智能齿轮制造技术

本发明专利技术公开了一种智能齿轮，包括齿轮本体和监控装置；轮齿与两齿间底部可同时设置轮齿槽和齿轮槽，亦可仅设置轮齿槽或齿轮槽，其轮齿槽包括两条分别与齿廓线呈等距曲线的轮齿槽，以及轮齿齿顶与两条曲线齿轮槽交汇点之间的直线轮齿槽；其齿轮槽为设置在齿槽内并位于齿轮本体径向方向的直线齿轮槽；轮齿槽和齿轮槽内均填充有弹性体；监控装置包括数据接收装置和设置在弹性体内的传感器，传感器和数据接收装置之间无线连接。能够利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器的智能传感检测能力，能够有效地实时监测齿轮的转矩、转速、应力、应变、加速度和温度等反应齿轮工况的参数，克服了现有传动装置中无法监控齿轮应力应变的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】
智能齿轮
本专利技术涉及一种齿轮，具体涉及一种在设计的传动精度范围内具有自适应变形协调能力、并能过滤掉动力传递与运动变换中所产生的波动的、同时具备高精度与高可靠性能的齿轮。
技术介绍
齿轮作为机械传动装置中的基础零件，在机械传动领域得到了广泛应用和发展。随着船舶、车辆、石油、水利、航空航天和国防武器等工程领域事业的迅速发展，对齿轮的传动精度、可靠性、寿命及减振、降噪等性能提出了新的要求，迫切需要研发出“高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、轻量化、免维护”的高性能机电传动系统。长期以来，在机械装备动力传递与运动变换过程中，将输入端高转速、小转矩转换为输出端低转速、大转矩，不可避免地会产生波动。该波动会降低机械装备传动精度和可靠性，并引起机械振动，并影响零件的强度、寿命和降低运动精度、工作性能等。对周期性波动，一般通过增加转动惯量很大的飞轮来进行调节；对非周期性波动，一般采用调速器调节。尽管如此，实践表明，该类调节措施实际上很难解决在高铁机车、工业机器人、空间机械臂、船舶和卫星等高端装备动力传递与运动变换过程中的波动问题。除此之外，机械系统传动装置中各零件的制造及装配误差，轮齿啮合时的啮入、啮出冲击，轮齿啮合齿对数交替变化时的刚度激励，负载工况对传动装置的激励，以及运行过程中零部件的摩擦磨损、温度变化和环境影响等因素，都将加大传动机构运行过程中的波动，从而严重影响机械系统的精度、可靠性、寿命等。现有传动技术中，高精度与高可靠的矛盾关系并没有得到解决，在高低温交变、振动冲击等极端工况与特殊环境下，由于齿轮材料的热变形及与外界环境产生耦合振动将导致齿廓干涉从而加剧齿面磨损及疲劳，甚至是齿与齿之间的“卡涩”甚至“卡死”现象，严重影响齿轮传动的可靠性。同时，在一些特殊工程领域，如机器人、自动化、航空、航天和国防武器装备等领域中，在满足功能要求的前提下还对可靠性提出了严格要求，要求零部件实现信息化、智能化，能实时在线监测各零部件的运行状态，并对齿轮传动的失效作出预估和预判以保证装备的可靠性及人民财产安全。目前国内外在进行减速器中齿轮运转过程中各项参数的信号测量时，由于传动装置内部空间狭小，环境复杂，传感器布置安装困难，信号传输易受干扰，所以一直缺乏有效的测试方法，给传动装置动态数据的采集、状态监测带来极大困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种智能齿轮，该智能齿轮不仅能够实时监控齿轮的运行状况，而且在传动精度范围内具有自适应变形协调能力，能降低接触应力并提高承载能力，并过滤掉动力传递与运动变换过程中的波动，有效防止齿轮传动的“卡涩”甚至“卡死”等问题，从而具有高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、减振降噪等优点。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能齿轮，包括齿轮本体和用于实时监控齿轮本体工况的监控装置，所述齿轮本体上设有轮齿和齿槽；所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽；所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽；所述轮齿槽和齿轮槽内均填充设有弹性体，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接。进一步，所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。进一步，还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的监控数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。进一步，所述齿轮槽还包括设置在所述直线齿轮槽靠近所述齿轮本体中心一端的圆孔槽。进一步，所述直线齿轮槽的长度等于所述轮齿齿全高的0.15-2.0倍，所述圆孔槽的直径等于所述齿轮本体分度圆直径的0.0005-0.1倍。进一步，所述直线齿轮槽的槽宽等于0.001-2mm；所述直线轮齿槽的长度等于所述轮齿齿全高的0.1-1.5倍。进一步，所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体或金属橡胶弹性体。进一步，所述弹性体为金属橡胶弹性体，且所述金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。进一步，用于制作所述弹性体的金属丝的材质为适用于常温无侵蚀环境的高强度钢或适用于高温/有侵蚀环境的奥氏体不锈钢。进一步，所述金属丝螺旋卷的中径等于金属丝直径的2-7倍。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的智能齿轮，通过在轮齿上设置轮齿槽和/或在齿槽内设置齿轮槽，通过可控的自适应弹性变形过滤掉由电机产生的机械能形态改变、装配制造误差和啮合冲击等产生的啮合干涉、齿面疲劳磨损、振动和噪声；通过在弹性体内设置用于监控齿轮本体工况的传感器，能够实时监控齿轮本体的工作状态，具体取得了如下有益效果：1）实现齿轮传动的智能测控功能本专利技术的智能齿轮通过在弹性体内设置传感器，利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器的智能传感检测能力，能够有效地实时监测齿轮的实际工作状态，即传感器能够实时监控齿轮在传动过程中的转矩、转速、应力、应变、加速度和温度等反应齿轮工况的参数，并根据齿轮工况动态调节传动装置相关参数，使传动机构具有自适应变形可控功能，能够对齿轮传动的失效作出预估和预判，解决传动装置动态数据采集、状态监测困难等难题，克服了现有传动装置中无法监控齿轮应力应变的技术缺陷，因此本专利技术的智能齿轮特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对齿轮传动机构性能要求严格的工程领域；2）具有自适应变形协调功能本专利技术的智能齿轮通过在轮齿上设置轮齿槽和/或在齿槽上设置齿轮槽，使得轮齿更具弹性，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓“卡涩”或“卡死”，加剧齿面的磨损、疲劳，导致可靠性降低，而本专利技术的智能齿轮可避免上述问题，利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器的智能传感检测能力，有效地监测齿轮的实际工作状态，动态调节传动装置的相关参数，实现对齿轮传动中的动态数据进行在线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能齿轮，包括齿轮本体和用于实时监控齿轮本体工况的监控装置，所述齿轮本体上设有轮齿和齿槽，其特征在于：所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽；所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽；所述轮齿槽和齿轮槽内均填充设有弹性体，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接。...

【技术特征摘要】
2013.04.19 CN 201310135800.X1.一种智能齿轮，包括齿轮本体和用于实时监控齿轮本体工况的监控装置，所述齿轮本体上设有轮齿和齿槽，其特征在于：所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接；或，所述轮齿内设有轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于所述齿轮本体径向方向的直线轮齿槽；所述齿槽内设有齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于所述齿轮本体径向方向的直线齿轮槽；所述轮齿槽和齿轮槽内均填充设有弹性体，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于监控齿轮本体工况的传感器，所述传...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家序，蒲伟，周广武，周青华，韩彦峰，李俊阳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：