垂直振动压路机激振器结构的模块化及其典型结构.pdf

一种垂直振动压路机激振器结构的模块化及其典型结构，属筑机领域，是按垂直振动压路机激振器构件的功能分类集合，再制作成单元模块组装成垂直振动压路机激振器的方法过程，其典型结构由对称型双轴激振器模块、激振器同步反向驱动模块、联轴器、振动输出轴承和激振器壳体组成，激振器壳体和机架联接，激振器模块中的双轴在水平方向上的激振力相互抵消，只产生垂直方向的激振力，该激振器结构简单、制作方便、可靠性高。

1、  垂直振动压路机激振器结构的模块化，其特征在于：将垂直振动压路机激振器机构的各部件按其功能分类，再将相关的零部件集合、设计制造成单元模块，然后再将这些单元模块组装成整体的垂直振动压路机的激振器的方法过程，具体地：将垂直振动压路机激振器中以偏心块、振动轴、振动轴承为主要零件的激振力发生机构设计成激振器单元、再设计激振器单元骨架、将数只激振器单元布置安装在激振器单元骨架中以组成对称型多轴激振器模块、将驱动多根并联安装的激振器单元作同步反向旋转的驱动机构设计制造成激振器的同步反向驱动模块、同步反向驱动模块和对称型多轴激振器模块之间的传动均由联轴器来实现；将振动输出轴承选用向心关节轴承；再设计制造一刚性的激振器壳体模块、将上述的对称型多轴激振器模块和同步反向驱动模块、紧固安装在激振器壳体模块内，将振动输出轴承安装在激振器壳体模块的壳体轴头上。

2、  如权利要求1所述的垂直振动压路机激振器结构的模块化，其特征在于：所谓对称型多轴激振器模块是指布置在过激振器单元骨架回转轴线的垂直面两侧的激振器单元的偏心矩之和完全相等；布置在过激振器单元骨架回转轴线的垂直面两侧的激振器单元的回转轴线到该垂直面的距离相等；布置在过激振器单元骨架回转轴线的水平面两侧的激振器单元的偏心矩与其到水平面的距离成反比。

3、  垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：主要有两只对称型双轴激振器模块(21)、同步反向驱动模块(30)、两只振动输出轴承(32)、激振器壳体模块(24)和联轴器(11)组成，同步反向驱动模块(30)定位安装在对称型双轴激振器模块(21)的输入端，同步反向驱动模块(30)和对称型双轴激振器模块(21)均安装在激振器壳体模块(24)内，振动输出轴承(32)安装在激振器壳体模块(24)中的壳体轴头(22)上；对称型双轴激振器模块(21)和同步反向驱动模块(30)之间的传动均由联轴器(11)来实现。

4、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：联轴器(11)是结构紧凑、被联接的两轴无精密的对中要求、具有一定挠性的能够定速传递扭矩的各种联接零件，当联轴器(11)为啮合式联接件时，联轴器(11)的啮合传动付的间隙应根据振动轴承(18)的间隙和振动轴(16)旋转时的挠度变化量来确定。

5、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：对称型双轴激振器模块(21)由两只激振器单元(20)和激振器单元骨架(19)组成，激振器单元(20)有振动轴(16)、偏心块(17)、振动轴承(18)组成，振动轴(16)可以和偏心块(17)制作成一只零件称为偏心轴；激振器单元骨架(19)实质是两只振动轴承安装座的刚性联接体；对称型双轴激振器模块(21)也可以是对称型三轴或对称型四轴或四轴以上的激振器模块(21)，同时，配以对应的三轴、四轴或四轴以上用的同步反向驱动模块(30)，并且对称型双轴或三轴或四轴或四轴以上的激振器模块(21)在初始安装时的相位角相等。

6、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：激振器壳体模块(24)有激振器管壳(23)和壳体轴头(22)组成，壳体轴头(22)和激振器管壳(23)之间的紧固联接有一段配合面(b)；激振器单元骨架(19)的功能可以和激振器管壳(23)的功能合并而制作成一只零件。

7、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：增加两只振动输出轴承(32)、可去掉激振器壳体模块(24)。

8、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：所述结构也可以由一只对称型双轴或三轴或四轴或四轴以上的激振器模块(21)、一只称型双轴或三轴或四轴或四轴以上同步反向驱动模块(30)、两只振动输出轴承(32)所组成，无须激振器壳体模块(24)。

9、  如权利要求2所述的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构，其特征在于：所述结构可以直接应用于定向振动压路机和智能型振动压路机。

垂直振动压路机激振器结构的模块化及其典型结构
本发明涉及一种垂直振动压路机激振器结构的模块化及其典型结构，属于筑路机械领域。
所谓垂直振动压路机，是指振动压路机的激振器所产生的激振力的方向相对于被压实面而言是垂直的，和现有的“圆振动”压路机相比，垂直振动压路机对土壤的压实度高、压实深度大、压实表面质量好、对环境的振动污染小，现有技术提供的垂直振动压路机激振器的结构原理是利用水平面上相对安装并联布置的两根偏心轴作同步反向旋转，激振器的壳体不旋转，两根偏心轴在水平面上的离心力相互抵消，在垂直方向的离心力叠加，两根偏心轴的旋转是用两只直接装配在偏心轴上的同步齿轮驱动机构来实现的，而激振力的输出是通过安装在激振器壳体两头的调心滚子轴承作为振动输出轴承传递给振动轮的，现有技术提供的垂直振动压路机激振器结构复杂、传动机构可靠性低、激振力的提高受到限制、振动输出的噪音大，而本发明提供的垂直振动压路机激振器结构的模块化及其典型结构，是使垂直振动压路机的激振器结构变得简单、传动机构可靠、制造方便、振动输出的噪音小、激振力的提高不受限制。
所谓垂直振动压路机激振器结构的模块化，是根据垂直振动压路机激振器机构的各部件的功能分类，再将相关的零部件集合、设计制造成功能模块，然后再将这些功能模块组装成整体的垂直振动压路机的激振器的方法过程。
本发明的目的是将垂直振动压路机激振器的结构模块化，并提供一种由对称型多轴(两轴或两根以上)激振器模块、激振器同步反向驱动模块、激振器壳体模块、联轴器、振动输出轴承组成的垂直振动压路机的模块化结构激振器，使垂直振动压路机的激振器结构简单、制造方便、可靠性高。
所谓对称型多轴激振器模块是指布置在多轴激振器单元骨架回转轴线的垂直面的两侧的激振器单元的偏心矩之和完全相等；且布置在上述垂直面两侧的激振器单元回转轴线到该垂直面的距离相等。本发明将以对称型双轴激振器模块作为对称型多轴激振器模块的典型结构作详细说明。
本发明的目的是这样实现的：将垂直振动压路机激振器中以振动轴、偏心块和振动轴承为主要零件的激振力发生机构设计成激振器单元、再设计激振器单元骨架将两只激振器单元固装在一起成为对称型双轴激振器模块、将驱动两组并联安装的激振器单元作同步反向旋转的传动机构设计成激振器同步反向驱动模块、将振动输出轴承选用向心关节轴承，再设计一刚性的激振器壳体模块、将上述的对称型双轴激振器模块、激振器同步反向驱动模块固装在激振器模块壳体内、再将振动输出轴承安装在激振器壳体模块的轴头上，对称型双轴激振器模块与激振器同步反向驱动模块之间的传动方式均通过联轴器来实现，对称型双轴激振器模块及其组合在安装时保证对称型双轴激振器模块内每只激振器单元的初始相位角相等，位于过激振器壳体模块回转轴线的垂直面两侧的两只激振器单元的偏心矩完全对称于该垂直面，激振器同步反向驱动模块使对称型双轴激振器模块内的位于过激振器壳体模块回转轴线的垂直面两侧的激振器单元同步反向旋转，则两组激振器单元产生的离心力在水平面上相互抵消，在垂直方向上叠加，激振器壳体模块通过减振器与机架相联即激振器壳体模块不随振动轮滚动而旋转即保持初始安装的水平位置不变；激振器壳体模块将激振力通过振动输出轴承传递给振动轮体。
本发明的附图说明如下：
图1说明：
1-行走马达  2-减振器  3-振动轮  4-激振器壳体
5-偏心轴  6-振动轴承  7-振动轴承座  8-同步齿轮
9-同步齿轮  10-驱动齿轮  11-联轴器  12-振动马达
13-机架  14-振动输出轴承  15-振动输出轴承座
图1是现有技术提供地垂直振动压路机激振器的应用例垂直振动轮的典型结构原理示意图，振动马达12通过联轴器11和驱动齿轮10相联，同步齿轮9是双联齿轮，同步齿轮8和9直接装配在两根偏心轴5上，驱动齿轮10驱动同步齿轮9和同步齿轮8并带动两根偏心轴5作同步反向旋转，两根偏心轴5的初始安装相位角相等，激振器壳体4通过减振器2和机架13相联，两根偏心轴5在水平方向的离心力抵消，在垂直方向上的离心力叠加形成垂直激振力，垂直激振力通过激振器壳体4、振动输出轴承14、振动输出轴承座15传递到振动轮3，行走马达1通过减振器2驱动振动轮3滚动，显然，图1所示的结构存在以下三个独立的缺陷：一、同步齿轮8、9直接装配在偏心轴5上，由于振动轴承6的间隙存在以及偏心轴5旋转中的挠度作周期性变化必干涉同步齿轮8、9之间的啮合状态，并使同步齿轮8、9的啮合传动的可靠性和寿命降低；二、激振器中偏心轴5仅可安装两根偏心轴即只能布置四只振动轴承6，由于振动轴承6的承载能力限制，激振器的激振力提高受到限制，三、振动输出轴承14为调心滚子轴承，振动输出中噪声大，环境污染大。
图2是图1中同步齿轮8、9直接驱动偏心轴5旋转的传动工况示意图，图中示意(a)、(b)两种典型工况，同步齿轮8、9直接装配在偏心轴5上驱动偏心轴5旋转时，由于振动轴承6的间隙存在以及偏心轴5的挠度变化引起同步齿轮8、9啮合状态变化的示意图。
图3和图4是本发明提供的激振器单元骨架19(双轴用)零件结构示意图，激振器单元骨架19的两端分别加工有两平行孔用于安装振动轴承18，激振器单元骨架19实质是上下两个振动轴承座的刚性联接体。
图5说明：
16-振动轴  17-偏心块  18-振动轴承
图5是激振器单元20的典型结构示意图，偏心块17安装在振动轴16上，振动轴承18安装在振动轴16的两头，当然，偏心块17可以是固定偏心矩的偏心块也可以是可调偏心矩的偏心块，偏心块17有时也可以和振动轴16制作成一整体零件即偏心轴，振动轴16、偏心块17、两只振动轴承18组成激振器单元20。
图6说明：
19-激振器单元骨架  20-激振器单元  11-联轴器
O-O是对称型双轴激振器模块21的回转轴线。
O₁-O₁和O₂-O₂分别是两只激振器单元20的回转轴线。
图7是图6的剖视图，K-K是过对称型双轴激振器模块21的回转轴线O-O的垂直平面(亦即垂直于O₁-O₂平面)。
图6和图7是对称型双轴激振器模块21的典型结构示意图，两只相同的激振器单元20安装在激振器单元骨架19内，由两只激振器单元20和一只激振器单元骨架19组成一只对称型双轴激振器模块21。联轴器11是结构紧凑、被联接的两轴无精密的对中要求、具有一定挠性的能够定速传递扭矩的各种联接零件，如啮合型齿式联轴器、啮合型端面齿式联轴器、啮合式离合器，花键付联轴器等，联轴器11的的啮合传动付的间隙应根据振动轴承18的间隙和振动轴16旋转时的挠度变化量来确定，
图8说明：
22-壳体轴头  23-激振器管壳  b-壳体轴头与激振器管壳配合段
O-O是激振器壳体模块24的回转轴线(和对称型双轴激振器模块21的回转轴线重合)，
图8是激振器壳体模块24的一个典型结构图，壳体轴头22上有连接法兰、有一段和激振器管壳23配合的轴段b、有装配振动输出轴承32的轴段，激振器管壳23为管状结构、两端带连接发兰、内孔有一段和壳体轴头22配合的孔段b，壳体轴头22和激振器管壳23之间的配合状态应优先采用过盈配合，两只壳体轴头22和一只激振器管壳23紧固联接在一起组成一刚性的激振器壳体模块24。
图9说明：
图9是将本发明提供的激振器单元骨架19(图3、图4所示零件)激振器壳体模块24(图8所示刚体结构)的功能要素整合，得到的激振器壳体模块24的又一典型结构示意图，这实质上是将激振器单元骨架19和激振器管壳23合二为一，激振器管壳23沿中性层开有工艺孔，以方便拆装激振器单元20，所谓中性层是指激振器管壳23在传递垂直激振力时在垂直方向上管壳上下部分受拉压载荷，而在过O-O线的水平面层则不受力，该层称为中性层，图9所示结构可安装四只激振器单元20。
图10是图9所示的激振器壳体模块24的又一典型结构的变换结构，激振器管壳23两端带振动轴承安装座，激振器管壳23的中部沿中性层开有工艺孔，图10所示结构可安装两只激振器单元20。
图11说明：
Z₁-输入齿轮  Z₃、Z₄-同步齿轮  Z₂-过渡齿轮  29-齿轮箱
图11是对称型双轴激振器同步反向驱动模块30(简称同步反向驱动模块)的一个典型结构传动示意图，一只输入齿轮Z₁、一只过渡齿轮Z₂、两只同步齿轮Z₃、Z₄(Z₃＝Z₄)均安装在齿轮箱29内共同组成(双轴激振器)同步反向驱动模块30，输入齿轮Z₁驱动同步齿轮Z₃的同时驱动过渡齿轮Z₂、过渡齿轮Z₂再驱动同步齿轮Z₄、使同步齿轮Z₃、Z₄作同步反向旋转。
图12说明：
21-对称型双轴激振器模块  24-激振器壳体模块  30-同步反向驱
动模块  32-振动输出轴承  34-振动轮幅板
图11是图10在I区的放大图。
f：同步反向驱动模块30的安装底板上的定位止口。
e：激振器单元骨架19上的定位凸台。
图12是本发明提供的垂直振动压路机的模块化结构激振器35的典型结构原理图示意图，两只对称型双轴激振器模块21(即包含四只激振器单元20)串联紧固安装在激振器壳体模块24内，同步反向驱动模块30定位安装在对称型双轴激振器模块21的输入端，振动输出轴承32装配在激振器壳体模块24的两端壳体轴头22上，同步反向驱动模块30的安装底板上的定位止口f面和激振器单元骨架19上的定位凸台e面的配合以保证同步反向驱动模块30和对称型双轴激振器模块21的位置精度，当然，激振器单元骨架19和对称型双轴激振器模块21之间也可以用其他方式定位。
图14是本发明提供的垂直振动压路机的模块化结构激振器35中同步反向驱动模块30中的同步齿轮Z₃、Z₄通过联轴器11驱动振动轴16的传动工况示意图，图中示意(a)、(b)两种典型工况，对称型双轴激振器模块21的偏心块17旋转时，使振动轴16产生挠度及摆动变化，但由于采用联轴器11的作用，同步反向驱动模块30中的同步齿轮Z₃、Z₄的啮合状态保持不变的示意图。
图15是垂直振动压路机的模块化结构激振器35的变换结构，当采用大尺寸的振动输出轴承32时，根据实际需要激振器壳体模块24可简化为一管壳，图12所示的结构可简化为图15的结构。
图16说明：
28-连接件
图16是增加两只振动输出轴承32、并同时在振动轮3内增加一幅振动轮幅板34和振动输出轴承座15、激振器壳体模块24可以省略，连接件28是使两只对称型双轴激振器模块21中的激振器单元骨架19的周向位置保持一致，图15所示垂直振动压路机的模块化结构激振器35的变换结构可变换成图16所示的结构。
图17说明：
35-垂直振动压路机的模块化结构激振器  36-减振器联接板
37-减振器安装板
图18是垂直振动压路机的模块化结构激振器35的剖视图。
图17和图18是应用本发明提供的垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构(图12表示的结构)的垂直振动轮的实施例示意图，垂直振动压路机的模块化结构激振器35通过两端的振动输出轴承32紧固安装在振动输出轴承座15内，振动输出轴承座15再紧固安装在振动轮幅板34上，垂直振动压路机的模块化结构激振器35中的激振器壳体模块24的一端通过减振器安装板36、减振器2和机架13相联，振动马达12安装在垂直振动压路机的模块化结构激振器35的输入端部，振动马达12的输出轴通过联轴器11和垂直振动压路机的模块化结构激振器35中的同步反向驱动模块30中的输入齿轮Z₁相联，行走驱动马达1安装在机架13上通过减振器安装板37和减振器2和振动轮3联接，本发明提供的应用垂直振动压路机激振器结构模块化的典型结构的垂直振动轮的实施例的工作过程是：振动马达12通过联轴器11驱动垂直振动压路机的模块化结构激振器35中的同步反向驱动模块30中的输入齿轮Z₁，输入齿轮Z₁直接驱动同步齿轮Z₃及同时通过过渡齿轮Z₂再驱动同步齿轮Z₄，使同步齿轮Z₃、Z₄作同步反向旋转，同步齿轮Z₃、Z₄通过联轴器11再驱动对称型双轴激振器模块21中的两组激振器单元20作同步反向旋转，由于垂直振动压路机模块化结构激振器35中的激振器壳体模块24不转动即保持初始安装位置不变，所以，两组激振器单元20的离心力在水平向抵消，在垂直向叠加，这个叠加后的垂直方向力经激振器壳体模块24、振动输出轴承32、振动输出轴承座15传递到振动轮幅板34，实现振动轮3的垂直振动，行走马达1通过减振器安装板37和减振器2驱动振动轮3滚动。
按照本发明提供的垂直振动压路机激振器结构模块化方法，也可以将垂直振动压路机激振器中激振力的发生机构设计成对称型三轴激振器模块、对称型四轴激振器模块等，并同时匹配相应的对称型三轴和对称型四轴激振器同步反向驱动模块。
图19和图20是对称型三轴激振器模块21的典型结构示意图，
J-J：过O-O轴线的水平面，
K-K：过O-O轴线的垂直面，
O₁-O₁：K-K面左侧的激振器单元20的回转轴线，
O₂-O₂和O₃-O₃：K-K面右侧的激振器单元20的回转轴线，
a：O₁-O₁轴线到K-K面距离，
d：O₂-O₂(O₃-O₃)轴线到K-K面距离，
h：O₂-O₂轴线到J-J面距离，
s：O₃-O₃轴线到J-J面距离，
对称型三轴激振器模块21须满足：
旋转时水平向的离心力合力为零，
则有：m₁e₁＝m₂e₂+m₃e₃                             -(1)
m₁e₁：O₁-O₁轴线上激振器单元20的偏心矩，
m₂e₂：O₂-O₂轴线上激振器单元20的偏心矩，
m₃e₃：O₃-O₃轴线上激振器单元20的偏心矩，
即K-K面两侧的激振器单元20的偏心矩之和相等；
旋转时对O-O轴的转矩为零，
则有：a＝d                                        -(2)
m₂e₂·h＝m₃e₃·s                                  -(3)
综合(1)、(2)、(3)式，可得出，对称型多轴激振器模块(21)满足：布置在过激振器单元骨架回转轴线O-O的垂直面K-K两侧的激振器单元20的偏心矩之和完全相等；布置在过激振器单元骨架回转轴线O-O的垂直面K-K两侧的激振器单元20的回转轴线到该垂直面的距离相等；布置在过激振器单元骨架回转轴线O-O的水平面J-J两侧的激振器单元20的偏心矩与其到水平面J-J的距离成反比。
图21是对称型三轴激振器的同步反向驱动模块30的传动示意图，
Z₅-输入齿轮  Z₆-过渡齿轮  Z₇、Z₈、Z₉-同步齿轮
25-三轴齿轮箱
输入齿轮Z₅，过渡齿轮Z₆，同步齿轮Z₇、Z₈、Z₉(Z₇＝Z₈＝Z₉)安装在三轴齿轮箱25内组成对称型三轴激振器的同步反向驱动模块30。
图22和图23是对称型四轴激振器模块21的典型结构示意图，在K-K面两侧完全对称并联布置四只激振器单元20。
图24是对称型四轴激振器模块21的同步反向驱动模块30的传动示意图，
Z₁₀-输入齿轮  Z₁₁、Z₁₂、Z₁₃、Z₁₄-同步齿轮
26-四轴齿轮箱
输入齿轮Z₁₀，同步齿轮Z₁₁、Z₁₂、Z₁₃、Z₁₄(Z₁₁＝Z₁₂＝Z₁₃＝Z₁₄)安装在四轴齿轮箱26内组成对称型四轴激振器的同步反向驱动模块30。
本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器可直接应用于任何定向振动压路机和智能型振动压路机。
应用本发明提供的结构具有以下突出优点：
1、垂直振动压路机的激振器实施模块化结构，使垂直振动轮的结构简单、制造方便、制造成本降低；
2、垂直振动压路机激振器的模块化结构，使激振器的刚性大、强度高，使激振力的设计不受限制；
3、垂直振动压路机模块化结构激振器的可靠性高、寿命长。