TWI611980B - 齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

於下將說明一種用於系統的一齒輪裝置，其中一導向力偏心地導入該齒輪裝置的一主軸(1)當中，該齒輪裝置所包括的主軸(1)係藉由一主軸軸承(3)相對於一固定殼體(2)可旋轉地安裝，其中，與該主軸(1)同心設置的是一太陽齒輪(4)，牢固地連接到該殼體(2)，並包括繞殼體(2)轉動的至少一控制殼體(5)，其第一部分(6)以一抗扭轉方式與該主軸(1)接合，藉由一第一旋轉軸承(10)，可旋轉地安裝在該控制殼體(5)之第二部分(7)上的是一行星齒輪(8)，其與太陽齒輪(4)嚙合，其中，一力量傳遞裝置(9)固定在控制殼體(5)上，一驅動曲柄(11)以一第一端(12)剛性地與該行星齒輪(8)嚙合，其中，該驅動曲柄(11)的一第二端(13)，以一旋轉接合的方式，安裝在一曲柄臂(14)上，並且該曲柄臂(14)是由一相對控制殼體(5)的一可動耦合裝置(15)所支承。

本發明是以提供一種齒輪裝置之目的為基礎，其在該主軸(1)方向上展現出最緊湊的結構尺寸。

本發明之目的可被如下實現：該可動耦合裝置(15)是一線性導件(16)，其吸收由該曲柄臂(14)所傳遞的傾斜力矩。

Description

齒輪裝置

本發明有關於一種齒輪裝置，其係根據請求項1前言部分所提出的特徵。

此類齒輪裝置可以，特別地，安裝在自行車上，並提供由於騎車者導入力量之該扭矩的一增加。在本專利申請中，該齒輪裝置的殼體適於成為框架的一部分，並且該力量傳遞裝置，諸如，例如，一鏈輪，將該騎車者所產生的扭矩透過一鏈條傳遞至後輪。根據本發明的該齒輪裝置，然而，以舉例的方式，可以設置在具有旋轉垂直軸的風力發電系統之上。

DE 10 2010 033 211 B4公開了一種自行車齒輪裝置，其所具有的太陽齒輪、行星齒輪、和驅動曲柄設置在一共同曲軸箱內，同時該曲軸臂使用一導向輥裝置支持在一導軌上，同樣的配置出現在該曲軸箱中。該驅動曲柄以兩端接合在曲柄臂的一曲柄臂頭上，而在這種情況下，吸收可能發生的任何傾斜力矩。相反地，該導向輥自由地在導軌上運行，否則該曲柄臂頭的軸承裝置將會承受過分的應力。使用現有齒輪裝置的一已經為人所知的缺點為：因為該自由運行導向輥的緣故，該蹬 踏被看成是「海綿」，另外，具有安裝在兩端軸承上的一曲柄臂頭之已知設計，將導致高的Q因子。該Q因子表示，在一自行車當中，該兩腳踏曲柄的外表面之間的橫向間距間隔。Q因子越大，該等踏板彼此分得越開。在急轉彎時，受到速度在其上的侷限，將增加該轉彎內側踏板與地面接觸的風險，同時以人體工學觀點來看，一太高的Q因子對健康是有害的。在技術的其他領域上，同樣有利的是：其能夠在主軸軸線方向上提供一最緊湊設計的齒輪裝置。

因此，本發明的目的在於提供一齒輪裝置，其可以在主軸軸線方向上展現出最緊湊的結構尺寸。

本發明之目的可藉由請求項1的表徵特徵達成。

「線性導件」此一術語的理解為係指一機器元件，其允許對機器中的一個或多個可移動模塊的最無摩擦力的一種平移，其同時確保一線性軌道的該運動方向的維持。在這種情況下，根據本發明的該線性導件還必須能夠吸收發生的傾斜力矩。牽涉到扭矩傳遞的組件，諸如曲柄臂和驅動曲柄，在此情況下，並不改變它們的長度，但僅有樞軸彼此抵接。所有可旋轉安裝組件的軸承軸線係彼此平行。

有利的是，該控制殼體包括一壁部，該壁部內側面向太陽齒輪和行星齒輪，而該壁部外側則面向驅動曲柄。該壁部形成一基本上的平板，其中，該外側面 與內側面係相對配置。由於該壁部，該太陽齒輪和行星齒輪與驅動曲柄分離。其結果是，這些將有利於保護免受外部影響，其中另外該太陽齒輪和行星齒輪的一封裝可以接合在壁部上。該壁部同時承載行星齒輪，其在軸線方向完全貫穿壁部運行。

根據另一較佳實施例，該曲柄臂藉由一第二旋轉軸承安裝在驅動曲柄上，同時與驅動曲柄一端接觸。這種安裝將有利於該齒輪裝置之緊湊尺寸的實現，由於該驅動曲柄可以安裝在曲柄臂的一端上，因此在曲柄臂兩端的軸承上不需要用到叉形架座。

在目的上，該線性導件配置在壁部的外側。因此，該線性導件與控制殼體一起旋轉，並相對於該力量傳遞裝置一直維持相同的位置。該線性導件在壁部外側面上的位置另外有助於齒輪裝置在主軸軸線方向上盡可能達到最薄的設計。

該力量傳遞裝置可以至少是一鏈輪。在一自行車的一變速器齒輪情況下，其也有可能是在軸線方向上彼此交錯配置的複數個具不同直徑的鏈輪。作為一鏈輪替代者，滑輪等也可被使用。

有利的是，該線性導件包括至少一導軌和一在其上被導向的滑動件。「導軌」該術語被理解為單獨或成對佈置成彼此相互平行的直線承載與導向元件。該滑動件，當操作時，以一不可拆卸方式與至少一導軌連接，並且在其上被引導。

其已證實是特別有利的，如果該至少一導軌及/或滑動件在其軸線方向上至少一部分地與鏈輪重疊，或者以該太陽齒輪方向設置在鏈輪之上。在這種情況下，該導軌及/或滑動件在軸線方向上凸入至少一鏈輪中，其結果是該齒輪裝置的尺寸可以在主軸軸線方向上進一步降低。

作為前述實施例的一替代或補充，該至少一導軌可以如此的方式被配置，使得該曲柄臂的一旋轉，讓該滑動件的一部分在主軸的一中間軸上行走兩次。該滑動件或該滑動件的至少一部分，因此，繞著該主軸延伸的中軸進行一交替運動。該滑動件在導軌上的可用行進路徑結果是可移動到鏈輪的一中心區域當中。此實施例有助於該導軌還能夠在軸線方向上移動並進入鏈輪。

根據一第一較佳實施例，該軌道元件包括一導軌，且該滑動元件包括一滑動件，其中該滑動件可以一個自由度在導軌上移動。「自由度」此術語定義為一系統之移動可能性的數目，其等是彼此獨立的，並在這個意義上是可自由選擇者。一剛體可以在空間中以三個相互獨立方向移動(平移)，並且可以在三個相互獨立的平面旋轉(旋動)。在本實施例中，該滑動件只可以順著導軌移動。

根據一第二替代實施例，該軌道元件包括兩導軌，且該滑動元件包括一滑動件，其中該滑動件可以一個自由度在滑軌上移動。由於兩並聯運行導軌的使用，堵塞或傾斜的危險大大減少。

較佳地，該滑動件設置成在導軌之間，並且在每一情況下該滑動件係由兩對輥所支承，其中該輥對在一般情況下包括兩輥，其橫截面輪廓成形為該相關導軌的橫截面輪廓之互補者。通常，該等輥被配置成具有一凸出或凹入的橫截面輪廓。由於在每一情況下兩輥的並列安裝，使得該滑動件的傾斜力矩被有效地吸收。

使用前述兩實施例，一第三旋轉軸承有利地直接接合在該滑動件和曲柄臂上。由於接合到該驅動曲柄的曲柄臂端部的一旋轉運動，在操作期間，該整個曲柄臂的角位置也不斷地相對於滑動件改變。在該第三旋轉軸承的協助下，該滑動件從曲柄臂的角位置改變中拆離。

根據一第三可替代實施例，兩導軌和兩滑動件被提供，其中一滑動件係固定在每一導軌上。

每一滑動件都可以，在這種情況下，以一個自由度在相關導軌上移動。這表示該等滑動件的每一個是以抗扭轉的方式在其相關的導軌上被引導。

此一點之實現是，例如，在於：該導軌和滑動件展示出一互補形狀的多邊輪廓。尤其是，無堵塞運行可以一多邊形輪廓來實現。

該等滑動件的每一個能夠以兩個自由度在相關導軌上移動。在這種情況下，該等滑動件在它們相關的導軌上被導引，因而具有在圓周方向旋轉的能力，亦即，該等滑動件係坐落在一圓柱形導軌上。

因為在每一情況下兩滑動件被使用在一相關的導軌上，該等滑動件可以透過一橫向元件的裝置彼此連接，同時該第三旋轉軸承可配置在橫向元件和曲柄臂之間。由於藉由該等滑動件之間橫向元件之一固定連接，該等滑動件彼此支持與成塊，以對抗相對導軌的旋轉。

較佳地，該(等)滑動件配置成線性導引球形環狀元件或滑動件軸承元件。線性球形環狀元件為具有一軸線方向滾珠環行運動的球軸承。此直線導向球形環狀元件的目的不同於所有其他滾子軸承的安裝一旋轉元件，而是允許一機器元件沿著導軌的直線移動，亦即，平移，藉此可以最低摩擦被引導。該直線導向球形環狀元件比同等負荷滑動軸承表現出更低的摩擦損失。

特別是在一自行車上安裝一齒輪裝置時，它是有目的的，如果兩控制殼體接合在該主軸上，其中彼此配置成相差180度。

1‧‧‧主軸

2‧‧‧殼體

3‧‧‧主軸軸承

4‧‧‧太陽齒輪

5‧‧‧控制殼體

6‧‧‧控制殼體第一部分

7‧‧‧控制殼體第二部分

8‧‧‧行星齒輪

9‧‧‧力量傳遞裝置

10‧‧‧第一旋轉軸承

11‧‧‧驅動曲柄

12‧‧‧驅動曲柄第一端

13‧‧‧驅動曲柄第二端

14‧‧‧曲柄臂

15‧‧‧可動耦合裝置

16‧‧‧線性導件

17‧‧‧壁部

17a‧‧‧壁部內側面

17b‧‧‧壁部外側面

18‧‧‧第二旋轉軸承

19‧‧‧鏈輪

20‧‧‧安裝板

21‧‧‧滑臂

22‧‧‧第三旋轉軸承

23‧‧‧導軌

24‧‧‧滑動件

25‧‧‧第一輥對

26‧‧‧第二輥對

27‧‧‧第一輥

28‧‧‧第二輥

29‧‧‧橫向元件

30‧‧‧踏板

31‧‧‧保持元件

x‧‧‧中軸

為了更佳理解，本發明將以七個圖式在下文中進行更詳細的說明。這等圖式為：

第1圖一具有兩控制殼體的齒輪裝置之一立體圖； 第2圖通過該齒輪裝置的剖面視圖。

第3圖根據一第一實施例的齒輪裝置的一線性導件上的一側視圖。

第4圖根據一第二實施例的齒輪裝置的一線性導件上的一立體圖。

第5圖根據一第三實施例的齒輪裝置的一線性導件上的一側視圖。

第6圖根據一第四實施例的齒輪裝置的一線性導件上的一側視圖。

第7圖沿第6圖之剖平面AA通過該線性導件的一剖面視圖。

第1圖表示根據本發明的該齒輪裝置的一透視圖，這可以藉由一殼體2，固定在一框架或載體之上，圖未表示。該齒輪裝置被配置成鏡面對稱於殼體2的兩側，除了該一不同點：在位於該圖的平面的前側的部位上，設置一以一鏈輪19為形式的力量傳遞裝置9，其以一抗扭轉的方式連接至一控制殼體5。在該鏈輪19上，可以例如配置一鏈條(未圖示)，依序傳遞該控制殼體5以及因此該鏈輪19的旋轉運動。

如第2圖中的剖面所示，一主軸1延伸通過該殼體2，該主軸1利用兩個主軸軸承3可相對於殼體2旋轉地安裝，該兩個主軸軸承3在軸線方向上彼此相離一距離而設置。該主軸1，在每種情況下，以兩端牢固地連接一控制殼體5。

另外，在每種情況下，固定在殼體2兩相對端上的是太陽齒輪4。該兩太陽齒輪4同軸地環繞主軸1。

該控制殼體5以其第一部分6與主軸1牢固地連接，並且在兩個曲柄臂14或其中一個曲柄臂14的驅動下繞著該主軸1的一中間軸線x旋轉。在該控制殼 體5之與第一部分6相對的一第二部分7中，一行星齒輪8藉由一第一旋轉軸承10可轉動地安裝著，行星齒輪8係與該太陽齒輪4一直保持操作接合狀態，並且，在該等曲柄臂14作動時，行星齒輪在其上運行。該行星齒輪8以其軸線延伸方向通過該控制殼體5的第二部分7完全凸出。剛性地固定在行星齒輪8背離殼體2之側面上的是一驅動曲柄11的一第一端12，使得該驅動曲柄11與行星齒輪8圍繞一共同軸一起旋轉。藉由一裝設在一第二端13上的第二旋轉軸承18，該曲柄臂14帶動驅動曲柄11。

該曲柄臂14僅在面向控制殼體5的側面上被安裝在軸承上。

除了此點之外，該曲柄臂14以一可旋轉方式，藉由一第三旋轉軸承22，支承在一以一線性導件16為形式的一可動耦合裝置15上。該線性導件16居中地裝設在鏈輪19當中，並且允許該曲柄臂14進行一直線運動，移動量為對應該驅動曲柄11半徑的兩倍。

該控制殼體5包括至少一壁部17，基本上垂直於中間軸線x，其內側面17a朝向該太陽齒輪4以及行星齒輪8。該壁部17的相對外側面17b是設置成鄰近該驅動曲柄11和曲柄臂14。另外，該壁部17在其外側面17b上裝載該線性導件16，不管其具體結構為何，皆包括至少一導軌23。該至少一導軌23固定在控制殼體5的壁部17的外側面17b上的固定位置，特別是使用螺紋連接或鉚接。

裝設在第2圖中兩曲柄臂14端部上的是，例如，踏板30，各指向遠離齒輪裝置。

第3圖至第7圖說明配置在根據本發明的該齒輪裝置中的線性導件16之不同實施例。

第3圖表示適用的線性導件16的第一實施例，具有一單一導軌23和配置其上的一單一滑動件24。該導軌23被成型並在後面與滑動件24部分接合，以便有效防止該滑動件24從圖式的平面脫離。該滑動件24相對導軌23具有一個自由度。

該導軌23位於一安裝板20上並與其永久地連接。

滑臂21形成在該滑動件24上，在該該滑動件24之背離該導軌23的端部上，該滑臂21延伸至該第三旋轉軸承22。取決於該驅動曲柄11，該滑臂21傾斜於曲柄臂14排列。如第3圖中所表示，該驅動曲柄11和曲柄臂14在一水平軸線上對齊，因此可以產生最大扭矩。

第4圖表示一替代實施例，其中一滑動件24保持在兩平行導軌23之間，並在其等軸線方向被引導。該滑動件24在其一側包括面對該導軌23的第一輥對25，並在另一側包括也鄰近另一導軌23的第二輥對26。此兩輥對25、26各具有一第一輥27和一第二輥28。

該等導軌23構造成在其彼此面對的側面上具有一凸起的截面，周壁形狀是內凹的該等輥27和28在上面運行。以同樣的方式，該等導軌23可以呈現一內 凹橫截面，而該等輥27、28可以構造成具有一凸起截面。

在該滑動件24居中地可以看到第三旋轉軸承22，透過該第三旋轉軸承22，該滑動件24可旋轉地連接到曲柄臂14。

藉由輥對25、26之前後設置的該兩輥27、28，避免滑動件24繞著該第三旋轉軸承22傾斜。該滑動件24，根據第4圖，也顯示出只有一個自由度。

第5圖表示另一實施例，其原則上近似於第3圖中的實施例。但是作為一不同點，兩平行導軌23固定在該安裝板20上，而滑動件24是位於每個導軌23上。位在該等導軌23之一端上，在它們之間，設置該第一旋轉軸承10。

該等兩滑動件24皆包括一滑臂21，與該曲柄臂14方向傾斜延伸，其中兩滑臂21連接至一橫向元件29。在該橫向元件29區域中設置該第三旋轉軸承22。每個滑動件24可以一個自由度相對於相關的導軌23移動。

第6圖和第7圖表示另一實施例，其中設置兩圓柱形導軌23，分別在其上有一滑動件24被推壓。藉著保持元件31，將該等導軌23固定成距安裝板20一距離，並且在圓周方向上由在其上被引導的該等滑動件24完全包圍。因此，每個滑動件24獨立地具有兩個自由度。然而，該橫向元件29連接兩滑動件24，因此防止各別的滑動件24繞著各別導軌23旋轉。此處，該第三旋轉軸承22也設置在橫向元件29和曲柄臂14之間。

2‧‧‧殼體

4‧‧‧太陽齒輪

5‧‧‧控制殼體

8‧‧‧行星齒輪

9‧‧‧力量傳遞裝置

10‧‧‧第一旋轉軸承

11‧‧‧驅動曲柄

14‧‧‧曲柄臂

15‧‧‧可動耦合裝置

16‧‧‧線性導件

17‧‧‧壁部

18‧‧‧第二旋轉軸承

19‧‧‧鏈輪

22‧‧‧第三旋轉軸承

23‧‧‧導軌

24‧‧‧滑動件

Claims (19)

1. 一種用於系統的齒輪裝置，其中一導向力偏心地導入該齒輪裝置的一主軸(1)，該齒輪裝置包括該主軸(1)，該主軸(1)係藉由一主軸軸承(3)相對於一固定殼體(2)可旋轉地安裝，其中，一太陽齒輪(4)係與該主軸(1)同心設置，該太陽齒輪(4)係牢固地連接到該殼體(2)，並包括繞該殼體(2)轉動的至少一控制殼體(5)，其第一部分(6)以一抗扭轉方式與該主軸(1)接合，一行星齒輪(8)係藉由一第一旋轉軸承(10)可旋轉地安裝在該控制殼體(5)之第二部分(7)上，該行星齒輪(8)係與該太陽齒輪(4)嚙合，其中，一力量傳遞裝置(9)被固定在該控制殼體(5)上，一驅動曲柄(11)係以該驅動曲柄(11)的一第一端(12)剛性地與該行星齒輪(8)嚙合，其中，該驅動曲柄(11)的一第二端(13)係以旋轉接合的方式安裝在一曲柄臂(14)上，並且該曲柄臂(14)是相對於該控制殼體(5)藉由一可動耦合裝置(15)支承，其特徵在於，該可動耦合裝置(15)是一線性導件(16)，吸收由該曲柄臂(14)所傳遞的傾斜力矩。
2. 如請求項1之齒輪裝置，其中，該控制殼體(5)包括一壁部(17)，其內側面(17a)面向該太陽齒輪(4)和該行星齒輪(8)，而其外側面(17b)面向該驅動曲柄(11)。
3. 如請求項1或2之齒輪裝置，其中，該曲柄臂(14)係藉由一第二旋轉軸承(18)安裝在驅動曲柄(11)上，並與該 驅動曲柄(11)的一端接觸。
4. 如請求項2之齒輪裝置，其中，該線性導件(16)裝設在該壁部(17)的外側面(17b)上。
5. 如請求項1之齒輪裝置，其中，該力量傳遞裝置(9)至少是一鏈輪(19)。
6. 如請求項1之齒輪裝置，其中，該線性導件(16)包括至少一個導軌(23)，其配置有一滑動件(24)，該滑動件(24)係在該導軌(23)上導引。
7. 如請求項6之齒輪裝置，其中，該至少一導軌(23)及該滑動件(24)係在該鏈輪(19)的軸線方向上至少部分與該鏈輪(19)重疊或在該太陽齒輪(4)方向配置在該鏈輪(19)的後方。
8. 如請求項6之齒輪裝置，其中，該至少一導軌(23)或該滑動件(24)係在該鏈輪(19)的軸線方向上至少部分與該鏈輪(19)重疊或在該太陽齒輪(4)方向配置在該鏈輪(19)的後方。
9. 如請求項6之齒輪裝置，其中，該至少一個導軌(23)係以在該曲柄臂(14)旋轉一圈時，該滑動件(24)在該主軸(1)的中間軸(x)上行進兩次的方式設置。
10. 如請求項6之齒輪裝置，其中，該滑動件(24)可以一個自由度在該導軌(23)上移動。
11. 如請求項6之齒輪裝置，其中，設有兩個導軌(23)，其中該滑動件(24)可以一個自由度在該兩個導軌(23)上移動。
12. 如請求項11之齒輪裝置，其中，該滑動件(24)設置在 該等導軌(23)之間，並且由兩輥對(25、26)分別支承在該等導軌(23)上，其中該等輥對(25、26)各包括兩個輥(27、28)，其橫截面輪廓的形狀互補於相關的導軌(23)的橫截面輪廓。
13. 如請求項10之齒輪裝置，其中，一第三旋轉軸承(22)接合在該滑動件(24)和該曲柄臂(14)上。
14. 如請求項6之齒輪裝置，其中，設有兩個導軌(23)和兩個滑動件(24)。
15. 如請求項14之齒輪裝置，其中，每個滑動件(24)可以一個自由度在相關的導軌(23)上移動。
16. 如請求項14之齒輪裝置，其中，每個滑動件(24)可以兩個自由度在相關的導軌(23)上移動。
17. 如請求項14之齒輪裝置，其中，該等滑動件(24)係藉由一橫向元件(29)彼此連接，且一第三旋轉軸承(22)係設置在該橫向元件(29)和該曲柄臂(14)之間。
18. 如請求項6之齒輪裝置，其中，該滑動件(24)係構造成一線性導引球形環狀元件或滑動軸承元件。
19. 如請求項1之齒輪裝置，其中，兩個控制殼體(5)接合在該主軸(1)上，該兩個控制殼體(5)係在圓周方向上設置成彼此偏移180度。