JP4245882B2 - 遊星歯車装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主請求項の上位概念に基づく遊星歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の歯車装置が、ドイツ国特許第１９７２０２５５号明細書に記載されている。高い効率、少ない円周方向遊び、高い伝達正確性及び少ない騒音発生が特徴である。高い出力密度で高い変速比が可能である。
【０００３】
ところが、駆動技術の多くの課題はこのように高い変速比を必要としない。駆動技術の多くの用途では５０：１ないし８０：１の変速比で十分である。構造上の条件に基づきしばしば極めて短い軸方向全長が求められる。また給電線又は制御線を歯車装置の中心通路に通す可能性が求められることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、発明の根底にあるのは、組立が簡単で高い出力密度と高い効率を有し、軸方向に短く構成された簡単な構造の歯車装置を示す課題である。歯車装置は中心通路を備えた構造に適合しなければならない。中心通路を備えた歯車装置ではしばしば中心歯車の直径が大きいため、最大到達可能な変速比が中心通路なしの歯車装置より小さい。
そこで、本発明に係る歯車装置は、必要な総変速比を実現するために、予備変速段と組み合わせられるようにすることが好ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、主請求項の特徴を有する遊星歯車装置によって解決される。有利な実施形態が従属請求項によって示される。
【０００６】
主請求項の特徴を有する遊星歯車装置によって５０：１ないし８０：１の範囲の変速比が極めて短いスペースで簡単に実現される。依然として、比較的製造費がかかる唯一の部品はずれば遊星歯車である。これは、２つの異なる歯部区域を有するからである。
しかし、このずれば遊星歯車は少数、代表的には２個しか必要でない。他のすべての部品、太陽歯車、リングギヤ及び特に第１の遊星歯車は、製造がごく簡単である。ずれば遊星歯車の２個のずれば歯車は大幅に異なる直径を有するから、ずれば遊星歯車はすでに遊星歯車装置の総変速比の大きな部分に寄与する。ずれば遊星歯車の中心軸は、歯車装置主軸に対して半径方向外側へ食い違いになっている。従って、総変速比に適応させるために、第１の遊星歯車の直径をある範囲内で自由に選択することができ、ずれば遊星歯車の小ずれば歯車と第１の遊星歯車の円周方向間隔が変えられる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態では、リングギヤが少なくとも片側に開放したおおむね円筒外周面状のハウジング部分に配設又は加工されている。その場合、リングギヤによって与えられる開口部はすこぶる大きいから、組み立ての際に、プラネットキャリアをこれに取付けた第１の遊星歯車とともに差し込むことができる。これによって、まずプラネットキャリアを第１及び第２の遊星歯車とともに事前組立することができ、しかも個々の部品にアクセスしやすいから、組立過程が大幅に簡素化される。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、第２の遊星歯車即ちずれば遊星歯車の数が第１の遊星歯車（切れ目のない歯を有する）の半数に相当し、ずれば遊星歯車の小ずれば歯車は、１対の隣接する第１の遊星歯車と同時にかみ合う。その結果、ずれば遊星歯車の小ずれば歯車に作用する歯の力が少なくとも部分的に相殺される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１において、符号２は入力軸を示す。入力軸２は図示しない駆動エンジンの出力軸を受けるための確実結合歯を備えた孔を有する。太陽歯車４は、入力軸と結合され、エンジンの反対側でずれば遊星歯車８の１８０°食い違いになった２個の大ずれば歯車６と同時にかみ合う。図１では、図２で明らかなように、切断線が示されているから相対する２個のずれば遊星歯車８の一方しか見えない。
【００１１】
ずれば遊星歯車８は、小ずれば歯車１０を有する。小ずれば歯車１０は、隣接する１対の第１の遊星歯車１２とかみ合う。ずれば遊星歯車８と第１の遊星歯車１２は、共同でプラネットキャリア１４に支承される。プラネットキャリア１４は出力部をなす。第１の遊星歯車１２は、それぞれずれば遊星歯車の小ずれば歯車１０及びリングギヤ１６と同時にかみ合う同一の切れ目のない歯を有する。第１の遊星歯車１２の歯とリングギヤ１６及びずれば遊星歯車８の小ずれば歯車１０は、同じ軸方向平面にあるから短い軸方向構造が得られる。
【００１２】
リングギヤ１６は、おおむね円筒外周面状のハウジング部分１８に加工されており、組み立ての際に、プラネットキャリア１４をこれに取付けた遊星歯車８、１２とともにリングギヤ１６に差し込むことができる。
【００１３】
プラネットキャリア１４は、駆動エンジンの反対側に出力フランジ２０を有する。出力フランジ２０には片側に開放した凹陥部２２が凹設されており、ずれば遊星歯車８の大ずれば歯車６を収容する。この位置で、大ずれば歯車は、駆動エンジンから最大の距離に配設されており、このことから幾つかの利点が生まれる。
【００１４】
図面において、ずれば遊星歯車の歯平面の左には、図示しない薄いカバー以外に歯車装置の機能部品がもはやない。このことは、軸方向の全長に大変良い影響を及ぼす。ここに比較的大きな直径の大ずれば歯車を形成しても、プラネットキャリア軸受装置やリングギヤの邪魔にならない。
【００１５】
また、これによって、ハウジング１８の中にプラネットキャリア１４のコンパクトでしかも大きな支持力の軸受装置が可能になる。この軸受装置ではテーパころ軸受として形成された２個の傾斜ころ軸受２４、２６が環状配列をなし、リングギヤ１６の歯部区域の両側に配設され、駆動エンジンの反対側の軸受２４は、軸方向に見てリングギヤ１６の歯部区域とずれば遊星歯車８の大ずれば歯車６の歯部区域の間に配設されている。この配列で、ずれば遊星歯車８の大ずれば歯車６の周囲の包絡円は、プラネットキャリア軸受２４、２６に制限されないから、大きなずれば歯車とそれに対応して高い変速比が可能である。中心通路を有する実施形態（図３を参照）では、これによってずれば遊星歯車を半径方向外側へ大きくずらせることが可能である。
【００１６】
高い伝達正確性、出力密度及び製造誤差に対する不感性は、太陽歯車４の歯がずれば遊星歯車の大ずれば歯車６に、またずれば遊星歯車８の小ずれば歯車１０の歯が遊星歯車１２に遊支され、それぞれ負荷の均衡のために必要な位置を自ら取ろうとすることに基づいている。その場合、太陽歯車４とずれば遊星歯車８は、当該の歯から軸方向に引き離して配設された単一の軸受によってそれぞれ支承される。
【００１７】
こうして、各ずれば遊星歯車８は、大ずれば歯車６の区域に配設された軸受２８によってプラネットキャリア１４に支承される。太陽歯車４又は太陽歯車軸２は駆動エンジンに面した側で軸受３０によりプラネットキャリア１４に支承される。
【００１８】
図１の断面図の切断線及び歯車の配列が図２で明らかである。歯車には図１と同じ参照符号を付した。
【００１９】
本発明に係る遊星歯車装置は、予備変速段と組み合わせることが特に好ましい。動力伝達に関して、予備変速段は主変速段の役割をする遊星歯車装置の太陽歯車４と駆動エンジンの間に配設される。特に高い総変速比が要求され、及び／又は歯車装置が中心通路をもたねばならず、その結果、太陽歯車が大きな直径を有し、このため主変速段の変速比が限られている場合は、予備変速段を補設することが必要である。
【００２０】
図３及び図４は、中心通路も予備変速段も備えた本発明の遊星歯車装置の２つの改良を示す。
【００２１】
図３の実施形態では、主変速段のすべての部品に図１と同じ参照符号を付した。主変速段の太陽歯車４は、予備変速段のプラネットキャリア３２と一体に形成されている。太陽歯車４及びこれに突設されたプラネットキャリア３２の支承のために、やはり単一の軸受３０が使用される。軸受３０は、主変速段の太陽歯車４から軸方向に引き離して配設されているから、太陽歯車４の半径方向運動が可能になる。予備変速段のプラネットキャリア３２に複数個の遊星歯車３４が回転可能に支承され、駆動エンジンと連結可能な中心入力ピニオン３６及びリングギヤ３８と同時にかみ合う。リングギヤ３８は、歯車装置のハウジング１８の中に配設されないで、主変速段のプラネットキャリア１４と結合されている。こうして生じる歯車構成の利点は、立体配列が極めてコンパクトであるだけでなく、全歯車装置の総変速比が高く、主変速段と予備変速段の変速比の積より大きいことである。
【００２２】
主変速段では、被駆動太陽歯車４と、出力部をなすプラネットキャリア１４の間で回転方向の逆転が起こる。予備変速段のリングギヤ３８はこうしてプラネットキャリア１４とともに、太陽歯車４及び中心入力ピニオン３６と逆の方向に回転する。その結果、予備変速段のプラネットキャリア３２は、予備変速段のリングギヤ３８をハウジングに固設した場合より低速で回転する。総変速比のこの利得は、必要な中心通路が大きいため大きな太陽歯車により主変速段の変速比が制限される場合に特に好都合である。こうして被駆動太陽歯車４と出力部をなすプラネットキャリア１４との間で回転方向の逆転が起こることは、主変速段の重要な性質である。
【００２３】
図３に示す歯車装置は、歯車装置の主軸に沿って貫通する中心通路４０を有する。予備変速段の太陽歯車４０も中心入力ピニオン３６も中空軸として形成されている。中心入力ピニオン３６が予備変速段の遊星歯車３４とかみ合う外側のかみ合い歯のほかに、内側に駆動エンジンとの連結のための確実結合輪郭を有することによって、駆動エンジンを取付けたときに軸方向に短い全長が得られる。この場合かみ合い歯と確実結合輪郭４４は、少なくとも部分的に同じ軸方向スペースを占める。
【００２４】
予備変速段の遊星歯車３４は、遊星歯車軸４６に支承される。遊星歯車軸４６は駆動エンジン側に突出するようにプラネットキャリア３２のフランジ４８に圧入されている。駆動エンジン側の軸受２６のための止め輪５０は、遊星歯車軸４６が取付けられたフランジ４８と同じ軸方向スペースで半径方向外側に配設されている。
【００２５】
予備変速段のプラネットキャリア３２のフランジ４８の半径方向内側には、フランジ４８の円筒内周面と予備変速段の入力ピオニオン３６との間に軸受５２が配設されている。こうして同じ軸方向スペースにフランジ４８、軸受５２も止め輪５０も格納される。止め輪５０は内歯を有し、これが予備変速段のリングギヤをなす。
【００２６】
図４ではやはり前掲の図と同じ参照符号を使用する。図４に示す実施形態の予備変速段は駆動エンジンと連結可能なプラネットキャリア５４を有する。このプットキャリアに複数個の遊星歯車５６が回転可能に支承される。遊星歯車５６は軸方向に隣接して配設された２個の太陽歯車５８、６０と同時にかみ合う。太陽歯車５８、６０は遊星歯車５６の数で割り切れる小さな歯数差を有する。第１の太陽歯車５８は、主変速段のプラネットキャリア３２と、第２の太陽歯車６０は主変速段の太陽歯車４と連結されている。ウォルフロム（Ｗｏｌｆｒｏｍ）の伝動機構とも呼ばれるこの予備変速段は、すでに高い変速比を有し、中心通路４０のための好都合な前提をなす。２つの中心歯車５８、６０をリングギヤとして形成してもよい。
【００２７】
予備変速段の遊星歯車５６が、切れ目のない歯を有するならば、ウォルフロムの伝動機構が特に簡単に実現される。歯数差に由来するかみ合い角差を補正するために、２つの太陽歯車５８、６０の少なくとも一方は、適当な歯形修整を有する。
【００２８】
第１の太陽歯車５８が第２の太陽歯車６０より小さな歯数を有するならば、全歯車装置の最大変速比が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遊星歯車装置の実施形態の縦断面図である。
【図２】図１の歯車装置のかみ合う歯車の平面概略図である。
【図３】第１の構造の予備変速段を有する実施形態の縦断面図である。
【図４】第２の構造の予備変速段を有する実施形態の縦断面図である。
【符号の説明】
２ 入力軸
４ 太陽歯車
６ ずれば歯車
８ ずれば遊星歯車
１０ ずれば歯車
１２ 遊星歯車
１４ プラネットキャリア
１６ リングギヤ
１８ ハウジング
２０ フランジ
２２ 凹陥部
３２ プラネットキャリア
３４ 遊星歯車
３６ 入力ピニオン
３８ リングギヤ
４０ 中心通路
４２ 歯車装置主軸
４６ 遊星歯車軸
４８ フランジ
５０ 止め輪
５４ プラネットキャリア
５６ 遊星歯車
５８ 太陽歯車
６０ 太陽歯車

Claims (6)

1. 駆動エンジンによって駆動される太陽歯車（４）と、ハウジング（１８）の中に配設されたリングギヤ（１６）と、第１の遊星歯車群（１２）と、第２の遊星歯車群（８）とを有し、すべての遊星歯車（８、１２）が、共通のプラネットキャリア（１４）に支承され、第２の遊星歯車（８）が、小ずれば歯車（１０）及び大ずれば歯車（６）を有するずれば遊星歯車として形成され、ずれば遊星歯車（８）の大ずれば歯車（６）が、太陽歯車（４）とかみ合う遊星歯車装置において、第１の遊星歯車（１２）の各々が、リングギヤ（１６）及び小ずれば歯車（１０）と同時にかみ合う同一の全周に設けられた歯を有し、
   リングギヤ（１６）が、少なくとも片側に開放したほぼ円筒外周面状のハウジング部分（１８）の中に配設又は加工され、組み立てのときに、プラネットキャリア（１４）を当該プラネットキャリア（１４）に取付けられた第１及び第２の遊星歯車とともにハウジング部分（１８）に差し込むことができ、
   リングギヤ（１６）を有するハウジング部分（１８）にプラネットキャリア（１４）を支承するために、リングギヤ（１６）の歯部区域の両側に配設された２個の軸受（２４、２６）が設けられ、これらの２個の軸受のうち軸方向においてリングギヤ（１６）の歯部区域よりも太陽歯車（４）側にある軸受（２４）が、軸方向においてリングギヤ（１６）の歯部区域とずれば遊星歯車（８）の大ずれば歯車（６）の歯部区域の間に配設されていることを特徴とする遊星歯車装置。
2. ２つの軸受（２４、２６）が、傾斜ころ軸受として形成され環状軸受配列を構成することを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
3. 駆動エンジンによって駆動される太陽歯車（４）と、ハウジング（１８）の中に配設されたリングギヤ（１６）と、第１の遊星歯車群（１２）と、第２の遊星歯車群（８）とを有し、すべての遊星歯車（８、１２）が、共通のプラネットキャリア（１４）に支承され、第２の遊星歯車（８）が、小ずれば歯車（１０）及び大ずれば歯車（６）を有するずれば遊星歯車として形成され、ずれば遊星歯車（８）の大ずれば歯車（６）が、太陽歯車（４）とかみ合う遊星歯車装置において、第１の遊星歯車（１２）の各々が、リングギヤ（１６）及び小ずれば歯車（１０）と同時にかみ合う同一の全周に設けられた歯を有し、
   主変速段（４、６、１０、１２、１４、１６）のほかに、動力伝達に関して主変速段の太陽歯車（４）と駆動エンジンの間に配設された予備変速段を有し、
   予備変速段が、駆動エンジンと連結可能なプラネットキャリア(５４)を有し、プラネットキャリア（５４）に複数個の遊星歯車（５６）が、回転可能に支承され、これらの遊星歯車が、軸方向に隣接して配設された２個の中心歯車（５８、６０）と同時にかみ合い、第１の中心歯車（５８）が、主変速段のプラネットキャリア（１４）と、第２の中心歯車（６０）が主変速段の太陽歯車（４）と連結されていることを特徴とする遊星歯車装置。
4. 中心歯車が、外歯を備えた太陽歯車（５８、６０）として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の遊星歯車装置。
5. 予備変速段の遊星歯車（５６）が、全周に設けられた歯を有し、歯数差を補償するために、少なくとも一方の中心歯車（５８、６０）の歯が歯形修整を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の遊星歯車装置。
6. 第１の中心歯車（５８）が、第２の中心歯車（６０）より少ない歯数を有することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の遊星歯車装置。

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