CN214248213U

CN214248213U - 一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构

Info

Publication number: CN214248213U
Application number: CN202120077150.8U
Authority: CN
Inventors: 孙永平; 周尚臣; 李蕤; 王铮; 朱永波; 闫迎辉; 童双双
Original assignee: China First Heavy Industries Co Ltd; CFHI Dalian Engineering and Technology Co Ltd
Current assignee: China First Heavy Industries Co Ltd; CFHI Dalian Engineering and Technology Co Ltd
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2031-01-12

Abstract

本实用新型提供一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，所述齿轮结构包括固定齿轮、浮动齿轮和C型弹簧；所述固定齿轮包括设置有键槽的中心孔；齿轮轴伸入所述中心孔并与所述固定齿轮通过键连接；所述浮动齿轮通过间隙配合转动安装于所述固定齿轮的中心孔轮毂；所述固定齿轮的齿面上沿圆周设置三个螺纹孔，所述浮动齿轮的齿面上沿圆周设置三个环形长条孔，所述固定齿轮和所述浮动齿轮通过安装于所述螺纹孔和所述环形长条孔的阶梯螺钉进行轴向固定；所述C型弹簧通过销轴固定安装于所述固定齿轮和所述浮动齿轮之间。本实用新型的技术方案解决了现有的齿轮反向转动时齿侧间隙影响传动精度及消隙齿轮结构不够紧凑等问题。

Description

一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构

技术领域

本实用新型涉及精密传动技术领域，具体而言，尤其涉及一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构。

背景技术

现有的齿轮或消隙齿轮通常存在以下问题：

1、齿轮反向转动时齿侧间隙影响传动精度。理论上齿轮啮合无侧向间隙，但是由于制造、安装及温度等变化引起的尺寸误差，导致齿轮非工作面间产生齿侧间隙，影响齿轮正反转传动精度的主要因素是齿轮侧隙。齿轮侧隙主要是由齿轮温升、齿轮轴系不对中、轮齿单向偏差如齿形、齿向和齿距，轴承的径向跳动和弹性变形等因素影响。由于侧隙的存在，齿轮在反转时将产生较大的误差。齿侧间隙如图1所示，在反向旋转时，由于齿轮侧隙的影响，将产生空转行程，导致齿轮传动的精度和性能较差。

2、消隙齿轮结构不够紧凑。消除齿轮侧隙通常用的方法主要为调整中心距法、齿轮错齿拉簧法，以及轴向调整法等。但这些方法主要应用于有足够结构布局空间的轮系。而在较小的空间实现正反转间隙消除，则需要采用科学方法实现齿轮结构的紧凑设计。

3、无消除齿轮侧隙的结构设计方法。系统的消除齿轮间隙设计方法需要综合考虑材料、制造工艺、结构设计、力学分析等。主副齿轮的轴向定位、结构空间的布局、C型弹簧的载荷和位移之间的关系，都是影响反向传动精度的关键因素，而现有技术中并无系统的紧凑结构消除侧隙的齿轮设计方法。

实用新型专利(申请号CN201620711953.3)公开了一种发动机的消隙齿轮结构，消隙齿轮采用主副齿轮结构，主副齿轮的齿形参数相同，主齿轮的中心设置有轴向突出部，副齿轮的中心设置与轴向突出部套装配合的通孔，且套装于主齿轮的轴向突出部上，这种技术应用于发动机领域，用于降低发动机噪声，但是该消隙齿轮结构设置的轴向挡圈导致整体结构并不紧凑，无法应用于小空间仪器仪表等精密传动。

实用新型内容

根据上述提出现有的齿轮反向转动时齿侧间隙影响传动精度及消隙齿轮结构不够紧凑等技术问题，而提供一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构。本实用新型通过内部C型弹簧实现了紧凑的消除间隙轮系结构设计，可消除齿轮反向转动时齿侧间隙，提高影响传动精度。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，包括固定齿轮、浮动齿轮和C型弹簧；

所述固定齿轮包括设置有键槽的中心孔；齿轮轴伸入所述中心孔并与所述固定齿轮通过键连接；

所述浮动齿轮通过间隙配合转动安装于所述固定齿轮的中心孔轮毂；

所述固定齿轮的齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的螺纹孔，所述浮动齿轮的齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的环形长条孔，所述固定齿轮和所述浮动齿轮通过安装于所述螺纹孔和所述环形长条孔的阶梯螺钉进行轴向固定，所述环形长条孔的长度为所述阶梯螺钉直径的3倍；所述C型弹簧通过销轴固定安装于所述固定齿轮和所述浮动齿轮之间，所述C型弹簧与所述固定齿轮和所述浮动齿轮之间均为间隙配合；所述固定齿轮设置用于放置所述C型弹簧的凹槽。

进一步地，所述C型弹簧与所述固定齿轮和所述浮动齿轮之间的间隙均为1mm。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，应用于指示机构等精密传动技术领域，通过该齿轮结构可消除齿轮反向转动时齿侧间隙，提高传动精度，通过内部C型弹簧实现了紧凑的消除间隙轮系结构设计，可快速准确完成无侧向间隙的齿轮扭矩传动。

基于上述理由本实用新型可在精密传动等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术所述齿轮侧隙示意图。

图2为本实用新型所述紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构示意图。

图3为本实用新型所述紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构工作原理示意图。

图4为本实用新型所述紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构设计方法中各符号标注示意图。

图中：1、固定齿轮；2、浮动齿轮；3、C型弹簧；4、阶梯螺钉；5、销轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

如图1-3所示，本实用新型提供了一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，包括固定齿轮1、浮动齿轮2和C型弹簧3；

所述固定齿轮1包括设置有键槽的中心孔；齿轮轴伸入所述中心孔并与所述固定齿轮1通过键连接；

所述浮动齿轮2通过间隙配合转动安装于所述固定齿轮1的中心孔轮毂；

所述固定齿轮1的齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的螺纹孔，所述浮动齿轮2的齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的环形长条孔，所述固定齿轮1和所述浮动齿2轮通过安装于所述螺纹孔和所述环形长条孔的阶梯螺钉4进行轴向固定，所述环形长条孔的长度为所述阶梯螺钉4直径的3倍；所述C型弹簧3通过销轴5固定安装于所述固定齿轮1和所述浮动齿轮2之间，所述C型弹簧3与所述固定齿轮1和所述浮动齿轮2之间均为间隙配合；所述固定齿轮1设置用于放置所述C型弹簧3的凹槽。

进一步地，所述C型弹簧3与所述固定齿轮1和所述浮动齿轮2之间的间隙均为1mm。

本实用新型所述齿轮结构在安装时，首先将固定齿轮1与传动齿轮进行啮合，然后安装销轴5、C型弹簧3和浮动齿轮2，使浮动齿轮2与传动齿轮的齿反向啮合，固定齿轮1与传动齿轮齿的正向啮合，在工作时由于浮动齿轮2与传动齿轮反向啮合，C型弹簧3受到预紧载荷(恢复力)，通过C型弹簧3的恢复力将浮动齿轮2和传动齿轮进行配合，从而消除齿轮的间隙。

如图4所示，上述齿轮结构的设计方法具体包括以下步骤：

步骤1：首先通过固定齿轮的齿轮分度圆半径r_p，根据r_cl＝0.82×r_p计算阶梯螺钉圆周布置半径r_cl；

步骤2：在固定齿轮的齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的螺纹孔，阶梯螺钉与螺纹孔采用四点铆接方式固定；

步骤3：浮动齿轮通过间隙配合转动安装于固定齿轮，浮动齿轮齿面上沿圆周设置三个彼此间隔120°的环形长条孔，环形长条孔的长度为阶梯螺钉直径的3倍；

步骤4：固定齿轮的齿面设置用于放置C型弹簧的凹槽，C型弹簧与固定齿轮和浮动齿轮均为间隙配合，C型弹簧与固定齿轮和浮动齿轮之间的间隙均为1mm，凹槽的外径r_f＝0.75×r_p；

步骤5：C型弹簧中心圆半径r_avr，r_avr＝0.56×r_p；C型弹簧开口宽度为s，C型弹簧的开合角α＝arcsin(0.5s/r_avr)；

步骤6：C型弹簧截面为矩形，其厚度为b，宽度为h，C型弹簧的惯性矩I＝bh³/12，抗弯截面系数Z＝bh²/6；

步骤7：根据设定的轮系传动输出转矩T_o、齿轮和轴承的传动效率η、传动比i和考虑制造等因素综合影响转矩T_other，确定齿轮轴输入传动转矩

其中，n＝1……j，j为第j个齿轮和轴承；

其中，轮系传动输出转矩T_o、齿轮和轴承的传动效率η、传动比i和考虑制造等因素综合影响转矩T_other为在进行齿轮结构设计时用户已知的输入条件；

步骤8：销轴在以固定齿轮中心为圆点的平面直角坐标系内，距离y轴的距离为l_x＝r_avr×cosα，距离x轴的距离为l_y＝r_avr×sinα-0.5×d_y；

步骤9：根据T_k以及l_x，计算C型弹簧的承受载荷F₀＝T_k/l_x；

步骤10：C型弹簧在弯矩作用下，最大弯曲应力为σ_max，最大弯曲应力发生在A处，C型弹簧材料选择弹簧钢，下屈服强度为

安全系数＞1.25，则最大弯曲应力

步骤11：C型弹簧恢复力F₁系数为0.9，弹簧的恢复力

步骤12：满足齿轮轴输入传动转矩T_k，则C型弹簧端头的压下位移为

其中，E为C型弹簧的材料弹性模量。

进一步地，C型弹簧的开合角α为30°，C型弹簧开口宽度为s＝r_avr。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，其特征在于，包括固定齿轮、浮动齿轮和C型弹簧；

2.根据权利要求1所述的紧凑型消除侧向间隙的齿轮结构，其特征在于，所述C型弹簧与所述固定齿轮和所述浮动齿轮之间的间隙均为1mm。