CN111503226A - 一种齿轮箱及硬岩掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮箱及硬岩掘进机，其属于传动技术领域，包括箱体和设置于箱体内的传动机构，传动机构包括依次连接的平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和两个输出行星轮系，形成四级传动，增大了传动比和输出扭矩；行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架，第一太阳轮通过第一行星轮带动第一行星架转动；输出行星轮系包括第二太阳轮、第二行星轮和第二内齿圈，第二内齿圈套设于第二太阳轮外周且与第二行星轮啮合，第二太阳轮通过第二行星轮带动第二内齿圈转动；两个第二太阳轮同轴设置且可拆卸连接，其中一个第二太阳轮与第一行星架固定连接。硬岩掘进机包括上述齿轮箱。

Description

一种齿轮箱及硬岩掘进机

技术领域

本发明涉及传动技术领域，尤其涉及一种齿轮箱及硬岩掘进机。

背景技术

随着地下空间的开发，硬岩掘进机作为隧道施工机械已广泛应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。

现有的掘进机截割部用齿轮箱，如图1和图2所示，主要包括一级锥齿轮机构10、二级平行齿轮机构20和两个行星齿轮输出机构30。为了保证截割头的安装空间，有时需要在二级平行齿轮机构20的两个齿轮中间增加一个惰轮40，这无疑增加了掘进机截割部用齿轮箱的体积，且齿轮箱传动比小、功率密度小，主要用于小功率的横轴掘进机；另外，因输出扭矩小，只能切割硬度不高的煤层，切割硬度在90MPa左右，采掘效率低，无法采掘硬度较高的岩石，使用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿轮箱及硬岩掘进机，以解决现有技术中存在的齿轮箱体积大、传动比小、功率密度小、输出扭矩小的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种齿轮箱，包括箱体和设置于所述箱体内的传动机构，所述传动机构包括依次连接的平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和两个输出行星轮系；所述行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架，所述第一太阳轮通过所述第一行星轮带动所述第一行星架转动；所述输出行星轮系包括第二太阳轮、第二行星轮和第二内齿圈，所述第二内齿圈套设于所述第二太阳轮外周且与所述第二行星轮啮合，所述第二太阳轮通过所述第二行星轮带动所述第二内齿圈转动；两个所述第二太阳轮同轴设置且可拆卸连接，其中一个所述第二太阳轮与所述第一行星架固定连接。

其中，所述锥齿轮机构包括锥齿轮轴和与所述锥齿轮轴啮合的锥齿轮，所述平行齿轮机构与所述锥齿轮轴连接，所述第一太阳轮与所述锥齿轮固定连接。

其中，所述平行齿轮机构包括输入轴和平行齿轮对，所述输入轴与所述锥齿轮轴通过所述平行齿轮对传动连接。

其中，所述平行齿轮对的轴线所在的平面与所述锥齿轮轴和所述锥齿轮的轴线所在的平面垂直。

其中，所述锥齿轮的内部形成中空的第一容置腔，部分所述第一太阳轮位于所述第一容置腔内，所述第一太阳轮的内部形成中空的第二容置腔，两个所述第二太阳轮均是部分位于所述第二容置腔内。

其中，所述行星齿轮机构还包括第一内齿圈，所述第一内齿圈套设于所述第一太阳轮外周且与所述箱体固定连接，所述第一行星轮同时与所述第一太阳轮和所述第一内齿圈啮合。

其中，所述输出行星轮系还包括第二行星架和行星轴，所述第二行星架与所述箱体固定连接，所述行星轴与所述第二行星架固定连接，所述第二行星轮转动设置于所述行星轴上。

其中，所述箱体上设置有容置槽，所述第一内齿圈位于所述容置槽中，其中一个所述第二行星架设置于所述容置槽的开口处且与所述第一内齿圈抵接。

其中，两个所述第二太阳轮通过螺栓和花键套连接，所述螺栓沿所述第二太阳轮的轴向延伸，所述花键套套设于两个所述第二太阳轮的连接处，所述第二太阳轮上设置有与所述花键套配合的外花键。

一种硬岩掘进机，包括如上所述的齿轮箱。

本发明的有益效果：

本发明提出的齿轮箱，通过依次连接的平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和两个输出行星轮系，形成四级传动，增大了传动比和输出扭矩，满足掘进机截割硬岩的需求；在齿轮箱的输出端采用输出行星轮系，提高均载性能和承载能力，通过两个第二太阳轮进行功率分流，实现单输入双输出；将两个第二太阳轮可拆卸连接，便于安装拆卸，且便于装入体积较小的箱体内，节省空间，减小齿轮箱的体积和重量，使得结构更紧凑，功率密度增大。

附图说明

图1是现有的掘进机截割部用齿轮箱的一个方向的剖视图；

图2是现有的掘进机截割部用齿轮箱的另一个方向的剖视图；

图3是本发明实施例提供的齿轮箱的一个方向的剖视图；

图4是本发明实施例提供的齿轮箱的另一个方向的剖视图。

图1和图2中：

10、一级锥齿轮机构；20、二级平行齿轮机构；30、行星齿轮输出机构；40、惰轮；

图3和图4中：

11、主箱体；12、辅箱体；

21、输入轴；22、平行齿轮对；

31、锥齿轮轴；32、锥齿轮；

41、第一太阳轮；42、第一行星轮；43、第一行星架；44、第一内齿圈；45、轴承座；

51、第二太阳轮；52、第二行星轮；53、第二内齿圈；54、第二行星架；55、行星轴；56、螺栓；57、花键套；

61、油泵；62、第一齿轮；63、第二齿轮；64、油封压板；65、旋转接头。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

参见图3和图4，本发明实施例提供一种齿轮箱，因传动比大、功率密度大，能够满足截割硬岩的需求，主要用于硬岩掘进机上，当然，也可以用于其他机械设备，在此不作限制。

齿轮箱包括箱体和设置于箱体内的传动机构，箱体包括主箱体11和设置于主箱体11的两侧的两个辅箱体12，辅箱体12与主箱体11之间通过螺栓可拆卸连接。主箱体11采用一体式铸造，有更高的强度与刚度，符合掘进机恶劣的工况，保证了截割硬岩时的安全性。

传动机构包括依次连接的平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和两个输出行星轮系，平行齿轮机构、锥齿轮机构和行星齿轮机构均位于主箱体11内，每个输出行星轮系位于一个辅箱体12内。采用平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和输出行星轮系，形成四级传动，增大了传动比和输出扭矩，满足掘进机截割硬岩的需求。各级传动机构均以部装的形式装配在箱体上，各部装可方便整体装配和拆卸，使得维护更加方便。

平行齿轮机构包括输入轴21和平行齿轮对22，锥齿轮机构包括锥齿轮轴31和与锥齿轮轴31啮合的锥齿轮32，输入轴21与锥齿轮轴31通过平行齿轮对22传动连接，输入轴21的动力经平行齿轮对22传递至锥齿轮轴31，进行一级减速，再由锥齿轮轴31传递至锥齿轮32，进行二级减速。采用平行齿轮机构作为一级传动机构、锥齿轮机构作为二级传动机构，省略了传统齿轮箱中的惰轮，减少了平行齿轮机构的占用空间，缩小了整个齿轮箱的体积。

平行齿轮对22的轴线所在的平面与锥齿轮轴31和锥齿轮32的轴线所在的平面垂直。平行齿轮对22的轴线所在的平面指的是两个平行齿轮的轴线所在的平面。例如，输入轴21和锥齿轮轴31可以在一个竖直平面内，锥齿轮轴31和锥齿轮32的轴线在一个水平平面内，平行齿轮对22的排布不占用水平方向的空间，缩小了整个齿轮箱的体积。或者，锥齿轮轴31和锥齿轮32的轴线在一个水平平面内，输入轴21的轴线和锥齿轮轴31的轴线所在的平面与水平平面之间呈夹角设置，这样，平行齿轮对22的排布方向对锥齿轮机构的排布方向没有影响，充分利用空间，缩小了整个齿轮箱的体积。

当然，平行齿轮机构还可以是包括输入齿轮轴和与输入齿轮轴啮合的输入齿轮，输入齿轮与锥齿轮轴31通过键连接，在此对结构不作限制。

输入轴21通过轴承支撑在第一轴承衬套上，第一轴承衬套通过螺栓安装在主箱体11上。锥齿轮轴31通过轴承支撑在第二轴承衬套上，第二轴承衬套通过螺栓安装在主箱体11上。

行星齿轮机构至少包括第一太阳轮41、第一行星轮42和第一行星架43，第一太阳轮41通过第一行星轮42带动第一行星架43转动。第一太阳轮41与锥齿轮32固定连接，第一行星轮42与第一太阳轮41啮合，第一行星架43用于支撑第一行星轮42且随第一行星轮42转动。锥齿轮32将动力传递至第一太阳轮41，第一太阳轮41带动第一行星轮42转动，第一行星架43随第一行星轮42转动，用于传递动力。第一行星架43与第一行星轮42之间通过轴承支撑。在此，对第一行星轮42的数量不作限制。

锥齿轮32的内部形成中空的第一容置腔，部分第一太阳轮41位于第一容置腔内，充分利用空间。第一太阳轮41与锥齿轮32之间通过螺栓和定位销连接，便于安装拆卸。第一太阳轮41通过轴承支撑在轴承座45上，轴承座45通过螺栓安装在主箱体11上。

可选地，为了保证结构的稳定性，行星齿轮机构还包括第一内齿圈44，第一内齿圈44套设于第一太阳轮41外周且与主箱体11固定连接，第一行星轮42同时与第一太阳轮41和第一内齿圈44啮合。第一太阳轮41的转动过程中，第一行星轮42绕第一太阳轮41转动，同时第一行星轮42绕在第一内齿圈44中转动，第一内齿圈44起到支撑作用。

主箱体11上设置有容置槽，第一内齿圈44位于容置槽中，第一内齿圈44的一侧与容置槽的内壁抵接。为了避让第一内齿圈44的内部传动空间，容置槽为环形槽，对第一内齿圈44的一侧进行轴向限位。为了便于定位，第一内齿圈44与主箱体11之间通过定位销定位。

输出行星轮系至少包括第二太阳轮51、第二行星轮52和第二内齿圈53，第二内齿圈53套设于第二太阳轮51外周且与第二行星轮52啮合，第二太阳轮51通过第二行星轮52带动第二内齿圈53转动。在齿轮箱的输出端采用输出行星轮系，提高均载性能和承载能力，通过两个第二太阳轮51进行功率分流，实现单输入双输出。在此，对第二行星轮52的数量不作限制。

每个输出行星轮系具有一个第二太阳轮51，其中一个第二太阳轮51与第一行星架43固定连接，第一行星架43将动力传递至一个第二太阳轮51，该第二太阳轮51将动力传递至另一个第二太阳轮51，采用一个行星齿轮机构带动两个输出行星轮系，进行功率分流，实现单输入双输出。

两个第二太阳轮51同轴设置且可拆卸连接，便于安装拆卸，且便于装入体积较小的箱体内，节省空间，减小齿轮箱的体积和重量，使得结构更紧凑，功率密度增大。

可选地，为了保证结构的稳定性，输出行星轮系还包括第二行星架54和行星轴55，第二行星架54与主箱体11固定连接，行星轴55与第二行星架54固定连接，第二行星轮52转动设置于行星轴55上。第二行星轮52与行星轴55之间设置有轴承，第二内齿圈53与第二行星架54间设置有轴承。当第二太阳轮51转动时，带动第二行星轮52绕行星轴55转动，因行星轴55固定设置，第二行星轮52将动力传递至第二内齿圈53，进而使得第二内齿圈53转动，用于输出动力到掘进机的截割头上。

其中一个第二行星架54设置于容置槽的开口处且与第一内齿圈44抵接，对第一内齿圈44的另一侧的轴向进行限位，即通过主箱体11与第二行星架54的配合，实现第一内齿圈44的轴向限位。两个输出行星轮系中的一个与行星齿轮机构靠近，即与第一内齿圈44靠近的第二行星架54与第一内齿圈44抵接。

第一太阳轮41的内部形成中空的第二容置腔，两个第二太阳轮51均是部分位于第二容置腔内，充分利用空间。第二太阳轮51上设置有轴肩，两个第二太阳轮51的轴肩与第一太阳轮41间隙设置，用于轴向限位。

可选地，两个第二太阳轮51通过螺栓56和花键套57连接，螺栓56沿第二太阳轮51的轴向延伸，穿过一个第二太阳轮51的轴内孔与另一个第二太阳轮51连接。花键套57位于第二容置腔内且套设于两个第二太阳轮51的连接处，

第二太阳轮51上设置有与花键套57配合的外花键，花键套57通过两个第二太阳轮51上的外花键的齿根圆的限制，对花键套57进行轴向限位。

第一行星架43套设于其中一个第二太阳轮51的外周且与第二太阳轮51通过键或者齿轮连接，进而第一行星架43将动力传递至一个第二太阳轮51。第一行星架43的轴向两侧设置有定位环，对第一行星架43进行轴向限位。两个定位环的安装，其中一个借助第二太阳轮51上设置的环形槽，另一个卡在第一行星架43上且与齿轮箱的泵组抵接。

齿轮箱内的泵组包括油泵61、与油泵61的输入端连接的第一齿轮62和与第一齿轮62啮合的第二齿轮63，第二齿轮63与第一太阳轮41固定连接。油泵61安装在油泵支撑座上，油泵支撑座通过螺栓安装在主箱体11上，第二齿轮63套设于第一太阳轮41上且与第一太阳轮41通过键或者销连接。第一太阳轮41的转动传递至第二齿轮63。进而通过第一齿轮62传递至油泵61。主箱体11与第二齿轮63之间设置有轴承和轴承支座，一个定位环卡在第一行星架43上且与轴承支座抵接。

除此之外，齿轮箱内的泵组还包括油封压板64，油封压板64通过螺栓与第二内齿圈53相连，辅箱体12与油封压板64之间安装有防漏油的油封，第二内齿圈53上开设有用于加快油封附近的油液快速流动的油孔。第二行星架54上通过螺栓连接有旋转接头65，高压水通过第二行星架54内部的孔传输到旋转接头65内部，再传输到掘进机的截割头内，进行冷却。

采用油泵61进行润滑，传动机构在润滑油的充沛下，损坏风险小。油泵61由第一太阳轮41通过第一齿轮62、第二齿轮63的传动驱动，结构简单，零部件少，漏油风险小，润滑方式安全可靠。

齿轮箱中凡是齿轮，为了加工方便，结合实际受力情况，均可采用同时滚齿与磨齿，加工效率高，加工成本低。

齿轮箱在使用时，动力由平行齿轮机构的输入轴21输入，经过平行齿轮对22传递至锥齿轮轴31，经过锥齿轮32传递至第一太阳轮41，经过第一行星轮42传递至第一行星架43，经过其中一个第二太阳轮51传递给另一个第二太阳轮51，形成功率分流；第二太阳轮51将动力传递至第二行星轮52，第二行星轮52将动力传递至第二内齿圈53，第二内齿圈53将动力输出，实现单输入双输出。

本发明实施例还提供一种硬岩掘进机，包括上述的齿轮箱，在此对掘进机的其他结构不作详细描述，可认为是现有技术。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种齿轮箱，包括箱体和设置于所述箱体内的传动机构，其特征在于，所述传动机构包括依次连接的平行齿轮机构、锥齿轮机构、行星齿轮机构和两个输出行星轮系；

所述行星齿轮机构包括第一太阳轮(41)、第一行星轮(42)和第一行星架(43)，所述第一太阳轮(41)通过所述第一行星轮(42)带动所述第一行星架(43)转动；

所述输出行星轮系包括第二太阳轮(51)、第二行星轮(52)和第二内齿圈(53)，所述第二内齿圈(53)套设于所述第二太阳轮(51)外周且与所述第二行星轮(52)啮合，所述第二太阳轮(51)通过所述第二行星轮(52)带动所述第二内齿圈(53)转动；

两个所述第二太阳轮(51)同轴设置且可拆卸连接，其中一个所述第二太阳轮(51)与所述第一行星架(43)固定连接。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述锥齿轮机构包括锥齿轮轴(31)和与所述锥齿轮轴(31)啮合的锥齿轮(32)，所述平行齿轮机构与所述锥齿轮轴(31)连接，所述第一太阳轮(41)与所述锥齿轮(32)固定连接。

3.根据权利要求2所述的齿轮箱，其特征在于，所述平行齿轮机构包括输入轴(21)和平行齿轮对(22)，所述输入轴(21)与所述锥齿轮轴(31)通过所述平行齿轮对(22)传动连接。

4.根据权利要求3所述的齿轮箱，其特征在于，所述平行齿轮对(22)的轴线所在的平面与所述锥齿轮轴(31)和所述锥齿轮(32)的轴线所在的平面垂直。

5.根据权利要求2所述的齿轮箱，其特征在于，所述锥齿轮(32)的内部形成中空的第一容置腔，部分所述第一太阳轮(41)位于所述第一容置腔内，所述第一太阳轮(41)的内部形成中空的第二容置腔，两个所述第二太阳轮(51)均是部分位于所述第二容置腔内。

6.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述行星齿轮机构还包括第一内齿圈(44)，所述第一内齿圈(44)套设于所述第一太阳轮(41)外周且与所述箱体固定连接，所述第一行星轮(42)同时与所述第一太阳轮(41)和所述第一内齿圈(44)啮合。

7.根据权利要求6所述的齿轮箱，其特征在于，所述输出行星轮系还包括第二行星架(54)和行星轴(55)，所述第二行星架(54)与所述箱体固定连接，所述行星轴(55)与所述第二行星架(54)固定连接，所述第二行星轮(52)转动设置于所述行星轴(55)上。

8.根据权利要求7所述的齿轮箱，其特征在于，所述箱体上设置有容置槽，所述第一内齿圈(44)位于所述容置槽中，其中一个所述第二行星架(54)设置于所述容置槽的开口处且与所述第一内齿圈(44)抵接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的齿轮箱，其特征在于，两个所述第二太阳轮(51)通过螺栓(56)和花键套(57)连接，所述螺栓(56)沿所述第二太阳轮(51)的轴向延伸，所述花键套(57)套设于两个所述第二太阳轮(51)的连接处，所述第二太阳轮(51)上设置有与所述花键套(57)配合的外花键。

10.一种硬岩掘进机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的齿轮箱。

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