CN102057184A - 具有柔性销以及螺旋齿轮传动装置的行星齿轮系统 - Google Patents

Abstract

一种行星齿轮系统(A)，所述行星齿轮系统(A)包括螺旋中心齿轮和螺旋环形齿轮(2，4)以及螺旋行星小齿轮(6)，所述螺旋行星小齿轮(6)位于所述中心齿轮与所述环形齿轮之间并且与所述中心齿轮和所述环形齿轮啮合。所述齿轮系统还包括行星架(8)，所述行星架(8)具有：端壁(12)和柔性销(20)，所述柔性销(20)自所述端壁以悬臂方式延伸并且延伸至所述行星小齿轮中。每个柔性销在其远离所述端壁的端部支持套管(22)，所述套管(22)于其与所述柔性销隔开的位置在所述柔性销上向回延伸。用于所述柔性销的行星小齿轮在轴承(24)上围绕所述套管转动。这种设置使得所述柔性销将在相邻于所述行星架端壁处在一个方向上沿所述行星架的节圆在圆周方向上弯曲并且在相邻于附连至所述套管的位置处在相反方向上沿圆周弯曲。但是，所述螺旋齿轮给予所述行星小齿轮一力偶，所述力偶用于使所述套管朝向或远离所述系统的主轴线径向倾斜。偏斜抑制件(I)位于每个柔性销与围绕所述柔性销的套管之间从而防止径向偏斜。

Description

具有柔性销以及螺旋齿轮传动装置的行星齿轮系统

相关申请交叉引用

本申请要求2008年6月13日提交的美国临时申请61/061,390以及2008年7月1日提交的美国临时申请61/077,386的优先权或者其它权益，所述两申请通过引用的方式结合到本文中。

技术领域

本申请大体涉及行星齿轮系统，并且更具体地，涉及具有柔性销以及螺旋齿轮传动装置的行星齿轮系统。

背景技术

典型的行星齿轮系统具有中心齿轮、围绕所述中心齿轮的环形齿轮以及若干——通常为三个——行星小齿轮，所述行星小齿轮位于所述中心齿轮与所述环形齿轮之间并且与所述中心齿轮和所述环形齿轮啮合，并且除此之外，所述行星齿轮系统具有耦连于行星架，所述行星架耦连于所述行星小齿轮，从而建立所述行星小齿轮绕行星架转动的轴线。通过这种方式构造的齿轮系统将通过该系统传输的扭矩分为若干负载路径，所述负载路径的数目等于行星小齿轮的数目。这减小了每次啮合的力并且使得系统能够以相对紧凑的构造传输大量动力。换句话说，其提供高动力密度。

通常，环形齿轮保持固定，而行星架以及中心齿轮进行转动。在这种设置中，动力可以应用于行星架的一端并且以不同的速度和扭矩通过中心齿轮进行传递。这适用于利用风能产生动力并且将动力转化为电能的风力涡轮机中的传动系统。

典型地，行星齿轮系统依赖正齿轮传动，在正齿轮中，齿轮齿与齿轮轴线平行。但是，尽管螺旋齿轮和双螺旋齿轮都是可用的，但是并非有利的。

不考虑齿轮装置的类型，制造这种齿轮的过程中的加工公差使得若干行星小齿轮与中心齿轮和环形齿轮之间的啮合存在变化。当扭矩施加于系统，具有最小间隙的啮合通过本身传递载荷，直到该啮合达到足够偏斜，从而使得具有下一个最小间隙的啮合能够经受一部分载荷。这种情况持续进行，直到所有的啮合都承担载荷。但是，一些啮合相比其它啮合支承更多的载荷。

许多行星齿轮系统都利用其中行星小齿轮在两壁之间于销上转动的跨式行星架，所述销在所述两壁之间延伸并且每个销的两端都锚定于所述壁中。当扭矩在一个端壁处施加于行星架时，行星架将使每个销的一端扭转并且向前运动超过另一端。这使得行星小齿轮相对于中心齿轮和环形齿轮偏斜，并且干扰了行星小齿轮与中心齿轮和环形齿轮之间的啮合。

其中行星小齿轮支承在所谓的“柔性销”上并且围绕所述“柔性销”转动的行星齿轮系统有助于缓解行星小齿轮之间的不均匀的载荷分配以及小齿轮的偏斜。在这方面，用于行星小齿轮的柔性销作为行星架的一个部件在一端锚定于所述行星架的壁中并且自所述壁以悬臂方式延伸。所述柔性销的另一端具有牢靠地装配于其上的套管，并且所述套管在所述柔性销上向后延伸或者与所述柔性销径向分开。所述套管形成轴承的一部分或者承载轴承，所述轴承支承行星小齿轮中的一个。在行星架壁处，所述柔性销相对于主轴线在一个方向上沿圆周弯曲，并且其相对端在另一个方向上同样沿圆周弯曲，从而使得套管与轴线保持平行。换句话说，柔性销工艺采用双悬臂用以平衡载荷分配并且补偿有可能发生的其它偏斜。对柔性销工艺的进一步探讨见于US 7,297,086以及WO2007/016336中，上述专利通过引用的方式结合于本文中。

相比正齿轮，螺旋齿轮的操作更加平顺并且噪声更小。而且，相比同等尺寸的正齿轮上的齿，螺旋齿轮上的齿更长并且更坚固。但是，因为行星小齿轮在中心齿轮与行星小齿轮之间的啮合处经受推力负荷并且在确实沿相反方向的行星小齿轮与环形齿轮之间的啮合处经受额外的推力负荷，所以并未发现螺旋齿轮装置在利用柔性销工艺的行星齿轮系统中是有利的。因此，每个行星小齿轮都进行配合，从而使得所述行星小齿轮绕之转动的套管在朝向或远离系统主轴线的方向上倾斜。尽管柔性销沿行星架节圆的圆周方向的弯度用于改善行星小齿轮与中心齿轮和环形齿轮之间的啮合，但是朝向和远离主轴线的弯度干扰了啮合，从而增加了磨损和噪声。无疑，具有双螺旋线的人字齿轮消除了这一问题，但是制造这种齿轮引入了螺旋齿轮所不具有的复杂性以及高成本。

附图说明

图1是根据本发明构造并且实施本发明的行星齿轮系统的局部剖切截面立体图；

图2是形成行星齿轮系统的一部分并且具有偏斜抑制件的柔性销组件的纵向截面图；

图3是沿图2中的线3-3截取的柔性销组件的局部截面图；

图4是具有可替换的偏斜抑制件的柔性销组件的纵向截面图；

图5是沿线5-5截取的局部截面图；

图6是与图5类似但是示出了另一种可替换偏斜抑制件的局部截面图；以及

图7是类似于图5并且示出了又一种可替换偏斜抑制件的局部截面图。

具体实施方式

现在参照附图，围绕中心轴线X布置的行星齿轮系统A(图1)包括中心齿轮2、环形齿轮4以及位于中心齿轮2与环形齿轮4之间并且与中心齿轮2和环形齿轮4啮合的行星小齿轮6。所有的上述齿轮都是螺旋齿轮，并且因此这些齿轮的齿相对于其轴线成角度地定向。此外，传动装置A包括行星架8，所述行星架8确定行星小齿轮6所绕之转动的轴线Y。中心齿轮2、环形齿轮4或行星架8中的任意一个都可以保持固定不转，而另外两个进行转动，扭矩施加于进行转动的两个中的一个并且自另一个进行传递。在所示的传动装置A中，扭矩施加于行星架8并且自中心齿轮2进行传递，而环形齿轮4保持固定。这种设置非常适合在风力涡轮机中用于风力涡轮机的风动转子与发电机之间。为此目的，行星架8具有扭矩所施加于其上的端壁12或另一端构件，而中心齿轮2具有耦连于其上的输出轴14。

除了端壁12，行星架8(图2)具有自端壁12突出并且确实自端壁12以悬臂方式延伸的柔性销20，每个行星小齿轮6都具有一个柔性销20。每个柔性销20在远离端壁10的端部处都与朝向端壁12在柔性销20上向回延伸的套管22装配在一起，但是除了柔性销20的远端——在该远端处套管22牢靠并且固定地围绕柔性销20进行装配——之外，套管22与柔性销20隔开。实际上，套管22自柔性销20的远端以悬臂方式延伸，从而产生了所述的双悬臂。

套管22沿其向外伸展的表面支承轴承24(图2)，并且轴承24又支承行星小齿轮6中的一个。轴承24可以采用双列圆锥滚子轴承的形式，其中，套管22和小齿轮6提供滚道26，圆锥滚子28沿滚道26滚动。可替换地，内部滚道26可以位于紧贴地套于套管22上的称作内圈的独立内座圈上。同样地，用于轴承24的外部滚道26可以位于套于行星小齿轮6内的称作外圈的独立座圈上。同样，套管22可以用作用于简单的平面轴承的轴颈。如果轴承24采取抗摩轴承的形式，则其应当是圆锥滚子轴承。实际上，其还能够采取双列角接触球轴承、一个或多个深沟球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承或球面滚子轴承的形式。

柔性销20、柔性销20支承的套管22、使得小齿轮6能够在套管22上转动的轴承24、包括或不包括小齿轮6构成了柔性销组件B(图2)。当内部滚道26在其形成套管22的表面的情况下实际上位于套管22上时，这种装置有时被称作“整体式柔性销”。

通过柔性销20和在柔性销20上向回延伸的套管24形成的双悬臂使得行星小齿轮6所绕之转动的偏置轴线Y基本保持平行于中心轴线X。这又保证了行星小齿轮6与中心齿轮2和环形齿轮4之间的良好啮合。更具体地，当扭矩施加于端壁12时，每个柔性销20都在壁12附近大体在圆周方向上沿由若干柔性销20限定的节圆偏斜，使得其远端跟随锚定于壁12中的端部。但是，销20在其远端处具有足够的柔性以在相反方向上沿圆周弯曲，从而使得套管22保持平行于中心轴线X。将这种设置与其中每个销的两端锚定于两个壁中的具有两个壁的跨式行星架进行对比。那种类型的行星架在扭矩通过其中传递的情况下产生形变，并且销相对于传动装置的中心轴线偏斜。双悬臂进一步使得柔性销组件B能够与系统A中的其它柔性销组件B更好地分担所传递的扭矩。

用于各个行星小齿轮6的柔性销20(图2)具有基部20和头部32，在基部处柔性销20装配于行星架8的端壁12并且在头部32处套管22装配于柔性销20。在柔性销20的基部30与头部32之间具有柄部34。为了增加柔性销20远离端壁12的柔性，柄部34可以包括紧邻头部32凹槽36。

套管22在其远离行星架8的端壁12的端部处具有安装部40并且沿该安装部40紧密地装配于柔性销20的头部32上。实际上，头部32和安装部通过例如焊接点42固定地连接在一起。在安装部40的范围之外，套管22具有开孔44，所述开孔44的表面与柔性销20的柄部34略微隔开，使得套管22至少能够沿由柔性销20限定的节圆在圆周方向上移位。

当扭矩通过系统A传递时，每个行星小齿轮6与环形齿轮4啮合，从而产生力。最终，扭矩在行星小齿轮6与环形齿轮4的啮合齿处进行传递。该力分解为实际传递扭矩的切向分力Tpr和适于啮合正齿轮的径向分力Rpr。此外，由于啮合齿的螺旋切割，该力还分解为推力分力或轴向分力Apr。同样地，当行星小齿轮6与中心齿轮2啮合时，存在另一个力，并且该力分解为切向分力Tps、径向分力Rps以及通过推力轴承而在轴14处受到反作用的推力或轴向分力Aps。切向分力Tpr和Tps是相等的并且可以相加。所述切向分力传递扭矩，并且在传递扭矩时使得柔性销20在相邻于端壁12处沿一个方向弯曲并且在相邻于其头部32处沿相反方向弯曲，并且弯曲的两个方向沿由柔性销20限定的节圆。换句话说，柔性销20围绕主轴线X沿圆周弯曲。径向分力Rpr和Rps相等并且相反，因此相互抵消。所述径向分力不会造成柔性销20的偏斜。

但是，尽管轴向分力Apr和Aps相等，但它们同样是相反并且可以相加的。所述轴向分力的确不会在轴承24上造成过多推力载荷。但是由于可相加，因此所述轴向分力产生旨在使行星小齿轮6围绕沿其轴线Y的一点转动的力偶。确实，如果未被抵消，则该力偶将使得柔性销20在由偏置轴线Y与主轴线X限定的平面内弯曲。这将使小齿轮6倾斜并且破坏小齿轮6与环形齿轮4之间以及小齿轮6与中心齿轮2之间的啮合。为了防止轴向分力Apr和Aps造成行星小齿轮6的倾斜，将偏斜抑制件I在由两个平行轴线X和Y限定的平面中置于套管22与柔性销30之间，或者至少使得所述偏斜抑制件I在该平面中有效果。所述抑制件I可以由套管22、柔性销20或这二者带有，或者可以是置于这两者之间的分离元件。

偏斜抑制件I可以采用突出件50(图2和3)的形式，突出件50在套管22的最靠近行星架端壁12的端部处自套管22的开孔44向内延伸。所述突出件50位于由轴线Y和X限定的平面中，即，沿自主轴线X发出并且延伸经过偏置轴线Y的半径。所述突出件50或者与柔性销20的柄部34略微接触，或者与所述柔性销20的柄部34形成短距离，可能不超过0.010英寸。由沿行星小齿轮6作用于两啮合处的力的轴向分力Apr和Aps所产生的力偶驱动突出件50抵靠柔性销20的柄部34，但是套管22的自由端不会移离主轴线X。

在突出件50可以撑靠柔性销20的柄部34的位置处，柔性销20的柄部34可以覆盖有摩擦涂层(tribiological coating)，从而减小磨损和磨蚀。这同样适用于突出件50本身。

偏斜抑制件I还可以采用位于套管22与柔性销30的柄部34之间的滚子56(图4和5)的形式，所述滚子56同样位于由平行轴线Y和X限定的平面中。所述滚子56的轴线与轴线X和Y平行。滚子56抵靠柔性销20上的平台58和套管22中的另一个平行平台60进行操作，其中，两个平台58与60之间的间隔对应于滚子56的直径。实际上，平台60延伸跨过凹部62的底部，所述凹部62向套管22的开孔42开口并且具有端部边缘和侧边缘，在所述侧边缘处，开孔42的表面与柔性销30的柄部34之间的间隔小于滚子56的直径。因此，凹部62对滚子56进行限制，使得滚子56不能在两个平台58与60之间从滚子56的操作位置移位。

套管22中的凹部62可以容纳并排布置的两个滚子56(图6)，并且所述两个滚子56可以通过定位圈66分开，所述定位圈66紧固于套管22或者可替换地紧固于柔性销30的柄部34。所述定位圈66也可以用于安置一个滚子56。

偏斜抑制件I可以采用附连于套管22的垫68的形式(图7)。所述垫68或者与柔性销20的柄部34上的平台58略微接触，或者与所述平台58分开最小距离。在所述垫68与所述平台58接触的情况下，所述垫68与所述平台58可以包覆有摩擦涂层，或者所述垫68与所述平台58至少其中一个可以包覆有摩擦涂层。所述垫68可以固定地附连于柄部34并且与平台60接触，在这种情况下，平台60应当延伸超过垫68的侧面。

US 6,764,219及其对应国际申请WO 03/085276公开了适合用于垫66和68、平台58和60以及滚子56的摩擦涂层，上述申请通过引用的方式结合于本文中。

根据行星小齿轮6的转动方向，无论采用何种形式，偏斜抑制件I都可以布置为超过偏置轴线Y，从而使得轴线Y位于抑制件I与主轴线X之间。同样地，柔性销组件B可以具有两个偏斜抑制件I，一个位于轴线Y内侧，而另一个位于轴线Y外侧。

Claims (18)

1.一种行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括：

中心齿轮，所述中心齿轮沿主轴线布置并且具有外部螺旋齿；

环形齿轮，所述环形齿轮同样沿所述主轴线布置并且具有内部螺旋齿；

行星小齿轮，所述行星小齿轮位于所述中心齿轮与所述环形齿轮之间并且具有螺旋齿，所述行星小齿轮在所述螺旋齿处与所述中心齿轮以及所述环形齿轮啮合并且围绕平行于所述主轴线的偏置轴线转动；以及

行星架，所述行星架包括：端构件；柔性销，所述柔性销自所述端构件以悬臂方式延伸并且延伸至所述行星小齿轮中；套管，所述套管在远离所述端构件的位置处安装于所述柔性销上并且在所述套管与所述柔性销隔开且位于所述行星小齿轮内的位置处在所述柔性销上向回延伸；以及偏斜抑制件，所述偏斜抑制件位于所述套管与所述柔性销之间用于防止所述套管在大体由所述主轴线和所述偏置轴线限定的平面中偏斜。

2.如权利要求1所述的齿轮系统，其中，所述偏斜抑制件位于由所述主轴线和所述偏置轴线限定的平面中。

3.如权利要求2所述的齿轮系统，其中，所述偏斜抑制件是在所述套管与所述柔性销之间延伸的突出件。

4.如权利要求2所述的齿轮系统，其中，所述突出件附连于所述套管。

5.如权利要求1所述的齿轮系统，其中，所述偏斜抑制件是位于所述套管与所述柔性销之间的滚子。

6.如权利要求5所述的齿轮系统，其中，所述柔性销和所述套管具有相对的平台并且所述滚子位于所述平台之间。

7.如权利要求6所述的齿轮系统，其中，所述套管上的所述平台沿所述套管中的凹部的底部设置。

8.如权利要求1所述的齿轮系统，其中，所述偏斜抑制件包括位于所述柔性销上或位于所述套管上的垫。

9.如权利要求8所述的齿轮系统，其中，所述垫包覆有摩擦涂层。

10.用于在行星齿轮系统中确立偏置轴线的柔性销组件，所述柔性销组件包括：

柔性销，所述柔性销具有：基部，所述基部构造为用于固定于行星架的端构件；头部，所述头部安置为在所述基部的范围之外；以及柄部，所述柄部位于所述基部与所述头部之间；

套管，所述套管围绕所述柔性销布置并且具有安装部和开孔，所述套管在所述安装部处牢靠地固定于所述柔性销的头部，所述开孔的表面与所述柔性销的柄部分隔开；

螺旋行星小齿轮，所述螺旋行星小齿轮围绕所述套管和所述柔性销布置；

轴承，所述轴承位于所述行星小齿轮与所述套管之间，从而使得所述行星小齿轮能够围绕所述偏置轴线转动；以及

偏斜抑制件，所述偏斜抑制件位于所述柔性销的柄部与所述套管之间，用于防止所述套管在包含所述偏置轴线的平面中朝向所述柔性销偏斜。

11.如权利要求10所述的柔性销组件，其中，所述偏斜抑制件附连于所述套管并且朝向所述柔性销的柄部向内突出。

12.如权利要求10所述的柔性销组件，其中，所述偏斜抑制件包括位于所述柔性销的柄部与所述套管之间的滚子。

13.如权利要求12所述的柔性销组件，其中，所述柔性销的柄部和所述套管具有相对的平台并且所述滚子位于所述平台之间。

14.如权利要求13所述的柔性销组件，其中，所述套管包括向所述套管的开孔中开口的凹部并且所述套管上的平台位于所述凹部中。

15.如权利要求10所述的柔性销组件，其中，所述偏斜抑制件包括安装于所述柔性销的柄部上或者位于所述套管的开孔中的垫。

16.围绕主轴线布置的一种行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括：

螺旋中心齿轮，所述螺旋中心齿轮沿所述主轴线布置；

螺旋环形齿轮，所述螺旋环形齿轮围绕所述中心齿轮和所述主轴线布置；

螺旋行星小齿轮，所述螺旋行星小齿轮位于所述中心齿轮与所述环形齿轮之间并且与所述中心齿轮和所述环形齿轮啮合，所述行星小齿轮围绕平行于所述主轴线的偏置轴线转动；

行星架，所述行星架具有围绕所述主轴线布置并且超出所述行星小齿轮的端部的端构件，所述行星架在各个行星小齿轮处还包括：

柔性销，所述柔性销自所述端构件以悬臂方式延伸并且突出至所述行星小齿轮中，所述柔性销具有：所述柔性销牢靠地固定于所述端构件的基部、远离所述端构件布置的头部以及位于所述基部与所述头部之间的柄部；

套管，所述套管围绕所述柔性销布置并且具有安装部和开孔，所述套筒在所述安装部处牢靠地固定于所述柔性销的头部，所述柔性销的柄部位于所述开孔中，其中，所述柄部与所述开孔的表面分隔开；

轴承，所述轴承位于所述行星小齿轮与所述套管之间，从而使得所述行星小齿轮能够围绕所述偏置轴线转动；以及

偏斜抑制件，所述偏斜抑制件位于所述柔性销的柄部与所述套管之间，从而防止所述套管朝向或远离所述主轴线偏斜，但是不会防止所述套管相对于所述主轴线沿圆周方向的偏斜。

18.如权利要求16所述的行星齿轮系统，其中，位于每个行星小齿轮处的所述偏斜抑制件都附连于所述套管并且朝向所述柔性销的柄部自所述套管向内突出。

19.如权利要求16所述的行星齿轮系统，其中，位于每个行星小齿轮处的所述偏斜抑制件都包括在所述套管的开孔内位于所述柔性销的柄部与所述套管之间的滚子。

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