一种铝合金式变刚度齿轮组合结构

本发明涉及组合结构领域，特别是涉及一种铝合金式变刚度齿轮组合结构。

背景技术：

1、可调性能组合结构是通过改变自身微观结构，使之达到均匀材料所不具备的力学性能，例如负泊松比、多梯度刚度、负热膨胀、小剪切模量、负压缩性、可重构等。具有可调刚度的组合结构可用于航空航天、船舶设备中，抑制不良振动、改善设备精度、提高可靠性和保障人员安全。然而现有刚度可调装置存在不易调节以及调节范围小等缺陷，难以实现大范围内刚度原位连续可调的要求。

2、为了解决上述问题，本发明提出了一种铝合金式变刚度齿轮组合结构，利用其内部多稳态之间易于转换的特点，容易实现不同稳态间刚度的转换，为可调性能组合结构领域提供技术支撑，推动工程应用发展，可产生较大社会经济效益。

技术实现思路

1、为了克服现有技术不足，填补相关技术空白，本发明提供了一种铝合金式变刚度齿轮组合结构，其特征在于，包括方形组合结构、工字形组合结构、元胞、辅助齿轮(9)、方形辅助框架(1)、工字形辅助框架(10)；

2、所述元胞包括外层齿圈(2)、外层行星轮(3)、内外啮合齿轮(6)、内层行星轮(4)、异形太阳轮(5)、传动齿轮(8)、传动轴(7)；所述外层齿圈(2)的外壁沿周向等距阵列四个凸台，起载荷传递作用，即任意相邻两个凸台之间角度为90度；所述外层行星轮(3)均匀对称分布于外层齿圈(2)与内外啮合齿轮(6)之间，且外层行星轮(3)与外层齿圈(2)和内外啮合齿轮(6)相互啮合；所述异形太阳轮(5)内部包含中心孔和四个中心对称的异形孔(11)，且每个异形孔(11)的宽度沿外径方向逐渐增大，而沿轴向保持不变；所述内层行星轮(4)均匀对称分布于内外啮合齿轮(6)与异形太阳轮(5)之间，且内层行星轮(4)与异形太阳轮(5)和内外啮合齿轮(6)相互啮合，任意相邻两个内层行星轮(4)之间间隔为90度；所述传动齿轮(8)与所述异形太阳轮(5)同轴心；所述传动齿轮(8)和传动轴(7)为过盈配合；所述异形太阳轮(5)和传动轴(7)同样为过盈配合；当需要改变内部几何结构时，旋转异形太阳轮(5)，带动内层行星轮(4)转动，而内层行星轮(4)与内外啮合齿轮(6)啮合，故内外啮合齿轮(6)开始自转，从而带动外层行星轮(3)转动，在这个过程中外层齿圈(2)是保持固定的；

3、所述辅助齿轮(9)与传动齿轮(8)啮合，保证在传动齿轮(8)的旋转过程中，所有元胞中异形太阳轮(5)旋转方向保持一致；

4、所述方形辅助框架(1)上端面长凸台(13)为受力表面，下端面长凸台(13)为支撑面，方形辅助框架(1)为薄壁结构，其整体刚度低于元胞的刚度，方形辅助框架(1)内侧有多处长凹槽(12)，长凹槽(12)用于限制元胞的移动，方形辅助框架(1)外侧有长凸台(13)，将外界载荷传递到内部结构，所述方形辅助框架(1)起辅助支撑与载荷传递作用；

5、所述工字形辅助框架(10)上端面短凸台(15)为受力表面，下端面短凸台(15)为支撑面，工字形辅助框架(10)为薄壁结构，其整体刚度低于元胞的刚度，且薄壁结构的厚度保持一致，工字形辅助框架(10)内侧有短凹槽(14)，短凹槽(14)与元胞紧密贴合，用于限制元胞的移动，工字形辅助框架(10)外侧有短凸台(15)，起载荷传递作用，所述工字形辅助框架(10)具有辅助支撑与载荷传递作用；

6、所述方形组合结构由方形辅助框架(1)、辅助齿轮(9)、以及方形多胞构成，其中方形多胞是由元胞按3×3的方式排列而成；方形辅助框架(1)内侧长凹槽(12)限制了方形多胞的在平面内的移动；辅助齿轮(9)与方形多胞的传动齿轮(8)啮合，旋转任意传动齿轮(8)，内部元胞运动保持一致；

7、所述工字形组合结构由工字形辅助框架(10)、辅助齿轮(9)、以及工字形多胞构成，其中工字形多胞是由元胞在平面上按照工字形的方式排列而成；工字形辅助框架(10)内侧短凹槽(14)限制了工字形多胞的在平面内的移动；辅助齿轮(9)与工字形多胞的传动齿轮(8)啮合，旋转任意传动齿轮(8)，内部元胞运动保持一致。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果：实现对组合结构的刚度连续可调，其调节方式简单，易于实施，在减振降噪领域具有广阔的应用前景为组合结构设计提供理论支撑，填补相关技术空白，推动原位刚度连续可调组合结构发展，具有较大的社会效益与经济效益。

技术特征：

1.一种铝合金式变刚度齿轮组合结构，其特征在于，包括方形组合结构、工字形组合结构、元胞、辅助齿轮(9)、方形辅助框架(1)、工字形辅助框架(10)；

技术总结
本发明公开了一种铝合金式变刚度齿轮组合结构，其特征在于：内部由元胞阵列组成方形、工字形多胞，外部为方形、工字形辅助框架，辅助齿轮与元胞中的传动齿轮相啮合；其中元胞包括外层齿圈、外层行星轮、内外啮合齿轮、内层行星轮、异形太阳轮、传动齿轮、传动轴组件，传动轴一端与传动齿轮固定，另一端连接异形太阳轮；该组合结构中材料均采用铝合金；有益效果是在实际应用时，只需要控制齿轮旋转角度，方形、工字形组合结构就可以表现出不同的刚度，从而实现对刚度的连续光滑控制，弥补了行业空缺，且具备重要的工业应用价值，可满足现代智能设备的实际需求。

技术研发人员：莫帅,黄祖瑞,刘翊恒,魏红,陈科任,王震,曾彦钧,刘文斌,黄轩,唐旭
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15