齒輪箱散熱結構的制作方法

齒輪箱散熱結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種齒輪箱散熱結構，在齒輪箱的箱蓋的上部設有進氣口，同時在錯開設置有進氣口的位置設有出氣結構；其中，出氣結構包括一管狀的容置部，該容置部的一端連通大氣，另一端通過油氣進口連通于箱蓋內；在容置部內容置有一與該容置部同軸線裝配的油過濾濾芯，該油過濾器濾芯的內端為油氣過孔，且外端封接，從而油過濾濾芯的內端除油氣過孔與油氣進口連通外，將容置部封阻，而油過濾濾芯的油過濾體和外端與容置部內壁留有間隙，該段為間隙段；位于間隙段的容置部開有回油口，而配置于回油口的油路延伸至齒輪箱液位下。依據本發明結構緊湊，并且散熱效率較高。
【專利說明】
齒輪箱散熱結構
技術領域
[0001]本發明涉及一種齒輪箱的散熱結構。
【背景技術】
[0002]齒輪箱是最常用的機械部件之一，由于齒輪傳動屬于低傳動副，摩擦相對劇烈，在潤滑不良的條件下，齒面甚至會出現冷焊所引起的齒面膠合。齒面膠合是齒輪失效的形式之一，齒輪失效的另外三種形式分別是輪齒折斷，磨粒磨損和齒面點蝕。與本發明有關的失效形式主要是齒面膠合和磨粒磨損，其中前者容易產生齒面劃傷，接合環境變得更加惡劣，后者則會產生比較大的噪聲。
[0003]目前，齒輪箱的冷卻主要是風冷，在一些低速、傳動齒輪比較少的齒輪箱中，在設計時甚至不需要考慮其散熱結構。風冷主要依賴于齒輪箱的表面進行散熱，在必要的時候，可以設置一定數量的散熱翅片通過增大散熱面積以輔助散熱。在更加惡劣的容易生熱的齒輪箱中，甚至為齒輪箱設置水套，以進一步提高冷卻效果。但在特定的使用環境下，受水的來源的限制，水冷變得不太現實，例如我國西部地區，即便是發動機，也不得不采用風冷。并且水冷結構相對比較復雜，因而，風冷結構有其存在的獨特的價值。
[0004]在一些應用中，通過改變油槽的走向并增大油槽的面積，以增加對軸承的冷卻，該種結構能夠有效的提高軸承的冷卻能力，但齒輪箱整體上的冷卻能力并沒有提高。
[0005]典型地，于中國專利文獻CN104235332A中，采用了矩形的空心的散熱片，并在散熱片內設置S型的波紋管以流通潤滑油，該種結構屬于增加散熱面積的形式以提高散熱效率。然而波紋管屬于易損件，尤其是在溫度較高的情況下(例如70攝氏度)比較容易老化。其進一步提供了風冷結構，即在散熱片上開設通氣孔，其實質仍然是通過增加散熱面積的方式以提高散熱效率。
[0006]此外，例如中國專利文獻CN103912666A公開了一種自散熱齒輪箱，其在齒輪箱上設置了固定的散熱片，即增加散熱面積，結構相對簡單，但相對而言，相對于不設置散熱片的齒輪箱，其散熱效率比較高，但即便是相對于前一專利文獻，其散熱效率相對較低。
[0007]相對而言，齒輪箱普遍采用鑄造結構，散熱片直接鑄造成型，可維護性比較差，而如中國專利文獻CN204114085U則公開了一種在齒輪箱箱體上開設定位凹槽，在定位凹槽內設置散熱條，具有可拆性。自然，分體再結合的結構會產生導熱路徑的阻斷，而影響散熱效率。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于提供一種基于風冷的齒輪箱散熱結構，結構緊湊，并且散熱效率較高。
[0009]本發明采用以下技術方案:
一種齒輪箱散熱結構，在齒輪箱的箱蓋的上部設有進氣口，同時在錯開設置有進氣口的位置設有出氣結構； 其中，出氣結構包括一管狀的容置部，該容置部的一端連通大氣，另一端通過油氣進口連通于箱蓋內；
在容置部內容置有一與該容置部同軸線裝配的油過濾濾芯，該油過濾器濾芯的內端為油氣過孔，且外端封接，從而油過濾濾芯的內端除油氣過孔與油氣進□連通外，將容置部封阻，而油過濾濾芯的油過濾體和外端與容置部內壁留有間隙，該段為間隙段；
位于間隙段的容置部開有回油口，而配置于回油口的油路延伸至齒輪箱液位下。
[0010]上述齒輪箱散熱結構，可選地，所述容置部的軸線水平，而進氣口的軸線斜向上。[0011 ] 可選地，所述容置部位于箱蓋的頂面中部，而進口氣有兩個，兩進氣口關于容置部的豎直中剖面對稱。
[0012]可選地，所述進氣口內設有一單向閥和位于單向閥前級的以用于氣體過濾的過濾體。
[0013]可選地，所述單向閥為膜片單向閥。
[0014]可選地，在齒輪箱的箱體兩長壁板下部開有連通到箱內的矩形的過孔；
兩裝配母板通過可拆連接裝配于相應過孔，用于過孔的液密封封堵；
在裝配母板上設有水平的向箱體內延伸的擾流板，且兩裝配母板上的擾流板對置，對置的擾流板相對的端面間留有間隙。
[0015]可選地，在所述裝配母板的內面設有裝配臺肩，而所述過孔則設有沉孔，該沉孔與過孔的主體過渡處為定位臺肩；
相應地，裝配臺肩在裝配母板的法向定位于定位臺肩。
[0016]可選地，所述沉孔為四棱錐孔，相應地，所述裝配臺肩為四棱臺，該四棱臺的錐度與四棱錐孔的錐度相同。
[0017]可選地，定位臺肩的下邊框的上沿與箱體的底部共面。
[0018]可選地，所述擾流板有多個，并在裝配母板豎直方向上均勻間隔設置；
在裝配母板的外側面陣列有散熱翅片。
[0019]依據本發明，雖然也采用了風冷結構，區別于現有的齒輪箱只能采用外風冷的結構，首次提出了內風冷。內風冷需要克服的第一個問題是，潤滑油的揮發問題，尤其是在較高的溫度條件下的揮發問題，由此通過設置油過濾器進行油氣的分離，被分離出來的油從過濾體上滴下，而從回油口回到郵箱。相對而言，箱體內的溫度要高于箱體，冷空氣進入，直接帶走熱量，冷卻效率大大提高。相對而言，設置進風口、出風結構比水冷結構也要簡單的多，并且也不必考慮泄露(若水循環泄露會導致潤滑油變質)，結構簡單，且使用效果比水冷結構更好。
【附圖說明】
[0020]圖1為依據本發明的一種齒輪箱主要部件裝配結構示意圖(省略齒輪組、軸承組件)。
[0021]圖2為一種齒輪箱主要部件的爆炸圖(省略齒輪組、軸承組件)。
[0022]圖3為一種箱體結構示意圖。
[0023]圖4為一種擾流散熱部件結構示意圖。
[0024]圖5為一種箱蓋外部結構示意圖。
[0025]圖6為一種箱蓋仰視結構示意圖。
[0026]圖7為一種箱蓋縱剖結構示意圖。
[0027]圖8為一種油過濾濾芯內端結構示意圖。
[0028]圖9為一種油過濾濾芯外端結構示意圖。
[0029]圖中:1.箱體，2.箱蓋，3.擾流散熱部件，4.膜片單向閥，5.過濾體，6.油過濾濾芯，
7.端蓋。
[0030]11.座部，12.定位臺肩，13.過孔，14.地腳螺栓孔，15.油標孔，16.銷孔，17.油槽，18.裝配螺栓孔，19.軸承座孔。
[0031 ] 21.進氣口，22.油氣室，23.油過濾濾芯裝配螺桿，24.對接口，25.油過濾濾芯裝配孔，26.法蘭，27.油氣進口，28.回油口。
[0032]31.擾流板，32.散熱翅片，33.裝配母板，34.裝配臺肩，35.裝配孔。
[0033]61.油過濾體，62.外支架，63.內支架，64.密封圈，65.內沉孔，65.油氣過孔，67.螺桿過孔。
【具體實施方式】
[0034]參照說明書附圖1，常規地，齒輪箱包括箱體I和箱蓋2，兩者一般通過螺栓進行連接，相匹配地，如圖3中所示的按照一定規律分布的裝配螺栓孔18。
[0035]齒輪箱需要考慮密封，通過需要配置一對定位銷，以用于箱體I與箱蓋2的裝配，如圖3中所示的銷孔16，用于打入定位銷，然后再進行箱體I與箱蓋2的裝配。所形成的裝配結構可見于圖1，圖1中為了清楚反應散熱結構，省略掉螺栓等緊固件，并省略齒輪箱內的齒輪，以顯露出散熱結構及其布局。
[0036]于本發明中主要解決兩個技術問題，第一技術問題是散熱問題，涉及內風冷結構和如圖4所示的擾流散熱部件3，另一個則是涉及到的磨損問題，即通過擾流板31減損齒輪對潤滑油的攪動所產生的將箱體I底部的沉積物混入潤滑油的問題，從而減少磨粒磨損。
[0037]從圖1所示的結構中可以看出，此類齒輪箱由于匹配齒輪的大徑而具有在箱蓋2上的弧形結構，本發明中對其結構做了一定的修正，但從輪廓基線上來看，增加了風冷結構的齒輪箱所占用的空間并沒有顯著提高。
[0038]此外，對于常規的理解，齒輪箱一般以其主軸為基礎方向，主軸所在的方向一般為寬度方向，與該方向垂直的水平方向是其長度方向，除了存在錐齒輪、蝸輪蝸桿的應用場景，但不影響齒輪箱一般方位的理解。
[0039]并且對于箱體，箱體內與箱體外是相對的。
[0040]于下文中先描述第一技術問題，如圖1-9所示的齒輪箱現實的散熱結構，尤其是附圖1、2、5和6，圖中在齒輪箱的箱蓋2的上部設有進氣口 21，用于引入冷空氣，自然，可以為進氣口 21配置風機，由于不需要太高的風壓，可以采用風量體積比比較大的軸流風機，軸流風機結構比較簡單，也適配于管道結構。
[0041]冷空氣要可以通過外部結構引入，此處只提供進氣口。當采用管道送風時，一定程度上可以不必考慮潤滑油通過進氣口21濺出，尤其是為進氣口21配置相對較長的管道時。
[0042]如果采用風機送風，推薦使用軸流風機，軸流風機送出的風不會顯著地增加所引入的風的溫度。
[0043]如圖5所示，圖中，位于中部的出氣結構位于兩個進氣口21的中間位置，相對地增加冷卻風在齒輪箱內的路徑長度，可以更加有效的提高冷卻效果。此外，將進氣口 21設置在箱蓋2的上部，從上方引入冷空氣，形成下降氣流，而熱空氣相對的會產生對流，而產生上升氣流，從而冷卻效果會更好。
[0044]其中，出氣結構包括一管狀的容置部，具體可見于圖5，圖5示出的油過濾濾芯裝配孔25的主體是一個圓筒形結構，該容置部的一端連通大氣，為圖中設有法蘭26的一端，另一端通過油氣進口 27連通于箱蓋2內。
[0045]其中，關于容置部，其整體上可以與箱蓋2—起鑄造成型，其中的油氣進口27可以如圖6所示，設置在容置部的底部，在一些實施例中，油氣進口 27直接構造為容置部的內端管口。
[0046]為了有利于油過濾濾芯6的裝配，在不設置例如圖5中所示的油過濾濾芯裝配螺桿23的條件下，可以設置油氣室22，油氣室22的軸向口是對接口24，可以采用端部的螺紋進行油過濾濾芯6的裝配。
[0047]油過濾濾芯6過濾油后，從油過濾體61上滴下，然后回流到齒輪箱。
[0048]因此，油過濾濾芯6主要有兩種裝配方式，一種是通過端頭的螺紋與圖5中的對接口 24的螺紋連接，另一種是通過設置在的油過濾濾芯裝配螺桿23進行裝配，此時可以保留油氣室22，該油氣室22的對接口 24用于油過濾器濾芯6內端的定位。
[0049]相應地，可見于圖8所示的結構，圖中油過濾濾芯6的左端為其內端，右端為其外端。對于油過濾濾芯6—般包括兩個主要部分，一個是骨架，另一個是油過濾體61，其中骨架包括內支架63( —般是圓環結構)、外支架62( —般設有中心孔，即圖9中所示的螺桿過孔67，以用于油過濾濾芯6的裝配)，以及連接內支架63和外支架62的筒型支架，其中筒型支架是多孔板卷繞而成，直接作為油過濾體61的支撐體。
[0050]油過濾濾芯6可以直接采用油式旋轉葉片式真空栗的濾芯，而不必進行專門的設
i+o
[0051]油過濾濾芯6與容置部同軸線裝配，圖9中存在的螺桿過孔67不代表油過濾濾芯6在此端不需要封接，相反，該端通過壓緊螺母壓緊后，可以起到相適應的密封作用。對此結構，可以參見油式旋轉葉片式真空栗上濾芯的裝配結構。
[0052]圖8中，油過濾濾芯6段內端是圖中所示的內支架63，在內支架63上設有密封圈64，用于與圖7中所示的對接口 24配合實現端面連接的密封。
[0053]此外，如圖8所示，圖中內支架63還設有沉孔，基于該沉孔，形成對對接口24端面凸環的鉗夾，實現簡單的迷宮密封，同時也能夠有效的對油過濾器濾芯6實現相對可靠地定位。
[0054]顯然，為了滿足氣體的排出，油過濾濾芯6的油過濾體62與容置部內壁之間以及油過濾體62的外端與容置部內壁應當留有間隙，該段為間隙段，通過該間隙，氣體可以排出，同時也留給回流的潤滑油一定的流通間隙。
[0055]為了減少回流的干擾，位于間隙段的容置部開有回油口 28，而配置于回油口 28的油路延伸至齒輪箱液位下，藉此結構，油氣不會直接從回油口 28竄出。
[0056]對于油位，常規地，如圖3所示，圖中右部設置有油標孔15(省略油標)，可以通過油標檢查齒輪箱內的潤滑油油位。
[0057]如圖1所示，由于需要為圖1中所示的進氣口21配置進氣裝置，例如風機，只需要考慮風機側的進氣清潔性即可。
[0058]關于齒輪箱，尤其是重載條件下的齒輪箱，其一般是固定設置的，例如機床，機床震動不足以使潤滑油從進氣口 21溢出。
[0059]此外，齒輪箱內的油位一般比較低，一般淹沒最大齒輪下部不大于三分之一處，對于小齒輪，常規地，可以通過增加蘸油輪，以提供小齒輪的潤滑。
[0060]由于齒輪箱內的潤滑油油位比較低，在使用環境震動不是特別惡劣的條件下，可以不對進氣口 21做特定的保護性設計。
[0061]于一些實施例中，所述容置部的軸線水平，因有油過濾器濾芯6的設置，不必考慮潤滑油直接從容置部處濺出。
[0062]相對地，進氣口 21的軸線斜向上。在一些實施例中，進氣口 21的軸向可以正向上。
[0063]經過試驗發現，盡管正向上能夠降低加工難度，并且冷卻效果也很好，但相對而言，斜向上的冷卻效果會更好，尤其是進氣口21的出口向出氣結構側傾斜效果更佳。
[0064]關于進氣口21的軸線，以與豎直面成15度為宜，即偏斜15度。
[0065]優選地，如圖5所示，圖中，作為所述容置部的油過濾濾芯裝配孔25位于箱蓋2的頂面中部，而進口氣21有兩個，兩進氣口 21關于容置部的豎直中剖面對稱，藉此結構可以起到更好的冷卻效果。
[0066]兩個進氣口 21可以共用一個氣源，通過適配的管路連接即可。
[0067]在一些優選的實施例中，如圖2所示，所述進氣口內21設有一單向閥和位于單向閥前級的以用于氣體過濾的過濾體5。
[0068]單向閥主要避免潤滑油飛濺所產生的損失，即便是有部分潤滑油飛濺出來，也會受到過濾體5的阻擋，而不會直接進入到冷卻氣的氣管，從而減少對冷卻氣源設備的污染。
[0069]進一步地，所述單向閥為膜片單向閥4，膜片單向閥4實際上是再開有口的孔上覆蓋一層膜，單向閥4在未覆膜的一側是承壓開啟的，相對的，在附有膜的一側，承壓后會使膜片貼附在開口上，從而無法導通。
[0070]膜片單向閥4結構非常簡單，成本很低，同時其軸向尺寸非常小，有利于在結構相對緊湊的齒輪箱上設置。
[0071]下面再描述第二個方面的技術問題，該技術問題涉及兩個方面，一個方面仍然是散熱，另一個方面則是減少磨粒磨損。側重點在圖2中為箱體I所配的一對擾流散熱部件3上。此外，藉此結構還解決了一個意想不到的問題，即箱體的清理問題。在下文中依次作出說明。
[0072]具體地，如圖3所示，圖中，在齒輪箱的箱體I兩長壁板下部開有連通到箱內的矩形的過孔13，開孔位置應避開齒輪的輪廓，避免如下文中所述及的擾流片31對齒輪的干涉。
[0073]提供兩裝配母板33，即每一個過孔13配置一塊裝配母板33，裝配母板33通過可拆連接裝配于相應過孔13，這里的可拆連接為螺栓連接，對于立面的密封，不一定需要密封材料進行密封，通過精密的接合面裝配也可以滿足所需要的密封級別，尤其是潤滑油普遍具備一定的粘度，比水更容易密封。
[0074]對于母板33與過孔13裝配后的密封，一方面可以提供密封介質，例如密封脂，另一方面可以提供密封部件，例如矩形密封圈，實現潤滑油的液密封。
[0075]如圖4所示，圖中在裝配母板33上設有水平的向箱體I內延伸的擾流板31，且兩裝配母板33上的擾流板31對置，對置的擾流板31相對的端面間留有間隙。
[0076]齒輪箱在運轉過程中，會產生磨肩，并且隨著潤滑油的老化，會產生沉積物，磨肩以及沉積物或者雜質一般會沉積在箱體I的底部，但齒輪箱內的齒輪一般是蘸油潤滑，對潤滑油會產生攪動，而使磨肩、沉積物、雜質混入到潤滑油中，而被帶入例如齒輪副的嚙合面，而容易產生磨粒磨損。
[0077]如圖4中所示的擾流板31會對齒輪的攪動產生一定得阻擋作用，減少例如磨肩向潤滑油中混入，從而降低了齒輪的磨損。
[0078]—個意想不到的問題是，原本通過可拆的結構用于擾流板31的替換或者用于移除擾流板31后清理箱體I，但移除擾流板31后，齒輪箱I的底部從側面暴露出來，非常有利于齒輪箱I的清理。
[0079]原則上單層擾流板31即可起到一定的擾流作用，即遮蔽作用，設置多層擾流板31顯得比較多余，但經過實驗發現，多層擾流板31盡管對提高擾流作用沒有特別明顯的提升，但仍然有相對較好的提升作用。
[0080]對于其機理，可能是分層的結構，也將潤滑油進行了分層，層間竄擾被進一步降低，從而起到非常好的擾流作用。
[0081 ]關于擾流散熱部件3的裝配結構，如圖4所示，在所述裝配母板33的內面(以箱體I為基準參考系，箱體內外具有嚴格的區分)設有裝配臺肩34，如圖4中所示，裝配臺肩34為適配于過孔13的矩形板。
[0082]相應地，而所述過孔13則設有沉孔，如圖3所示，圖中可以明顯的看出，過孔13具有臺階，相應地，該沉孔與過孔13的主體過渡處為定位臺肩12。
[0083]進而，裝配臺肩34在裝配母板33的法向定位于定位臺肩12。
[0084]為了提高裝配的液密封性，所述沉孔為四棱錐孔，相應地，所述裝配臺肩34為四棱臺，該四棱臺的錐度與四棱錐孔的錐度相同，通過所形成的斜楔面，可以形成可靠地緊密的密封接合面。
[0085]進而，為了提高箱體I的可請理性，定位臺肩12的下邊框的上沿與箱體I的底部共面，清理箱體I的液體可以直接從側面留出，而不必翻轉過來將液體倒出來。
[0086]擾流散熱部件3的另一個方面是散熱作用，如圖4所示，圖中，裝配母板33的外側面陣列有散熱翅片32。
[0087]應當理解，箱體I的本體起到主要的支撐作用，相對而言，裝配母板33的厚度相對可以較小，散熱翅片32基于熱傳導，可以起到更好的散熱效果。
[0088]圖中，散熱翅片32豎直設置，并且不限于裝配母板33在法向的覆蓋面，還進一步向上延伸，通過與裝配母板33上方的箱體I的接觸，提高散熱能力。
【主權項】
1.一種齒輪箱散熱結構，其特征在于，在齒輪箱的箱蓋(2)的上部設有進氣口(21)，同時在錯開設置有進氣口(21)的位置設有出氣結構； 其中，出氣結構包括一管狀的容置部，該容置部的一端連通大氣，另一端通過油氣進口(27)連通于箱蓋(2)內； 在容置部內容置有一與該容置部同軸線裝配的油過濾濾芯(6)，該油過濾器濾芯(6)的內端為油氣過孔(66)，且外端封接，從而油過濾濾芯(6)的內端除油氣過孔(66)與油氣進口(27)連通外，將容置部封阻，而油過濾濾芯(6)的油過濾體(62)和外端與容置部內壁留有間隙，該段為間隙段； 位于間隙段的容置部開有回油口(28)，而配置于回油口(28)的油路延伸至齒輪箱液位下。2.根據權利要求1所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述容置部的軸線水平，而進氣口(21)的軸線斜向上。3.根據權利要求2所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述容置部位于箱蓋(2)的頂面中部，而進口氣(21)有兩個，兩進氣口關于容置部的豎直中剖面對稱。4.根據權利要求1至3任一所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述進氣口內(21)設有一單向閥和位于單向閥前級的以用于氣體過濾的過濾體(5)。5.根據權利要求4所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述單向閥為膜片單向閥(4)。6.根據權利要求1所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，在齒輪箱的箱體(I)兩長壁板下部開有連通到箱內的矩形的過孔(13); 兩裝配母板(33)通過可拆連接裝配于相應過孔(13)，用于過孔(13)的液密封封堵； 在裝配母板(33)上設有水平的向箱體(I)內延伸的擾流板(31)，且兩裝配母板(33)上的擾流板(31)對置，對置的擾流板(31)相對的端面間留有間隙。7.根據權利要求6所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，在所述裝配母板(33)的內面設有裝配臺肩(34)，而所述過孔(13)則設有沉孔，該沉孔與過孔(13)的主體過渡處為定位臺肩(12); 相應地，裝配臺肩(34 )在裝配母板(33 )的法向定位于定位臺肩(12 )。8.根據權利要求7所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述沉孔為四棱錐孔，相應地，所述裝配臺肩(34)為四棱臺，該四棱臺的錐度與四棱錐孔的錐度相同。9.根據權利要求7或8所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，定位臺肩(12)的下邊框的上沿與箱體(I)的底部共面。10.根據權利要求6-8任一所述的齒輪箱散熱結構，其特征在于，所述擾流板(3)有多個，并在裝配母板(33)豎直方向上均勻間隔設置； 在裝配母板(33)的外側面陣列有散熱翅片(32)。
【文檔編號】F16H57/04GK106015536SQ201610454504
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】趙建波
【申請人】山東交通職業學院