专利名称：柔环径向封闭加压式附着传动的制作方法
技术领域：
本发明是根据附着传动原理而设计的一种高传动能力、高效率、超低噪声的传动装置。将此种传动装置设计成通用系列减速机，简称为无噪声减速机。该传动用光滑圆柱轮组成行星轮系，或星状布置的定轴轮系，其外中心轮作成弹性圆环，内径稍小于各行星轮的外公切圆，将弹性环强制变形后套装于行星轮外，使各传动轮之间产生极大的、稳定的径向压力。在传动装置中加有高压粘特性的滑油，这种油具有在高压下粘度剧烈增大的特性。因此，在传动轮间的接触区，形成了一层粘度极大的油膜，使轮子之间产生滞涩作用，从而实现力和运动的传递。为了使轮间强大的径向压力能均匀分配于各轮之间，且不作用于轴和轴承上，轮系采用径向全浮动式结构，有效地实现了均载分流，使传动具有极高的承载能力。
由于没有齿轮，又有粘性油膜的作用，传动件间不发生直接接触因此传动极其平稳无声，特别适于要求超低噪声的设备。例如超低噪声的冷却塔、鼓风机、医疗设备、图书馆设备及其他生活设施等。也可设计成通用系列减速机，供一般设备配套使用。
附着传动是七十年代发展起来的一种新型传动，其基本原理在F.W.Heilich和E.Shube的专著《TractionDrive》中有系统论述。但是，将这种原理设计成简单而实用的传动装置还为数不多，设计成通用减速机的尚未见到。而且，现有的附着传动结构，绝大多数是用轴向加压的方法来实现传动轮间的高接触压力。本发明是用径向加压的方法直接产生传动轮间的高接触压力，是迄今所见到的结构最简单的附着传动装置。与本发明直接有关的现有技术是一项日本专利。该专利是用光滑圆柱轮组成行星轮系。其中间中心轮做成内外锥套结构，装入后，用螺纹调节内外锥套的相对位置，使外套涨大，从而使传动轮之间产生高的接触压力。这实际上还是通过轴向加压来实在径向加压。该专利中具有内外锥套的中心轮制造较困难，成本高，不易调整，而且强度较难提高。其具体结构详见JP59-147149〔专日〕-1984.8.23;IPC.F16H113/08，B66B11/08。
本发明的目的在于设计一种简便有效的、直接径向加压的附着传动结构。主要内容是1.用光滑圆柱轮组成行星状轮系。其中，外中心轮作成弹性圆环，内径稍小于各行星轮的外公切圆，将该环强制弹性变形后套装于行星轮外，使各传动轮间形成稳定的、极大的接触压力，以便加入高压粘特性的润滑油后，实现附着传动。
2.行星轮采用径向全浮动式结构，各行星轮之间可自动平衡，实现分流均载，这对于要求高接触压力的附着传动有十分重要的意义。
3.对处于不断作弹性波动的外中心轮，采用一种行星孔销浮动联接结构，保证在不妨碍外中心轮自由变形的条件下实现周向固定。
本发明的结构如
图1图2所示。用内中心轮(1)行星轮(2)和外中心轮(3)组成一组光滑圆柱轮行星轮系或星状布置的定轴轮系。为了功率分流和封闭压紧力，行星轮(2)一般为2-6个沿周向均布。每一行星轮用滚动轴承或滑动轴承(4)支承于行星轴上。行星轴(5)的两端作成扁形，卡在行星架组件上呈周向均布的径向滑槽中，可作径向自由浮动。行星架组件由行星架(6)和行星架盖(9)用销钉定位，再用螺钉(7)联接而成。行星架组件用键(8)联接在输出轴(10)上。内中心轮(1)置于诸行星轮(2)的中间，由装于输入轴(18)(电动机轴)上的浮动联轴节(11)带动，该轮没有轴及支承，其中心位置是浮动的，随各行星轮的位置而定。外中心轮(3)是一弹性圆环，其内径稍小于装入内中心轮(1)后诸行星轮(2)外公切圆的直径，强制弹性变形后套装于行星轮外，其弹性恢复力将各行星轮(2)和中心轮(1)之间紧紧的相压，保证产生极大的接触压力。为了使处于变形运动状态下的外中心轮(3)不发生周向运动，在外中心轮的一侧端面上，均布有m个孔，其直径为de，分布圆直径为De。在壳体(12)或另加的盖环上，对应地装有m个销子(13)，其直径d0，分布圆直径D0，并保证以下关系(见图(2)和图(3))D0＝De+(△1-△2)de＝d0+(△1+△2)+δm＝2n其中，△1，△2-外中心轮的涨大和缩小变形量δ-间隙量n-行星轮数各轮的轴向定位分别采用不同方式内中心轮(1)上方由浮动联轴节(11)限定，下方用一钢球(14)通过挡头(19)顶在输出轴(10)上。行星轮(2)两端均由稍凸出的轴承套直接顶在行星架组件上。外中心轮(3)下端以其端面支于壳体(12)上，上端用卡于壳体上的弹性卡环(17)或盖环限制其轴向位置。
整个行星轮系的中心位置，由变形并套装于行星轮(2)上的外中心轮(3)的n个凸起部分的外表面与壳体(12)相配合来限定。壳体(12)上与外中心轮(3)配合处的直径为Dk。如图2所示。
Dk＝D1+2D2+2H其中，D1-内中心轮(1)的直径D2-行星轮(2)的直径H-弹性环即外中心轮(3)的厚度行星轮(2)的个数n根据传动比和承载能力来选定，一般2-6个，常用3-4个，并保证n ＜180si n-1(D1D1+D2)]]>采用上述结构，实现了直接径向封闭加压，功率分流、压力均载的目的。作弹性变形的外中心轮(3)可以在不妨碍变形运动的情况下作径向和周向定位，保证了弹性变形的外中心轮既能起到径向加压作用，又可以保持作为行星轮系的中心轮的功用，使行星轮系工作正常。
在本发明中要使用一种环状脂肪族碳氧化合物为基础的特种润滑油，其特征是在常压下具有普通滑油的性质，但在高压下其粘度增高极大，使两接触体间的牵引系数高达0.095～0.12这种油的国产牌号有S-20和S-30;美国牌号有Santotrac40和50等。
除上述核心部以外，该装置若设计成通用减速机还有普通减速机类似的零部件，以保证整机的正常工作。如透气塞和加油孔(21)，油标(22)、输出轴支承(23)及其油封(24)、放油孔及油塞(25)。对于立式机型或大型机，还必须配备滑油泵(26)。为防止立式机型漏油，还设置有隔套(27)及档油环(28)，使滑油完全进不到输出轴的密封处，而低速的输出轴(10)的轴承(23)另用油脂润滑。
实施本发明的几个技术关键1.在设计径向封闭加压式附着传动装置时，必须进行弹性流体动压计算，使满足以下条件以保证传动轮之间建立起粘性油膜，实现附着传动。
γ =h0H j f21+H j f22]]>
Hjf1、Hjf2-两传动轮表面的粗糙度;
h0-两轮之间的最小油膜厚度;
λ-膜厚比。
要保证λ＞3，以此条件来选定传动轮表面的粗糙度。
在计算膜厚比h0时，要根据膜厚参数H、速度参数U、载荷参数W及材料参数G，来判断接触区弹变效应与压粘效应的大小，分别用马丁(AM Martin)公式、道森(D.Dowson)公式、布洛克(H.Blok)公式或赫里布(K.Herrebrugh)公式计算。
2.必须选用合适的高压粘特性的油。国产油牌号是S-20和S-30，美国牌号为Santotrac40和50。
3.必须根据结构空间合理安排行星轮数，一般2～6个，常用2-4个。再根据载荷大小计算所必需的接触压力p。然后根据弹性外中心轮的理论内径D0(各行星轮的外切圆)选定弹性变形量的大小，一般取△1＝(3～8)×10-6D0cm求出所需的接触压力p和预选出相对变形量△1后可用以下方法求得弹性外中心轮(3)的断面尺寸。
式中，B-外中心轮的宽度cmC-与行星轮数n有关的系数;
n＝3时，C＝9.1078×10-8n＝2时，C＝8.51×10-7其他符号如前所述。
4.各传动轮均应采用杂质少的高接触强度和抗疲劳的材料。例如可选用GCr15经渗透碳淬火HRC62-65并且要求加工前进行球化退火，硬度控制在HB170-200之间。淬火温度不得高于850℃，淬火后立即回火，温度为150℃～160℃，保温两小时。要求其组织为极细的回火马氏体和分布均匀的细粒状碳化物，残余奥氏体少量。精加工完成后，要求进行稳定化处理，以消除磨削应力。当尺寸较大时可用低碳合金钢渗碳淬火，例如选用20CrMnTi第一次880℃，第二次870℃油中淬火，200℃回火，硬度HRC60-62。渗碳层深度1.2～1.5mm。也可用20CrMnMo850℃油中淬火，200℃回火，硬度HRC60-62。渗透深度1.4～1.6mm。无论选那种材料进行渗碳处理，均要求为细马氏体组织。
5.当确定所需的接触压力P，并确定各轮的几何尺寸和材料以后，应该对内中心轮(1)和行星轮(2)这一对外接触圆柱轮的表面进行接触疲劳强度计算，对外中心轮的内侧表面进行拉压应力的疲劳强度计算，保证它们的工作应力均小于所选材料的相应的许用应力。
6.装配时，先将内中心轮(1)及各行星轮(2)装配到位，然后将外中心轮(3)以n点均布由外向内加压，迫使外中心轮(3)产生弹性变形，然后以突起处对准行星轮套入。加压所产生的突起变形量△c不可任意加大，以能轻松套入为宜，一般应控制在△c＜1.2△1以内，以免使外中心轮(2)产生预变形，影响其强度和各行星轮受力的均匀性。
7.对处于不断作弹性波动的外中心轮，采用一种行星孔销浮动联接结构，保证在不妨碍外中心轮(3)自由变形波动的条件下，实现周向固定。
行星孔销浮动联接结构，孔和销的直径为de的d0，分布圆直径为D0和De，孔数为m，它们之间应保持以下关系De＝D0-(△1-△2)de＝d0+(△1+△2)+δ
m＝2n其中，△1，△2-外中心轮涨大和缩小的变形量δ-间隙量n-行星轮数。
外中心轮(3)端面的限位孔与对应的壳体(12)或盖环上的限位孔，其位置度误差应小于R0.08～R0.12，间隙值δ一般取0.15～0.25。外中心轮(3)上的限位孔不宜太深，一般以深1＝(1.0～1.2)d0孔口倒角以便装配。限位销(13)直径d＜ 1/3 H，顶部亦应有较大倒角，以便于装配。必要时也可将限位销不做在壳体上，另做在一个盖环上。
此时，外中心轮(3)上的定位孔应向上，轮系装入后再盖上盖环，并将盖环固定。
下面以一个实施例说明本发明的工业应用和实际效果。图1是一个用于玻璃钢冷却塔风机的径向封闭加压式附着传动无噪声减速机，该机的设计参数实测性能如下设计参数电机功率 N＝4.0KW 额定转速 n1＝970rpm输出轴扭矩 T2＝145N·m输出轴转速 n2＝260r·p·m传动比i＝3.7307外型尺寸壳体直径φ240长300比相应规格的齿轮减速机稍小。
实测数据输入转速 n1＝972rpm输出转速 n2＝257rpm输入扭矩 T1＝42.24N·m输出扭矩 T2＝148.0N·m实际速比i＝3.782
滑差率ε＝0.0136传动效率η＝0.938温升△t＝26℃噪声54dB(A)测距1m，四点取平均值。
权利要求
1.一种用光滑圆柱轮按行星状布置的传动轮系，在其中加入高压粘特性的润滑油而构成的附着传动装置，其特征在于其外中心轮(3)作成内径稍小于各行星轮(2)外公切圆的圆环，强制弹性变形后套装于行星轮外，使各行星轮(2)与中心轮(1)及弹性变形的外中心轮(3)之间形成稳定的，实现附着传动所必需的径向压力。弹性外中心轮(3)的实际内圆直径D3与理论直径D0之差的一半，即弹性变形量△1，其值应控制在一定范围内，一般取△1=(3～8)×10-5D0cm然后根据径向压力P的大小，并选定轮宽B后由下式设计外中心轮的厚度HH=0.5D3Δ1BCP-0.53cm]]>n=2 c=8.15×10-7n=3 c=9.1078×10-8。
2.根据权利要求1所述的附着传动装置，其特征在于弹性变形的外中心轮(3)的弹性变形量△1应控制在保证实现附着传动所必需的径向压力P的同时，还应保证环的内表面的拉压疲劳强度和接触疲劳强度，以及内中心轮(1)及行星轮(2)的接触疲劳强度。
3.根据权利要求1所述的附着传动装置，其特征在于传动轮系沿径向是全浮动的。每一行星轮(2)用滚动轴承或滑动轴承(4)支承于行星轴(5)上。行星轴(5)的两端作成扁形，卡在行星架组件上沿周向均布的滑槽中，可作径向自由浮动。内中心轮(1)置于n个行星轮(2)的中间，由装于输入轴(18)上的浮动联轴节(11)带动。该轮没有轴及支承，其中心位置是浮动的，随各行星轮位置而定。整个轮系中，各轮的中心位置由外中心轮(3)的中心位置而定，而外中心轮的位置由变形后的几个凸起部分与壳体(12)相配合来限定。该定位部分的采用H7/k6配合或H7/j56配合。配合孔的直径为Dk，Dk＝D1+2D2+2H。
4.根据权利要求1所述的附着传动装置，其特征在于不断作弹性波动的外中心轮(3)，采用了一种行星孔销浮动联接结构，保证在不妨碍外中心轮(3)自由变形的条件下实现周向固定。即在外中心轮的一侧端面上均布有m个孔，孔径de，孔中心的分布圆直径为De。在壳体(12)或另加的盖环上的对应位置，也打有m个孔，每孔中装入一个限位销子(13)，其直径为d0，中心分布圆直径为D0并保持D0＝De+(△1-△2)d0＝de-(△1+△2)-δm＝2n其中，△1、△2-外中心轮涨大和缩小的变形量。δ-间隙量。一般δ＝0.1～0.2mm。n-行星轮数。
5.根据权利要求1所述的减速机其特征在于行星轮(2)的数目n一般取2～6个常用3～4个，并保证n ＜180si n-1(D1D1+D2)]]>
6.根据权利要求1所述的减速机，其特征在于各传动轮均用高接触强度的材料制成，硬度大于HRC58，表面光洁度由弹性流体力学计算出的油膜厚度来决定。一般要求膜厚比为λ＞3。表面光洁度高于0.2。
全文摘要
本发明是按附着传动原理设计的一种传动装置。特点是结构紧凑、效率高、传动平稳、可实现无噪声传动。设计成通用系列机型简称无噪声减速机。本发明用光滑圆柱轮组成星状轮系。外中心轮为内径稍小的弹性圆环，变形后套装于行星轮上，产生径向强压力，使转动轮间所加的特种滑油粘度剧增，主从轮相粘附而传动。轮系作成径向全浮动式结构。径向压力直接封闭于各轮之间，不作用于轴及轴承上，且能实现分流均载，使减速机有极高的承载能力。
文档编号F16H15/48GK1035875SQ88101019
公开日1989年9月27日 申请日期1988年3月14日 优先权日1988年3月14日
发明者陈仕贤 申请人:北京航空学院