剛柔復合濾波齒輪的制作方法
【專利摘要】本發明首先公開了一種剛柔復合濾波外齒輪，包括外齒圈和間隙配合套裝在外齒圈內的輪轂，外齒圈與輪轂之間環形均布設有彈性體填充孔Ⅰ，彈性體填充孔Ⅰ內設有高阻尼彈性體Ⅰ。本發明其次公開了一種剛柔復合濾波內齒輪，包括內齒圈和間隙配合套裝在內齒圈外的齒座，內齒圈的內周壁上設有輪齒，內齒圈與齒座之間環形均布設有彈性體填充孔Ⅱ，彈性體填充孔Ⅱ內設有高阻尼彈性體Ⅱ。本發明還公開了一種剛柔復合濾波齒輪嚙合副，包括相互嚙合的兩個齒輪；兩個齒輪均為外齒輪，且兩個齒輪中，至少一個齒輪為剛柔復合濾波外齒輪；或，兩個齒輪中，其中一個為外齒輪、另一個為內齒輪，且外齒輪為如剛柔復合濾波外齒輪和/或內齒輪為剛柔復合濾波內齒輪。
【專利說明】剛柔復合濾波齒輪
【技術領域】
[0001]本發明屬于齒輪傳動【技術領域】，具體的涉及一種能夠過濾掉傳動過程中產生的波動的剛柔復合濾波外齒輪、內齒輪及其嚙合副。
【背景技術】
[0002]齒輪作為機械傳動裝置中最基礎的零件，在機械傳動領域中得到了廣泛應用和發展。隨著船舶、車輛、石油、水利、航空航天和國防武器等工程領域事業的迅速發展，對齒輪傳動的精度、可靠性及減振、降噪等性能提出了新的要求。回差是減速器傳動精度的重要指標，回差主要是由嚙合齒輪的齒側間隙決定的。側隙小雖然傳動精度高，但是齒輪在嚙合時容易產生各種干涉。輪齒嚙合時的嚙入、嚙出沖擊，及運行過程中零部件的損耗等因素都將加大齒輪傳動機構在運行過程中的振動、噪聲，并影響齒輪壽命。特別是在極端工況與特殊環境(如振動、高低溫交變)下，齒輪的體積熱膨脹及外界惡劣的力學環境，將使驅動機構產生非線性耦合振動并導致齒廓干涉、潤滑失效，甚至是齒與齒之間的“卡澀”或“卡死”現象，從而影響齒輪傳動的可靠性。另一方面電機作為傳動裝置的源頭，電機產生的機械能處于高轉速低轉矩狀態，通過減速器輸出時變為低轉速大轉矩狀態，期間由于零部件自身的制造裝配誤差，齒輪嚙合沖擊不可避免的將使力矩與轉速的傳遞產生波動。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種剛柔復合濾波外齒輪、內齒輪及其嚙合副，能夠有效過濾掉由于電機產生的機械能形態改變、裝配制造誤差和嚙合沖擊以及熱變形等因素產生的嚙合干涉、齒面疲勞磨損、振動和噪聲，保證傳動裝置在所設計的傳動精度和承載能力范圍內工作，有效防止極端工況與特殊環境影響下齒輪傳動裝置的“卡澀”、“卡死”等問題。
[0004]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
本發明首先提出了一種剛柔復合濾波外齒輪，包括外齒圈和間隙配合套裝在所述外齒圈內的輪轂，所述外齒圈的外周壁上設有輪齒，所述外齒圈與所述輪轂之間環形均布設有彈性體填充孔I，所述彈性體填充孔I內設有高阻尼彈性體I。
[0005]進一步，還包括分別蓋裝在所述外齒圈兩端面上用于防止所述輪轂相對于所述外齒圈軸向移動的擋圈I。
[0006]進一步，所述高阻尼彈性體I與所述彈性體填充孔I之間過盈配合。
[0007]進一步，所述高阻尼彈性體I采用金屬橡膠材料制成，所述高阻尼彈性體I的制造方法如下:
將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，所述螺旋卷的直徑為所述金屬絲直徑的10-15倍，所述沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在所述彈性體填充孔I內沖壓成型。
[0008]本發明其次提出了一種剛柔復合濾波內齒輪，包括內齒圈和間隙配合套裝在所述內齒圈外的齒座，所述內齒圈的內周壁上設有輪齒，所述內齒圈與所述齒座之間環形均布設有彈性體填充孔II，所述彈性體填充孔II內設有高阻尼彈性體II。
[0009]進一步，還包括分別蓋裝在所述內齒圈兩端面上用于防止所述齒座相對于所述內齒圈軸向移動的擋圈II。
[0010]進一步，所述高阻尼彈性體II與所述彈性體填充孔II之間過盈配合。
[0011]進一步，所述高阻尼彈性體II采用金屬橡膠材料制成，所述高阻尼彈性體II的制造方法如下:
將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，所述螺旋卷的直徑為所述金屬絲直徑的10-15倍，所述沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在所述彈性體填充孔II內沖壓成型。
[0012]本發明還提出了一種剛柔復合濾波齒輪嚙合副，包括相互嚙合的兩個齒輪；
兩個所述齒輪均為外齒輪，且兩個所述齒輪中，至少一個所述齒輪為如權利要求1-4
所述的剛柔復合濾波外齒輪；或，
兩個所述齒輪中，其中一個為外齒輪、另一個為內齒輪，且所述外齒輪為如權利要求1-4所述的剛柔復合濾波外齒輪和/或所述內齒輪為如權利要求5-8所述的剛柔復合濾波內齒輪。
[0013]進一步，兩個所述齒輪的軸線相互平行或相交。
[0014]本發明的有益效果在于:
本發明的剛柔復合濾波內/外齒輪，通過將其分體設置為輪轂和外齒圈兩個零件，并在兩者間緊密填充高阻尼彈性體I，從而明顯增強了齒輪及整個傳動系統的抗振能力。輪轂與齒圈之間存在的配合間隙用于限制高阻尼彈性體I的最大彈性變形量，以保證齒輪的傳動精度與扭轉剛度。通過可控的彈性變形量過濾掉由于電機產生的機械能形態改變、裝配制造誤差和嚙合沖擊等產生的嚙合干涉、齒面疲勞磨損、振動和噪聲，保證采用本發明剛柔復合濾波齒輪的傳動裝置在所設計的傳動精度和承載能力范圍內工作，能夠有效防止齒輪傳動裝置在極端工況與特殊環境影響下出現的“卡澀”、“卡死”等問題。
[0015]另外，本發明的剛柔復合濾波外齒輪、內齒輪及其嚙合副具有適用范圍廣、可廣泛應用于多種齒輪傳動裝置中的優點，適合大范圍推廣使用。
[0016]本發明中，高阻尼彈性體I和高阻尼彈性體II采用的金屬橡膠材料，其本質仍是一種金屬材料，相比其他非金屬類的阻尼材料，具有更好的耐油、耐高低溫、耐腐蝕的性能，因此，本發明的剛柔復合濾波外齒輪、內齒輪及其嚙合副的使用壽命高于其他類型的柔性齒輪副。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
圖1為本發明剛柔復合濾波外齒輪實施例的結構示意圖；
圖2為圖1的C-C剖面視圖；
圖3為本實施例剛柔復合濾波外齒輪的軸向爆炸圖；
圖4為本發明剛柔復合濾波內齒輪實施例的結構示意圖； 圖5為本發明剛柔復合濾波齒輪嚙合副實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0019]第一實施例
如圖1所示，為本發明剛柔復合濾波外齒輪實施例的結構示意圖。本實施例的剛柔復合濾波外齒輪，包括外齒圈I和間隙配合套裝在外齒圈I內的輪轂2，外齒圈I的外周壁上設有輪齒I 3，外齒圈I與輪轂2之間環形均布設有彈性體填充孔I，所述彈性體填充孔I內設有高阻尼彈性體I 4，具體的，外齒圈I的內孔壁上設有弧形凹槽I，輪轂2的外周壁上設有弧形凹槽II，弧形凹槽I和弧形凹槽II配合構成彈性體填充孔I。輪轂2的中心設有中心通孔5，能夠方便地與齒輪軸配合。外齒圈I與輪轂2之間的配合間隙的大小應根據載荷大小計算而定，要求在齒輪副承受額定徑向載荷時，高阻尼彈性體I 4的徑向變形使外齒圈I和輪轂2之間的配合面正好接觸。本實施例的輪齒I 3的齒形可以為漸開線的直齒、斜齒、錐齒、螺旋齒或擺線齒，以上齒形的選擇并不妨礙本發明在結構上的實質性改進。
[0020]優選的，本實施例的剛柔復合濾波外齒輪還包括分別蓋裝在外齒圈I兩端面上用于防止輪轂2相對于外齒圈I軸向移動的擋圈I 6，本實施例的擋圈I 6采用螺釘7安裝在外齒圈I上，擋圈I 6的平面與輪轂2亦有接觸，但擋圈I 6內徑稍大于輪轂2的凸臺外徑，以保證輪轂2可以沿徑向產生微小移動。
[0021]進一步，高阻尼彈性體I 4與彈性體填充孔I之間過盈配合。本實施例的高阻尼彈性體I 4采用金屬橡膠材料制成，且高阻尼彈性體I 4的制造方法如下:將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，所述螺旋卷的直徑為所述金屬絲直徑的10-15倍，沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在彈性體填充孔I內沖壓成型。具體的，奧氏體不銹鋼金屬絲的牌號為0Crl8Ni9Ti或0Crl8Ni9Ti等，金屬絲直徑范圍為0.05~0.5mm，螺旋卷直徑為金屬絲直徑的10-15倍，螺旋卷拉伸后的螺距與螺旋卷直徑大致相等，最終金屬橡膠成品的相對密度為0.1-0.4，壓縮彈性模量彡1MPa0本實施例的金屬絲直徑范圍為0.1mm,螺旋卷直徑為金屬絲直徑的14倍。另外，環形均布的所有圓柱狀高阻尼彈性體I 4的性能應一致，以保證剛柔復合濾波齒輪傳動性能的穩定性。建議所有圓柱狀高阻尼彈性體I 4同時進行模壓成型生產，且其毛坯的重量差距不超過正±1%。可直接利用外齒圈I和輪轂2作為模具的一部分，恰當的定位后，以彈性體填充孔I作為模壓的型腔直接沖壓成型。
[0022]本實施例中，外齒圈I的內徑為84.0mm，輪轂2的外徑為83.9mm，即外齒圈I和輪轂2之間的配合間隙值為0.05_。高阻尼彈性體I 4為6個均布的直徑為25.0mm的金屬橡膠圓柱體。
[0023]本實施例的剛柔復合濾波外齒輪，通過將其分體設置為輪轂2和外齒圈I兩個零件，并在兩者間緊密填充高阻尼彈性體I 4，從而明顯增強了齒輪及整個傳動系統的抗振能力。輪轂與齒圈之間存在的配合間隙用于限制高阻尼彈性體I 4的最大彈性變形量，以保證齒輪的傳動精度與扭轉剛度。通過可控的彈性變形量過濾掉由于電機產生的機械能形態改變、裝配制造誤差和嚙合沖擊等產生的嚙合干涉、齒面疲勞磨損、振動和噪聲，保證采用本發明剛柔復合濾波外齒輪的傳動裝置在所設計的傳動精度和承載能力范圍內工作，能夠有效防止齒輪傳動裝置在極端工況與特殊環境影響下出現的“卡澀”、“卡死”等問題。
[0024]第二實施例
如圖4所示，為本發明剛柔復合濾波內齒輪實施例的結構示意圖。本實施例的剛柔復合濾波內齒輪，包括內齒圈8和間隙配合套裝在內齒圈8外的齒座9，內齒圈8的內周壁上設有輪齒II 10，內齒圈8與齒座9之間環形均布設有彈性體填充孔II，彈性體填充孔II內設有高阻尼彈性體II 11。具體的，內齒圈8的內孔壁上設有弧形凹槽III，齒座9的外周壁上設有弧形凹槽IV，弧形凹槽III和弧形凹槽IV配合構成彈性體填充孔II。內齒圈8與齒座9之間的配合間隙的大小應根據載荷大小計算而定，要求在齒輪副承受額定徑向載荷時，高阻尼彈性體II 11的徑向變形使內齒圈8和齒座9之間的配合面正好接觸。本實施例的輪齒II 10的齒形可以為漸開線的直齒、斜齒、錐齒、螺旋齒或擺線齒，以上齒形的選擇并不妨礙本發明在結構上的實質性改進。
[0025]優選的，本實施例的剛柔復合濾波內齒輪還包括分別蓋裝在內齒圈8兩端面上用于防止齒座9相對于內齒圈8軸向移動的擋圈II 12，本實施例的擋圈II 12采用螺釘13安裝在內齒圈8上，擋圈II 12的平面與齒座9亦有接觸，但擋圈II 12內徑稍小于齒座9的凸臺外徑，以保證齒座9可以沿徑向產生微小移動。
[0026]進一步，高阻尼彈性體II 11與彈性體填充孔II之間過盈配合。本實施例的高阻尼彈性體II 11采用金屬橡膠材料制成，且高阻尼彈性體II 11的制造方法如下:將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，螺旋卷的直徑為金屬絲直徑的10-15倍，沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在彈性體填充孔II內沖壓成型。具體的，奧氏體不銹鋼金屬絲的牌號為0Crl8Ni9Ti或0Crl8Ni9Ti等，金屬絲直徑范圍為0.05-0.5mm,螺旋卷直徑為金屬絲直徑的10-15倍，螺旋卷拉伸后的螺距與螺旋卷直徑大致相等，最終金屬橡膠成品的相對密度為0.1-0.4，壓縮彈性模量> 1MPa0本實施例的金屬絲直徑范圍為0.2mm，螺旋卷直徑為金屬絲直徑的12倍。另外，環形均布的所有圓柱狀高阻尼彈性體II 11的性能應一致，以保證剛柔復合濾波齒輪傳動性能的穩定性。建議所有圓柱狀高阻尼彈性體II 11同時進行模壓成型生產，且其毛坯的重量差距不超過正±1%。可直接利用內齒圈8和齒座9作為模具的一部分，恰當的定位后，以彈性體填充孔II作為模壓的型腔直接沖壓成型。
[0027]本實施例中，內齒圈8和齒座9之間的配合間隙值為0.05_。高阻尼彈性體I 4為6個均布的直徑為25.0mm的金屬橡膠圓柱體。
[0028]第三實施例
如圖5所示，為本發明剛柔復合濾波齒輪嚙合副實施例的結構示意圖。本實施例的剛柔復合濾波齒輪嚙合副，包括相互嚙合的兩個齒輪。本實施例的兩個齒輪中，其中一個為外齒輪14、另一個為內齒輪15，且外齒輪14采用如第一實施例所述剛柔復合濾波外齒輪，內齒輪為普通齒輪。本實施例的內齒輪15的輪轂2中心通孔內安裝有偏心軸16，偏心軸16與中心通孔之間設有軸承17，外齒輪14和內齒輪15之間設有偏心距e。進一步，兩個齒輪的軸線相互平行或相交，本實施例的兩個齒輪的軸線平行。
[0029]同理，兩個齒輪中，還可為外齒輪為普通齒輪，內齒輪采用如第二實施例所述的剛柔復合濾波內齒輪，或外齒輪14采用如第一實施例所述剛柔復合濾波外齒輪，同時內齒輪采用如第二實施例所述的剛柔復合濾波內齒輪。當然，剛柔復合濾波齒輪嚙合副的兩個齒輪還可以均為外齒輪，且兩個齒輪中，其中一個外齒輪采用如第一實施例所述的剛柔復合濾波外齒輪；或兩個外齒輪均采用如第一實施例所述的剛柔復合濾波外齒輪。不再累述。
[0030]本實施例中，影響本實施例剛柔復合濾波齒輪嚙合副的制造裝配誤差主要包括內齒輪15和外齒輪14的齒廓齒距偏差、齒輪的形狀位置偏差如徑向跳動及兩齒輪間中心距和軸線平行度的偏差。這些因素都會影響傳動的平穩性，從而產生振動、噪聲。外齒輪14與輪轂2之間填充的高阻尼彈性體I 4通過往復的彈性變形可以吸收能量從而減小振動、噪聲，同時可以容許兩齒輪軸線之間平行度存在一定偏差起到彈性聯軸器的作用。輪轂2和外齒圈I之間存在配合間隙用于限制金屬橡膠的最大彈性變形量以保證齒輪的傳動精度與扭轉剛度。
[0031]一對齒輪副之間的回差是影響齒輪傳動精度的重要指標，內齒輪15與外齒輪14之間回差的大小主要由兩個齒輪的齒距偏差及中心距e決定，對于圖4所示的內嚙合齒輪畐0，通過適當地增加中心距e貼緊內齒輪15與外齒圈I的齒面能減小回差提高傳動精度，并增加嚙合齒對提高承載能力。但是回差過小時，齒廓及徑向偏差較大處的嚙合就容易產生齒廓干涉從而加劇齒面疲勞及磨損，特殊與極端環境如高低溫交變引起的齒輪變形也會出現類似問題。外齒輪14與輪轂2之間填充的高阻尼彈性體I 4后，可以適當的增加中心距e以減小回差，在誤差較大有可能發生齒廓干涉的部位，高阻尼彈性體I 4發生適當的壓縮變形使兩齒輪的中心距減小以增加齒側間隙使嚙合順利過渡并減少齒面磨損。同理在高低溫交變情況下，若溫度升高齒輪體積膨脹，在齒廓產生干涉部位高阻尼彈性體I 4的壓縮變形兩齒輪的中心距減小適當增加了輪齒之間的側隙，以避免“卡澀”、“卡死”現象以及熱應力引起的潤滑失效、摩擦磨損。當溫度降低后高阻尼彈性體I 4壓縮變形釋放，使兩齒輪的中心距增加以減小回差保證傳動精度，從而使整個傳動裝置具有自適應和實時調整的功能。
[0032]以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本【技術領域】的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【權利要求】
1.一種剛柔復合濾波外齒輪，其特征在于:包括外齒圈和間隙配合套裝在所述外齒圈內的輪轂，所述外齒圈的外周壁上設有輪齒，所述外齒圈與所述輪轂之間環形均布設有彈性體填充孔I，所述彈性體填充孔I內設有高阻尼彈性體I。
2.根據權利要求1所述的剛柔復合濾波外齒輪，其特征在于:還包括分別蓋裝在所述外齒圈兩端面上用于防止所述輪轂相對于所述外齒圈軸向移動的擋圈I。
3.根據權利要求1所述的剛柔復合濾波外齒輪，其特征在于:所述高阻尼彈性體I與所述彈性體填充孔I之間過盈配合。
4.根據權利要求1所述的剛柔復合濾波外齒輪，其特征在于:所述高阻尼彈性體I采用金屬橡膠材料制成，所述高阻尼彈性體I的制造方法如下: 將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，所述螺旋卷的直徑為所述金屬絲直徑的10-15倍，所述沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在所述彈性體填充孔I內沖壓成型。
5.一種剛柔復合濾波內齒輪，其特征在于:包括內齒圈和間隙配合套裝在所述內齒圈外的齒座，所述內齒圈的內周壁上設有輪齒，所述內齒圈與所述齒座之間環形均布設有彈性體填充孔II，所述彈性體填充孔II內設有高阻尼彈性體II。
6.根據權利要求5所述的剛柔復合濾波內齒輪，其特征在于:還包括分別蓋裝在所述內齒圈兩端面上用于防止所述齒座相對于所述內齒圈軸向移動的擋圈II。
7.根據權利要求5所述的剛柔復合濾波內齒輪，其特征在于:所述高阻尼彈性體II與所述彈性體填充孔II之間過盈配合。
8.根據權利要求5所述的剛柔復合濾波內齒輪，其特征在于:所述高阻尼彈性體II采用金屬橡膠材料制成，所述高阻尼彈性體II的制造方法如下: 將奧氏體不銹鋼金屬絲制成螺旋卷后沖壓成型，所述螺旋卷的直徑為所述金屬絲直徑的10-15倍，所述沖壓成型時采用外制模具沖壓成型或直接在所述彈性體填充孔II內沖壓成型。
9.一種剛柔復合濾波齒輪嚙合副，其特征在于:包括相互嚙合的兩個齒輪； 兩個所述齒輪均為外齒輪，且兩個所述齒輪中，至少一個所述齒輪為如權利要求1-4所述的剛柔復合濾波外齒輪；或， 兩個所述齒輪中，其中一個為外齒輪、另一個為內齒輪，且所述外齒輪為如權利要求1-4所述的剛柔復合濾波外齒輪和/或所述內齒輪為如權利要求5-8所述的剛柔復合濾波內齒輪。
10.根據權利要求9所述的剛柔復合濾波齒輪嚙合副，其特征在于:兩個所述齒輪的軸線相互平行或相交。
【文檔編號】F16H55/17GK104500693SQ201410711311
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】王家序, 李俊陽, 周廣武, 肖科, 蒲偉 申請人:重慶大學