CN102817968A

CN102817968A - 内啮合双圆弧结构

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Publication number: CN102817968A
Application number: CN2012101659214A
Authority: CN
Inventors: 袁宗凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-12-12

Abstract

一种机械零件技术领域的内啮合双圆弧结构，包括：太阳轮、行星架、弹性杆以及设置于弹性杆上的若干组内齿机构及对应的内齿轮，弹性杆的两端均与行星架相连，太阳轮活动设置于若干组内齿机构的外部，内齿机构为由外而内依次啮合的行星轮和轴承组成，轴承套接于弹性杆上，内齿轮与对应的行星轮相啮合。本发明内齿轮齿顶圆采用大曲率半径，并组成行星齿轮传动，发挥多行星轮同时传递载荷并达到功率分流和变速目的，进一步提高效率，体积和重量低于现有技术的1/3且不易磨损，大大提高产品寿命，可应用于各行业。

Description

内啮合双圆弧结构

技术领域

本发明涉及的是一种机械零件技术领域装置，具体是一种内啮合双圆弧结构。

背景技术

渐开线齿轮已应用数百年，大多数齿轮传动为渐开线传动。近年先发展了单双圆弧结构传动，现有的双圆弧结构装置有外啮合形式，由双圆弧和渐开线组成不对称齿形，优点是降低装置体积和重量，软齿面双圆弧结构接触疲劳强度及弯曲疲劳强度远高于渐开线齿轮，硬齿面双圆弧结构强度又成倍增加；所以大大降低了传动体积和重量，因而成倍降低了成本。双圆弧结构传动有下列优点：双圆弧结构沿齿高方向凸齿和凹齿相配，相对曲率差很小，啮合齿廓间分离量远小于渐开线齿轮，因而跑合性能好；啮合过程中二齿面沿齿线方向相互滚动，且滚动速度很大，齿面间能建立较厚油膜，因而磨擦损失小，效率高，不易磨损；齿面上各点相对滑动速度相同，因而齿面磨损小而均匀，跑合性能好。正常磨损后会降低齿面粗糙度，改进传动质量；因齿形特点无根切，齿数可取得很小。而其不足之处在于双圆弧结构传动仅有外啮合形式，未充分发挥内啮合双圆弧结构接触疲劳极限远高于内啮合渐开线齿轮的特点。

现有的内齿轮有很大的曲率半径，因而有更高的强度。内啮合广泛用于渐开线与摆线传动，其优点是降低了传动体积和重量；不足之处在于未充分发双圆弧齿形强度远高于渐开线齿形与摆线齿形潜力。目前双圆弧结构传动仅有外啮合方式，因而不能全部发挥其潜力。目前渐开线行星传动合理采用内啮合，大大降低传动体积；重量。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN1474078，公开日2004-02-11，记载了一种“由双圆弧和渐开线组成的不对称齿形的齿轮传动”，通过正方向传力时或反方向传力时具有不同承载能力的齿轮，适用于传力方向固定只偶尔有反转的齿轮传动。正方向传力时主工作面接触，主工作面是较大齿厚比的分阶式双圆弧齿形，它同标准双圆弧齿形相比，弯曲应力较低，从而进一步提高了承载能力。反方向传力时副工作面接触，副工作面是大压力角渐开线，承载能力比双圆弧结构弱，比标准渐开线齿轮强些；该技术在传力方向为双向时的齿轮传动场合不适用，从而大大限止其用途；同时也没有现成的齿轮刀具及量具可用，增加了制造成本，并没足够的理论成果(承载能力计算等)。

中国专利文献号CN1366590，公开日2002-08-28，记载了一种“内啮合行星齿轮结构的传动装置”该技术包括：一个框架主体，设有与其内啮合的齿轮；一个第一轴，设有中心齿轮；多个行星齿轮，可操纵地耦接到所述中心齿轮；多个曲柄结构，机械耦接到相应的行星齿轮；一个行星齿轮结构，机械地耦接到曲柄结构，可操纵地与框架主体的齿轮接合；和一个第二轴，机械耦接到曲柄结构。但该技术未充分发挥内啮合双圆弧结构接触疲劳极限远高于内啮合渐开线齿轮的特点，且该技术结构较复杂，曲柄结构制造成本高传动效率低，也缺乏理论成果。

中国专利文献号CN1534217，公开日2004-10-06，记载了一种摆动内啮合型行星齿轮装置，是使用次摆线齿形的齿轮和圆弧齿形的齿轮的动力传递装置，即使不使用添加了亚硝酸钠的润滑脂也能实现长寿命和高效率的维持。该摆动内啮合型行星齿轮装置，在上述外齿轮和上述内齿轮之间充填至少含有基油和增稠剂的润滑脂，上述基油在温度100℃时的动黏度为10mm²/s以上，上述增稠剂是由己二酸合成的锂复合物。但该技术未充分发双圆弧齿形强度远高于渐开线齿形与摆线齿形潜力；众所周知齿轮装置采用润滑脂方式仅适用小功率，小扭矩。润滑脂粘度高影响效率。也没现成量具刀具可用，提高了成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种内啮合双圆弧结构，其内齿轮齿顶圆采用大曲率半径，并组成行星齿轮传动，发挥多行星轮同时传递载荷并达到功率分流和变速目的，进一步提高效率，体积和重量低于现有技术的1/3且不易磨损，大大提高产品寿命，可应用于各行业。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：太阳轮、行星架、弹性杆以及设置于弹性杆上的若干组内齿机构及对应的内齿轮，其中：弹性杆的两端均与行星架相连，太阳轮活动设置于若干组内齿机构的外部，所述内齿机构为由外而内依次啮合的行星轮和轴承组成，轴承套接于弹性杆上，内齿轮与对应的行星轮相啮合。

所述的太阳轮为人字齿轮，且为左右对称结构，其中间设有退刀槽的双圆弧结构的外齿轮。

由于双圆弧结构保持连续传动必须做成具有螺旋角的斜齿轮，为抵消因而产生的轴向力，传动设计成人字齿，避免了复杂和昂贵的结构。

当所述的内齿机构共两组时，两组内齿机构的两个行星轮之间旋转方向相反，对应两个内齿轮之间旋转方向相反。

所述的内齿轮和外齿轮均为双圆弧齿形结构。

所述的两组内齿机构的双排传动齿宽大于或等于中心距，通常单排传动齿宽为中心距的0.5-0.6倍，齿宽成倍增加使相同条件下传动承载能力达单排传动1.8倍以上。

所述的弹性杆具体为带有对称的圆柱体及等强度杆所组成。

本发明采用弹性杆均载机构同时解决双排齿及多行星轮均载问题，该弹性杆也可采用油膜浮动均载机构实现。

所述的内齿机构之间以及内齿机构与行星架之间均设有轴向的隔套。

所述的轴承与轴承套之间以及轴承与行星轮之间均设有挡圈。

太阳轮载荷同时传到双排行星轮上，在因制造，安装，变形，温差产生不均载时，弹性杆会自行调整受力状态达到均载。因行星轮受力最大，所以补偿动作灵敏。均载时位移量小于太阳轮和内齿轮。弹性杆有缓冲和减振作用，结构简单，方便制造，安装，维修，有利传动总体布置。由于行星轮内装一个调心轴承和弹性杆，加上太阳轮浮动，机构静定度为零，完全满足空间静定条件。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：行星架1、左内齿轮2、左轴承3、左行星轮4、第一挡圈5、右内齿轮6、第一隔套7、弹性杆8、右轴承9、轴承套10、第二挡圈11、第二隔套12、太阳轮13、右行星轮14。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1 1.5MW齿轮箱低速级齿轮

如图1所示，本实施例包括：行星架1、左内齿轮2、左轴承3、左行星轮4、第一挡圈5、右内齿轮6、第一隔套7、弹性杆8、右轴承9、轴承套10、第二挡圈11、第二隔套12、太阳轮13、右行星轮14，其中：太阳轮13活动设置于行星轮4和14上，左内齿轮2和左行星轮4啮合，右内齿轮6和右行星轮14啮合，左轴承3装在4中，右轴承9装在14中，每个行星轮轴承均装在轴承套10上。弹性杆8同时连接行星架1和轴承套10，第一挡圈5，第二挡圈11和第一隔套7，第二隔套12固定轴承及弹性杆。

本实施例中：

叶轮转数14.88r/min，叶轮扭矩96.42GN·m，齿高系数为1.45；传动比为4，行星轮共3个，法向模数12mm，螺旋角30度；

所述的外齿轮为6级精度，内齿轮为7级精度且内外齿轮法向模数相等，齿宽2＊210mm，中心距415.692mm，所采用的合金为20CrNi2MoA；

所述的太阳轮及行星轮为渗碳淬火HRC58-62工艺制成且均为6级精度，单侧纵向重合度2.785。

经计算外啮合接触疲劳应力为616.63MPa，本发明应用计算机控制热处理，接触疲劳极限1700MPa，安全系数远高于齿轮手册为1.5要求。由于本发明采用超短齿形，弯曲疲劳强度比GB/T12759-1991齿形高3.1倍。完全满足20年使用要求。内齿轮，3只行星轮，太阳轮总重为1956kg。

当改为5个行星轮，法向模数8mm，螺旋角30度，6级精度，齿宽2＊190mm，中心距369.504mm，所采用的合金为25Cr2MoV，深层离子氮化HV＞650，单侧纵向重合度3.778，经计算外啮合接触疲劳应力为708.462MPa。安全系数远高于齿轮手册安全系数为1.5要求。内齿轮，5只行星轮，太阳轮总重为2020.925kg。因使用深层离子氮化，普通机床，普通刀具就可加工，制造成本不高。

实施例2 1.5MW齿轮箱中速级齿轮

本实施例中：传动比为4，法向模数8mm，螺旋角30度，6级精度，齿宽2＊135mm，中心距258.653mm，所采用的合金为25Cr2MoV，深层离子氮化HV＞650，单侧纵向重合度2.686。

经计算外啮合接触疲劳应力为620.467MPa，本发明应用计算机控制热处理，接触疲劳极限1650MPa，安全系数远高于齿轮手册安全系数为1.5要求。由于本发明采用超短齿形，弯曲疲劳强度比GB/T12759-1991齿形高3.1倍。完全满足20年使用要求。内齿轮，3只行星轮，太阳轮总重为834kg。因使用深层离子氮化，普通机床，普通刀具就可加工，制造成本不高。

实施例3 1.5MW齿轮箱高速级齿轮

本实施例中：由于风电齿轮箱特殊结构，高速级为平行轴传动，传动比为4.2，法向模数8mm，螺旋角30度，6级精度，齿宽2＊120mm，中心距460mm，所采用的合金为25Cr2MoV，深层离子氮化HV＞650，单侧纵向重合度2.429.大、小齿轮总重为712kg。经计算接触疲劳应力为602.89MPa，同样计算机控制热处理，接触疲劳极限1650MPa，安全系数远高于齿轮手册安全系数为1.5要求。因使用深层离子氮化，普通机床，普通刀具就可加工，制造成本不高。

所有齿轮总重为2575kg，加上其它另件，总重低于6吨。

实施例4 5MW齿轮箱低速级齿轮

本实施例中：叶轮转数9.5r/min，叶轮扭矩503.41GN·m

传动比为4，法向模数20mm，螺旋角30度，6级精度，齿宽2＊290mm，中心距718.28mm，所采用的合金为20CrNi2MoA，渗碳淬火HRC58-62，单侧纵向重合度2.308.

经计算外啮合接触疲劳应力为774.319MPa，本发明应用计算机控制热处理，接触疲劳极限1700MPa，安全系数远高于齿轮手册安全系数为1.5要求。由于本发明采用超短齿形，弯曲疲劳强度比GB/T12759-1991齿形高3.1倍。完全满足20年使用要求。

相同条件时渐开线行星传动法向模数24mm，螺旋角30度，齿宽2＊370mm，中心距735mm，所采用的合金为20CrNi2MoA，渗碳淬火HRC58-62，6级精度，单侧纵向重合度2.454。经计算接触疲劳应力为782.10MPa，渐开线行星传动安全系数为1.67，安全系数大大低于双圆弧结构。

Claims

1.一种内啮合双圆弧结构，其特征在于，包括：太阳轮、行星架、弹性杆以及设置于弹性杆上的若干组内齿机构及对应的内齿轮，其中：弹性杆的两端均与行星架相连，太阳轮活动设置于若干组内齿机构的外部，所述内齿机构为由外而内依次啮合的行星轮和轴承组成，轴承套接于弹性杆上，内齿轮与对应的行星轮相啮合；所述的太阳轮为人字齿轮，且为左右对称结构，其中间设有退刀槽的双圆弧结构的外齿轮。

2.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的内齿轮和外齿轮均为双圆弧齿形结构。

3.根据权利要求1或2所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的双圆弧结构为具有螺旋角的斜齿轮。

4.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，当所述的内齿机构共两组时，两组内齿机构的两个行星轮之间旋转方向相反，对应两个内齿轮之间旋转方向相反。

5.根据权利要求4所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的两组内齿机构的双排传动齿宽大于或等于中心距。

6.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，当所述的内齿机构共一组时，单排传动齿宽为中心距的0.5-0.6倍。

7.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的弹性杆为带有对称的圆柱体及等强度杆所组成。

8.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的弹性杆为油膜浮动均载机构。

9.根据权利要求1或4或5或6所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的内齿机构之间以及内齿机构与行星架之间均设有轴向的隔套。

10.根据权利要求1所述的内啮合双圆弧结构，其特征是，所述的轴承与轴承套之间以及轴承与行星轮之间均设有挡圈。