CN108350988A - 推力平衡行星齿轮组件 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种推力平衡行星齿轮系统。一种示例性行星齿轮系统包括由壳体支撑的齿圈以及多个螺旋齿轮，所述齿圈在其内侧壁上具有齿，所述多个螺旋齿轮中的每一个包括第一圆柱形段以及从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第一圆柱形段具有构造成与输入驱动轴的齿配合的齿，所述第一圆柱形段的齿具有以第一角度设置的螺旋齿，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱段的齿具有以第二角度设置的螺旋齿。有利地，由多个螺旋齿轮中的每一个产生的线性轴向力基本为零，这使得行星齿轮系统内推力平衡。

Description

推力平衡行星齿轮组件
技术领域
本发明大体上涉及行星齿轮机构，并且更具体地但非限制性地涉及推力平衡行星齿轮机构，该推力平衡行星齿轮机构包括将扭矩从输入驱动轴传递到输出驱动轴的螺旋齿轮。
背景技术
本节中的任何描述不应仅仅由于将它们包含在本节中而被认为构成了现有技术。
当期望将输入旋转转换为期望的输出旋转时，经常选择行星齿轮系统。通常，行星齿轮组件的齿轮比被设计成使得输出旋转具有与输入旋转不同的独特角速度和扭矩。行星齿轮组件通常用于将旋转输入转换为具有适合于特定应用的扭矩和角速度特性的旋转输出。
常规行星齿轮组件通常由太阳轮、多个行星齿轮和齿圈构成。太阳轮的特点是带齿的外周。正是这个太阳轮确定了标准行星齿轮中的中心轴。行星齿轮各自具有带齿的外周，该外周构造成与太阳轮的带齿的外周啮合。齿圈的特征在于带齿的内周，该内周构造成与行星齿轮的带齿的外周啮合。在一些行星齿轮结构中，齿轮架也被包括其中并连接到每个行星齿轮。
发明内容
根据一些实施方式，本发明涉及一种行星齿轮组件，该行星齿轮组件包括：(a)由壳体支撑的齿圈，所述齿圈包括位于所述齿圈的内侧壁上的齿；和(b)多个螺旋齿轮，所述多个螺旋齿轮中的每一个包括：(i)具有齿的第一圆柱形段，所述齿构造成与输入驱动轴的齿配合，所述第一圆柱形段的齿具有以第一角度设置的螺旋齿；和(ii)从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的齿具有以第二角度设置的螺旋齿，其中由所述多个螺旋齿轮中的每一个产生的轴向力基本为零。
根据一些实施方式，本发明涉及一种螺旋齿轮，该螺旋齿轮包括：(a)具有齿的第一圆柱形段，所述齿被构造成与输入驱动轴的末端的齿配合，所述齿具有相对于第一螺旋基准线以螺旋角延伸的侧壁；以及(b)从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的齿具有相对于第二螺旋基准线以螺旋角延伸的侧壁，其中所述螺旋齿轮在由所述输入驱动轴旋转时以及在对所述齿圈的齿施加力时，所述螺旋齿轮不产生线性轴向力。
根据一些实施方式，本公开可涉及一种行星齿轮组件，该行星齿轮组件包括：(a)传递扭力的输入驱动轴，并且另外其中所述输入驱动轴的末端包括形成螺旋图案的齿；(b)由壳体支撑的齿圈，所述齿圈包括位于所述齿圈的内侧壁上的齿；(c)输出驱动轴，所述输出驱动轴输出由输出驱动轴架施加的旋转力，其中所述输出驱动轴架连接到所述齿圈；和(d)多个螺旋齿轮，所述多个螺旋齿轮中的每一个包括：(i)具有齿的第一圆柱形段，所述齿构造成与所述输入驱动轴的所述末端的齿配合，所述第一圆柱形段的齿具有以第一角度设置的螺旋齿；和(2)从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的齿具有以第二角度设置的螺旋齿，其中由所述多个螺旋齿轮中的每一个产生的线性轴向力基本为零。
附图说明
附图说明了本公开的某些实施方式。应当理解的是，附图不一定按比例绘制，并且对于理解该技术方案不是必需的细节或者使其他细节难以理解的细节可能省略。应该理解的是，该技术方案不必局限于在此说明的特定实施方式。
图1是包括本公开的行星齿轮组件的示例性组件的立体图。
图2是图1所示的示例性组件的截面图。
图3是图1所示的示例性组件的立体截面图。
图4是本公开的行星齿轮组件的近视图。
图5A和图5B共同示出了用于本公开的行星齿轮组件的示例性螺旋齿轮的立体图。
具体实施方式
尽管该技术方案容许许多不同形式的实施方式，但是在附图中示出并将在这里详细描述若干具体实施方式，但应理解的是，本公开应被认为是本技术方案的原理的示例，并非旨在将该技术方案限制于所说明的实施方式。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不限制本公开。除非另有说明，单数形式“一”，“一个”和“所述”应该还包括复数形式。还应该理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
应该理解的是，在整个附图中用相同或相似的附图标记标识这里可以指相同或类似的元件和/或部件。将进一步理解的是，几个附图仅仅是本公开的示意图。因此，为了图像的清晰度，一些组件可能会相对于其实际比例失真。
通常，本公开涉及行星齿轮组件。更详细地，本公开的实施方式包括行星齿轮组件，该行星齿轮组件可以包括螺旋齿轮组，该螺旋齿轮组可以构造成旋转并且传递扭矩和动力，同时基本上不产生线性轴向推力(即推力平衡)。有利的是，这些推力平衡齿轮组可以确保扭力传递，且避免在齿轮组壳体内的可能导致行星齿轮组件磨损和撕裂的浪费或不必要的移动。
通过调整螺旋齿轮组的螺旋角以及齿轮组的其他参数(例如齿轮组节段直径)，可以平衡齿轮组中的线性轴向推力负载，从而使得行星齿轮低净力。一些实施方式包括阶梯式行星构造，该阶梯式行星构造为跨越不同尺寸的齿轮提供益处。
将参照图集(例如，图1-5B)更详细地描述本公开的这些和其它优点。
图1示出了可以包括齿轮箱壳体102的示例性装置100。齿轮箱壳体102可以安装在车辆内。示例性行星齿轮箱组件104可以设置在齿轮箱壳体102内。行星齿轮箱组件104上的附加细节在图2-4中提供。
参照图2至图4，示例性齿轮箱组件104被示为包括输入驱动轴106、壳体支架108、输出驱动轴110和行星齿轮组件112。在一些实施方式中，行星齿轮组件112可以包括齿圈114、多个螺旋齿轮(图2中仅示出了其中的两个，例如螺旋齿轮116和螺旋齿轮118)以及输出驱动轴架120。在一个实施方式中，行星齿轮组件112可以包括三个彼此相同的螺旋齿轮。参考图5A和图5B，在下文提供关于螺旋齿轮的配置的其他细节。
输入驱动轴106可以包括管状长度的材料，其可以与马达的输出驱动器连接，例如电机105。在一个实施方式中，输入驱动轴106可以包括驱动轴接口122，该驱动轴接口122与马达的驱动轴连接。
输入驱动轴106可以将扭力(例如，旋转)施加到行星齿轮组件112上以便旋转输出驱动轴110。在一些实施方式中，输入驱动轴106可以旋转地支撑在电机105的磁化转子124内。磁化转子124与输入轴106一起在推力轴承上旋转，所述推力轴承使用一对轴承126和128支撑输入驱动轴106。在一些实施方式中，轴承128可以与壳体支架108连接。
具体地，在图3中，输入驱动轴106可以包括末端130，末端130可以包括齿132，该齿形成螺旋图案，该齿可以被构造为与螺旋齿轮116的第一段的齿134和螺旋齿轮118的齿136配合。螺旋齿轮116和118可以是具有两个齿轮段的阶梯式行星齿轮，下面参照图5A和5B进一步描述。
同样在图3中，齿圈114可以包括位于内侧壁138上的齿115，其与螺旋齿轮116的第二段的齿140和螺旋齿轮118的齿142配合。在该示例中，齿圈114的外侧壁137可以接触齿轮箱壳体102以固定齿圈114的位置。
根据一些实施方式，壳体托架108可以支撑输入驱动轴106和输出驱动轴架120两者。
输出驱动轴架120可围绕输入驱动轴106和输出驱动轴110旋转。输出驱动轴架120可在一端由壳体托架108通过轴承144可旋转地支撑，并且在相对端由齿轮箱壳体102的盖146通过轴承48可旋转地支撑。
在一些实施方式中，齿轮箱壳体102和盖146是整体的或单一的部件。
回到图2，输出驱动轴架120可以包括臂，例如用于行星齿轮组件112的每个螺旋齿轮的臂150。在一个实施方式中，臂150可包括通过电枢支撑件154和156支撑在输出驱动轴架120的任一端上的轴152。在一些实施方式中，轴152被固定放置在电枢支撑件154和156中。每个轴可以包括支撑螺旋齿轮的轴承(未示出)。
输出驱动轴110可以直接连接到输出驱动轴架120，使得由行星齿轮组件112的螺旋齿轮引起的输出驱动轴架120的旋转可以引起输出驱动轴110的旋转。在一些实施方式中，输出驱动轴110可以通过轴承158可旋转地支撑在齿轮箱壳体102的外部开口处。
图5A和5B中示出了示例螺旋齿轮116。螺旋齿轮116可以包括第一段160和第二段162。第一段160可以包括齿134。齿134可以设置在第一段160的外周表面上。螺旋齿轮116可以在第一段160和第二段162之间具有降阶结构。更具体地说，第一段160可以具有比第二段162的直径DS大的直径DF。在该示例配置中，螺旋齿轮116也可以被称为阶梯式行星齿轮或阶梯式行星。
在一些实施方式中，第二段162可以包括设置在第二段162的外周表面上的齿140。
根据一些实施方式，第一段160可具有尺寸小于第二段162的长度/宽度LS的长度/宽度LF。
特别参照图5B，在一些实施方式中，第一段160的齿134可以由诸如齿164的齿构成，齿164可以相对于第一螺旋基准线RL1以螺旋角延伸。第一段160的所有齿可以设定为与齿164相同的角度。第一螺旋参考线RL1可以相对于螺旋齿轮116的中心轴线X测量。第一段160的齿可以具有可以匹配输入驱动轴106的末端130的齿132的齿距。在一个实施方式中，螺旋角与齿轮的中心线成20或25度角。
而且，第一段160的齿可以由在中心轴线X和第一螺旋基准线RL1之间形成的第一螺旋角θ限定。
第二段162的齿140可以由诸如齿166的齿构成，齿166相对于第二螺旋基准线RL2以螺旋角延伸。第二螺旋基准线RL2也可以相对于螺旋齿轮116的中心轴线X进行测量。第二段162的齿可以由在中心轴线X和第二螺旋基准线RL2之间形成的第二角度ф限定。
在一些实施方式中，第一角度θ可以大于第二角度ф。
有利的是，直径DF、直径DS、第一螺旋角θ和第二螺旋角ф可以协作地选择，使得螺旋齿轮116在与输入驱动轴106和输入驱动轴106和齿圈114连接时不产生(或基本上不产生)线性轴向力。可以肯定的是，由于螺旋齿轮116的齿相对于中心轴线X设置成一个角度，因此螺旋式或螺旋型轮齿构造可以产生线性轴向力分量A和垂直或径向力分量B两者，而不是与中心轴线X对齐。可以确定的是，螺旋齿轮(第一圆柱形段和第二圆柱形段)的直径和螺旋齿轮的螺旋角度被平衡以便在行星齿轮组件112内产生很少或不产生净轴向推力。
在输入驱动轴106施加扭矩时，当输入驱动轴106在第一方向上旋转时，线性轴向力可用于使螺旋齿轮116沿中心轴线X向前平移，而当输入驱动轴106沿第二方向旋转时，向后平移。
直径DF、直径DS、第一螺旋角θ和第二螺旋角ф的选择可减小或消除螺旋齿轮116的线性轴向运动。
在一些实施方式中，第一段160的齿134可以以第一方向定向布置，例如右旋。第二段162的齿140可以以与第一段160的齿134相反的第二方向定向，例如左旋。
此外，输入驱动轴106可以具有适于与第一段160的齿134配合的齿，并且齿圈114可以具有适于与第一段160的齿140配合的齿。第二段162具有与齿圈114的齿136的齿距匹配的齿距。
如上面关于图2所提到的，螺旋齿轮116可以包括构造成接收输出驱动轴架120的臂150的轴152的中心孔168(在图5B中示出)。螺旋齿轮116可压缩配合或以其他方式连接到轴152。在一个实施方式中，螺旋齿轮116使用滚针轴承与轴152连接。
虽然以上已经描述了各种实施方式，但应该理解的是，它们仅作为示例呈现，而不是限制。这些描述并不旨在将本技术的范围限制于在此阐述的特定形式。因此，优选实施方式的宽度和范围不应该受到任何上述示例性实施方式的限制。应该理解，以上描述是说明性的而不是限制性的。相反，本描述旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的技术方案的精神和范围内并且由本领域普通技术人员以其他方式理解的这些替代、修改和等同物。
因此，本技术的范围不应参照上面的描述来确定，而应该参考所附权利要求及其等同物的全部范围来确定。

Claims (21)

1.一种行星齿轮组件，包括：
齿圈，所述齿圈由壳体支撑，所述齿圈包括位于所述齿圈的内侧壁上的齿；和
多个螺旋齿轮，所述多个螺旋齿轮中的每一个包括：
第一圆柱形段，所述第一圆柱形段具有齿，所述齿构造成与输入驱动轴的齿配合，所述第一圆柱形段的齿具有以第一角度设置的螺旋齿；
和
第二圆柱形段，所述第二圆柱形段从所述第一圆柱形段延伸，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的齿具有以第二角度设置的螺旋齿。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，线性轴向力沿平行于所述输入驱动轴的中心轴线的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述多个螺旋齿轮分别可旋转地连接到输出驱动轴架。
4.根据权利要求3所述的行星齿轮组件，其中,所述多个螺旋齿轮中的每一个可旋转地支撑在所述输出驱动轴架的臂上。
5.根据权利要求4所述的行星齿轮组件，还包括与所述多个螺旋齿轮中的每一个以及它们各自的臂相连接的推力轴承。
6.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述齿圈的外侧壁与所述行星齿轮组件的壳体固定连接。
7.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述第一圆柱形段的齿沿第一方向定向延伸，并且所述第二圆柱形段的齿沿与所述第一方向定向相反的第二方向定向延伸。
8.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述第一角度的值大于所述第二角度的值。
9.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述第一圆柱形段的直径小于所述第二圆柱形段的直径。
10.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，所述输入驱动轴传递扭力，并且进一步其中，所述输入驱动轴的末端包括形成螺旋图案的齿，该齿被构造成与所述多个螺旋齿轮中的每一个的所述第二圆柱形段的齿配合。
11.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，还包括输出驱动轴，所述输出驱动轴输出由输出驱动轴架施加的旋转力，其中，所述输出驱动轴架通过所述多个螺旋齿轮可旋转地连接到所述齿圈。
12.根据权利要求1所述的行星齿轮组件，其中，由所述多个螺旋齿轮中的每一个产生的线性轴向力基本为零。
13.一种螺旋齿轮，包括：
具有齿的第一圆柱形段，所述齿被构造成与输入驱动轴的末端的齿配合，所述第一圆柱形段的齿具有相对于第一螺旋基准线以第一螺旋角延伸的螺旋齿；和
从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第二圆柱形段具有构造成与齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的所述齿具有相对于第二螺旋基准线以第二螺旋角延伸的螺旋齿。
14.根据权利要求13所述的螺旋齿轮，其中，所述第一螺旋角的值大于所述第二螺旋角的值。
15.根据权利要求13所述的螺旋齿轮，其中，所述第一圆柱形段的直径小于所述第二圆柱形段的直径。
16.根据权利要求13所述的螺旋齿轮，其中，所述第一圆柱形段的齿沿第一方向定向延伸，并且所述第二圆柱形段的齿沿与所述第一方向定向相反的第二方向定向延伸。
17.根据权利要求13所述的螺旋齿轮，其中，所述螺旋齿轮在由所述输入驱动轴旋转时以及在对所述齿圈的齿施加力时，所述螺旋齿轮不产生线性轴向力。
18.一种行星齿轮组件，包括：
传递扭力的输入驱动轴，并且另外其中，所述输入驱动轴的末端包括形成螺旋图案的齿；
由壳体支撑的齿圈，所述齿圈包括位于所述齿圈的内侧壁上的齿；
输出驱动轴，所述输出驱动轴输出由输出驱动轴架施加的旋转力，其中，所述输出驱动轴架可旋转地连接到所述齿圈；和
多个螺旋齿轮，所述多个螺旋齿轮中的每一个包括：
具有齿的第一圆柱形段，所述齿构造成与所述输入驱动轴的所述末端的齿配合，所述第一圆柱形段的齿具有以第一螺旋角设置的螺旋齿；
和
从所述第一圆柱形段延伸的第二圆柱形段，所述第二圆柱形段具有构造成与所述齿圈的齿配合的齿，所述第二圆柱形段的齿具有以第二螺旋角设置的螺旋齿，其中由所述多个螺旋齿轮中的每一个产生的线性轴向力基本为零。
19.根据权利要求18所述的行星齿轮组件，其中，所述第一螺旋角的值大于所述第二螺旋角的值，并且其中，所述第一圆柱形段的直径小于所述第二圆柱形段的直径。
20.根据权利要求18所述的行星齿轮组件，其中，所述第一圆柱形段的齿沿第一方向定向延伸，并且所述第二圆柱形段的齿沿与所述第一方向定向相反的第二方向定向延伸。
21.根据权利要求18所述的行星齿轮组件，还包括与所述输入驱动轴和所述输出驱动轴中的每一个连接的推力轴承。
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