CN116324197A - 具有滑动轴承安装的同轴齿轮箱 - Google Patents

Abstract

齿轮箱(1)具有用于接收围绕齿轮箱的旋转轴(5)布置的齿轮圈的齿(7)的齿座(40)，其中齿(7)布置在齿座(11)中，以便在径向上可移动并被引导，可围绕旋转轴(5)旋转并用于在径向上驱动齿(7)的凸轮盘(20)具有在圆周上可变的凸轮曲率，其中，安装以便滑动在凸轮盘(20)上的轴承段(24)配置在齿(7)和凸轮盘(20)之间，并且其中轴承段(24)具有具有凹形曲率的接触区域，并且配置成在面向凸轮盘(20)的运行表面上居中，其中凹形曲率大于凸轮盘的最小凸轮曲率，并且小于凸轮盘的最大凸轮曲率。

Description

具有滑动轴承安装的同轴齿轮箱

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱和一种操作齿轮箱的方法。

背景技术

现有技术中已知的齿轮箱包括安装在齿座中可径向移动的齿。例如，具有轮廓特征的驱动元件用于驱动齿，如凸轮盘。齿与齿部的内齿啮合，从而使带齿的齿座与齿部之间发生相对运动。这样，齿部和齿之间的相对运动比带有轮廓特征的驱动元件的运动至少要小一个量级。通过这种方式可以实现高传动比。

在这些齿轮箱中，凸轮盘上的齿的安装是一个关键问题。为此，迄今为止，现有技术中的解决方案采用了所谓的带有轴承段的分段式安装，例如，参见DE 10 2015105525A1。然而，在轴承段下面使用滚动轴承的结构是复杂的。

发明内容

本发明的目的是提供与现有技术中已知的齿轮箱相比改进的齿轮箱，其目的是在简单的结构中实现更少的摩擦。本发明的另一个目的是提供一种操作这种齿轮箱的方法。

该目标通过根据权利要求1的齿轮箱和根据协同权利要求的齿轮箱的操作方法来实现。有利的细化和实施例来自从属权利要求和本说明。

本发明的一个方面涉及一种齿轮箱，特别是一种同轴齿轮箱，具有用于接收围绕齿轮箱的旋转轴布置的齿轮圈的齿的齿座，其中，齿布置在齿座中，以便可在径向上可移动和被引导，可围绕旋转轴旋转并用于在径向上驱动齿的凸轮盘具有在圆周上可变的凸轮曲率，其中，安装在凸轮盘上以便在凸轮盘上滑动的轴承段布置在齿和凸轮盘之间，并且其中轴承段具有接触区域，该接触区域具有凹形曲率，并且布置成在面对凸轮盘的运行表面上居中，其中凹形曲率大于凸轮盘的最小凸轮曲率，并且小于凸轮盘的最大凸轮曲率。

本发明的另一个方面涉及一种用于操作本文所述典型实施例之一的齿轮箱的方法。

当比较曲率时，如本文所述的各种范围的曲率，一般是比较曲率的绝对值。凸轮盘的曲率通常在整个圆周上是凸的，在任何情况下，至少在典型的实施例中都在整个圆周上不凹。

轴承段通常安装在凸轮盘上，以便滑动在凸轮盘上。特别是，轴承段直接安装在凸轮盘上，特别是指仅由润滑膜隔开。在典型的实施例中，轴承段没有磁性，或由不可磁化的材料组成。轴承段和凸轮盘通常是由不会在凸轮盘和轴承段之间产生任何磁力、或至少基本上不会产生任何磁力的材料制成。术语"至少基本上不会产生任何磁力"通常是指造成轴承段和凸轮盘之间磁力的磁通密度小于1mT，特别是小于0.5mT，尤其是小于0.25mT。在本发明的典型实施例中，轴承段被消磁到磁场强度小于3A/cm。轴承段表面通常具有小于0.37mT的磁通密度。通过消磁的轴承段或消磁的凸轮盘可以避免或减少磨料灰尘的磁性附着。在每种情况下，在齿轮箱运行期间，滑动轴承的流体动力安装通常配置在轴承段和凸轮盘的相应运行表面之间。

在典型的实施例中，轴承段的接触区域的凹形曲率至少在部分区域是恒定的，或者至少在相应接触区域的中心区域是恒定的。关于术语曲率，应该指出的是，这应理解为相关表面在观察点上的曲率程度。曲率通常由kappa定义：dphi/ds，即在弧长上的角度变化，或1/r。

这里要考虑到，例如，凸轮盘可以具有一定的轴向宽度，在这个宽度内，凸轮盘有相同的横截面，但沿圆周方向有不同的曲率。

本发明的实施例特别涉及到同轴齿轮箱。轴向通常描述齿轮箱的纵轴。齿轮圈的齿部的齿的啮合通常描述的是齿部的内齿中的齿的啮合，后者在典型的实施例中位于恒定节距圆直径上。

术语"凸轮盘"通常被普遍理解为相应的部件并不强制要求类似于盘。相反，凸轮盘也可以是传动轴的一部分，或者具有伸长范围，特别是有多个部分。一个或多个这样的部分可以具有可变的半径，以便可以满足凸轮盘的功能。其他部分可以有其他功能，例如，是圆柱形的，或者有边缘，例如，用于传递扭矩。例如，术语凸轮盘通常主要与该部件的功能有关，特别是提供圆周的轮廓特征，以便根据传动轴的角度位置和凸轮盘的角度位置在径向方向上驱动齿，或者允许齿在导向器中滑回。

齿部通常是圆周式的齿部。齿部的内部齿与齿啮合，其中齿通常安装成可相对于齿座以线性方式进行径向位移。这里的"径向线性"通常是指在径向上有导向，该导向只允许齿在径向上的移动。通常情况下，由于导向的作用，齿可以在一个方向上以线性方式位移，这可以通过例如跨越特定距离的齿在位移方向上具有一致的横截面实现，其中，齿座同样具有用于齿的开口，该开口具有一致的横截面。齿通常安装在齿座中，以便在每种情况下都能恰好在一个方向上位移，通常是在齿的纵轴方向上位移。在典型的实施例中，齿相对于齿座围绕齿轮箱纵轴的旋转自由度被进一步阻止。例如，这可以通过在齿座中的齿的径向的线性导向来实现。这样，齿与齿座一起围绕齿轮箱的纵轴旋转，但不相对于齿座旋转。

在根据本发明的齿轮箱的典型实施例中，至少有一部分齿被体现为挠曲刚性的。这里的术语"挠曲刚性"通常在技术意义上被理解为，意味着由于齿的材料的刚性，齿的挠度非常小，以至于该挠度在齿轮箱的运动学方面至少基本不相关。挠曲刚性齿特别包括由金属合金制成的齿，特别是钢或钛合金、镍合金或其他合金。此外，也可以提供由塑料材料制成的挠曲刚性齿，特别是在齿轮箱中，至少有一个以下部件也是由塑料材料制成的：齿轮圈或齿轮上的齿部、齿座和驱动元件。在本发明的典型实施例中，齿座和齿、或另外的齿以及齿部或另外的附加驱动元件，是由金属合金制成。这种齿轮箱的优点是具有极强的扭转刚度和高承载能力。齿轮箱至少部分由塑料材料制成，或包括由塑料材料制成的部件，具有重量轻的优点。术语"挠曲刚性"特别是指围绕齿的横向轴的挠曲刚性。

在典型的实施例中，在齿和凸轮盘之间设置轴承段，该轴承段在旋转运行期间通过润滑膜靠在凸轮盘上。有利的实施例包括配置在凸轮盘和每个情况下的至少一个齿之间轴承段。轴承段使齿能够相对于凸轮盘的运行表面或相对于轴承段而倾斜。至少两个齿通常安装在轴承段上。在进一步的实施例中，恰好一个齿，例如圆齿或平齿，在每种情况下安装在其中一个轴承段上。平齿可以被固定在导齿器中，防止围绕其自身的轴线扭曲，圆齿通常通过与轴承段的形状配合来固定。安装在轴承段上的多个齿通常在轴向方向上相邻布置成一排。使用这种排列的多个齿，或使用平齿，可以加强轴承段的平稳运行。

本发明的典型实施例包括作为驱动元件的凸轮盘。凸轮盘优选地具有非圆形或非椭圆的弧形形状或曲线。非圆形或非椭圆弧形提供的优点是可以使用不同的曲线，例如用于设置不同的传动比。在本应用的含义内，偏心轮通常包括在圆形或椭圆形的形状中，因为在偏心轮的情况下，只有旋转轴与圆形的中心轴不一致，但还是有圆形的形状。典型的凸轮盘包括至少或恰好两个峰或隆起，它们通常均匀地分布在圆周上。峰也可以被称为最大值。多个峰会带来更多的齿与齿部的啮合。可用于本发明的典型凸轮盘可取自齿轮箱

G135，例如，该齿轮箱可从WITTENSTEIN galaxie GmbH,97999Igersheim,Germany获得。

在典型的实施例中，齿座或齿部配置成圆形。这样做的好处是，齿座和齿部的几何形状简单。力的传递通常发生在齿轮箱的慢速一侧，齿部和齿座的之间。这样做的好处是，力的传递距离极短，因此可以实现极高的刚性。

齿部的内齿和齿部通常有弯曲的侧翼。在典型的实施例中，内齿和齿在每种情况下都有齿峰，就横截面而言，它对应于截棱锥或在每种情况下都有弯曲的侧翼的棱锥。就以对数螺旋形式的曲率的可能实施例而言，参考DE 10 2007 011 175 A1。弯曲的表面提供了优势，即啮合的侧翼是面接触，而不是简单的线性或点状接触。通过这种方式，在许多齿之间实现了负载的良好分配，并在齿部与齿之间的力的传递中实现了极高的刚性。

在典型的实施例中，在凸轮盘的至少一个谷处，轴承段的接触区域的凹形曲率大于凸轮盘的凸面曲率。凸轮盘的至少一个谷是由运行表面与纵轴的最小间距来限定的。在这个位置，凸轮盘通常具有最小凸轮曲率，在典型的实施例中，凸轮盘的术语"最小凸轮曲率"也可以理解为在这个位置或其他关于谷的区域的凸轮曲率可以等于0。在凸轮盘的至少一个峰处，轴承段的凹形曲率通常小于凸轮盘的凸形曲率，因此运行表面与纵轴的间距通常为最大。凸轮盘的凸轮曲率通常在至少一个峰的区域内是最大的。然而，在进一步的实施例中，最大凸轮曲率也可以是在至少一个峰之外。

凸轮盘通常恰好有一个具有与旋转轴最大径向间距的峰，和一个具有与旋转轴最小径向间距的谷，其中轴承段的凹形曲率在从峰开始的角度范围内小于最小的凸面凸轮曲率，通常在两个旋转方向上，角度范围为凸轮盘整体角度范围的5％至35％。在典型的实施例中，凸轮盘恰好有一个峰，凹形曲率小于从峰开始的角度范围内最小凸轮曲率，通常在两个旋转方向上，角度范围为20°至120°。

典型的实施例有凸轮盘，凸轮盘具有与旋转轴有最大的径向间距的至少两个峰，以及有在每种情况下都位于峰之间并且与旋转轴有最小的径向间距的至少两个谷，其中轴承段的凹形曲率小于在从第一个峰开始到第二个峰为止的角度范围内最小凸轮曲率，角度范围占整体角度范围的5％到35％。在具有两个峰的凸轮盘的典型实施例中，凹形曲率在从峰开始的角度范围内小于最小凸轮曲率，通常在两个旋转方向为10°到60°。在进一步的典型实施例中，有三个峰，凹形曲率小于从峰开始的角度范围内的最小凸轮曲率，通常在两个旋转方向上为6°至40°。

齿的所谓啮合区域，即至少基本上位于指定的角度范围内齿以传力方式与内齿部和轴承段啮合的区域。典型的凸轮盘在每种情况下都具有关于峰和谷的对称的曲线轮廓。

凹形曲率通常至多比上述各角度范围内的最小凸轮曲率小0.2％、至多0.5％、或至多1％，例如5％至35％、或20°至120°、10°至60°、或6°至40°。

在典型的实施例中，运行表面的外围区域中的轴承段的运行表面在每种情况下在圆周方向上呈凸形弯曲。在圆周方向上的外围区域在每种情况下位于具有凹形曲率的接触区域的前面和后面，并且可以直接与凹形曲率相邻，或者通过一个平面与接触区域隔开。反过来，在每种情况下，平坦的局部表面可以配置成与实施例中的凸形的外围区域相邻。这样，在典型的实施例中，从运行表面的中心开始，在圆周方向上产生以下顺序：接触区域的凹形曲率，外围区域的凸形曲率，平坦的布局表面，以及可选的轴承段边缘的进一步凸形曲率。润滑膜的积累可以通过这种几何形状得到帮助。在进一步的典型实施例中，外围区域完全体现为非常轻微的凸形曲率。

轴承段的运行表面通常包括滑动轴承材料，例如青铜、黄铜或白金属，"或"字在每种情况下也包括"和/或"的组合。另外，也可以在凸轮盘的运行表面上提供涂层。通过这种方式，可以在很大程度上排除磨损点蚀，从而使润滑膜的局部失效或与个别颗粒的接触不会直接导致轴承性能的破坏。

在典型的实施例中，具有齿形轴承面的凸缘配置在背离凸轮盘的轴承段表面上，其中齿形轴承面具有部分圆柱形，其轴线至少基本上位于运行表面的区域内。这样，运行表面上的齿的枢轴被移位，从而避免了压力点的任何迁移，或压力点从轴承段中心的任何迁移。"基本上位于运行表面的区域"通常描述的是在运行表面上方或下方的轴承段径向方向上厚度的至多20％或最多10％的区域。

在旋转方向上的轴承段通常在每种情况下都有一个直的前缘和一个直的后缘。这简化了结构。

典型实施例的优点是，除其他外，使用寿命更长，阻尼更大，或承载能力更强，特别是在具有近乎一致的高旋转速度的输出范围。

附图说明

下面将通过附图对本发明进行更详细的解释；在图中：

图1示意性地显示了本发明的第一个实施例的截面图；

图2示意性地显示了图1的实施例的细节；以及

图3示意性地显示了图1的实施例的轴承段的俯视图。

具体实施方式

下面将通过附图来描述本发明的典型实施例，本发明不限于示范性实施例，而本发明的范围由权利要求书确定。在实施例的描述中，在不同的附图和不同的实施例中，为了提高描述的清晰度，有时会对相同或相似的部分使用相同的附图标记。然而，这并不意味着本发明的相应部分被限制在实施例中说明的变体。

图1中的示意性截面图显示了一个示例性的实施例。图1示意性地显示了穿过齿轮箱1的截面图，该齿轮箱1具有齿轮圈3，齿轮圈3具有内部环绕齿部5。齿7啮合在齿部5中。为了清晰起见，图1的每个齿7都没有提供附图标记7。这也适用于图1的其他部分，这些部分多次出现，同样也没有全部提供各自的附图标记。两个轴向平行的齿轮圈通常提供有单独的齿7。

齿7安装在齿座11中，以便可以在径向上移动。为此，齿座11具有以管道方式径向排列的圆形开口，或以狭缝方式排列的开口，以保证齿7在齿座11中的径向导向。由于在开口处的径向引导，齿7只能沿其纵轴在径向移动。尤其排除了相对于齿座11围绕齿轮箱1的纵向轴线的旋转。

齿的纵轴通常描述从齿根到齿顶的轴线，而齿轮箱的纵轴指向齿轮箱的旋转轴方向。例如，这可以是可用作输出的齿架的旋转轴，或是凸轮盘的旋转轴。

齿7由凸轮盘20形式的驱动元件驱动，凸轮盘20体现为空心凸轮盘20。凸轮盘20具有轮廓特征22，用于在径向上驱动齿7。轮廓特征22在圆周上有两个峰，从而使各自相对的齿7最大程度地进入到齿形5的齿隙中(图1中的顶部和底部)。

在图1中，凸轮盘20的轮廓特征22的峰在顶部和底部具有围绕中心旋转轴的最大半径，而在图1中具有最小半径的谷则分别位于凸轮盘的右侧和左侧，以便相对于峰旋转转约90°。

在图1所示的齿轮箱1中，齿7通过滑动轴承的安装方式安置在凸轮盘20的轮廓特征22上。滑动轴承的安装包括通过润滑膜(未图示)在轮廓特征22上滑动的轴承段22。

在图1的示例性实施例中，输出端来自齿座，其中齿轮圈由齿部固定建立。

在面向齿7的一侧的轴承段24在每种情况下具有圆形的齿形轴承面，其部分尤其是圆柱形的(也参考图2)，并形成凸缘，齿7的根部位于凸缘上，或在典型的实施例中，两个、三个或四个齿可以在齿轮箱1的轴向方向上彼此相邻地配置。该凸缘与相应齿7的齿根中的相应间隙一起，防止齿7在轴承段24上滑动。

齿7的根部衔接在每种情况下由凸缘配置，因此，齿7可以相对于轴承段24倾斜，以确保不受约束的导向。在轴承段24的径向外侧的凸缘，前者在每种情况下都与齿7的凹槽啮合，配置成相对于各轴承段24的中心。通过这种方式，轴承段24实现了力的中心传递。

轴承段24在旋转方向上具有直的前后缘，并且在旋转方向上可以相互移动，因此轴承段24之间的间距可以作为齿的位置的应变量而变化。这样就可以通过凸轮盘20的轮廓特征22对轴承段24进行基本不受约束的引导和基本不受约束的径向驱动。为了使轮廓特征22和轴承座24之间的摩擦阻力最小化，或者为了确保润滑膜，轴承座24面向凸轮盘的那些侧面具有典型的形状，这些形状将在下文中通过实例加以描述。

轴承段24的径向外侧的凸缘在每种情况下与齿7的凹槽相啮合，配置成相对于各轴承段24的中心。通过这种方式，轴承段24实现了力的中心传递。

图2中更详细地说明了三个轴承座24的情况。面向凸轮盘的运行表面的形状将特别通过图2中三个轴承段24中的一个来详细说明，该运行表面的形状具有接触区域26，以便在运行表面中居中配置。接触区域26具有凹形曲率，其中，凹形曲率大于凸轮盘的最小凸形凸轮曲率，小于凸轮盘的最大凸形凸轮曲率。凹形曲率至少比凸轮盘的最小凸形凸轮曲率大50％，特别是在谷中的凸轮曲率。

凸轮盘20的凸轮曲率在每种情况下描述了轮廓特征22在特定位置的凸轮曲率。

从图中上面说明的立面出发，在图1中绘制了两个角度30，这两个角度被用来更详细地说明轴承段的运行表面26的曲率。接触区域26的凹形曲率在接触区域26的区域内是恒定的，并且在两个旋转方向上的10°到60°的角度范围内比最小凸轮曲率小，从峰开始，通常最多比角度范围内的最小凸轮曲率小0.2％。更具体地说，接触区域的凹形曲率是10°到60°之间的最小凸轮曲率的99.8％。需要指出的是，凸轮盘通常是对称设计的。

图3中的示意图更详细地显示了轴承段24中的面向凸轮盘的侧面。在每种情况下，运行表面的外围区域27与中心接触区域26的两侧相邻，该外围区域27是凸形配置的。与之相邻的是平坦的局部表面28，然后在每种情况下与轴承段24的凸形辐射状边缘29相邻。这种形状也可以从图2中示意性地得出；然而，为了清晰起见，图2中的相应区域没有提供附图标记。

Claims (11)

1.齿轮箱(1)具有

-齿座(40)，用于接收围绕所述齿轮箱的旋转轴(5)布置的齿轮圈的齿(7)，其中，所述齿(7)布置在齿座(11)中以便在径向上可移动和被引导，

-凸轮盘(20)，可围绕所述旋转轴(5)旋转，并且用于在所述径向驱动所述齿(7)，具有在圆周上可变的凸轮曲率，

-其中，安装以便滑动在所述凸轮盘(20)上的轴承段(24)布置在所述齿(7)和所述凸轮盘(20)之间，

-其中，所述轴承段(24)和所述凸轮盘(20)由不会在凸轮盘(20)和轴承段(24)之间产生任何或至少基本上不会产生任何磁力的材料制成，并且

-其中，所述轴承段(24)具有接触区域(26)，所述接触区域(26)具有凹形曲率，并配置成以便在面向所述凸轮盘(20)的运行表面上居中，其中所述凹形曲率大于所述凸轮盘的最小凸轮曲率并且小于所述凸轮盘的最大凸轮曲率。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱(1)，其中所述凸轮盘恰好具有一个具有与所述旋转轴最大径向间距的峰，以及恰好具有一个具有与所述旋转轴最小径向间距的谷，并且其中所述凹形曲率小于在从所述峰开始的角度范围内所述最小凸轮曲率，所述角度范围为凸轮盘整体角度范围的5％至35％。

3.根据权利要求1所述的齿轮箱(1)，其中所述凸轮盘具有至少两个具有与所述旋转轴最大径向间距的峰，以及至少两个在每种情况下都位于峰之间并且具有与所述旋转轴最小径向间距的谷，并且其中所述凹形曲率小于在从第一个所述峰开始直到第二个所述峰为止的角度范围内所述最小凸轮曲率，所述角度范围为整体角度范围的5％至35％，。

4.根据权利要求2或3之一所述的齿轮箱(1)，其中所述凹形曲率在5％至35％的所述角度范围内最多比所述最小凸轮曲率小1％。

5.根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)，其中，所述运行表面的外围区域(27)中的轴承段(24)的所述运行表面在每种情况下在所述圆周方向上凸形弯曲。

6.根据权利要求5所述的齿轮箱(1)，其中，凸形外围区域(27)布置在所述接触区域(26)和平坦的子表面(28)之间。

7.根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)，其中所述轴承段(24)的所述运行表面包括滑动轴承材料。

8.根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)，其中，在每种情况下，具有齿形轴承面的凸缘配置在所述轴承段(24)的远离所述凸轮盘的表面上，其中，所述齿形轴承面具有部分圆柱形状，所述部分圆柱形状的轴线至少基本上位于所述运行表面的区域内。

9.根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)，其中当从旋转方向看时，所述轴承段(24)在每种情况下有一个直的前边缘和一个直的后边缘。

10.根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)，其中，在所述齿轮箱的运行期间，在每种情况下在所述轴承段(24)的所述运行表面和所述凸轮盘之间构成采用流体动力安装滑动轴承。

11.方法，用于操作根据前述权利要求之一所述的齿轮箱(1)。

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