本发明涉及传动装置技术领域，更具体地是涉及一种上面输入下面输出的齿轮减速箱。
背景技术：
在一些工业领域经常会用到上面输入下面输出的齿轮减速箱，此类齿轮减速箱的输入轴传动连接至电机的输出轴，输出轴用于连接负载。
例如污水处理领域的倒伞形曝气机就用到这种上面输入下面输出的齿轮减速箱。倒伞形曝气机的主要结构有电机、联轴器、齿轮减速箱和叶轮组件。其中齿轮减速箱的输入轴和电机的输出轴通过联轴器实现对中连接，叶轮组件连接在齿轮减速箱的输出轴上。
现有技术中此类齿轮减速箱中的轴承一般是采用浸油润滑或者半固态润滑脂润滑。如果采用半固态润滑脂进行润滑，目前通常是采用挡油盘对轴承进行密封。
对于此类齿轮减速箱中除输出轴以外的各级转轴的轴承，其主要承载转轴自身及连接其上的齿轮，承载力很小，采用浸油润滑或者半固态润滑脂润滑都可以。如果采用半固态润滑脂润滑，一般采用挡油盘进行密封基本可以满足使用要求，即使有液态润滑油渗入轴承并和半固态润滑脂混合而产生少量絮状物或者小颗粒，但是其对轴承的使用效果影响较小。
然而对于输出轴，由于输出轴的端部需要连接负载，例如倒伞形曝气机中的齿轮减速箱的输出轴需要同轴连接叶轮组件，而且叶轮组件只能依靠齿轮减速箱的输出轴悬吊支撑并且由输出轴带动旋转，有时还需要换向旋转，最后对于这些负载的支撑主要集中在输出轴的位于下方的轴承上，因此对此处的轴承的润滑要求较高。如果采用浸油润滑，由于液态润滑油本身的性质决定了其润滑效果不理想，粘滞阻力大，降低效率，且此处是输出轴，还存在漏油的隐患。如果采用半固态润滑脂进行润滑，现有的挡油盘无法保证很好的密封，致使液态润滑油渗入此处的轴承中与半固态润滑脂混合而产生少量的絮状物或者小颗粒，对于此处的轴承这些少量的絮状物或者小颗粒也会严重影响其使用效果，加速此处轴承的磨损，需要定期更换此处的轴承。此外严重时还会导致液态润滑油从此处渗出箱体，流到下方的负载上影响负载的运行，也会导致箱体内的液态润滑油减少，影响箱体内的齿轮的润滑。因此对此类齿轮减速箱的输出轴的位于下方的轴承的润滑是现有技术中的一个难题。
此外，现有的齿轮减速箱一般外设油泵进行冷却润滑，外设油泵增加了设备的成本。另外这种润滑方式对于处在下方的齿轮润滑效果较好，但是对于处在上方的齿轮，由于中心轴都是竖直的，现有的甩油盘的盘面都是与旋转中心垂直的，将现有的甩油盘安装到竖直的中心轴上无法将液态润滑油甩到箱体内上方来润滑位于上方的齿轮，导致位于上方的齿轮磨损较快，需要定期更换。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术中的不足，提供了一种密封效果更好的上面输入下面输出的齿轮减速箱。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的。
一种上面输入下面输出的齿轮减速箱，包括箱体，箱体通过轴承转动连接有均为竖直布置的一级转轴、二级转轴、三级转轴、四级转轴，一级转轴上端外伸出箱体的上壁，四级转轴下端外伸出箱体的下壁，一级转轴上设有一级轴齿轮，二级转轴上设有一级大齿轮和二级轴齿轮，二级轴齿轮布置在一级大齿轮上方，三级转轴上设有二级大齿轮和三级轴齿轮，三级轴齿轮布置在二级大齿轮上方，四级转轴上设有三级大齿轮，一级轴齿轮和一级大齿轮外啮合，二级轴齿轮和二级大齿轮外啮合，三级轴齿轮和三级大齿轮外啮合，箱体内固定连接有挡油罩，挡油罩包括两端开口的圆筒状侧壁，圆筒状侧壁同轴套在四级转轴的外侧，圆筒状侧壁的内壁面与四级转轴之间留有空隙，圆筒状侧壁的下端口和箱体的下壁内面密封连接，三级大齿轮的下端同轴设有截面为矩形的第一圆环槽，圆筒状侧壁的上端口伸入第一圆环槽内，且圆筒状侧壁的上端口和第一圆环槽的各个槽壁面都留有缝隙。
本方案的齿轮减速箱的一级转轴为齿轮减速箱的输入轴，用于和外部电机传动连接，齿轮减速箱的四级转轴为齿轮减速箱的输出轴，用于和外部负载传动连接，例如和叶轮组件同轴连接，本方案的一级转轴和四级转轴均外露于箱体，方便电机和负载的连接装配。
在箱体内各级齿轮的传动比的优选分配方案是高速级向低速级逐渐增大，这种分配方案可以使各级转轴获得较高转速的同时承受较小转矩，使各级转轴及其上的齿轮的尺寸和质量适当，结构更加紧凑，这是本领域技术人员能够掌握的普通技术知识。在此基础上，本方案考虑到箱体的布置形式，将各级齿轮的高度布置为由高速级向低速级逐渐升高，这样浸在箱体内的液态润滑油中的齿轮数量较少，齿轮总体浸油深度更加合理，避免齿轮总体浸油深度过大导致搅油损失过多。
更主要的是本方案采用改进的挡油罩替换现有技术中的挡油盘，结合本方案的齿轮布局方式，可以起到很好的挡油效果，对于四级转轴上位于下方的轴承可以采用半固态润滑脂进行润滑，而不必担心箱体内液态润滑油渗露的风险。
具体的密封原理是：圆筒状侧壁的下端口和箱体下壁内面密封连接，因此箱体内的液态润滑油无法从圆筒状侧壁的下端口进入挡油罩内部。一般齿轮减速箱内的液态润滑油都不会加满，本方案中箱体内液态润滑油的液面高度和三级大齿轮的下端面之间应留有一定的距离，在齿轮减速箱运行时，箱体内液态润滑油会产生波动甚至会飞溅起来，但是由于圆筒状侧壁的上端口伸入第一圆环槽内，所以液态润滑油很难从上端口溅入挡油罩内，从而对挡油罩和箱体之间的轴承，即四级转轴上位于下方的轴承进行很好的密封保护，减少定期更换此处的轴承的次数或者避免更换此处的轴承，降低维修保养成本，同时也可以避免液态润滑油从此处渗出箱体。
齿轮减速箱的润滑和密封是一个难题，本方案提供了一种对齿轮减速箱进行密封的新的结构形式，此种结构形式不仅仅可以用在上面输入下面输出的齿轮减速箱中，还可以用在其它含有竖直转轴的齿轮减速箱中。
作为进一步改进的结构形式，上述的三级大齿轮的下端同轴设有截面为矩形的第二圆环槽，圆筒状侧壁的外侧同轴套接圆环片，圆环片上面同轴设有圆环状挡油筒，挡油筒伸入第二圆环槽内，且挡油筒和第二圆环槽的各个槽壁面都留有缝隙；圆环片上面同轴设有环形油槽，挡油筒从外圈向内圈遮挡住环形油槽的一部分，圆环片上对着环形油槽的位置沿周向均匀布置有轴向通孔。
本方案中的第二圆环槽在第一圆环槽的外侧。第二圆环槽、第一圆环槽和圆筒状侧壁及挡油筒形成双重防护。圆筒状侧壁和挡油筒之间形成一个过渡区域，挡油筒从外圈向内圈遮挡住环形油槽的一部分，即环形油槽和此过渡区域连通，环形油槽和挡油罩外侧通过轴向通孔连通。本方案的齿轮减速箱在运行时，箱体内液态润滑油产生波动和/或者飞溅,即使偶然有很少部分通过挡油筒和/或轴向通孔进入到上述的过渡区域，由于该过渡区域的空间有限，而且该过渡区域所剩的空间呈截面为“凵”形的环装，形成迷宫式油路，该过渡区域内的少量液态润滑油无法产生波动或者飞溅，更无法进入圆筒状侧壁的内侧，另外该过渡区域内如果有少量液态润滑油则会在离心力的作用下进入环形油槽内，然后从轴向通孔流出。因此本方案的挡油罩结构防护效果更好，使四级转轴的位于下方的轴承得到更好的密封保护，减少定期更换此处的轴承的次数，甚至可以避免对此处的轴承进行更换，降低维修保养成本，同时更可以避免液态润滑油从此处渗露。
作为进一步改进的结构形式，上述的轴向通孔的孔径不超过环形油槽的径向槽宽，进一步防止箱体内的液态润滑油从轴向通孔处溅入上述的过渡区域内。
作为进一步改进的结构形式，上述的一级转轴上同轴设置有甩油筒，甩油筒布置在一级轴齿轮上方，甩油筒包括圆台筒形侧壁和圆筒形连接套，圆台筒形侧壁和圆筒形连接套之间均匀布置有连接杆，圆台筒形侧壁的大头端在上方，圆筒形连接套固定套接在一级转轴的外侧，圆台筒形侧壁的小头端和一级轴齿轮的上端面之间留有空隙，圆台筒形侧壁的内壁面沿周向均匀布置有从大头端贯通至小头端的导油槽。
本方案采用改进的甩油筒将液态润滑油直接甩到位置较高的齿轮上，同时甩油筒也会将液态润滑油甩到箱体侧壁或者上壁内面然后再流到或者溅到位置较高的齿轮上，这样就可以对位置较高的齿轮进行很好的冷却和润滑。本方案的甩油筒的工作原理是：箱体内的液态润滑油的液面高度应当高于圆台筒形侧壁的小头端，这样液态润滑油可以通过圆台筒形侧壁的小头端和一级轴齿轮的上端面之间的空隙在圆台筒形侧壁内外两侧自由流动，当甩油筒随着一级转轴转动时，靠着圆台筒形侧壁内面的液态润滑油在附着力和离心力的作用下沿着圆台筒形侧壁的内壁面及导油槽向上流动直到圆台筒形侧壁的大头端，最后从大头端的边沿向外甩出。圆台筒形侧壁的内壁面的导油槽可以提高导油效果，使导油更加顺畅，增加导油量。本方案采用改进的甩油筒和合理的三级齿轮布局方式，可以给各级齿轮进行更好的冷却和润滑，能够减少定期更换齿轮的次数或者避免更换齿轮，节省维修保养成本，无需采用外设油泵进行强制循环润滑，节省设备成本。当然为了实现更好的冷却效果，也可以在本方案的基础上增加外设油泵进行强制循环润滑。
本发明与现有技术相比主要具有如下有益效果：齿轮的布局更加合理，浸在油中的齿轮数量较少，降低搅油损失；采用挡油罩等改进方案，可以起到很好的挡油效果，对于四级转轴的位于下方的轴承可以采用半固态润滑脂进行润滑，而不必担心箱体内液态润滑油渗入的风险；采用改进的甩油筒可以对位置较高的齿轮进行很好的冷却和润滑。
附图说明
图1为本发明实施例一的局部剖开立体结构示意图。
图2为本发明实施例一的剖面结构示意图。
图3为本发明实施例一中的挡油罩局部剖开立体结构示意图。
图4为本发明实施例一中的三级大齿轮局部剖开立体结构示意图。
图5为本发明实施例一中的甩油筒局部剖开立体结构示意图。
图6为本发明实施例二的局部剖开立体结构示意图。
图7为本发明实施例二的剖面结构示意图。
图8为本发明实施例二中的三级大齿轮局部剖开立体结构示意图。
图9为本发明实施例二中的挡油罩局部剖开立体结构示意图。
图10为本发明实施例二中挡油罩的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
为了更简洁的说明本实施例，附图或说明中某些本领域技术人员公知的、但与本发明的主要内容不相关的零部件会有所省略。另外为便于表述，附图中某些零部件会有省略、放大或缩小，但并不代表实际产品的尺寸或全部结构。
实施例一：如图1和图2所示，一种上面输入下面输出的齿轮减速箱，包括矩形的箱体1，箱体1通过轴承转动连接有均为竖直布置的一级转轴2、二级转轴3、三级转轴4、四级转轴5。一级转轴2上端外伸出箱体1的上壁，二级转轴3和三级转轴4位于箱体1内。箱体1的下壁外侧密封焊接有输出延长套11，四级转轴5下端外伸出延长套11的下端。延长套11内设有用于转动连接并支撑四级转轴5的圆锥滚子轴承12，此处的圆锥滚子轴承12最好采用半固态润滑脂进行润滑。
一级转轴2上一体加工成型有一级轴齿轮21。二级转轴3上一体加工成型有二级轴齿轮31，二级转轴3上固定套接有一级大齿轮32，二级轴齿轮31布置在一级大齿轮32上方。三级转轴4上一体加工成型有三级轴齿轮41，三级转轴4上固定套接有二级大齿轮42，三级轴齿轮41布置在二级大齿轮42上方。四级转轴5上固定套接有三级大齿轮51。一级轴齿轮21和一级大齿轮32外啮合，二级轴齿轮31和二级大齿轮42外啮合，三级轴齿轮41和三级大齿轮51外啮合。
如图2和图3所示，箱体1内固定连接有挡油罩6。挡油罩6包括两端开口的圆筒状侧壁61和位于圆筒状侧壁61下端口外侧的环状法兰部62，挡油罩6同轴套在四级转轴5的外侧，圆筒状侧壁61的内壁面与四级转轴5之间留有空隙，圆筒状侧壁61的下端口和箱体1的下壁内面通过法兰部62和密封垫7密封连接。
如图2和图4所示，三级大齿轮51的下端同轴设有截面为矩形的第一圆环槽511，圆筒状侧壁61的上端口伸入第一圆环槽511内，且圆筒状侧壁61的上端口和第一圆环槽511的各个槽壁面都留有缝隙。
如图2和图5所示，一级转轴2上同轴设置有甩油筒8，甩油筒8布置在一级轴齿轮21上方。甩油筒8包括圆台筒形侧壁81和圆筒形连接套82，圆筒形连接套82同轴布置在圆台筒形侧壁81内侧，圆台筒形侧壁81和圆筒形连接套82之间均匀布置有连接杆83，圆台筒形侧壁81的内壁面沿周向均匀布置有从大头端贯通至小头端的导油槽84。圆台筒形侧壁81的大头端在上方，圆筒形连接套82固定套接在一级转轴2的外侧，圆台筒形侧壁81的小头端和一级轴齿轮21的上端面之间留有空隙。甩油筒8随着一级转轴2转动时不与其它零部件干涉。
本实施例的齿轮减速箱的一级转轴2为齿轮减速箱的输入轴，用于和外部电机传动连接。齿轮减速箱的四级转轴5为齿轮减速箱的输出轴，用于和外部负载传动连接，例如和叶轮组件同轴连接。本实施例的一级转轴2和四级转轴5均外露于箱体1，方便电机和负载的连接装配。
在箱体内各级齿轮的传动比的优选分配方案是高速级向低速级逐渐增大，这种分配方案可以使各级转轴获得较高转速的同时承受较小转矩，使各级转轴及其上的齿轮的尺寸和质量适当，结构更加紧凑，这是本领域技术人员能够掌握的普通技术知识。
在此基础上，本实施例考虑到箱体的布置形式，将各级齿轮的高度布置为由高速级向低速级逐渐升高，这样浸在箱体内的液态润滑油中的齿轮数量较少，齿轮总体浸油深度更加合理，避免齿轮总体浸油深度过大导致搅油损失过多。
更主要的是本实施例采用改进的挡油罩6替换现有技术中的挡油盘，结合本实施例的齿轮布局方式，可以起到很好的挡油效果，对于四级转轴5的位于下方的轴承可以采用半固态润滑脂进行润滑，而不必担心箱体内液态润滑油渗露的风险。
本实施例具体的密封原理是：圆筒状侧壁61的下端口和箱体1下壁内面密封连接，因此箱体1内的液态润滑油无法从圆筒状侧壁61的下端口进入挡油罩6内部。箱体1内液态润滑油的液面高度和三级大齿轮51的下端面之间留有一定的距离，在齿轮减速箱运行时，箱体1内液态润滑油会产生波动甚至会飞溅起来，但是由于圆筒状侧壁61的上端口伸入第一圆环槽511内，所以液态润滑油很难从上端口溅入挡油罩6内，从而对挡油罩6和延长套11之间的轴承，即四级转轴5的位于下方的轴承进行很好的密封保护，减少定期更换此处的轴承的次数或者避免更换此处的轴承，降低维修保养成本，同时也可以避免液态润滑油从此处渗出箱体。
另外，本实施例采用改进的甩油筒8将液态润滑油直接甩到位置较高的齿轮上，同时甩油筒8也会将液态润滑油甩到箱体1侧壁或者上壁内面然后再流到或者溅到位置较高的齿轮上，这样就可以对位置较高的齿轮进行很好的冷却和润滑。本实施例的甩油筒8的工作原理是：箱体1内的液态润滑油的液面高度高于圆台筒形侧壁81的小头端，这样液态润滑油可以通过圆台筒形侧壁81的小头端和一级轴齿轮21的上端面之间的空隙在圆台筒形侧壁81内外两侧自由流动，当甩油筒8随着一级转轴2转动时，靠着圆台筒形侧壁81内面的液态润滑油在附着力和离心力的作用下沿着圆台筒形侧壁81的内壁面及导油槽84向上流动直到圆台筒形侧壁81的大头端，最后从大头端的边沿向外甩出。圆台筒形侧壁81的内壁面的导油槽84可以提高导油效果，使导油更加顺畅，增加导油量。本实施例采用改进的甩油筒8和合理的三级齿轮布局方式，可以给各级齿轮进行更好的冷却和润滑，能够减少定期更换齿轮的次数或者避免更换齿轮，节省维修保养成本，无需采用外设油泵进行强制循环润滑，节省设备成本。当然为了实现更好的冷却效果，也可以在本实施例的基础上增加外设油泵进行强制循环润滑。
实施例二：本实施例是在实施例一的基础上进一步改进得出的技术方案。
本实施例和实施例一的不同之处在于，如图6、图7和图8所示，三级大齿轮51的下端还同轴设有截面为矩形的第二圆环槽512，第二圆环槽512在第一圆环槽511的外侧。
如图6、图7、图8、图9和图10所示，圆筒状侧壁61的外侧同轴套接有圆环片63，圆环片63上面同轴设有圆环状挡油筒64，挡油筒64伸入第二圆环槽512内，且挡油筒64和第二圆环槽512的各个槽壁面都留有缝隙。
圆环片63上面同轴设有环形油槽65，挡油筒64从外圈向内圈遮挡住环形油槽65的一部分，圆环片63上对着环形油槽65的位置沿周向均匀布置有轴向通孔66。
本实施例中的第一圆环槽511、第二圆环槽512和圆筒状侧壁61及挡油筒64形成双重防护。圆筒状侧壁61和挡油筒64之间形成一个过渡区域，挡油筒64从外圈向内圈遮挡住环形油槽65的一部分，即环形油槽65和此过渡区域连通，环形油槽65和挡油罩6外侧通过轴向通孔66连通。
本实施例的齿轮减速箱在运行时，箱体1内液态润滑油产生波动和/或者飞溅,即使偶然有很少部分通过挡油筒64和/或轴向通孔66进入到上述的过渡区域，由于该过渡区域的空间有限，而且该过渡区域所剩的空间呈截面为“凵”形的环装，形成迷宫式油路，该过渡区域内的少量液态润滑油无法产生波动或者飞溅，更无法进入圆筒状侧壁61的内侧，另外该过渡区域内如果有少量液态润滑油则会在离心力的作用下进入环形油槽65内，然后从轴向通孔66流出。因此本实施例的挡油罩6结构防护效果更好，使四级转轴5的位于下方的轴承得到更好的密封保护，减少定期更换此处的轴承的次数，甚至可以避免对此处的轴承进行更换，降低维修保养成本，同时更可以避免液态润滑油从此处渗露。
轴向通孔66的孔径等于环形油槽65的径向槽宽，进一步防止箱体1内的液态润滑油从轴向通孔66处溅入上述的过渡区域内。
以上仅为本发明的两个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用本发明构思对本发明做出的非实质性修改，均落入本发明的保护范围之内。