CN104769314A - 行星齿轮装置 - Google Patents

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Abstract

一种行星齿轮装置，包括预定数量的行星齿轮(3)和具有两个壁(8，9)的行星齿轮架(5)，所述行星齿轮装置由界定相应轴线(X)且其端部(10、11)固定到所述行星齿轮架的相应壁的支撑销(6)安装、支撑在两个壁(8、9)上，其中每个支撑销在其一端(11)设置有在其厚度中获得的环形槽(12)，并且其中所述槽具有的沿所述轴线(X)的延长低于所述行星齿轮的啮合带(13)沿所述轴线(X)的延长。环(14)可被设置成部分插入所述槽并且具有的轮廓等于其所插入的槽的部分的轮廓。此类环用作用于在预定负载下屈服达到与所述环接触的所述销的屈服部件的机械止动件。

Description

行星齿轮装置
发明领域
本发明涉及一种行星齿轮装置，所述行星齿轮装置是配备有太阳齿轮、行星齿轮和行星齿轮架的用作减速器的齿轮装置。
技术水平
行星齿轮装置是机械齿轮系统，在所述机械齿轮系统中通常是运动输入端的称为太阳齿轮(太阳轮)的中心轮或小齿轮向环绕它并反过来与内齿轮啮合的行星齿轮分配所施加的负载。除了具有绕其自身轴线的旋转运动以外，行星齿轮也与称为轮系支架或者也称为差动伞齿轮的行星齿轮架构件的结构整体地旋转，在所述行星齿轮架构件的结构上所述行星齿轮由特定的销和滚动轴承组装、支撑。行星齿轮架的旋转轴线和太阳齿轮的旋转轴线重合。
在行星齿轮系统中，行星齿轮架的结构可具有两个壁或突出销。由于行星齿轮的支撑销靠在行星齿轮架的相应壁的两端上，具有两个壁的行星齿轮架通常允许使用较大宽度的啮合带并获得对较大负载的抵抗性，并且因此相对于具有突出销的行星齿轮架提供改进性能。
行星齿轮架通常具有通过销朝向行星齿轮架的壁传输的负载的集中，所述负载的集中位于运动输出侧处，所述运动输出侧是其中行星齿轮的支撑销从其的突出较长的所述行星齿轮系统的一侧。所传输的负载反而在与运动输出侧相反的行星齿轮系统的另一侧处减小。随着所传输的转矩增大，此类系统的不平衡转换成行星齿轮的销的越来越不对准。这导致沿(太阳-行星和行星齿轮)彼此啮合的齿轮齿的各侧的线性负载的非均匀分布以及所述系统中的所有行星齿轮间的切向负载的非均匀划分。
例如，如文件US2010/0077881和US8075443中所述，为了适于提高其柔韧性的具有突出销的行星齿轮架已经开发了各种系统。这些文件中所示的解决方案是指突出的行星齿轮架，即行星齿轮的支撑销固定到单个壁，并且提供专用轴承的使用，其特征在于具有固定到销的细长内轴承环，即相对于外环更宽，以便使系统更灵活。这些系统可因此仅用此专用轴承起作用，此专用轴承在市场上比标准轴承成本更大。
在具有带有两个壁的行星齿轮架的行星齿轮装置中，齿轮上的负载分配与由具有两个壁的行星齿轮架组成的灵活系统、两个相对的壁之间的连接轮辐和界定行星齿轮的支撑轴承座的支撑销相关联。
然而，随着负载朝向两端中的一端(运动输出端)集中从而显著地减小行星齿轮系统的传输容量，通过行星齿轮销传输到行星齿轮架的两个相对的壁的总转矩的部分确定行星齿轮架的两个壁的不同行为并且这导致支撑销的显著不对准。此外，随着实际行星齿轮的数量增加，不对准问题变得显著，并且可导致点蚀现象，即齿轮上的腔体形成和裂纹的连续形成。为了弥补不对准，齿轮的齿常常是冠状的，但此解决方案不充分或者对于所有负载水平可甚至起相反作用。
因此，需要制作允许克服上述缺点的行星齿轮装置。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种行星齿轮装置，所述行星齿轮装置允许具有两个壁的行星齿轮架具有以最优方式管理负载的不均匀性所需要的柔韧性并且重新分配由于作用在行星齿轮的支撑轴承上以及齿的啮合带上的转矩而引起的不对准，以便增加行星齿轮系统的传输容量。
本发明的进一步目的是提供一种其中具有两个壁的行星齿轮架具有带有最大安全限制的受控柔韧性的行星齿轮装置。
本发明的另一个目的是提供一种具有带有两个壁的行星齿轮架的行星齿轮装置，所述行星齿轮装置能够管理行星齿轮的支撑销的不对准，能够与标准的滚动轴承相互作用，从而不需要专用轴承，并且能够确保这些标准轴承具有相对于当前系统中获得的耐久性提高的耐久性。
因此本发明提出通过提供一种行星齿轮装置来实现上述目的，所述行星齿轮装置根据权利要求1包括预定数量的设置有啮合带的行星齿轮；配备有两个壁的行星齿轮架，其中行星齿轮安装在行星齿轮架上；支撑行星齿轮并界定相应纵向轴线的支撑销，每个支撑销包括：
-固定到所述两个壁的第一壁的第一端部段，
-固定到所述两个壁的第二壁的第二端部段，
-第三中心段，所述第三中心段具有的直径大于所述第二端部段的直径，由此环形肩界定在第三中心段和第二端部段之间，
其中环形槽设置在所述环形肩上，所述环形槽具有的沿纵向轴线的深度低于行星齿轮的啮合带沿相同纵向轴线的延长，由此所述中心段的环绕所述环形槽的环形端部分界定支撑销的屈服区域；
并且其中刚性大于或等于所述环形端部分的刚性的环至少部分插入环形槽，以用作用于可在负载下屈服达到与所述环接触的所述屈服区域的机械止动件。
本发明在行星齿轮架中提供区域的引入，该区域在根据行星齿轮架的全局可变形性而量化的负载下屈服于在适当位置上的负载并屈服于应用范围，以便最小化或消除由于在负载下销的不对准或由于系统中的最小结构误差而产生的影响。
本发明提供具有不同直径的纵向支撑销的使用，所述纵向支撑销在运动输出侧上，即在负载最集中在其上的一侧上具有优选通过去除材料制成的圆柱形或截头圆锥形槽，该槽确定销的屈服区域。
销上的槽基于所述槽的轴向深度和高度赋予所述销一定程度的柔韧性：所述销的一端处的屈服区域在来自行星齿轮系统的运动的输出侧上的存在允许将通常集中在这一点的部分负载带到所述销的最刚性区域；从而减小壁的不对准影响并使所传输的负载分配朝向啮合带的中间。
因此，槽构成能够修改在轴承和齿轮上的负载分配的柔性元件；轴向加工深度、锥度和预定厚度允许销的可变形性与行星齿轮架的一般刚性和所施加的外部负载相关。因此，槽和屈服区域的不同设计允许通过使不同销适应于其中可使用的不同应用来校准干预转矩范围。
本发明的第一变型规定每个行星齿轮的支撑销是以单个工件做成的单块，其中环形槽通过移除材料的一部分做成。
本发明的第二变型反而规定每个行星齿轮的支撑销由两个不同工件形成：第一平滑工件和以成形套管的形状的第二工件，所述第二工件被布置到相对于所述第一工件同轴，以便连同第一工件界定上述槽。此第二变型尤其容易有利于越来越大的齿轮装置尺寸。
为了使柔性元件更有效并在过载的情况下保护柔性元件，两个变型都可有利地提供以使得限制槽的变形高于给定的转矩值的方式抵抗外部过载插入安全元件。由于此安全元件以插入槽的机械变形止动件的形式，销的屈服区域仅屈服达到最大预定量，以防止过多的负载损坏所述销。特别是，防止永久销变形，或甚至防止屈服部件的破裂。
销的屈服部件的变形止动件通过在销槽中至少部分地引入金属安全环而做成，所述安全环具有与所述槽基本相同的截头圆锥形或圆柱形轮廓。
有利地，一旦安全环插入槽中，环的外表面和槽的对应内表面之间就有间隙，由此所述间隙允许在过载的情况下调整支撑销的最大柔韧性，其中槽的对应内表面是支撑销的中心段的环形端部分的内表面。
此间隙的尺寸被设计，以便将销的屈服端部区域的变形限制到预定值。事实上，槽和机械止动件之间的间隙提供销所期望的柔韧性范围，其中此类间隙量化销的屈服并确定其操作范围。在将屈服区域放置成与机械止动件接触的负载的情况下，销的操作范围是左边，这不具有另外形式的柔韧性并且表现为典型的销，其中沿所述销的整个长度的刚性是恒定的。
安全环的外表面的轮廓的形状对应于销的中心段的环形端部分的对应内表面的轮廓的形状。
有利地，布置在每个支撑销和相应行星齿轮之间的至少一个轴承的内环是与支撑销不同的部件。
有利地，根据本发明所述的齿轮装置中的行星齿轮的柔性支撑销可与标准销或具有不同特征的其他柔性销互换。
本发明的主题，行星齿轮装置，可以例如有利地应用作为用于扁平产品的压延机的控制齿轮装置、用于卷绕机的主轴的控制齿轮装置并应用在用于风能的产生的放大器中。
从属权利要求描述了本发明的优选实施方式。
附图说明
借助于附图，根据通过非限制性示例的方式公开的行星齿轮装置的优选但不排他性的实施方式的详细描述，本发明的进一步特征和优点将更加显而易见，其中：
图1表示根据本发明所述的行星齿轮装置的透视图；
图2a表示根据本发明所述的齿轮装置的一部分的第一部分截面透视图；
图2b表示图2a中的部分的第二部分截面透视图；
图3表示根据本发明所述的齿轮装置的第一变型的部分截面图；
图4a表示所述第一变型的组件的侧视图；
图4b表示图4a中的组件的截面图；
图5表示根据本发明所述的齿轮装置的第二变型的部分截面图；
图6a表示所述第二变型的组件的侧视图；
图6b表示图6a中的组件的截面图；
附图中相同的数字和相同的参考字母标识相同的元件或组件。
发明优选实施方式详述
图1表示本发明主题的行星齿轮装置，所述行星齿轮装置用数字1在全文中表示并包括：
-运动通过其被输入齿轮装置中的称为太阳齿轮或简称为太阳轮的中心轮或小齿轮2；
-预定数量的环绕并啮合太阳轮2的行星齿轮3(行星轮)，例如四个行星齿轮3；
-环绕并啮合行星齿轮3的内齿轮4。
除了具有绕其自身轴线的旋转运动以外，行星齿轮3与行星齿轮架或轮系支架5的结构整体地旋转，行星齿轮3由界定相应纵向轴线X的特定支撑销6和布置在所述销6上的诸如滚动轴承等的轴承7组装、支撑在所述行星齿轮架或轮系支架5的结构上。行星齿轮架5的旋转轴线和太阳轮2的旋转轴线重合。
行星齿轮架5是具有两个壁的这种类型的行星齿轮架，其中支撑销6正交地固定到行星齿轮架的壁8和9。
图2a和图4b表示根据本发明的行星齿轮装置的第一实施方式，其中每个支撑销6以单个工件做成并包括：
-固定到行星齿轮架5的第一壁8的第一端部段10，
-固定到行星齿轮架5的第二壁9的第二端部段11，
-和第三中心段20，所述第三中心段20具有的直径大于所述第二端部段11的直径，由此环形肩21界定在第三中心段20和第二端部段11之间。
反过来第一端部段10具有比第三中心段20的直径大的直径，以便界定用于将所容纳的轴承7的内环靠在所述第三中心段20上的进一步的肩22。在图2和图3中的示例中，两个轴承7，例如具有双列圆柱形滚子的轴承，被设置成靠在销6的中心段20上并且由间隔件23分离。可替代地，可以提供不同数量的轴承，甚至只有一个，和其他类型的滚动轴承。
可能性是不排除提供具有相等直径的第一端部段10和第三中心段20。
和现有技术的解决方案不同，布置在支撑销6和相应行星齿轮3之间的至少一个轴承7的内环是完全与所述支撑销不同的部件。所述轴承是标准轴承，且因此价格更实惠。
有利地，通过加工来移除材料而获得的环形槽12设置在环形肩21上，环形槽12具有的沿纵向轴线X的深度低于行星齿轮3的啮合带13的沿相同纵向轴线X的延长。
啮合带或带的宽度是所接触的齿轮齿的齿侧面(flank)的沿轴线X的纵向延长，即彼此啮合的齿轮的宽度(参见图3和图5)。
环形槽12有利地在与来自齿轮装置的运动的输出侧对应的端部段11处做成，所述来自齿轮装置的运动的输出侧即负载通常集中在其上的一侧。槽12的存在界定支撑销6的屈服区域，所述屈服区域允许将负载的一部分带回到销的非屈服的和因此更刚性的区域并重新分配当所传输的转矩的影响干预时发生的两个壁8、9间的不对准。所述屈服区域由销6的中心段20的环形端部分12’表示，所述环形部分12’在外部环绕环形槽12。
通过提供等于不超过啮合带13沿相同轴线X的纵向延长的50％的环形槽12沿纵向轴线X的延长，已经获得在这个意义上良好的结果。
通过提供包括在所述啮合带13的延长的20％和50％之间的沿纵向轴线X的环形槽12的延长，已经获得特别优异的结果。
通过提供优选金属材料的刚性环14可以表示进一步的优点，该刚性环14至少部分插入环形槽12且具有基本上等于其所插入的槽12的部分的轮廓的对应轮廓。具有大于或等于所述环形端部分12’的刚性的刚性的此类环14用作用于在预定负载下屈服达到与所述环14接触的销6的屈服区域的机械止动件，即用作所述环形端部分12’的机械止动件。
环14具有插入环形槽12的第一部分和在环形槽12外部的第二部分，所述第二部分邻接在所述环形肩21上并阻挡至少一个轴承7的内环在适当位置上。事实上，此第二部分被布置成与轴承7的内环直接接触。环14的所述第二外部分的存在确定了环14从环形槽12的更容易抽取和轴向地阻挡轴承7的可能性。
在优选的变型中，如图中所示，安全环14是其中不具有任何腔体的固体环。
有利地，环14的第一部分具有低于所述槽12沿所述轴线X的延长的在环形槽12内的沿轴线X的延长。优选地，所述第一部分的纵向延长等于不超过槽12沿轴线X的延长的80％。甚至更优选地，所述第一部分的纵向延长被包括在环形槽12的延长的20％和80％之间。
止动环14被有利地放置在负载下的最大屈服区域中，即放置在槽12的外区域中，由此更容易控制甚至最小的变形。
此外，环14的第一部分的相对于纵向轴线X的最外层表面的轮廓的形状等于环形槽12的近侧内表面的轮廓。此类轮廓是圆柱形(图5)或截头圆锥形(图3)侧表面的轮廓。
有利地，环14的第一部分的所述最外层表面和环形槽12的所述近侧内表面之间设置间隙，由此所述间隙允许在过载的情况下调整支撑销6的最大柔韧性。此间隙特别地确定了销的最大柔韧性的程度，即销的操作范围。一旦槽的内表面与用作机械止动件的环14的第一部分的最外层表面紧密接触，销6的屈服区域就不再具有进一步屈服的可能性且因此用作无屈服区域和柔韧性的标准销。
当齿轮装置停止时，通过提供可从槽的最大高度值的约5/1000至15/1000变化的所述间隙的值，已经实现了优异的结果，其中所述间隙的值是沿垂直于纵向轴线X的方向的槽的最大宽度的值。
如果槽12的轮廓是圆柱形侧表面的轮廓，沿轴线X保持恒定的槽的高度被有利地包括在啮合带13沿轴线X的纵向延长的20％和40％之间。
如果槽12的轮廓是截头圆锥形侧表面的轮廓，则靠近肩21的槽的最大高度被有利地包括在啮合带13沿轴线X的纵向延长的20％和50％之间，并且其倾斜的表面25具有相对于轴线X的等于约3°-7°，例如5°的倾斜角。
图5至图6b表示根据本发明所述的行星齿轮装置的第二实施方式，第一实施方式的描述对于其是有效的，除每个支撑销6不是以单个工件做成而是由两个工件形成这一事实之外。支撑销6的第一工件包括第一端部段10、第二端部段11和直径基本上等于所述第二端部段11的直径的中心主体30。因此，此类第一工件是平滑销，具有直径在第一端部段10和中心主体30之间的单个可能的变型。
支撑销6的第二工件是套管31，所述套管31在外部布置在所述中心主体30上并在内部在其一端处成形，连同中心主体30界定设置在环形肩21上的环形槽12。
因此，与第一实施方式类似，由于平滑销和套管之间槽12的存在，获得支撑销6的屈服区域。
此第二实施方式中也可提供优选金属材料的环14，所述环14部分地插入环形槽12并且具有的轮廓等于其所插入的槽12的部分的轮廓。此类环14用作用于在预定负载下屈服达到与所述环14紧密接触的销6的屈服部件的机械止动件，即用作用于支撑销6的中心段20的环形端部分12’的机械止动件。再次在此第二实施方式中，环14可具有插入环形槽12的第一部分和在环形槽12外部的第二部分，所述第二部分邻接在所述环形肩21上并阻挡至少一个轴承7的内环在适当位置上。此外，用于第一实施方式的上述所有其他技术特征可适用于此第二实施方式，例如，与环形槽12内的环14的第一部分沿轴线X的延长、环14的所述第一部分的轮廓、环14的第一部分的最外层表面和环形槽12的近侧内表面之间的间隙、所述槽的高度相关的那些特征。
和现有技术的解决方案不同，布置在支撑销6和相应行星齿轮3之间的至少一个轴承7的内环是其上容纳所述至少一个轴承7的完全与套管31不同的部件。所述轴承是标准轴承，且因此价格更实惠。

Claims (19)

1.一种行星齿轮装置，所述行星齿轮装置包括：
预定数量的设置有啮合带(13)的行星齿轮(3)、设置有两个壁(8，9)的在其上安装所述行星齿轮(3)的行星齿轮架(5)、支撑所述行星齿轮(3)并界定各自纵向轴线(X)的支撑销(6)，
每个支撑销(6)包括：
-第一端部段(10)，其固定到所述两个壁的第一壁(8)，
-第二端部段(11)，其固定到所述两个壁的第二壁(9)，
-第三中心段(20；30，31)，所述第三中心段(20；30，31)具有的直径大于所述第二端部段(11)的直径，由此环形肩(21)被界定在所述第三中心段(20；30，31)和所述第二端部段(11)之间，其中环形槽(12)设置在所述环形肩(21)上，所述环形槽(12)具有的沿所述纵向轴线(X)的深度低于所述行星齿轮(3)的所述啮合带(13)沿相同纵向轴线(X)的延长，由此，所述中心段的环绕所述环形槽(12)的环形端部分(12’)界定所述支撑销(6)的屈服区域；
并且其中刚性大于或等于所述环形端部分(12’)的刚性的环(14)至少部分插入所述环形槽(12)，以用作所述屈服区域的机械止动件，所述屈服区域能在负载下屈服达到与所述环(14)接触。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮装置，其中间隙设置在所述环(14)的外表面和所述环形端部分(12’)的对应内表面之间，由此所述间隙允许在过载的情况下调整所述支撑销(6)的最大柔韧性。
3.根据权利要求2所述的行星齿轮装置，其中所述环(14)的所述外表面的轮廓的形状对应于所述环形端部分(12’)的所述对应内表面的轮廓的形状。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的行星齿轮装置，其中至少一个轴承(7)的布置在每个支撑销(6)和相应行星齿轮(3)之间的内环是不同于所述支撑销(6)的工件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的行星齿轮装置，其中所述环形槽(12)的沿所述纵向轴线(X)的延长等于不多于所述啮合带(13)的延长的50％。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮装置，其中所述环形槽(12)的沿所述纵向轴线(X)的延长被包括在所述啮合带(13)的延长的20％和50％之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的行星齿轮装置，其中所述环(14)具有插入所述环形槽(12)的第一部分和邻接在所述环形肩(21)上的在所述环形槽(12)外部的第二部分。
8.根据权利要求7所述的行星齿轮装置，其中，至少一个轴承(7)的布置在每个支撑销(6)和相应行星齿轮(3)之间的内环是不同于所述支撑销(6)的工件，并且由所述环(14)的所述第二部分阻挡在适当位置上，优选地，所述第二部分与所述内环直接接触。
9.根据权利要求7所述的行星齿轮装置，其中所述第一部分在所述环形槽(12)内的纵向延长低于所述槽(12)沿所述纵向轴线(X)的延长。
10.根据权利要求7至9中的一项所述的行星齿轮装置，其中所述环(14)的第一部分的相对于所述纵向轴线(X)的最外层表面的轮廓的形状等于所述环形槽(12)的近侧内表面的轮廓的形状。
11.根据权利要求10所述的行星齿轮装置，其中所述轮廓是圆柱形或截头圆锥形侧表面的轮廓。
12.根据权利要求10所述的行星齿轮装置，其中间隙设置在所述环(14)的所述第一部分的所述最外层表面和所述环形槽(12)的所述近侧内表面之间，由此所述间隙允许在过载的情况下调整所述支撑销(6)的最大柔韧性。
13.根据权利要求2或9所述的行星齿轮装置，其中所述间隙从所述环形槽(12)的最大高度的5/1000至15/1000是可变的。
14.根据权利要求9至13中的一项所述的行星齿轮装置，其中所述第一部分的纵向延长等于不超过所述环形槽(12)的延长的80％。
15.根据权利要求14所述的行星齿轮装置，其中所述第一部分的纵向延长被包括在所述环形槽(12)的延长的20％和80％之间。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的行星齿轮装置，其中每个支撑销(6)以单个工件做成。
17.根据权利要求1至15中的任一项所述的行星齿轮装置，其中每个支撑销(6)由两个工件形成；第一工件包括所述第一端部段(10)、所述第二端部段(11)和直径基本上等于所述第二端部段(11)的直径的中心主体(30)；所述第二工件是套管(31)，所述套管(31)在外部布置在所述中心主体(30)上并在内部成形，以便与所述中心主体界定所述环形槽(12)。
18.根据权利要求16或17所述的行星齿轮装置，其中至少一个轴承(7)的内环布置在所述支撑销(6)和相应行星齿轮(3)之间，并且是不同于所述单个工件或不同于所述套管(31)的工件。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的行星齿轮装置，其中设置有由所述预定数量的行星齿轮(3)环绕并与所述预定数量的行星齿轮(3)啮合的中心齿轮(2)和环绕并啮合所述行星齿轮(3)的内齿轮(4)。
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