CN111637198B

CN111637198B - 一种分体式人字齿轮及其行星传动装置

Info

Publication number: CN111637198B
Application number: CN202010440892.2A
Authority: CN
Inventors: 王淑妍; 郭栋祥; 袁卓俊
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: CN111637198A

Abstract

本发明涉及一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，属于机械传动技术领域；包括径向分节拼装式人字齿内齿轮、轴向分离式人字齿外齿轮、具有均载效应的人字齿行星齿轮和行星架；径向分节拼装式人字齿内齿轮上设有人字齿行星齿轮，不同的人字齿行星齿轮通过一个行星架连接；轴向分离式人字齿外齿轮与人字齿行星齿轮啮合连接。本发明通过相位可调的人字齿轮外齿轮、人字齿轮内齿轮和人字齿轮行星齿轮之间的相互配合，实现了刚度波动可控、行星轮均载情况良好的人字齿轮行星传动装置，解决了目前人字齿齿轮加工难度大、安装困难及刚度波动较大的问题，为矿用、船用和航空用大功率应用场合提供了一种有效传动结构形式。

Description

一种分体式人字齿轮及其行星传动装置

技术领域

本发明涉及一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，属于机械传动技术领域。

背景技术

人字齿轮传动由于可以在大承载能力下工作而不存在轴向推力，在重型机械的传动系统中被广泛的应用，尤其是在矿用、船用和航空用大功率减速器上的应用。目前的人字齿轮一般为整体式结构，其结构特点是在圆柱齿轮的一半齿宽设置为右旋齿而另一半齿宽设置为左旋齿。这种轮齿左右对称的结构目前主要存在的问题有：1.加工特别困难，尤其是尺寸较大的人字齿内齿轮；2.安装难度大，尤其是在人字齿轮行星轮系中，存在太阳轮、行星轮和内齿圈安装困难，甚至于无法安装的难题；3.完全对称的结构导致左右两侧啮合刚度的峰峰或谷谷叠加，刚度波动较大，振动噪声大。为突破这种整体结构形式，分体式人字齿轮结构及考虑啮合性能在分体时进一步优化是人字齿轮结构设计研发领域的重要方向和研究热点。对现有技术的文献检索发现：(1)中国专利，公开号：CN103867687A，公告日：2014.06.18，专利名称：组合式分段人字内齿圈。该专利人字齿圈采用径向分段，轴向左旋和右旋轮齿整体不分开，多段人字齿圈通过多段定位圆环联接组合成整体人字内齿圈，减少了加工和装配难度。(2)中国专利，公开号： CN105736644A，公告日：2016.07.06，专利名称：一种错齿相位可调行星人字齿轮减速器，该人字齿轮减速器的齿轮均采用分体式，分体式的齿轮之间具有定位的定位槽和定位块，可调节错齿相位。(3)中国专利，公开号：CN101793308A，公开日：2010.08.04，专利名称：人字齿行星减速器。该专利采用的人字齿内齿圈沿圆周方向分为至少两节的齿圈节拼装而成，拼接面位于人字齿中两个方向斜齿交叉部位，解决了太阳轮、行星轮和内齿圈安装困难的问题。上述专利文献从径向、轴向分节等方式采用不同的结构设计解决人字齿齿轮加工难、安装困难及刚度波动较大的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的人字齿齿轮加工难度大、安装困难及刚度波动较大的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，包括径向分节拼装式人字齿内齿轮、轴向分离式人字齿外齿轮、具有均载效应的人字齿行星齿轮和行星架；所述径向分节拼装式人字齿内齿轮上设有人字齿行星齿轮，不同的人字齿行星齿轮通过所述的一个行星架连接；所述轴向分离式人字齿外齿轮与人字齿行星齿轮啮合连接。

优选地，所述轴向分离式人字齿外齿轮包括左旋外齿轮、右旋外齿轮和环形垫片；所述左旋外齿轮和右旋外齿轮设有同一中轴线，左旋外齿轮和右旋外齿轮通过端面连接；所述左旋外齿轮与右旋外齿轮连接的端面上设有弧形圆弧凸台；所述右旋外齿轮与左旋外齿轮连接的端面上设有与所述弧形圆弧凸台相对应的弧形圆弧孔；所述弧形圆弧孔的弧长设为大于所述弧形圆弧凸台的弧长，所述左旋外齿轮端面上设有的弧形圆弧凸台与左旋外齿轮端面相交处设有环形垫片。

优选地，所述径向分节拼装式人字齿内齿轮包括左旋齿节、右旋齿节和倒T 型周向定位环；所述圆环形的倒T型周向定位环外圆周中部设有环状的突起，所述突起的两侧分别设为环形凸台一和环形凸台二；所述圆弧状的左旋齿节通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽与所述突起一侧设有的环形凸台一连接；所述圆弧状的右旋齿节通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽与所述突起的另一侧设有的环形凸台二连接；所述左旋齿节与所述环形突起一侧连接的圆弧端面上设有沉孔一，环形突起一侧上与所述沉孔一对应设有用于连接左旋齿节和突起的螺纹盲孔一；所述右旋齿节与所述环形突起另一侧连接的圆弧端面上设有沉孔二，环形突起另一侧上与所述沉孔二对应设有用于连接右旋齿节和突起的螺纹盲孔二；所述左旋齿节通过所述环形凸台一拼装连接设为圆环状的左旋内齿轮，所述右旋齿节通过所述环形凸台二拼装连接设为圆环状的右旋内齿轮。

优选地，所述具有均载效应的人字齿行星齿轮包括左旋斜齿轮、右旋斜齿轮、帽形套筒、四个扇形块和四个螺钉；所述帽形套筒通过左旋斜齿轮与右旋斜齿轮连接；左旋斜齿轮与右旋斜齿轮之间设有四个扇形块和四个螺钉；所述帽形套筒设有圆环形的基座和圆筒形的轴体，基座中心圆形开口处垂直设有与基座开口同一圆心的轴体；所述轴体穿设于所述左旋斜齿轮和右旋斜齿轮中轴线。

优选地，所述左旋斜齿轮与所述帽形套筒基座连接的端面上设有十字滑槽一，所述帽形套筒基座上设有与所述十字滑槽一配对的十字凸块一。

优选地，所述左旋斜齿轮与设有十字滑槽一的端面对应的另一侧端面上设有与左旋斜齿轮同一中轴线的圆环形凹槽，圆环形凹槽外侧圆周上沿径向均布设有圆形通孔；所述圆环形凹槽中设有四个扇形块，四个扇形块设于一虚拟的与左旋斜齿轮同一中轴线的圆平面上；所述扇形块外侧圆弧环面上设有与所述圆环形凹槽设有的圆形通孔对应的螺纹盲孔三；圆环形凹槽设有的圆形通孔与四个扇形块设有的螺纹盲孔三通过四个螺钉分别连接；所述右旋斜齿轮与左旋斜齿轮连接的端面上设有十字凸块二，十字凸块二与四个扇形块设于同一圆平面上，所述十字凸块二的每一个凸块设于两个扇形块之间。

优选地，所述行星架设为具有十字凸台的三角形行星架。

优选地，所述径向分节拼装式人字齿内齿轮上设有3个人字齿行星齿轮。

优选地，所述三角形行星架的三角形底座靠近三个夹角处垂直于底座面等距离同一方向分别设有三根轴，所述三根轴分别穿设于所述人字齿行星齿轮设有的帽形套筒的圆筒形的轴体的中心通孔内；所述三根轴外圆周设有环状台阶，环状台阶通过轴承与帽形套筒的圆筒形的轴体中心通孔内壁连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种相位可调、行星轮自动均载的拼装式人字齿结构及其行星传动装置，降低了加工、安装难度，且可根据刚度波动进行相位调节。

(1)本发明采用左、右旋齿轮周节在倒T型周向定位环上安装，形成相位可调、轴向和径向均可分体的人字齿内齿轮，解决了内齿轮的加工、安装困难的问题，同时相位可调可降低动力学上刚度波动较大的问题。

(2)本发明的人字齿行星齿轮采用左旋齿轮和帽形套筒、左旋齿轮和右旋斜齿轮之间形成可自动进行载荷分配的十字沟槽活动联接，左右旋齿轮可以根据载荷分配的情况改变其径向的位置，解决多个行星齿轮存在的载荷分配不均的问题。

(3)本发明通过相位可调的人字齿轮外齿轮、人字齿轮内齿轮和人字齿轮行星齿轮之间的相互配合，实现了刚度波动可控、行星轮均载情况良好的人字齿轮行星传动装置，可以在大承载能力下不存在轴向推力问题，为矿用、船用和航空用大功率应用场合提供了一种有效传动结构形式。

附图说明

图1为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的轴向分离式人字齿外齿轮结构图；

图2为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的径向分节拼装式人字齿内齿轮结构图；

图3为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的帽形套筒和人字齿行星齿轮左旋齿轮之间的活动联接结构图；

图4为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的人字齿行星齿轮右旋齿轮和左旋齿轮之间的活动联接结构图；

图5为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的人字齿行星轮的装配图；

图6为本发明一种分体式人字齿轮及其行星传动装置的人字齿行星齿轮传动装置结构图。

附图标记：1.左旋外齿轮；2.右旋外齿轮；3.弧形圆弧孔；4.弧形圆弧凸台；5.环形垫片；6.左旋齿节；7.右旋齿节；8.倒T型周向定位环；9.环形凸台一； 10.环形凸台二；11.弧状凹槽一；12.弧状凹槽二；13.左旋内齿轮；14.右旋内齿轮；15.沉孔一；16.螺纹盲孔一；17.左旋斜齿轮；18.右旋斜齿轮；19.帽形套筒；20.扇形块；21.螺钉；22.十字滑槽一；23.圆环形凹槽；24.圆环台面； 25.圆形通孔；26.螺纹盲孔三；28.十字凸块一；29.十字凸块二；30.三角形行星架；31.轴；32.台阶；33.轴承；111.轴向分离式人字齿外齿轮；222.径向分节拼装式人字齿内齿轮；333.具有均载效应的人字齿行星齿轮；。。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-6所示，本发明提供一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，包括径向分节拼装式人字齿内齿轮222、轴向分离式人字齿外齿轮111、具有均载效应的人字齿行星齿轮333和行星架；径向分节拼装式人字齿内齿轮222上设置有人字齿行星齿轮333，不同的人字齿行星齿轮333通过一个行星架连接；轴向分离式人字齿外齿轮111与人字齿行星齿轮333啮合连接。轴向分离式人字齿外齿轮 111包括左旋外齿轮1、右旋外齿轮2和环形垫片5；左旋外齿轮1和右旋外齿轮2设有同一中轴线，左旋外齿轮1和右旋外齿轮2通过端面连接；左旋外齿轮 1与右旋外齿轮2连接的端面上设有弧形圆弧凸台4；右旋外齿轮2与左旋外齿轮1连接的端面上设有与弧形圆弧凸台4相对应的弧形圆弧孔3；弧形圆弧孔3 的弧长设置为大于弧形圆弧凸台4的弧长，左旋外齿轮1端面上设有的弧形圆弧凸台4与左旋外齿轮1端面相交处设有环形垫片5。径向分节拼装式人字齿内齿轮222包括左旋齿节6、右旋齿节7和倒T型周向定位环8；圆环形的倒T型周向定位环8外圆周中部设有环状的突起，突起的两侧分别设为环形凸台一9和环形凸台二10；圆弧状的左旋齿节6通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽一11与突起一侧设有的环形凸台一9连接；圆弧状的右旋齿节7通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽二12与突起的另一侧设有的环形凸台二10连接；左旋齿节6与环形突起一侧连接的圆弧端面上设有沉孔一15，环形突起一侧上与沉孔一15对应设有用于连接左旋齿节6和突起的螺纹盲孔一16；右旋齿节7与环形突起另一侧连接的圆弧端面上设置有沉孔二，环形突起另一侧上与沉孔二对应设有用于连接右旋齿节和突起的螺纹盲孔二；左旋齿节6通过环形凸台一9拼装连接设为圆环状的左旋内齿轮13，右旋齿节通过环形凸台二10拼装连接设为圆环状的右旋内齿轮14。具有均载效应的人字齿行星齿轮333包括左旋斜齿轮17、右旋斜齿轮18、帽形套筒19、四个扇形块20和四个螺钉21；帽形套筒19通过左旋斜齿轮17与右旋斜齿轮18连接；左旋斜齿轮17与右旋斜齿轮18之间设有四个扇形块20和四个螺钉21；帽形套筒19设有圆环形的基座和圆筒形的轴体，基座中心圆形开口处垂直设有与基座开口同一圆心的轴体；轴体穿设于左旋斜齿轮17和右旋斜齿轮 18的中轴线。左旋斜齿轮17与帽形套筒19基座连接的端面上设有十字滑槽一 22，帽形套筒19基座上设有与十字滑槽一22配对的十字凸块一28。左旋斜齿轮17与设有十字滑槽一22的端面对应的另一侧端面上设有与左旋斜齿轮17同一中轴线的圆环形凹槽23，圆环形凹槽23外侧圆周上沿径向均布设有圆形通孔25；圆环形凹槽23中设有四个扇形块20，四个扇形块20设于一虚拟的与左旋斜齿轮17同一中轴线的圆平面上；扇形块20外侧圆弧环面上设有与圆环形凹槽 23设有的圆形通孔25对应的螺纹盲孔三26；圆环形凹槽23设有的圆形通孔25 与四个扇形块20设有的螺纹盲孔三26通过四个螺钉21分别连接；右旋斜齿轮 18与左旋斜齿轮17连接的端面上设有十字凸块二29，十字凸块二29与四个扇形块20设于同一圆平面上，十字凸块二29的每一个凸块设于两个扇形块之间。行星架设为具有十字凸台的三角形行星架30，径向分节拼装式人字齿内齿轮222 上设置有3个人字齿行星齿轮333；三角形行星架30的三角形底座靠近三个夹角处垂直于底座面等距离同一方向分别设有三根轴31，三根轴31分别穿设于人字齿行星齿轮333设有的帽形套筒19的圆筒形的轴体的中心通孔内；三根轴31 外圆周设有环状台阶32，环状台阶32通过轴承33与帽形套筒19的圆筒形的轴体中心通孔内壁连接。

本发明的特征在于一种相位可调、行星轮自动均载的拼装式人字齿结构及其行星传动装置，如图6所示，包括轴向分离式人字齿外齿轮111、径向分节拼装式人字齿内齿轮222、具有均载效应的人字齿行星齿轮333和具有十字凸台的三角形行星架30组成。

如图1所示，轴向分离式人字齿外齿轮111由左旋外齿轮1、右旋外齿轮2 和环形垫片5组成，左旋外齿轮1左端面上的弧形圆弧凸台4安装在右旋外齿轮 2右端面上的弧形圆弧孔3内，弧形圆弧孔3的弧长比弧形圆弧凸台4的弧长长，这样左旋外齿轮1和右旋外齿轮2形成一定范围内的相对周向转动连接，结合环形垫片5实现左右旋外齿轮相位差可调的人字齿外齿轮111。

如图2所示，径向分节拼装式人字齿内齿轮222，是由多个左旋齿节6、多个右旋齿节7、倒T型周向定位环8组成。倒T型周向定位环8左右两端具有环形凸台9、10，左旋齿节6通过弧状凹槽一11安装在倒T型周向定位环8的左侧环形凸台一9上，右旋齿节7通过其左端面上的弧状凹槽二12安装在倒T型周向定位环8的右侧环形凸台二10上，形成安装在倒T型周向定位环8上可相对转动的左旋内齿轮13和右旋内齿轮14，转动左、右旋内齿轮13、14找到合适的相位后，通过齿节上的沉孔一15和倒T型周向定位环8上的螺纹盲孔一16 实现固定联接，形成相位可调、轴向和径向均可分体的人字齿内齿轮222。

如图3、图4和图5所示，具有均载效应的人字齿行星齿轮333由左旋斜齿轮17、右旋斜齿轮18、帽形套筒19、四个扇形块20和四个螺钉21组成。左旋斜齿轮17左端面设置有十字滑槽一22，右端面设置有圆环形凹槽23，凹槽外圆环台面24上均布多个圆形通孔25，安装在左旋齿轮17右端面环形凹槽23内的扇形块20外环面上有螺纹盲孔三26，根据左旋齿轮17和右旋齿轮18之间的相位差，周向转动到合适位置后通过螺钉21将其和左旋齿轮17固定连接，形成十字滑槽；帽形套筒19右台阶上设置有十字凸块一28，和左旋斜齿轮17左端面的十字滑槽一22配合，形成十字沟槽活动连接；右旋斜齿轮18左端面有十字凸块二29，和左旋齿轮17与扇形块20形成的十字滑槽相配合，形成十字沟槽活动联接，帽形套筒19和左右旋齿轮17、18之间通过十字沟槽活动连接，可以实现左、右旋斜齿轮17、18的自转中心保留一定范围内的活动空间，实现行星传动装置中行星轮之间进行均载调节。

三角形行星架30设置有三根轴31，轴上设置台阶32，台阶32上安装有轴承33，轴承33上套装人字齿行星齿轮的帽形套筒19。

本发明具体工作过程如下：

如图6所示，动力从根据相位调整组合形成的轴向分离式人字齿外齿轮111 输入，与根据相位调整组合形成的具有均载效应的人字齿行星齿轮333相啮合，该人字齿行星轮333同时还与根据相位调整组合形成的且固定不动的径向分节拼装式人字齿内齿轮222相啮合，最后人字齿行星轮333的公转运动从三角形行星架30输出。运转过程中，三角行星架30上安装有对称的三个人字齿行星轮 333，可以根据载荷情况，通过人字齿行星轮333的左旋齿轮17和帽形套筒19、行星轮的右旋齿轮18和行星轮的左旋齿轮17之间形成的十字滑槽连接分别进行行星轮的左、右旋齿轮17、18的中心位置调节，即灵活调节形式构成人字齿行星轮333的六个右旋或左旋斜齿轮17、18的中心位置，实现载荷的自动调节。。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，其特征在于：包括径向分节拼装式人字齿内齿轮、轴向分离式人字齿外齿轮、具有均载效应的人字齿行星齿轮和一个行星架；所述径向分节拼装式人字齿内齿轮上设有人字齿行星齿轮，不同的人字齿行星齿轮通过所述的一个行星架连接；所述轴向分离式人字齿外齿轮与人字齿行星齿轮啮合连接；所述轴向分离式人字齿外齿轮包括左旋外齿轮、右旋外齿轮和环形垫片；所述左旋外齿轮和右旋外齿轮设有同一中轴线，左旋外齿轮和右旋外齿轮通过端面连接；所述左旋外齿轮与右旋外齿轮连接的端面上设有弧形圆弧凸台；所述右旋外齿轮与左旋外齿轮连接的端面上设有与所述弧形圆弧凸台相对应的弧形圆弧孔；所述弧形圆弧孔的弧长设为大于所述弧形圆弧凸台的弧长，所述左旋外齿轮端面上设有的弧形圆弧凸台与左旋外齿轮端面相交处设有环形垫片；所述径向分节拼装式人字齿内齿轮包括左旋齿节、右旋齿节和圆环形的倒T型周向定位环；所述圆环形的倒T型周向定位环外圆周中部设有环形突起，所述环形突起的两侧分别设为环形凸台一和环形凸台二；圆弧状的左旋齿节通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽与所述环形突起一侧设有的环形凸台一连接；圆弧状的右旋齿节通过内圆弧一侧设有的弧状凹槽与所述环形突起的另一侧设有的环形凸台二连接；所述左旋齿节与所述环形突起一侧连接的圆弧端面上设有沉孔一，环形突起一侧上与所述沉孔一对应设有用于连接左旋齿节和环形突起的螺纹盲孔一；所述右旋齿节与所述环形突起另一侧连接的圆弧端面上设有沉孔二，环形突起另一侧上与所述沉孔二对应设有用于连接右旋齿节和环形突起的螺纹盲孔二；所述左旋齿节通过所述环形凸台一拼装连接设为圆环状的左旋内齿轮，所述右旋齿节通过所述环形凸台二拼装连接设为圆环状的右旋内齿轮；所述具有均载效应的人字齿行星齿轮包括左旋斜齿轮、右旋斜齿轮、帽形套筒、四个扇形块和四个螺钉；所述帽形套筒通过左旋斜齿轮与右旋斜齿轮连接；左旋斜齿轮与右旋斜齿轮之间设有四个扇形块和四个螺钉；所述帽形套筒设有圆环形的基座和圆筒形的轴体，基座中心圆形开口处垂直设有与基座开口同一圆心的轴体；所述轴体穿设于所述左旋斜齿轮和右旋斜齿轮中轴线；所述左旋斜齿轮与所述帽形套筒基座连接的端面上设有十字滑槽一，所述帽形套筒基座上设有与所述十字滑槽一配对的十字凸块一；所述左旋斜齿轮与设有十字滑槽一的端面对应的另一侧端面上设有与左旋斜齿轮同一中轴线的圆环形凹槽，圆环形凹槽外侧圆周上沿径向均布设有圆形通孔；所述圆环形凹槽中设有四个扇形块，四个扇形块设于一虚拟的与左旋斜齿轮同一中轴线的圆平面上；所述扇形块外侧圆弧环面上设有与所述圆环形凹槽设有的圆形通孔对应的螺纹盲孔三；圆环形凹槽设有的圆形通孔与四个扇形块设有的螺纹盲孔三通过四个螺钉分别连接；所述右旋斜齿轮与左旋斜齿轮连接的端面上设有十字凸块二，十字凸块二与四个扇形块设于同一圆平面上，所述十字凸块二的每一个凸块设于两个扇形块之间；所述行星架设为具有十字凸台的三角形行星架。

2.如权利要求1所述的一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，其特征在于：所述径向分节拼装式人字齿内齿轮上设有3个人字齿行星齿轮。

3.如权利要求2所述的一种分体式人字齿轮及其行星传动装置，其特征在于：所述三角形行星架的三角形底座靠近三个夹角处垂直于底座面等距离同一方向分别设有三根轴，所述三根轴分别穿设于所述人字齿行星齿轮设有的帽形套筒的圆筒形的轴体的中心通孔内；所述三根轴外圆周设有环状台阶，环状台阶通过轴承与帽形套筒的圆筒形的轴体中心通孔内壁连接。