彈性隔層式減振齒輪和降低齒輪傳動誤差的方法
【專利摘要】本發明提供一種彈性隔層式減振齒輪及使用該齒輪的降低齒輪傳動誤差的方法。所述彈性隔層式減振齒輪包括：齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著圓形主體的圓周方向均勻分布的多個輪齒基部；漸開線輪廓體，多個輪齒基部中的每一個的兩側分別設置有所述漸開線輪廓體；和彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設置在輪齒基部與漸開線輪廓體之間，使得每一個輪齒基部與兩側的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個輪齒。本發明的減振齒輪通過設置彈性隔層能夠減小甚至消除振動，進而降低齒輪的傳動誤差。此外，本發明的齒輪由于采用組合式結構，如果某一個輪齒磨損嚴重或者損害，則僅需更換一個漸開線輪廓體即可，從而節省了成本、操作簡便且縮短維修時間。
【專利說明】彈性隔層式減振齒輪和降低齒輪傳動誤差的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及齒輪傳動領域，更具體地，涉及一種用于降低齒輪傳動誤差的彈性隔層式減振齒輪及方法。
【背景技術】
[0002]振動、噪聲以及舒適性(NVH)是國際汽車業各大整車制造以及零部件企業關注的問題之一。齒輪作為現代汽車工業的重要傳動部件，是汽車運行過程中的主要振源和噪聲源之一，齒輪的動力學行為和工作性能對整車有著重要的影響。一對實際嚙合的齒輪，不可避免地存在各種誤差，如齒形誤差、基節誤差、中心矩誤差等，因而使實際嚙合過程發生變異。這些變異將使漸開線齒輪在傳動過程中產生很大的振動、動載荷和噪聲，因此嚴重地影響了齒輪的傳動質量。齒輪的振動不僅影響著內部齒輪的失效形式，例如:齒輪折斷、齒面點蝕和剝落、齒面膠合和齒根裂紋等，而且還可以引起汽車其它系統的共振，比如制動系統和轉向系統，從而影響到了這些系統的可靠性和整車的安全性。現有技術表明，整車大概有40%的故障問題是由變速箱的振動和噪聲引起的，而各大公司有將近30%的研發費消耗在解決該方面的問題上。
[0003]齒輪轉動所產生的振動能夠直接反映齒輪轉動不均勻性，對傳動系統的傳動誤差、噪音有著重要影響。因此，如何減少齒輪系統的振動是提升齒輪傳動質量，降低傳動誤差和噪聲的一個有效途徑，這也成為了本領域技術人員急需要解決的技術問題。
[0004]中國專利ZL200720185373.6提供了一種減振降噪齒輪，該齒輪由齒輪體、齒牙組成，在齒根與固定孔外圓之間的輪腹上均勻分布設置多個通孔，通孔中過盈配合裝有泡沫鋁充填料。該專利文獻中公開的減振降噪齒輪的結構只適合用于圓盤狀平板式齒輪，并且該減振降噪結構加工復雜，減振降噪效果不理想。
[0005]此外，現有的齒輪均為整體結構。如果某一個輪齒磨損嚴重或者損害，則需要更換整個齒輪，從而增加成本且維修時間長。考慮到現有技術中的上述問題，需要一種加工簡單且能夠更有效地降低齒輪傳動誤差的齒輪及齒輪誤差計算方法。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明提供一種彈性隔層式減振齒輪以及使用該齒輪降低齒輪傳動誤差的方法。本發明的彈性隔層式減振齒輪通過設置彈性隔層能夠減小甚至消除振動，進而降低齒輪的傳動誤差。
[0007]根據本發明的一個方面，一種彈性隔層式減振齒輪包括:齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著圓形主體的圓周方向均勻分布的多個輪齒基部；漸開線輪廓體，多個輪齒基部中的每一個的兩側分別設置有所述漸開線輪廓體和彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設置在輪齒基部與漸開線輪廓體之間，使得每一個輪齒基部與兩側的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個輪齒。
[0008]彈性隔層可以在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0009]進一步地，彈性隔層可以通過丙烯酸酯AB膠、QN-906AB膠、QN-505AB膠或KEYDAK (KD-340)缺氧膠粘貼在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0010]可選地，彈性隔層可以被焊接在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0011]進一步地，所述焊接包括激光焊接、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊中的任何一種焊接。
[0012]彈性隔層由彈性材料制成。
[0013]彈性材料的剛度在10E3~10E8N/m的范圍內。
[0014]彈性材料可以為氯化聚氯乙烯、高分子橡膠合金、鋁合金或銅合金。
[0015]彈性隔層的尺寸形成為使得彈性隔層的寬度為齒厚的0.01~0.3倍，彈性隔層的長度為一個全齒高。
[0016]根據本發明的另一個方面，一種使用上述彈性隔層式減振齒輪降低齒輪傳動誤差的方法包括以下步驟:s1:推導僅帶有振動部分的齒輪傳動誤差計算公式；S2:推導僅帶有振動部分的彈性隔層式減振主動齒輪的兩自由度動力學方程，并求出主動齒輪基體穩態解的振幅；S3:通過選取的彈性隔層材料將主動齒輪基體穩態解的振幅降低而趨向于零值；和S4:按照S2步驟和S3步驟建立彈性隔層式減振從動齒輪的兩自由度動力學方程，選取彈性隔層材料將彈性隔層式減振從動齒輪基體的穩態解降低而趨向于零值，從而根據SI步驟使帶有彈性隔層式減振齒輪系統的傳動誤差降低并趨向于零值。
[0017]步驟SI進一步包括:
[0018]彈性隔層式減振齒輪的傳動誤差以下述公式表示:
[0019]X (t) = Rpp Θ j (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)
[0020]其中，Rpp和Rpg分別為相互嚙合的一對彈性隔層式減振齒輪中的主動齒輪和從動齒輪的節圓半徑，Q1U)和θ3α)分別為主動齒輪和從動齒輪的基體的角位移；
[0021]主動齒輪和從動齒輪的基體的角位移包括勻速變化的角位移和振動引起的角位移，由下述公式表示:
[0022]
【權利要求】
1.一種彈性隔層式減振齒輪，包括: 齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著所述圓形主體的圓周方向均勻分布的多個輪齒基部； 漸開線輪廓體，所述多個輪齒基部中的每一個的兩側分別設置有所述漸開線輪廓體；和 彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設置在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間，使得每一個所述輪齒基部與兩側的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個輪齒。
2.根據權利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層粘貼在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
3.根據權利要求2所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層通過丙烯酸酯AB膠、QN-906AB膠、QN-505AB膠或KEYDAK (KD-340)缺氧膠粘貼在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
4.根據權利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層被焊接在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
5.根據權利要求4所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述焊接包括激光焊接、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊中的任何一種焊接。
6.根據權利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層由彈性材料制成。
7.根據權利要求6所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性材料的剛度在10E3~10E8N/m的范圍內。
8.根據權利要求6所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性材料為氯化聚氯乙烯、高分子橡膠合金、鋁合金或銅合金。
9.根據權利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層的尺寸形成為使得所述彈性隔層的寬度為齒厚的0.01~0.3倍，所述彈性隔層的長度為一個全齒高。
10.一種降低齒輪傳動誤差的方法，所述方法使用根據權利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，所述方法包括以下步驟: S1:推導僅帶有振動部分的齒輪傳動誤差計算公式； 52:推導僅帶有振動部分的彈性隔層式減振主動齒輪的兩自由度動力學方程，并求出主動齒輪基體穩態解的振幅； 53:通過選取的彈性隔層材料將所述主動齒輪基體穩態解的振幅降低而趨向于零值；和 54:按照所述S2步驟和所述S3步驟建立彈性隔層式減振從動齒輪的兩自由度動力學方程，選取彈性隔層材料將彈性隔層式減振從動齒輪基體的穩態解降低而趨向于零值，從而根據所述SI步驟使帶有彈性隔層式減振齒輪系統的傳動誤差降低并趨向于零值。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述SI步驟進一步包括: 所述彈性隔層式減振齒輪的傳動誤差以下述公式表示:
X (t) = Rpp Θ J (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)其中，Rpp和Rpg分別為相互嚙合的一對所述彈性隔層式減振齒輪中的主動齒輪和從動齒輪的節圓半徑，ejt)和03(t)分別為所述主動齒輪和所述從動齒輪的基體的角位移；所述主動齒輪和所述從動齒輪的基體的角位移包括勻速變化的角位移和振動引起的角位移，由下述公式表示:
其中，0?為所述彈性隔層式減振主動齒輪和從動齒輪勻速變化的角位移，6>?3為所述彈性隔層式減振主動齒輪和從動齒輪由于振動引起的角位移，ω1>3為振動的角速度且ω1>3 = 2 31 nlj3/60, nlj3為所述彈性隔層式減振主動齒輪和從動齒輪的基體的轉速； 對于一對正常哨合的齒輪，具有以下等式:
；以及 將等式(3)代入公式(I)中獲得所述齒輪傳動誤差計算公式(4):
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述S2步驟進一步包括: 根據達朗貝爾原理獲得以下的所述動力學方程:
其中，01和θ2分別為所述彈性隔層式減振主動齒輪基體的角位移和所述漸開線輪廓體的角位移A1為所述齒輪基體的扭轉剛度；k2為所述彈性隔層的扭轉剛度；Tm和Tp分別為所述一對嚙合齒輪的勻速變化的阻力矩和振動引起的阻力矩；T。為齒輪的嚙合力矩，T0 =Ft5XRpp,其中F。為嚙合力J1為所述主動齒輪的轉動慣量；I2為所述漸開線輪廓體相對于齒輪中心的轉動慣量，所述轉動慣量的值通過平行移軸公式(7)確定:
I2 = mL2+I20 (7) 其中，m為漸開線輪廓體的質量，L為輪廓體的漸開線的質心點o'至齒輪中心的長度，I20為漸開線輪廓體相對于自身質心點o'的轉動慣量。
13.根據權利要求12所述的方法，其中: 將公式(5)和(6)進行以下坐標變換，以消除公式(5)和(6)中的勻速變化部分:
將坐標(8)代入公式(5)和(6)中獲得以下公式:
該方程組的通解表示為:
；以及 將公式(11)代入公式(9)和(10)求出以下的所述主動齒輪基體和漸開線輪廓體穩態解的振幅:
其中，Vp1和Vp2,分別為所述彈性隔層式減振主動齒輪和從動齒輪的振幅。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述S3步驟進一步包括: 根據已知的所述漸開線輪廓體相對于齒輪中心的轉動慣量I2和彈性隔層式減振主動齒輪振動角速度Q1選取彈性隔層材料k2，使所述彈性隔層材料的剛度滿足以下等式:
(14);以及 將等式(14)帶入公式(13)中，獲得以下等式:
(15)， 此時，所述彈性隔層式減振主動齒輪通所述彈性材料所產生的力矩和所述彈性隔層式減振主動齒輪基體的振動部分力矩Tp等值反向而相互抵消，使得根據公式(12)，所述彈性隔層式減振主動齒輪基體的振動部分振幅為
(16)。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，在所述步驟S4中，將彈性隔層式減振從動齒輪的基體的角位移Θ 3、振動角速度ω 3和基體的扭轉剛度k3取代Θ 1、ω i和Ic1代入公式和等式(5)-(15)，從而獲得所述彈性隔層式減振從動齒輪基體的振動部分振幅為
(17)。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，當滿足公式(16)和(17)時，根據所述齒輪傳動誤差計算公式(4)求出齒輪的傳動誤差為:
(18)。
【文檔編號】F16H55/14GK104074949SQ201410274458
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】劉富豪, 蔣漢軍, 鄭竹安, 龔蘇陽 申請人:鹽城工學院