本发明专利技术公开了一种啮合传动装置和基于啮合传动的摩擦伏特发电系统，所述啮合传动装置包括齿轮组件和检测组件，齿轮组件包括啮合的第一齿轮和第二齿轮，检测组件包括导线、半导体摩擦件、绝缘件和电信号分析设备，半导体摩擦件设于第一齿轮的齿槽的底壁上并包括第一摩擦件和第二摩擦件，绝缘件夹设在半导体摩擦件和第一齿轮的齿槽的底壁之间，导线包括连接在第一摩擦件与电信号分析设备之间的第一导线和连接在第二摩擦件与电信号分析设备之间的第二导线，第二齿轮的轮齿顶面上设有导电层。本发明专利技术的啮合传动装置可将齿顶与半导体摩擦件处的摩擦转化为电信号，根据电信号的变化可精准判断齿轮的故障状态，且对传动部件的材料无限制，应用范围广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械传动设备，具体地，涉及一种啮合传动装置和基于啮合传动的摩擦伏特发电系统。
技术介绍
1、齿轮传动被广泛地应用于各类旋转机械中，具有传递功率大、效率高、传动平稳等优点。在工作中，齿轮通过轮齿的依次啮合来传递两轴间的运动，以实现转速和扭矩的改变。然而，由于恶劣的运行环境，齿轮易受到振动、冲击、磨损等因素的影响并引发故障。齿轮故障会导致机械传动系统的性能下降，严重时会引起设备的完全失效。因此，对齿轮运行状态进行监测可以及时发现和解决故障，保证机械传动系统的正常运行，提高设备运行的可靠性。
2、相关技术中，基于振动、位移、声压等传感器信号的特征分析技术被广泛地应用于齿轮故障诊断，该类技术易受环境噪声干扰导致状态监测、故障诊断结果的不准确。同时，传感器工作依赖额外的供电系统，不具备自供能特性，使得传感器部署安装的位置受到限制。摩擦纳米发电机的出现为收集旋转机械运动中产生的机械能并感知监测设备的运行状态提供了一种全新的方式，具有自供能、信号特征丰富、集成性高等优点。然而传统的摩擦纳米发电机需要高分子材料参与接触摩擦，对传动部件的材料有特殊要求，对于以金属材料为主的齿轮传动适用性差。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷及不足，提供一种啮合传动装置，该啮合传动装置将齿轮间的摩擦转化为电信号，并将电信号输送到外部设备，齿轮的故障会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断齿轮的故障状态，且对传动部件的材料无限制，应用范围广。</p>2、本专利技术的实施例还提出一种基于啮合传动的摩擦伏特发电系统。
3、本专利技术是实施例的啮合传动装置包括：齿轮组件，所述齿轮组件包括两个啮合的第一齿轮和第二齿轮；检测组件，所述检测组件包括导线、半导体摩擦件、绝缘件和电信号分析设备，所述半导体摩擦件设于所述第一齿轮的齿槽的底壁上并包括在所述第一齿轮的轴向上间隔开的第一摩擦件和第二摩擦件，所述绝缘件夹设在所述半导体摩擦件和所述第一齿轮的齿槽的底壁之间，所述导线包括连接在所述第一摩擦件与所述电信号分析设备之间的第一导线和连接在所述第二摩擦件与所述电信号分析设备之间的第二导线，所述第二齿轮的轮齿顶面上设有导电层。
4、本专利技术实施例的啮合传动装置，第一齿轮和第二齿轮啮合，半导体摩擦件设于第一齿轮的齿槽的底壁上并包括在第一齿轮的轴向上间隔开的第一摩擦件和第二摩擦件，绝缘件夹设在半导体摩擦件和第一齿轮的齿槽的底壁之间，导线包括连接在第一摩擦件与电信号分析设备之间的第一导线和连接在第二摩擦件与所述电信号分析设备之间的第二导线，第二齿轮的轮齿顶面上设有导电层，由此，齿顶与半导体摩擦件接触可产生摩擦电流，电信号分析设备可获取两端的开路电压/短路电流作为摩擦伏特发电系统的特征信号以监测齿轮运行状态，当摩擦电信号中出现异常成分时，可精准判断齿轮的故障状态，提高啮合传动的可靠性，另外，由于摩擦半导体与第一齿轮之间隔设有绝缘件，从而可以使本申请的啮合传动装置不受齿轮材料的限制，应用范围广。
5、在一些实施例中，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件为半导体摩擦片；或者，所述第一摩擦件为p型硅片，所述第二摩擦件为n型硅片。
6、在一些实施例中，所述导电层为泡沫铜层。
7、在一些实施例中，所述啮合传动装置还包括第一导电片和第二导电片，所述第一导电片连接在所述第一摩擦件的底面上并外接所述第一导线，所述第二导电片连接在所述第二摩擦件的底面上并外接所述第二导线。
8、在一些实施例中，所述第一导电片和/或所述第二导电片为铜箔。
9、在一些实施例中，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件的底面均设有导电镀层，所述第一导电片和所述第二导电片均与所述导电镀层连接。
10、在一些实施例中，所述到导电镀层的厚度s满足90nm≤s≤110nm；
11、和/或，所述导电镀层为金层。
12、在一些实施例中，所述绝缘件包括第一连接段、中间连接段和第二连接段，所述中间连接段配合在所述齿槽内并连接在所述第一连接段和所述第二连接段之间，所述第一连接段连接在所述第一齿轮的一侧侧面上，所述第二连接段连接在所述第一齿轮的另一侧侧面上。
13、在一些实施例中，所述啮合传动装置还包括滑环，所述滑环与所述导线连接。
14、本专利技术实施例的基于啮合传动的摩擦伏特发电系统包括上述实施例所述的啮合传动装置。
15、本专利技术实施例的基于啮合传动的摩擦伏特发电系统，通过采用上述啮合传动装置，第一齿轮和第二齿轮啮合，半导体摩擦件设于第一齿轮的齿槽的底壁上并包括在第一齿轮的轴向上间隔开的第一摩擦件和第二摩擦件，绝缘件夹设在半导体摩擦件和第一齿轮的齿槽的底壁之间，导线包括连接在第一摩擦件与电信号分析设备之间的第一导线和连接在第二摩擦件与所述电信号分析设备之间的第二导线，第二齿轮的轮齿顶面上设有导电层，由此，齿顶与半导体摩擦件接触可产生摩擦电流，电信号分析设备可获取两端的开路电压/短路电流作为摩擦伏特发电系统的特征信号以监测齿轮运行状态，当摩擦电信号中出现异常成分时，可精准判断齿轮的故障状态，提高摩擦伏特发电系统运行可靠，另外，由于摩擦半导体与第一齿轮之间隔设有绝缘件，从而可以使本申请的啮合传动装置不受齿轮材料的限制，应用范围广。
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【技术保护点】
1.一种啮合传动装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件为半导体摩擦片；
3.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电层为泡沫铜层。
4.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，还包括第一导电片和第二导电片，所述第一导电片连接在所述第一摩擦件的底面上并外接所述第一导线，所述第二导电片连接在所述第二摩擦件的底面上并外接所述第二导线。
5.根据权利要求4所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一导电片和/或所述第二导电片为铜箔。
6.根据权利要求4所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件的底面均设有导电镀层，所述第一导电片和所述第二导电片均与所述导电镀层连接。
7.根据权利要求6述的啮合传动装置，其特征在于，所述到导电镀层的厚度s满足90nm≤s≤110nm；
8.根据权利要求1述的啮合传动装置，其特征在于，所述绝缘件包括第一连接段、中间连接段和第二连接段，所述中间连接段配合在所述齿槽内并连接在所述第一连接段和所述第二连接段之间，所述第一连接段连接在所述第一齿轮的一侧侧面上，所述第二连接段连接在所述第一齿轮的另一侧侧面上。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的啮合传动装置，其特征在于，还包括滑环，所述滑环与所述导线连接。
10.一种基于啮合传动的摩擦伏特发电系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的啮合传动装置。
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【技术特征摘要】
1.一种啮合传动装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件为半导体摩擦片；
3.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电层为泡沫铜层。
4.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，还包括第一导电片和第二导电片，所述第一导电片连接在所述第一摩擦件的底面上并外接所述第一导线，所述第二导电片连接在所述第二摩擦件的底面上并外接所述第二导线。
5.根据权利要求4所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一导电片和/或所述第二导电片为铜箔。
6.根据权利要求4所述的啮合传动装置，其特征在于，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件的底面均设有导电镀层，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王松，韩勤锴，高帅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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