CN111059262A - 一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构，该柔性销轴均载结构主要由行星架(1)、行星轮(2)、轴承(3)、弹性挡圈1(4)、销轴(5)、销轴套(6)、弹性挡圈2(7)、紧固螺钉(9)组成。该柔性销轴均载结构的销轴(5)由紧固螺钉(9)固定在行星架(1)销孔中，销轴(5)内部空心，在一侧开口，空心体积、开口度以及销轴两端过盈装配量需进行计算；变刚度销轴的设计增大了销轴的柔性，能抵消较大零部件制造安装误差，解决已有的柔性销轴柔性有限、各行星轮间载荷分配严重不均的问题。

Description

一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构

技术领域

本发明涉及行星齿轮传动领域，具体涉及一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构。

背景技术

行星传动装置由于其同轴输出速比大、体积小、高承载能力等特点，被广泛的应用到航空航天、船舶、风电等行业中。行星轮系由太阳轮、内齿圈和多个行星轮组成，多个行星轮进行载荷分流，因此行星轮系能在较小的体积实现大的传动比。在轮系强度设计计算时假设各个行星轮承载相同，但是由于制造安装误差的存在，使多个行星齿轮间的载荷分配不均，导致单个行星齿轮因负载过大而失效，所以需要采取均载措施，使得各行星轮承载相同。柔性销轴结构就是均载措施之一，不仅可以减轻行星架的重量，而且通过销轴的柔性变形抵消误差，从而实现行星轮的载荷均匀分流。

已有的柔性销轴专利CN205715578U(一种风电齿轮箱柔性轴)，柔性销轴结构主要由行星架、行星轮、轴承、弹性挡圈、销轴、销轴套组成，销轴从行星架悬臂端伸出，销轴套从远离行星架的一端尾部悬臂伸出，销轴和销轴套组成一个双悬臂结构，销轴套内部为单阶梯，最小直径部分与销轴过盈配合，通过销轴末端的轴肩结构进行轴向定位，销轴套靠近行星架一端加工出轴肩结构，另一端配置有弹性挡圈，对轴承进行轴向定位，将轴承固定在所述销轴套上。采用已有柔性销轴均载结构，当单个行星轮承受载荷大于平均值时，能通过销轴和销轴套的双悬臂变形叠加可以抵消制造安装误差，实现行星轮系中各个行星轮间的载荷均匀分布。

但是，也有研究表明：当零件累积的制造安装误差较大时，已有实心销轴变形小，抵消的误差小，导致轮系行星轮间载荷分布严重不均，单个行星轮分担载荷偏大，容易导致轮齿失效从而降低传动系统的可靠性。

发明专利CN203258045U(一种柔性行星销轴均载装置)，对实心销轴上靠近销轴套轴向中点的位置加工一定长度的环形弧槽来增大销轴柔性，但是在环形弧槽区域会引起较大的局部应力集中，减小柔性销轴的使用寿命，降低柔性销轴的可靠性。

因此，需设计一种新型的柔性销轴结构，使它既能解决累积的制造安装误差较大行星轮分布严重不均的问题，又不会使销轴产生局部应力集中的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构，可以有效地解决零件累积的制造安装误差较大时，轮系行星轮间载荷分布严重不均的问题。

本发明是通过如下技术方案来完成的：一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构，主要由行星架、行星轮、轴承、弹性挡圈、销轴、销轴套、紧固螺钉组成，销轴采用的是新型空心开口设计，一端先过盈装配到行星架的销孔，再进行与紧固螺钉的配做。本发明特征在于：所述销轴内部为空心开口设计，空心体积较小，并在圆周一侧开口，开口角度也较小，其开口两侧对称中心线与销轴中心线组成的平面，垂直于销轴中心线和太阳轮中心线组成的平面，过盈装配后的销轴满足剪切强度和扭转强度要求。

作为优选：所述的销轴空心并开口，销轴的一端通过过盈配合和紧固螺钉固定，另一端过盈安装到对应的销轴套孔中，空心体积较小，空心体积和装配过盈量需进行计算，以保证销轴剪切强度和扭转强度，开口角度较小，应根据需要确定，应根据需要确定，紧固螺钉拧紧力矩大小由实际情况决定。

本发明的原理如下：销轴内部为空心，并在圆周一侧开口，其开口两侧对称中心线与销轴中心线组成的平面，垂直于销轴中心线和太阳轮中心线组成的平面，过盈装配后的销轴满足剪切强度和扭转强度要求；当各零件累积的制造安装误差较大导致轮系行星轮间载荷分布严重不均时，单个行星轮分担载荷偏大，具有空心开口结构的销轴刚度比实心销轴刚度小，变形更大，能抵消更大的制造安装误差，均载效果更好，变形的方向垂直于开口两侧对称中心线，开口趋向闭合；同时，为了防止销轴变形过大引起轮系其他变化，因开口角度较小，变形一定程度后开口闭合，销轴的刚度增大，可防止柔性销轴整体变形过大。

与已有技术相比，本发明的效果是：空心开口销轴轴降低了销轴的刚度，同时在受力变形时刚度会自动调节直到产生的弹力抵消柔性销轴内部的压力，增加柔性销轴结构整体的柔度，能抵消较大的零件累积的制造安装误差，可以行星轮间的受载更加平衡，既能解决行星齿轮间的载荷严重分布不均的问题，又减轻了行星齿轮箱的重量，空心开口销轴的设计能实现不同行星齿轮系统不同柔度的要求，可以方便快捷调整开口度大小来实现，也方便进行实验统计使本发明能够广泛应用。

附图说明

图1是一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构。

图2是已有柔性销轴均载结构示意图。

图3是已有柔性销轴变形图。

图4是刚度随变形的变化图。

图5是变刚度柔性销轴小刚度变形图。

图6是闭合后弯曲变形的大刚度变形图。

图7是变形随载荷的变化图。

图8是变刚度柔性销轴二维正视图。

图9是变刚度柔性销轴三维结构示意图。

图10是变刚度柔性销轴结构有限元分析结果与已有柔性销轴均载结构有限元分析结果的行星轮顶部母线位移图。

图中，1-行星架，2-行星轮，3-轴承，4-弹性挡圈1，5-销轴，6-销轴套，7-弹性挡圈2，8-已有销轴，9-紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图2至图3所示为已有柔性销轴均载结构示意图、已有柔性销轴变形图。已有柔性销轴确实可以在一定程度上通过弹性变形改善累积的制造安装误差较大行星轮分布严重不均的问题，但如图3所示，它的刚度小，抵消误差的均载效果差，当积累的制造安装误差较大时，已有销轴(8)会发生弯曲变形，所以具有很大局限性。

如图1、图8、图9所示为一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构、变刚度柔性销轴二维正视图、变刚度柔性销轴三维结构示意图。本发明是一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构，它主要由行星架(1)、行星轮(2)、轴承(3)、弹性挡圈(4)、销轴(5)、销轴套(6)、弹性挡圈(7)、紧固螺钉(9)组成。销轴(5)内部为空心，并在圆周一侧开口，其开口两侧对称中心线与销轴(5)中心线组成的平面，垂直于销轴(5)中心线和太阳轮中心线组成的平面，销轴的一端通过过盈配合和紧固螺钉固定，另一端过盈安装到对应的销轴套孔中，过盈装配后的销轴(5)满足剪切强度和扭转强度要求。空心体积较小，空心体积和装配过盈量需进行计算，以保证销轴(5)剪切强度和扭转强度，开口角度较小，应根据需要确定，紧固螺钉拧紧力矩大小由实际情况决定。开口轴开口时刚度小，销轴(5)变形大，抵消误差多，均载效果更好；闭合后刚度增大，销轴(5)持续增加的变形减小，可保证整体变形不会过大，从而避免引起轮系其他问题。

如图4所示为刚度变化图，纵坐标代表刚度，横坐标代表变形程度。小刚度对应的是销轴(5)开口状态的刚度，大刚度对应的是销轴(5)闭合状态的刚度，刚度的突变点对应的是销轴(5)开口闭合的瞬间。

图5和图6所示分别为变刚度柔性销轴小刚度变形图和闭合后弯曲变形的大刚度变形图，销轴(5)首先通过开口闭合来改善制造安装误差引起的行星轮载荷分布不均的问题，若开口闭合不能完全解决制造安装误差引起的行星轮载荷分布不均的问题，则销轴(5)通过本身的变形来彻底解决制造安装误差引起的行星轮载荷分布不均的问题。

图7是销轴(5)变形变化图，纵坐标对应的是变形程度，横坐标对应的是载荷大小，变形变化的速率减小的转折点对应的是销轴(5)开口闭合的瞬间状态。当销轴(5)开口时，柔度大，变形变化率大；当销轴(5)闭合时，柔度小，变形变化率小。

如图10是变刚度柔性销轴结构有限元分析结果与已有柔性销轴均载结构有限元分析结果的行星轮顶部母线位移图。均在加相同载荷的情况下，分别选取有限元模型中行星轮顶边母线处的节点绘制成点线图，在点线图中可以明显看到变刚度柔性销轴结构具有更大的柔性。

本发明的安装过程是：先将销轴套(6)的小孔径端从销轴(5)的无轴环端插入直至销轴(5)与销轴套(6)的小孔径端过盈装配，并将弹性挡圈(4)安装在销轴(5)上时销轴套(6)定位并固定，再将安装好的销轴套(6)与销轴(5)的非轴环端插入行星架(1)的销孔内，安装紧固螺钉(9)固定好销轴(5)，然后将轴承(3)安装在销轴套(6)上，并安装弹性挡圈(7)使轴承(3)进行轴向定位在销轴套(6)上，最后将行星轮(2)装在定位好的轴承(3)上。

Claims (2)

1.一种行星齿轮传动变刚度柔性销轴均载结构，主要由行星架(1)、行星轮(2)、轴承(3)、弹性挡圈1(4)、销轴(5)、销轴套(6)、弹性挡圈2(7)、紧固螺钉(9)组成；所述销轴(5)的一端先过盈装配到行星架(1)的销孔，再进行与紧固螺钉(9)的配做，另一端悬臂端伸出，销轴套(6)从销轴(5)远离行星架(1)的一端尾部悬臂伸出，销轴套(6)中最小直径部分与销轴(5)另一端过盈配合，销轴(5)和销轴套(6)组成一个双悬臂结构，销轴套(6)靠近行星架(1)一端的轴肩结构和另一端的弹性挡圈(4)，对轴承(3)进行轴向定位，将轴承(3)固定在销轴套(6)上；其特征在于：销轴(5)空心并开口，空心体积较小，空心体积和装配过盈量需进行计算，以保证销轴剪切强度和扭转强度，开口角度较小，应根据需要确定；销轴(5)的一端通过过盈配合和紧固螺钉(9)固定，紧固螺钉(9)拧紧力矩大小由实际情况决定。

2.根据权利要求1所述的销轴，其特征在于：销轴(5)的刚度是可以变化的，销轴(5)内部为空心，并在圆周一侧有小开口，其开口两侧对称中心线与销轴(5)中心线组成的平面，垂直于销轴(5)中心线和太阳轮中心线组成的平面，过盈装配后的销轴(5)满足剪切强度和扭转强度要求；当各零件累积的制造安装误差较大导致轮系行星轮(2)间载荷分布严重不均时，单个行星轮(2)分担载荷偏大，具有空心开口结构的销轴(5)刚度比实心销轴刚度小，销轴(5)柔度增加变形更大，能抵消更大的制造安装误差，均载效果更好，变形的方向垂直于开口两侧对称中心线，开口趋向闭合；同时，为了防止销轴(5)变形过大引起轮系其他变化，开口的角度较小，变形一定程度后开口闭合，销轴(5)的刚度增大，可防止柔性销轴整体变形过大。

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