CN111433489A - 齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行星齿轮箱，在内座圈和同轴外座圈之间有两排行星轮。输入齿轮也可以与内行星轮或外行星轮啮合。为了避免由于施加的扭矩产生的扭曲而造成齿轮的分离啮合，可以使用凸轮效应，其中施加的扭矩产生径向预载。与输入齿轮啮合的齿轮可以在也与内座圈或外座圈中对应的一个啮合的齿轮的部分处啮合。行星轮可以与具有不同螺旋角的轴向部分齿轮接合。内座圈或外座圈可以由以不同螺旋角齿轮接合的两个部件形成，以与行星轮的不同轴向部分啮合。通过使用这些不同的部件，组装变得容易，因为部件可以轴向地滑动到行星轮上。

Description

齿轮箱

技术领域

齿轮箱。

背景技术

在公布的专利申请号WO2013173928A1，示出了一种装置，该装置用两排滚子增加扭矩，所有这些滚子都与另外两个滚子接触，并且滚子的数量足够多，从而实现低凸轮角度。在该角度以下，凸轮作用增加了在内滚子和外滚子之间、内滚子和内座圈之间以及外滚子和外座圈之间的接触处的牵引压力。

实现足够高的摩擦系数以允许这种凸轮作用发生是一个挑战，因为许多普通的材料组合，诸如钢钢组合，具有比这种装置的典型凸轮角度所需的摩擦系数(CF)更低的摩擦系数。因此，必须使用诸如镍合金和其他材料组合的材料来获得足够高的CF，以允许凸轮角度几何形状提供与传输的扭矩成比例的牵引压力。

滚动接触型的另一个挑战是保持所有滚子周向等距地间隔开。滚动接触本身不会相对于其他滚子“周向错开”，并且如果滚子的周向间距不受控制，两排滚子固有地不稳定。所谓不稳定是指，如果滚子变得不等距地间隔开，内座圈将不会与外座圈保持同心。

本装置的纯滚子型式(没有齿轮齿)的另一个挑战是保持滚子彼此轴向地对齐并与座圈轴向地对齐。

该装置的纯滚子型式的实施方案的另一个挑战是需要轴承来保持外座圈与内座圈轴向地对齐。

该装置的滚子或齿轮传动型式的实施方案的另一个挑战是必须通过诸如齿轮传动环的输入装置向滚子提供扭矩，该齿轮传动环具有与内滚子阵列啮合的内齿轮或与外滚子阵列啮合的外齿轮。

诸如常规齿轮减速器的齿轮传动装置通常使用行星齿轮架来定位行星轮。行星齿轮架增加了旋转质量、成本和复杂性。

发明内容

提供了一种变速装置，该变速装置具有内座圈和外座圈，该内座圈具有外表面并限定轴线，该外座圈具有内表面并与内座圈同轴。变速装置具有一组轨道滚子，该轨道滚子包括与内座圈的外表面齿轮接触的内滚子和与外座圈的内表面齿轮接触的外滚子，每个内滚子与两个外滚子齿轮接触，并且每个外滚子与两个内滚子齿轮接触。可存在输入环，其与内座圈和外座圈同轴，并与内滚子或与外滚子齿轮接触。

在一个实施方案中，存在A或B中的一种情况，其中，A是外滚子比内滚子长，并且每个外滚子具有与该外滚子所接触的内滚子啮合的相应的第一部分，并且输入环具有与该输入环所接触的每个外滚子的相应的第二部分啮合的外表面，外滚子的第一部分和第二部分都与外座圈啮合；并且B是内滚子比外滚子长，并且每个内滚子具有与该内滚子所接触的外滚子啮合的相应的第一部分，并且输入环具有与该输入环所接触的每个内滚子的相应的第二部分啮合的内表面，内滚子的第一部分和第二部分都与内座圈啮合。

在另一个实施方案中，内滚子和外滚子具有齿轮接触的长度，并且齿轮和座圈具有相应的直径，这些直径被选择成在输入环上产生扭矩，以使内滚子和外滚子的增加的径向载荷足以克服由输入环上的扭矩产生的分离力。

在另一个实施方案中，内座圈的外表面和外座圈的内表面中的至少一个由具有不同螺旋角的两个成角度齿轮表面形成。这两个成角度齿轮表面可以定位在轴向相邻的部件上。这种布置可用于使部件能够轴向地移动到与行星齿轮齿轮啮合接触，从而便于组装。

这些实施方案中的任何一个都可以组合。

装置和方法的这些方面和其他方面在权利要求书中阐述。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述实施方案，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是包括带有磁性小齿轮的齿轮箱的马达的一部分的简化示意性轴向端视图。

图2是图1的马达的一部分的简化示意性轴向端视图，也示出了由虚线表示的电磁定子极/柱。

图3是图2中的示例性实施方案的示意性周向截面图，其中部分组装的定子位于滚子的两个轴向端上。

图4是齿轮箱的示例性实施方案的示意性横截面，该齿轮箱具有比内小齿轮更大的外小齿轮，每排16个小齿轮，并且更大的小齿轮排具有磁体。

图5是齿轮箱的示例性实施方案的示意性横截面，该齿轮箱具有比内小齿轮更大的外小齿轮，每排14个小齿轮，并且更大的小齿轮排具有磁体。

图6是具有比内小齿轮更大的外小齿轮的齿轮箱的示例性实施方案的示意性横截面。

图7是两个滚子的示意性侧视图，示出了示例性的齿轮图案。

图8是示出低角度凸角轮廓的简化示例的图。

图9是啮合的行星齿轮的剖视图。

图10是啮合的行星齿轮的另一个实施方案的剖视图。

图11是具有中空滚子的示例性齿轮箱的示意性横截面，示出了内环和外环之间的路径。

图12是齿轮箱的实施方案的前等轴视图。

图13是图12的齿轮箱的后等轴视图。

图14是具有不对称太阳轮输入的齿轮箱的等轴剖面图。

图15是图14的齿轮箱的分解图。

图16是图14的齿轮箱的剖面图，示出了示例性组装步骤。

图17是用于齿轮箱的测试系统的等轴视图。

图18是示例性齿轮箱的剖面图，示出了惰环。

图19是示例性对称齿轮箱的等轴视图。

图20是图16的对称齿轮的等轴剖面图。

图21是具有不对称太阳轮输入的示例性齿轮箱的等轴剖面图。

图22A至图22C示意性地示出了齿轮的一部分，其分别由软材料形成为正常形状、薄形状以及在齿轮根部具有切口的形状。

图23是两级齿轮箱的等轴剖面图。

图24是包括图23的两级齿轮箱的致动器的等轴剖面图。

图25是图24的致动器的侧截面图。

图26是具有渐缩滚子的齿轮箱的示意性侧截面图。

图27是具有渐缩滚子的齿轮箱的分解等轴视图。

图28是图27的齿轮箱的侧截面图。

图29是图27的齿轮箱的等轴视图。

具体实施方式

在不脱离权利要求书所涵盖的内容的情况下，可以对这里描述的实施方案进行非实质性修改。

本装置的实施方案通过直接通过两排行星轮将扭矩从内固定环传输到外输出环而消除了对行星齿轮架的需求。齿轮减速比由内环的外径和外环的内径之间的差值决定，内行星轮和外行星轮充当它们之间的扭矩传递载荷路径。当使行星轮绕轨道运行时，外环将以诸如大约3∶1或者可能更低或者高达大约6∶1或者可能更高的齿数比旋转。内环的外径越接近外输出环的内径，齿数比越大。

这里公开的装置的实施方案使用特征的组合来提供相等的周向间距以及滚子和座圈的轴向对齐，并且由于滚子和座圈的相互作用提供了从内座圈到外座圈的轴向对齐，在一些应用中消除了对附加轴承的需求或者降低了附加轴承的强度(以及因此降低了成本和重量)。此外，这里公开的装置的实施方案提供了一种结构，该结构将磁力直接施加到滚子，以消除对单独的马达转子的需求，其中滚子本身充当具有减速比的转子，因为它们以比输出环更高的速度绕轨道运行。这消除了太阳环输入的需求，简化了马达-齿轮箱组合的制造和组装。滚子(以及因此包含的磁体)自旋的事实并不被认为是重大的损害，因为它们仍然向气隙和定子提供磁通量。

该装置的实施方案使用足够小和足够多的齿轮或凸角，以提供比齿轮更像滚动接触的动作和感觉。在权利要求中，术语“凸角”也涵盖术语“齿轮”。凸角具有在径向方向上提供高表面积的优点(与具有作用类似楔的齿轮齿的齿轮相反)。在一个示例中，凸角或齿轮的压力角可以大于20、30或40度。在另选构造中，可以使用高角度齿轮代替凸角。通过将齿轮或凸角构造成人字形构造，可以实现许多特性，包括：由于滚子的齿轮指定的周向定位，周向滚子间距；由于人字形螺旋齿轮，滚子与座圈以及内滚子与外滚子的轴向对齐；以及消除或减少对内座圈和外座圈之间的轴承的需求的能力，因为滚子上的人字形齿轮提供多轴(即：径向和轴向位置)约束。在滚子中使用永磁体允许定位在装置的轴向端上的一个或优选地两个电磁定子以这样的方式换向，以将旋转扭矩和运动施加到滚子，并且通过这样做在外环上产生扭矩(在这些非限制性示例中使用内环作为固定参考，尽管应当理解外环可以用作固定参考，并且内环可以是输出环。还应当理解，定子可以附接到内环或外环，而不管哪个是固定的，哪个是输出)。

包括永磁体的实施方案

带有行星齿轮架的典型常规差速齿轮不能在行星轮中使用永磁体，因为它需要小齿轮中的轴承和轴。此外，如果常规的行星齿轮(具有单个圆形行星轮阵列)将行星轮中的永磁体连同固定的太阳齿轮使用，它将充当增速器而不是减速器。

在图1中，示出了装置10的非限制性示例性实施方案的一部分的简化示意图。内座圈12充当固定或参考座圈，外座圈14充当输出构件，并且内滚子16和外滚子18绕轨道运行时，内滚子16和外滚子18的相应阵列将来自内座圈12的扭矩施加到外座圈14。为了使滚子绕轨道运行，该装置的实施方案具有永磁体20，该永磁体20嵌入一个或多个滚子中，并且优选地，如图1所示，嵌入所有的内滚子和外滚子中。

图2示出了装置10的实施方案的简化示意图，其中电磁定子极/柱22由虚线表示。可以使用一定范围数量的滚子和柱，诸如可以用在常规电动马达和定子中，诸如72个定子柱和68个滚子。在该非限制性示例中，滚子的数量包括34个内滚子和34个外滚子。定子可具有带柱或空气线圈的电磁体。图2中还示出了剖面线A-A，示出了图3的剖视图被剖切的地方。剖面线切穿外滚子，但在内滚子之间。如果使用空气线圈，优选具有软磁材料背铁26，以将磁通量从每个空气线圈22传送到每个相邻的空气线圈22。

图3示出了图2中的非限制性示例性实施方案的示意性横截面，其中部分组装的定子位于滚子的两个轴向端上。(电磁元件上的线圈未显示)。永磁体20的放置使得，使用两个磁体并将其从任一端放置在外滚子18中，使得它们跨分离或轴向定位构件24拉在一起。这允许磁体被保持在滚子中，而不需要额外的固定装置。当与电磁定子极22相互作用时，这为推进力提供了磁体的整个端部。也可以使用插入和固定磁体的其他装置。内滚子可以使用与外滚子相同或不同的布置。示意性地示出了包括极(这里是空气线圈)22和背铁26的定子元件。如图所示，定子元件可以在装置10的两个轴向侧上。定子可以附接到固定元件，这里是内座圈12。这里，间隔件28用于将背铁26连接到内座圈12。

轴向定位构件24不需要分离磁体。构件24仅仅防止磁体一起移动。如果分离，诸如对于由用于形成轴向定位构件24的塑料环(如果使用塑料齿轮)分离的两个简单的圆柱形永磁体，那么在它们之间需要有诸如钢的软磁材料盘112。就成本和简单性而言，这是优选的构造。

轴向定位元件24优选地与滚子的至少一个内部部分114(内径)模制或制造成一体。整个滚子可以形成为单件，或者滚子的齿轮面可以是内部部分114插入其中的一个或多个单独的件。软磁材料，诸如钢盘112，优选地用作两个磁体之间的磁通连接路径。永磁体也可以具有较小直径的圆柱形端部部分，而不是软磁材料盘。简单的圆柱形磁体被认为制造成本较低，并且在它们之间使用钢盘间隔件进行磁通连接，使得该盘可以容易地调整到理想的厚度(而永磁体更难加工到相同的公差)。

图1至图3所示的实施方案具有2排大小相似的小齿轮(滚子)，每排小齿轮中有磁体。如图1和图2中可见，磁体(从一个轴向侧看)的所有N在一个阵列中，并且所有S在另一个阵列中。一些构造使用一个阵列比另一个阵列小得多的小齿轮。在这种情况下，最好只在较大的小齿轮中放置磁体。好处包括定子更轻，因为径向尺寸更小。无论小齿轮尺寸如何，磁体都可以限制在一排。在图4至图5中以每排分别具有16个和14个小齿轮的型式示出的示例具有较大的外滚子18，其中磁体20仅在外阵列中。

这种单排磁体构造具有永磁体小齿轮的单个阵列中磁体的交替极性。

定子可以具有多个极。每个极可以是例如具有柱的电磁体或空气线圈。对于常规的三相马达，定子需要有可被3整除的极数(当涉及定子时，术语“极”或“柱”是指每个单独的柱和线圈，或线圈(如果使用空气线圈))。极数可被4整除也可以是有用的，所以如果它既能被3整除又能被4整除，它就能被12整除。

然后转子柱的数量(这里的转子柱是指相对于相邻的具有磁体的滚子具有交替极性的永磁体的滚子的数量)基于定子柱的数量，并且对于集中绕组，转子柱的数量大于或小于定子柱的数量。例如，-2或+2，但是-4或+4是优选的，因为这将磁力分布在气隙周围以减少定子上的弯曲载荷。其他的差异也将适用。

这里，转子柱的数量是其中具有磁体的小齿轮的数量，其通常是小齿轮的总数或小齿轮的排的一者中的小齿轮的数量。

如图4所示，在一排小齿轮中具有磁体的实施方案中，一排中合适数量的小齿轮的示例是16个。

图1至图5所示的实施方案在这里被称为无太阳轮自激励齿轮箱。这些实施方案非常简单。它们各自具有仅一个(通常是固定的)内环和一个外环(通常连接到输出)。滚子充当轴承，这减少或消除了对常规轴承的需求。这是一个简单且低成本的致动器，周于任何需要高速的东西，比如外骨骼。本申请中公开的实施方案可以用于例如美国专利申请公布号2017/0181916中公开的外骨骼。

图6示出了具有每排14个小齿轮的实施方案，小齿轮尺寸的极差小于图5。没有显示磁体。所有这些实施方案都可以在有或没有磁体的情况下使用。在没有磁体的情况下，输入力可以由输入齿轮提供，如下文描述和示出的那样。

齿轮或凸角构造

图7示出了内滚子16上的内人字形齿轮或凸角30和外滚子18上的外人字形齿轮或凸角32的非限制性示例。齿轮或凸角30和32由线示意性地示出。齿轮或凸角30和32将啮合，尽管在该图中齿轮看起来稍微分离。人字形齿轮或凸角有助于限制滚子的轴向定位。轴向定位可以通过齿轮或凸角的任何使用来限制，该齿轮或凸角在与表面或另一个滚子同时接触的滚子的不同部分处具有不同的螺旋角。图7所示的人字形只是这样的一个示例。为了区别于下面定义的“压力角”，本段中所指的角度(即凸角峰或谷远离轴向方向的角度)将被称为螺旋角。在该实施方案中，螺旋角34(由将示出凸角30的线连接到平行于轴线的虚线的弧表示)在滚子的不同轴向部分上是相反的。这个相反的非零角度是在不同轴向部分上不同螺旋角的示例。

虽然该装置可能被构造成与牵引表面一起工作，但是使用例如图8所示的凸角将具有通过防止齿轮之间以更大角度滑动来增加表观摩擦系数的效果。因此，可以使用高有效压力角凸角，诸如正弦波轮廓，只要载荷下的平均最大压力角足够低以防止凸角或齿轮面脱离。

图8中示出了高有效压力角凸角轮廓的简化示例。高有效压力角凸角几何形状被认为通过增加径向有效表面积而允许高滚动接触能力。随着扭矩的增加而增加径向接触力的自凸轮效应和这种低有效压力角凸角几何形状的结合预计将导致最小的滑动和因此低滚动摩擦。

高有效压力角——在常规齿轮箱中，高压力角会导致在扭矩传递期间齿轮之间的高分离力。在该装置的实施方案中，凸角压力角足够低，以增加接触区域的有效摩擦系数，从而建立凸轮角度。一旦建立了临界有效摩擦系数(EFC)，自激励效应将导致滚子增加牵引压力，而不是滑动或跳跃。图8描绘了滚子和座图之间的凸角接触。虚线代表底部上的滚子的节圆直径和顶部上的更大直径的座圈。长虚线A代表实际的接触角，如果它是非齿轮界面并且相对于滚子轴线在径向方向上的话。线B代表当滚子在座圈上滚动时凸角啮合过程中的最大压力角，并且垂直于凸角的表面。线C代表当滚子在座圈上滚动时载荷啮合过程中的最小压力角，并且垂直于凸角的表面。在扭矩传递期间，接触压力在一个方向上被偏置，因此在接触线B的相反方向上没有有效接触。由于这种接触模式，平均有效压力角沿着线D，大约在线B和线C之间的中间。

如在WO2013173928A1(其内容以引用方式并入本文)中所述，内座圈和外座圈中的每一个可以是圆形的并且以轴线为中心。牵引角

可定义如下：对于接触第一外滚子的每对第一内滚子，牵引角

定义为在从轴线向外延伸穿过第一内滚子的中心的第一线和从第一外滚子与外座圈的接触点以及第一内滚子与内座圈的接触点延伸的第二线之间的角度。滚子的轨道运动导致内座圈和外座圈之间的差动运动，因此扭矩力经由滚子在内座圈和外座圈之间传输。扭矩力在相邻滚子的接触点之间传输，并因此以牵引角传输，该牵引角的周向分量与径向分量之比等于牵引角的正切。因此，如在WO2013173928A1中所述，对于牵引表面，如果内座图和内滚子之间的摩擦系数大于该角度的正切，则扭矩将产生足以在扭矩增加时保持牵引力的径向分量，而不需要大的预载或任何额外的机构来增加径向载荷。这在本文中被称为“凸轮效应”；表现出这种凸轮效应的装置在本文中也可称为“自激励的”。

在滚子上有齿轮或凸角的情况下，摩擦系数不依赖于产生自激励效应来防止滚子在彼此上旋转滑动。相反，齿轮或凸角用来使滚子彼此以及它们相应的座圈同步。

在图7所示的实施方案中，凸角基本上覆盖了滚子的整个径向表面，并且内滚子凸角与外滚子凸角和内座圈凸角两者啮合，并且外滚子凸角与内滚子凸角和外座圈凸角两者啮合。然而，也可以仅在滚子的一部分上具有凸角。此外，与相邻的滚子相比，滚子的不同部分和因此可能不同的凸角与对应的座圈接触也是可能的。对于不同的触点，也可以具有凸角、齿轮或牵引表面的不同选择。

齿轮齿廓

本装置的实施方案使用两排行星轮之间以及行星轮和座圈之间的齿轮接触。这种齿轮接触允许更大的凸轮角度和潜在的更高的扭矩传输。齿轮接触要解决的一个挑战是，齿轮部件之间的径向压缩会导致非共轭运动，以及由于一个行星轮的齿充当楔的楔入效应而产生的高摩擦和齿槽效应，该楔被压在啮合行星轮的接收齿之间。这种楔入效应导致与齿轮接触面共面的小齿轮之间的径向力的高机械增益，从而导致高摩擦和磨损。由于在小齿轮旋转期间齿轮齿接触的不同阶段机械增益变化，因此将齿轮径向挤在一起也会产生可变的摩擦力。这种可变摩擦力可导致齿槽效应和不规则磨损。

用于该装置的新的齿轮齿廓提供了在牵引系数下的滚动接触与渐开线齿轮齿廓的组合，该渐开线齿轮齿廓提供了滚动接触所不提供的扭矩传递的其余部分。

如这里所述，在齿轮齿之间使用圆柱形滚动接触表面，并且如果与正齿轮一起使用，将减少齿轮接触的量(即：它将减少接触比率)。在足够高的圆柱形滚动接触百分比下，将出现小于1的齿轮接触比率。在此比率之前，很难或不可能实现大于1的滚动接触比率。如这里描述的螺旋齿图案的使用可以提供齿轮之间的连续滚动接触，以及用于平滑滚动接触和不间断齿轮扭矩传输的连续齿轮接触。在滚子的不同轴向部分处具有螺旋方向的螺旋齿可以形成人字形齿。

在图9所示的实施方案中，具有示例性修改渐开线形状的螺旋齿轮60用于内排行星轮。内行星齿轮60与外行星齿轮62啮合。内行星齿轮齿64的外径不必修改，但是为了提供与外排行星轮的滚动接触，内行星轮齿的根部66被形成为比通常的圆柱形表面70更大，以提供与外行星轮齿68的顶端的圆柱形滚动接触。外行星轮齿的根部74没有被修改，但是外行星轮齿68的外径被形成为与常规的齿轮齿廓76相比具有缩短的顶端，并且顶端具有与内行星轮的根部66滚动接触啮合的圆柱形表面72。这样，当与螺旋齿轮齿廓结合时，在非常大的圆柱形表面区域70和非常大的圆柱形表面区域72之间可以始终保持滚动接触，并且齿轮接触也可以始终保持。在该齿轮齿廓的优化构造中，齿轮面的渐开线形状将被定制以提供共轭齿轮运动，其中滚动接触直径被用作两个齿轮的节圆直径。注意，对于这种齿轮齿几何形状，对应于一个齿轮的平底根部的区域78的圆柱距离将大约等于对应于另一个齿轮的平顶顶端的区域80的圆柱距离。如图10中窄齿84所示，可以通过减小齿的角尺寸来增加该角距离。

相同的滚动/齿轮接触原理适用于与外环形齿轮(图9和图10中未示出)啮合的外行星轮。在这种情况下，外环形齿轮齿的根部是圆柱形的，并且与常规齿轮相比具有减小的内径。该外齿轮的圆柱形根部在缩短的外行星齿轮齿的圆柱外径上滚动。

内固定环形齿轮齿与内行星齿轮啮合，这是由于环形齿轮齿的根部相对未被修改，并且内固定环形齿轮的圆柱内径减小以增加该圆柱形表面的表面积。

以这种方式(或通过其他变型)，材料被添加到啮合组中的第一啮合齿轮的根部，从而增加圆柱形表面中的根部中的材料，以用于滚动接触，同时从第二啮合齿轮齿的齿顶端移除材料，使得第一齿轮上的齿的根部在第二齿轮的齿的顶端上滚动。然后，在第一齿轮的顶端和第二齿轮的根部之间产生间隙(如图9中的82所示)，因此与齿轮的节圆直径不同轴的这些顶端和根部的相对运动不会增加齿轮啮合的摩擦。

对于许多应用，诸如许多机器人应用，在齿轮啮合的周向方向上容许一些齿隙，因为圆柱形滚动表面之间的牵引力将减少在方向改变期间的齿隙感觉。这导致扭矩的平稳传递，并且与减小尺寸的齿轮齿的摩擦较低，从而提供齿轮齿的正时和轴向位置。本装置的凸轮作用允许较小的齿轮齿用于扭矩传输，因为一部分扭矩通过滚动接触的牵引传递。

带凸角齿轮

使用正弦波形齿轮形式的相对简单的齿轮齿廓显示了合理的性能。这种形状可以是纯正弦波或近似正弦波，诸如形成凸角的一系列相连的弧。对于足够高数量的凸角，齿的高度足够短，以减少齿轮齿之间的滑动运动，同时在径向方向上在凸角的顶端和根部处提供足够的表面积，以用于平滑的滚动接触。例如，凸角高度可以小于齿轮半径的1/20、1/30或1/40，例如内滚子齿轮或外滚子齿轮。高螺旋角的使用在切线方向上提供了一致的径向接触和一致的扭矩传输表面积。当这种带凸角形状与本装置的自凸轮几何形状一起使用时，牵引角将决定多少扭矩传输由切向接触提供，以及多少经由与齿顶端的半滚动接触中齿根部的牵引提供。

扭矩传输

该装置的实施方案显示出非常刚性的扭矩传输，即使当由塑料构造时。该装置的实施方案的旋转刚度潜力被认为比常规行星齿轮系的可能潜力要高得多。这是因为扭矩通过内齿轮和外齿轮的几乎直线的阵列从内齿轮传递到外齿轮。这种直线扭矩传递在图11的简化有限元分析中示出。添加了箭头来标记应力线110，该应力线在图11中显示为较浅的阴影。

增加径向预载可能会增加刚度，但也会增加滚动摩擦。增加的滚动摩擦并不总是有益的，但也存在有益的情况。例如，在机加工中，希望防止由于工具载荷或振动导致的齿轮箱的反向驱动。在其他用途中，如需要安全制动的应用，高预载可用于使齿轮箱在一定的反向驱动扭矩下不可反向驱动。这降低了例如必须与电流分离的制动器的成本、复杂性和功耗。

具有输入环的实施方案

在一个示例中，齿轮箱的自激励部分由与17个等距地间隔开的内行星轮啮合的静止内太阳齿轮组成，内行星轮又与17个等距地间隔开的外行星轮啮合。然后，外行星轮与外环啮合。该级的输入是行星轮的轨道运行，而输出是外环的运动。输入级通过使用行星齿轮在自激励级驱动行星轮。该级使用作为输入的太阳轮、作为输出的行星轮旋转以及惰轮外环。在每个齿轮的人字形构造中使用45°螺旋轮廓。

该实施方案中使用的齿轮齿的直径和数量如表1所示。

表1

	直径	齿数
			太阳轮	105.4	170
内行星轮	19.85	32
			外行星轮	12.40	20
外环	158.10	255
			输入太阳轮	124.89	102
输入行星轮	20.81	17
			惰环	166.51	136

该装置的实施方案的牵引和齿轮构造在公布的专利申请号WO2013173928A1中描述。该公开包括使用齿轮输入和齿轮齿廓的构造以及提供益处的构造，这些益处包括保持行星轮等距地(周向地和轴向地)间隔开的有效方式，通过非对称输入最小化零件数量的方式，以及通过到内或外行星轮阵列的非对称太阳环输入增加减速比的简化方式。

图12和图13分别示出了齿轮箱40的实施方案的前视和后视等轴视图。可以看出，存在内齿轮42和外齿轮44，其具有内齿轮42上的人字形齿轮齿46和外齿轮上的啮合的人字形齿轮齿48。在该实施方案中，仅内齿轮42延伸到齿轮箱的后部。外座圈50驱动行星齿轮，内齿轮42接触不同尺寸的内座圈52和54，以相对于另一个内座圈54驱动一个内座圈52。

轴向向外太阳齿轮输入

行星轮和环形齿轮之间齿轮接触的使用使它们等距地周向间隔开。人字形齿轮或凸角齿的使用防止了齿轮在轴向方向上的移动。这允许齿轮用作轴承，用于内固定齿轮和外输出齿轮在径向方向和轴向(推力轴承)方向两者上的相对位置。这具有降低复杂性和成本的优势。

人字形齿轮或凸角的这种组合的另一个益处是提高了仅从齿轮箱的一侧驱动内行星轮或外行星轮的能力，而不会使它们围绕齿轮箱的径向轴线扭曲。通过使用图14中的齿轮90，可以通过使用太阳齿轮96输入来增加减速比(或如果反向则增加速比)，其中齿轮90固定到外行星轮92(如这里在该局部组装示意图中所示)或内滚子94，该内滚子94具有与其固定到的滚子相同或不同的节圆直径。这种一侧驱动也有利于组装，因为它允许使用单个齿轮阵列，而不是螺旋对齐的两个或更多个阵列。这些螺旋齿轮在组装期间必须螺纹连接在一起，因此在轴向方向上仅一组行星轮允许内固定环形齿轮和/或外输出齿轮被制造成两件，并且从两个轴向端螺纹连接在一起。

在如何可以组装装置的非限制性示例性实施方案的示例中，以下描述了在根据这里描述的原理形成几何形状时可以组装装置的一种方式。

组装

图15是图14的装置的分解图，并且图16是其剖面图。图14中所示的零件在图15中也存在。此外，存在：销98，以用于外行星轮的临时对齐；外输出齿轮100，其具有用于接收销的孔102；与输入太阳齿轮96结合的输入太阳环104，以及与静止太阳齿轮108结合的静止太阳环106。

组装顺序如下，并在图16中用带步骤号的框表示。在步骤1中，外行星轮92插入外输出齿轮100中。因为它们是要安装的第一部件，所以有空间经由径向运动将它们安装进去，这样，尽管人字形啮合，外输出齿轮和外行星轮仍然可以制造成一体。在步骤1A中，销98穿过外行星轮92中的孔和外输出齿轮100中的孔102插入。这些销用于临时对齐，并且在不再需要时可以移除。在步骤2中，输入太阳环104被插入并与固定到外行星齿轮92的齿轮90的第一半块啮合。在步骤3中，安装内行星轮94。它们也可以被径向地插入。在步骤4中，静止太阳环106被安装并与内行星齿轮94的部分啮合。在步骤5中，静止太阳齿轮108被插入并与内行星齿轮94的其他部分啮合。静止太阳环106和静止太阳齿轮108可以固定在一起。在步骤6中，输入太阳齿轮96被插入并且可以固定到输入太阳环104。

为了操作该非限制性示例性实施方案，转动太阳轮并保持内环将导致外环以大约7∶1的减小的比率自旋。

如果外行星轮由太阳齿轮驱动，如这里所示，由比这里所示的外小齿轮直径大的齿轮输入，则优选的是，较大的太阳输入环形齿轮的最小尺寸大于固定环形齿轮的外径。以这种方式，能够实现齿轮箱的组装，因为在内太阳齿轮环构件(2)如上所述从内平面向外螺纹连接到较大的太阳输入小齿轮上之后，内固定环(4，5)的两个半块可以从内排小齿轮的任一侧“螺纹连接”在一起。此外，如果内固定环的外径小于太阳输入环的一半，太阳输入环形齿轮组件可以是人字形轮廓，因此它不需要轴承。在插入黄色内小齿轮之前，太阳输入环的内半块可以从组件内部“螺纹连接”成与太阳齿轮输入小齿轮接合，然后在插入内(黄色)排小齿轮并且从两个轴向端组装内固定人字形齿轮的两个半块之后，人字形太阳齿轮的另一半块可以从外部螺纹螺栓连接到太阳齿轮的第一半块。

齿轮组合

虽然这种装置有许多潜在的益处，但在这一点上，发明人已经表明，没有已知的齿轮组合提供完美的齿轮啮合。

到目前为止，已经有超过1亿个行星轮和环形齿轮上的行星轮数量和齿轮齿数量的组合进行了测试，但没有完美的解决方案。这就要求把可能性限制到不完美程度最低的可能性。

选择可用组合的约束包括以下内容：

太阳轮和外环的直径差足够大，使得内固定环和外输出环之间的减速比大于2∶1(行星轮的2次轨道运行导致输出环旋转1圈或更多圈)。行星轮数量的范围从最小的5个到最大的30个，尽管在这个行星轮范围之外还有另外的解决方案。

齿轮齿节距大于0.7mm(这允许通过包括注射成型在内的普通齿轮生产方法进行制造)。

已知齿轮直径可以根据需要缩放到更大或更小的直径，将大约89.25mm的外环外径设定为恒定。通过本申请。该直径被选定为机器人市场上有用的大小。

仅发现了不完美的解决方案。齿轮组合中的不完美表现为齿轮齿的不完美对齐或啮合齿轮模块中的不匹配。通常，内排行星轮将与内固定齿轮良好啮合，并且外排行星轮将与外输出环形齿轮良好啮合，但是内行星轮齿将与外行星排齿轮错位。由于材料的一致性，可以容许一些错位，但是错位越多，齿轮箱的扭矩传输能力越低，并且由于齿轮之间的干涉导致的摩擦越大。

更多、更小的齿的使用增加了潜在选项的数量，但是小齿轮齿使得制造和组装更加困难，并且在某些情况下小齿也可能降低扭矩传输。

使用更少的行星轮增加了行星轮的可制造性，但是更多的行星轮允许更大的最大扭矩，假设载荷在行星轮之间被分担并且提供了额外的解决方案。

在考虑到所有这些因素的情况下，可用组合的数量少得惊人。不精确指数被用来比较不同的选项，该指数表示对于给定的选项来说行星轮到行星轮啮合的错位程度。

潜在可用构造局限于均方根误差系数小于0.0004的那些解决方案，并且在下表中示出。高于所示的误差系数适用于某些应用。此外，在保持齿数恒定的同时，所示构造可以按几何比例缩放。

下表2中所示的误差系数考虑了角度误差和直径误差。给出的比率假设输入是输入太阳轮的旋转，内环保持静止，并且外环作为输出。

表2

选择至少1mm的齿轮/凸角齿(用于3D打印)并最小化误差系数，根据该算法的发现分析在迭代地检查几亿种可能性之后仅产生数百个肯定选项。

显示了其他不太理想的选项。

齿轮组合中包括同相和异相齿轮两者。当与仅同相解决方案相比时，包含异相齿轮显著增加了解决方案的数量。此外，在异相解决方案中，误差系数往往较低。

测试台：

单独的部件被设计和3D打印为固定到齿轮箱的静止和输入部件，以便测试输出扭矩能力。图17示出了用于将杠杆臂上的质量连接到齿轮箱并测量提升质量所需的扭矩的扭矩测试设备。如图17所示，1英尺的杠杆臂112连接到输出外环以加载齿轮箱的输出，并且输出扭矩被计算为附接到附接点114的质量(未示出)乘以臂的长度。扳手(未示出)附接到臂的输入116，用于通过装置传递扭矩。

惰环

如图18所示，可以插入围绕较大齿轮90上的较大直径外行星齿轮齿的惰环118，以防止当齿轮被激励时行星齿轮和输入太阳齿轮齿之间的分离。

对称构造

为了防止行星轮弯曲，自激励齿轮可以被定位在输入的任一侧上，如图19和图20所示。这种构造确保行星轮保持平行于齿轮箱的中心轴线。外输入环120在两侧上被静止环122包围，并与内行星齿轮124啮合，以驱动内行星齿轮124。内行星齿轮124和外行星齿轮126形成两排滚子系统，以相对于静止环122驱动输出太阳环128。

在主滚子直径处啮合的输入环

图21示出了单侧输入自激励齿轮箱的非限制性示例性实施方案的剖面等轴视图。内环130(这里为固定环)与齿轮内滚子132的阵列接触。外环134(这里为输出环)也与齿轮外滚子136的阵列齿轮接触，并且齿轮外滚子136中的每一个与两个齿轮内滚子132接触。使用齿轮输入环138提供输入扭矩。在所示的实施方案中，齿轮输入环138具有与外滚子齿轮接触的径向面向外部分。在该实施方案中，外滚子136在与内滚子132啮合的第一部分140和与输入环138啮合的第二部分142中具有相同的直径。第一部分140和第二部分142都与外环134啮合。这里，第一和第二部分包括滚子136的相应端部，但是也可以使用诸如图20所示的对称布置。外滚子与外环形齿轮沿其长度的全程接合有助于保持滚子对齐。在所示的实施方案中，单个齿轮啮合覆盖第一部分140和第二部分142两者，但是这些部分也可以具有单独的齿轮啮合。所示实施方案具有直切齿轮，但是也可以使用螺旋齿轮，以及如上所述的人字形齿轮。

当扭矩被施加到输入环138时，除了围绕它们相应的轴线传递到每个滚子的旋转扭矩之外，还有传递到外滚子136的扭转扭曲载荷。由于内座圈130和外座圈134之间通过两排滚子的自激励(或凸轮)效应，随着装置的扭矩输出增加，两排滚子上的齿轮以及内环130和外环134被迫更成比例地接合。在外齿轮滚子的一定长度和一定的减速比下，使齿轮啮合在一起的自激励效应对外滚子的矫直效应将大于来自输入太阳齿轮138的输入的扭曲效应。最长滚子的长度可以对应于装置在轴向方向上的总宽度。本领域技术人员可以计算宽度和减速比的这种组合，以确保当扭矩被施加到输入齿轮138时，由于从内环130传递到外环134的输出扭矩导致将齿轮推入啮合的凸轮效应，而不是使它们脱离啮合(这将允许它们扭曲)的齿轮的分离力，外滚子136与外环134的啮合使外滚子136变直。由于齿轮箱的齿轮齿数比，输入齿轮138上的输入扭矩将显著低于通过行星轮136和132传递的扭矩。在7∶1的比率下，输入扭矩大约是输出扭矩的1/7。结果，外行星轮136中的主导力将是由于从内环130到外环134的扭矩传递而产生的载荷。来自凸轮效应的径向载荷分量确保外行星轮136的接触齿轮齿被径向地压入外环134中的对应齿轮齿。该径向载荷导致矫直效应，该效应抵消了由于来自输入齿轮138的输入扭矩而产生的扭曲效应。由于齿轮中径向载荷的最终增加，齿轮齿中的压力角越大或凸轮角度越大，这种效应就越强。

由于来自太阳环输入的扭力，小齿轮长度与小齿轮直径的纵横比越大，它们扭曲的可能性就越小。这种关系的存在有两个原因。一般来说，对于给定的齿轮箱外径和宽度，纵横比越大，小齿轮直径越小，因此减速比越高。总的趋势是，减速比越高，小齿轮上的径向力越大，与太阳轮的输入产生的减小的扭力相比，小齿轮上的径向力可用于在小齿轮和环之间产生更深的啮合，这是因为减速比增加，这需要太阳环输入处更低的扭矩，因此对齐效应更大。为此，发明人认为，当齿轮箱将扭矩从太阳轮输入传输到输出环时，大于1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1的小齿轮长度直径比适于使小齿轮自对齐。

在另选的布置中，外环134可以是固定的，并且内环130可以用作输出。这种布置将以相同的方式执行，尽管齿轮齿数比减小了1，并且输出方向相反。另外，外环和内环都可以是可移动的，并且齿轮箱将提供它们之间的差作为输出，齿轮齿数比取决于内环和外环的移动。

另一种可能性是使用自激励齿轮箱作为工具输出装置。具体地，如果马达附接到太阳齿轮输入，并且如果内环附接到在外输出环中顺时针转动的轴，而该外输出环附接到必须逆时针转动的轴，则可以形成反向差速器接头。

应当理解，如果输入环与内滚子132的外侧啮合，例如具有分别与外滚子和输入环啮合的第一部分和第二部分，这两个部分都与内环130啮合，那么相同的原理将适用。

这种设计可以利用直切齿轮齿、螺旋齿轮齿、凸角或其他轮廓。

如上所述的直切齿轮齿设计对于组装可能是有利的，当与人字形设计相比时，该设计具有明显更低的零件数量，并且该设计允许齿轮从一侧插入到组件中。

直切齿轮齿设计不像人字形设计那样对行星轮具有轴向约束，因此需要一些机构来轴向地约束行星轮。这种设计在任一轴向端上都使用防护罩(fence)(图21中未示出)，以防止行星轮从齿轮箱中轴向地浮动出来。通过给行星轮的轴向端加冠和添加润滑剂，由摩擦导致的损失被最小化。

载荷分担

在典型的行星齿轮箱中，在没有非常精确的公差的情况下，预计大于3的多个行星不会均匀地分担载荷。自激励齿轮箱有3个以上的行星轮对，并且必须具有某种机制来确保存在载荷分担，以最好地利用额外行星轮的强度。存在这种齿轮箱可以利用的几种机制，这里描述的几种非限制性机制利用了这种齿轮箱的不寻常的载荷分布。

自激励齿轮箱中载荷分担的一种非限制性机制是行星轮、内环或外环或它们的任意组合的径向柔性。由于上述行星轮的凸轮效应，齿轮箱内存在强大的径向载荷分量，在外环、行星轮和内环之间传输。如果这些齿轮中的任何一个具有径向柔性，齿轮将能够在凸轮效应的径向载荷下压缩。由于这种柔性，大量行星轮的公差带可以被占用，从而允许行星轮分担载荷。这种径向柔性可以来自许多特征或参数，包括但不限于薄壁、较低的材料刚度或齿轮齿根部延伸，诸如齿之间的径向狭槽。

无论载荷分担机制如何，径向(凸轮)载荷越高，由于更大的载荷分担效应，行星轮载荷越相似。较高的径向载荷伴随着较高的齿轮齿几何形状的压力角以及较高的行星接触的凸轮角度。

另一种载荷分担机制来自变速箱的2级行星轮结构。当行星轮凸轮运动到彼此上时，内行星轮和外行星轮之间的无载荷行星轮-行星轮啮合起到稳定有载荷行星轮-行星轮啮合的作用。因此，据信在产生足够高的径向载荷以“锁定”到位之前行星轮位置会有少量偏移。这种效应预计增加行星轮之间的载荷分担，并且在较低的压力角下具有更强的效应。

在载荷下的自激励齿轮箱上的应力分布会在这些部件上引起径向载荷。该径向载荷可以用于进一步使这些部件变形，并通过使自激励的部件更容易变形而使它们更好地分担载荷。这可以通过降低自激励的部件(即外环、行星轮和内环)的整体刚度来实现。可以实施三种不同的方法来实现这种类型的刚度变化(图22A至图22C)。第一种方法利用材料刚度的变化来降低这些部件的整体刚度；这意味着部件将在相同的径向载荷下变形更多，并且在齿轮齿承受的相同的切向载荷下变得易于变形。由径向和切向载荷引起的变形将有利于更有效的载荷分担和整体更硬的齿轮箱。刚度足够低的程度将取决于齿轮公差。图22A示出了标称厚度齿轮150的示例性部分，其可以由较低刚度的材料形成。第二种方法使用几何方法(例如，薄壁)来改变这些部件的整体刚度。这将使部件变得不那么硬，并且在一定的径向载荷下更容易变形。图22B示出了薄壁齿轮152的示例性部分。第三种方法使用另一种几何方法，其中壁厚保持在标称尺寸，但是齿的几何形状被修改为在根部上具有径向狭槽。在这种方法中，径向载荷和切向载荷对齿轮柔性都有影响，这允许更有效的载荷分担。图22C示出了在根部上具有径向狭槽156的标称厚度齿轮154的示例性部分。

所公开的设计可以消除对行星齿轮架和轴承的需求，因为输入由输入环提供，周向定位由齿轮提供，并且轴向定位可以由例如防护罩、渐缩滚子或具有不同角度齿轮的部分提供。

通过消除对行星齿轮架和轴承的需求，消除了这些定位元件的公差叠加。这使得三个以上的行星齿轮与环形齿轮的啮合更加一致。

消除的公差叠加元素包括行星齿轮架销的位置。行星齿轮架的同心度、轴承的跳动量以及每个小齿轮中的轴承孔与齿轮的节圆的偏心率。

除了消除这些公差叠加因素外，径向柔性可以通过多种不同的方式引入设计中。引入径向柔性的效果是减少了小齿轮之间因小齿轮尺寸变化而产生的载荷变化。

另外，由于消除了行星齿轮架，例如，行星轮可以是中空的，因此径向柔性的。

两级齿轮箱

如上所述的齿轮箱可以制成如图23至图25所示的两级齿轮箱。图23是示例性两级齿轮箱160的等轴剖面图。如图23所示，外壳体162充当两级的公共外静止齿轮。输入环164具有与第一级外齿轮168啮合的外表面166。第一级内齿轮170与第一级内环172啮合，以相对于外壳体162驱动内环172。第一级内环连接到第二级输入齿轮174，并且可以与第二级输入齿轮174一体形成，第二级输入齿轮174具有与第二级外齿轮178啮合的外表面176。第二级内齿轮180与内输出齿轮182啮合，以相对于外壳体162驱动内输出齿轮182，该差动运动提供两级齿轮箱的输出。

图24示出了使用图23所示的两级齿轮箱的致动器。除了图23所示的部件之外，图24示出了连接到输入环164的凸缘184和连接到外壳体162的内壳体部件163。未示出的电动马达转子和定子可以连接到凸缘184和内壳体163，以相对于内壳体部件163驱动凸缘184，从而驱动两级齿轮箱。图24中还示出了连接到内输出齿轮182的输出盖186和连接到外壳体162的固定外盖188。图25示出了图24的实施方案的侧剖视图。

如果第一级的外环形齿轮与第二级的另一个外环形齿轮具有相同的节圆直径和齿数并且是一个整体，则第一级的内环形齿轮连接到第二级的输入齿轮，并且第二级的内环形齿轮成为第二级的输出。

如果内环形齿轮由两级共用，则第一级的外环形齿轮连结到第二级的输入齿轮，并且第二级的外环形齿轮成为装置的输出。以这种方式可以连接两个以上的级。

渐缩实施方案

单侧自激励齿轮箱的另一个示例性实施方案是如图26至图29所示的渐缩设计。在该设计中，更基本的单侧齿轮箱设计的圆柱齿轮齿被渐缩齿轮代替，齿轮接触与如上所述保持相同，但是是渐缩的。

通过使齿轮渐缩，行星轮变得被轴向约束，并且可以通过调整图26所示位置的垫片来减少或消除齿隙。否则，变速箱会以与非渐缩形式相同的方式工作。

渐缩齿轮轮廓目前难以通过诸如滚齿或刮削的传统齿轮制造方法来制造。因此，将可能使用另一种方法，诸如但不限于注射成型、表面铣削、粉末冶金或齿轮滚轧。由于这些渐缩形的制造限制，零件数量也有可能增加。

渐缩或非渐缩齿廓可以使用直的或者螺旋的齿轮或凸角。由于制造方法或为了优化强度或噪音，在渐缩齿轮上使用螺旋角可能是有益的。

图26示出了渐缩螺旋自激励齿轮箱的示意性横截面，示出了齿轮部件如何由于制造和组装的考虑而被分开，以及垫片可以被插入的位置。需注意，这不是真正的横截面，因为通常内齿轮和外齿轮不会在相同的周向位置与内座圈和外座圈啮合。该实施方案中的外座圈200被分成在对应于内齿轮208的轴向位置处与外齿轮206接触的第一部件202，以及在对应于输入齿轮210的轴向位置处与外齿轮206接触的第二部件204。内座圈212也示出为分成部件214和216。外垫片218示出在外座圈200的部件202和204之间，并且内垫片220示出在内座圈的部件214和216之间。

如果选择注射成型作为制造方法，则较长(外)齿轮也可以在其颈部222处具有裂口(未示出)，以便于使用注射成型进行制造。

图27示出了如图26中示意性地示出的齿轮箱的等轴分解图，其具有额外的变化，即外座圈的第一部件202在此示出为被分成两个另外的部件202A和202B。

图28是图27的齿轮箱的侧剖面图，其中外滚子被移除。图29是图27的齿轮箱的等轴视图。

渐缩齿轮可以用于直齿轮或螺旋齿轮，包括人字形齿轮。除了提供一些轴向定位外，渐缩形还允许使用垫片进行齿隙调整。人字形齿允许小齿轮和环形齿轮更精确的轴向正定位。在一起使用的情况下，实现了所有的益处，但一些应用将受益于其中之一。

如例如图21所示，由于自激励效应，单侧(非对称)输入在没有人字形齿或渐缩齿的情况下是可能的，该自激励效应导致齿接合，并因此消除了齿轮轴线的扭曲。

在权利要求书中，词语“包括”以其包含性含义使用，并且不排除存在其他元素。权利要求特征之前的不定冠词“一”和“一个”不排除存在多于一个特征。这里描述的各个特征中的每一个可以在一个或多个实施方案中使用，并且由于仅在这里描述，将不被解释为对由权利要求书限定的所有实施方案是必不可少的。

Claims (30)

1.一种变速装置，包括：

内座圈，所述内座圈具有外表面并限定轴线；

外座圈，所述外座圈具有内表面并与所述内座圈同轴；

一组轨道滚子，所述一组轨道滚子包括与所述内座圈的所述外表面齿轮接触的内滚子和与所述外座圈的所述内表面齿轮接触的外滚子，每个内滚子与两个外滚子齿轮接触，并且每个外滚子与两个内滚子齿轮接触；

输入环，所述输入环与所述内座圈和所述外座圈同轴，并与所述内滚子或所述外滚子齿轮接触；并且

其中A或B中的一种，其中

A是所述外滚子比所述内滚子长，并且每个外滚子具有与所述外滚子所接触的所述内滚子啮合的相应的第一部分，并且所述输入环具有与所述输入环所接触的每个外滚子的相应的第二部分啮合的外表面，所述外滚子的所述第一部分和所述第二部分都与所述外座圈啮合；并且

B是所述内滚子比所述外滚子长，并且每个内滚子具有与所述内滚子所接触的所述外滚子啮合的相应的第一部分，并且所述输入环具有与所述输入环所接触的每个内滚子的相应的第二部分啮合的内表面，所述内滚子的所述第一部分和所述第二部分都与所述内座圈啮合。

2.一种变速装置，包括：

内座圈，所述内座圈具有外表面并限定轴线；

外座圈，所述外座圈具有内表面并与所述内座圈同轴；

一组轨道滚子，所述一组轨道滚子包括与所述内座圈的所述外表面齿轮接触的内滚子和与所述外座圈的所述内表面齿轮接触的外滚子，每个内滚子与两个外滚子齿轮接触，并且每个外滚子与两个内滚子齿轮接触；并且

输入环，所述输入环与所述内座圈和所述外座圈同轴，并与所述内滚子或所述外滚子齿轮接触；所述内滚子和所述外滚子具有齿轮接触的长度，并且所述齿轮和所述座圈具有相应的直径，所述直径被选择成在所述输入环上产生扭矩，以使所述内滚子和所述外滚子的增加的径向载荷足以克服由所述输入环上的所述扭矩产生的分离力。

3.根据权利要求2所述的变速装置，其中，与所述输入环齿轮接触的所述内滚子或所述外滚子具有大于1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1或4∶1的长度直径比。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变速装置，其中，所述内滚子和所述外滚子各自由至少两个不同地渐缩的部分形成，所述内座圈和所述外座圈各自由至少两个轴向相邻的部件形成。

5.根据权利要求4所述的变速装置，还包括在所述轴向相邻的部件之间的垫片。

6.一种变速装置，包括：

内座圈，所述内座圈具有外表面并限定轴线；

外座圈，所述外座圈具有内表面并与所述内座圈同轴；

一组轨道滚子，所述一组轨道滚子包括与所述内座圈的所述外表面齿轮接触的内滚子和与所述外座圈的所述内表面齿轮接触的外滚子，每个内滚子与两个外滚子齿轮接触，并且每个外滚子与两个内滚子齿轮接触；

所述内座圈的所述外表面和所述外座圈的所述内表面中的至少一个，由具有不同螺旋角的两个成角度齿轮表面形成；以及

输入环，所述输入环与所述内座圈和所述外座圈同轴，并与所述内滚子或与所述外滚子齿轮接触。

7.根据权利要求6所述的变速装置，其中，所述两个成角度齿轮表面定位在轴向相邻的部件上。

8.根据权利要求7所述的变速装置，其中，所述两个成角度齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形齿轮表面。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的变速装置，其中，所述输入环由两个轴向相邻的部件形成，每个部件具有相应的输入成角度齿轮表面，所述相应的输入成角度齿轮表面具有不同的螺旋角。

10.根据权利要求9所述的变速装置，其中，所述输入成角度齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形齿轮表面。

11.一种组装变速装置的方法，所述方法包括以下步骤：

将一组外轨道滚子放置成与外座圈的内表面齿轮接触；

将一组内轨道滚子放置成与所述外轨道滚子齿轮接触，每个内轨道滚子与两个外轨道滚子齿轮接触，并且每个外轨道滚子与两个内轨道滚子齿轮接触；

将内座圈的第一部件放置成与所述内轨道滚子齿轮接触并与所述外座圈同轴，所述第一部件具有第一成角度齿轮表面；

将内座图的第二部件放置成与所述内轨道滚子齿轮接触并与所述外座圈同轴，所述第二部件具有第二成角度齿轮表面，所述第一成角度齿轮表面和所述第二成角度齿轮表面具有不同的螺旋角；以及

将输入齿轮放置成与所述外轨道滚子齿轮接触并与所述外座圈同轴。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一成角度齿轮表面和所述第二成角度齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形齿轮表面。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述输入齿轮包括具有第一成角度输入齿轮表面的第一输入齿轮部件和具有第二成角度输入齿轮表面的第二输入齿轮部件，并且将输入齿轮放置成与所述外轨道滚子齿轮接触并与所述外座圈同轴的所述步骤包括将所述第一输入齿轮部件放置成与所述外轨道滚子同轴并且使所述第一成角度输入齿轮表面与所述外轨道滚子齿轮接触，并且将所述第二输入齿轮部件放置成与所述外轨道滚子同轴并且使所述第二成角度输入齿轮表面与所述外轨道滚子齿轮接触，所述第一成角度输入齿轮表面和所述第二成角度输入齿轮表面具有不同的螺旋角。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一成角度输入齿轮表面和所述第二成角度输入齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形输入齿轮表面。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中，在将所述一组内轨道滚子放置成与所述外轨道滚子齿轮接触的所述步骤之前，所述第一成角度输入齿轮表面被放置成与所述外轨道滚子齿轮接触，并且在将所述内座圈的所述第一部件和第二部件放置成与所述内轨道滚子齿轮接触的所述步骤之后，所述第二成角度输入齿轮表面被放置成与所述外轨道滚子齿轮接触。

16.一种组装变速装置的方法，所述方法包括以下步骤：

将一组内轨道滚子放置成与内座圈的外表面齿轮接触；

将一组外轨道滚子放置成与所述内轨道滚子齿轮接触，每个外轨道滚子与两个内轨道滚子齿轮接触，并且每个内轨道滚子与两个外轨道滚子齿轮接触；

将外座圈的第一部件放置成与所述内轨道滚子齿轮接触并与所述内座圈同轴，所述第一部件具有第一成角度齿轮表面；

将外座圈的第二部件放置成与所述外轨道滚子齿轮接触并与所述内座圈同轴，所述第二部件具有第二成角度的齿轮表面，所述第一成角度的齿轮表面和所述第二成角度的齿轮表面具有不同的螺旋角；以及

将输入齿轮放置成与所述内轨道滚子齿轮接触并与所述内座圈同轴。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一成角度齿轮表面和所述第二成角度齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形齿轮表面。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其中，所述输入齿轮包括具有第一成角度输入齿轮表面的第一输入齿轮部件和具有第二成角度输入齿轮表面的第二输入齿轮部件，并且将输入齿轮放置成与所述内轨道滚子齿轮接触并且与所述内座圈同轴的所述步骤包括将所述第一输入齿轮部件放置成与所述内轨道滚子同轴并且使所述第一成角度输入齿轮表面与所述内轨道滚子齿轮接触，并且将所述第二输入齿轮部件放置成与所述内轨道滚子同轴并且使所述第二成角度输入齿轮表面与所述内轨道滚子齿轮接触，所述第一成角度输入齿轮表面和所述第二成角度输入齿轮表面具有不同的螺旋角。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一成角度输入齿轮表面和所述第二成角度输入齿轮表面具有相反的螺旋角，以一起形成人字形输入齿轮表面。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中，在将所述一组外轨道滚子放置成与所述内轨道滚子齿轮接触的所述步骤之前，所述第一成角度输入齿轮表面被放置成与所述内轨道滚子齿轮接触，并且在将所述外座圈的所述第一部件和第二部件放置成与所述外轨道滚子齿轮接触的所述步骤之后，所述第二成角度输入齿轮表面被放置成与所述内轨道滚子齿轮接触。

21.根据权利要求1至10中任一项所述的变速装置，其中，所述内滚子和所述外滚子具有在所述根部处具有径向狭槽的齿轮轮廓。

22.根据权利要求1至10或21中任一项所述的变速装置，其中，所述内滚子和所述外滚子是中空的。

23.根据权利要求1至10、21或22中任一项所述的变速装置，其中，所述内滚子和所述外滚子由选定的材料形成，所述材料具有足够低的刚度，以在给定的所述齿轮形成的一组公差的情况下使所述齿轮变形以分担载荷。

24.根据权利要求1至3、6至10或21至23中任一项所述的变速装置，其中，所述内滚子和所述外滚子各自由至少两个不同地渐缩的部分形成。

25.一种包括根据权利要求1至10或21至24中任一项所述的多个变速装置的变速装置，所述变速装置被布置为级，使得除了第一级之外的每个级的所述内座圈连接到连续级的输入环。

26.根据权利要求25所述的变速装置，其中，所述连续级的所述外座图连接在一起。

27.根据权利要求26所述的变速装置，其中，所述多个级的所述外座图具有相同的节圆直径和齿数。

28.一种包括根据权利要求1至10或21至24中任一项所述的多个变速装置的变速装置，所述变速装置被布置为级，使得每个级的所述外座圈连接到所述连续级的所述输入环。

29.根据权利要求28所述的变速装置，其中，所述连续级的所述内座圈连接在一起。

30.根据权利要求29所述的变速装置，其中，所述多个级的所述内座圈具有相同的节圆直径和齿数。

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