CN111577864A - 行星齿轮 - Google Patents

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泰穆·库科拉
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Moventas Gears Oy
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Abstract

本发明涉及一种行星齿轮，包括行星架(104)、太阳轮、齿圈(103)以及行星轮(105‑107)，所述行星轮与太阳轮和齿圈啮合。行星齿轮的每个行星轮轴(109)被布置成以可旋转的方式支撑相应的行星轮，使得在空载情况下，行星轮的几何旋转轴线(113)相对于行星齿轮的轴向方向(z)偏斜(α)。在加载情况下，引向行星架的扭矩在行星架中引起扭转变形，从而通过该扭转变形至少部分地消除几何旋转轴线的偏斜。因此，在加载情况下，几何旋转轴线的方向能够比在空载情况下没有偏斜的行星齿轮更接近轴向方向。

Description

行星齿轮
技术领域
本公开涉及一种行星齿轮。更进一步地，本公开涉及一种行星齿轮的行星轮轴以及一种行星齿轮的行星架。
背景技术
行星齿轮包括行星架、太阳轮、齿圈以及行星轮，所述行星轮与太阳轮和齿圈啮合。行星轮由行星轮轴支撑，该行星轮轴又由行星架支撑。行星轮的轴承能够是滚动轴承或滑动轴承。在许多行星齿轮中，行星架包括：第一端部区段，该第一端部区段具有用于行星轮轴的第一端部的第一孔；以及第二端部区段，该第二端部区段具有用于行星轮轴的第二端部的第二孔。此外，行星架可包括轴向支撑区段，该轴向支撑区段连接到第一端部区段和第二端部区段。当行星齿轮被加载成使得扭矩被引向行星架时，行星架的上述第一端部区段和第二端部区段相对于彼此被扭转。行星架的扭转变形导致行星轮的几何旋转轴线相对于行星齿轮的轴向方向偏斜的情况。几何旋转轴线的偏斜损害了行星轮和太阳轮之间的啮合以及行星轮和齿圈之间的啮合。由此，几何旋转轴线的偏斜可能会缩短行星齿轮的使用寿命。此外，几何旋转轴线的偏斜需要在行星轮的设计中进行偏斜补偿。
行星架的上述扭转变形能够由行星轮轴来补偿，该行星轮轴在接收扭矩的行星架的端部区段附近比在行星架的另一端部区段附近更具柔性。此外，行星轮轴的柔性平衡了行星轮之间的负载分配。行星轮轴的柔性增加，然而与在更具刚性的行星轮轴中产生的材料张力相比，在该行星轮轴中产生的材料张力增加。材料张力的增加减小了行星齿轮的扭矩传递能力。如果希望提高扭矩传递能力，则需要在行星轮轴中使用更昂贵的材料。
发明内容
以下给出简化的概述，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述。它既不旨在标识本发明的关键元素或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。以下概述仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为对本发明的示例性实施例的更详细描述的序言。
在本文中，“几何”一词在用作前缀时表示几何概念，其不一定是任何物理对象的一部分。几何概念能够是例如几何点、笔直或弯曲的几何线、几何平面、非平面几何表面、几何空间，或者零维、一维、二维或三维的任何其它几何实体。
根据本发明，提供了一种新的行星齿轮，其包括：
-太阳轴，该太阳轴包括太阳轮，
-齿圈，
-行星架，
-行星轮，该行星轮与太阳轮和齿圈啮合，以及
-行星轮轴，该行星轮轴相对于行星架以可旋转的方式支撑行星轮。
所述行星轮轴中的每个行星轮轴被布置成支撑相应的一个行星轮，使得在空载情况下，所考虑的行星轮的几何旋转轴线相对于行星齿轮的轴向方向偏斜，而在加载情况下，行星轮的几何旋转轴线的偏斜至少部分地通过在行星架中产生并且由引向行星架的扭矩引起的扭转变形来消除。
因此，在加载情况下，每个行星轮的几何旋转轴线的方向与结合包括在空载情况下轴向定向的刚性行星轮轴的行星齿轮相比可以更靠近轴向方向。在加载情况下，行星轮的几何旋转轴线的方向能够更靠近轴向方向，这延长了行星轮的轴承的使用寿命。此外，减少了在行星轮的设计中对偏斜补偿的需要。在根据本发明的行星齿轮的行星轮轴中出现的材料张力能够小于在行星齿轮的行星轮轴中的材料张力，其中，通过行星轮轴的柔性来补偿行星架中发生的扭转变形。
根据本发明，还提供了一种新的用于行星齿轮的行星轮轴。根据本发明的行星轮轴包括：
-端部部分，该端部部分能够附接到行星齿轮的行星架，以及
-中间部分，该中间部分用于支撑行星齿轮的行星轮并限定行星轮的几何旋转轴线，
其中，当端部部分相对于彼此定位成使得两个端部部分的几何对称轴线与几何直线重合时，几何旋转轴线相对于几何直线偏斜。
根据本发明，还提供了一种新的用于行星齿轮的行星架。根据本发明的行星架包括：
-第一端部区段，该第一端部区段具有用于行星齿轮的行星轮轴的第一端部的第一孔，
-第二端部区段，该第二端部区段具有用于行星齿轮的行星轮轴的第二端部的第二孔，以及
-轴向支撑区段，该轴向支撑区段连接到第一端部区段和第二端部区段，
其中，当行星架不受由引向行星架的扭矩引起的扭转变形的影响时，第一孔相对于第二孔在行星架的切线方向上偏移。
根据本发明的行星齿轮能够通过使用根据本发明的行星轮轴和根据现有技术的行星架来实现，在现有技术的行星架中，用于每个行星轮轴的端部的孔相对于彼此上在切线方向上偏移。通过使用根据本发明的行星架和根据现有技术的行星轮轴，也能够实现根据本发明的行星齿轮。此外，还能够通过使用根据本发明的行星架和根据本发明的行星轮轴来实现根据本发明的行星齿轮。
在所附从属权利要求书中描述了本发明的各种示例性和非限制性实施例。
当结合附图阅读时，从以下对特定示例性实施例的描述将最好地理解本发明的结构和操作方法的示例性和非限制性实施例，以及其附加的目的和优点。
动词“包含”和“包括”在本文中用作开放式限制，其既不排除也不要求存在未叙述的特征。除非另外明确说明，否则所附从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应当理解，在整个文件中使用“一”或“一个”(即单数形式)并不排除多个。
附图说明
下面以示例的方式并参考附图更详细地解释本发明的示例性和非限制性实施例及其优点，在附图中：
图1示出了根据示例性和非限制性实施例的行星齿轮，
图2a、2b和2c示出了根据示例性和非限制性实施例的行星轮轴，以及
图3a、3b、3c和3d示出了根据示例性和非限制性实施例的包括行星架的行星齿轮。
具体实施方式
在以下描述中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则说明书中提供的示例的列表和组并是不详尽的。
图1示出了根据示例性和非限制性实施例的行星齿轮。该行星齿轮包括太阳轴101、齿圈103、行星架104、行星轮和行星轮轴，该行星轮轴相对于行星架104以可旋转的方式支撑行星轮。太阳轴101包括太阳轮，并且行星架104被布置成支撑行星轮，使得该行星轮与太阳轮和齿圈啮合。图1中未示出太阳轮。在图1中，所述行星轮中的三个行星轮分别用附图标记105、106和107表示。行星轮105以局部剖视图呈现，使得图1示出支撑行星轮105的行星轮轴109的剖视图的一部分。每个行星轮轴被布置成以可旋转的方式支撑相应的一个行星轮，使得在空载情况下，所考虑的行星轮的几何旋转轴线相对于行星齿轮的轴向方向偏斜。轴向方向平行于坐标系199的z轴。在图1中，用虚线113描绘了行星轮105的几何旋转轴线。几何直线119平行于轴向方向。图1示出了处于空载情况的行星齿轮，其中，几何旋转轴线113与轴向方向之间存在角度α。角度α能够例如在0.005度至0.3度的范围内，或在0.03度至0.3度的范围内。在加载情况下，通过在行星架104中产生并且由引向行星架的扭矩所引起的扭转变形来至少部分地消除几何旋转轴线113的偏斜，使得行星架104的第一端部区段120相对于行星架104的第二端部区段121发生扭转。假定当沿坐标系199的正z方向观察第一端部区段120时，扭矩的方向使得第一端部区段120相对于第二端部区段121顺时针扭转。
图2a示出了根据示例性和非限制性实施例的行星轮轴209。行星轮轴209包括能够附接到行星齿轮的行星架的端部部分214和215。行星齿轮的轴向方向平行于坐标系299的z方向。行星轮轴209包括中间部分216，该中间部分用于支撑行星齿轮的行星轮，并限定行星轮的几何旋转轴线。在图2a中，用虚线213描绘了几何旋转轴线。当端部部分214和215相对于彼此定位成使得端部部分214和215的几何对称轴线与几何直线219重合时，几何旋转轴线213相对于几何直线219偏斜。在图2a中，几何旋转轴线213相对于几何直线219的偏斜以角度α示出，该角度能够例如在0.005度至0.3度的范围内，或在0.03度至0.3度的范围内。在示例性的行星轮轴209中，当行星轮轴209没有发生形变时，端部部分214和215的几何对称轴线与几何直线219重合。换言之，图2a示出了没有外力作用在行星轮轴209上的情况下的行星轮轴209。
图2b和2c示出了根据另一示例性和非限制性实施例的行星轮轴239。行星轮轴239包括能够附接到行星齿轮的行星架的端部部分244和245。行星轮轴239包括中间部分246，该中间部分用于支撑行星齿轮的行星轮，并限定行星轮的几何旋转轴线。图2b示出了没有外力作用在行星轮轴239上、因此行星轮轴239没有发生形变的情况下的行星轮轴239。如图2b所示，当行星轮轴239没有发生形状变形时，端部部分244和245的几何对称轴线247和248彼此平行，并且彼此相距一定距离Δ。图2c示出了在行星轮轴239已安装在行星架234上的情况下的行星轮轴239，该行星架将使得行星轮轴239发生变形的支撑力引向行星轮轴239，使得端部部分244和245的几何对称轴线与平行于行星齿轮的轴向方向的几何直线249重合。在图2c中，一些支撑力用箭头F1、F2和F3示出。如图2c所示，当行星轮轴239以上述方式变形成使得端部部分244和245的几何对称轴线与几何直线249重合时，由中间部分246限定的几何旋转轴线243相对于几何直线249偏斜。在图2c中，几何旋转轴线243相对于几何直线249的偏斜以角度α示出，该角度能够例如在0.005度至0.3度的范围内，或在0.03度至0.3度的范围内。
图1中所示的行星齿轮的行星轮轴能够是诸如图2a中所示的行星轮轴209或图2b和2c中所示的行星轮轴249。在行星轮轴诸如是行星轮轴249的示例性情况下，所述行星轮轴中的每个在空载情况下被施加预应力，在该空载情况下，行星架104不会受到由引向行星架的扭矩引起的扭转变形的影响。在加载情况下，响应于行星架的扭转变形，每个行星轮轴的预应力减小。这种现象减少了在加载情况下在行星轮轴中发生的总材料张力。
图3a和3b示出了根据示例性和非限制性实施例的包括行星架304的行星齿轮。图3a示出了沿图3b中所示的几何线B-B截取的剖视图。该几何截面平面平行于坐标系399的yz平面。图3b示出了沿图3a中所示的几何线A-A截取的剖视图。该几何截面平面平行于坐标系399的xy平面。行星齿轮包括太阳轴301、齿圈303、行星架304、行星轮305、306、307和308以及行星轮轴309、310、311和312，所述行星轮轴相对于行星架304以可旋转的方式支撑行星轮。太阳轴301包括太阳轮302，并且行星架304被布置成支撑行星轮，使得所述行星轮与太阳轮302和齿圈303啮合。所述行星轮轴中的每个行星轮轴被布置成以可旋转的方式支撑相应的一个行星轮，使得在空载情况下，所考虑的行星轮的几何旋转轴线相对于行星齿轮的轴向方向偏斜。所述轴向方向平行于坐标系399的z轴。在加载情况下，通过在行星架304中发生并且由引向行星架的扭矩所引起的扭转变形来至少部分地消除每个行星轮的几何旋转轴线的偏斜。
图3c示出了当沿图3a中所示的几何线A-A截取时行星架304的剖视图。该几何截面平面平行于坐标系399的yz平面。图3d示出了当沿坐标系399的负z方向观察时的行星架304。行星架304包括第一端部区段320，该第一端部区段具有用于行星轮轴309-312的第一端部的第一孔326、327、328和329。行星架304包括第二端部区段321，该第二端部区段具有用于行星轮轴的第二端部的第二孔330、331、332和333。此外，行星架304包括轴向支撑区段322、323、324和325，所述轴向支撑区段连接到第一端部区段320和第二端部区段321。当行星架不受由引向行星架的扭矩引起的扭转变形的影响时(即，当没有扭矩被引向行星架时)，上述第一孔326-329在行星架304的切线方向上(即，在周向方向上)相对于第二孔330-333具有偏移。在图3c中示出了第一孔326-329相对于第二孔330-333在切线方向上的偏转，使得用虚线圆示出第二孔330-333的位置。第一孔相对于第二孔的偏移角β能够例如在0.005度至0.3度的范围内，或在0.03度至0.3度的范围内。在图3c中示出了偏移角β。切线方向上的偏移通过偏移角β和从行星齿轮的太阳轴的几何对称轴线到行星轮轴的几何对称轴线的距离D来确定。要注意的是，用于行星轮轴的端部的上述孔不必是第一端部区段320和第二端部区段321中的通孔。
在一些示例性情况下，根据示例性和非限制性实施例的行星架能够是行星齿轮的行星架，其中，行星轮的轴承位于行星轮轴的端部与行星架之间。在这些示例性情况下，当行星轮轴的端部设置有轴承元件或者行星轮轴的端部能够用作滑动轴承的一部分时，用于行星轮轴的端部的行星架的孔是用于行星轮轴的端部的孔。
在图1和图3a至图3d中所示的示例性行星齿轮中，行星轮的轴承是滑动轴承。滑动轴承相对于滚动轴承的优点在于，滑动轴承在径向方向上需要的空间较小，并且滑动轴承的承载表面能够大于滚动轴承的承载表面。然而，根据本发明的实施例的行星齿轮也能够包括滚动轴承，例如，一对O型圆锥滚柱轴承。因此，应当注意，本发明适用于行星轮的不同类型的轴承。
在图1和图3a至图3d中所示的示例性行星齿轮中，齿圈是固定的，并且行星架和太阳轴是可旋转的。也有可能例如太阳轴是固定的，并且行星轮架和齿圈是可旋转的。
在以上给出的描述中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则以上给出的描述中提供的示例的列表和组并不详尽。

Claims (14)

1.一种行星齿轮，包括：
-太阳轴(101、301)，所述太阳轴(101、301)包括太阳轮(302)，
-齿圈(103、303)，
-行星架(104、304)，
-行星轮(105-107、305-308)，所述行星轮与所述太阳轮和所述齿圈啮合，以及
-行星轮轴(109、309-312)，所述行星轮轴相对于所述行星架以可旋转的方式支撑所述行星轮，
其特征在于，所述行星轮轴中的每个行星轮轴被布置成支撑所述行星轮中的相应的一个行星轮，使得在空载情况下，所考虑的所述行星轮的几何旋转轴线(113)相对于所述行星齿轮的轴向方向(z)偏斜，并且在加载情况下，通过在所述行星架中产生并且由引向所述行星架的扭矩引起的扭转变形来至少部分地消除所述行星轮的所述几何旋转轴线的偏斜。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮，其中，所述行星轮轴中的每个行星轮轴在所述空载情况下被施加预应力，在所述空载情况下，所述行星架不受由引向所述行星架的扭矩引起的扭转变形的影响，并且在所述加载情况下，响应于所述行星架的扭转变形，每个所述行星轮轴的预应力减小。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮，其中，在所述空载情况下，所述行星轮的所述几何旋转轴线与所述行星齿轮的所述轴向方向之间的角度(α)在0.005度至0.3度的范围内。
4.根据权利要求2所述的行星齿轮，其中，在所述空载状态下，所述行星轮的所述几何旋转轴线与所述行星齿轮的所述轴向方向之间的角度(α)在0.005度至0.3度的范围内。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的行星齿轮，其中，所述行星轮轴(109、209、239)中的每个行星轮轴包括端部部分(214、215、244、245)和中间部分(216、246)，所述端部部分被附接到所述行星架，所述中间部分支撑所述行星轮中的相应的一个行星轮，并限定所述行星轮的所述几何旋转轴线(213、243)，当所述端部部分的几何对称轴线彼此重合并且平行于所述轴向方向时，所述几何旋转轴线相对于所述轴向方向(z)偏斜。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮，其中，所述端部部分(214、215)的所述几何对称轴线彼此重合并且平行于所述轴向方向(z)，并且当所述行星轮轴没有发生形变时，由所述中间部分(216)限定的所述几何旋转轴线相对于所述轴向方向偏斜。
7.根据权利要求5所述的行星齿轮，其中，当所述行星轮轴没有发生形变时，所述端部部分(244、245)的几何对称轴线彼此平行并且彼此相距一定距离(Δ)，当所述行星轮轴变形成使得所述端部部分的几何对称轴线彼此重合并且平行于所述轴向方向时，由所述中间部分(246)限定的所述几何旋转轴线相对于所述轴向方向偏斜。
8.根据权利要求1或2所述的行星齿轮，其中，所述行星架(304)包括：第一端部区段(320)，所述第一端部区段具有用于所述行星轮轴(309-312)的第一端部的第一孔(326-329)；第二端部区段(321)，所述第二端部区段具有用于所述行星轮轴的第二端部的第二孔(330-333)；以及轴向支撑区段(322-325)，所述轴向支撑区段连接到所述第一端部区段和所述第二端部区段，当所述行星架没有扭转变形时，所述第一孔相对于所述第二孔在所述行星架的切线方向上偏移。
9.用于行星齿轮的行星轮轴(209、239)，所述行星轮轴包括：
-端部部分(214、215、244、245)，所述端部部分能够附接到所述行星齿轮的行星架，以及
-中间部分(216、246)，所述中间部分(216、246)用于支撑所述行星齿轮的行星轮，并限定所述行星轮的几何旋转轴线(213、243)，
其特征在于，当所述端部部分相对于彼此定位成使得所述端部部分的几何对称轴线与所述几何直线重合时，所述几何旋转轴线相对于几何直线(219、249)偏斜。
10.根据权利要求9所述的行星轮轴，其中，当所述端部部分相对于彼此定位成使得所述端部部分的几何对称轴线与所述几何直线重合时，所述几何旋转轴线与所述几何直线之间的角度(α)在0.005度至0.3度的范围内。
11.根据权利要求9或10所述的行星轮轴，其中，所述端部部分(214、215)的几何对称轴线与所述几何直线重合，并且当所述行星轮轴没有发生形变时，由所述中间部分(216)限定的所述几何旋转轴线相对于所述几何直线偏斜。
12.根据权利要求9或10所述的行星轮轴，其中，当所述行星轮轴没有发生形变时，所述端部部分(244、245)的几何对称轴线彼此平行并且彼此相距一定距离(Δ)，当所述行星轮轴变形成使得所述两个端部部分的几何对称轴线与所述几何直线重合时，由所述中间部分(246)限定的所述几何旋转轴线相对于所述几何直线偏斜。
13.一种用于行星齿轮的行星架，所述行星架包括：
-第一端部区段(320)，所述第一端部区段具有用于所述行星齿轮的行星轮轴的第一端部的第一孔(326-329)，
-第二端部区段(321)，所述第二端部区段具有用于所述行星齿轮的所述行星轮轴的第二端部的第二孔(330-333)，以及
-轴向支撑区段(322-325)，所述轴向支撑区段连接到所述第一端部区段和所述第二端部区段，
其特征在于，当所述行星架不受由引向所述行星架的扭矩引起的扭转变形的影响时，所述第一孔相对于所述第二孔在所述行星架的切线方向上偏移。
14.根据权利要求13所述的行星轮轴，其中，所述第一孔相对于所述第二孔的偏移角(β)在0.005度至0.3度的范围内，由所述偏移角和从所述行星齿轮的太阳轴的几何对称轴线到所述行星齿轮的所述行星轮轴的几何对称轴线的距离来确定所述切线方向上的偏移。
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