CN103867651B - 人字齿星形传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人字齿星形传动装置，其特征在于太阳轮、星轮轴、大星轮、内齿圈均采用人字齿；内齿圈与星轮轴啮合，大星轮与太阳轮啮合；内齿圈转动，行星架不转动；内齿圈为组合式分段人字内齿圈，采用多份单段人字齿圈通过定位圆环联接承载并自动定心；单段人字齿圈左右旋向轮齿为整体加工而成；采用定位销对单段齿圈结合部两侧进行周向约束，防止定位圆环在定位槽中转动，有益效果是实现人字齿星形传动的装配，实现星轮不受交变载荷，能够持续定点对星轮及轴承润滑，能够在较小的机床上通过分段加工得到很大直径的内齿圈，搬运、包装、装配及拆卸过程十分方便，能够实现单段齿圈维修更换，无需更换整个齿圈，节省大量材料和加工费用。

Description

人字齿星形传动装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，特别是涉及一种人字齿星形传动装置。

背景技术

行星传动具有很多结构紧凑，传动比大等优点，但是由于行星轮与内齿圈和太阳轮同时啮合，行星轮同时承受双向交变载荷，根据材料力学理论对于承受双向交变载荷的齿轮进行强度计算只能按材料屈服强度的0.7倍计算，也就是行星轮的强度大大下降，相应的行星轮的疲劳寿命也大大缩短，也就是行星轮是行星传动中较薄弱的一环；2K-H行星传动中行星架不断转动，行星轮随着行星架不断公转且绕自身轴线同时作自转，空间位置不固定，时刻发生变化，定点压力润滑时润滑油无法时刻对准行星轮和行星轮轴承进行润滑和冷却，只能是周期性间歇式润滑和冷却，当行星架转过一定角度时才能进行下一次的润滑，对于行星轮上的轴承高速运转时不能持续润滑冷却，很容易发生发生烧伤损坏。

人字齿轮传动不但具有斜齿轮传动的优点，而且能克服斜齿轮传动时因轴向力过大而不能采用过大螺旋角的缺点。人字齿啮合具有在大螺旋角下齿轮整个重合度大,不产生轴向力,承载能力高，使用寿命长、可靠性高、传动平稳和振动噪声小等优点,已被广泛应用于舰船、航空、冶金、矿山等高速载重的动力传动领域。

人字齿行星传动装配困难是人字齿行星传动技术发展的瓶颈，内齿圈作为内啮合传动必不可少的传动件之一，广泛用于行星传动等领域。因无法解决人字内齿圈行星传动装配问题，目前行星传动领域不得已只能采用直齿或小螺旋角斜齿内齿圈，对于大直径人字内齿圈，限于设备加工最大加工直径限制，更是很难加工，即使采用超大机床加工出整体式的人字内齿圈也很难完成整个星形传动装配，太阳轮、星轮、内齿圈均采用整体式人字齿轮将无法装配。大直径人字内齿圈分段加工是大型人字齿轮星形传动发展的必然趋势，组合式人字内齿圈目前多采用两个斜齿整体内齿圈组合联接而成，整体式大直径斜齿内齿圈还是无法加工，整体式齿圈直径取决于插齿机床最大加工直径，无法利用小设备加工大工件，充分发挥机床的加工能力。整体式齿圈一旦出现一个齿或者少量几个齿失效，就得整体更换齿圈，耗费大量财力、物力。另外，两个斜齿内齿圈组合联接时很难保证左右旋向的两个齿圈齿向对中性好，整个齿圈一周的每个齿均存在左右旋向较大的齿向对中误差。目前也出现了人字内齿圈分段设计技术，专利文献[CN101793308A]公开了一种人字齿行星减速机的发明方法，关键技术是分段人字内齿圈，此技术解决人字齿行星传动的装配问题，也解决了大直径内齿圈的制造问题，可以利用小机床加工大直径的内齿圈，技术上的确是重大突破和创新，但是此分段人字内齿圈采用径向和轴向均分段的方法，轴向上左旋和右旋轮齿被分割，再采用螺栓联接组合在一起，这样对中性肯定存在较大误差，特别是径向圆周上两齿段的联接时是靠在斜面上打孔通过螺栓联接，斜面上加工孔非常困难，特别是不好定位，斜孔定位及其不准确，孔特别容易打偏，孔的位置和形状精度都很难保证，而且还是加工阶梯孔，内孔中再加工螺纹，还安装定位套，在深孔底部如何压入定位套，定位套安装问题也非常困难，常规工艺和方法根本无法解决，即使勉强压入定位套，如何保证压入的位置准确，如何测量，如何保证压入的定位套不变形，斜孔空间位置及其狭小，没有足够的扳手空间来紧固螺栓，螺栓如何拧紧的问题成为难题，由于斜面打孔空间位置和结构的限制，两齿段斜面两侧只能各加工一个孔，仅通过两个螺栓联接联接大直径的内齿圈，从强度和刚度上均有巨大隐患，且这种斜面打孔方式破坏了齿圈两侧表面的完整性，造成应力集中，并会出现有很多金属锐角，及其锋利，容易造成操作人员划伤等而引发安全事故，此技术的两齿段的联接精度是通过孔来保证的，由此可知根本无法保证两齿段斜面组合联接时的装配精度，螺栓起联接作用，定位作用及其有限。齿轮作为精密传动零件，对误差非常敏感，另外分开的单段内齿圈轴向和径向组合联接时很难保证左右旋向的两个齿圈齿向对中性好，整个齿圈一周的每个齿均存在左右旋向较大的齿向对中误差，而且径向方向和圆周方向无法精确定位，这样就会产生较大的轴向力，影响传动平稳性等，从而失去人字齿的部分优势。

为了解决人字齿行星传动行星轮承受交变载荷，行星架转动行星轮和轴承间断式压力润滑和冷却，大直径人字内齿圈加工和装配精度的技术瓶颈，本发明提出了一种结构简单、加工方便、拆卸更换容易，能够满足加工和装配工艺要求的人字齿星形传动装置，既能满足企业的实际需求，填补相关技术空白，又可产生较大的社会效益与经济效益。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种人字齿轮星形传动装置。能够让人字齿运用在行星传动中，在行星传动中发挥出人字齿轮传动优势，解决人字齿行星传动装配困难，分段内齿圈组合装配精度低，大直径内齿圈加工困难，行星轮承受交变载荷，行星轮和轴承间歇断续润滑,行星架转动引起行星轮承受较大的离心力等问题。本发明加工工艺和装配工艺较简单，并能得到较高的装配精度，解决组合式人字内齿圈左右旋向齿向对中性不好，最大限度的减少了组合而产生的误差，大大提供装配精度，能够实利用现有最大加工直径较小的机床上通过分段加工组合得到大直径的人字内齿圈，加工、搬运、包装、维修、拆卸等均极为方便，若少数齿损坏可以分段更换单段齿圈，无需更换整个大齿圈，节省大量材料和加工费用；2K-H行星轮承受交变载荷，行星轮和轴承间歇断续润滑等问题，本发明能彻底解决行星轮承受交变载荷和行星轮与行星轮轴承间歇性润滑问题，让行星轮只受单向载荷，行星轮和轴承均能持续定点压力润滑，且不受离心力，大大提高齿轮轴承***的寿命和可靠性。

星形传动是一种特殊的行星传动形式，星形传动是各齿轮的几何轴线在空间的位置不变的定轴轮系。它由多个定轴式星轮共同分担载荷，特点是功率分流，星轮不受交变载荷，只受单向载荷，具有2K-H行星传动功率分流所显示的结构紧凑，传动功率大，相对体积小，重量轻等特点，同时单级传动比相比普通行星传动比还要大，由于它的星轮不作公转，客服了行星传动结构的相对复杂性以及由行星架旋转所引起一些零部件的离心力和行星轮轴承间歇性续润滑等问题。由于整个传动***采用定轴轮系，***的强度、刚度、工作寿命及可靠性都有所提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：人字齿星形传动装置装配时先装太阳轮，其次在相应位置固定大星轮，再将星轮轴穿入行星架并压装到太阳轮的中心孔中，完成一组星轮的装配，由于行星架不转动，只需行星架的支撑功能融入到齿轮箱箱体中即可，让箱体同时有外壳和行星轮支撑功能，同理完全其他几组星轮的装配，最后组装组合式分段人字内齿圈。采用若干份单段人字齿圈组合形成人字内齿圈，单段人字齿圈同时包含左旋和右旋轮齿，在插床上先加工一侧轮齿，通过翻边，找正定位，再加工相反旋向的另一侧轮齿，左右旋向轮齿一次加工保证不同旋向轮齿的齿向对中性好，两齿向对中性误差容易控制，能够发挥出人字齿优势，在机床工作台上每次只是加工单段人字齿圈，而并非整个齿圈，有效利用了机床工作台的面积，这样最大限度发挥机床加工能力，也有效解决了大直径齿圈包装、搬运和装配的困难，装配时利用工装夹具等将若干份单段人字齿圈组合拼接成一整齿圈，再将定位圆环装配到齿圈端面的圆环定位槽中，采用定位圆环整体定位，对各单段人字齿圈进行径向约束，保证很好的同心性，同时还能够传递扭矩和承受载荷，定位圆环也能弥补齿圈因加工圆环定位槽减小的刚度，在各单段人字齿圈的结合面两侧利用定位销进行精确定位，防止圆环转动，实现周向定位，保证各单段人字齿圈的相对位置，确保定位精度，从而保证组合式分段人字内齿圈的整体精度。

人字齿星形传动装置，包括太阳轮、星轮轴、大星轮、内齿圈，其特征在于太阳轮、星轮轴、大星轮、内齿圈均采用人字齿；星轮轴与大星轮的数量为3（不局限于3组），内齿圈同时与3个星轮轴啮合，大星轮安装在星轮轴上，3个大星轮再同时与太阳轮啮合；内齿圈转动，行星架不转动，星轮轴和大星轮安装在行星架上只围绕自身轴线发生自转，并不绕齿圈中心线发生公转，太阳轮转动；内齿圈为组合式分段人字内齿圈，采用8份（不局限于8份）单段人字齿圈通过定位圆环联接承载并自动定心组合形成人字内齿圈；单段人字齿圈左右旋向轮齿为整体加工而成，并非采用两单段斜齿圈机械拼接而成，内齿圈只沿径向在圆周方向上分段，不沿轴向对左旋齿和右旋齿进行分割；采用定位销对单段齿圈结合部两侧进行周向约束，防止定位圆环在定位槽中转动。通过对齿工装保证3组星轮轴和大星轮上的两齿轮相对相位一致。星轮轴安装大星轮的位置处加工有两条油槽，大星轮中心孔相应位置处也加工有油槽及油孔，大星轮与星轮轴采用过盈配合。单段人字齿圈内圈表面中间留有退刀槽，两侧面加工有弧形通槽用来安装定位圆环实现各单段人字齿圈的联接，同时弧形通槽表面两端加工有定位销孔，中间加工有预留螺纹孔用于齿圈跟箱体的联接。单段人字齿圈的分段方式有垂直表面沿径向的直接平切分段（见图9—图12）和沿两齿向方向的人字式分段（见图5和图6），人字式分段沿两齿向方向分段，分段角度跟齿轮螺旋角一致，分段位置为齿根中部和齿顶中部，最佳位置为齿根中部。星轮轴为齿轮和轴一体的整体式齿轮轴。太阳轮为齿轮和轴一体的整体式齿轮轴，人字齿部分中间加工有退刀槽，后端加工有花键，太阳轮中心加工有通孔。定位圆环采用圆形向心径向定位原理，同时实现自动定心约束和承载传扭，定位圆环可以为一整体圆环（见图6、图12），也可以为有限弧长圆弧板（见图10）。星轮轴与大星轮的数量相等，星轮轴与大星轮的数量为2组及以上。行星架不转动，星轮轴、大星轮及其支撑轴承不受离心力，星轮轴和大星轮只承受单向载荷，不受双向交变载荷，星轮轴、大星轮及其支撑轴承空间位置不变，不作公转，能时刻接受定点压力润滑和冷却，提高***可靠性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，可以避免星轮承受交变载荷，只受单向载荷，由于行星架不转动，能实现星轮及轴承的持续定点润滑，星轮不受离心力，大大提高齿轮及轴承***的可靠性和寿命，可以实现人字齿星形传动的装配，大大提高组合式分段人字内齿圈的装配精度，并能保证分段齿圈组合后的径向和周向定位精度，同时保证轮齿左右旋向的齿向对中性好，能够在较小的机床上通过分段加工得到很大直径的内齿圈，最大限度发挥机床加工能力，并且加工工艺和装配工艺成熟简单可行，加工、搬运、包装、装配及拆卸过程十分方便，能够实现单段齿圈维修更换，无需更换整个齿圈，节省大量材料和加工费用。

附图说明

图1是人字齿星形传动装置的结构图；

图2是人字齿行星传动装置的***图；

图3是人字齿星形传动装置原理图；

图4是太阳轮；

图5是单段人字齿圈；

图6是组合式分段人字内齿圈；

图7是星轮轴；

图8是大星轮；

图9是单段人字齿圈（平切分段且有限弧长圆弧板联接）；

图10是组合式分段人字内齿圈（平切分段且有限弧长圆弧板联接）；

图11是单段人字齿圈（平切分段且整体圆环联接）；

图12是组合式分段人字内齿圈（平切分段且整体圆环联接）。

图1中：

1、单段人字齿圈；2、定位销；

3、定位圆环；4、星轮轴；

5、太阳轮；6、大星轮。

具体实施方式

参考附图描述本发明的实施方式，在图1中，单段人字齿圈（1）、定位销（2）、定位圆环（3）、星轮轴（4）、太阳轮（5）、大星轮（6）构成了人字齿星形传动装置的主体结构，本实施以8份人字式分段方式得到的组合式分段人字内齿圈构建的人字齿星形传动装置为例进行说明，但不局限于8份，先装太阳轮（5），其次将大星轮（6）沿径向向中心推入到相应指定位置，与太阳轮（5）啮合，并利用工装夹具定位，再将星轮轴（4）压装到大星轮（6）的中心孔中，完成一组星轮轴（4）和大星轮（6）在行星架上的装配，3组星轮轴（4）和大星轮（6）均按此法装配到行星架上，然后将单段人字齿圈（1）由四周向中心沿径向拼接成一整齿圈，并利用工装固定，两侧面压入定位圆环（3），在两单段人字齿圈（1）结合部两侧将定位销（2）打入到定位圆环（3）的销孔中实现周向定位，防止定位圆环（3）转动，至此完成了人字齿星形传动装置主体结构的装配，单段人字齿圈（1）两端面的预留孔为组合式分段人字内齿圈与其他部件如箱体等联接所用。

以上所述，仅是发明的较佳实施方式，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施方式所作的任何修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人字齿星形传动装置，包括太阳轮、星轮轴、大星轮、内齿圈，其特征在于太阳轮、星轮轴、大星轮、内齿圈均采用人字齿；星轮轴与大星轮的数量为3，内齿圈同时与3个星轮轴啮合，大星轮安装在星轮轴上，3个大星轮再同时与太阳轮啮合；内齿圈转动，行星架不转动，星轮轴和大星轮安装在行星架上只围绕自身轴线发生自转，并不绕齿圈中心线发生公转，太阳轮转动；内齿圈为组合式分段人字内齿圈，采用8份单段人字齿圈通过定位圆环联接承载并自动定心组合形成人字内齿圈；单段人字齿圈左右旋向轮齿为整体加工而成，并非采用两单段斜齿圈机械拼接而成，内齿圈只沿径向在圆周方向上分段，不沿轴向对左旋齿和右旋齿进行分割；采用定位销对单段齿圈结合部两侧进行周向约束，防止定位圆环在定位槽中转动。

2.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于通过对齿工装保证3组星轮轴和大星轮上的两齿轮相对相位一致。

3.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于星轮轴安装大星轮的位置处加工有两条油槽，大星轮中心孔相应位置处也加工有油槽及油孔，大星轮与星轮轴采用过盈配合。

4.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于单段人字齿圈内圈表面中间留有退刀槽，两侧面加工有弧形通槽用来安装定位圆环实现各单段人字齿圈的联接，同时弧形通槽表面两端加工有定位销孔，中间加工有预留螺纹孔用于齿圈跟箱体的联接。

5.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于单段人字齿圈的分段方式有垂直表面沿径向的直接平切分段和沿两齿向方向的人字式分段，人字式分段沿两齿向方向分段，分段角度跟齿轮螺旋角一致，分段位置为齿根中部和齿顶中部。

6.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于星轮轴为齿轮和轴一体的整体式齿轮轴。

7.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于太阳轮为齿轮和轴一体的整体式齿轮轴，人字齿部分中间加工有退刀槽，后端加工有花键，太阳轮中心加工有通孔。

8.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于定位圆环采用圆形向心径向定位原理，同时实现自动定心约束和承载传扭，定位圆环可以为一整体圆环。

9.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于星轮轴与大星轮的数量相等。

10.根据权利要求1所述的人字齿星形传动装置，其特征在于行星架不转动，星轮轴、大星轮及其支撑轴承不受离心力，星轮轴和大星轮只承受单向载荷，不受双向交变载荷，星轮轴、大星轮及其支撑轴承空间位置不变，不作公转，能时刻接受定点压力润滑和冷却，提高***可靠性。