CN108730424A - 有利地用于伺服电动机系统的行星齿轮组和使用该行星齿轮组的伺服电动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有利地用于伺服电动机系统的行星齿轮组，该类型的行星齿轮组包括安装在壳中的至少一个总成结构中的并且旨在产生输入构件和输出构件之间的行星齿轮组的速度比的多个旋转组件，该行星齿轮组的速度比由总成结构决定，其特征在于，该组件(15、16、20、22、24、26)被设计成允许总成结构的改变，该组件中的每个产生特定的预定速度比。本发明适用于伺服电动机系统。

Description

有利地用于伺服电动机系统的行星齿轮组和使用该行星齿轮 组的伺服电动机系统
技术领域
本发明涉及一种有利地用于伺服电动机系统的行星齿轮组，该类型的行星齿轮组包括安装在壳中的至少一个总成结构中的并且旨在产生输入构件和输出构件之间的速度比的多个旋转组件，该速度比对于该总成结构是特定的，以及涉及一种用于驱动致动器，诸如可在导管的打开位置和关闭位置之间移动的阀的多回转伺服电动机系统，所述类型的多回转伺服电动机系统包括电动机和用于传递动力至致动器的机械布置。
背景技术
在这类系统中，已知通过改变轮/螺杆器件的减速来改变速度。这种方法具有难以执行的缺点。
发明内容
本发明旨在弥补这个缺陷。
为了实现该目的，根据本发明的行星齿轮组的特征在于，这些组件被设计成允许总成结构的改变，每个组件产生特定的预定速度比。
根据本发明的一个有利特征，该行星齿轮组的特征在于，其包括封闭在壳中位于输入构件和输出构件之间的总成，该总成包括太阳齿轮、用于行星齿轮的行星架和冠，以及在于在上述总成的至少一个组件的情况下，总成结构可通过阻挡而改变。
根据本发明的另一特征，该行星齿轮组的特征在于，上述总成的三个组件中的每个在壳中可以通过连接至壳而被阻挡。
根据又另一特征，该行星齿轮组的特征在于，总成结构通过反转壳中的上述总成的装配方向是可以改变的。
根据又另一特征，该行星齿轮组的特征在于，该太阳齿轮和该冠被设计成各自被装配在输入构件和输出构件上。
根据又另一个特征，该行星齿轮组的特征在于，在壳中的上述总成在太阳齿轮或行星架或冠中的任意一个的轴向阻挡位置中是可轴向运动的。
根据又另一特征，该行星齿轮组的特征在于，该太阳齿轮和该冠通过至该壳的壁的连接件在壳中能够被阻挡。
根据又另一个特征，该行星齿轮组的特征在于，该行星架通过至壳的圆柱形壁的连接件在壳中能够被阻挡。
根据又另一个特征，该行星齿轮组的特征在于，输入构件和输出构件是相同的并且包括，轴向偏离用于旋转地固定太阳齿轮和冠的装置，太阳齿轮和冠也设有不同的轴向偏移地旋转固定装置，以允许在输入构件和输出构件上的不同轴向位置中的旋转固定。
根据又另一特征，该行星齿轮组的特征在于输入构件和输出构件(66)是不同的。
用于驱动致动器，诸如可在导管的打开位置和关闭位置之间运动的阀的多回转伺服电动机系统，该类型的多回转伺服电动机系统包括电动机和用于传递动力至致动器的机械布置，该机械布置包括用于改变朝向致动器的输入和输出之间的速度比的装置，以及其特征在于，用于改变速度比的装置由根据本发明的行星齿轮组形成。
根据本发明的一个有利特征，该伺服电动机系统的特征在于，上述机械布置包括以容易获得的分立单元的形式制成的行星齿轮组，并且在于该布置的其余部分包括位于润滑隔室中的螺杆和轮类型的减速器件。
附图说明
本发明将被更好地理解，并且本发明的其它目的、特征、细节和优点将在参考附图进行的以下说明性描述中更清楚地显现，仅作为示出本发明的两个实施例的示例并且其中：
图1是根据本发明的伺服电动机系统的功能框图；
图2是图1的系统的立体图；
图3是根据本发明的行星齿轮组的第一实施例的轴向截面视图，显示在其组件部分的第一总成结构中的行星齿轮组；
图4是图3的行星齿轮组的顶视图；
图5至图9是根据本发明的行星齿轮组的轴向视图，显示在不同于图3的那些的组件部分的五个其它总成结构中的行星齿轮组；
图10是图3至图9的行星齿轮组的由图3至图9中的参考标号15表示的套管的立体图；
图11是图10的套管的轴向截面视图；
图12是图3至图9的行星齿轮组的由参考标号26表示的冠的轴向截面视图；
图13是图12的冠的立体图；
图14是由图13中的圈XIV环绕的细节的放大图；
图15是根据本发明的行星齿轮组的由图3至图9中的参考标号20指示的太阳齿轮的轴向截面视图；
图16至图21是根据本发明的行星齿轮组的第二实施例的六个不同的总成结构的轴向截面视图；
图22和图23是根据本发明的行星齿轮组的第二实施例的两个套管的两个轴向截面视图；
图24是根据本发明的具有局部剖开的壳的行星齿轮组的立体图；
图25是根据本发明的行星齿轮组的没有框架的组件的立体图。
具体实施方式
图1和图2以功能框图的形式显示根据本发明的多回转伺服电动机系统，其包括串联安装的电动机1、行星齿轮组3、力限制器5并且包括螺杆8和与螺杆8啮合的轮9的减速器件7旋转地固定至该系统的输出轴14并且旨在驱动工作器件或构件，例如，关闭和打开导管的阀(未示出)。该附图还示出与螺杆8串联安装的用于手动致动致动器和离合器系统13的飞轮11。在图2中，在减速器件7和离合器系统13之间放置力限制器。
例如图3中示出的，根据本发明的行星齿轮组3基本上包括分别构成输入构件和输出构件的输入套管15和输出套管16，并且输入套管15和输出套管16安装在壳18中，壳18包含太阳齿轮20、承载行星齿轮24的行星架22和冠26。在根据图3至图9的第一实施例中，输入15套管和输出16套管相同。箭头表示由电动机产生的扭矩的传递方向，输入套管15位于电动机侧上。
首先，我们将描述该系统的各种组件。
图10和图11示出与输出套管16相同的输入套管15。套管15是以管状体的形式制成的，套管15从一端到另一端在轴向上依次地包括在套管的具有轴向花键29的外表面上设置的部分28和外表面32是光滑的且通过颈圈34与部分8分离的部分31。周表面32的直径小于部分28的周表面的直径。套管15的内表面在35中是带轴向插管的，除了在部分28的端部分36，部分28的端部分36的内表面37是光滑的。直径上对置并且由39表示的花键29中的两个被截头并且这些花键在光滑端内表面部分37上的周部中的39'被省略。
参考标号38表示位于截头花键的延伸部中的两个直径上对置安装的导轨。
如图12至图14中示出的冠呈空心圆柱体的形式，其内圆柱形表面在41中呈锯齿状并且在一端由径向壁43封闭，径向壁43在其中心部分具有通过端件47轴向延伸的通道45。除了在花键已经被省略并且仅在端件的内表面中的47中产生的两个径向相对的位置中，端件中的通道的内表面设置有花键46。此外，径向壁43钻有四个孔49，孔49围绕端件呈角度等距地分布。
图15示出了太阳齿轮20，其以管状体的形式制成，太阳齿轮的一端设有凸缘50，凸缘50包括周向上等距分布的四个孔52。太阳齿轮的在与凸缘50相对的一半54上方的内圆柱形表面是平滑的并且在另一半55上方的内圆柱形表面是带插管的。彼此直径上对置的两个花键56被截头。向内平滑的半部54的外周面设置有边齿57。
行星架22的端部分58在59中的它们外周面上是带插管的，并且三个行星齿轮24分别由轴60承载，该轴由通过螺杆63固定在行星架的支撑部分62上的径向板61支撑。
还应注意的是，壳18的径向端壁64、65分别在其轴向内表面上承载着旨在与太阳齿轮和冠的孔49和孔52配合的圆柱形螺柱67、68。因此，这些螺栓相对于彼此在周向上等距地分布。
在描述行星齿轮组的各个部件之后，下面将描述该齿轮组的六种不同的安装结构，这使得可以改变伺服电动机系统的输出轴14的速度，而不必改变螺杆8和轮9减速器件7。
在根据图3的总成结构中，太阳齿轮20被阻挡，因为壳的螺柱67接合在太阳齿轮的孔52中。输入套管15与行星架22旋转地固定，因为输入套管15的花键35和行星架的相邻端58的花键59相互接合。由行星架22承载的行星齿轮24与太阳齿轮的齿57啮合并且与冠的齿41接合，冠又通过套管的花键29和冠的花键45的相互接合而固定至输出套管16。因此，输入套管15的旋转驱动导致输出套管16的旋转。应当注意，这两个套管是相同的，但是仅以相反的方向安装在行星齿轮组中。
图24和25的立体图使得更容易理解以上描述。这些附图示出了行星架22包括在其外围上的旨在以稍后将描述的方式与在壳18的内圆柱形表面上的止动件69配合的阻挡凸出部51。在这些附图中，太阳齿轮和冠的阻挡螺柱被设置在这些部件组件上，而不是在如图3中的壳上。
在图3的安装结构中，例如对于1400RPM的电动机速度和装置7的螺杆/轮减速，系统输出处的，即输出轴14的速度为146RPM。
在根据图5的结构中，冠26被阻挡，因为壳的螺柱68接合在冠的孔45中。由冠、行星架和太阳齿轮形成的总成相对于图3的安装结构向右轴向偏移，并且因此太阳齿轮从壳的螺柱67脱离。相对于图3，输入套管15以相反的方式定向，并且现在是设置有花键29的部分在壳内部并且通过这些花键接合在太阳齿轮的截头花键56中，从而被固定与输入套管15旋转。太阳齿轮的齿57与行星齿轮24的齿啮合，当套管15和太阳齿轮20旋转时，行星架22旋转。假设位于输出侧的端58的花键59与输出套管16的内花键35接合，输出套管16的内花键35因此通过行星架旋转。可以看出，其在壳18中的位置相对于图3是相反的。
在图5的组件的安装结构的情况下，与图3的安装结构相比，由于电动机的相同转速和具有螺杆和轮的装置7的相同减速，相对于图3的146RPM的值，系统，即，系统的输出轴14的输出速度为30RPM。
图6示出了第三安装结构，其特殊之处事实上在于被阻挡的是行星架。由行星架和冠形成的总成位于壳的阻挡螺柱67和阻挡螺柱68之间。在总成的该位置中，行星架的阻挡凸出部51抵靠壳的止动件69，这行星架不动。输入套管如在图5的情况下定向，但是太阳齿轮20通过其内花键55与套管的外花键29和截头花键39的相互接合而被固定与套管旋转，截头花键56参见太阳齿轮在套管上的正确轴向位置。因此，套管15的旋转导致太阳齿轮20的旋转。行星架被阻挡，太阳齿轮通过其齿57接合在行星齿轮的齿中而使行星齿轮24旋转，进而导致冠26的旋转，这使得输出轴16通过套管16的花键29接合在冠的花键45中而旋转。
由于电动机的，即，在齿轮组的输入处的相同速度，以及具有与图3和图5的结构的情况相同的具有螺杆和轮的器件7的减速，根据图6的行星齿轮组的总成结构使得可以获得朝向致动器的输出轴14的为43RPM的转速。
图7至图9的结构分别对应于图3、图5和图6的结构，但是扭矩沿相反方向传递，即图3、图5和图6的输出套管16现在构成输入套管。换言之，是被电动机和图3、图5和图6的套管15旋转的套管16构成行星齿轮组的输出。以与图3、图5和图6的结构情况相同的电动机速度和相同的减速度，分别获得的输出轴14的致动器输出速度为图7的37RPM、图8的178RPM和图9的126RPM。
图16至图23示出根据本发明的行星齿轮组的第二实施例。该实施例具有相对于第一实施例的特殊性，现在套管的参考标号为65和66，太阳齿轮和冠的参考标号现在分别为70和76，不再具有截头花键。现在分别由参考标号72和74表示行星架和行星齿轮，具有行星齿轮的行星架与第一实施例中基本相同。另一个区别在于，事实上现在标为68的壳不再具有突出的阻挡螺柱，但是通过在第一实施例的螺柱67和螺柱68的位置处将阻挡销78插入在外壳68的前壁中形成的孔80来实现太阳齿轮70或冠部76的任一个的阻挡。
在该实施例中，如图22所示，标为65的套管是以管状体83的形式制成的，管状体的标为84的端部分设有轴向内花键85。套管66是具有阶梯形状的管状体，其包括具有较大直径的圆柱形部分90和具有较小直径的部分92，以及连接部分90和部分92的径向中间部分94。部分90的外周圆柱形表面和内周圆柱形表面是带插管的。花键分别由参考标号91和93表示。
还应当注意，相对于第一实施例的太阳齿轮20，太阳齿轮70包括圆柱形环状端件96，其内表面是带轴向插管的，花键由参考标号97表示。端件96从与管状部分99相对的一侧轴向突出，管状部分99的外表面设置有齿100，以便能够与行星齿轮74的齿啮合。管状端件96的直径大于部分99的直径，使得管状端件96的花键97可以与套管66的花键91配合。
该第二实施例的冠76包括在与容纳行星齿轮74的一侧相对的一侧上的圆柱形轴向端件102，圆柱形轴向端件102的内表面是带插管的。花键104沿冠的轴线的方向定向。带插管的部分的内径对应于套管66的外径，使得端件和套管的花键104和花键91可彼此接合。
图16至图21示出了行星齿轮组的，即套管、太阳齿轮、行星架和其行星齿轮以及冠的组件的六种不同的安装结构，其对应于行星齿轮组的第一实施例的图3、图5至图9的六种结构。
在图16中，套管65用作输入套管。太阳齿轮70在壳上被销78阻挡。因此，行星架70通过套管65的花键85和行星架的相邻端部分(现在具有参考标号105)的花键106的相互接合而旋转，行星架又通过其行星齿轮74旋转冠76，冠76通过花键91和冠的轴向圆柱形管状端件102的内表面上的花键104的相互接合而被固定于输出套管66旋转。
在图17的总成结构中，冠76在壳上通过销78被阻挡，并且套管66构成输入套管。输入套管66的旋转运动通过太阳齿轮的花键97和套管的花键91之间的接合传递至太阳齿轮70，然后通过太阳齿轮的齿100传递至行星齿轮74并且通过行星架72传递至输出套管65，输出套管65的花键85接合在行星架的相邻端部分105的花键106中。
在图18的总成结构中，行星架72由于在其周边处的阻挡凸出部108被阻挡，该凸出部108抵靠壳的内圆柱形表面上的止动件110。套管66同时用作输入套管和输出套管。如图17的总成结构中那样，输入套管66的旋转运动被传递至太阳齿轮70，然后从太阳齿轮传递至行星齿轮74，从行星齿轮传递至冠76，并且通过环状端件102的花键104和套管的花键91相互接合从冠传递至输出套管66。
在图19至图21的总成结构的情况中，将旋转运动从行星齿轮组的输入传递至行星齿轮组的输出与图16至图18的传递方向相反，输出套管用作输入套管并且图16至图18的输入套管用作输出套管。
假设第二实施例的组件对应于第一实施例，系统的输出速度对应于上面为第一实施例提供的那些输出速度。
根据本发明的行星齿轮的两个实施例的描述仅仅作为示例提供并且因此不是限制性的，这表明本发明有可能通过行星齿轮组的总成的结构的简单变化改变伺服电动机系统的减速和速度。一方面，通过改变要被阻挡的元件，即，冠、太阳齿轮或行星架，以及另一方面，通过反转齿轮组的装配方向，即，通过反转输入和输出来获得各种总成结构。因此，由于电动机相同的速度以及在螺杆和轮器件处的相同的减速，六种不同的结构使得可以产生在系统的致动器侧的输出轴的六种不同速度。因此，在本发明的情况中，取代现有技术推荐的解决方案，通过改变轮/螺杆减速来生产系统的不同速度，本发明使得可以通过简单的改变行星齿轮组的组件的总成结构来实现这一目的。为了使速度的变化更容易，行星齿轮组被制成分立的总成的形式，其可以在电动机和机械布置的其余部分之间容易地获得，如图1和图2所示，行星齿轮组可以被容纳在一个润滑隔室。因此，本发明提供了改变系统速度而不必改变螺杆和轮器件并且因此不用通过简单地改变行星齿轮组的结构而改变轮/螺杆的扭矩的有利的可能性，行星齿轮组是容易获得的，因为它是以安装在以简单形式的有利地是圆柱形的壳中的独立的子装配件的形式制成的，壳中容纳有齿轮组的组件部分。此外，由于其简单的形式和其在壳体内的安装，安装操作的结构的变化易于实现。
当然，以上对本发明的两个实施例的描述及其在附图中的描述仅仅是作为示例提供的，并不是限制性的。因此，可以在不改变本发明的范围的情况下对组件进行不同的制作。例如，齿轮组可以制成聚合物版本和烧结金属版本。还可以考虑在太阳齿轮和冠上提供阻挡螺柱，并且在壳的侧壁中设置用于螺柱的接收孔。后者也仅以所示的形式作为示例。可以在伺服电动机的情况中制成两个前壁中的一个和圆柱形壁，然后另一个前壁则由电动马达的带凸缘前凸缘制成。此外，太阳齿轮和冠以及行星架可以进行不同地阻挡。因此，可以考虑通过至壳的径向连接件来阻挡太阳齿轮和冠。

Claims (12)

1.一种有利地用于伺服电动机系统的行星齿轮组，所述类型的行星齿轮组包括安装在壳中的至少一个总成结构中的并且旨在产生输入构件和输出构件之间的所述行星齿轮组的速度比的多个旋转组件，所述行星齿轮组的所述速度比由所述总成结构决定，其特征在于，所述组件(15、16、20、22、24、26；65、66、70、72、74、76)被设计成允许总成结构的改变，所述组件中的每个产生特定的预定速度比。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其特征在于，所述行星齿轮组包括在所述输入构件和所述输出构件(15、16；65、66)之间的包括太阳齿轮(20；70)、用于行星齿轮(24；74)的行星架(22；72)和冠(26；76)的总成，并且在于总成结构在所述总成的至少一个组件的情况下通过阻挡是可改变的。
3.根据权利要求2所述的行星齿轮组，其特征在于，所述总成的所述三个组件中的每一个在所述壳(18、68)中可以通过连接到所述壳而被阻挡。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的行星齿轮组，其特征在于，所述总成结构通过反转所述壳中的所述总成的装配方向是可以改变的。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的行星齿轮组，其特征在于，所述太阳齿轮(20；70)和所述冠(26；76)被设计成各自装配在所述输入构件(15；65)和所述输出构件(16；66)上。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮组，其特征在于，在所述壳(18；68)中，所述总成可在所述太阳齿轮(20；70)或所述行星架(22；72)或所述冠(26；76)中的任意一个的轴向阻挡位置中轴向运动。
7.根据权利要求6所述的行星齿轮组，其特征在于，所述太阳齿轮(20；70)和所述冠(26；76)通过至所述壳的壁的连接件(67，68；78)能够在所述壳中被阻挡。
8.根据权利要求6所述的行星齿轮组，其特征在于，所述行星架(22；72)通过至所述壳的圆柱形壁(108；110)的连接件(108、110)能够在所述壳(18；68)中被阻挡。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的行星齿轮组，其特征在于，所述输入(15)构件和所述输出(16)构件是相同的并且包括，轴向偏移用于旋转地固定所述太阳齿轮(20、72)和所述冠(26；76)的装置，所述太阳齿轮和所述冠也设置有不同的轴向偏移地旋转固定装置以允许在所述输入构件和所述输出构件上的不同轴向位置中的旋转固定。
10.根据权利要求2至8中任一项所述的行星齿轮组，其特征在于，所述输入(65)构件和所述输出(66)构件是不同的。
11.一种用于驱动工作构件，诸如可在导管的打开位置和关闭位置之间移动的阀的多回转伺服电动机系统，所述类型的多回转伺服电动机系统包括电动机和用于传递动力至致动器的机械布置，所述机械布置包括用于改变朝向所述致动器的所述输入和所述输出之间的速度比的装置，以及其特征在于，用于改变所述速度比的所述装置由根据权利要求1至10中任一项所述的行星齿轮组形成。
12.根据权利要求11所述的伺服电动机系统，其特征在于，所述机械布置包括以容易获得的分立单元的形式制成的所述行星齿轮组(3)，并且在于所述布置的其余部分包括位于润滑隔室中的所述螺杆(8)和轮(9)类型的减速器件。
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