彈性隔層式減振齒輪和降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種彈性隔層式減振齒輪及使用該齒輪的降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法。所述彈性隔層式減振齒輪包括：齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著圓形主體的圓周方向均勻分布的多個(gè)輪齒基部；漸開線輪廓體，多個(gè)輪齒基部中的每一個(gè)的兩側(cè)分別設(shè)置有所述漸開線輪廓體；和彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設(shè)置在輪齒基部與漸開線輪廓體之間，使得每一個(gè)輪齒基部與兩側(cè)的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個(gè)輪齒。本發(fā)明的減振齒輪通過設(shè)置彈性隔層能夠減小甚至消除振動(dòng)，進(jìn)而降低齒輪的傳動(dòng)誤差。此外，本發(fā)明的齒輪由于采用組合式結(jié)構(gòu)，如果某一個(gè)輪齒磨損嚴(yán)重或者損害，則僅需更換一個(gè)漸開線輪廓體即可，從而節(jié)省了成本、操作簡便且縮短維修時(shí)間。
【專利說明】彈性隔層式減振齒輪和降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于降低齒輪傳動(dòng)誤差的彈性隔層式減振齒輪及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)、噪聲以及舒適性(NVH)是國際汽車業(yè)各大整車制造以及零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。齒輪作為現(xiàn)代汽車工業(yè)的重要傳動(dòng)部件，是汽車運(yùn)行過程中的主要振源和噪聲源之一，齒輪的動(dòng)力學(xué)行為和工作性能對整車有著重要的影響。一對實(shí)際嚙合的齒輪，不可避免地存在各種誤差，如齒形誤差、基節(jié)誤差、中心矩誤差等，因而使實(shí)際嚙合過程發(fā)生變異。這些變異將使?jié)u開線齒輪在傳動(dòng)過程中產(chǎn)生很大的振動(dòng)、動(dòng)載荷和噪聲，因此嚴(yán)重地影響了齒輪的傳動(dòng)質(zhì)量。齒輪的振動(dòng)不僅影響著內(nèi)部齒輪的失效形式，例如:齒輪折斷、齒面點(diǎn)蝕和剝落、齒面膠合和齒根裂紋等，而且還可以引起汽車其它系統(tǒng)的共振，比如制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從而影響到了這些系統(tǒng)的可靠性和整車的安全性。現(xiàn)有技術(shù)表明，整車大概有40%的故障問題是由變速箱的振動(dòng)和噪聲引起的，而各大公司有將近30%的研發(fā)費(fèi)消耗在解決該方面的問題上。
[0003]齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)能夠直接反映齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻性，對傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差、噪音有著重要影響。因此，如何減少齒輪系統(tǒng)的振動(dòng)是提升齒輪傳動(dòng)質(zhì)量，降低傳動(dòng)誤差和噪聲的一個(gè)有效途徑，這也成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需要解決的技術(shù)問題。
[0004]中國專利ZL200720185373.6提供了一種減振降噪齒輪，該齒輪由齒輪體、齒牙組成，在齒根與固定孔外圓之間的輪腹上均勻分布設(shè)置多個(gè)通孔，通孔中過盈配合裝有泡沫鋁充填料。該專利文獻(xiàn)中公開的減振降噪齒輪的結(jié)構(gòu)只適合用于圓盤狀平板式齒輪，并且該減振降噪結(jié)構(gòu)加工復(fù)雜，減振降噪效果不理想。
[0005]此外，現(xiàn)有的齒輪均為整體結(jié)構(gòu)。如果某一個(gè)輪齒磨損嚴(yán)重或者損害，則需要更換整個(gè)齒輪，從而增加成本且維修時(shí)間長?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，需要一種加工簡單且能夠更有效地降低齒輪傳動(dòng)誤差的齒輪及齒輪誤差計(jì)算方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種彈性隔層式減振齒輪以及使用該齒輪降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法。本發(fā)明的彈性隔層式減振齒輪通過設(shè)置彈性隔層能夠減小甚至消除振動(dòng)，進(jìn)而降低齒輪的傳動(dòng)誤差。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種彈性隔層式減振齒輪包括:齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著圓形主體的圓周方向均勻分布的多個(gè)輪齒基部；漸開線輪廓體，多個(gè)輪齒基部中的每一個(gè)的兩側(cè)分別設(shè)置有所述漸開線輪廓體和彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設(shè)置在輪齒基部與漸開線輪廓體之間，使得每一個(gè)輪齒基部與兩側(cè)的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個(gè)輪齒。
[0008]彈性隔層可以在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0009]進(jìn)一步地，彈性隔層可以通過丙烯酸酯AB膠、QN-906AB膠、QN-505AB膠或KEYDAK (KD-340)缺氧膠粘貼在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0010]可選地，彈性隔層可以被焊接在輪齒基部與漸開線輪廓體之間。
[0011]進(jìn)一步地，所述焊接包括激光焊接、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊中的任何一種焊接。
[0012]彈性隔層由彈性材料制成。
[0013]彈性材料的剛度在10E3~10E8N/m的范圍內(nèi)。
[0014]彈性材料可以為氯化聚氯乙烯、高分子橡膠合金、鋁合金或銅合金。
[0015]彈性隔層的尺寸形成為使得彈性隔層的寬度為齒厚的0.01~0.3倍，彈性隔層的長度為一個(gè)全齒高。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種使用上述彈性隔層式減振齒輪降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法包括以下步驟:s1:推導(dǎo)僅帶有振動(dòng)部分的齒輪傳動(dòng)誤差計(jì)算公式；S2:推導(dǎo)僅帶有振動(dòng)部分的彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪的兩自由度動(dòng)力學(xué)方程，并求出主動(dòng)齒輪基體穩(wěn)態(tài)解的振幅；S3:通過選取的彈性隔層材料將主動(dòng)齒輪基體穩(wěn)態(tài)解的振幅降低而趨向于零值；和S4:按照S2步驟和S3步驟建立彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪的兩自由度動(dòng)力學(xué)方程，選取彈性隔層材料將彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪基體的穩(wěn)態(tài)解降低而趨向于零值，從而根據(jù)SI步驟使帶有彈性隔層式減振齒輪系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差降低并趨向于零值。
[0017]步驟SI進(jìn)一步包括:
[0018]彈性隔層式減振齒輪的傳動(dòng)誤差以下述公式表示:
[0019]X (t) = Rpp Θ j (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)
[0020]其中，Rpp和Rpg分別為相互嚙合的一對彈性隔層式減振齒輪中的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，Q1U)和θ3α)分別為主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的基體的角位移；
[0021]主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的基體的角位移包括勻速變化的角位移和振動(dòng)引起的角位移，由下述公式表示:
[0022]

【權(quán)利要求】
1.一種彈性隔層式減振齒輪，包括: 齒輪基體，所述齒輪基體包括圓形主體和沿著所述圓形主體的圓周方向均勻分布的多個(gè)輪齒基部； 漸開線輪廓體，所述多個(gè)輪齒基部中的每一個(gè)的兩側(cè)分別設(shè)置有所述漸開線輪廓體；和 彈性隔層，所述彈性隔層以密封方式設(shè)置在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間，使得每一個(gè)所述輪齒基部與兩側(cè)的漸開線輪廓體和彈性隔層形成一個(gè)輪齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層粘貼在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層通過丙烯酸酯AB膠、QN-906AB膠、QN-505AB膠或KEYDAK (KD-340)缺氧膠粘貼在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層被焊接在所述輪齒基部與所述漸開線輪廓體之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述焊接包括激光焊接、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊中的任何一種焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層由彈性材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性材料的剛度在10E3~10E8N/m的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性材料為氯化聚氯乙烯、高分子橡膠合金、鋁合金或銅合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，其中，所述彈性隔層的尺寸形成為使得所述彈性隔層的寬度為齒厚的0.01~0.3倍，所述彈性隔層的長度為一個(gè)全齒高。
10.一種降低齒輪傳動(dòng)誤差的方法，所述方法使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性隔層式減振齒輪，所述方法包括以下步驟: S1:推導(dǎo)僅帶有振動(dòng)部分的齒輪傳動(dòng)誤差計(jì)算公式； 52:推導(dǎo)僅帶有振動(dòng)部分的彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪的兩自由度動(dòng)力學(xué)方程，并求出主動(dòng)齒輪基體穩(wěn)態(tài)解的振幅； 53:通過選取的彈性隔層材料將所述主動(dòng)齒輪基體穩(wěn)態(tài)解的振幅降低而趨向于零值；和 54:按照所述S2步驟和所述S3步驟建立彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪的兩自由度動(dòng)力學(xué)方程，選取彈性隔層材料將彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪基體的穩(wěn)態(tài)解降低而趨向于零值，從而根據(jù)所述SI步驟使帶有彈性隔層式減振齒輪系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差降低并趨向于零值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述SI步驟進(jìn)一步包括: 所述彈性隔層式減振齒輪的傳動(dòng)誤差以下述公式表示:
X (t) = Rpp Θ J (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)其中，Rpp和Rpg分別為相互嚙合的一對所述彈性隔層式減振齒輪中的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，ejt)和03(t)分別為所述主動(dòng)齒輪和所述從動(dòng)齒輪的基體的角位移；所述主動(dòng)齒輪和所述從動(dòng)齒輪的基體的角位移包括勻速變化的角位移和振動(dòng)引起的角位移，由下述公式表示:
其中，0?為所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪勻速變化的角位移，6>?3為所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪由于振動(dòng)引起的角位移，ω1>3為振動(dòng)的角速度且ω1>3 = 2 31 nlj3/60, nlj3為所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的基體的轉(zhuǎn)速； 對于一對正常哨合的齒輪，具有以下等式:
；以及 將等式(3)代入公式(I)中獲得所述齒輪傳動(dòng)誤差計(jì)算公式(4):
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述S2步驟進(jìn)一步包括: 根據(jù)達(dá)朗貝爾原理獲得以下的所述動(dòng)力學(xué)方程:
其中，01和θ2分別為所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪基體的角位移和所述漸開線輪廓體的角位移A1為所述齒輪基體的扭轉(zhuǎn)剛度；k2為所述彈性隔層的扭轉(zhuǎn)剛度；Tm和Tp分別為所述一對嚙合齒輪的勻速變化的阻力矩和振動(dòng)引起的阻力矩；T。為齒輪的嚙合力矩，T0 =Ft5XRpp,其中F。為嚙合力J1為所述主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；I2為所述漸開線輪廓體相對于齒輪中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值通過平行移軸公式(7)確定:
I2 = mL2+I20 (7) 其中，m為漸開線輪廓體的質(zhì)量，L為輪廓體的漸開線的質(zhì)心點(diǎn)o'至齒輪中心的長度，I20為漸開線輪廓體相對于自身質(zhì)心點(diǎn)o'的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中: 將公式(5)和(6)進(jìn)行以下坐標(biāo)變換，以消除公式(5)和(6)中的勻速變化部分:
將坐標(biāo)(8)代入公式(5)和(6)中獲得以下公式:
該方程組的通解表示為:
；以及 將公式(11)代入公式(9)和(10)求出以下的所述主動(dòng)齒輪基體和漸開線輪廓體穩(wěn)態(tài)解的振幅:
其中，Vp1和Vp2,分別為所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的振幅。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述S3步驟進(jìn)一步包括: 根據(jù)已知的所述漸開線輪廓體相對于齒輪中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I2和彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪振動(dòng)角速度Q1選取彈性隔層材料k2，使所述彈性隔層材料的剛度滿足以下等式:
(14);以及 將等式(14)帶入公式(13)中，獲得以下等式:
(15)， 此時(shí)，所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪通所述彈性材料所產(chǎn)生的力矩和所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪基體的振動(dòng)部分力矩Tp等值反向而相互抵消，使得根據(jù)公式(12)，所述彈性隔層式減振主動(dòng)齒輪基體的振動(dòng)部分振幅為
(16)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在所述步驟S4中，將彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪的基體的角位移Θ 3、振動(dòng)角速度ω 3和基體的扭轉(zhuǎn)剛度k3取代Θ 1、ω i和Ic1代入公式和等式(5)-(15)，從而獲得所述彈性隔層式減振從動(dòng)齒輪基體的振動(dòng)部分振幅為
(17)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，當(dāng)滿足公式(16)和(17)時(shí)，根據(jù)所述齒輪傳動(dòng)誤差計(jì)算公式(4)求出齒輪的傳動(dòng)誤差為:
(18)。
【文檔編號】F16H55/14GK104074949SQ201410274458
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】劉富豪, 蔣漢軍, 鄭竹安, 龔蘇陽 申請人:鹽城工學(xué)院