齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置制造方法
【专利摘要】齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，阻尼装置【技术领域】。该组合阻尼装置均通过辅助轴承、卡箍和结构灵活的振动传递连架作用在每根齿轮轴上，齿轮副在传动过程因某些因素产生的振动传到辅助轴承、卡箍和振动传递连架，带动浸在高粘度阻尼液的活塞在阻尼液中做剪切运动，产生足够大的阻尼力并将振动能量吸收耗散掉，从而抑制轴的弯曲振动，一方面减小整个齿轮之间的内部激励，另一方面衰减传递到齿轮箱体的振动。本发明的两种组合阻尼装置能同时降低齿轮轴系中由啮合冲击引起的各频率成分振动，且减振频带宽。其具有结构简单，易于装卸与安装，安装位置灵活，没有磨损件，使用寿命长等优点。
【专利说明】齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种安装于齿轮轴对齿轮传动系统减振降噪组合阻尼装置，可用于风力发电机、航空发电机、汽轮机组等领域的齿轮传动的减振降噪，属于阻尼装置【技术领域】。
技术背景
[0002]齿轮及齿轮箱作为机械设备中一种传递运动和动力的通用装置，在金属切削机床、航空、电力系统、运输机械、冶金机械等现代大型设备中具有重要的作用。但由于其本身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮在进行啮合传动时，由于外载荷变化、齿轮加工及安装误差、齿轮啮合刚度的时变性及啮合齿的碰撞冲击等因素的影响，齿轮产生振动和噪声。轮体产生的振动通过齿轮轴传递到齿轮箱轴承座，进而传递到齿轮箱，引起整个齿轮箱的振动。齿轮系统的振动会加速整个传动系统的疲劳损害，使其失效而发生严重的后果。因此必须采取有效措施控制齿轮的振动噪声。
[0003]齿轮由于复杂结构，其振动噪音的频率成分有啮合频率与其谐波及由幅值调制和频率调制构成的边频带。一般情况下，该啮合频率与其各谐波成分会有较高的能量，当其高次谐波成分与齿轮箱内其他结构的自振频率重合时，其能量振幅也会很高。齿轮这种复杂多频振动，相应的需要一种宽频减振降噪措施。
[0004]国内外学者对齿轮的减振降噪方法进行了研究。于英华等在《泡沫铝阻尼塞在齿轮传动中的减振降噪特性的研究》采用一种多孔金属材料的泡沫铝阻尼塞安装在齿轮轮体上进行减振(设计与研究2007年第35期第35-37页)。黄宏亮等在《航空锥齿轮减振阻尼环设计与分析》研究设计阻尼环并安装在中央传动锥齿轮上进行齿轮减振(航空发动机2013年第39卷第2期第25-30页)。钟延涛等在《齿轮传动的阻尼减振技术研究》通过有限元计算在齿轮轮体腹板上安装粘弹性阻尼层进行齿轮的减振效果研究。以上减振措施中阻尼环和阻尼塞通过与齿轮间的摩擦力能对齿轮啮合函数中的某些谐波所引起的共振进行有效的抑制，但阻尼环和阻尼塞的减振效果只能局限于齿轮较低的固有频率成分，不能实现宽频减振。粘弹性阻尼层可以实现在某一频带的减振，但粘弹性材料的耗能效果和阻尼层厚度有很大关系，只有阻尼层达到一定厚度时粘弹性材料才能较好的控制齿轮振动，这对于一些精度要求比较高或重量有限制的齿轮是不允许增加过多的附加质量。而在齿轮的主动控制技术中，国内重庆大学的张峰在《基于压电作动器的齿轮传动系统振动主动控制及算法研究》(重庆大学博士论文2013年)和国外的许多学者，如Yuan H.Guan在((Experimental study on active vibration control of a gearbox system)) (Journalof Sound and Vibration282 (2005) 713 - 733)均在某齿轮轴上采用压电作动器通过不同算法控制作动器实现对齿轮箱的减振降噪，但此算法复杂，而且也只能对基本啮合频率下的振动有效，仍不能实现宽频减振。中国专利CN101133228B公开一种用于岩石钻机齿轮箱输出轴的减振装置，通过制动器上的摩擦元件以达到减振目的，但只能应用于岩石钻机齿轮箱，应用范围有限。以上措施是在轮体、齿轮轴上进行减振，而中国专利CN101725482A、CN101363419A、CN101333998A及德国专利DE29924608H等发明了一种齿轮箱减振支撑进行隔振，此措施只能隔绝齿轮振动及噪声传递到机组其他部件，而对于齿轮轴上振动并没有进行有效减振。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于设计一种安装于齿轮轴上的组合阻尼装置，针对齿轮传动系统中啮合冲击产生的宽带随机振动特性，通过所涉及的组合阻尼装置实现齿轮轴系及齿轮箱的宽频减振降噪。所提出的组合阻尼装置能够根据实际需要提供足够大的阻尼力，对运行振动和冲击载荷一样有效，在齿轮轴系和齿轮箱体所有自由度上对振动的反应迅速；安装位置空间灵活；结构简单，且易于装卸和安装；对齿轮啮合传动中的多种频率成分的振动以及齿轮在各种转速下都保证良好减振效果。
[0006]为实现以上目的，本发明采取如下两种技术方案。
[0007]技术方案一:
[0008]该组合阻尼装置结构包括辅助轴承、卡箍、振动传递连架和粘滞阻尼器，此技术方案旨在解决一些齿轮箱内部结构紧密的齿轮振动。在(优选相邻)每根齿轮轴的空余轴段上安装辅助轴承，为安装拆卸方便，该辅助轴承可采用剖分式轴承。在辅助轴承的外圈套上卡箍，再通过振动传递连架将每根齿轮轴的卡箍固定连接在一起，此振动传递连架有多个端点可以与每个齿轮轴连接，振动传递连架另一端与一个较大粘滞阻尼器的活塞连杆连接。因此齿轮体上产生的振动与噪声通过与每根轴连接的辅助轴承传递到振动传递连架，与振动传递连架连接的活塞在阻尼液中做剪切运动产生阻尼力，将振动能量消耗到阻尼液中，从而减小齿轮之间的内部激励，减少齿轮轴系弯曲振动，衰减传递到齿轮箱体的振动，达到减振降噪的目的。
[0009]所述的辅助轴承可以是滚动、滑动剖分轴承，与旋转齿轮轴相连，不作为支撑，SP不承受静载荷，不改变齿轮轴系系统原有支撑。啮合齿轮产生的振动传递到齿轮轴，再传到与齿轮轴连接的辅助轴承，能够很好的起到振动传递的作用。
[0010]所述的卡箍为拆装方便，采用对称的两半式，再通过螺栓卡紧在辅助轴承的外圈上。
[0011]所述的振动传递连架为具有多个分支端点的连接体，各端通过与各卡箍焊接将每根齿轮轴连接到一起，以实现把所有齿轮轴上的振动汇聚起来，再与一个相对较大阻尼器的活塞连杆连接，同样起到振动传递作用。但得保证其刚度，以达到更好的振动传递效果。
[0012]所述的粘滞阻尼器，包括阻尼器外壳、活塞和阻尼液。阻尼器外壳通过螺栓固定到齿轮箱机壳上，阻尼器不随轴转动。相对较大阻尼器活塞与振动传递连架一端连接。阻尼器内部可根据阻尼器尺寸大小及所需要的阻尼力装入粘度不同的高分子粘滞阻尼液。则齿轮体上产生的啮合冲击振动与噪声通过与轴连接的辅助轴承传递到卡箍、振动传递连架，与振动传递连架连接的活塞在阻尼液中做剪切相对运动产生阻尼力，将振动能量消耗到阻尼液中，达到减振降噪的目的。
[0013]技术方案二:
[0014]此技术方案是在技术方案一基础上为了解决一些振动比较大，而且齿轮箱内空间宽裕的情况下提出的。该组合阻尼装置结构也包括辅助轴承、卡箍、振动传递连架和粘滞阻尼器；在每根齿轮轴的空余轴段上安装辅助轴承，该辅助轴承采用剖分式轴承；在辅助轴承的外圈套上卡箍，此方案将方案一中的一个相对较大阻尼器改成多个相对较小阻尼器，通过在每对啮合齿轮轴之间安装一个相对较小阻尼器，相对较小阻尼器为双通阻尼器，内部两端采用两个不相连的活塞分别与阻尼液做剪切运动，阻尼器内的两个活塞杆各端再分别与同一个振动传递连架的两个端连接，或与不同振动传递连架的两个端连接，以此将多个小阻尼器串联起来，这样齿轮轴的振动就可以将传递到与之相连的阻尼器中，此方案相对于方案一，能提供更大阻尼力，其整体减振效果更好。
[0015]齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置可以同时汇集相对较大阻尼器和多个串联式相对较小阻尼器。
[0016]本发明的相对较大阻尼器和较小阻尼器可以根据实际应用选择相应的尺寸，没有实际限制。本发明的相对较大和相对较小是方案一中的阻尼器相对于方案二的阻尼器来说的。
[0017]本发明安装位置空间灵活，粘滞阻尼器的外壳通过螺栓与齿轮箱的内侧壁、上顶壁、箱体外侧或地基固定。
[0018]本发明双通阻尼器，内置两不相连的活塞杆，分别与振动传递连架相连，阻尼器的外壳通过支撑杆支撑，不对齿轮轴产生附加质量。辅助轴承可以采用剖分式轴承，辅助轴承作用在齿轮轴上，仅起连接和传递振动的作用，不作为支撑。为便于安装，分成对称的两半，卡紧在辅助轴承外圈上，与辅助轴承一起起振动传递作用，为能更好传递振动，需保证卡箍具有很好的刚性。
[0019]方案一的振动传递连架带有一个总端点和多个端点，其中多个端点与各根齿轮轴上的卡箍焊接在一起，其振动传递作用，将齿轮轴系的振动进行汇聚，再通过总端点采用螺栓与活塞杆连接，将所有轴系振动传到阻尼器进行减振。
[0020]本发明与现有的齿轮减振降噪方法和装置相比具有以下的优势:
[0021](I)阻尼器安装位置空间灵活。对于闭式齿轮箱而言，一般结构比较紧密，可以根据齿轮箱空间采用技术方案一将较大阻尼器安装在齿轮箱内侧壁或箱体外测；而对于安装空间比较宽裕的齿轮箱，可以采用技术方案二进行齿轮振动减振。
[0022](2)该阻尼器的活塞通过振动传递连架、卡箍和辅助轴承连接到转轴上，阻尼器并不随轴转动，不会增加齿轮轮体的附加质量。
[0023](3)该粘滞阻尼器是与动力响应速度相关的粘性阻尼，不承受静载荷，即不改变齿轮轴系统原有支撑。
[0024](4)提供较大的阻尼力。该阻尼器采用高分子粘滞阻尼液，具有很高的粘度，能提供更大的阻尼力，具有很强的稳定性以及很高的可靠性，即使在一些恶劣的工况条件下也能正常使用，具有更长的使用寿命。经相关测试，该粘滞阻尼器对运行振动和冲击载荷有明显的减振效果，对齿轮的冲击性振动噪声尤其适用。
[0025](5)技术方案一的组合阻尼装置通过振动传递连架将齿轮传动系统的输入轴、中间轴和输出轴的振动汇集到一起，再将振动能量耗散到一个阻尼装置，一方面节省安装空间，另一方面能同时降低齿轮轴系中由啮合冲击引起的各高次谐波振动，且减振频带宽，对齿轮轴系及齿轮箱体的所有自由度上的振动都有效果。
[0026](6)技术方案二的组合阻尼装置通过采用多个串联小阻尼器，在每对啮合齿轮轴之间安装具有两不相连活塞杆的阻尼器，其减振效果更明显。
[0027](7)该粘滞阻尼器能有效保证齿轮传动系统在较宽的变速范围内平稳运行。
[0028](8)适用范围广。可以适用安装于多级传动齿轮箱、蜗轮蜗杆式的交错轴系及同轴线的行星轮系等。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]附图1为本发明技术方案一在齿轮传动系统的安装简图
[0030]附图2为本发明技术方案一组合阻尼装置的结构示意图
[0031]附图3为本发明技术方案一组合阻尼装置的减振原理图
[0032]附图4为本发明技术方案一组合阻尼装置中振动传递连架的结构示意图
[0033]附图5为本发明技术方案二组合阻尼装置的结构示意图
[0034]附图6为本发明技术方案二组合阻尼装置的减振原理图
[0035]附图7a为本发明技术方案一组合阻尼装置对输入轴减振效果的对比图
[0036]附图7b为本发明技术方案一组合阻尼装置对输出轴减振效果的对比图
[0037]附图8为实施例2的示意图
[0038]附图9为实施例3的示意图
[0039]附图10为实施例4的示意图
[0040]附图11为实施例5的示意图
[0041]1、输入轴；2、辅助轴承；3、卡箍；4、螺栓；5、振动传递连架；6、螺栓；7、活塞；8、大阻尼器；9、螺栓；10、输出轴；11、电机；12、联轴器；13、一级哨合齿轮对；14、齿轮支撑轴承；15、中间传动轴；16、联轴器；17、负载；18、齿轮箱体；19、二级啮合齿轮对；20、涡杆；21、涡轮；22、太阳轮；23、内齿圈；24、行星轮；25、行星架；26、支撑架，27、小阻尼器。
【具体实施方式】
[0042]本发明的实施方式涉及一种安装于齿轮轴的减振降噪的组合阻尼装置，如附图1所示为技术方案一的组合阻尼装置在齿轮传动系统的安装简图，此为一级啮合的齿轮传动系统，传动系统支撑14 一般通过轴承、轴承座来支撑哨合齿轮副的输入轴I和输出轴10,电机11通过联轴器12与输入轴I连接带动输入轴I及啮合齿轮对13转动，通过啮合齿轮对13带动输出轴10转动，输出轴通过联轴器16带动负载17工作，从而进行增速或降速以达到所需要的输出转速；啮合齿轮副在传动过程会因安装误差、齿形误差、齿轮故障等因素产生振动与噪声，在输入轴I和输出轴10的空余轴段各安装辅助轴承2再通过振动传递连架5机构将齿轮轴系的振动汇集到一起再连接到组合阻尼装置，其结构包括辅助轴承2、卡箍
3、振动传递连架5、活塞7和大阻尼器8。
[0043]如附图2所示为本发明技术方案一安装齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置的结构示意图。啮合齿轮副13在传动过程因某些原因产生振动会传到输入轴I和输出轴10，弓丨起轴的弯曲振动，振动再沿输入轴I和输出轴10传到轴承14进而传递到齿轮箱18，激起齿轮箱18的振动。辅助轴承2为了安装拆卸方便采用剖分式轴承，安装在输入轴I和输出轴10上，卡箍3分成对称的两半通过螺栓4卡紧在辅助轴承2的外圈上，而振动传递连架5的另一端通过螺栓6与粘滞阻尼器8的活塞7连接，将齿轮轴系的振动汇集到一起，与辅助轴承2、卡箍3共同起到振动传递的作用。活塞7浸没在大阻尼器8内部的高粘度阻尼液当中，传递下来的振动带动活塞7在阻尼器内部做剪切运动，产生较大的阻尼力将振动能量传给阻尼液，阻尼液再将振动能量吸收耗散掉，最终达到减振的目的。粘滞阻尼器8的外壳通过螺栓9与齿轮箱18内侧壁、上顶壁、箱体外侧或地基固定，阻尼器不随轴转动。所发明的大阻尼器8通过振动传递连架5、卡箍3和辅助轴承2作用在齿轮轴系上，抑制整个轴系的弯曲振动，从而一方面减小齿轮之间的内部激励，另一方面衰减传递到齿轮箱体的振动。
[0044]如附图3本发明技术方案一组合阻尼装置的减振原理图。此技术方案中相当于将各根齿轮轴的振动能量收集起来传递到一个大的阻尼器中进行能量的耗散，以达到减振的目的。
[0045]本发明技术方案一的组合阻尼装置的核心为连架结构，对于齿轮箱中齿轮轴系不同的结构，需采用不同的连架结构实现轴系振动的汇聚。如齿轮箱内为平行啮合轴系可以采用附图4a中的连架结构，此连架结构是一端与活塞连杆连接，其他多端点与各轴连接；如果需对涡轮蜗杆齿轮箱进行减振降噪，可以采用附图4b中适合交错轴的连架结构。
[0046]如附图5所示为本发明技术方案二组合阻尼装置的结构示意图，该组合阻尼装置结构也包括辅助轴承2、卡箍3、振动传递连架5和小阻尼器27。此方案将方案一中的一个大阻尼器8改成多个小阻尼器27，通过在每对啮合齿轮轴(轴I和轴2、轴2和轴3……)之间各安装一个小阻尼器27，小阻尼器27内部采用两个不相连的活塞杆7分别与阻尼液做剪切运动，小阻尼器27内的活塞杆各端再与振动传递连架的另一端连接，以此将多个小阻尼器27串联起来，每个小阻尼器27的侧外壳用支撑架26支撑，小阻尼器27不会对齿轮轴产生附加质量，这样齿轮轴的振动就可以传递到与之相连的各小阻尼器27中。
[0047]如附图6本发明技术方案二组合阻尼装置的减振原理图。此技术方案中相当于每根齿轮轴都有一个小阻尼器，各小阻尼器不是单独起作用的，他们是串联在一起的，如果某个齿轮轴振动过大，一个小阻尼器有时候所提供的阻尼器可能不够大，与之相连的其他小阻尼器也能发挥作用，这样将各根齿轮轴的振动能量耗散在与之相连的小阻尼器中，以达到减振的目的。
[0048]实施例1
[0049]参见附图7，为所涉及发明的技术方案一组合阻尼减振装置安装于某一级传动齿轮箱轴系时的减振效果对比，从图7a和图7b可看出该组合阻尼减振装置能同时降低齿轮输入轴和输出轴中由啮合冲击引起的各高次谐波振动，且减振频带宽。
[0050]实施例2
[0051]参见附图8，对于多级传动的齿轮箱，为达到更加理想的减振效果，同样可以在每根传动轴安装辅助轴承2、卡箍3，再通过设计的振动传递连架5将所有传动轴的振动汇集起来传递到大阻尼装置8。阻尼装置可以根据箱体的空间，其外壳安装在箱体的内侧壁、顶壁或箱体外。
[0052]实施例3
[0053]参见附图9，此为用来传递空间交错轴之间的运动和动力的蜗杆传动，由于蜗轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，易造成轮齿的摩擦磨损而导致齿轮轴及箱体的振动。此阻尼减振装置对于空间交错轴的蜗杆传动同样适用。同样可以通过在蜗杆20的输入轴I及涡轮21的输出轴10的合适位置安装辅助轴承2、卡箍3，再通过振动传递连架5将交错轴系振动传递到大阻尼器8以达到减振降噪目的，提高蜗杆传动的稳定性和寿命。
[0054]实施例4
[0055]参见附图10，此为行星齿轮传动系统，在风力发电机组、汽车等传动系统中应用广泛。在实际运行过程中，行星齿轮箱不仅承受动态重载负荷，而且运行工况变化频繁，是整个动力传动链中的薄弱环节。而行星齿轮箱的独特结构和运动特点使得其振动信号比定轴齿轮箱更为复杂，故障诊断难度较大。但不管行星齿轮传动系统由于何种原因产生振动，此发明的组合阻尼减振装置同样能对其进行有效减振。
[0056]附图10中动力从太阳轮22输入，带动与之啮合的行星轮24转动，并从行星架25输出，内齿圈23与箱体18固定。一般行星齿轮箱的内部结构比较紧凑，可以根据实际情况在输入轴I及输出轴10的伸出端各安装辅助轴承2、卡箍3，再通过振动传递连架5各连接一个大阻尼器8，将各轴振动传递到安装齿轮箱外的大阻尼器8以达到有效的宽频减振。
[0057]实施例5
[0058]参见附图11，对于多级传动而且空间比较宽裕的齿轮箱，为达到更加理想的减振效果，可以采用技术方案二在每根传动轴安装辅助轴承2、卡箍3，再通过设计合理的的小阻尼装置27，在每对啮合齿轮轴之间各安装一个小阻尼器27。
【权利要求】
1.齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，包括辅助轴承、卡箍、振动传递连架和粘滞阻尼器，在每根齿轮轴的空余轴段上安装辅助轴承，该辅助轴承采用剖分式轴承；在辅助轴承的外圈套上卡箍，再通过振动传递连架将每根齿轮轴的卡箍固定连接在一起，此振动传递连架有多个分支端点可与每个齿轮轴连接，振动传递连架另一分支端点与相对较大粘滞阻尼器中的活塞连杆连接，齿轮体上产生的振动与噪声通过与每根轴连接的辅助轴承传递到振动传递连架，与振动传递连架连接的活塞在阻尼液中做剪切运动产生阻尼力，将振动能量消耗到阻尼液中，从而减小齿轮之间的内部激励，减少齿轮轴系弯曲振动，衰减传递到齿轮箱体的振动。
2.按照权利要求1的齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，辅助轴承是滚动或滑动剖分轴承，与旋转齿轮轴相连，不作为支撑，即不承受静载荷，不改变齿轮轴系系统原有支撑。
3.按照权利要求1的齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，卡箍采用对称的两半式，再通过螺栓卡紧在辅助轴承的外圈上。
4.按照权利要求1的齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，振动传递连架为具有多个分支端点的连接体，各端通过与各卡箍焊接将每根齿轮轴连接到一起，以实现把所有齿轮轴上的振动汇聚起来，再与一个相对较大阻尼器的活塞连杆连接，同样起到振动传递作用。
5.按照权利要求1的齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，同时还有多个串联式相对较小阻尼器，相对较小阻尼器为双通阻尼器，内部两端采用两个不相连的活塞分别与阻尼液做剪切运动，阻尼器内的两个活塞杆各端再分别与同一个振动传递连架的两个端连接，或与不同振动传递连架的两个端连接。
6.按照权利要求1的齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，粘滞阻尼器的外壳通过螺栓与齿轮箱的内侧壁、上顶壁、箱体外侧或地基固定。
7.齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置，其特征在于，包括辅助轴承、卡箍、振动传递连架和粘滞阻尼器；在每根齿轮轴的空余轴段上安装辅助轴承，该辅助轴承采用剖分式轴承；在辅助轴承的外圈套上卡箍，通过在每对啮合齿轮轴之间安装一个相对较小阻尼器，相对较小阻尼器为双通阻尼器，内部两端采用两个不相连的活塞分别与阻尼液做剪切运动，阻尼器内的两个活塞杆各端再分别与同一个振动传递连架的两个端连接，或与不同振动传递连架的两个端连接，以此将多个小阻尼器串联起来，这样齿轮轴的振动就将传递到与之相连的阻尼器中。
【文档编号】F16H57/028GK103982635SQ201410258326
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】何立东, 黄秀金, 王锎, 夏雪然, 黄文超, 高金吉 申请人:北京化工大学