大星輪(6 )均按此法裝配到行星架上，然后將單段人字齒圈(I)由四周向中心沿徑向拼接成一整齒圈，并利用工裝固定，兩側(cè)面壓入定位圓環(huán)(3),在兩單段人字齒圈(I)結(jié)合部兩側(cè)將定位銷(2)打入到定位圓環(huán)(3)的銷孔中實現(xiàn)周向定位，防止定位圓環(huán)(3)轉(zhuǎn)動，至此完成了人字齒星形傳動裝置主體結(jié)構(gòu)的裝配，單段人字齒圈(I)兩端面的預(yù)留孔為組合式分段人字內(nèi)齒圈與其他部件如箱體等聯(lián)接所用。
以上所述，僅是發(fā)明的較佳實施方式，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明實質(zhì)對以上實施方式所作的任何修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種人字齒星形傳動裝置，包括太陽輪、星輪軸、大星輪、內(nèi)齒圈，其特征在于太陽輪、星輪軸、大星輪、內(nèi)齒圈均采用人字齒；星輪軸與大星輪的數(shù)量為3 (不局限于3組)，內(nèi)齒圈同時與3個星輪軸嚙合，大星輪安裝在星輪軸上，3個大星輪再同時與太陽輪嚙合；內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，行星架不轉(zhuǎn)動，星輪軸和大星輪安裝在行星架上只圍繞自身軸線發(fā)生自轉(zhuǎn)，并不繞齒圈中心線發(fā)生公轉(zhuǎn)，太陽輪轉(zhuǎn)動；內(nèi)齒圈為組合式分段人字內(nèi)齒圈，采用8份(不局限于8份)單段人字齒圈通過定位圓環(huán)聯(lián)接承載并自動定心組合形成人字內(nèi)齒圈；單段人字齒圈左右旋向輪齒為整體加工而成，并非采用兩單段斜齒圈機械拼接而成，內(nèi)齒圈只沿徑向在圓周方向上分段，不沿軸向?qū)ψ笮X和右旋齒進行分割；采用定位銷對單段齒圈結(jié)合部兩側(cè)進行周向約束，防止定位圓環(huán)在定位槽中轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于通過對齒工裝保證3組星輪軸和大星輪上的兩齒輪相對相位一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于星輪軸安裝大星輪的位置處加工有兩條油槽，大星輪中心孔相應(yīng)位置處也加工有油槽及油孔，大星輪與星輪軸采用過盈配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于單段人字齒圈內(nèi)圈表面中間留有退刀槽，兩側(cè)面加工有弧形通槽用來安裝定位圓環(huán)實現(xiàn)各單段人字齒圈的聯(lián)接，同時弧形通槽表面兩端加工有定位銷孔，中間加工有預(yù)留螺紋孔用于齒圈跟箱體的聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于單段人字齒圈的分段方式有垂直表面沿徑向的直接平切分段和沿兩齒向方向的人字式分段，人字式分段沿兩齒向方向分段，分段角度跟齒輪螺旋角一致，分段位置為齒根中部和齒頂中部，最佳位置為齒根中部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于星輪軸為齒輪和軸一體的整體式齒輪軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于太陽輪為齒輪和軸一體的整體式齒輪軸，人字齒部分中間加工有退刀槽，后端加工有花鍵，太陽輪中心加工有通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于定位圓環(huán)采用圓形向心徑向定位原理，同時實現(xiàn)自動定心約束和承載傳扭，定位圓環(huán)可以為一整體圓環(huán)，也可以為有限弧長圓弧板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于星輪軸與大星輪的數(shù)量相等，星輪軸與大星輪的數(shù)量為2組及以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字齒星形傳動裝置，其特征在于行星架不轉(zhuǎn)動，星輪軸、大星輪及其支撐軸承不受離心力，星輪軸和大星輪只承受單向載荷，不受雙向交變載荷，星輪軸、大星輪及其支撐軸承空間位置不變，不作公轉(zhuǎn)，能時刻接受定點壓力潤滑和冷卻，提高系統(tǒng)可靠性。
【文檔編號】F16H55/17GK103867651SQ201410085784
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】莫帥, 張以都, 吳瓊 申請人:北京航空航天大學(xué)