弹性隔层式减振齿轮和降低齿轮传动误差的方法
【专利摘要】本发明提供一种弹性隔层式减振齿轮及使用该齿轮的降低齿轮传动误差的方法。所述弹性隔层式减振齿轮包括：齿轮基体，所述齿轮基体包括圆形主体和沿着圆形主体的圆周方向均匀分布的多个轮齿基部；渐开线轮廓体，多个轮齿基部中的每一个的两侧分别设置有所述渐开线轮廓体；和弹性隔层，所述弹性隔层以密封方式设置在轮齿基部与渐开线轮廓体之间，使得每一个轮齿基部与两侧的渐开线轮廓体和弹性隔层形成一个轮齿。本发明的减振齿轮通过设置弹性隔层能够减小甚至消除振动，进而降低齿轮的传动误差。此外，本发明的齿轮由于采用组合式结构，如果某一个轮齿磨损严重或者损害，则仅需更换一个渐开线轮廓体即可，从而节省了成本、操作简便且缩短维修时间。
【专利说明】弹性隔层式减振齿轮和降低齿轮传动误差的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及齿轮传动领域，更具体地，涉及一种用于降低齿轮传动误差的弹性隔层式减振齿轮及方法。
【背景技术】
[0002]振动、噪声以及舒适性(NVH)是国际汽车业各大整车制造以及零部件企业关注的问题之一。齿轮作为现代汽车工业的重要传动部件，是汽车运行过程中的主要振源和噪声源之一，齿轮的动力学行为和工作性能对整车有着重要的影响。一对实际啮合的齿轮，不可避免地存在各种误差，如齿形误差、基节误差、中心矩误差等，因而使实际啮合过程发生变异。这些变异将使渐开线齿轮在传动过程中产生很大的振动、动载荷和噪声，因此严重地影响了齿轮的传动质量。齿轮的振动不仅影响着内部齿轮的失效形式，例如:齿轮折断、齿面点蚀和剥落、齿面胶合和齿根裂纹等，而且还可以引起汽车其它系统的共振，比如制动系统和转向系统，从而影响到了这些系统的可靠性和整车的安全性。现有技术表明，整车大概有40%的故障问题是由变速箱的振动和噪声引起的，而各大公司有将近30%的研发费消耗在解决该方面的问题上。
[0003]齿轮转动所产生的振动能够直接反映齿轮转动不均匀性，对传动系统的传动误差、噪音有着重要影响。因此，如何减少齿轮系统的振动是提升齿轮传动质量，降低传动误差和噪声的一个有效途径，这也成为了本领域技术人员急需要解决的技术问题。
[0004]中国专利ZL200720185373.6提供了一种减振降噪齿轮，该齿轮由齿轮体、齿牙组成，在齿根与固定孔外圆之间的轮腹上均匀分布设置多个通孔，通孔中过盈配合装有泡沫铝充填料。该专利文献中公开的减振降噪齿轮的结构只适合用于圆盘状平板式齿轮，并且该减振降噪结构加工复杂，减振降噪效果不理想。
[0005]此外，现有的齿轮均为整体结构。如果某一个轮齿磨损严重或者损害，则需要更换整个齿轮，从而增加成本且维修时间长。考虑到现有技术中的上述问题，需要一种加工简单且能够更有效地降低齿轮传动误差的齿轮及齿轮误差计算方法。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种弹性隔层式减振齿轮以及使用该齿轮降低齿轮传动误差的方法。本发明的弹性隔层式减振齿轮通过设置弹性隔层能够减小甚至消除振动，进而降低齿轮的传动误差。
[0007]根据本发明的一个方面，一种弹性隔层式减振齿轮包括:齿轮基体，所述齿轮基体包括圆形主体和沿着圆形主体的圆周方向均匀分布的多个轮齿基部；渐开线轮廓体，多个轮齿基部中的每一个的两侧分别设置有所述渐开线轮廓体和弹性隔层，所述弹性隔层以密封方式设置在轮齿基部与渐开线轮廓体之间，使得每一个轮齿基部与两侧的渐开线轮廓体和弹性隔层形成一个轮齿。
[0008]弹性隔层可以在轮齿基部与渐开线轮廓体之间。
[0009]进一步地，弹性隔层可以通过丙烯酸酯AB胶、QN-906AB胶、QN-505AB胶或KEYDAK (KD-340)缺氧胶粘贴在轮齿基部与渐开线轮廓体之间。
[0010]可选地，弹性隔层可以被焊接在轮齿基部与渐开线轮廓体之间。
[0011]进一步地，所述焊接包括激光焊接、氩弧焊、等离子焊、红外线焊、真空电束焊中的任何一种焊接。
[0012]弹性隔层由弹性材料制成。
[0013]弹性材料的刚度在10E3~10E8N/m的范围内。
[0014]弹性材料可以为氯化聚氯乙烯、高分子橡胶合金、铝合金或铜合金。
[0015]弹性隔层的尺寸形成为使得弹性隔层的宽度为齿厚的0.01~0.3倍，弹性隔层的长度为一个全齿高。
[0016]根据本发明的另一个方面，一种使用上述弹性隔层式减振齿轮降低齿轮传动误差的方法包括以下步骤:s1:推导仅带有振动部分的齿轮传动误差计算公式；S2:推导仅带有振动部分的弹性隔层式减振主动齿轮的两自由度动力学方程，并求出主动齿轮基体稳态解的振幅；S3:通过选取的弹性隔层材料将主动齿轮基体稳态解的振幅降低而趋向于零值；和S4:按照S2步骤和S3步骤建立弹性隔层式减振从动齿轮的两自由度动力学方程，选取弹性隔层材料将弹性隔层式减振从动齿轮基体的稳态解降低而趋向于零值，从而根据SI步骤使带有弹性隔层式减振齿轮系统的传动误差降低并趋向于零值。
[0017]步骤SI进一步包括:
[0018]弹性隔层式减振齿轮的传动误差以下述公式表示:
[0019]X (t) = Rpp Θ j (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)
[0020]其中，Rpp和Rpg分别为相互啮合的一对弹性隔层式减振齿轮中的主动齿轮和从动齿轮的节圆半径，Q1U)和θ3α)分别为主动齿轮和从动齿轮的基体的角位移；
[0021]主动齿轮和从动齿轮的基体的角位移包括匀速变化的角位移和振动引起的角位移，由下述公式表示:
[0022]
【权利要求】
1.一种弹性隔层式减振齿轮，包括: 齿轮基体，所述齿轮基体包括圆形主体和沿着所述圆形主体的圆周方向均匀分布的多个轮齿基部； 渐开线轮廓体，所述多个轮齿基部中的每一个的两侧分别设置有所述渐开线轮廓体；和 弹性隔层，所述弹性隔层以密封方式设置在所述轮齿基部与所述渐开线轮廓体之间，使得每一个所述轮齿基部与两侧的渐开线轮廓体和弹性隔层形成一个轮齿。
2.根据权利要求1所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性隔层粘贴在所述轮齿基部与所述渐开线轮廓体之间。
3.根据权利要求2所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性隔层通过丙烯酸酯AB胶、QN-906AB胶、QN-505AB胶或KEYDAK (KD-340)缺氧胶粘贴在所述轮齿基部与所述渐开线轮廓体之间。
4.根据权利要求1所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性隔层被焊接在所述轮齿基部与所述渐开线轮廓体之间。
5.根据权利要求4所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述焊接包括激光焊接、氩弧焊、等离子焊、红外线焊、真空电束焊中的任何一种焊接。
6.根据权利要求1所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性隔层由弹性材料制成。
7.根据权利要求6所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性材料的刚度在10E3~10E8N/m的范围内。
8.根据权利要求6所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性材料为氯化聚氯乙烯、高分子橡胶合金、铝合金或铜合金。
9.根据权利要求1所述的弹性隔层式减振齿轮，其中，所述弹性隔层的尺寸形成为使得所述弹性隔层的宽度为齿厚的0.01~0.3倍，所述弹性隔层的长度为一个全齿高。
10.一种降低齿轮传动误差的方法，所述方法使用根据权利要求1所述的弹性隔层式减振齿轮，所述方法包括以下步骤: S1:推导仅带有振动部分的齿轮传动误差计算公式； 52:推导仅带有振动部分的弹性隔层式减振主动齿轮的两自由度动力学方程，并求出主动齿轮基体稳态解的振幅； 53:通过选取的弹性隔层材料将所述主动齿轮基体稳态解的振幅降低而趋向于零值；和 54:按照所述S2步骤和所述S3步骤建立弹性隔层式减振从动齿轮的两自由度动力学方程，选取弹性隔层材料将弹性隔层式减振从动齿轮基体的稳态解降低而趋向于零值，从而根据所述SI步骤使带有弹性隔层式减振齿轮系统的传动误差降低并趋向于零值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述SI步骤进一步包括: 所述弹性隔层式减振齿轮的传动误差以下述公式表示:
X (t) = Rpp Θ J (t) -Rpg Θ 3 (t) (I)其中，Rpp和Rpg分别为相互啮合的一对所述弹性隔层式减振齿轮中的主动齿轮和从动齿轮的节圆半径，ejt)和03(t)分别为所述主动齿轮和所述从动齿轮的基体的角位移；所述主动齿轮和所述从动齿轮的基体的角位移包括匀速变化的角位移和振动引起的角位移，由下述公式表示:
其中，0?为所述弹性隔层式减振主动齿轮和从动齿轮匀速变化的角位移，6>?3为所述弹性隔层式减振主动齿轮和从动齿轮由于振动引起的角位移，ω1>3为振动的角速度且ω1>3 = 2 31 nlj3/60, nlj3为所述弹性隔层式减振主动齿轮和从动齿轮的基体的转速； 对于一对正常哨合的齿轮，具有以下等式:
；以及 将等式(3)代入公式(I)中获得所述齿轮传动误差计算公式(4):
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述S2步骤进一步包括: 根据达朗贝尔原理获得以下的所述动力学方程:
其中，01和θ2分别为所述弹性隔层式减振主动齿轮基体的角位移和所述渐开线轮廓体的角位移A1为所述齿轮基体的扭转刚度；k2为所述弹性隔层的扭转刚度；Tm和Tp分别为所述一对啮合齿轮的匀速变化的阻力矩和振动引起的阻力矩；T。为齿轮的啮合力矩，T0 =Ft5XRpp,其中F。为啮合力J1为所述主动齿轮的转动惯量；I2为所述渐开线轮廓体相对于齿轮中心的转动惯量，所述转动惯量的值通过平行移轴公式(7)确定:
I2 = mL2+I20 (7) 其中，m为渐开线轮廓体的质量，L为轮廓体的渐开线的质心点o'至齿轮中心的长度，I20为渐开线轮廓体相对于自身质心点o'的转动惯量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中: 将公式(5)和(6)进行以下坐标变换，以消除公式(5)和(6)中的匀速变化部分:
将坐标(8)代入公式(5)和(6)中获得以下公式:
该方程组的通解表示为:
；以及 将公式(11)代入公式(9)和(10)求出以下的所述主动齿轮基体和渐开线轮廓体稳态解的振幅:
其中，Vp1和Vp2,分别为所述弹性隔层式减振主动齿轮和从动齿轮的振幅。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述S3步骤进一步包括: 根据已知的所述渐开线轮廓体相对于齿轮中心的转动惯量I2和弹性隔层式减振主动齿轮振动角速度Q1选取弹性隔层材料k2，使所述弹性隔层材料的刚度满足以下等式:
(14);以及 将等式(14)带入公式(13)中，获得以下等式:
(15)， 此时，所述弹性隔层式减振主动齿轮通所述弹性材料所产生的力矩和所述弹性隔层式减振主动齿轮基体的振动部分力矩Tp等值反向而相互抵消，使得根据公式(12)，所述弹性隔层式减振主动齿轮基体的振动部分振幅为
(16)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述步骤S4中，将弹性隔层式减振从动齿轮的基体的角位移Θ 3、振动角速度ω 3和基体的扭转刚度k3取代Θ 1、ω i和Ic1代入公式和等式(5)-(15)，从而获得所述弹性隔层式减振从动齿轮基体的振动部分振幅为
(17)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，当满足公式(16)和(17)时，根据所述齿轮传动误差计算公式(4)求出齿轮的传动误差为:
(18)。
【文档编号】F16H55/14GK104074949SQ201410274458
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】刘富豪, 蒋汉军, 郑竹安, 龚苏阳 申请人:盐城工学院