CN1108458A - 具有两个被动轴的行星齿轮传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星齿轮传动机构，它具有两 个以不同转速转动的被动轴。通过第二传动级可以 降低或增加第二被动轴的转速。做为控制轴的第二 传动级的输入轴的转速是可调的。两被动轴之间的 转速差只取决于控制轴的转速而不受输入转速影 响。因此，即使输入转速有变化，两个被动轴之间也 可以自动地保持一个恒定的转速差而无需改变控制 轴的转速。

Description

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的行星齿轮传动机构。

许多机器都要求以可调的转速差来驱动两根轴，例如在搅拌机中，为了与所加工的物料的粘度相适应，就需要调节两个搅拌工具之间的转速差。

德国专利申请No.2，811，887公开了一种用于驱动螺旋输送离心机的行星齿轮传动机构。螺旋输送离心机有一个可驱动的滚筒和一个在滚筒中转动的输送螺杆。为了处理不同的物料，不仅要求滚筒的转速可调，而且要求螺杆的转速可调，或者说滚筒和螺杆之间的转速差也可调。

为了在只采用一个驱动电机的情况下能够对转速差进行无级调节，德国专利申请No.2，811，887中所公开的用于螺旋输送离心机的驱动装置具有一个驱动电机，该电机通过齿轮壳驱动两个行星齿轮传动机构中的圆周齿轮。其中，行星齿轮传动机构连接到滚筒上，于是滚筒就以一个与驱动电机的转速成比例的转速而转动。第一行星齿轮传动机构输出轴被连接到螺杆上并由第二行星齿轮传动机构的被动轴来驱动。如果第二行星齿轮传动机构的驱动轴静止，那么由该齿轮传动机构的圆周齿轮所驱动的第二行星齿轮传动机构的被动轴将根据第二行星齿轮传动机构中圆周齿轮与被动轴之间的传动比而转动。然而，如果第二行星齿轮传动机构的输入轴由一个调速电机驱动，那么第二行星齿轮传动机构的被动轴的转速在与滚筒转速无关的情况下，根据输入轴的转动方向有所减小或增加。

如果滚筒的转速由于驱动电机的转速变化而发生了变化，则滚筒和螺杆之间的转速差也就有了变化。因此，如果要想驱动滚筒转动并且相对于螺杆而言具有恒定的转速差，那么当滚筒转速变化时，就必须通过调速电机使转速差作相应的调整。

本发明的任务在于提供一种传动机构，其中，无论经驱动件的转速如何变化两个被动轴之间的可调整的转速差都将保持稳定。

根据本发明并通过权利要求1的特征解决了上述任务。

该权利要求所描述的传动机构遵循这样的基本原理，即：通过第二传动级使譬如驱动螺旋输送离心机的螺杆的第一传动级的被动轴的转速减小或增加，第二传动级中的一个作为控制轴的输入轴其转速是可调的，转速的变化量只取决于该控制轴的转速。因此，在根据这一原理而构成的传动机构中，第一传动级的被动轴之间的转速差只取决于第二传动级中控制轴的转速。驱动装置（例如驱动电机）的转速变化不再影响到转速差。

根据本申请的权利要求1，第一传动级的一个被动轴可由驱动装置来驱动。根据权利要求14，第一传动级的这个被动轴被设计成带有行星齿轮的齿轮壳。第一传动级的输入轴由接在前的第二传动级的输出轴来驱动。第一传动级的这个被动轴直接连接到驱动装置，例如驱动电机上，以驱动电机的转速直接驱动，没有任何另外的变速。第一传动级中另一个被动轴则由驱动装置通过齿轮壳和第一传动级的行星齿轮系来驱动，其转速因而取决于第一传动级中输入轴、受驱动的、带行星齿轮的齿轮壳的转速。如同已提到的那样，该输入轴由第二传动级的两个输出轴中的一个来驱动。所说的这个输出轴可由第二传动级的被动元件来驱动，该被动元件通过第一行星轮与控制轴的太阳轮协同动作。

仅凭上述结构就已经能够通过第二传动级的控制轴来调节第一传动级中第一和第二被动轴之间的转速差，但转速差不只取决于控制轴的转速，这是因为，若控制轴（也就是第一传动级的输入轴）的转速保持恒定，而驱动装置的并因此第一传动级的圆周齿轮的转速降低的话，两被动轴之间的转速差显然会改变。

通过几个实施例在下文的附图描述中将对此进行更加清楚的说明。

通过第二传动级的一个输出轴上的一个另外的啮合元件所体现的齿轮设置形式，速度差的上述不希望发生的变化就可以消除。这样设置齿轮的目的是：在控制轴转速恒定的情况下使第一传动级的输入轴转速按照如下方式变化：对驱动装置的转速变化所产生的影响进行补偿。

在根据权利要求1所述的传动机构中，上述内容是这样实现的：一个根据权利要求2或4所述的设计成第二传动级的壳体的并与设计成第一传动级的齿轮壳体的被动轴刚性连接的输出轴具有一个啮合元件，该啮合元件通过第二行星齿轮作用于第二传动级的被动元件，第二行星齿轮与第一行星齿轮运转相连，第二行星齿轮通过第二太阳轮还与第二传动级的另一输入轴运转相连。

根据权利要求2，实现该技术方案的具体结构是将被动元件设计成第一圆周齿轮，它与第二传动级的输出轴相连以便共同转动;啮合元件以第二圆周齿轮的形式设在第二传动级的壳体中。它象第一传动级中的壳体或圆周齿轮一样由驱动装置来驱动。该圆周齿轮通过第二行星齿轮与第二太阳轮协同动作;第二行星齿轮具有与第一行星齿轮相同的行星架。现在假定第二太阳轮保持静止，则第二圆周齿轮的转动就使行星架也转动。行星架还承载着第一行星齿轮，第一行星齿轮与第一圆周齿轮协同动作，第一圆周齿轮又与第二传动级的输出轴相连，并从而也与第一传动级的输入轴相连。因此，在控制轴转速恒定的情况下，驱动转速的变化将引起第一传动级的输入轴转速的变化，该转速变化精确地补偿了否则就会发生的不希望出现的转速差的变化。

在根据权利要求4的传动机构中，采用了一种类似的方案，但其中第二传动级的输出轴连接到第一传动级的第一行星架上，以便共同转动。该第一行星架构成了第一传动级的被动元件并承载着第一行星齿轮。第一行星齿轮与自由转动的圆周齿轮以及控制轴的太阳轮协同动作，作为啮合元件的第二行星架与被动的齿轮壳相连接以便共同转动。第二行星架承载着第二行星齿轮。第二行星齿轮与圆周齿轮以及第二太阳轮协同动作。这里的第二行星架由驱动装置通过第二传动级的壳体来驱动。假定第二太阳轮固定，则圆周齿轮转动，并从而影响到与第一传动级的输入轴相连的第一行星架的转速。

特别是在用于螺旋输送离心机时，在机器所需的驱动装置方面相对于现有技术本发明还具有许多优点。

当螺旋输送离心机启动时，由于要克服滚筒、输送螺杆以及滚筒中物料的惯性矩，机器的主驱动装置（例如电机）必须提供相当大的加速力。此外，当滚筒和螺杆以不同转速转动时，物料中也会生成剪切力。这就意味着在机器的启动阶段希望转速差为零，以便尽量减少驱动力，只有当滚筒达到所要求的转速时，才通过控制轴来提供正常运转中的转速差。在本发明的行星齿轮传动机构中，为了实现在启动阶段的转速差为零，所要做的只是将控制轴固定。因此，用来驱动控制轴的调速电机在这个阶段是静止的。只有当需要提供所要求的转速差时，才使该电机按照预定的转动方向从静止简单地加速到一个很低的转速。因此，调速电机可以采用很小的功率设计，而且控制轴的各个轴承以及相邻行星齿轮传动机构的轴承只承受很低的转速。

根据权利要求3，第二传动级的输入轴刚性连接到第三圆周齿轮上，第三圆周齿轮通过安装在行星架上的第三行星齿轮作用于在这种情况下自由转动的第二太阳轮。比起第二传动级中第二太阳轮与输入轴之间刚性连接的结构，上述特殊设计提供了其它的一些优点。

即，在根据权利要求3的设计中，假定第二传动级的控制轴保持固定，第一传动级中两被动轴之间的转速差在与主驱动转速无关的情况下可通过第二传动级中另一输入轴的转动来调节。即在此情况下，第二传动级中的这另一个输入轴与输出轴之间具有1∶1的转速比。而另一方面，假定这另一个输入轴保持固定，取而代之的是用第二传动级的控制轴来调节转速差，那么，与权利要求2所述的本发明实施例相同的那种运动关系就将再次确立。

根据权利要求5，第二传动级的输入轴最好设计成固定的，由此而降低传动机构的制造费用，同时仍可为其提供所要求的控制能力。按照权利要求5，如果第二太阳轮被设计成通过输入轴来驱动，那么转速差另外还可以通过该输入轴而变化。

根据权利要求8和9，齿轮壳用来驱动第二圆周齿轮或第二行星架。这就简化了齿轮传动机构的结构，这是因为在任何情况下都要有齿轮壳，而此时齿轮壳同时又用来驱动齿轮。然而，例如出于安全原因，也可能要求有静止的齿轮壳，在这种情况下，受驱动的齿轮元件可通过传统的驱动装置来驱动，例如齿轮和轴、链或皮带驱动件。

根据权利要求10，为第一和第二行星齿轮所提供的公共的圆周齿轮具有与各行星齿轮相应的单独的齿圈。这样就有可能在齿圈上设置最适合于各自不同要求的不同的齿。

当然，也可以在第二传动级中设置单独的几个圆周齿轮，并使它们相互连接，或至少是使它们可以相互连接。

所述的行星齿轮传动机构可以采用行星齿轮组或者摆线齿轮组。根据传动比、承载力或运行特性等方面的要求，为获得理想的行星齿轮传动机构，能将行星齿轮传动级和摆线齿轮传动级结合在一起也不会有问题。

本发明的其它有益的改进构成了其它从属权利要求的主题。

下面结合附图通过一些实施例详细说明本发明。

图1表示第一实施例的整个行星齿轮传动机构;

图2示意性表示了图1所示行星齿轮传动机构的第二传动级;

图3示意性表示了根据第二实施例的行星齿轮传动机构的第二传动级;

图4示意性表示了根据第三实施例的行性齿轮传动机构的第二传动级;和

图5示意性表示了做为图2所示传动机构的派生结构的行星齿轮传动机构的第二传动级。

根据图1的行星齿轮传动机构包括一个摆线齿轮构成的第一传动级和一个行星齿轮构成的第二传动级。第一传动级的齿轮壳3具有齿2，通过该齿将驱动电机（未表示）的转动传给齿轮壳3。齿轮壳3同时还作为第一传动级的第一被动轴。例如螺旋输送离心机的滚筒就可以连接到该第一被动轴上。第一传动级的第二被动轴4由行星齿轮传动机构的本身的输出轴构成，该被动轴通过摆线齿轮传动机构与第一传动级的壳体3在运转上相连。

第二传动级也有壳体1，它与第一传动级的壳体3刚性连接，并且与壳体3一起构成整个行星齿轮传动机构的共同的壳体。第二传动级中与调速电机（未表示）相连的控制轴5位于公共壳体上远离第一传动级的第二被动轴4的那一侧。第二传动级中与控制轴5同轴设置的另一个输入轴6也位于壳体的这一侧。

下面通过该行星齿轮转动机构的结构，从其输入端开始说明它的运转方式。

齿轮壳1、3通过齿2而转动。摆线传动级的内齿圈7与齿轮壳1、3刚性连接，所述内齿圈随齿轮壳1、3一起转动。内齿圈7通过两个凸轮盘8作用于偏心轮10，偏心轮10套在第二传动级的输出轴9上。在这个实施例中，偏心轮10作为第一传动级的输入轴。凸轮盘8装在销11上，后者又与第一传动级的第二被动轴4相连。在第一实施例中，第一传动级的输入轴由摆线齿轮组的偏心轮10构成。然而也可以提供一个作为输入轴的外部元件，在其上面以相互固定转动的方式设置相应的偏心轮，该输入轴通过适当的联轴器连接到第二传动级的输出轴9上。

假定第一传动级的输入轴，也就是第二传动级的输出轴9保持静止，则驱动电机使内齿圈7传动，那么，凸轮盘8将根据传动比而转动。凸轮盘8的转动又通过销11传到第二传动级的第二被动轴4上。假定第二传动级的输出轴9也转动，那么根据第二传动级的输出轴9的转动方向，第一传动级中的第二被动轴4的转速将减小或增加。

下面通过第二传动级的结构，从其控制轴5开始说明它的运转方式。

根据图1和图2中的第一实施例，控制轴5连接到第一太阳轮12上以便一起转动。第一太阳轮驱动着第一行星齿轮13，后者安装在自由转动的行星架15上的行星轴14上。第一行星齿轮13与圆周齿轮16协同动作，后者连接到第二传动级的输出轴9也就是与第一传动级的输入轴连接，以便一起转动。

第二传动级的另一个输入轴6设有一个与之成一体的第二太阳轮17，太阳轮17通过第二行星齿轮18与第二圆周齿轮19协同动作。第二行星齿轮18安装在装有第一行星齿轮13的同一个行星轴14上，第二圆周齿轮19则连接到由驱动电机所驱动的第二传动级的齿轮壳1上，以便与之一起转动。

通过图2的示意图可更加清晰地看出第二传动级的结构。

在正常的运转中，第二传动级的输入轴6是静止的，因而第一传动级中两个被动轴3、4之间的转速差只取决于控制轴5的转速。

假定第一传动级中内齿圈7与被动轴4之间的传动比是56∶55，那么，在第一传动级的输入轴静止固定的情况下、在内齿圈7转速为4000转/分，被动轴4将以4072.7转/分的转速转动。假定第一传动级中，输入轴与被动轴4之间的传动比为55∶1，那么，在内齿圈7静止固定的情况下，在第一传动级的输入轴转速为1600转/分时，被动轴4将以-29.1转/分的转速转动。

假定内齿圈7和第一传动级的输入轴都以给定的转速转动，其转动方向使输出转速代数相加，那么在被动轴4上产生的转速将是4044转/分。作为行星齿轮传动机构的本身的输出轴的被动轴4与第一传动级的壳体之间的转速差就是44转/分，在这里，第一传动级的壳体作为行星齿轮传动机构的第二被动轴3，它以输入转速4000转/分转动。

假定内齿圈7的转速现在降为3600转/分，而第一传动级的输入轴的转速保持不变，那么被动轴4上所产生的转速将是3636转/分，转速差于是变为36转/分。

为了在齿轮壳1、3上的输入转速变化时仍可获得恒定的转速差，第一传动级输入轴的转速必须随输入转速的变化而变化。在上述的情形中，第一传动级输入轴的转速必须降至1200转/分。转速的这一变化是在第二传动级完成的。由于输入转速的降低，第二传动级的固定在齿轮壳1上的第二圆周齿轮19的转速也降低，这就导致了行星架15的转速发生变化，由此，在所选择的传动机构中，使与第二传动级输出轴9刚性相连的第一圆周齿轮16的转速，并从而使第一传动级输入轴的转速降低了400转/分，其结果是第一传动级中两个被动轴3、4之间所要求的44转/分的转速差自动地得到保持。

图3表示第二实施例的第二传动级。在这个实施例中，第一传动级与第一实施例中的第一传动级相同，因此不再重复描述。

第二实施例与第一实施例之间最主要的区别在于，分别作用于第二传动级中第一、第二太阳轮112、117的第一、第二组行星齿轮113、118具有一个共同的自由转动的圆周齿轮120，而且在这个实施例中这两个行星齿轮分别安装在各自单独的行星轴114、121上。第一行星齿轮113安装在第一行星轴114上，该行星轴通过第一行星架115连接到第二传动级的输出轴109上。第二行星轴121连接到第二传动级的齿轮壳101上，该齿轮壳由驱动电机来驱动。因此与第一实施例不同，齿轮壳101的转动不是影响行星架的转速，而是影响共同的、自由转动的圆周齿轮120的转速。对圆周齿轮120的转速的影响进而影响到第一行星轴114的转速，因而也就是影响到第二传动级的被动轴109的转速。

图4表示第三实施例的第二传动级。第三实施例在结构形式方面与图3的第二实施例相同。而与第二实施例不同之处在于，第二传动级采用摆线齿轮传动机构取代行星齿轮传动机构。

在这一实施例中，第一太阳轮由第一双列偏心轮212代替，第二太阳轮由第二双列偏心轮217代替。双列的偏心轮212、217与凸轮盘213，218协同动作，后者代替了行星齿轮。与第一双列偏心轮212协同动作的凸轮盘213安装在第一销214上，销214代替了第一行星轴并且也是刚性地连接到第二传动级的被动轴209上。第二凸轮盘218安装在第二销221上，销221与第二实施例的第二行星轴一样也是刚性连接到由驱动电机驱动的齿轮壳201上。该传动级的运行方式因而同第二实施例的一样。

图5表示了本发明行星齿轮传动机构的第二传动级的另一个实施例。

根据这个实施例，第二传动级的输出轴9与第一圆周齿轮16制成一体，圆周齿轮16通过安装在自由转动的行星架14、15上的行星齿轮13作用于太阳轮12，太阳轮12与第二传动级的控制轴5连成一体。与固定在第二传动级的齿轮壳体1上的圆周齿轮19滚动啮合的并与自由转动的第二太阳轮17相啮合的第二行星轮18安置在行星架上。根据图5，第二太阳轮17安装在第二传动级的控制轴5上并且具有另一个齿圈，第三行星齿轮20的齿与该齿圈和啮合。第三行星齿轮也安装在行星架14、15上并且它的尺寸与第一、第二行星齿轮的尺寸相同。

第三行星齿轮20与第三圆周齿轮21滚动啮合，第三圆周齿轮21刚性连接到第二传动级的另一个输入轴6上并且具有与第二传动级的第一圆周齿轮16相同的滚动直径。象前述实施例中一样，控制轴5和另一个输入轴6同轴布置。输入轴6设计成中空轴，控制轴5可相对于输入轴6转动地装在该中空轴内。

在这个实施例中，假定第二传动级的另一个输入轴6同前述实施例一样是静止的，那么就可以只通过控制轴5的转速来调整第一传动级中第一、第二被动轴3、4之间的转速差。控制轴5的转速变化按照第二传动级的传动比使得上述的转速差发生变化。

但如果现在假定图5的实施例中的第二传动级的控制轴5静止，转速差的变化通过另一个输入轴6来实现，那么，在第二传动级的输入轴6和输出轴9之间就得到了另一种不同的传动比。其中的输出轴9刚性连接在第一传动级的输入轴上。根据图5，连接在输入轴6上的第三圆周齿轮21具有与连接在第二传动级的输出轴9上的第一圆周齿轮16相同的结构。这意味着在输出轴9（因而也就是第一传动级的输入轴）与第二传动级的另一输入轴6之间就可以实现1∶1的转速变化，进而也就可以用调整变速电机自身转速这样一种简单的方式来调整第一传动级中两被动轴3、4之间的转速差。

Claims (14)

1、一种行星齿轮传动机构，它具有第一传动级和第二传动级，第一传动级有两个被动轴(3，4)，其中的一个被动轴(3)由一驱动装置驱动，第二传动级有两个输出轴(9，109，209；1，101，201)和一个控制轴(5，105，205)，其中的一个输出轴(1，101，201)刚性连接到第一传动级的被动轴(3)上，另一个输出轴(9，109，209)与第一传动级的输入轴相连接，并且为了调整两个被动轴(3，4)之间的转速差，这另一个输出轴可由第二传动级的被动元件(16，115，215)来驱动，所述的被动元件通过第一行星齿轮(13，113，213，214)与控制轴(5，105，205)的太阳轮(12，112，212)协同动作，其特征在于，第二传动级的一个输出轴(1，101，201)具有一个啮合元件(19，121，221)，该啮合元件通过第二行星齿轮(18，118，218)作用于第二传动级的被动元件(16，115，215)，第二行星齿轮(18，118，218)，与第一行星齿轮(13，113，213，214)运转连接，并且还通过第二太阳轮(17，117，217)与第二传动级的输入轴(6，106，206)运转连接。

2、如权利要求1所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，被动元件（16）是第一圆周齿轮，它连接到另一输出轴（9）上与轴一起转动，并且还通过安装在自由转动的行星架（15）上的第一行星齿轮（13）与控制轴（5）的太阳轮（12）协同动作，啮合元件（19）是第二圆周齿轮，它连接在第二传动级的一个被设计成齿轮壳的输出轴（1）上，并且通过安装在行星架（15）上的第二行星齿轮（18）与第二太阳轮（17）协同动作。

3、如权利要求2所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二传动级的输入轴（6）连接到第三圆周齿轮上，两者一起转动，第三圆周齿轮通过安装在行星架（15）上的第三行星齿轮作用于自由转动的第二太阳轮（17）。

4、如权利要求1所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，被动元件（115，215）是第一行星架，该行星架承载着第一行星齿轮（113，213），并且连接到输出轴（109，209）上与轴一起转动，第一行星齿轮分别与自由转动的圆周齿轮（120，220）以及控制轴（105，205）的太阳轮（112，212）协同动作，啮合元件（121，221）是第二行星架（121，221），它固定在第二传动级的齿轮壳结构的一个输出轴（101，201）上，并且承载着第二行星齿轮（118，218），第二行星齿轮分别与自由转动的圆周齿轮（120，220）以及第二太阳轮（117，217）协同动作。

5、如权利要求1至4中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二传动级的一个输入轴（6，106，206）是固定式结构。

6、如权利要求1至4中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二太阳轮（17，117，217）可由输入轴（6，106，206）驱动。

7、如权利要求1、2或4中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，输入轴（6，106，206）与第二太阳轮（17，117，217）刚性相连。

8、如权利要求4至7中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二行星架（121，221）由驱动装置通过第二传动级中的一个齿轮壳结构的输出轴（101，201）来驱动。

9、如权利要求1至3中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二圆周齿轮（19）由驱动装置通过第二传动级中的一个齿轮壳结构的输出轴（1）来驱动。

10、如权利要求4至8中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二传动级的圆周齿轮（120，220）具有两个分别提供给第一和第二行星轮（113，213;118，218）的单独的齿圈。

11、如权利要求10所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，两个齿圈具有不同的结构设计。

12、如权利要求1至11中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，至少其中的一个传动级为摆线齿轮传动机构，摆线齿轮传动机构中的两个偏心轮（212、217）相当于行星齿轮传动机构中的太阳轮，摆线齿轮传动机构的两个凸轮盘（213，218）相当于行星齿轮传动机构的行星齿轮，以及摆线齿轮传动机构的圆周齿轮（220）相当于行星齿轮传动机构中的圆周齿轮。

13、如权利要求4至8中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第二传动级的圆周齿轮（120，220）具有一个提供给第一和第二行星轮（113，213;118，218）的相同结构的齿圈。

14、如权利要求1至13中任一项所述的行星齿轮传动机构，其特征在于，第一传动级中的一个带圆周齿轮的齿轮壳体结构的被动轴（3）是由驱动装置通过第二传动级中的一个齿轮壳体结构的输出轴（1）来驱动。

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