一种斜向支柱斜齿轮

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，具体涉及一种斜向支柱斜齿轮。

背景技术

传动系统是直升机三大关键动部件之一，是涡轮轴发动机动力输出必不可少的动力传输部件，其性能优劣很大程度上决定了直升机的总体性能。作为传动系统的核心组成零件，齿轮/齿轮系一直受到研究者的关注。在齿轮设计优化方面，国内外学者开展了初步的研究，这些研究主要是针对常规实心构型齿轮的尺寸优化，且大多研究是在简单工况、单一学科的条件下进行的，也未充分发掘先进优化设计技术的减重潜力。特别是，随着传动系统对减速器传递功率的需求大幅提升，齿轮承受的载荷越来越大、愈发复杂，自身结构尺寸更大重量更重，动力学问题更为突出，复杂工况下的轻量化设计需求更为迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种斜向支柱斜齿轮，其具有创新构型并能够在满足应力要求的前提下实现了轻量化。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种斜向支柱斜齿轮，其包括彼此连为一体的轴连接部、幅板部和斜齿部，所述斜齿部背离齿顶的下表面呈锥环面，所述幅板部包括内环体、承托体、幅板体和若干支柱；所述内环体呈绕所述斜齿轮的转动轴线的圆环状，并围设于所述轴连接部外；所述承托体具有用于承托所述斜齿部下表面并绕所述转动轴线呈圆环状的承托部，并具有由所述承托部外缘向下延伸的外周部；所述幅板体连接所述内环体和所述承托体，并呈绕所述转动轴线的圆环状；若干所述支柱均布并围设于所述内环体的外缘面，每一所述支柱均由所述内环体的底部向上并向外倾斜延伸至所述幅板体的下表面。

进一步的，所述支柱包括柱体和衔接部；所述柱体为圆柱状，其下端与所述内环体连接，上端与所述衔接部连接；所述衔接部连接所述柱体和所述幅板体下表面，其外侧表面在所述柱体和所述幅板体之间由下至上呈向外扩张的圆弧过渡状。

进一步的，所述衔接部与所述柱体连接的下缘由所述内环体起始向上并向外倾斜延伸。

进一步的，所述内环体上端低于所述支柱与所述幅板体下表面的连接处；所述轴连接部上端高于所述内环体上端并与所述幅板体的内缘连接；所述衔接部与所述内环体上端相接，并与所述轴连接部的外侧表面之间形成间隙。

进一步的，所述柱体的外侧表面延长相交至所述幅板体下表面所形成的圆位于所述内环体和所述承托体之间并相对更靠近于所述内环体。

进一步的，所述柱体与所述内环体外侧表面连接的下缘最低处高于所述内环体的下端。

进一步的，所述支柱的数量为10个。

进一步的，所述承托体中，所述承托部的上表面、下表面分别与过所述转动轴线并形成所述支柱对称面的一竖截面相交形成第一直线段和第二直线段，所述第一直线段和第二直线段平行且二者均倾斜于所述转动轴线；所述外周部的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第三直线段和第四直线段，所述第三直线段和第四直线段平行且二者均平行于所述转动轴线；所述幅板体的上表面、下表面分别与所述竖截面相交形成第五直线段和第六直线段，所述第五直线段和第六直线段平行且二者均垂直于所述转动轴线；所述内环体的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第七直线段和第八直线段，所述第七直线段和第八直线段平行且二者均平行于所述转动轴线；所述轴连接部的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第九直线段和第十直线段，所述第九直线段和第十直线段平行且二者均平行于所述转动轴线。

进一步的，所述支柱中，所述柱体的外侧表面与所述竖截面相交形成第十一直线段，所述衔接部的外侧表面与所述竖截面相交形成第一弧线段；所述第十一直线段下端与所述内环体外缘面相接，上端与所述第一弧线段相接；所述第一弧线段连接所述第十一直线段和第六直线段。

进一步的，所述斜齿轮在轮齿所受啮合力的切向分力小于或等于81000N、所受啮合力的轴向分力小于或等于23000N、所受啮合力的径向分力小于或等于53000N且转速小于或等于323rpm的情况下，如果所述斜齿部总质量小于或等于8kg，所述辐板部所用材料屈服强度大于或等于900Mpa且材料密度小于等于7.86g/cm3，则当95≤R

由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的斜向支柱斜齿轮，其幅板部包括连接内环体和幅板体的若干斜向布设的支柱，在采用较薄的幅板体的情况下，斜向支柱的设置使得该斜齿轮不仅质量更轻，且结构符合应力和形变要求，相较于现有技术中的幅板实现了轻量化的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种斜向支柱斜齿轮的实施例的结构示意图1；

图2为本发明提供的一种斜向支柱斜齿轮的实施例的结构示意图2；

图3为图1中的斜向支柱斜齿轮中轴连接部和幅板部的俯视示意图；

图4为图3中的斜向支柱斜齿轮中轴连接部和幅板部的几何参数标注示意图；

图5为图3中的斜向支柱斜齿轮中轴连接部和幅板部的仰视示意图；

图6为图5中A-A截面示意图；

图7为图5中B-B截面示意图；

图8为图5中C-C截面示意图；

图9为图1中的斜向支柱斜齿轮中幅板部的正面等效应力计算结果示意图；

图10为图1中的斜向支柱斜齿轮中幅板部的背面等效应力计算结果示意图。

主要附图标记说明：

轴连接部10；

幅板部20；内环体21；幅板体22；承托体23；承托部231；外周部232；支柱24；柱体241；衔接部242；

斜齿部30；

第一直线段401；第二直线段402；第三直线段403；第四直线段404；第五直线段405；第六直线段406；第七直线段407；第八直线段408；第九直线段409；第十直线段410；第十一直线段411；第一弧线段412；间隙501。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参照图1至图8，本发明的实施例提供一种斜向支柱斜齿轮，该斜齿轮包括彼此连为一体的轴连接部10、幅板部20和斜齿部30。

其中，斜齿部30背离齿顶的下表面呈锥环面，该斜齿部30用于形成斜齿结构，以能够与其他的斜齿轮进行啮合。轴连接部10为圆环形构件，其用于将该斜齿轮安装至转动轴杆，以使该斜齿轮能够实现转动。斜齿部30和轴连接部10的设置属于本领域的公知常识，在此不多赘述。

在本实施例中，幅板部20包括内环体21、承托体23、幅板体22和若干支柱24；所述内环体21呈绕所述斜齿轮的转动轴线的圆环状，并围设于所述轴连接部10外；所述承托体23具有用于承托所述斜齿部30下表面并绕所述转动轴线呈圆环状的承托部231，并具有由所述承托部231外缘向下延伸的外周部232；所述幅板体22连接所述内环体21和所述承托体23，并呈绕所述转动轴线的圆环状；若干所述支柱24均布并围设于所述内环体21的外缘面，每一所述支柱24均由所述内环体21的底部向上并向外倾斜延伸至所述幅板体22的下表面。

在此，对本发明说明书和权利要求书中的方向性代词进行说明，在该斜齿轮中，以该斜齿轮的转动轴线的延伸方向为上下方向，由于该斜齿轮为回转体，因此以其转动轴线为中心沿径向向外的方向为由内至外的方向，具体可参照图6所示；同时该转动轴线还定义有径向和周向，径向是指与该转动轴线垂直的方向，周向是指环绕该转动轴线的方向。

应当注意的是，本发明说明书中所指的过所述转动轴线并形成所述支柱24对称面的一竖截面，在本实施例中以截面A-A表示，但在其他实施例中也可以其他截面表示，但应当注意的是，只有形成支柱24对称面的，才可称之为此处的竖截面。

参照图1至图3，所述支柱24包括柱体241和衔接部242；所述柱体241为圆柱状，其下端与所述内环体21连接，上端与所述衔接部242连接；所述衔接部242连接所述柱体241和所述幅板体22下表面，其外侧表面在所述柱体241和所述幅板体22之间由下至上呈向外扩张的圆弧过渡状。所述衔接部242与所述柱体241连接的下缘由所述内环体21起始向上并向外倾斜延伸。所述内环体21上端低于所述支柱24与所述幅板体22下表面的连接处；所述轴连接部10上端高于所述内环体21上端并与所述幅板体22的内缘连接；所述衔接部242与所述内环体21上端相接，并与所述轴连接部10的外侧表面之间形成间隙501。所述柱体241的外侧表面延长相交至所述幅板体22下表面所形成的圆位于所述内环体21和所述承托体23之间并相对更靠近于所述内环体21。所述柱体241与所述内环体21外侧表面连接的下缘最低处高于所述内环体21的下端。

在本实施例中，所述支柱24的数量为10个。

具体的，参照图6至图8，所述承托体23中，所述承托部231的上表面、下表面分别与过所述转动轴线并形成所述支柱24对称面的一竖截面相交形成第一直线段401和第二直线段402，所述第一直线段401和第二直线段402平行且二者均倾斜于所述转动轴线；所述外周部232的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第三直线段403和第四直线段404，所述第三直线段403和第四直线段404平行且二者均平行于所述转动轴线。所述幅板体22的上表面、下表面分别与所述竖截面相交形成第五直线段405和第六直线段406，所述第五直线段405和第六直线段406平行且二者均垂直于所述转动轴线；所述内环体21的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第七直线段407和第八直线段408，所述第七直线段407和第八直线段408平行且二者均平行于所述转动轴线；所述轴连接部10的外缘面和内缘面分别与所述竖截面相交形成第九直线段409和第十直线段410，所述第九直线段409和第十直线段410平行且二者均平行于所述转动轴线。所述支柱24中，所述柱体241的外侧表面与所述竖截面相交形成第十一直线段411，所述衔接部242的外侧表面与所述竖截面相交形成第一弧线段412；所述第十一直线段411下端与所述内环体21外缘面相接，上端与所述第一弧线段412相接；所述第一弧线段412连接所述第十一直线段411和第六直线段406。

其中，参照图6，轴连接部10厚度稍薄于内环体21，轴连接部10的外缘面与内环体21的内环面相接，并且轴连接部10的下端要位于内环体21的下端的上方，这使得轴连接部10与内环体21的内缘面配合形成一台阶状结构；同时应当注意的是，轴连接部10的上端要略低于幅板体22的上表面，幅板体22大致为一个圆环状的薄板构件，其内缘面与轴连接部10的外缘面相接。

支柱24由柱体241和衔接部242组成，柱体241可视为圆柱状结构，其与衔接部242一体成型，参照图7和图8，衔接部242位于柱体241和幅板体22下表面之间，并且大致成椭圆形环绕在柱体241上方位置，衔接部242的外侧表面呈向外扩张的圆弧过渡状，使得支柱24与幅板体22之间的衔接具有更好的结构强度，如果支柱24与幅板体22下表面之间的接触部分为较为锋利的两条直线相交的结构，可能会导致应力集中在该接触部分而使得结构强度下降，本实施例通过衔接部242的设置，使得应力可分散至支柱24和幅板体22。

在本实施例中，衔接部242外侧表面与柱体241连接的下缘由内环体21起始向上并向外倾斜延伸，这导致衔接部242在越靠近内侧的部分，其下缘与幅板体22下表面之间的距离越大，因此可参照图8，衔接部242在越靠近内侧的部分其弯曲程度越大，而越靠近外侧的部分更加平缓。在衔接部242最靠近内侧的部分，衔接部242的外侧表面与轴连接部10的外缘面和内环体21的上端相接并形成一间隙501，该间隙501能够减轻该斜齿轮的重量，同时不影响该斜齿轮的结构强度。

由于该斜齿轮为一体结构，因此支柱24中的柱体241并不实际存在，此处描述柱体241仅是为了说明支柱24的结构。柱体241为圆柱状，因此其外侧表面可以围绕形成圆，在本实施例中，柱体241的外侧表面与幅板体22的下表面相交形成一圆，该圆位于内环体21和承托体23之间，并且更加靠近内环体21，这一定程度上限定了支柱24的倾斜角度以及尺寸，支柱24的该两项参数应当保持在适当范围，才可使得该斜齿轮既能够达到减轻重量的目的，又不会影响其结构强度。

在本实施例中，斜齿轮在轮齿所受啮合力的切向分力小于或等于81000N、所受啮合力的轴向分力小于或等于23000N、所受啮合力的径向分力小于或等于53000N且转速小于或等于323rpm的情况下，如果所述斜齿部30总质量小于或等于8kg，所述辐板部所用材料屈服强度大于或等于900Mpa且材料密度小于等于7.86g/cm3，则当95≤R

其中，还包括对承托部231和轴连接部10的尺寸限定，参照图6，d

具体的，以密度为7.86g/em3的9310钢为例，材料屈服强度≥940Mpa，取输入载荷为最大，轮齿区域总质量取7.9kg，相应的尺寸参数为：R

对本实施例所提供的幅板部20进行静力学分析，划分网格单元尺寸为2mm，网格单元数为1304386，其等效应力(von-Mises应力)计算结果云图如图9和图10所示。由该计算结果可知，在不同工况下，斜齿轮辐板处最大von-Mises应力皆在432.73Mpa-496.45Mpa之间。与本实施例相比，设计一对比例，该对比例中以本实施例为基础，区别在于该对比例在第一幅板21和第二幅板22为实心结构。经测算，该度比例的斜齿轮幅板体22积为16.642×10

本发明提供的一种斜向支柱斜齿轮，在力学性能保有较大余量的前提下，使得体积和质量相比于现有的斜齿轮大大下降，能够促进传动系统齿轮轻量化进而提升直升机的总体性能，也能够大幅节省材料，降低成本。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。