本发明涉及一种具有内冷却润滑系统的齿轮及齿轮传动机构。该齿轮包括圆柱形基体、轮齿和中心安装孔；并基于3D打印技术在圆柱形基体内制造出带有内冷却系统以及内润滑系统的齿轮结构，冷却润滑液通过内冷却系统、内润滑系统对齿轮进行冷却以及齿轮传动啮合区域进行润滑，使得齿轮能够在适宜的温度下、充足的润滑效果中工作，从而提升齿轮整体使用的寿命以及传动效率。同时还提供了一套将该齿轮作为主动齿轮的齿轮传动机构，解决了现有齿轮传动过程中冷却润滑过程所带来的传动效率低、传动过程耗大、冷却润滑效果不佳等问题。
1.一种具有内冷却润滑系统的齿轮，包括圆柱形基体(1)以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体(1)上的多个轮齿(2)；所述圆柱形基体(1)上设有中心安装孔(3)；
每个轮齿(2)内均设有与轮齿(2)形状相适配齿形冷却流道(4)，且每条齿形冷却流道(4)相互连通，所有齿形冷却流道(4)围成一个冷却主流道(5)；
圆柱形基体(1)内设有与所述冷却主流道(5)连通的环形冷却副流道(6)；
环形冷却副流道(6)与所述中心安装孔(3)之间通过冷却润滑液入口流道(7)连通；
圆柱形基体(1)内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道(8)，且环形润滑主流道(8)与所述冷却主流道(5)连通；
环形润滑主流道(8)与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道(9)，且冷却润滑液出口流道(9)呈圆弧状；
位于同一径向截面上的冷却主流道(5)、环形冷却副流道(6)以及冷却润滑液入口流道(7)构成一个内冷却系统；
位于同一径向截面上的环形润滑主流道(8)、冷却润滑液出口流道(9)构成一个内润滑系统；
2.根据权利要求1所述的一种具有内冷却润滑系统的齿轮，其特征在于：所述内冷却系统和内润滑系统在圆柱形基体(1)内设有多个且沿圆柱形基体(1)的轴向相互交替排布。
3.根据权利要求1所述的一种具有内冷却润滑系统的齿轮，其特征在于：所述冷却润滑液入口流道(7)沿圆周方向设有多条且均与所述环形冷却副流道(6)连通。
4.一种齿轮传动机构，包括传动轴(10)、与传动轴(10)连接的主动齿轮(11)以及与主动齿轮(11)啮合的从动齿轮；
所述主动齿轮(11)为如权利要求1-3任一权利要求所述的具有内冷却润滑系统的齿轮；
所述传动轴(10)沿中心轴线设置有一中心流道(101)，沿其径向设置有与所述中心流道(101)连通的至少一条径向流道(102)；传动轴(10)的外圆表面还开设有与所述径向流道(102)连通的环形流道(103)。
5.一种具有内冷却润滑系统的齿轮，包括圆柱形基体(1)以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体(1)上的多个轮齿(2)；所述圆柱形基体(1)上设有中心安装孔(3)；
每个轮齿(2)内均设有与轮齿(2)形状相适配齿形冷却流道(4)，将所有轮齿分为N个齿轮组，每个齿轮组中的齿形冷却流道(4)相互连通；从而形成N组冷却主流道(5)；
环形冷却副流道(6)与所述中心安装孔(3)之间通过冷却润滑液入口流道(7)连通；
圆柱形基体(1)内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道(8)；
环形润滑主流道(8)与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道(9)，且冷却润滑液出口流道(9)呈圆弧状；
每组冷却主流道(5)中第一个齿形冷却流道(41)与所述环形冷却副流道(6)连通，每组冷却主流道(5)中最后一个齿形冷却流道(42)与所述环形润滑主流道(8)连通；
位于同一径向截面上的N组冷却主流道(5)、环形冷却副流道(6)以及冷却润滑液入口流道(7)构成一个内冷却系统；
位于同一径向截面上的环形润滑主流道(8)、冷却润滑液出口流道(9)构成一个内润滑系统；
6.根据权利要求5所述的一种具有内冷却润滑系统的齿轮，其特征在于：所述内冷却系统和内润滑系统在圆柱形基体(1)内设有多个且沿圆柱形基体(1)的轴向相互交替排布。
7.根据权利要求6所述的一种具有内冷却润滑系统的齿轮，其特征在于：所述冷却润滑液入口流道(7)沿圆周方向设有多条且均与所述环形冷却副流道(6)连通。
8.一种齿轮传动机构，包括传动轴(10)、与传动轴(10)连接的主动齿轮(11)以及与主动齿轮(11)啮合的从动齿轮；
所述主动齿轮(11)为如权利要求6或7所述的具有内冷却润滑系统的齿轮；
所述传动轴(10)沿中心轴线设置有一中心流道(101)，沿其径向设置有与所述中心流道(101)连通的至少一条径向流道(102)；传动轴(10)的外圆表面还开设有与所述径向流道(102)连通的环形流道(103)。
一种具有内冷却润滑系统的齿轮及齿轮传动机构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种齿轮传动结构，具体涉及一种具有内冷却润滑系统的齿轮及齿轮传动机构。
背景技术
[0002] 啮合是指两机械零件间的一种传动关系，称为啮合传动。齿轮传动是最典型的啮合传动，也是应用最广泛的一种传动形式。根据传动原理的不同，有直齿齿轮啮合传动和斜齿齿轮啮合传动。齿轮啮合传动具有适应范围大、传递效率较高、工作寿命长、传动平稳、可靠性高、能保证瞬时传动比恒定、能实现各种位置要求的两轴传动等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。它由主动齿轮、从动齿轮和机架组成。通过齿轮的啮合作用，将主动轮(轴)的运动和动力传递给从动(轴)，并获得需要的转速和扭矩。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在工业产品中广泛应用，其设计与制造水平直接影响到工业产品的质量。
[0003] 但是齿轮啮合传动在长时间使用后会出现失效问题，失效主要有：轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形，其中齿面磨损以及齿面胶合都是润滑液不清洁或者不充足引起的。齿轮啮合润滑方法主要形式有定期人工加润滑油或润滑脂、浸油润滑或者喷油润滑等形式，保证齿轮传动的平稳以及齿轮使用寿命。并且传统齿轮啮合传动传动摩擦产生的热量主要靠润滑油等进行解决，在重载传动过程中冷却效果不是很好，过高的啮合区域温度也会影响润滑油的黏性，进而导致润滑效果不理想。
[0004] 而开式齿轮、轻载或者非重要闭式齿轮传动，采用定期人工加注润滑油或润滑脂方法，这种方式在现在工业自动化背景下显得非常不便；对于多数闭式齿轮传动多采用浸油润滑或者喷油润滑的方式，浸油润滑的方式由于部分齿轮要浸入润滑油中，因此会影响齿轮的传动效率并且增大齿轮传动的功耗，且浸油润滑润滑会掺油微量渣，会影响齿轮的使用寿命；喷油润滑的方式由于其润滑方式的影响，齿轮传动中心部位还是无法做到边缘一样的润滑效果，因此会影响齿轮的使用寿命。
发明内容
[0005] 为了解决背景技术中的问题，本发明公开一种具有内冷却润滑系统的齿轮，该齿轮基于3D打印技术制造出带有内冷却系统以及内润滑系统的齿轮结构，冷却润滑液通过内冷却系统、内润滑系统对齿轮进行冷却以及齿轮传动啮合区域进行润滑，使得齿轮能够在适宜的温度下、充足的润滑效果中工作，从而提升齿轮整体使用的寿命以及传动效率。
[0006] 同时，还提供了一种齿轮传动机构，解决了现有齿轮传动过程中冷却润滑过程所带来的传动效率低、传动过程耗大、冷却润滑效果不佳等问题。
[0007] 本发明的具体技术方案是：
[0008] 一种具有内冷却润滑系统的齿轮，包括圆柱形基体以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体上的多个轮齿；所述圆柱形基体上设有中心安装孔；
[0009] 其改进之处在于：
[0010] 齿轮通过3D打印技术加工成型；
[0011] 每个轮齿内均设有与轮齿形状相适配齿形冷却流道，且每条齿形冷却流道相互连通，所有齿形冷却流道围成一个冷却主流道；
[0012] 圆柱形基体内设有与所述冷却主流道连通的环形冷却副流道；
[0013] 环形冷却副流道与所述中心安装孔之间通过冷却润滑液入口流道连通；
[0014] 圆柱形基体内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道，且环形润滑主流道与所述冷却主流道连通；
[0015] 环形润滑主流道与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道；
[0016] 位于同一径向截面上的冷却主流道、环形冷却副流道以及冷却润滑液入口流道构成一个内冷却系统；
[0017] 位于同一径向截面上的环形润滑主流道、冷却润滑液出口流道构成一个内润滑系统；
[0018] 所述内冷却系统和内润滑系统位于不同的径向截面上。
[0019] 本发明还提供了另外一种具有内冷却润滑系统的齿轮，包括圆柱形基体以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体上的多个轮齿；所述圆柱形基体上设有中心安装孔；
[0020] 其改进之处在于：
[0021] 齿轮通过3D打印技术加工成型；
[0022] 每个轮齿内均设有与轮齿形状相适配齿形冷却流道，将所有轮齿分为N个齿轮组，每个齿轮组中的齿形冷却流道相互连通；从而形成N组冷却主流道；
[0023] 圆柱形基体内设有环形冷却副流道；
[0024] 环形冷却副流道与所述中心安装孔之间通过冷却润滑液入口流道连通；
[0025] 圆柱形基体内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道；
[0026] 环形润滑主流道与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道；
[0027] 每组冷却主流道中第一个齿形冷却流道与所述环形冷却副流道连通，每组冷却主流道中最后一个齿形冷却流道与所述环形润滑主流道连通；
[0028] 位于同一径向截面上的N组冷却主流道、环形冷却副流道以及冷却润滑液入口流道构成一个内冷却系统；
[0029] 位于同一径向截面上的环形润滑主流道、冷却润滑液出口流道构成一个内润滑系统；
[0030] 所述内冷却系统和内润滑系统位于不同的径向截面上。
[0031] 在上述两种齿轮结构的基础上，本发明的技术方案还做出了一下优化设计：
[0032] 进一步地，为了尽可能在齿宽范围保证齿轮的冷却和润滑，所述内冷却系统和内润滑系统在圆柱形基体内设有多个且沿圆柱形基体的轴向相互交替排布。
[0033] 进一步地，为了使一个内冷却系统同一时间内流入的冷却润滑液尽可能均匀，上述冷却润滑液入口流道沿圆周方向设有多条且均与所述环形冷却副流道连通。
[0034] 进一步地，上述冷却润滑液出口流道呈圆弧状，这种设计的目的是：冷却润滑液从冷却润滑液出口流道喷出口能够直接作用在齿面的节点上，使冷却润滑液能够充分对齿轮的啮合区域进行润滑。
[0035] 同时，基于上述两种齿轮，本发明还提供一种使用齿轮传动机构，其包括传动轴、与传动轴连接的主动齿轮以及与主动齿轮啮合的从动齿轮；所述主动齿轮为上述具有内冷却润滑系统的齿轮；传动轴沿中心轴线设置有一中心流道，沿其径向设置有与所述中心流道连通的至少一条径向流道；传动轴的外圆表面还开设有与所述径向流道连通的环形流道。在装配时，需要保证设置在传动轴上环形流道与设置在齿轮上冷却润滑液入口流道对其，确保冷却润滑液从传动轴顺利的流入齿轮内。
[0036] 本发明的有益效果是：
[0037] 1、本发明具有内冷却润滑系统的齿轮，流动的冷却润滑液通过内冷却系统带走齿轮在啮合传动过程中轮齿的热量，使得齿面温度保持在最适齿轮传动的区间内，冷却后的冷却润滑液可继续通过内润滑系统作用在齿面时，不会因为齿面温度过高而引起的润滑液粘性降低，而导致的润滑效果不充足。
[0038] 2、本发明所提出的齿轮传动结构，直接通过传动轴将冷却润滑液输入至齿轮内，再通过齿轮内设计的内冷却系统和内润滑系统，避免了现有齿轮传动机构采用浸油式的润滑方式进行润滑所带来的传递效率第，能耗大等技术问题，也解决了喷油润滑方式带来的润滑效果不佳的问题。
附图说明
[0039] 图1为本发明的立体结构示意图；
[0040] 图2为本发明的俯视图；
[0041] 图3为实施例1时图2的B向剖视图；
[0042] 图4为实施例2时图2的B向剖视图；
[0043] 图5为图2的A向剖视图；
[0044] 图6为图5的I处放大图。
[0045] 图7为传动轴的剖视图。
[0046] 图8为图7的A向剖视图。
[0047] 图9为传动轴和齿轮装配后的剖视图
[0048] 附图标记如下：
[0049] 1-圆柱形基体、2-轮齿、3-中心安装孔、4-齿形冷却流道、41-第一个齿形冷却流道、42-最后一个齿形冷却流道、5-冷却主流道、6-环形冷却副流道、7-冷却润滑液入口流道、8-环形润滑主流道、9-冷却润滑液出口流道、10-传动轴、11-主动齿轮、101-中心流道、102-径向流道、103-环形流道。
具体实施方式
[0050] 本发明基于3D打印技术，制造了一种具有内冷却系统和内润滑系统的齿轮结构，通过齿轮内部设置的内冷却系统对整个齿轮进行高效冷却的同时，还可同时对齿轮啮合区域进行高效的润滑。
[0051] 为了对本发明作出进一步的说明，下面通过两个具体的实施例对本发明提供的一种具有内冷却润滑系统的齿轮的结构以及冷却、润滑工作原理进行详细的说明。
[0052] 实施例1
[0053] 如图1-图4所示，该齿轮通过3D打印技术加工成型；其包括圆柱形基体1以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体1上的多个轮齿2；圆柱形基体1上设有中心安装孔3；
[0054] 每个轮齿2内均设有与轮齿2形状相适配齿形冷却流道4，且每条齿形冷却流道4相互连通，所有齿形冷却流道4形成一个冷却主流道5；
[0055] 圆柱形基体1内设有与所述冷却主流道5连通的环形冷却副流道6；
[0056] 环形冷却副流道6与所述中心安装孔3之间通过冷却润滑液入口流道7连通；
[0057] 圆柱形基体1内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道8，且环形润滑主流道8与所述冷却主流道5连通；
[0058] 环形润滑主流道8与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道9；
[0059] 位于同一径向截面上的冷却主流道5、环形冷却副流道6以及冷却润滑液入口流道7构成一个内冷却系统；
[0060] 位于同一径向截面上的环形润滑主流道8、冷却润滑液出口流道9构成一个内润滑系统；
[0061] 内冷却系统和内润滑系统位于不同的径向截面上。
[0062] 在该实施例中为了尽可能在齿宽范围保证齿轮的冷却和润滑，内冷却系统和内润滑系统在圆柱形基体1内设有多个且沿圆柱形基体1的轴向相互交替排布。
[0063] 为了使一个内冷却系统同一时间内流入的冷却润滑液尽可能均匀，上述冷却润滑液入口流道7沿圆周方向设有多条且均与所述环形冷却副流道6连通。
[0064] 如图6所示，上述冷却润滑液出口流道9呈圆弧状，这种设计的目的是：冷却润滑液从冷却润滑液出口流道9喷出口能够直接作用在齿面的节点上，使冷却润滑液能够充分对齿轮的啮合区域进行润滑。
[0065] 如图7-图9所示，使用该齿轮进行啮合传动时，需要一根传动轴10和相互啮合主动齿轮11和从动齿轮12，其中，主动齿轮11与传动轴10连接；传动轴10沿中心轴线设置有一中心流道101，沿其径向设置有与所述中心流道101连通的至少一条径向流道102；传动轴10的外圆表面还开设有与所述径向流道102连通的环形流道103，在装配时，需要保证设置在传动轴10上环形流道103与设置在齿轮上冷却润滑液入口流道7对齐，确保冷却润滑液从传动轴10顺利的流入齿轮内。
[0066] 基于上述结构描述，现对该实施例的冷却、润滑过程分开描述：
[0067] 冷却过程：冷却润滑液通过外部过滤设备、增压设备后，依次经由传动轴中的中心流道101、径向流道102以及环形流道103后，通过多条冷却润滑液入口流道7进入环形冷却副流道6，再通过环形冷却副流道6进入到冷却主流道5，冷却润滑液在环形冷却副流道6中流动实现对圆柱形基体的冷却，通过冷却润滑液在每个齿形冷却流道中(冷却主流道)流动实现对每个轮齿的冷却。
[0068] 润滑过程：完成冷却后的冷却润滑液从冷却主流道5流向环形润滑主流道8，再通过环形润滑主流道8与每个齿槽之间设置的冷却润滑液出口流道9(优选为圆弧形设计)流向齿面的节点，当啮合传动时的冷却润滑液直接作用在两个相啮合齿轮的啮合区域，实现润滑。
[0069] 实施例2
[0070] 如图1、2、4以及图5所示，该实施例是在实施例1的基础上对内冷却系统进行了改进，目的是为了使冷却润滑液在内冷却系统内流动更加顺畅，同时还有助于冷却润滑液从内冷却系统进入内润滑系统。
[0071] 该齿轮通过3D打印技术加工成型；包括圆柱形基体1以及沿圆周方向均匀设置在圆柱形基体1上的多个轮齿2；圆柱形基体1上设有中心安装孔3；
[0072] 每个轮齿2内均设有与轮齿形状相适配齿形冷却流道4，将所有轮齿分为N个齿轮组，每个齿轮组中的齿形冷却流道4相互连通；从而形成N组冷却主流道5；
[0073] 圆柱形基体1内设有环形冷却副流道6；
[0074] 环形冷却副流道6与所述中心安装孔3之间通过冷却润滑液入口流道7连通；
[0075] 圆柱形基体1内在靠近齿根圆的位置设有环形润滑主流道8；
[0076] 环形润滑主流道8与每个齿槽之间设有冷却润滑液出口流道9；
[0077] 每组冷却主流道5中第一个齿形冷却流道41与所述环形冷却副流道6连通，每组冷却主流道5中最后一个齿形冷却流道42与所述环形润滑主流道8连通；
[0078] 位于同一径向截面上的N组冷却主流道5、环形冷却副流道6以及冷却润滑液入口流道7构成一个内冷却系统；
[0079] 位于同一径向截面上的环形润滑主流道8、冷却润滑液出口流道9构成一个内润滑系统；
[0080] 内冷却系统和内润滑系统位于不同的径向截面上。
[0081] 为了尽可能在齿宽范围保证齿轮的冷却和润滑，内冷却系统和内润滑系统在圆柱形基体1内设有多个且沿圆柱形基体1的轴向相互交替排布。
[0082] 为了使一个内冷却系统同一时间内流入的冷却润滑液尽可能均匀，上述冷却润滑液入口流道7沿圆周方向设有多条且均与所述环形冷却副流道6连通。
[0083] 如图6所示，上述冷却润滑液出口流道9呈圆弧状，这种设计的目的是：冷却润滑液从冷却润滑液出口流道喷出口能够直接作用在齿面的节点上，使冷却润滑液能够充分对齿轮的啮合区域进行润滑。
[0084] 如图7-9所示，使用该齿轮进行啮合传动时，需要一根传动轴10和相互啮合主动齿轮11和从动齿轮，其中，主动齿轮11与传动轴10连接；传动轴10沿中心轴线设置有一中心流道101，沿其径向设置有与所述中心流道101连通的至少一条径向流道102；传动轴10的外圆表面还开设有与所述径向流道102连通的环形流道103，在装配时，需要保证设置在传动轴10上环形流道103与设置在齿轮上冷却润滑液入口流道7对齐，确保冷却润滑液从传动轴10顺利的流入齿轮内。
[0085] 基于上述结构描述，现对该实施例的冷却、润滑过程分开描述：冷却过程：冷却润滑液通过外部过滤设备、增压设备后，依次经由传动轴中的中心流道101、径向流道102以及环形流道103后，通过多条冷却润滑液入口流道7进入环形冷却副流道6，再通过环形冷却副流道6和每组冷却主流道5中第一个齿形冷却流道41进入N组冷却主流道5中，冷却润滑液在环形冷却副流道6中流动实现对圆柱形基体的冷却，通过冷却润滑液在N组冷却主流道5中流动实现对每个轮齿的冷却。
[0086] 润滑过程：完成冷却后的冷却润滑液从每组冷却主流道5的最后一个齿形冷却流道42流向环形润滑主流道8，再通过环形润滑主流道8与每个齿槽之间设置的冷却润滑液出口流道9(优选为圆弧形设计)流向齿面的节点，当啮合传动时的冷却润滑液直接作用在两个相啮合齿轮的啮合区域，实现润滑。
