一种弯曲刚度强的齿轮轴的制作方法

1.本实用新型涉及机械轴领域，具体涉及一种弯曲刚度强的齿轮轴。


背景技术：

2.为了减轻电动减速箱内的齿轮轴的重量，一般把齿轮轴设计为空心轴。空心齿轮轴的弯曲刚度对齿轮的啮合性能有重要影响，当弯曲刚度较低时，齿轮轴在径向和切向齿轮啮合力的作用下发生弯曲，从而使齿轮啮合点发生偏斜，增加了齿轮传动误差，导致减速箱工作过程中的振动和噪音。如果把空心齿轮轴改为实心齿轮轴，可以提升齿轮轴的弯曲刚度，但会造成齿轮轴重量的增加。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种弯曲刚度强的空心齿轮轴，能够在质量轻的情况下保持强的弯曲刚度。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种弯曲刚度强的齿轮轴，包括轴主体，所述轴主体具有中空内孔，还包括碳纤维增强复合材料制成的加强件，所述加强件形状与中空内孔相适配，所述加强件设置在中空内孔中，且加强件外周面与中空内孔壁相贴靠且相固接。
5.进一步地，所述加强件为圆筒形的加强管。
6.进一步地，所述轴主体的中空内孔半径为d，轴主体平均壁厚为t，所述加强管的壁厚为t，设特征参数r＝[(d t)3‑
(d
‑
t)3]/[(d t)3‑
d3]，其中r的取值范围为1.02～1.22。
[0007]
进一步地，所述加强管上沿其轴向开设有切口，且加强管在中空内孔处于弹性储能状态，所述加强管在自然状态时横截面为c形。
[0008]
进一步地，所述加强件利用粘结剂黏贴在中空内孔壁上。
[0009]
进一步地，所述加强板的最大拉伸刚度方向沿着其轴向。
[0010]
如上所述，本实用新型涉及的齿轮轴，具有以下有益效果：
[0011]
通过在轴主体的中空内孔中设置碳纤维增强复合材料制成的加强件，碳纤维增强复合材料具有很高的弹性模量(高于一般碳素钢，是铝合金的3倍以上)，以及较低的比重(钢的1/5，铝的1/2)，加强件具有强弯曲刚度，能够增加轴主体的弯曲刚度，实现齿轮轴整体在质量轻的情况下保持强的弯曲刚度，从而减轻齿轮轴在齿轮啮合力下的弯曲变形，改善齿轮啮合条件，提升电驱动减速箱的振动和噪音性能。相对于现有常规齿轮轴，本申请的齿轮轴，在同等质量下能够增加齿轮轴的弯曲刚度，在同弯曲刚度下具有较轻的质量。
附图说明
[0012]
图1为本实用新型的齿轮轴的结构示意图。
[0013]
图2为本实用新型中的加强管的横截面示意图。
[0014]
元件标号说明
[0015]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轴主体
[0016]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加强管
[0017]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切口
具体实施方式
[0018]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0019]
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0020]
参见图1，本实用新型提供了一种弯曲刚度强的齿轮轴，包括轴主体1，轴主体1具有中空内孔，还包括碳纤维增强复合材料制成的加强件，加强件形状与中空内孔相适配，加强件设置在中空内孔中，且加强件外周面与中空内孔壁相贴靠且相固接。
[0021]
本实用新型涉及的齿轮轴，通过在轴主体1的中空内孔中设置碳纤维增强复合材料制成的加强件，碳纤维增强复合材料具有很高的弹性模量(高于一般碳素钢，是铝合金的3倍以上)，以及较低的比重(钢的1/5，铝的1/2)，加强件具有强弯曲刚度，能够增加轴主体的弯曲刚度，实现齿轮轴整体在质量轻的情况下保持强的弯曲刚度，从而减轻齿轮轴在齿轮啮合力下的弯曲变形，改善齿轮啮合条件，提升电驱动减速箱的振动和噪音性能。相对于现有常规齿轮轴，本申请的齿轮轴，在同等质量下能够增加齿轮轴的弯曲刚度，在同弯曲刚度下具有较轻的质量。
[0022]
在本实施例中，参见图1，作为优选设计，加强件为圆筒形的加强管2，其内部中空，在保证弯曲刚度的同时减少材料使用。当然，在有些情况下，加强件也可以为实心杆。
[0023]
在本实施例中，参见图1，作为优选设计，轴主体1的中空内孔半径为d，轴主体1平均壁厚为t，加强管2的壁厚为t，设特征参数r＝[(d t)3‑
(d
‑
t)3]/[(d t)3‑
d3]，其中r的取值范围为1.02～1.22。通过上述方式合理设定加强管2的壁厚，达到最优的刚度增强效果。
[0024]
在本实施例中，作为优选设计，由于加强管2具有一定弹性，加强管2上沿其轴向开设有切口21，且加强管2在中空内孔处于弹性储能状态，未装入中空内孔前，加强管2在自然状态时横截面为c形，参见图2所示，装入时切口21处接触闭合，形成闭合的圆形管。以此，加强管2装入到中空内孔后在弹性作用下能够与中空内孔壁贴合效果好，进一步增加加强管2对齿轮轴完全刚度的增加效果。在本实施例中，加强管2利用粘结剂黏贴在中空内孔壁上，当然也可采用其他合理方式结构固定连接。
[0025]
在本实施例中，由于加强管2中碳纤维的延伸布置方向会影响到最大拉伸刚度方向，作为优选设计，在加强板制造时，通过调整其中的碳纤维的延伸布置方向，使得加强板的最大拉伸刚度方向沿着其轴向，增加对齿轮轴刚度的提升效果。
[0026]
由上可知，本实施例的齿轮轴，能够有效地提升齿轮轴的弯曲刚度，并且可不增加齿轮轴重量，从而减轻齿轮轴在齿轮啮合力下的弯曲变形，改善齿轮啮合条件。齿轮轴应用
于电动减速箱中时，能够有效地提升电动减速箱的振动和噪音性能。
[0027]
综上所述，实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0028]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。


技术特征：
1.一种弯曲刚度强的齿轮轴，包括轴主体(1)，所述轴主体(1)具有中空内孔，其特征在于：还包括碳纤维增强复合材料制成的加强件，所述加强件形状与中空内孔相适配，所述加强件设置在中空内孔中，且加强件外周面与中空内孔壁相贴靠且相固接。2.根据权利要求1所述的齿轮轴，其特征在于：所述加强件为圆筒形的加强管(2)。3.根据权利要求2所述的齿轮轴，其特征在于：所述轴主体(1)的中空内孔半径为d，轴主体(1)平均壁厚为t，所述加强管(2)的壁厚为t，设特征参数r＝[(d t)3‑
(d
‑
t)3]/[(d t)3‑
d3]，其中r的取值范围为1.02～1.22。4.根据权利要求2所述的齿轮轴，其特征在于：所述加强管(2)上沿其轴向开设有切口(2a)，且加强管(2)在中空内孔处于弹性储能状态，所述加强管(2)在自然状态时横截面为c形。5.根据权利要求1所述的齿轮轴，其特征在于：所述加强件利用粘结剂黏贴在中空内孔壁上。6.根据权利要求2所述的齿轮轴，其特征在于：所述加强管(2)的最大拉伸刚度方向沿着其轴向。

技术总结
本实用新型涉及一种弯曲刚度强的齿轮轴，包括轴主体，所述轴主体具有中空内孔，还包括碳纤维增强复合材料制成的加强件，所述加强件形状与中空内孔相适配，所述加强件设置在中空内孔中，且加强件外周面与中空内孔壁相贴靠且相固接。本齿轮轴实现了在质量轻的情况下保持强的弯曲刚度，从而减轻齿轮轴在齿轮啮合力下的弯曲变形，改善齿轮啮合条件，提升电驱动减速箱的振动和噪音性能。速箱的振动和噪音性能。速箱的振动和噪音性能。


技术研发人员：徐俊 许洲 刘大军 余伟苗 李晓天 苏志成
受保护的技术使用者：上海纳铁福传动系统有限公司
技术研发日：2021.04.02
技术公布日：2021/11/17