CN101988566B - 带有过载保护机构的用于驱动环形齿轮的驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动环形齿轮的驱动装置，其包括马达、传动机构和驱动轴，在该驱动轴上布置有小齿轮用于驱动环形齿轮，其中驱动单元包括机械式过载保护机构。根据本发明，该过载保护机构布置在传动机构和小齿轮之间。

Description

带有过载保护机构的用于驱动环形齿轮的驱动单元

技术领域

本发明涉及用于驱动或制动环形齿轮的驱动单元，其包括马达或制动器、传动装置和输出轴，在该输出轴上布置有小齿轮用于驱动该环形齿轮。

背景技术

这样的驱动单元例如被用于驱动回转装置或摆动装置，尤其是用于驱动风力涡轮机的回转装置或者起重机或挖掘机的回转装置或摆动装置。环形齿轮在其外周或内周上具有多个齿，其与小齿轮的齿啮合。通过由输出轴驱动小齿轮，从而驱动环形齿轮。环形齿轮也可用于驱动绞车，尤其是用于驱动起重机的绞车。

为了驱动环形齿轮，当需要大的驱动力时，也可以并行使用多个驱动单元。

对于这样的驱动单元，例如呈滑动离合机构或预定断点形式的过载保护机构是已知的，这些过载保护机构布置在马达和传动装置之间。由此限制来自于驱动马达的在输出轴方向上的转矩流或从传动装置回到马达的转矩流。

然而对于已知的驱动单元来说，不能保证最优化的过载保护。因此，本发明的目标是提供一种用于驱动环形齿轮的带有改善的过载保护的驱动单元。

发明内容

根据本发明，提供一种用于驱动环形齿轮的驱动单元，其包括马达、传动装置和驱动轴，在该驱动轴上布置有小齿轮用于驱动该环形齿轮，其中该驱动单元包括机械式过载保护机构，其特征是，该过载保护机构布置在该传动装置和该小齿轮之间。

由于根据本发明的过载保护机构的布置在传动装置和小齿轮之间，即使传动装置受阻，仍能监控从输出轴到驱动马达的转矩流。因此，根据本发明的过载保护机构为环形齿轮或小齿轮的齿提供保护，以防在传动装置失效的情况下发生齿过载断裂。过载保护机构布置在所有的传动部件之后，从而在传动装置受阻的情况下，过载保护机构确保出现从环形齿轮到小齿轮的转矩流时，这些齿受到保护而不会发生齿过载断裂。已知的驱动单元不能提供这样的环形齿轮的齿保护，从而会因齿断裂损坏导致发生极其严重的损坏。

过载保护机构布置在所有容易失效的传动构件例如众齿轮件、行星齿轮的螺杆或锁紧环之后。这具有进一步的优势，即传动部件尺寸可以较小，因为它们不再会导致设备的整体损坏。另外，可以减少对过载保护机构之前的部件的质量保证监控和在相应的组装作业中的质量保证监控，因为这些不再会导致环形齿轮上的主要损坏。

有利地，过载保护机构布置在传动装置和输出轴的主轴承之间。结果，过载保护机构位于仅存在一种载荷类型的位置处。特别地，只存在单纯的扭转载荷，从而传动装置和输出轴的主轴承之间的弯曲载荷不会影响这个结果。这提供了精确限定的过载保护。另外，传动装置和输出轴的主轴承之间的过载保护机构的布置确保即使触发过载保护，输出轴仍保持安装在轴承上并因而不会损坏任何其它部件。

有利地，过载保护机构配置成预定断点。这样的预定断点提供了极便宜的过载保护。预定断点在过载保护触发时被毁坏。然而，严重的损坏相对小，这是因为环形齿轮自身未被损坏。另外，在传动装置受阻的情况下，驱动单元无论如何必须被更换或修复。

有利地，过载保护机构是输出轴的预定断点。这提供了节约空间的且可便宜地实现的过载保护机构。有利地，预定断点布置在传动装置和输出轴的主轴承之间的输出轴中。

有利地，预定断点通过轴的横截面减小来实现。这样的横截面减小提供了简单且便宜实现的过载保护机构。由于本发明的过载保护机构的布置，对预定的断点仅以一种方式加载，例如通过纯扭转载荷，从而使得限定的过载保护仍是可能的。

由于本发明的过载保护机构的布置，横截面具有大致恒定的应力。在所述减小的横截面处的抵抗力矩可自由选择，并且可以很容易地在屈服开始与断裂开始关系中对该抵抗力矩优化。

有利地，预定的断点通过输出轴的横截面的减小来实现。有利地，减小的横截面布置在最后的传动部件与输出轴的主轴承之间。

有利地，该轴外周上在预定断点处具有凹口。通过这样的凹口，可以实现限定的横截面的减小。实现必须的疲劳强度的期望凹口要数可以通过半径的确定而获得。

更有利地，轴在预定断点区域被钻空。因此，在预定断(口)点处的扭转断裂不会导致两部分分散开，因为在扭转断裂情况下被钻空的横截面在预定断点处塑性化。

在预定断点区域，轴可以是软的且被表面硬化的。这仅需确保过载保护机构的断裂保护值小于要被保护的齿的断裂安全值。

然而，有利地，该轴至少在预定断点处不被表面硬化。通过构造软的轴，使得可以获得设计更简单的预定断点。边缘层硬度的减小使得设计更容易，因为材料强度值的散布范围较小。因此，设计可以被更精确地调整到一定的转矩。

作为减缩的轴横截面的替代，预定的断点可以通过剪切销实现。

有利地，过载保护机构也可以通过作为滑动离合机构或脱开式离合机构实现。这样的配置具有这样的优点，即驱动单元的部件比如输出轴不会被毁坏。然而，这样的配置也昂贵得多。

根据本发明，过载保护机构的过载阀值，尤其是预定断点的断裂阀值小于小齿轮的齿和/或环形齿轮的齿的断裂阀值。这确保在传动装置受阻的情况过载保护机构在小齿轮的齿和/或环形齿轮的齿过载断裂之前作出响应。

本发明的驱动单元还有利地包括用于传动装置、过载保护机构和输出轴的主轴承的共用壳体。尤其是，传动装置和输出轴均被安装在该共用壳体处。过载保护机构因此可以在共用壳体中布置在传动装置和主轴承之间。

有利地，壳体构造成成是油密封的。由于本发明的过载保护机构的布置，即使在触发过载保护机构时，尤其是在预定断点断裂的情况下，壳体仍是油密封的，这是因为壳体的密封不会由于过载保护机构的触发而削弱。特别地，油密封布置在输出轴的主轴承区域。

本发明还包括一组两个或多个如上所述的驱动单元，用于共同驱动环形齿轮。本发明的过载保护机构确保在驱动单元中的一个受阻的情况下，环形齿轮的齿不会被其它驱动单元的力或外载荷所损坏。在发生过载时，例如由于驱动单元的传动装置受阻，发生故障的驱动单元在过载保护机构触发时松开环形齿轮，但仍存在另外的驱动单元为环形齿轮提供驱动力或提供保护以防止失控的运动。

本发明还包括带有环形齿轮的装置，其由至少一个根据本发明的驱动单元驱动。此外，本发明包括带有环形齿轮的装置，其由至少两个如上所述的驱动单元驱动。这所带来的优点已在上文中进行了描述。

特别地，环形齿轮可以是回转装置或摆动装置的部件，所述装置的组件借助于该环形齿轮可以相对于另一组件旋转或摆转。特别地，这可以是风力涡轮机的回转装置的环形齿轮，机舱或叶片通过它绕竖向旋转轴线转动。

此外，本发明还用于施工机械，尤其是移动式施工机械。例如，它可以是起重机或挖掘机的回转装置，塔架或上支架可通过该回转装置被转动。

特别地，本发明有利地被用于这样的回转装置或摆动装置，它们被两个或更多个驱动单元驱动。

环形齿轮同样可用于驱动绞车。特别地，在带有被一个或多个驱动单元驱动的外部环形齿轮的绞车中，环形齿轮因此可被保护以防止发生齿断裂。在此，当两个或更多个驱动单元一起被用于驱动环形齿轮时，使用本发明的驱动单元同样是有利的。

附图说明

现将结合附图和实施例来详细说明本发明，其中：

图1示出了带有环形齿轮和用于驱动环形齿轮的本发明的多个驱动单元的根据本发明的装置的第一实施例；

图2示出了根据本发明的驱动单元的第一实施例的横截面视图；

图3示出了根据本发明的驱动单元的第二实施例的横截面视图；

图4示出了根据本发明的驱动单元的第三实施例；

图5示出了根据本发明的驱动单元的第四实施例；

图6示出了根据本发明的驱动单元的第五实施例；

图7示出了根据本发明的驱动单元的第六实施例；和

图8示出了根据本发明的驱动单元的第七实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的装置的一个实施例。提供根据本发明的多个驱动单元1，它们一起驱动环形齿轮2。每个驱动单元1都包括马达3，在本实施例中为液压马达。作为替代，也可以使用其它马达，尤其是电动机。每个驱动单元都还包括传动装置和输出轴，它们安装在共用壳体10中。在输出轴上各布置一小齿轮6，小齿轮与环形齿轮2啮合。小齿轮6的多个齿7与环形齿轮的多个齿8相接。驱动单元1可以通过安装法兰安装在装置上。环形齿轮2是环形结构并且在其外侧具有多个齿8。环形齿轮还可以包括内齿圈。

在图1所示的实施例中，提供3个驱动单元用于环形齿轮2。然而，作为替代，也可以仅使用一个或两个驱动单元。使用三个以上的驱动单元同样是可想到的。例如在风力涡轮机中，已知的多个实施例中使用了8个或更多个驱动单元。

根据本发明的装置尤其可以是风力涡轮机，其中环形齿轮2用于使机舱绕着竖直旋转轴线转动。环形齿轮2也可以是施工机械尤其是起重机或挖掘机的回转装置或摆动装置的部件。例如，环形齿轮可以是这样的回转环，起重机或挖掘机的上支架通过它可以相对于下支架转动。环形齿轮也可以是这样的回转环，起重机的悬臂、塔架或上支架通过它可以相对于基座转动。此外，环形齿轮2还可以用于借助外驱动装置驱动绞车，尤其是起重机的缆绳绞车。

在这样的装置中，环形齿轮2在制造和组装方面都是极端成本密集型的，从而环形齿轮的这些齿8的损坏导致高成本。根据本发明，驱动单元1因此装设有过载保护机构。为了保护环形齿轮的齿8以防止其在多个驱动单元中的一个的传动装置受阻以及出现从环形齿轮2到该驱动单元的转矩流的情况下发生齿断裂，过载保护机构布置在传动装置和小齿轮6之间。过载保护机构的扭矩强度因此小于在该驱动单元的力路径上的所有其它构件的扭矩强度，尤其是小于要被保护的齿7，8的断裂安全值。

在传动装置受阻和从环形齿轮2到驱动单元的转矩流过载的情况下，过载保护机构因此被触发并保护环形齿轮8的齿以防发生齿过载断裂。这样的从环形齿轮2到驱动单元的转矩流尤其是可以在当外力例如风力或负载力作用在环形齿轮上时发生或者当多个驱动单元中的一个受阻并且其余的驱动单元仍传递转矩时发生。

特别地，过载保护机构布置在所有容易失效的传动构件，例如众齿轮件、行星齿轮螺杆或锁紧环之后。因此，位于过载保护机构之前的传动部件尺寸可以更小，从而节约成本。传动部件的较小尺寸是可行的，因为它们的失效不再会导致设备的整体损坏。另外，可以减少在传动部件处和在过载保护机构之前的所有部件处以及在相应的安装作业中的质量保证监控，因为在这些区域的失效不再会导致主要的损坏。

图2至8现在示出了根据本发明的驱动单元的多个不同实施例。所有实施例包括马达3以及由马达3驱动的传动装置4。马达3和传动装置4各自仅示意性地示出。而传动装置4又驱动布置有小齿轮6的输出轴5。输出轴5安装在主轴承9中，在该实施例中该主轴承由两个轴承构成，尤其是由两个球轴承或滚子轴承构成。过载保护机构布置在最后的传动构件14与输出轴的主轴承9之间。

由于布置在传动装置和输出轴的主轴承之间，过载保护机构位于存在纯扭转载荷的位置处。这样，弯曲载荷不会影响结果，从而可以调节明确的转矩极限值。另外，尽管触发了过载保护机构，但传动装置仍保持油密封，因为该密封不会由于例如预定断点的断裂而削弱。

传动装置4包括壳体10，输出轴5也通过主轴承9被支承在该壳体10上的。为此，提供多个轴承构件12，主轴承9的轴承件布置在该轴承构件上。因此过载保护机构位于壳体10的内部的传动装置和主轴承9之间。油密封13布置在主轴承区域，在该实施例中位于主轴承的两个轴承件之间。

在图2中示出了第一实施例，其中过载保护机构通过预定断点20实现。预定断点20与输出轴5一体制成并且布置在带有传动装置的最后的传动构件14的连接区15与在输出轴5上的主轴承9的轴承区之间。预定断点20通过输出轴5的横截面的减小来实现。为此，凹口设在输出轴5的外周上，通过该凹口限定出输出轴5的减小的横截面。另外，输出轴5还包括在凹口20区域的轴向延伸孔21。

输出轴5设计成是软的，因为边缘层硬度的减小使得设计构造更简单并且材料强度值的散布范围更小。因此，设计构造可被精确地调整到一转矩。然而，作为替代，输出轴5的表面硬化构造也是可行的。这仅需确保预定断点20的断裂阀值小于要保护的齿7，8的断裂安全值。

轴的减小的横截面具有大致恒定的应力，从而可以容易地调整限定的断裂阀值。抵抗力矩可以自由地选择并且可以很容易地在屈服开始与断裂开始时的关系中对抵抗力矩进行优化。实现必要的疲劳强度的期望凹口要素可通过半径的确定而获得。因为轴在预定断点区域被钻空，可能的扭转断裂因横截面被完全塑性化而不会导致两部件分散开。

在图3至8中示出了根据本发明的过载保护机构的其它实施例，这些过载保护机构同样布置在所有传动部件之后和输出轴的主轴承之前，并因此在传动装置像在第一实施例中那样受阻时使得环形齿轮是安全的。

在图3中示出的一个实施例中，过载保护机构通过剪切销实现。这些剪切销22布置在传动装置侧的最后的构件14与输出轴侧的构件23之间，其在连接区24不可转动地与输出轴5连接。剪切销具有限定的预定断点22。

在图4所示的实施例中，预定断点25与连接构件23制成一体，该连接构件在连接区24不可转动地与输出轴5连接。预定断点构造成连接构件23的横截面的减小。该连接构件23通过螺纹连接件26与传动装置侧的最后的构件14连接。

在图5和6中各示出了带有滑动离合机构的实施例，通过滑动离合机构实现过载保护机构。为此，输出轴5与传动装置侧的最后的构件14通过夹紧机构彼此摩擦连接，其中作为摩擦连接的结果，该连接具有载荷极限值，当超出该极限值时夹紧机构被松开。

在图5所示的实施例中提供夹紧螺钉27，带有锥形横截面的夹紧件被它压入到布置在输出轴5和传动装置侧的最后的构件14之间的相应的夹紧槽28中。夹紧件被构造成成多个夹紧环，其通过夹紧螺钉朝彼此移动。

在图6中所示的实施例中，输出轴的连接区31构造成锥体，其被压入在传动装置侧的最后的构件14上的倒锥形腔中。为此，提供螺钉29，这些螺钉与输出轴5的头部接合并且迫使压板30抵靠着传动装置侧的最后的构件14上的相应的压面。

在图5和6所示的过载保护装机构中，因为相应的压配合仅可以传递限定的转矩并且形成离合机构，当超出该转矩时，过载保护机构生效。

另一方面，在图7和8中，脱离式离合机构被用作过载保护机构。在图7中所示的实施例中，脱离式离合机构通过碟簧33来实现，该碟簧在联接状态下通过可滑动压力环32布置球34，从而这些球34在传动装置侧的最后的构件14与连接构件31之间的形成有效连接，该连接构件31不可转动地安装在输出轴上。在联接状态下，球34布置在传动装置侧的最后的构件14中的或连接构件31中的凹槽35，36中。

当超出限定的转矩时，这些球34逆着碟簧33的力被推出传动装置侧的最后的构件中的凹槽35，从而解除该有效连接。这里设有多个螺钉29，其通过板30沿轴向在输出轴5和传动装置侧的最后的构件14之间形成不可移动的连接。

另一方面，在图8所示的实施例中，在传动装置侧的最后的构件14和在输出轴侧上的连接构件37之间形成有效连接，其中一个构件的凸起与其它构件的凹槽相接合。特别地，这可以通过相应地啮合的齿40和39实现。

而连接构件37又与输出轴5不可转动地联接，但在纵向上可动并且通过弹簧38压靠着传动装置侧的最后的构件14。当超出限定的转矩时，连接构件逆着弹簧38的力被推离传动装置侧的最后的构件14并因此解除该有效连接。

由于本发明的在传动装置和输出轴的主轴承之间的过载保护机构的布置，本发明为被驱动单元驱动的环形齿轮提供了可靠的保护，从而在传动装置受阻的情况下，避免了主要的严重损坏。

Claims (21)

1.一种用于驱动回转装置或摆动装置的环形齿轮的驱动单元，其包括马达、传动装置、驱动轴以及壳体，所述传动装置和驱动轴安装在所述壳体中，在该驱动轴的位于壳体外的部分上布置有小齿轮用于驱动该环形齿轮，其中该驱动单元包括机械式过载保护机构，其特征是，该过载保护机构布置在该传动装置和该小齿轮之间，所述过载保护机构构造为预定断点。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征是，该过载保护机构布置在该传动装置和该驱动轴的主轴承之间。

3.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征是，该预定断点通过轴的横截面的减小来实现。

4.根据权利要求3所述的驱动单元，其特征是，该预定断点通过该驱动轴的横截面的减小来实现。

5.根据权利要求3所述的驱动单元，其特征是，所述轴包括在该预定断点区域外周上的凹口。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的驱动单元，其特征是，所述轴在该预定断点区域被钻空。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的驱动单元，其特征是，所述轴至少在预定断点区域不被表面硬化。

8.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征是，该预定断点通过多个剪切销实现。

9.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征是，该过载保护机构通过滑动离合机构或脱离式离合机构实现。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动单元，其特征是，该过载保护机构的过载阀值小于该小齿轮的齿和/或该环形齿轮的齿的断裂阀值。

11.根据权利要求10所述的驱动单元，其特征是，该预定断点的断裂阀值小于该小齿轮的齿和/或该环形齿轮的齿的断裂阀值。

12.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征是，还具有用于传动装置、过载保护机构和驱动轴的主轴承的共用壳体。

13.根据权利要求12所述的驱动单元，其特征是，所述壳体是具有油密封的壳体。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动单元，其特征是，所述过载保护机构构造为该驱动轴的预定断点。

15.用于共同驱动环形齿轮的一组两个或更多个根据权利要求1至14中任一项所述的驱动单元。

16.一种带有环形齿轮的装置，该环形齿轮由至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的驱动单元驱动。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征是，该环形齿轮由至少两个所述驱动单元驱动。

18.根据权利要求16或17所述的装置，其特征是，该环形齿轮是回转装置或摆动装置的部件。

19.根据权利要求16或17所述的装置，其特征是，该环形齿轮是风力涡轮机的回转装置或施工机械的回转装置或摆动装置的部件。

20.根据权利要求16或17所述的装置，其特征是，该环形齿轮是起重机或挖掘机的回转装置或摆动装置的部件。

21.根据权利要求16或17所述的装置，其特征是，该环形齿轮用于驱动绞车。