CN101652582B - 同轴传动装置，尤其是用于工业驱动技术设备的空心轴传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴传动装置，尤其是空心轴传动装置，该装置用于功率密度很高的工业驱动技术设备，具有驱动元件(7)、元件(3)和输出元件，其中，通过多个可沿径向运动的齿部(5)实现在驱动元件(7)和输出元件之间的驱动力矩的传递以及变换，在本发明中，至少一个齿部(5)相对于驱动元件(7)在作用区域内应该具有扩大的支承元件(11)。

Description

同轴传动装置,尤其是用于工业驱动技术设备的空心轴传动装置

技术领域

本发明涉及一种同轴传动装置，尤其是空心轴传动装置，该装置用于功率密度(Leistungsdichte)很高的工业驱动技术设备，所述同轴传动装置具有驱动元件、元件和输出元件，其中，通过多个可沿径向运动的齿部在驱动元件和输出元件之间实现驱动力矩的传递以及变换，其中，至少一个齿部相对于所述驱动元件在作用区域内具有扩大的支承元件。 

背景技术

传统传动装置已经以各种形式和手段在市场上为人所熟知并且能够购买到。 

在市场上主要应用三种不同技术的传动装置。一种是市场上已知的行星齿轮传动装置，其中，例如在内齿轮之内同轴地设有一个或者多个行星齿轮，借助一个大多数居中设置的太阳轮，将力矩传递至行星齿轮托架或者输出元件上。 

在这种回转传动机构或者行星齿轮传动装置中，不会出现较高的传递速度，并且在空心轴直径可能通常仅非常小的情况下不能传递较高力矩。此外这种传动装置具有很低的刚性和很低的坚固性，同时它具有小的过载能力。 

此外不利的是，尤其是在驱动侧转速很高时，传动或者说传动比受到限制。 

此外已知一种偏心传动装置，其中，在内啮合的内齿轮之内大多数设有行星齿轮，用以传递扭矩以及产生传动。 

偏心传动装置的缺点在于，偏心传动装置，尤其是在装备空心轴时，要求大的分离力、非常大的轴承元件，并且其仅适合于采用直径较小的空心轴。在这里，该偏心传动装置同样具有小过载能力和低坚固性。 

此外，传动比范围局限于大约i＝30至i＝100的范围内，并且这仅限于小驱动转速的情况。在较高驱动转速情况下，这种偏心传动装置产生磨损大，因而具有不希望的差的耐用度。 

此外，如果连接器或类似元件被连接在偏心传动装置上，以将偏心的输出运动转换为居中的运动，则这种偏心传动装置的摩擦损失较高并且因而效率较低。因而偏心传动装置的效率非常低。 

尤其是在较高转速的情况下，产生同样不期望的较大的振动问题。 

此外已知的是谐波传动装置(Harmonic Drive)，其也可以被制成空心轴传动装置，其中，所谓动柔轮被设置在大多数呈椭圆形的驱动元件和内部啮合的内齿轮之间，柔轮是柔软和易变形的，并且在驱动装置和内齿轮之间传递相应的力矩并且允许传动。 

所谓的柔轮经受持续负载并且在大力矩情况下经常失灵。此外，柔轮 没有过载能力并且在过高的力矩情况下很快断裂。另外，谐波驱动传动装置的效率差并且抗扭转稳定性小。 

发明内容

DE 312164介绍了关于本发明的最近技术现状。该技术涉及能自动制动的控制传动装置，其中，几个围绕轴呈星状排列的杠杆借助其内端偏心支撑在轴上。所述杠杆被构造成双臂杠杆，其支点呈十字形，而且其内端相互独立地架在驱动偏心轮上，因此外端实施连杆运动。在此过程中，杠杆连续地啮合到齿轮中，并且推动齿轮反过来促使驱动轴旋转。相对于齿根支承面被扩大。所述齿根紧固地、不松动地或者铰接式地与齿或者齿轮连接。 

从此出发本发明的任务在于实现前言所述方式的同轴传动装置，该传动装置消除了至今已知的传动装置、行星齿轮传动装置、偏心传动装置以及谐波驱动传动装置的上述缺点，其中，在驱动元件和齿部之间的力传递应该得到明显改善，使其能传递非常大的力。 

此外，在最小的安装空间和重量情况下，在一定的功率大小情况下，该传动装置应该具有非常高的紧凑性和复杂性。 

为了解决该任务，支承元件相对于相应的所述齿部的主体运动，尤其是以铰接或者说以铰接的方式直接或间接地，以枢转的方式被连接或以滑动的方式被支撑，这些支承元件共同形成分段式的轴承结构。 

在本发明中证实特别有利之处在于实现了这样一种的同轴传动装置，其中，多个齿部在元件内部直线地沿径向向外引导。 

各个齿部在一端具有相应的齿廓，该齿廓接合在靠外的内齿轮的相应的齿隙内。 

为了通过相应的旋转驱动运动而产生旋转的传动运动，齿部借助具有外部外形和外部轮廓的驱动元件运动到内齿轮的齿内。 

在此，本发明被证实的特别有利之处在于，在齿部的底部区域内形成扩大的支承元件，以便将驱动元件沿径向作用的非常大的力，尤其是从其外形传递至齿部。 

在此，支承元件能够通过中间元件、中间轴承、铰链，或者直接一体结合地通过相应的缩颈、窄口或类似的途径，铰接式地直接或者间接地与齿部建立连接。 

由于与齿部的厚度相比支承元件的长度更大，因此支承元件的接触面被显著地增大，从而在那里在该区域内多个轴承元件将驱动元件的力传递至齿部。这实现了较大的负荷分配，进而在同轴传动装置转速较高时，也能够保证较高力矩传递。 

此外，被证实的有利之处在于，相邻的各个支承元件在端侧相互接合，并且在周向上以及在径向上均留有一定的间隙。 

由于端侧的突出部相应接合到相邻支承元件的相应相邻缺口内从而保证了轴向间隙。 

轴承元件优选是滚针或者滚珠，这些滚针或者滚珠能够以彻底装满或者各个保持间隔的方式被强制引导地安装在保持架或者说间隔装置内。 

在此，这也应该纳入本发明的范围，即，例如通过附加的弹性轴承外圈，在支承元件下表面和轴承元件之间实现力的附加分配。 

总而言之，借助本发明实现这样一种同轴传动装置，在该同轴传动装置中，在非常高的速度情况下，能够从驱动元件出发将极大的力传递至齿部的径向运动，进而传递至内齿轮的齿。 

附图说明

根据下面所述的优选实施例并结合附图得出本发明的其他优点、特征和细节。 

附图中： 

图1a示意性示出同轴传动装置的截面图； 

图1b示出驱动元件和齿部的区域内的同轴传动装置的部分的立体主视图； 

图1c示出根据图1a的同轴传动装置的放大的局剖图； 

图2示意性示出齿部和驱动元件区域内的同轴传动装置的另一实施例的立体图； 

图3a至3c以剖视放大视图示出各个齿部，这些齿部具有直接或者间接连接和联接的不同的支承元件，用以支承在轴承外圈或者滚针轴承上； 

图4以立体图示意性示出具有齿部和驱动元件的同轴传动装置另一实施例的部分； 

图5示出支承元件的一个实施例的立体下视图，所述支承元件用于传递齿部的推动运动。 

1： 内齿轮      2： 齿 

2′：齿隙       3： 元件 

4： 引导部      5： 齿部 

6： 齿廓        7： 驱动元件 

8： 外形        9： 轮廓 

10：轴承元件    11：支承元件 

12：铰链        13：突出部 

14：缺口        15：轴承外圈 

16：间隔装置    17：缺口 

18：外形        19：下表面 

20：进入引导部  21：缩颈 

22：底部区域    23：轴承槽 

24：轴承槽      25：凸缘 

26：间隙            R₁：同轴传动装置 

R₂：同轴传动装置    D： 厚度 

L： 长度            M： 中轴线 

x： 方向            y： 方向 

具体实施方式

根据图1a，同轴传动装置R1具有内齿轮1，内齿轮1具有内置的齿2，齿2具有多个齿隙2′。在内齿轮1的内部以环形方式安装元件3，其中，在环形的元件3中安装有多个齿部5，齿部5在径向上并排安装并且被安装在相应的引导部4内。齿部5以能够在径向上往复移动的方式安装在引导部4内，并且具有齿廓6。 

在接纳有齿部5的元件3之内设有驱动元件7，驱动元件7被构造为轴或者空心轴，该轴或者空心轴具有外部外形8，外形8例如具有轮廓9，被构造为凸起部且呈多边形或者凸轮形。 

如在图1b和1c中所示的那样，在驱动元件7的外形8的外轮廓9和齿部5之间又设有轴承元件10。 

在本发明尤其在同轴传动装置R₁中被证实特别有利之处在于，扩大地构造的支承元件11连接在齿部5上。 

尤其是如图1a、1b和1c所示，铰链12以铰接方式连接齿部5与支承元件11。 

本发明还被证实有利之处在于，在支承元件11的相应端侧区域内，相邻支承元件11能够链条式或者链节式地连接，在此如图1c所示，在所示的双箭头方向x上(即，与周面运动相关的方向上)可以存在间隙，并且在y方向上(即，在径向上)也可以存在间隙。 

在此被证实特别有利之处在于，支承元件11能够通过铰链12匹配于外形8的轮廓9，于是支承元件11同时也被固定在齿部5安装在引导部4内的强制引导位置上。 

因而在驱动元件7相对内齿轮1和/或元件3旋转或者转动运动时，支承元件11能够容易地铰接式地配合于驱动元件7的由于转动而改变的轮廓9。 

在根据图1a、1b和1c的本实施例中，支承元件11直接贴合在轴承元件10上，而轴承元件10又在外部支撑在驱动元件7的轮廓9上。 

优选将多个滚动体、尤其是滚针或者滚珠用作为轴承元件10。 

关于同轴传动装置的运行方式参阅德国专利申请DE 10 2006 042 786。该专利申请对该运行方式做了准确描述。 

本申请涉及进一步发展和改善尤其是在齿部5的支承区域内的驱动元 件7和元件3之间的运动方式。 

图1b透视地示出同轴传动装置R₁的局部。在那里可以看出各个支承元件11并排地在端侧通过相应的突出部13和缺口14彼此接合，并且如图1c所示在x和y方向上留有间隙。通过一个支承元件11的突出部13与相邻支承元件11的缺口14的彼此接合保证了良好的引导，同时保证了在轴向上的保持和支承。 

在本发明中重要的还在于，由于扩大的支承元件11是通过例如滚针轴承的多个单独的轴承元件10支承和保持的，因此通过齿2能够接收非常大的径向力以驱动该同轴传动装置R₁。 

在本发明中还被证实特别有利之处在于，如这里未进一步示出而仅在图3a中示出的，在支承元件11和轴承元件10之间或者直接在支承元件11和驱动元件7的轮廓9之间，轴承外圈15能够安装在其间。轴承外圈15具有弹性，并且有益于支承元件11和轴承元件10之间的力分配，或者说有益于支承元件11和驱动元件7的外轮廓9之间的力分配。 

在根据图2的本发明实施例中示出同轴传动装置R₂，其中，在支承元件11和驱动元件7(尤其是驱动元件7的外轮廓9)之间以及在各个相邻的轴承元件10(尤其是滚针)之间设有间隔装置16。间隔装置16分别在径向上和在端侧优选在两侧均作用于轴承元件10，并且链条式或者链节式地与轴承元件10相互保持间隔。 

以这种方式，各个滚针能够径向围着驱动元件7轮廓9的彼此保持间隔，其中，相应地在侧向也保证了对各个支承元件11的引导。 

图3a放大地示出了具有支承元件11的齿部5，其中，在齿部5底部区域内的缺口17内设有支承元件11的相应的外形18，从而还保证了支承元件11相对于齿部5的铰接式运动。 

如图3c所示，也可以想到的是，在齿部5的底部区域形成相应的外形18，该外形18铰接式地与支承元件11相应的缺口相互作用。 

如果例如不使用如图3a所示的轴承外圈15，则被证实的有利之处在于，支承元件11在其朝向轴承元件10的下表面19上(尤其在端侧区域内)具有进入引导部(Einf ührungsphasen)20。 

举例来说按照这种方式，负荷在没有中间支承的轴承外圈15的情况下经由轴承元件10直接传递至支承元件11，进而直接传递至齿部5。 

本发明的优点还在于，在端侧支承元件11具有例如作为突出部13或者缺口1 4或者也可以是凹进部(Rücksprung)的相应的叠合部13、14，以便在周向上作为分段的轴承外圈保证轴承部10在周向上的引导。 

此外，取决于驱动元件7的轮廓9或者外形8，在端侧保持间隔的两个支承元件11之间存在预定间隙26，以便在转动运动时在与支承元件11共 同作用的情况下补偿驱动元件7的不同半径。 

在根据图3b的实施例中示出，支承元件11和齿部5以一体结合的方式构成，其中，在齿部5的底部区域内构造作为薄弱部的缩颈21，以便如沿双箭头方向所示的，允许支承元件11相对于齿部5以铰接或者说铰接式的方式摆动。 

在本发明中重要的在于，如图3a至图3c明显示出的，支承元件11的长度L大于齿部5的厚度D。 

支承元件11的长度L可以是齿部5的厚度D的1.5至4倍。这同样应该纳入本发明的范围内。 

本发明还被证实的特别有利之处在于，尤其是根据图4的实施例所示，多个支承元件11沿径向且相互保持间隔地设置在驱动元件7的外轮廓9上。在此，轴承元件10在轴承槽2 3内在外部嵌在轮廓9或者说外形8内，从而轴承元件10沿轴向既不会沿一个方向也不会沿另一方向漏出。 

多个并排设置的支承元件11放置在轴承元件10上，支承元件11同样在其下表面上具有相应的轴承槽24，从而如图5所示，相应的凸缘25在端侧作用于轴承元件10，从而支承元件11在轴向上可靠地保持在轴承元件10上(尤其是滚针)，并且在径向上允许良好的支承。 

支承元件11在侧向具有突出部13，该突出部13优选呈三角形并且最好呈钝三角形，突出部13接合在相邻支承元件11的相应的配套缺口14内。该支承元件一方面具有相应的突出部13，另一方面具有相应的缺口14，缺口14用于突出部13和相邻支承元件11的接合。 

此外，优选以贯通的方式构造相应的缺口17，从而至少一个齿部5能够以其底部区域22作用于此。 

在本发明中被证实是特别有利之处在于，分段式地构造具有轴承元件10的多个单独支承元件11，轴承元件10作为分段式的轴承外圈包围本来的驱动元件7，尤其是其外形8。支承元件11同时用来将力分配至齿部5，其中，齿部5独立安装或者说支撑在支承元件11内部。由多个分段式支承元件11构成的这种分段轴承外圈非常稳固，并且能够在较高周向速度的情况下将非常大的力传递至各个齿部。 

在本发明中被证实的有利之处在于，在轴向上，多个，最好是两个并排设置的、呈圆柱形的齿部5安装到元件3内，尤其是安装到输出元件内、相应配套的圆筒形引导部4内，然后它们共同被支撑在支承元件11内。 

Claims (22)

1.一种同轴传动装置，是空心轴传动装置，其用于工业驱动技术设备，所述同轴传动装置具有驱动元件(7)、元件(3)和输出元件，其中，通过多个可沿径向运动的齿部(5)实现在所述驱动元件(7)和所述输出元件之间的驱动力矩的传递以及变换，其中，至少一个齿部(5)相对于所述驱动元件(7)在作用区域内具有扩大的支承元件(11)，

其特征在于，

所述支承元件(11)相对于相应的所述齿部的主体运动，所述支承元件(11)以铰接的方式直接或间接地枢转连接所述齿部(5)或以滑动的方式支撑于所述驱动元件(7)，这些支承元件(11)共同形成分段式的轴承结构。

2.根据权利要求书1所述的同轴传动装置，其特征在于，所述驱动元件(7)的外形(8)的轮廓(9)被构造为凸起部且呈多边形或者凸轮形，多个沿径向布置的支承元件(11)彼此之间形成预定的、且可变的间隙(26)，以便补偿所述驱动元件(7)外形(8)的不同半径。

3.根据权利要求1或2所述的同轴传动装置，其特征在于，支承元件(11)沿周向叠合地具有至少一个突出部(13)，所述突出部沿所述周向接合到相邻支承元件(11)的至少一个相应的精确配合的缺口(14)或者凹进部内。

4.根据权利要求3所述的同轴传动装置，其特征在于，沿周向相邻的支承元件(11)具有叠合部(13、14)，以便沿周向引导轴承元件(10)，所述轴承元件(10)是滚动体。

5.根据权利要求4所述的同轴传动装置，其特征在于，所述支承元件(11)被构造为分段部分。

6.根据权利要求5所述的同轴传动装置，其特征在于，在端侧，各个相邻的支承元件(11)与相邻支承元件(11)沿周向叠合，进而所述轴承元件(10)的在轴向上靠外的引导部构成轴承外圈。

7.根据权利要求6所述的同轴传动装置，其特征在于，在端侧，各个单独的支承元件(11)均能够与相邻的支承元件(11)连接。

8.根据权利要求7所述的同轴传动装置，其特征在于，两个相邻支承元件(11)能够在端侧链节式地相互连接，并且彼此之间在x和/或y方向上留有间隙。

9.根据权利要求8所述的同轴传动装置，其特征在于，在所述齿部(5)和所述支承元件(11)之间设有连接元件，所述连接元件是铰链(12)。

10.根据权利要求9所述的同轴传动装置，其特征在于，所述连接元件铰接式地连接所述齿部(5)的底部区域与所述支承元件(11)。

11.根据权利要求10所述的同轴传动装置，其特征在于，所述齿部(5)直接在所述驱动元件(7)上滑动或者以滑动方式被支撑。

12.根据权利要求11所述的同轴传动装置，其特征在于，所述齿部(5)通过在径向上围绕所述驱动元件(7)设置的各个所述轴承元件(10)相对于所述驱动元件(7)引导，所述轴承元件是滚针或者滚珠。

13.根据权利要求12所述的同轴传动装置，其特征在于，各个在径向上围绕所述驱动元件(7)设置的轴承元件(10)彼此之间通过相应的间隔装置(16)以弹性方式或者分段的方式连接，所述间隔装置是滚针保持架或者滚珠保持架。

14.根据权利要求13所述的同轴传动装置，其特征在于，所述轴承元件(10)在保持架内完全滚动地或者分段式地在外部包围所述驱动元件(7)的所述外形(8)。

15.根据权利要求14所述的同轴传动装置，其特征在于，在所述驱动元件(7)和所述支承元件(11)之间设置附加的弹性轴承外圈(15)。

16.根据权利要求15所述的同轴传动装置，其特征在于，所述附加的轴承外圈(15)设置在所述轴承元件(10)和所述支承元件(11)之间。

17.根据权利要求16所述的同轴传动装置，其特征在于，所述支承元件(11)的叠合部(13、14)在端侧被构造为突出部(13)或者缺口或者凹进部(14)，以便沿周向保证所述轴承元件(10)的引导。

18.根据权利要求17所述的同轴传动装置，其特征在于，两个相邻所述支承元件(11)的所述突出部(13)和所述缺口(14)通过间隙(26)以相互保持间隔的方式相互接合，并且保证了覆盖和/或持续引导所述各个轴承元件(10)。

19.根据权利要求18所述的同轴传动装置，其特征在于，所述支承元件(11)在其下表面(19)上，在一侧或者两侧的端侧区域中具有进入引导部(20)，用以引导所述轴承元件(10)进入。

20.根据权利要求19所述的同轴传动装置，其特征在于，所述驱动元件(7)的外形(8)具有环形的外侧轴承槽(23)，所述轴承槽用于轴向引导所述轴承元件(10)。

21.根据权利要求20所述的同轴传动装置，其特征在于，所述支承元件(11)在侧向，在一侧或者两侧具有至少局部地重叠的凸缘(25)，所述凸缘在一侧或者两侧为了轴向引导而作用于所述轴承元件(10)。

22.根据权利要求21所述的同轴传动装置，其特征在于，在所述支承元件(11)的下表面上，在所述凸缘(25)的侧向区域内形成有轴承槽，所述轴承槽为滑动面。

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