CN1474916A - 用于无间隙传递转矩的传动元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于一个传动装置中的传动元件(5,18),其中传动元件(5)在驱动侧通过一个驱动电机(1)驱动,传动元件(5)装在该电机的输出轴(2)上。传动元件(5)在其圆周表面上设有齿(7)并用一个或多个齿与另外的传动元件(18)啮合。在输出轴(2)和一个弹簧组(8)之间以及在弹簧组(8)和传动元件(5)之间装有轴向可移动的可调整的支承元件(11,12;33,34;35,36)和套筒状同步带动元件(13,14;30;31)。
Description
技术领域
在用于传递转矩的传动机构里使用了具有独立的旋转轴线的传动元件。在这些传动元件之间可以使用连接元件或者也可以用扭转元件。传动装置如轴连接和电机驱动的各自轴的位置由于加工误差、磨损和温度的影响在不同程度上改变了它们的旋转轴线,这也取决于各自所用的材料。
背景技术
对传动装置所提出的要求除了包括高可靠性、低噪声和长使用寿命之外还包括无间隙性的要求。无间隙性的准则代表了一种高度的位置精确性;在蜗杆传动中具有相互偏置90°布置的传动轴,此时特别重视自锁问题,也就是传动元件的一个一次选择的啮合位置不会在正齿轮的平衡力矩影响下发生改变。
传动装置的无间隙性大大降低了尤其是直齿正齿轮的齿面弯曲产生的机构负荷。这在一定程度上也适合于斜齿齿轮。传动装置的无间隙性一般通过使用扭转弹簧来达到,在汽车制造中例如是通过扭力杆来达到。然而由于其装入长度,扭力杆一般需要一个很大的安装空间,首先是结构长度大。
此外在相互啮合的齿轮之间同时有大的扭转刚性和轴向刚性时,对于传动装置的无间隙性要求随之也带来了大的径向挠性的要求。如果在传动装置里使用了离合器和扭力杆,那么间隙性能和弯曲性能就会以不利的方式相加,从而只有在采用高度预张紧的情况下才能保证无间隙性。这又取决于产生最大预张紧力矩的结构元件的采用。这些元件占用了结构空间,因而就不能充分地考虑对于结构紧凑的和无间隙的传动装置的要求了。
发明内容
用本发明建议的解决方案可以使驱动输出的弹性完全集成于一个传动元件里。因而用于设置连接元件和扭力杆所需要的结构空间可以大大减少。按本发明的解决方案包括有一个弹簧组,它可以包括一个或多个相互对中心布置的叠板弹簧。这些单一的叠板弹簧包括了一些垂直或水平布置的薄片、同步带动元件或支承元件。
借助一个弹性的传动输出元件而装在一个孔里的弹簧组可以借助于在弹簧组和传动输出元件之间或在输出轴和弹簧组之间的环形间隙里安设的具有支承段的套筒,或者借助于在该环形间隙里可滑动地支承的滑动配合而支承在该传动输出元件里。借助于可滑动地装在一个电驱动装置的输出轴上的滑动配合就可以规定出弹性驱动装置的输出轴的弯曲造成的力流,并调整径向刚度。
借助于例如可以设计为环形套筒的同步带动元件可以影响和改变驱动力矩通过输出轴到传动输出元件上的力流。同步带动元件对于转矩传递来说允许一种动力啮合或形状锁合,另外可以通过它调整部件组合输出轴/输出元件的径向刚性并在极限内变化。
根据对无间隙性和待传递转矩的要求的不同,可以用按本发明的解决方案通过调整弹簧组和电驱动装置的输出轴之间的滑动配合对于各自不同的应用情况调定所希望的径向刚度。关于输出轴的轴向长度并无附加的结构空间要求;弯曲应力曲线可以根据滑动配合的在轴向方向上可预先规定的调整距离以所希望的变化梯度调定。
通过在传动元件上的止挡,无论是一种蜗杆、一种直齿正齿轮,还是一种斜齿正齿轮,都可以用简单的方法调定最大的偏移量。
弹簧组可以由与驱动轴近似垂直或水平取向的薄片构成;这些薄片在垂直取向时例如可以设计成叠板弹簧或者作成卷绕的异形元件。此外弹簧组可以设计成一种交替方向分层对中布置的叠板弹簧的组合。最后可以采用多重卷绕的叠板弹簧,用这种弹簧还可以在相邻薄片的接触面上通过的相邻薄片的摩擦而及时地减弱所产生的振动。
由按本发明所建议的组成部分,弹簧组、同步带动元件和滑动配合可以按最佳方式调定传动元件的对于各自使用情况的最佳参数,包括其无间隙性、待传递转矩和径向刚度。
附图说明
以下根据附图对本发明详细加以叙述。附图所示为:
图1:一种具有电驱动的以剖面表示的传动元件的传动装置,
图2:一种具有一个弹簧组的传动元件,该弹簧组在外侧和内侧具有滑动配合,用于调定径向刚度,
图3.1:一个具有平行取向的薄片的弹簧组的原理简图,
图3.1.1和图3.1.2:在一个滑动配合和与之垂直的伸长的薄片之间的形状配合的连接,
图3.2:在平行布置时埋入在圆周段里的薄片段,其垂直于附图平面伸展,
图3.3:一个具有垂直布置的薄片的的弹簧组,
图3.4:一个具有卷绕的异形元件的弹簧组,
图3.5:对中布置的环状结构的叠板弹簧组,和
图4:配属于薄片状结构的弹簧组的附加轴向弹簧连同在径向偏移时的特性曲线。
具体实施方式
图1表示了具有一个电驱动的以剖面表示的传动元件的传动装置。
按本发明构成的传动元件5按图1所示装在一个驱动电机1、例如一个电驱动装置的输出轴2上。电驱动装置1的输出轴2以转动方向4围绕对称轴线3旋转。传动元件5由一个在轴向方向上伸展的孔6穿通,在该孔里装有一个弹簧组8、套筒形结构的同步带动元件13或14以及支承元件11和12。
在穿过传动元件5的孔6的输出轴2的外侧上,在指向电驱动装置1的一侧,在轴向方向上沿着一个用标号19表示的调整行程可活动地装有一个滑动配合形式的支承元件11。此外电驱动装置1的输出轴2由一个套筒状同步带动元件14围住。在套筒形同步带动元件14的外侧上有二个用标号15和16表示的环状支承段,它们指向弹簧组8的内侧。弹簧组8由许多薄片40组成,如以下还要详细说明的那样。
在弹簧组8的外侧上在驱动轴2和弹簧组8的自由端处有一个同样可以滑动的成滑动配合结构的支承元件12。该支承元件的最大偏移可能性对应于用于调整由传动元件5和电驱动装置1的输出轴2组成的组合件的径向刚性的调整行程19通过一个止挡21给定,该止挡与弹簧组8的自由端以一个用标号22表示的间隙间隔开。另外弹簧组8也由一个环状构形的同步带动元件13围住,该同步带动元件的环形结构的支承段指向弹簧组18的外圆周表面。同步带动元件13用其都是平的一侧支承在传动元件5的孔6的内侧上,传动元件5在其外圆周上则设有齿7。齿7可以是一种蜗杆状的齿;它还可以设计成一种端齿轮齿或一种斜齿。通过该在传动元件5的外圆周上形成的齿7就可以使由电驱动装置1经其输出轴2在旋转方向4上施加的转矩传递至另一个与传动元件5啮合的输出元件18的齿上,该输出元件在图1所示实施例中为一个外啮合的蜗轮结构。蜗轮18围绕一个旋转轴线20旋转,该轴线相对于电驱动装置1的输出轴2偏置90°布置。对于齿的对应的几何形状或蜗杆的升程用按本发明设计的传动元件5和蜗轮18就可以达到高度的自锁。
调整行程19相对于电驱动装置1的输出轴2的对称线3细分成许多调整间距19.1,19.2,19.3,19.4以及19.5,支承元件11或12以及同步带动元件13或14可在一个环形的围住弹簧组8的空腔9里,也就是在环形间隙9里在轴向方向上或在一个内环间隙10里在这些调整间距上滑动。若为滑动配合结构的支承元件11或12在其位置上对应于调整间距19.1或19.4滑动,那么就出现一种弯曲特性,它对于某一种应用情况可能是最佳特性。由于环形间隙9或10是轴向伸展的,因而起支承元件作用的滑动配合11或12在其各自的环形间隙9或10里的轴向可滑动性只由外止挡21限制,该止挡在轴向方向上限制了在外环形间隙9里可滑动安设的滑动配合12的最大可滑动性。
由于布置了套筒形结构的同步带动元件13或14而发生的转矩流用虚线表示,其用标号17表示,并且表示出了以电驱动装置1的输出轴2经过位于内部在套筒状结构的同步带动元件14到弹簧组8和从该弹簧组到装在外间隙9里的外同步带动元件13的力流。转矩由贴靠在穿通传动元件5的孔6的内壁上的外同步带动元件13经过传动元件5的外齿7传递至这里按图1所示为蜗轮结构的另外的传动元件18的外齿上,从而使转矩最后能够克服蜗轮18上的载荷力矩。
按图2所示,弹簧组是可以取出的,其在外侧和里侧上设有滑动配合是为了调节传动元件/电驱动装置的输出轴的组合件的弯曲线。
类似于图1所示,在图2中电驱动装置1是可取出的,其输出轴2在旋转方向4上围绕对称线3旋转。与图1所示不同的是:按图2所示的弹簧组8在输出轴2的外圆周面上通过支承元件35或36支承住,这些支承元件与图1所示类似同样也设计为可在其各自间隙10里滑动的滑动配合。按图2所示在弹簧组8的外侧上同样也支承有二个支承元件33或34,它们在弹簧组8和传动元件5之间的外环腔9里在轴向方向上是可以滑移的。按图2所示的同步带动元件用标号30或31表示,而且既装于外间隙9里也装于内间隙10里。通过同步带动元件30或31使得由电驱动1经输出轴2施加的转矩经中间连接的弹簧组2而传递到传动元件5的外齿7上。
图2中示出了用标号37表示的弯曲线,它是由支承元件33或34在外间隙环9里选择的布置形式和由起支承元件作用的滑动配合35或36在内环间隙10里的位置来限定的。按照图2中由标号32所限定的弯曲力的力流产生了一种在旋转驱动的输出轴2上经过内同步带动元件31在弹簧组8里调定的转矩曲线。该转矩经装在弹簧组8和传动元件5的孔6之间的外环间隙9里的外同步带动元件30而传入传动元件5里,并以与图1类似的方式经过齿7传递到另外一个传动元件(此处未示出)上。
用标号37标明的曲线表示了合成的弯曲线,它由弯曲力经布置于内环间隙10里的滑动支承元件35或36以及装于外环间隙9里的支承元件33或34传递至传动元件5而得出。
图3.1所示为一种具有平行取向的薄片的可以取出的弹簧组的原理简图。
按图3.1所示是一种弹簧组8的一个很概略的原理简图。弹簧组8包括有一个在平行装置41里布置的通长的薄片装置40。在该薄片装置的外侧上有图2所示的滑动配合33或34形式的支承元件。由在平行装置41里取向的薄片40覆盖住装于弹簧组8的电驱动1的未示出的输出轴2之间的支承元件,这些支承元件同样也设计成滑动配合35,36。按图3.1所示的薄片40是一个整体的构件,它通过选择可滑移布置的支承元件33,34,35或36而获得了一种弹簧元件/减震元件45,46的特征,这取决于支承元件33至36的轴向定位。同步带动的改进也可以通过此处未详细示出的在滑动配合33或34上的凹槽或构造来实现,它们可以形状配合地适配于薄片40,41。按照图3.1.1或3.1.2所示,在支承元件33,34,35或36和一个无端的薄片40之间的一种形状配合可按以下方法改进:即在支承元件33或34,35或36的底侧上设置凹槽,这些凹槽容纳薄片40的部段(图3.1.1)。另一方面也可以在一个支承元件36的顶侧上设置凹槽,薄片40的部段通过该凹槽而伸展。这就可以改善在减震情况下的动作参数特性。
由图3.2可见埋入在弹簧组的圆周段里的平行布置的薄片段,它们垂直于附图平面伸展。
此处设计成圆筒构造的弹簧组8包括有单个的弹性段49,在这些段中在轴向方向上延伸有按图3.1原理简图所示的通长薄片40的各个薄片段。薄片的布置,也就是与电驱动1的输出轴2的对称线3成平行位置,垂直进入图面里或垂直地由图面里出来。薄片40都是无间隙地进入弹簧组8的弹性体段49中的。
图3.3所示是一个带有垂直布置的薄片的可以取出的弹簧组。按照此图弹簧组8包括在垂直位置42取向的各个薄片40,它们例如可以作成一个带槽缝的梁。弹簧组8的薄片40在图3.3中略呈倾斜布置并设计成在电驱动1的输出轴2的整个轴向长度上延伸的叠板弹簧。在图3.3中在垂直定向位置42所选择的薄片布置形式40在径向方向上看给予了弹簧组8某种弹簧减震特性,其用弹簧减震装置45,46指明,在径向方向上产生的力就作用在它们上面。
按图3.4所示弹簧组8也可以设计成一种在轴向方向上平行于电驱动1的输出轴2的对称轴线3形成的卷绕异形元件43的布置形式。异形元件43可以是卷绕的异形元件,它们相互叠置地在轴向方向上沿着电驱动1的输出轴2的调整行程19伸展。通过在各个卷绕的异形元件43之间伸展的空腔,弹簧组8的这种变型方案具有高弹性。根据按本发明设计的传动元件5所应用场合的不同,这完全可能是所希望的。
与图3.3或3.4所示相反,在图3.5中则表示了一种对中布置的包括了多个单个叠板弹簧的弹簧组。
与电驱动1的输出轴2的对称轴线3同轴地表示出一个位于外部的叠板弹簧44,其薄片40基本上布置在相对于电驱动1的输出轴2(此处未示出)的对称轴线3垂直的位置。位于外部的叠板弹簧44连续不断地延伸在电驱动1的输出轴2的整个长度上,为了表示清楚而在中间断开了。在位于外部的叠板弹簧44之下有一个位于内部的弹簧元件44.1,叠板弹簧44的薄片40基本上成垂直位置42取向。按图3.5所示该弹簧元件44.1只是布置在通长结构的外叠板弹簧44的起始部位或端部位里。平置的或内置的弹簧元件44.1都与外置的叠板弹簧元件44同心布置。通过合理选择薄片44的槽缝或位于内部的叠板弹簧元件44.1的轴向长度,那么用这种组合的布置就可以调节刚度特性,这种特性可以比按图3.3或3.4所示的弹簧组构形更好地适应特殊的应用情况。
由图4可以详细看出在一个弹簧组8上有一个附加轴向弹簧的布置形式以及在有径向偏移时它的特性曲线。
按图4所示的布置,一个此处未详细示出的电驱动的输出轴2可以取出,该输出轴2对称于对称线3。此处未详示的电驱动1的输出轴2由一个弹簧组8围住,该弹簧组的各个薄片40基本处在垂直方向42上。与上文所描述的按图3.1,3.2,3.3,3.4和3.5所示的弹簧组8不同,按图4所示的变型方案的弹簧组8有一个附加的在轴向方向上作用的弹簧元件47。附加的轴向弹簧元件47用一个弹簧凸肩53支承在包围它的传动元件5里。通过该变型方案就可能通过各个相邻薄片40的接触和摩擦抵抗有可能发生的振动并用于相应的减震。由于在弹簧组里弹簧刚性和减震性能都与方向有关(这些性能在轴向方向压缩时远大于在轴向方向拉伸时),因而弹簧刚性和减震性能所出现的不对称可以通过装设附加的弹簧元件47来克服。附加的施加轴向弹簧力的弹簧47用一个很小的间隙安装在输出轴2和传动元件5的齿之间。
用所建议的解决方案使弹性几乎完全地集成于传动元件5中,其中设计思想包含了一种由薄片40、同步带动元件13,14或30和31以及支承元件11或12以及33,34,35和36所组成的组合。由所列举的元件可以设计出元件弹簧和减震器的一个网状结构,其中在径向方向上的刚性对应于图4所示的图表取决于径向偏移42而使压紧力51大大提高,如由图4所示刚度曲线50看出的那样。所希望的径向刚性因此可以通过支承元件11,12,33,34,35和36在某个调整间距19.1至19.5里沿着轴向调整行程19进行相应的滑移而预先规定,而不会使传动元件5的外形尺寸发生很大的改变。
参考标号表1 电驱动装置 32 力流转矩2 输出轴 33 支承元件3 对称线 34 支承元件4 旋转方向 35 支承元件5 传动元件 36 支承元件6 孔 37 弯曲线7 外齿 40 薄片8 弹簧组 41 平行的薄片布置9 外环间隙 42 垂直的薄片布置10 内环间隙 43 卷绕的异形元件11 内滑动配合 44 同心的叠板弹簧12 外滑动配合 44.1 同心的内置叠板弹簧13 外同步带动元件 45 弹簧14 内同步带动元件 46 减震15 第一环段 47 附加的轴向弹簧元件16 第二环段 48 弹性体埋入17 力流 49 段18 其它的传动输出元件(蜗轮) 50 刚度曲线19 调整行程 51 压紧力19.1 调整行程间距 52 径向偏移19.2 调整行程间距 53 弹簧凸肩19.3 调整行程间距 54 叠板弹簧19.4 调整行程间距19.5 调整行程间距20 转动轴线21 止挡22 间隙大小30 外同步带动元件31 内同步带动元件
Claims (12)
1.一种用于传动装置中的传动元件(5,18),该传动元件在驱动侧通过一个驱动电机(1)驱动,在该电机的输出轴(2)上装有传动元件(5),该传动元件在其圆周表面上设有外齿(7),并用一个或多个齿与其它的传动元件(18)啮合,其特征在于,在驱动轴(2)和一个弹簧组(8)之间以及在弹簧组(8)和传动元件(5)之间都装有轴向可调整的支承元件(11,12;33,34;35,36)和套筒状同步带动元件(13,14;30,31)。
2.按权利要求1所述的传动元件,其特征在于,轴向可移动的支承元件(11,12;33,34;35,36)和套筒状同步带动元件(13,14;30,31)都装在环形间隙状的空腔(9,10)里。
3.按权利要求1所述的传动元件,其特征在于,在传动元件(5)上形成有一个止挡面(21),它限制了支承元件(11,12;33,34;35,36)的最大轴向滑移。
4.按权利要求1所述的传动元件,其特征在于,传动元件(5)的轴向长度细分为分配在调整行程(19)上的各个调整间距(19.1至19.5)。
5.按权利要求1所述的传动元件,其特征在于,同步带动元件(13,14)包括有环状的支承段(15,16),它贴靠在弹簧组(8)的内侧和/或外侧上。
6.按权利要求1所述的传动元件,其特征在于,弹簧组(8)包括有可以相互相对运动的薄片(40),其中薄片(40)起到一个弹簧元件/减震元件(45,46)的作用。
7.按权利要求6所述的传动元件,其特征在于,薄片(40)基本上与输出轴(2)成平行位置(41)取向。
8.按权利要求6所述的传动元件,其特征在于,薄片(40)基本与输出轴(2)成垂直位置(42)取向。
9.按权利要求7所述的传动元件,其特征在于,薄片(40)埋入在一个圆筒形弹簧组(8)的弹性体段(49)里。
10.按权利要求6所述的传动元件,其特征在于,薄片(40)在弹簧组(8)里作成卷绕的异形元件(43)结构。
11.按权利要求6所述的传动元件,其特征在于,薄片(40)作为同心的叠板弹簧(44,44.1)布置在弹簧组(8)里。
12.按权利要求6所述的传动元件,其特征在于,弹簧组(8)的薄片(40)配有一个附加的轴向弹簧(47)。
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