高阻尼濾波減速器的製造方法

2023-05-07 20:07:26

高阻尼濾波減速器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高阻尼濾波減速器，涉及減速器領域，提供一種能夠控制和過濾動力傳遞與運動變換過程中的噪聲和振動的減速器。高阻尼濾波減速器包括具有內齒輪I的固定模塊，具有輸入軸主體和偏心段的偏心輸入軸，具有內齒輪Ⅱ和內齒輪Ⅲ的輸出模塊以及具有外齒輪I、外齒輪Ⅱ和外齒輪Ⅲ中間模塊；固定模塊與輸入軸主體同軸設置；輸出模塊與輸入軸主體同軸設置並可旋轉；中間模塊套裝於偏心段上並可旋轉；內齒輪I、內齒輪Ⅱ和內齒輪Ⅲ分別與外齒輪I、外齒輪Ⅱ和外齒輪Ⅲ嚙合形成少齒差嚙合副；外齒輪Ⅱ的輪齒與外齒輪Ⅲ的齒槽正對，內齒輪Ⅱ的輪齒與內齒輪Ⅲ的齒槽正對,外齒輪Ⅱ和內齒輪Ⅱ由高阻尼複合材料製成。本發明可用於機械傳動系統中。
【專利說明】高阻尼濾波減速器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種減速機，尤其涉及一種採用少齒差嚙合原理減速的高阻尼濾波減速器。
【背景技術】
[0002]航空航天、船舶海洋、武器裝備、先進位造等工程領域技術的迅猛發展對其傳動件及傳動系統提出了高精度、高可靠、長壽命、大轉矩、低能耗、小體積、輕量化和免維護等高性能需求。但是在各種裝備的動力傳遞與運動控制系統中，由於動力裝置通過齒輪將動力傳遞並轉換為機械能，輸入端的高轉速、小轉矩轉變為輸出端的低轉速、大轉矩，不可避免地導致傳動系統的轉速和轉矩產生波動；各零件自身的製造及裝配誤差，輪齒嚙合時的齧入、齧出衝擊，運行過程中零部件的磨損、負載等各種因素的影響，也必將使其產生更大波動，加大振動、噪聲、摩擦、磨損、疲勞和無功能耗等問題，從而影響動力傳遞與運動控制系統的傳動精度、高可靠性、使用壽命等綜合性能。因此探索高性能傳動件及傳動系統的創新設計理論、方法和技術，對提高我國機電裝備的可靠性、運動精度，延長使用壽命等綜合性能，具有非常重要的科學意義和工程使用價值。
[0003]有鑑於此，本發明旨在探索一種高阻尼濾波減速器，該減速器利用高阻尼複合材料齒輪的阻尼性能，有效控制和過濾動力傳遞與運動變換過程中的噪聲和振動，延長承受循環載荷和衝擊的服役時間，從而具有高精度、高可靠、長壽命、減振降噪等優點。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是:提供一種能夠控制和過濾動力傳遞與運動變換過程中的噪聲和振動的高阻尼濾波減速器。
[0005]為解決上述問題採用的技術方案是:高阻尼濾波減速器包括固定模塊、偏心輸入軸、輸出模塊和中間模塊；偏心輸入軸包括輸入軸主體和偏心段；固定模塊與輸入軸主體同軸設置；輸出模塊與輸入軸主體同軸設置並可旋轉；中間模塊套裝於偏心段上並可旋轉；
[0006]固定模塊包括內齒輪I;輸出模塊包括內齒輪II和內齒輪III;中間模塊包括外齒輪1、外齒輪II和外齒輪III ;內齒輪1、內齒輪II和內齒輪III分別與外齒輪1、外齒輪II和外齒輪III 對應設置並哨合形成少齒差哨合副；
[0007]外齒輪II的輪齒與外齒輪III的齒槽正對，外齒輪II由高阻尼複合材料製成；內齒輪II的輪齒與內齒輪III的齒槽正對，內齒輪II由高阻尼複合材料製成。
[0008]進一步的是:外齒輪1、外齒輪II和外齒輪III均為斜齒輪且沿偏心輸入軸軸線方向依次設置，外齒輪I和外齒輪II與外齒輪III旋向相反。
[0009]進一步的是:外齒輪1、外齒輪II和外齒輪III均進行了齒向修形處理使輪齒在齒寬中央鼓起，齒面與端面圓弧過渡，齒面半徑為Ry，齒面與端面的過渡圓弧半徑為r,Ry和r取值隨齒寬變化而變化，具體如下:當齒寬為2?3mm，r取20?50mm，Ry取400?600mm ；齒寬為3?4mm, r取50?100mm, Ry取650?900mm ;齒寬為5?8mm, r取70?110mm，Ry 取 700 ?950mm。
[0010]進一步的是:內齒輪II齒寬為內齒輪III齒寬的65%?100%，外齒輪II齒寬為外齒輪III齒寬的65%?100%。
[0011]進一步的是:高阻尼複合材料為高阻尼聚合物基複合材料，外齒輪II阻尼性能比外齒輪III高I?2個數量級，內齒輪II阻尼性能比內齒輪III高I?2個數量級。
[0012]進一步的是:高阻尼複合材料為高阻尼智能型複合材料，阻尼性能與結構振動響應的變化相匹配，外齒輪II阻尼性能比外齒輪III高I?2個數量級，內齒輪II阻尼性能比內齒輪III高I?2個數量級。
[0013]進一步的是:固定模塊內設置有軸承孔I，軸承孔I內安裝有滾動軸承I，輸入軸主體安裝於滾動軸承I的內孔內。
[0014]進一步的是:輸出模塊內設置有軸承孔II，軸承孔II內安裝有滾動軸承II，輸入軸主體安裝於滾動軸承II的內孔內。
[0015]進一步的是:固定模塊內設置有軸承孔III，軸承孔III內安裝有滾針軸承，輸出模塊安裝於滾針軸承的內孔內。
[0016]本發明的有益效果是:(I)降低噪聲和振動。本發明的減速器，通過在少齒差嚙合副中設置一對高阻尼複合材料齒輪，利用高阻尼複合材料的阻尼性能，可以有效吸收由於減速器齒輪製造及裝配誤差、齒輪齧入及齧出衝擊、負載突變以及齒輪磨損等帶來的噪聲和振動，從而可以延長承受循環載荷和衝擊的服役時間。
[0017](2)提高減速器的運行壽命。本發明的減速器傳動形式屬於少齒差行星傳動，主要通過兩對齒的內嚙合進行運動和動力的傳遞，和普通少齒差傳動相比較，本發明減速器的不同之處在於引入了高阻尼複合材料，能夠吸收運動及動力傳遞過程中的振動和噪聲，降低了齒輪的磨損程度，因此可以保證長時間內的高效傳動，提高減速器的運行壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是高阻尼濾波減速器結構圖；
[0019]圖2是齒向修形處理示意圖；
[0020]圖3是圖2中A處放大視圖；
[0021]圖中標記為:固定模塊1、偏心輸入軸2、輸入軸主體3、偏心段4、輸出模塊5、中間模塊6、內齒輪17、內齒輪II 8、內齒輪III 9、外齒輪110、外齒輪II 11、外齒輪III 12、軸承孔113、滾動軸承114、滾動軸承II 15、軸承孔II 16、軸承孔III 17、滾針軸承18。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0023]如圖1所示，高阻尼濾波減速器包括固定模塊1、偏心輸入軸2、輸出模塊5和中間模塊6 ;偏心輸入軸2包括輸入軸主體3和偏心段4 ;固定模塊I與輸入軸主體3同軸設置；輸出模塊5與輸入軸主體3同軸設置並可旋轉；中間模塊6套裝於偏心段4上並可旋轉；
[0024]固定模塊I包括內齒輪17 ;輸出模塊5包括內齒輪II 8和內齒輪III 9衝間模塊6包括外齒輪110、外齒輪II 11和外齒輪III 12 ;內齒輪17、內齒輪II 8和內齒輪III 9分別與外齒輪110、外齒輪II 11和外齒輪III 12——對應設置並嚙合形成少齒差嚙合副；
[0025]外齒輪II 11的輪齒與外齒輪III12的齒槽正對，外齒輪II 11由高阻尼複合材料製成；內齒輪II 8的輪齒與內齒輪III 9的齒槽正對，內齒輪II 8由高阻尼複合材料製成。
[0026]外齒輪II 11由高阻尼複合材料製成，外齒輪IlO和外齒輪III 12由齒輪常用的鋼材製成，外齒輪II11與外齒輪III12材料不同，兩齒輪難以製成一體，可以將外齒輪II 11通過螺紋連接與中間模塊6的主體連接。基於同樣的原因，內齒輪II 8也可以通過螺紋連接與輸出模塊5的主體連接。
[0027]本高阻尼濾波減速器減速原理如下:驅動裝置(例如電動機)帶動偏心輸入軸2旋轉。中間模塊6套裝於偏心段4上並可自由旋轉，因此中間模塊6不與偏心輸入軸2同步旋轉，只是繞輸入軸主體3公轉。中間模塊6繞輸入軸主體3公轉過程中，外齒輪IlO的輪齒與內齒輪17的輪齒依次嚙合，內齒輪17固定不動，因此內齒輪17推動外齒輪IlO自轉。外齒輪IlO與內齒輪17齒數差越少則外齒輪IlO自轉速度越慢。外齒輪IlO帶動中間模塊6旋轉也就帶動了外齒輪II 11和外齒輪III 12旋轉，外齒輪II 11和外齒輪III 12與內齒輪II 8和內齒輪III 9嚙合即帶動輸出模塊5旋轉完成減速過程。
[0028]通過在少齒差嚙合副中設置一對高阻尼複合材料齒輪，利用高阻尼複合材料的阻尼性能，可以有效吸收由於減速器齒輪製造及裝配誤差、齒輪齧入及齧出衝擊、負載突變以及齒輪磨損等帶來的噪聲和振動，從而可以延長承受循環載荷和衝擊的服役時間，降低了齒輪的磨損程度，可以保證減速器長時間內的高效傳動，提高減速器的運行壽命。
[0029]高阻尼複合材料為現有材料，具有寬溫域高阻尼特性，可以保證在減速器正常工作溫度範圍內都能起到良好的減振降噪作用，並同時具有一定的剛度和強度，以利於加工和安裝，避免在傳動過程中過於粘滯，降低減速器傳動效率。
[0030]通過設置外齒輪II 11的輪齒與外齒輪III12的齒槽正對和內齒輪II 8的輪齒與內齒輪III 9的齒槽正對，使這兩對齒輪錯位嚙合，兩對齒輪嚙合相位相反，單周傳動誤差顯著減小，而單周傳遞誤差正是傳遞誤差的主要成分，因此可以在較低加工精度的情況下，獲得高的傳動精度；並且能夠提高齒輪傳動的重合度，有效減少了輪齒嚙合對數交替變化過程中的剛度激勵，使得嚙合更加平穩，輪齒載荷分布更加均勻，降低了振動和噪聲。
[0031]進一步的，外齒輪110、外齒輪II 11和外齒輪III 12均為斜齒輪且沿偏心輸入軸2軸線方向依次設置，外齒輪Iio和外齒輪II 11與外齒輪III 12旋向相反。採用斜齒輪結構可以減少齧入及齧出的衝擊振動，使傳動平穩、噪聲小，而且重合度較直齒輪結構大，承載能力也更高；然而斜齒輪傳動會產生軸向力，所以利用旋向相反的斜齒輪可以部分抵消該軸向力。
[0032]進一步的，如圖2和圖3所示，外齒輪110、外齒輪II 11和外齒輪III12均進行了齒向修形處理使輪齒在齒寬中央鼓起，齒面與端面圓弧過渡，齒面半徑為Ry，齒面與端面的過渡圓弧半徑為r，Ry和r取值隨齒寬變化而變化，具體如下:當齒寬為2?3mm，r取20?50mm, Ry 取 400 ?600mm ;齒寬為 3 ?4mm, r 取 50 ?100mm, Ry 取 650 ?900mm ;齒寬為5?8mm，r取70?110mm，Ry取700?950_。通過對外齒輪110、外齒輪II 11和外齒輪
III12進行齒向修形處理，使得輪齒接觸的邊緣效應弱化，避免了應力集中，同時，通過齒向修形，獲得了一個較好的沿齒向油膜分布，使得輪齒處於彈流潤滑狀態，有效改善了輪齒的潤滑狀況，提高減速器的運行壽命。[0033]進一步的，內齒輪II 8齒寬為內齒輪III 9齒寬的65%?100%，外齒輪II 11齒寬為外齒輪III 12齒寬的65%?100%。通過減少非承載內齒輪II 8和外齒輪II 11的齒寬，可以節約成本，減小減速器軸向尺寸，方便製造安裝。
[0034]為了進一步降低減速器的振動和噪聲，高阻尼複合材料為具有比強度高、比模量大、耐疲勞、良好的耐衝擊性、耐磨性以及加工工藝好的高阻尼聚合物基複合材料，外齒輪
II11阻尼性能比外齒輪III12高I?2個數量級，內齒輪II 8阻尼性能比內齒輪III9高I?2個數量級。或者高阻尼複合材料為能自感知、自判斷和自適應振動的高阻尼智能型複合材料，其阻尼性能與結構振動響應的變化相匹配，外齒輪II 11阻尼性能比外齒輪III12高I?2個數量級，內齒輪II 8阻尼性能比內齒輪III9高I?2個數量級。高阻尼聚合物基複合材料是通過在聚合物基體中加入填料製備而成，加工方法一般選擇互穿聚合物網絡(IPN)技術或梯度IPN技術。高阻尼智能型複合材料一般選擇壓電阻尼材料，在高分子材料中加入一類導電的壓電粒子，實現將振動能轉化為電能，最後轉換成熱能消耗。
[0035]高阻尼濾波減速器具體設置方式可以如下:固定模塊I內設置有軸承孔113，軸承孔113內安裝有滾動軸承114，輸入軸主體3安裝於滾動軸承114的內孔內。輸出模塊5內設置有軸承孔II 16，軸承孔II 16內安裝有滾動軸承II 15，輸入軸主體3安裝於滾動軸承
II15的內孔內。固定模塊I內設置有軸承孔III 17，軸承孔III 17內安裝有滾針軸承18，輸出模塊5安裝於滾針軸承18的內孔內。上述設置可以使高阻尼濾波減速器結構更加緊湊，有利於減小高阻尼濾波減速器體積。
【權利要求】
1.高阻尼濾波減速器，其特徵在於:包括固定模塊(I)、偏心輸入軸(2)、輸出模塊(5)和中間模塊(6);偏心輸入軸(2)包括輸入軸主體(3)和偏心段(4);固定模塊(I)與輸入軸主體(3)同軸設置；輸出模塊(5)與輸入軸主體(3)同軸設置並可旋轉；中間模塊(6)套裝於偏心段(4)上並可旋轉； 固定模塊⑴包括內齒輪1(7);輸出模塊(5)包括內齒輪II⑶和內齒輪III (9);中間模塊(6)包括外齒輪I (10)、外齒輪II (11)和外齒輪III (12);內齒輪I (7)、內齒輪II (8)和內齒輪III (9)分別與外齒輪I (10)、外齒輪II (11)和外齒輪III (12)——對應設置並嚙合形成少齒差嚙合副； 外齒輪II (11)的輪齒與外齒輪III (12)的齒槽正對，外齒輪II (11)由高阻尼複合材料製成；內齒輪II⑶的輪齒與內齒輪III (9)的齒槽正對，內齒輪II⑶由高阻尼複合材料製成。
2.根據權利要求1所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:外齒輪1(10)、外齒輪II(11)和外齒輪III (12)均為斜齒輪且沿偏心輸入軸(2)軸線方向依次設置，外齒輪I (10)和外齒輪II (11)與外齒輪III (12)旋向相反。
3.根據權利要求2所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:外齒輪I(10)、外齒輪II(11)和外齒輪III (12)均進行了齒向修形處理使輪齒在齒寬中央鼓起，齒面與端面圓弧過渡，齒面半徑為Ry，齒面與端面的過渡圓弧半徑為r，Ry和r取值隨齒寬變化而變化，具體如下:當齒寬為2?3臟，r取20?5Ctam, Ry取400?60Ctam ;齒寬為3?4mm』 r取50?100mm, Ry 取 650 ?900mm ;齒寬為 5 ?8mm, r 取 70 ?110mm, Ry 取 700 ?950mm。
4.根據權利要求3所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:內齒輪II(8)齒寬為內齒輪III (9)齒寬的65%?100%，外齒輪II (11)齒寬為外齒輪III (12)齒寬的65%?100%。
5.根據權利要求4所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:高阻尼複合材料為高阻尼聚合物基複合材料，外齒輪II (11)阻尼性能比外齒輪III (12)高I?2個數量級，內齒輪II⑶阻尼性能比內齒輪III (9)高I?2個數量級。
6.根據權利要求4所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:高阻尼複合材料為高阻尼智能型複合材料，阻尼性能與結構振動響應的變化相匹配，外齒輪II (11)阻尼性能比外齒輪III (12)高I?2個數量級，內齒輪II (8)阻尼性能比內齒輪III (9)高I?2個數量級。
7.根據權利要求5或6所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:固定模塊(I)內設置有軸承孔I (13)，軸承孔I (13)內安裝有滾動軸承I (14)，輸入軸主體(3)安裝於滾動軸承1(14)的內孔內。
8.根據權利要求7所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:輸出模塊(5)內設置有軸承孔II (16)，軸承孔II (16)內安裝有滾動軸承II (15)，輸入軸主體(3)安裝於滾動軸承II(15)的內孔內。
9.根據權利要求8所述的高阻尼濾波減速器，其特徵在於:固定模塊(I)內設置有軸承孔III (17)，軸承孔III (17)內安裝有滾針軸承(18)，輸出模塊(5)安裝於滾針軸承(18)的內孔內。
【文檔編號】F16H57/021GK103953695SQ201410175711
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】王家序, 蒲偉, 周青華, 韓彥峰, 張瑩 申請人:四川大學