[发明专利]智能齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮，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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明提供如下技术方案：

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。