CN111288149B - 一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置，包括减振机构，减振机构包括结构相同的半减振机构A和半减振机构B，半减振机构A包括连接板、固定座、滚珠、压簧和回转质量块，固定座与从动轴固定安装，回转质量块安装于固定座的外圈，固定座和回转质量块之间沿圆弧方向安装有若干滚珠，使回转质量块只具有绕回转中心轴旋转的自由度，固定座的端部相对于回转质量块的端部突出，连接板固定于固定座的端部，压簧安装于连接板和回转质量块的端部之间，半减振机构A和半减振机构B通过连接板固定。在系统处于额定运转工况下，本发明能够显著降低齿轮传动系统中因为齿轮轴旋转导致的中高频振动和噪声问题。

Description

一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮传动装置，特别涉及一种具有动力减振功能的齿轮传动装置。

背景技术

齿轮箱的振动和噪声问题由来已久，至今尚未得到较好的解决。在民用领域的产品中，其直接影响着设备运行稳定性和可靠性。而在军用领域，其作用更为重要，以舰艇为例，齿轮箱的振动和噪声水平直接决定着其传播距离，也就意味着被敌方探测到的距离。振动和噪声越大，则越容易被敌方探测到，反之，如果敌方舰艇的噪声振动越小，则我方越难以探测到。故不管是在民用领域还是军用领域，如何降低传动系统的振动和噪声是所有动力传动系统都均需急迫解决的问题。

齿轮传动系统中的振动和噪声主要来源于轮齿在啮合时产生的振动以及齿轮轴在旋转时产生的振动，这两个振源通过齿轮箱箱体传播出去，从而导致了系统在运行时出现较强的振动和噪声问题。

发明内容

本发明的目的是在系统处于额定运转工况下，显著降低齿轮传动系统中因为齿轮轴旋转导致的中高频振动和噪声问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置，包括主动轴、从动轴、可绕主动轴旋转的主动齿轮、与主动齿轮相啮合的可绕从动轴旋转的从动齿轮，所述从动轴上安装有减振机构；所述减振机构包括结构相同的半减振机构A和半减振机构B，所述半减振机构A包括连接板、固定座、滚珠、压簧和回转质量块，所述固定座与从动轴固定安装，所述回转质量块安装于固定座的外圈，固定座和回转质量块之间沿圆弧方向安装有若干滚珠，使回转质量块只具有绕回转中心轴旋转的自由度，所述固定座的端部相对于回转质量块的端部突出，所述连接板固定于固定座的端部，所述压簧安装于连接板和回转质量块的端部之间，半减振机构A和半减振机构B通过连接板固定。

更进一步的，所述固定座的上表面设置有凹槽，所述凹槽的两侧各设有两个大弧面，所述回转质量块的内表面设置有凸起，所述凸起的两侧各设有两个小弧面，所述回转质量块的凸起插入固定座的凹槽中，所述大弧面和小弧面配合成四个圆环形轨道，所述滚珠设置于圆环形轨道中。

更进一步的，所述回转质量块被四列由滚珠构成的圆环形轨道限制轴向和径向位移，所述回转质量块可绕回转中心轴自由回转。

更进一步的，所述压簧采用高锰基高阻尼的合金材料。

更进一步的，所述装置的最小空间尺寸V为:

V_min＝f(A,B,C,L,M,N,I,O,P)

L≥x₀,σ≤σ_f,k₀,R，m₀。

本发明具有如下有益效果：

(1)计算齿轮传动系统在额定工作频率和齿轮轴的自身重量，并采用便携式安装的方法，直接将旋转动力减振模块安装在齿轮轴上，无需对原有齿轮轴做任何设计变更的情况下，将原来属于轴的振动传递给减振模块，从而达到降低轴的振动的目的；

(2)利用机械振动中的减振原理，并根据齿轮轴的旋转频率、重量和外部负载等参数，设计合适的减振质量块和压簧，并采用两端安装压簧的方法来适配齿轮正反转两种工况下的减振需求；

(3)给出减振质量块和压簧结构的优化设计方法，获得最优的结构设计方案，确保齿轮传动系统减振方案的紧凑性和可行性；

(4)采用高锰基高阻尼的合金材料制作减振压簧，使得振动能量能够通过高阻尼压簧耗散掉，从而实现有效减振；

(5)当额定工作转速改变时，只需要更换减振压簧，即可以适配新的工况，达到减振降噪的目的；

(6)采用回转滑轨轨道和回转质量块的设计方案，结合轨道钢珠，实现质量块在轨道上绕中心轴的平顺旋转，保证了减振的有效性和模块的紧凑性。

附图说明

图1是便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置总成图；

图2是便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置分解图；

图3是减振总成立体图；

图4是减振总成分解图；

图5是减振总成平面图；

图6是沿图5中A-A方向的剖面图；

图7是回转质量块平面图；

图8是沿图7中B-B方向的剖面图；

图9是底座平面图；

图10是沿图9中C-C方向的剖面图；

图11是连接板细节图。

图中标记：1、主动轴；2、主动轴承；3、主动齿轮；4、从动轴；5、从动轴承；6、从动齿轮；7、连接板；8、固定底座；9、滚珠；10、压簧；11、回转质量块；12、压簧安装座；13、第一螺纹安装孔；14、第二螺纹安装孔；15、减振总成；151、半减振总成A；152、半减振总成B。

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是安装有轴减振模块的齿轮传动系统的总成图，图2是传动系统的总成图。由图可以看出，传动系统主要由主动轴1、主动轴承2、主动齿轮3、从动轴4、从动轴承5、从动齿轮6和减振总成组成。减振总成安装在从动轴承5和从动齿轮6之间的轴4上。如果不考虑轴的减振问题，则只需要将减振总成拆掉即可，如果需要降低振动减小噪声，则通过快捷的方式将减振总成直接安装在轴上即可。

图3是减振总成的立体图，由图可以看出，该减振总成15由两个半减振总成A151和半减振总成B152组合而成，两个半减振总成之间通过螺栓将轴紧固在一起。图4是减振总成的分解图，其中半减振总成A由两个连接板7、固定座8、四圈滚珠9、两个压簧10和回转滑块11组成。半减振总成B与A的结构完全相同。图5和图6是减振总成的平面图和剖面图，由图可以看出，质量块11安装在最外圈，回转固定座8安装在最内圈，固定座8和质量块11之间安装有四圈滚珠9，滚珠9能够起到限制回转质量块11在其径向和轴向的运动自由度，使得质量块11只具有绕回转中心轴旋转的自由度。两个固定板7分别通过螺丝安装在的固定座8的两端，两侧固定板7与滑块11之间分别通过两个压簧11连接起来，这样质量块11的回转角度就受到压簧11的限制。减振模块A和B之间通过四个连接板7两两紧固在一起。

图7和图8是回转质量块11的平面图和剖面图，图9和图10是固定底座8的平面图和剖面图。由图可看出，回转质量块11的内圈插入固定底座8的槽中，槽的两侧有四个大弧面分别与回转质量块11的四个对称小弧面配合成四个圆环形轨道，将滚珠9放入这四个圆环形轨道，这样回转质量块11就被这4列由滚珠9构成的圆环形轨道限制了轴向和径向位移，但可以绕着回转中心轴自由回转。

图11是连接板7的详细结构图，其中，四个第一螺纹安装孔13与两个固定底座8的四个端面安装在一起。三个第二螺纹安装孔14用来将四个安装在半减振模块A和B上的连接板7两两组合紧固安装在传动轴4上。这样固定底座8与传动轴4固定安装在一起，其相对位置不变。连接板7上的压簧安装座12与回转质量块11的端面之间安装有压簧10，这样，回转质量块11和压簧10就构成了一个回转动力减振系统。可以看出该动力减振系统并未改变原有设计，只需要在轴上安装该模块即可。

回转式动力减振器的核心原理在于将作用在齿轮轴上的扭力导致轴的振动转移给回转减振模块中的质量块的振动，即实现了振动能量的转移和消耗。压簧10采用高锰基高阻尼合金材料制作，这样减振块的振动能量将进一步由高阻尼压簧以热能形式耗散掉。

该动力减振模块的设计方法和过程如下：

(1)获取齿轮传动的额定工况转速n，单位为rpm，即每分钟的转数；

(2)计算得到系统的轴动频率f，f＝n/60；

(3)设计质量块的总重m，确保其约等于传动轴重量M的十分之一，即m≈M/10；

(4)根据公式

f为系统的轴动频率，m₀为质量块的质量，由于f和m均为已知量，则可以通过公式计算出刚度k₀，此处刚度k₀即为压簧所需要设计的刚度；

(5)假设系统输入负载扭矩为T，作用在轴上的力

其中r为轴的半径，可以得到压簧8的最大设计压缩量

(6)至此，完成了回转式动力减振模块中三大重要设计参数的计算：回转质量块的重量m₀、压簧刚度k₀和压簧的设计压缩量x₀。

最后对该减振模块进行结构优化设计，以达到尺寸最小空间、最紧凑的目的。以回转质量块11的截面面积、弧度和回转半径尺寸为设计变量，分别用[A B C]表示，同时以压簧的长度、截面长宽尺寸、压簧的内径和外径尺寸和螺距为设计变量,分别用[L M N I OP]表示。同时以回转质量块11的外径为直径、厚度为高度构成的圆柱体积V的最小化为优化目标，并以压簧的压缩量x₀、刚度k₀、压簧阻尼合金材料的疲劳强度σ_f、原有齿轮箱内的轴承-轴-齿轮系统的内部可用空间尺寸R和质量块的重量m₀需求为边界条件。通过优化设计，获得最小空间尺寸V。用公式可表示如下:

V_min＝f(A,B,C,L,M,N,I,O,P)

L≥x₀,σ≤σ_f,k₀,R，m₀

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 (3)

1.一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置，包括主动轴(1)、从动轴(4)、可绕主动轴(1)旋转的主动齿轮(3)、与主动齿轮相啮合的可绕从动轴(4)旋转的从动齿轮(6)，其特征在于：所述从动轴(4)上安装有减振机构；所述减振机构包括结构相同的半减振机构A和半减振机构B，所述半减振机构A包括连接板(7)、固定座(8)、滚珠(9)、压簧(10)和回转质量块(11)，所述固定座(8)与从动轴(4)固定安装，所述回转质量块(11)安装于固定座(8)的外圈，固定座(8)和回转质量块(11)之间沿圆弧方向安装有若干滚珠(9)，使回转质量块(11)只具有绕回转中心轴旋转的自由度，所述固定座(8)的端部相对于回转质量块(11)的端部突出，所述连接板(7)固定于固定座(8)的端部，所述压簧(10)安装于连接板(7)和回转质量块(11)的端部之间，半减振机构A和半减振机构B通过连接板(7)固定；所述压簧(10)采用高锰基高阻尼的合金材料。

2.根据权利要求1所述的一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置，其特征在于：所述固定座(8)的上表面设置有凹槽，所述凹槽的两侧各设有两个大弧面，所述回转质量块(11)的内表面设置有凸起，所述凸起的两侧各设有两个小弧面，所述回转质量块(11)的凸起插入固定座(8)的凹槽中，所述大弧面和小弧面配合成四个圆环形轨道，所述滚珠(9)设置于圆环形轨道中。

3.根据权利要求1所述的一种便携式高阻尼轴用回转动力减振齿轮传动装置，其特征在于：所述回转质量块(11)被四列由滚珠(9)构成的圆环形轨道限制轴向和径向位移，所述回转质量块(11)可绕回转中心轴自由回转。

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