CN1503883A - 行星齿轮及其应用 - Google Patents

Abstract

一种行星齿轮，该行星齿轮具有一个中心地、可转动的输入/输出轴(1a)，一个弹性外圈(4)，当弹性外圈发生弹性变形时，包围并压缩至少三个行星轮(6、12)，行星轮形式为径向紧靠安装在中心的中心轴(2)的辊子，中心轴在轴向上延伸并与输入/输出轴(1a)的对齐。行星轮(6、12)具有中心孔，并且可转动地安装在撑杆(7、13)上，撑杆(7、13)的中心线与中心轴(2)平行。至少一个行星轮(12)具有与和行星轮(12)相关的撑杆(13)基本上一致的中心，而当行星轮(6)与中心轴(2)相啮合时，另一个或一些行星轮(6)及相关的一个或多个撑杆(7)的结构使得撑杆的中心线比行星轮(6)的轴线更靠近中心轮(2)一个给定的距离。这就导致了最优的力矩传递，同时实现了中心轴和一个或多个行星轮相对于至少两个具有中心与各自撑杆一致的行星轮的精确定位。

Description

行星齿轮及其应用

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮，该行星齿轮具有一个中心地、可转动地安装的中心轮，至少三个围绕着中心轮配置并绕各自轴线转动的行星轮，以及将行星轮的回转面形式的外周表面弹性压紧在中心轮的外周表面上形成力传递啮合的装置。

背景技术

从美国2,344,078号专利中可以了解上述类型的一种行星齿轮，该行星齿轮用来驱动内燃机中的离心加载装置。在这种行星齿轮中，行星轮的撑杆安装在紧密连接于输入轴的托板上，撑杆的中心线位于节径上，当行星轮与中心轴相啮合时，该节径与行星轮的轴保持一致。与行星轮接触的中心轴的长度经过调整使得它们之间的摩擦能确保力矩的传递。由于允许行星轮绕着固定的撑杆转动，在行星轮和中心轴之间能获得一个恒力。

在离心加载装置中，随着速度增加，需要逐渐增大力矩的传递。然而，在前述的行星齿轮中，由于存在离心力，在速度逐渐增加时所获得的力矩传递逐渐减小，这是因为在高速时，行星轮上的离心力减少了中心轴和类似前述行星齿轮的行星轮之间的有用摩擦。

另外，从DK171,047 B1号专利中可以了解到开始所述类型的行星齿轮。在这种已知的行星轮中，希望自动调节传递力矩以适应需要，即使在高速下也是如此，在以前的技术中可以实现这一点，这是由于撑杆的直径小于行星轮上孔的直径，并且当行星轮与中心轴啮合时，撑杆的中心线到中心轴的距离比到行星轮的轴的距离更近。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种行星齿轮，相对于以前所知的工艺，这种行星齿轮能保证力矩的最佳传递，同时能确保在所有的运行条件下行星齿轮中的行星轮的确定位置，从而可以防止在以前技术中所讲述的由于行星轮和中心轴的安装所产生的运行问题的出现。

根据本发明，这个目标的实现在于，至少一个、最多两个行星轮安装后其转动轴线相对于中心轮的转动轴线是基本上固定的，而其它的行星轮中的每一个都配置在一个轴部件上，该轴部件按照一个预期的运动伸展到所述的行星轮上提供的中心孔中，因此当行星齿轮处于运行状态时，轴部件的中心线和中心轮的转动轴线之间的径向距离比所述的行星轮的中心线和中心轮的转动轴线之间的相应的径向距离要小一个预定的值，其中，所有的行星轮都与中心轮啮合并且每个轴部件与相应孔的内表面相啮合。

这就保证通过一个或多个撑杆安装的行星轮形成一个“斜坡效应”，其中当行星轮与中心轴啮合时，撑杆的中心线比行星轮的轴线更加靠近中心轴一个给定的距离，因此传递的力矩可以适应需要，同时这个或这些行星轮将把中心轴向内压紧在两个行星轮上，这两个行星轮的中心位置与各自的撑杆一致。这样能保证中心轴和其它行星轮相对于这两个行星轮具有确定的位置，如前所述，这两个行星轮通过各自的撑杆定位。

如权利要求2所述，给定的距离超过通常的加工精度，优选地，超过大约0.01mm时，距离的给定差值大于通常的加工精度，优选地，大于0.01mm。

如权利要求3所述，给定的距离基本上在行星齿轮的径向尺寸的千分之0.1-2.0范围内，并且优选地，基本上在千分之0.5-1.0的范围内时，由于力矩可以适应给定的需要，所以能够实现适宜的力矩传递功能。

如权利要求4所述，行星轮或其它行星轮以及相关的一个或多个撑杆构成为，使得一个或多个撑杆加工成形后具有一个小于行星轮上对应轮的内径的外径，直径的差值超过通常的加工精度，优选地，超过大约0.01mm，所以可以实现撑杆的中心线和行星轮的轴线之间预期的关系。

如权利要求5所述，行星轮或其它行星轮及相关的一个或多个撑杆构成为，使得每个撑杆包括一个可转动地安装在其上的偏心装置，可以实现预期的斜坡效应。同时，能够构成与最先描述相同的行星轮或其它行星轮，因为偏心体的外径与最先描述的行星轮的撑杆的外径相对应，因此易于制造。

如权利要求6所述，撑杆的中心的位置比相关的偏心装置的中心更加靠近中心轴的中心，因而可以获得一种适宜的结构。

如权利要求7所述，撑杆的中心的位置比相关的偏心装置的位置更加远离中心轴的中心，因此可以额外保证获得过载保护。

如权利要求8所述，行星轮的结构基本上相同，并且优选地由轴承构成，优选为滚动轴承，滚动轴承的内径基本上与撑杆的外径相对应，并且其轴承外圈作为行星轮，由于不需要制造不同的行星轮，因此可以获得一种生产简单、节约成本的行星齿轮。

最后，本发明涉及如权利要求9所确定的行星齿轮的一种应用，在该权利要求中，行星齿轮可以用来在大的齿轮传动比例如高达13∶1的情况下传递力矩，和/或使用在相当大的力矩传递的情况下，而使用相对小的体积，例如在内燃机中向压缩机传递力矩，或在车辆中向推进轮传递力矩。

附图说明

下文中将参考附图更加全面地描述本发明的实施例，其中

图1图示了根据本发明的行星齿轮在图3中的I-I方向上所见的剖面视图，

图2图示了在根据本发明的行星齿轮中，外圈、行星轮和中心轴之间的外力，

图3图示了行星齿轮上，在图1中的III-III方向上所示的外圈和行星轮的剖面视图，

图4和图5图示了对应于图1的剖面视图，但是为本发明的另一个实施例，分别如图6的IV-IV方向和图7的V-V方向上所示，

图6和图7图示了对应于图3的剖面视图，但是为本发明的另一个实施例，分别如图4的VI-VI方向和图5的VII-VII方向上所示，

图8a-8c是根据本发明的行星齿轮中的外圈、中心轴和行星轮的截面的剖面，图示了实现斜坡效应的距离条件，以及

图9图示了根据本发明的行星齿轮中的理论上传递力的曲线。

具体实施方式

图1图示了根据本发明实施例的行星齿轮的剖面。行星齿轮包括一个圆盘形托板1，在圆盘形托板1的一端具有一个突出的短轴1a，短轴1a形成输入轴，输入轴的转动转换成中心轴2的转动，中心轴2的一端伸出齿轮外，所述的中心轴2与输入短轴1a在轴向上对齐。

多个孔3在托板1的圆周附近等距离的分开，举例来说，孔的数量是12个，如图3所示。还提供一个弹性外圈4，弹性外圈4在一侧上具有朝向托板1的销5，所述销与孔3的数量相对应并且伸入孔中。

销5的直径比孔3的直径小，因此弹性外圈4可以移动并且相对于托板1发生轻微的变形。销5和孔3的配合，因而当托板1转动时，外圈4被托板1驱动。

外圈4包围着行星轮6和两个行星轮12，如图3所示。行星轮的结构为刚性轴套或辊子，与位于行星轮6和12之间的中心轴2啮合。

行星轮6和12具有中心孔并且分别安装在撑杆7和13上。行星轮6很松地安装在撑杆7上，撑杆7的外径比行星轮6上的孔6’略小，而行星轮12可转动地安装在撑杆13上并且在撑杆13上不发生移动。行星轮6的撑杆7的中心线平行于行星轮6的轴线但是不重合，而行星轮12的撑杆13的中心线与行星轮12的轴线重合或基本上重合。

撑杆7和13在框架8内进行调节，框架8由第一框架部件8a和第二框架部件8b组成，因此行星轮6和12在弹性外圈4内进行调节。

两个框架部件8a、8b通过调节螺栓9安装起来，调节螺栓9的圆柱形杆紧密地固定在框架部件上的孔中，用来保证它们相互之间确定的位置。

为了保证齿轮上中心轴2的轴向位置，中心轴在一端具有一个伸入齿轮中的轴环2’。轴环与滑动圆盘10的一个侧面相互配合，与滑动圆盘10的这个侧面相对的第二个侧面与行星轮6和12的轴向内端相互配合。

另外，特别是在运行时，中心轴2将通过行星轮6而定位，行星轮6将向内朝着两个行星轮12压紧中心轴2，行星轮12安装在撑杆13上而不移动或基本上不移动。可以看到，不存在调节中心轴2的轴承的其它形式。

在安装前，外圈4的内径比与三个行星轮6和12相切的圆环的直径略小。可以认为，外圈4在弹性变形时朝着位于中心的中心轴2压紧行星轮6和12。

因此在外圈4、行星轮6和12以及中心轴2之间产生径向力。这些法向力及注入齿轮箱中的牵引油，能保证齿轮部件之间的摩擦，因此当通过撑杆1转动外圈时，能够使中心轴2转动。

图2图示了外圈4、行星轮6和中心轴2之间的力。用实线来表示这种齿轮不转动并且所有的部件处于平衡时的状态。运行时，行星轮6将移动到用虚线表示的位置。可以清楚地看出，通过弹性外圈4的偏移使行星轮6压紧中心轴2，并且行星轮6上的孔6’大于撑杆7的直径，图2中为了表示清楚，这个差值有所夸大。

弹性外圈4的偏移导致分力的产生，按照图2指定为：

Fnr＝外圈作用在行星轮上的法向力，

Fns＝中心轴作用在行星轮上的法向力，

Ftr＝行星轮和外圈之间的切向力，以及

Fts＝行星轮和中心轴之间的切向力。

由于在行星轮上一定要实现各个力之间的平衡，在法向力的方向(Fn)上产生的合力一定等于法向力(Fnr，Fns)的总和，在切向力方向上(Ft)产生的合力一定等于切向力(Ftr，Fts)的总和。

因为行星轮6很松地安装在固定撑杆7上，所以不产生向心力。

在两个分力之间存在以下关系：

$\frac{\mathrm{Fns}-\mathrm{Fnr}}{\mathrm{Ftr}+\mathrm{Fts}}=\tan \mathrm{gentV}$

或者因为Fts≌Ftr

Fns≌tangentV·2Ftr+Fnr

通过分析图2中的各分力可以看出，撑杆7相对于行星轮6的径向位置可以确定可传递的力矩，因为摩擦力与法向力成比例。

如果撑杆7的中心线向外移动，使得撑杆7的中心线与行星轮6的中心线一致，那么V＝0，因此Fns＝Fnr，所以不存在斜坡效应。

如上所述，行星轮6很松地安装在相关的撑杆7上，因为撑杆的外径比行星轮上孔的内径略小，当然会存在差值，这个差值大于存在于该结构中的公差。这意味着直径的差值超过通常的加工精度。优选地，此处所涉及的差值在此处所涉及的尺寸下大于0.01mm，这意味着，例如行星齿轮的外径在大约为100mm的等级上。

同样的情况也适用于一个或者多个撑杆的中心朝着中心轴向内移动的距离，因为此处也必需涉及一个超过通常的加工精度的距离。优选地，该距离超过大约0.01mm，例如在外径大约为100mm的等级上的行星齿轮的情况下。该距离也可以叙述为基本上在齿轮径向尺寸的千分之0.1-2.0的范围之内，优选地，基本上在千分之0.5-1.0的范围内。

图3为托板1和弹性外圈4在静止的位置上的视图。

可以看出在转动期间内，在位置(A)上托板1的孔3将沿径向向内压紧外圈4的销5，而在转动期间在位置(B)上，托板1的孔3将在外圈4的销5上施加一个沿径向向外的拉力。

挡框架部件8b以任何适当的方式固定在图中未示出的框架上时，所提到的第二框架部件8b可能作为齿轮的悬挂架。

可以调节中心轴2的直径和行星轮6的直径，这样能够实现输入短轴1a和中心轮2转动的预期齿轮传动比。

可以有选择地在中心轴2与行星轮6相接触的表面部分上提供能够增加摩擦的涂层。

可以方便地在外圈4的径向内侧上提供环形槽11，该环形槽能够防止在高速时缺少润滑油，并允许使用几种不同类型的润滑油。

在进一步的实施例中，附图中未示出，所制造的托板围绕着外圈的径向外侧，托板上提供了一个沿着外圈延伸的轴环。轴环的径向内侧支撑着销钉或者辊子形式的元件，这些元件与外圈的接触位于一个节圆上，当外圈处于无载荷状态下时，该节圆小于外圈的外径。这为外圈提供了稳定。

本发明的另一种实施例显示在图4-7中，在这种实施例中，以与图1和3相似的方式制造的部件以相同的参考数字来表示。因此，这种实施例同样涉及一个圆盘形托板1，托板1的一端具有一个突出的短轴1a，在另一端具有一个中心轴2的突出轴。同样地，这种实施例具有一个弹性外圈4，它的销5伸出到托板1上的孔3中。同时还具有多个位于齿轮中的行星轮6和12，包括两个部件8a和8b的框架8通过撑杆7和13来控制行星轮。此外，在外圈4的内表面上可能提供环形槽11，以防止在高速时缺少润滑油。

与前述外径小于行星轮6上的孔6’的撑杆7不同，本实施例使用具有一个具有偏心装置15的撑杆7’。撑杆7’由框架8支撑，偏心装置15可转动地安装在撑杆上，但是相对于行星轮的内部部分是固定的。

另外，一个球轴承或滚动轴承安装在偏心装置15上，该轴承的外圈用作行星轮6。

从图4和6中可以看到，在这种方式下也可以实现斜坡效应，因为撑杆7，的中心到中心轴2的中心的距离小于行星轮6的中心到中心轴2的中心的距离。由于撑杆7’的轴的中心的位置比偏心装置15的中心更加靠近中心轴，所以可以保证实现斜坡效应。该中心可以移动，因此当行星轮6和中心轴2啮合时，可以实现保证斜坡效应。

在这种实施例中，行星轮12和6的结构可以是相同的。行星轮12可能以与行星轮6相同的方式来制造，其中行星轮6的轴承外圈作为行星轮；并且成形后具有向内压紧的滚动轴承16，该滚动轴承安装在撑杆13上。

最后，根据本发明的一种行星齿轮可能制造成如图5和7所示的形式，图5和7与图4所示的实施例相对应，除了此处撑杆7’的中心比偏心装置15的中心更加远离中心轴2之外，但是从行星轮6的中心线到中心轴2的距离仍然小于行星轮12的中心线到中心轴2的距离。这样也可以产生斜坡效应，但是同时实现了过载保护。通过适当地设计距离和尺寸，斜坡效应将达到一个极限值的量，此时偏心装置的中心将移到通过中心轴2和撑杆7’的中心线的另一侧。然后，将失去力矩传递的可能性。

图8a-8c是在根据本发明的一种行星齿轮中的外圈4、中心轴2和行星轮6的截面的轮廓图，图示了实现斜坡效应的距离条件。图示的例子显示了一种具有撑杆7的实施例，该撑杆7的外径小于行星轮6上孔6’的直径，但是相同的条件将用在使用偏心装置15的这种实施例中。如图所示，圆心在中心轴2的圆心上并且圆周通过行星轮6的中心所形成的圆的半径称为PCDr，同样的圆形而圆周通过撑杆的中心所形成的圆的半径称为PCDs。两者之间的差值称为a，行星轮6的中心和撑杆7的中心之间的差值称为r。如图8c所示，如果撑杆7与行星轮6的内侧在中心轴2上相互接触，此时意味着在静止的位置上，因此PCDs＝PCDsmin，并且a将等于r。

图8a图示了当a＝0的情况，而图8b图示了a大于0但是小于r的情况。最后，图8c图示了a＝r的情况。在本发明中，如图所示，在运行时，差值r大于差值a。

根据本发明，行星齿轮中能够传递的外力可以通过前面提到的数值来计算，结果取决于r和a之间的差值。图9所示为这样计算的一个例子，在这个例子中，对于具有90mm内径的外圈的行星齿轮，可以计算出来作为a的函数传递到中心轴上的理论上的外力，此处r＝0.09mm，从外圈上传递到行星轮上的力矩是35Nm。如图所示，传递的力矩将为最小值并且完全取决于a＝0时外圈的偏移，如图8a所示，而当a接近于r的尺寸时，具有一个近似渐进的增加。

前述示例只是图示了具有三个行星轮的行星齿轮，其中一个行星轮按照本发明的典型方式放置。显然，三个以上的行星轮也可以使用，例如四个，其中一个或两个行星轮按照本发明的典型方式放置，而其它行星轮放置在各自的撑杆上而不移动或基本上不移动。

此外，可以更为清楚地看到，不同于前述实施例的其它实施例也可能存在于以下权利要求的范围内。例如可能在外圈4上提供孔来代替销5，而相应地在托板1上提供销来代替孔3。另外，在撑杆和行星轮之间可能存在不同于图示的滑动或滚动轴承的其它形式的轴承。

根据本发明的行星齿轮可以用于内燃机中，如前所述。然而，通常来说，本发明用于很高的齿轮传递比很高，例如高达13∶1的力矩传递中，和/或用于需要传递相当大的力矩，特别是，齿轮箱可用的空间非常小的情况下。另外，本发明可能用于必须允许在两个旋转运动之间发生滑动的情况下传递力矩，这样这些运动相互之间不会锁死；最后本发明可以与负载保护一起应用，如前所述。

最后，本发明可以与特殊应用一起使用，一个这种例子是在车辆中传递力矩，在该车辆中产生力的部件，例如电动机，并入一个或者优选为几个轮中。此处，力矩将传递到预期的转动范围内的轮系中并且使用尽可能小的质量，这是由于这个质量在轮系构中将形成无悬挂重量的部件。因此根据本发明的行星齿轮使用在这里将具有更多的优点。根据本发明的行星齿轮与其它相似结构或能量传递系统结合起来使用可能更有利。

Claims (9)

1.一种行星齿轮，具有一个中心地、可转动地安装的中心轮，至少三个围绕着中心轮配置并绕各自轴线转动的行星轮，以及将行星轮的回转面形式的外周表面弹性压紧在中心轮的外周表面上形成力传递啮合的装置，其特征在于，至少一个、最多两个行星轮(12)安装后其转动轴线相对于中心轮(2)的转动轴线基本上是固定的，而其它的行星轮(6)中的每一个都配置在一个轴部件(7)上，该轴部件按照一个预期的运动伸展到所述的行星轮上提供的中心孔中，因此当行星齿轮处于运行状态时，轴部件(7)的中心线和中心轮(2)的转动轴线之间的径向距离比所述的行星轮(6)的中心线和中心轮(2)的转动轴线之间的相应的径向距离小一个预定的值，其中，所有的行星轮(6、12)都与中心轮(2)啮合并且每个轴部件与相应孔的内表面相啮合。

2.如权利要求1所述的行星齿轮，其特征在于，给定的距离超过通常的加工精度，优选地，超过大约0.01mm。

3.如权利要求1或权利要求2所述的行星齿轮，其特征在于，给定的距离基本上在行星齿轮径向尺寸的千分之0.1-2.0的范围内，优选地，基本上在千分之0.5-1.0的范围内。

4.如权利要求1-3的一个或几个权利要求所述的行星齿轮，其特征在于，行星轮或其它行星轮(6)以及相关的一个或多个撑杆(7)构成为，使得一个或多个撑杆加工成形后具有一个外径，该外径小于行星轮(6)上对应孔(6’)的内径，直径的差值超过通常的加工精度，优选地，超过大约0.01mm。

5.如权利要求1-3的一个或几个权利要求所述的行星齿轮，其特征在于，行星轮或其它行星轮(6)及相关的一个或多个撑杆(7’)构成为，使得每个撑杆(7’)包括一个可转动地安装在其上的偏心装置(15)。

6.如权利要求5所述的行星齿轮，其特征在于，撑杆(7’)的中心的位置比相关的偏心装置(15)的中心更加靠近中心轴的中心。

7.如权利要求5所述的行星齿轮，其特征在于，撑杆(7’)的中心的位置比相关的偏心装置(15)的位置更加远离中心轴的中心。

8.如权利要求1-7的一个或几个权利要求所述的行星齿轮，其特征在于，行星轮(6、12)的结构基本上相同，并且优选地由轴承构成，优选为滚动轴承，滚动轴承的内径基本上与撑杆的外径相对应，并且其轴承外圈作为行星轮。

9.如权利要求1-8中的一个或几个所述的行星齿轮的应用，用于在高齿轮传递比时传递力矩，例如齿轮传递比达到13∶1时，和/或用于在相当大的力矩传递的情况下利用相对小的体积例如在内燃机中向压缩机传递力矩，或在车辆中向推进轮传递力矩。

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