CN1186918A - 非对称行星齿轮装置 - Google Patents

Abstract

一种非对称行星齿轮装置,该装置的行星齿轮由较小侧滚柱部分、齿轮部分和较大侧滚柱部分三部分合成一体的部件构成。内齿轮也具有由较小侧环部分、齿轮部分和较大侧环部分,这些部分也结合成一个部件。在组装之后,中心齿轮轴可以插入或抽出该装置。该装置适合于作电动洗衣机的减速装置。

Description

非对称行星齿轮装置

本发明涉及行星齿轮装置，该装置具有合成一体的行星齿轮和合成一体的内齿轮。行星齿轮装置作为减速装置和加速装置在各种工业中具有广泛的用途。本发明具体目的在于改进包括具有侧圆盘的行星齿轮和具有侧环的内齿轮的侧圆盘型行星齿轮装置。

行星齿轮装置具有中心齿轮、三个或四个行星齿轮、内齿轮和支架。行星齿轮与中心齿轮和内齿轮啮合。三行星齿轮型装置具有六个啮合点。四行星齿轮型装置具有8个啮合点。齿轮的数目大于啮合点的数目。行星齿轮装置的一个问题是在啮合点转矩的差别，这种差别是由于齿轮缺乏自由度引起的。这种转矩的不平衡由于在一个啮合点造成过度的径向啮成合而降低了减速齿轮装置的效率。在啮合点很大的径向力引起很大的摩擦并降低传输转矩的效率。一个解决办法是提高齿轮齿的切削精度。但追求精度会增加生产成本。

本申请人已找出另一种方法解决在啮合点转矩或力存在差别的问题。本申请人的改进在于在行星齿轮上加上侧滚盘，在内齿轮固定边环。日本专利公开No.58-94656(1983年6月4日公开)第一次公开了这种侧滚盘型装置。每个侧滚盘的直径几乎是等于行星齿轮的齿顶圆的直径。每个内齿轮侧环的直径近似等于内齿轮的齿根圆直径。因此申请人称其新装置为齿顶侧滚盘型装置。侧滚盘型装置的优点是，利用行星齿轮侧滚盘和内侧环的径向接触排除不同啮合点的转矩差别。这种装置的另一长处是可以将齿根侧环和内齿轮合成一体。

为便于理解本发明，下面说明齿轮的若干原理。外侧有齿的齿轮具有从边缘向外伸的齿。内侧有齿的齿轮具有从环形边缘向内伸的齿。中心齿轮和行星齿轮是外侧有齿的齿轮。内齿轮是内侧有齿的齿轮。对于一个齿轮可形成三种不同的圆。节圆是最重要的圆，它代表齿轮的有效圆。节圆的直径D是模数m和齿数Z的乘积：D＝mz。齿顶圆是经过所有齿顶点的圆。齿根圆是连接所有齿的齿根的圆。

标准的外侧有齿的齿轮中，齿顶圆的半径大于节圆半径mZ/2一个模数m。因此齿顶圆的半径是m(Z/2+1)。在同一齿轮中，齿根圆的半径小于节圆半径1、2个模数。因此普通外侧有齿齿轮的齿根圆的半径为m(Z/2-1.2)。0.2个模数是个余量，用以防止齿与齿过度啮合。在内齿轮，这种关系颠倒了过来。齿根圆具有最大半径

，而齿顶圆具有最小的半径m(Z/2-1)。在改进型中，因为内齿轮的各侧环具有一个齿根圆，所以在塑料内齿轮的情况下两个侧环和内齿轮可用塑料模制法作成一个部件。因此内齿轮和侧环被简化到一个单一的装有环的内齿轮。

齿边滚盘型装置明显地和技术人员的普通意识相矛盾，因为在接触点侧滚盘和侧环的线速度是不相同的。行星齿轮侧滚盘的线速度大于内齿轮侧环的线速度。然而申请人发现，线速度的差别几乎不造成摩擦损耗。行星齿轮滚盘和内齿轮环的结合排除了齿的过分啮合，但尽管线速度差别明显，却对转矩的传输不产生任何坏的影响。

齿顶圆盘型行星齿轮装置已大规模地用作电动洗衣机的减速装置，因为它具有沿同一轴线的输入轴和输出轴的方便结构。电动洗衣机是廉价的电动机器。电动洗衣机的大量应用要求降低成本和增加减速比。大量的洗涤物件又要求较大的功率和较大的齿轮减速比。减速比由中心齿轮齿数和内齿轮齿数的比决定。降低成本要求减小尺寸。因此必需减小中心齿轮的尺寸。

在装配洗衣机时，圆筒筐放在最高位置，减速齿轮接着装在筐的下面，然后将马达装在底部。在这种结构中，马达的输出轴最好作为中心齿轮插入到减速装置中。在现在，齿顶侧滚盘型装置不能满足这种要求。因为侧滚盘的直径大于行星齿轮本身的直径，所以中心齿轮在装好减速装置以后不能插入由行星齿轮包围的空间。因为侧滚盘的直径大于行星齿轮直径，所以侧滚盘不能与行星齿轮合成一体。这种行星齿轮要求三个部件，即行星齿轮和两个侧齿顶滚盘。部件的数目多妨碍了成本的降低。

本发明人曾经试图制造一种令人渴望的行星齿轮装置，该装置将三个行星齿轮部件合成一个单一的具有两个侧滚盘部件的行星齿轮。这种装置称作“非对称的合成一体的行星齿轮装置”，该装置在日本专利申请No.62-262274(262274/′87)中提出申请，在日本专利公开No.1-105039(105039/′89)中公开，在日本专利出版物No.5-7575(7575/′93)中出版。这种非对称的合成一体的行星齿轮装置大胆地对流行的普通意义的行星齿轮工艺提出了挑战。将三个部件合成一个部件使我们可以降低生产成本和组装成本。但是线速度的差别变得更明显。本发明人确信，线速度的差别不会对转动造成任何明显的问题，而且可使减速齿轮装置像具有三个分开行星齿轮部件的先有装置那样平滑地转动。这种方便的特性已由经验证明。非对称行星齿轮装置可以平滑地转动这一事实不是理论上的结果，而且实验事实。

但是新型的非对称行星齿轮装置作为减速齿轮有一个问题。图6示出水平状态的非对称行星齿轮装置。当装置被用作电动洗衣机的减速齿轮时内齿轮3由外壳图中未示出旁边的位于上面的主支架4A和位于下面的辅助支架4B支承在一个水平面上。圆筒筐固定在主支架上，马达配置在辅助支架4B的下面，以便将具有中心齿轮部件的输出轴插入到中心齿轮5的孔中。支架4A、4B和行星齿轮2的重量通过内齿轮3的上侧52和主支架4A的内侧51之间的接触区域C传送。行星齿轮2和内齿轮3的结合无助于支承支架4和齿轮2的重量。内齿轮3是静止的，但主支架4A转动。在圆形接触区C上的动态摩擦损耗大。在圆C上的大的摩擦损耗引起传输效率降低、内齿轮3磨损和产生噪声。这是非对称行星齿轮装置的严重问题。另一个问题是，在组装之后中心齿轮不能插入装置中。电动洗衣机要求能够将马达轴插入到减速装置或从该减速装置中抽出马达轴。

本发明的目的在于提供一种具有侧滚盘和侧环的低成本行星齿轮装置。本发明的另一个目的是提供一种行星齿轮装置，该装置允许作为中心齿轮的马达轴插入到该装置中。本发明的再一个目的是提供一种适合于作洗衣机的具有高减速比的行星齿轮装置。

行星齿轮装置由具有较小侧圆盘部件和较大侧圆盘部件的多个行星齿轮、具有较大侧环部件和较小侧环部件的内齿轮以及用行星齿轮轴支承行星齿轮的支架构成。装置的特征是具有较小侧圆盘部件和较大侧圆盘部件的结合成一体的非对称行星齿轮。三个部件即齿轮、侧圆盘和另一侧圆盘被成形为一个整体的行星齿轮。因此三个行星齿轮型装置可以省去六个部件，四行星齿轮型装置可以省去八个部件。部件数目的减少降低了生产成本。较小侧圆盘部件的存在允许作为中心齿轮的马达轴插入到装置中，这对于电动洗衣机的减速装置是很方便的。

图1是本发明第一实施例行星齿轮装置的前视截面图。

图2是同一行星齿轮装置的左侧视图。

图3是本发明第二实施例行星齿轮装置的前视截面图。

图4是本发明第三实施例行星齿轮装置的前视截面图。

图5是本发明第四实施例行星齿轮装置的前视截面图。

图6是由本发明人发明的已经在日本专利公开No.1-105039中公开的先有非对称行星齿轮装置的截面图。

图7是图5所示装置内齿轮的部分透视图。

图1、2中示出的实施例具有三个行星齿轮2、一个内齿轮3和一个支架4。支架4具有主支架4A和辅助支架4B，这些支架是圆盘，用于通过行星齿轮轴5支承行星齿轮2。

行星齿轮2具有中间的齿轮部分6、左边的较小侧滚盘部分7和右边的较大侧滚盘部分8。较小侧滚盘部分7的直径小于齿根圆直径0～2个模数。较大侧滚盘部分8的直径大于齿顶圆直径0～2个模数。行星齿轮2、侧滚盘7和8制成一体。

特征之一是行星齿轮2的齿轮部分6、较小侧滚盘部分7和较大侧滚盘部分8结合成一体。结合成一体要求至少一个侧滚盘应当于小齿根圆，因为较小侧滚盘部分才允许金属模型沿轴向方向从塑料注射模制的行星齿轮产品上拔出去。因此本发明采用小于齿根圆的较小圆盘和大于齿顶圆的较大圆盘。非对称是合成一体的结果。如果两个侧滚盘均是大于齿顶圆的圆盘，则合成一体完全是不可能的。行星齿轮2具有轮毂部分9和中间部分10。由于成形为通过薄的中间部分10将轮毂部分9连接到齿轮部分6上而可以节省材料。

按照非对称行星齿轮2，内齿轮3也是非对称的。内齿轮3具有中间的齿轮部分12、左边直径较小环部分13和右边的直径较大环部分14，如图1所示。直径较小的环部分13的直径小于齿顶圆直径0～2个模数。直径较大的环部分14的直径大于齿根圆直径0～2个模数。内齿轮部分12与行星齿轮部分6啮合。左边的直径较小侧环部分13有时与行星齿轮2的左边的较小侧滚盘部7接触。右边直径较大侧环部分14有时与行星齿轮2的右边较大的侧滚盘部分8接触。非对称使得可以用塑料注射模制法将内齿轮3作成单一部件。内齿轮3在外表面上具有若干突出部15，因而可将内齿轮固定在外壳图中未示出上。

辅助支架4B和主支架4A通过主支架4A的第一连接凸出部16和辅助支架4B的第二连接凸出部17装配。第二凸出部17具有孔18。第一凸出部16具有插塞19。将插塞19手插入孔18中，压插塞19的头部并将头部加宽便可使主支架4A和辅助支架4B连接。

主支架4A具有带花键的输出孔21，如图2所示。辅助支架4B具有孔22，以便使中心齿轮轴穿入由行星齿轮2包围的空间中。支架4A和4B具有三对凸出部23和24，以便沿平分相邻凸出部16和17的方向支承行星齿轮轴5。凸出部23和24由于与轮毂部分9接触而抑制行星齿轮2的轴向晃动。凸出部23和24具有孔25和26，该孔固定行星齿轮轴5的端部。在行星齿轮2与支架4B、4A之间形成的宽的空腔可以贮存油脂或润滑油，以便减少动力的摩擦损耗。

图1、2所示的行星齿轮装置缺少中心齿轮。行星齿轮2被结合成一个部件。较小侧滚盘部分7靠近辅助支架4B的孔22。较大侧滚盘部分8靠近输出孔21。这些是图1实施例的特征。外部轴例如马达轴30可以随意插入由组装后行星齿轮2包围的中心空间28。马达轴30具有轴部分31、中心齿轮部分32、台肩部分33和前表面部分34。中心齿轮部分32是在轴的圆柱表面上被切削的。因为由较小滚盘部分7包围的想像圆宽于中心齿轮部分32的齿顶圆，所以马达轴30的中心齿轮部分32可以穿透孔22并与行星齿轮2啮合。前表面34由行星齿轮2的较大侧滚盘8阻挡住。当马达轴30转动时，行星齿轮2和支架4正比于马达轴30的转动而转动。径向力通过较小滚盘部分7和较小环形部分13之间的接触以及较大圆盘部分8和较大侧环部分14之间的接触被传送。因为径向位移通过较小侧滚盘部分7和较小侧环部分13之间的以及较大的侧滚盘部分8和较大侧环部分14之间的相互作用而被缓和，所以在行星齿轮2和内齿轮3之间不发生任何过分啮合。此实施例最适合于用作电动洗衣机的减速齿轮，因为具有中心齿轮部分的马达轴可以插入由行星齿轮2包围的中心空间28并可以从中抽出来。因为中心齿轮部分32直接成形在马达轴30的头部，所以采用细的中心齿轮轴30便可以提高减速比。减速比为S/(S+I)，式中S是中心齿轮的齿数，I是内齿轮的齿数。高减速比意味着(S+I)/S的比值高。因为中心齿轮直接成形在轴上，所以减少中心齿轮部分32的直径便可以实现高的减速比。在电动洗衣机中，圆筒筐装在最高位置，行星齿轮装置装在中间高度，马达装在底部。内齿轮3由外壳支承在水平面内，排列方向为主支架在上，辅助支架4B在下。在这种方向下，支架4和行星齿轮2的重量由较大侧滚盘部分8的侧面和内齿轮部分12之间的接触B和行星齿轮部分6和较小侧环部分13之间的接触(A)双重地传送到内齿轮3上。这些特性使得实施例最适合于作电动洗衣机的减速齿轮。

图3示出另一实施例，该实施例的中心齿轮装在装置中。当减速比的倒数(S+I)/S不是如此高时，装置可以包含嵌入的具有输入孔36的中心齿轮35。中心齿轮(输入)孔36是D形孔或花键孔，以便使转矩从输入轴传送到嵌入的中心齿轮35。因为较小侧滚盘部分7位于孔22的侧面，所以行星齿轮2不能使中心齿轮35保持在由行星齿轮2包围的空间28中。因此实施例使辅助支架4B的孔22缩小，形成在孔22的内侧上凸出的保持架37。中心齿轮35由较大侧滚盘部分8和保持器37夹在中间。保持器37具有孔38，用于引导油脂进入行星齿轮、中心齿轮和内齿轮中的内部空间。小孔38保存油脂。由于油脂或润滑油减小了摩擦损耗。

图4示出第三实施例。通过加长辅助支架4B的凸出部24到主支架4A而省去行星齿轮轴5。第一延伸部分40穿过行星齿轮2的孔11而支承行星齿轮2。第二延伸部分41固定在主支架4A的孔42中。轴向孔43节省了支架4的材料。此实施例由于省去行星齿轮轴5而又一次降低成本。中心齿轮1可以插入到中心空间28。换句话说，在此实施例也可应用嵌入的中心齿轮。

图5和7示出另一个实施例，该实施例切去内齿轮部分12的侧部而形成油脂空穴44。在内齿轮部分12的齿侧和行星齿轮较大侧滚盘部分8的侧面之间产生一个小空腔。贮存空44中的油脂提高了行星齿轮2和内齿轮3之间的润滑性。油脂空穴减少了噪声并增加了行星齿轮装置的寿命。

本文附图中引用编号的说明如下1 行星齿轮装置；    2 行星齿轮；3 内齿轮；          4 支架；4A主支架            4B辅助支架5 行星齿轮轴        6 行星齿轮部分；7 较小侧滚盘部分；  8 较大侧滚盘部分；9 轮毂部分；        10中间部分；11轴孔              12内齿轮部分；13较小侧环部分；    14较大侧环部分；15凸出部；          16连接凸出部；17连接凸出部；      18孔；19插塞；            20扁平部分；21输出孔；          22孔23凸出部            24凸出部25孔；              26孔；30马达轴；          31轴部分；32中心齿轮部分；    33台肩部分；34前表面；          35嵌入的中心齿轮；36输入中心孔；      37保持器；38油脂孔            40第一延伸部分；41第二延伸部分；    42孔43孔；              44油脂空穴。

Claims (4)

1.一种非对称行星齿轮装置，包括许多行星齿轮(2)、包围行星齿轮(2)的内齿轮(3)和支架(4)，该支架具有带孔的辅助支架(4B)和带输出孔的主支架(4B)，并转动地支承具有行星齿轮轴(5)的行星齿轮(2)，该装置的特征在于，行星齿轮(2)是一个合成一体的部件，包括行星齿轮部分(6)、在靠近辅助支架(4B)一侧的较小侧滚盘部分(7)和靠近主支架(4A)另一侧的较大侧滚盘部分(8)，滚盘部分(7)的直径小于行星齿轮部分(6)的齿根圆的直径，滚盘部分(8)的直径大于行星齿轮部分(6)的齿顶圆的直径，内齿轮(3)具有齿轮部分(12)、直径小于内齿轮部分(12)齿顶圆直径的较小侧环部分(13)和直径大于内齿轮部分(12)齿根圆直径的较大侧环部分(14)，行星齿轮(2)包围在组装之后可以插入或抽出中心齿轮轴的中心空间。

2.一种非对称行星齿轮装置，包括：中心齿轮(35)；许多与中心齿轮(35)啮合的行星齿轮(2)；包围行星齿轮(2)的内齿轮(3)；和支架(4)，该支架包括具有孔的辅助支架(4B)、具有输出孔的主支架(4A)，而且该支架可转动地支承具有行星齿轮轴(5)的行星齿轮(2)，该装置的特征在于，行星齿轮(2)是合成一体的部件，具有行星齿轮部分(6)、在靠近辅助支架(4B)一侧的其直径小于行星齿轮部分(6)齿根圆直径的较小侧滚盘部分(7)和靠近主支架(4A)另一侧的其直径大于行星齿轮部分(6)齿顶圆直径的较大侧滚盘部分(8)，内齿轮(3)具有齿轮部分(12)、其直径小于内齿轮部分(12)齿顶圆的较小侧环部分(13)和其直径大于内齿轮部分(12)齿根圆直径的较大侧环部分(14)，支架(4)的保持器(37)将中心齿轮(35)固定在由行星齿轮(2)包围的中心空间(28)。

3.如权利要求1或2所述的非对称行星齿轮装置，其特征在于，可用从辅助支架(4B)或主支架(4A)延伸的部件代替行星齿轮轴。

4.如权利要求1或2所述的非对称行星齿轮装置，其特征在于，在内齿轮齿的一侧和较大侧滚盘部分(8)的侧面之间形成油脂空穴(44)。

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