CN111255861A - 具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，包括同轴安装的太阳轮、内齿圈、固定座，所述太阳轮和内齿圈之间啮合安装有若干个行星轮，所述内齿圈通过沿圆周布置的若干个柔性阻尼支撑固定于固定座上，所述柔性阻尼支撑包括上安装面和位于上安装面两侧的下安装面，所述上安装面与下安装面通过折角面连接，所述上安装面与内齿圈的外表面固定连接，所述下安装面与固定座的内表面固定连接，所述柔性阻尼支撑与固定座的内表面之间具有一偏载变形空间。本发明能够使得行星轮系中的内齿圈具备柔性特点，且有较高的阻尼特性，提高行星轮系动力学和均载特性，降低振动和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种行星轮系，特别涉及一种具有较高的阻尼特性和均载特性的行星轮系。
背景技术
在行星齿轮传动***或周转轮系中，由于加工误差的存在，以及行星齿轮和行星架之间、太阳轮和输入轴之间的刚性装配关系，导致各齿轮之间的配合不具备柔性，从而使得***具有较为明显的动力学和载荷分配不均问题，由此也带来强烈的振动和噪声问题。对于此类振动和噪声，不管是在民用还是军用产品运行稳定性和可靠性来说，都是一个较为严重的问题。
目前，提高行星轮或者太阳轮的装配柔性方法主要还集中在对其装配销轴进行挖孔处理，这样可以通过降低其支承刚度，提高其柔性，从而期望能达到减振和降噪目的。但实际上，通过有限元分析和实验均可发现，挖孔处理对***的轻量化有较为明显的作用，但对提高行星齿轮传动***或周转轮系的均载等动力学问题并没有显著的作用。另外，也有相关研究人员尝试着设计薄壁柔性阻尼内齿圈的方法来实现***动力学和均载性能的提高。然而这种方法由于齿轮强度的问题，导致其在实际应用中无法得到应用。
发明内容
本发明的目的是使得行星轮系中的内齿圈具备柔性特点，且有较高的阻尼特性，提高行星轮系动力学和均载特性，降低振动和噪声。
本发明采用如下技术方案：
具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，包括同轴安装的太阳轮、内齿圈、固定座，所述太阳轮和内齿圈之间啮合安装有若干个行星轮，所述内齿圈通过沿圆周布置的若干个柔性阻尼支撑固定于固定座上，所述柔性阻尼支撑包括上安装面和位于上安装面两侧的下安装面，所述上安装面与下安装面通过折角面连接，所述上安装面与内齿圈的外表面固定连接，所述下安装面与固定座的内表面固定连接，所述柔性阻尼支撑与固定座的内表面之间具有一偏载变形空间。
更进一步的，所述上安装面上设置有沿内齿圈外表面的宽度方向布置的上安装孔，所述下安装面上安装有沿固定座内表面的宽度方向布置的下安装孔，所述上安装面与内齿圈的外表面通过螺栓和上安装孔固定连接，下安装面与固定座的内表面通过螺栓和下安装孔固定连接。
更进一步的，述柔性阻尼支撑与橡胶具有相近阻尼系数、且强度近似于低碳钢的高锰基阻尼合金材料。
更进一步的，当行星轮系正常工作时，所述柔性阻尼支撑用于将内齿圈和固定座连接起来，在扭矩载荷的作用下，柔性阻尼支撑可产生周向变形和阻尼效应；当行星轮系出现偏载时，柔性阻尼支撑沿着径向的偏载力方向产生形变和阻尼效应，内齿圈产生形变位移。
更进一步的，外部动力通过动力输入轴传递给太阳轮，太阳轮驱动行星轮，从而驱动行星旋转，内齿圈通过固定座安装在外部设备上，在动力传递过程中保持固定不动，仅在外部载荷作用下产生形变。
本发明的有益效果如下：
(1)将传统行星轮系中的内齿圈进行重新设计，并改由三部分组成，分别为固定座、内齿圈和柔性阻尼支撑，其中柔性阻尼支撑将外部固定座和内齿圈固定安装在一起；
(2)柔性阻尼支撑采用与橡胶具有相近阻尼系数、且强度近似于低碳钢的高锰基阻尼合金材料(日本同类材料牌号为M2052)。该柔性阻尼支撑具有两个作用：第一、当行星轮系正常工作时，负责将内齿圈和固定座连接起来，在扭矩力的作用下，柔性阻尼支撑可以产生周向变形和阻尼效应；第二、当行星轮系出现偏载时，柔性阻尼支撑沿着偏载力方向(径向)产生形变和阻尼效应，内齿圈由此产生形变位移，从而使得***的动力学和均载特性得到显著提高，进而降低***的振动和噪声。
附图说明
图1是行星轮系总成图；
图2是行星轮系分解图；
图3是内齿圈组件剖面图；
图4是柔性阻尼支撑立体图；
图5是柔性阻尼支撑剖面图图；
图6是内齿圈组件总体变形云图；
图7是阻尼柔性支承应力云图；
图8是阻尼柔性支承变形云图。
图中标记：1、行星架；2、轴承；3、行星轮；4、内齿圈；5、柔性阻尼支撑；6、固定座；7、太阳轮；8、动力轮输入轴；9、上安装孔；10、下安装孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为行星轮系总成图。
图2为行星轮系的分解图。由图1和图2可以看出，***包括行星架1、轴承2、行星轮3、内齿圈4、柔性阻尼支撑5、固定座6、太阳轮7和动力输入轴8。太阳轮7、内齿圈4、固定座6同轴安装，太阳轮7和内齿圈4之间啮合安装有若干个行星轮3。其中，内齿圈4、柔性阻尼支撑5和固定座6组成内齿圈组件，内齿圈4通过沿圆周布置的若干个柔性阻尼支撑5固定于固定座6上。
***的动力传输路径为：外部动力通过动力输入轴传递给太阳轮7，太阳轮7驱动行星轮3，从而驱动行星架1旋转，在此过程中，内齿圈组件通过固定座6安装在外部设备上，在动力传递过程中保持固定不动，只是在外部载荷作用下产生一定的形变。
图3为内齿圈组件的装配图，由图可知，多个柔性阻尼支撑5通过螺栓将内齿圈4和固定座6装配一起。柔性阻尼支撑5的结构如图4所示，包括上安装面和位于上安装面两侧的下安装面，上安装面与下安装面通过折角面连接，上安装面与内齿圈4的外表面固定连接，下安装面与固定座6的内表面固定连接，柔性阻尼支撑5与固定座6的内表面之间具有一偏载变形空间。图4中柔性阻尼支撑5的下安装孔10通过螺栓和固定座6的内圈装配在一起，上安装孔9通过螺栓和内齿圈4的外圈装配在一起。
柔性阻尼支撑5采用与橡胶具有相近阻尼系数、且强度近似于低碳钢的高锰基阻尼合金材料(日本同类材料牌号为M2052)。该柔性阻尼支撑5具有两个作用：第一、当行星轮系正常工作时，负责将内齿圈4和固定座6连接起来，在扭矩载荷的作用下，柔性阻尼支撑5可以产生周向变形和阻尼效应；第二、当行星轮系出现偏载时，柔性阻尼支撑5沿着偏载力方向(径向)产生形变和阻尼效应，内齿圈4由此产生形变位移，从而使得***的动力学和均载特性得到显著提高，进而降低***的振动和噪声；
图5为柔性阻尼支撑5的剖面图，图中给出了多个影响结构强度和变形量的关键影响参数。
图6为内齿圈组件在***出现偏载情况下的变形图，图7和图8分别为柔性阻尼支撑5在***出现偏载时的应力和变形云图。
该结构方案的设计流程如下：
(1)获得***最大工作扭矩T和无柔性阻尼支撑5时的最大偏载力F；
(2)获得固定座6的最大外径允许设计尺寸R；
(3)设计π型柔性阻尼支撑5，并将图5中的关键设计尺寸参数化；
(4)基于有限元分析，计算内齿圈组件在扭矩T和偏载力F下的最大变形量和最大应力，并确保内齿圈组件在该变形下不会产生干涉，同时确保内齿圈4和固定座6的最大应力值不超过各自材料的疲劳极限，但确保柔性阻尼支撑5的最大应力值尽可能接近高锰基阻尼合金的疲劳极限，使得阻尼合金能最大限度的发挥其阻尼效应；
(5)基于(3)和(4)，以最大外径允许设计尺寸R的最小化为设计目标，结合优化设计理论，获得最优化的关键设计参数组合；
(6)完成设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，其特征在于：包括同轴安装的太阳轮(7)、内齿圈(4)、固定座(6)，所述太阳轮(7)和内齿圈(4)之间啮合安装有若干个行星轮(3)，所述内齿圈(4)通过沿圆周布置的若干个柔性阻尼支撑(5)固定于固定座(6)上，所述柔性阻尼支撑(5)包括上安装面和位于上安装面两侧的下安装面，所述上安装面与下安装面通过折角面连接，所述上安装面与内齿圈(4)的外表面固定连接，所述下安装面与固定座(6)的内表面固定连接，所述柔性阻尼支撑(5)与固定座(6)的内表面之间具有一偏载变形空间。
2.根据权利要求1所述的具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，其特征在于：所述上安装面上设置有沿内齿圈(4)外表面的宽度方向布置的上安装孔，所述下安装面上安装有沿固定座(6)内表面的宽度方向布置的下安装孔，所述上安装面与内齿圈(4)的外表面通过螺栓和上安装孔固定连接，下安装面与固定座(6)的内表面通过螺栓和下安装孔固定连接。
3.根据权利要求1所述的具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，其特征在于：所述柔性阻尼支撑(5)与橡胶具有相近阻尼系数、且强度近似于低碳钢的高锰基阻尼合金材料。
4.根据权利要求1所述的具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，其特征在于：当行星轮系正常工作时，所述柔性阻尼支撑(5)用于将内齿圈(4)和固定座(6)连接起来，在扭矩载荷的作用下，柔性阻尼支撑(5)可产生周向变形和阻尼效应；当行星轮系出现偏载时，柔性阻尼支撑(5)沿着径向的偏载力方向产生形变和阻尼效应，内齿圈(4)产生形变位移。
5.根据权利要求1所述的具有可调支承刚度和柔性阻尼隔振齿圈的行星轮系，其特征在于：外部动力通过动力输入轴(8)传递给太阳轮(7)，太阳轮(7)驱动行星轮(3)，从而驱动行星(1)旋转，内齿圈(4)通过固定座(6)安装在外部设备上，在动力传递过程中保持固定不动，仅在外部载荷作用下产生形变。
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