專利名稱：用于在周轉(zhuǎn)輪系傳動中進行低損失扭矩傳遞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在具有多個行星單元的一個單級周轉(zhuǎn)輪系的傳動中借助一輸入軸將以低轉(zhuǎn)速傳入傳動的扭矩低損失和低噪聲地傳遞給一相當高轉(zhuǎn)速的輸出軸的方法。
背景技術(shù)：
機械傳動用作在執(zhí)行各種邊界條件中將借助一驅(qū)動軸傳入的一個扭矩以一種盡可能無損失、操作可靠和低成本高效率的方式傳遞給一輸出軸。被預(yù)先確定的邊界條件涉及構(gòu)造尺寸或可以提供的空間、被傳遞的扭矩的大小、預(yù)先確定的在輸入和輸出過程中的軸轉(zhuǎn)速，而且涉及有關(guān)無噪聲、操作可靠和均勻利用的程度以及對傳動的簡單裝配和維護的設(shè)計要求。
在緩慢運行的傳動中的功率損失主要是由在嚙合齒輪之間和在軸軸承上的軸向和/或徑向力所產(chǎn)生的摩擦損失。
鑒于其重要性，使在傳動中的扭矩損失減小到最低限度的多種提議已為大家所知，而上面所稱的必須被考慮的邊界條件必需達到折衷。
傳動齒輪設(shè)計采用直線或螺旋形齒。為了補償軸向力并使在軸承上的功率損失減小到最小程度，螺旋形齒設(shè)計成雙螺旋或人字形齒，即一齒輪或一齒輪單元具有彼此鄰近的兩個對半的斜齒或構(gòu)成一個單元并相應(yīng)在齒狀區(qū)域傾斜的兩個對半輪。
一特定組的傳動包含多個步進的行星。這些傳動被理解為是指這樣的傳動帶有一個行星單元或為了扭矩分配或負荷分配的目的較理想帶有多個圍繞其行星軸轉(zhuǎn)動并且如合適的話另外圍繞位于帶一太陽小齒輪的行星單元中央的傳動部件的軸進行軌道運行的行星單元的傳動(固定傳動/行星傳動)。該行星單元在該傳動中總是與一扭矩輸入和一扭矩輸出傳動部件，例如一個環(huán)形輪和一個太陽小齒輪共同運行。具有不同齒數(shù)的兩個齒輪或齒輪單元這樣布置在一行星單元的軸上，以使其彼此隔開和彼此固定地相對轉(zhuǎn)動。步進的周轉(zhuǎn)輪系傳動使具有一個在一傳動級中比具有單個的多行星的周轉(zhuǎn)輪系傳動高的傳動比成為可能。這些步進的周轉(zhuǎn)輪系傳動還具有比真正的兩級周轉(zhuǎn)輪系傳動少的零件因而被采用。為了得到一個緊湊型的構(gòu)造，周轉(zhuǎn)輪系傳動傳統(tǒng)地采用動力分離的方式設(shè)計。
在迫切要求步進的周轉(zhuǎn)輪系傳動無噪音運行的情況下，齒輪的輪齒常常設(shè)計成螺旋形輪齒。簡單的螺旋形輪齒在扭矩傳遞過程中會導(dǎo)致令人討厭的在嚙合齒輪之間的軸向力。作為一種對策，眾所周知的是通過選擇固定設(shè)置在一根行星軸上的用于負荷輸入和負荷輸出的兩個行星齒輪的螺旋方向和螺旋角的大小來抵消軸向力發(fā)生因而保持一行星單元的合成軸向力盡可能的小。在一行星單元中未被抵消的軸向力和傾覆力矩只好由該行星單元的軸的軸承吸收。
在帶有傳動的一個驅(qū)動或輸出部件的螺旋形齒形行星單元的共同運行過程中，相當大的軸向力始終傳遞給這些螺旋形齒形行星單元，特別是在將兩個或多個行星單元用于動力分離的接近實際的情形時。此外，在用于吸收軸向力的軸承尺寸和軸承設(shè)計方面，在安裝迅速旋轉(zhuǎn)的傳動部件例如具有通常設(shè)計成可徑向自由調(diào)整的太陽小齒輪的輸出部件時，大的軸向力要求花費相當大的結(jié)構(gòu)費用。其結(jié)果是產(chǎn)生不希望有的在軸承上的功率損失。
在一步進的行星組件內(nèi)的多個單獨的行星單元中，為了將均勻的負荷分配給這些單獨的行星單元而同時抵消軸向力，多個單獨齒輪的角度位置(輪齒螺旋、在行星軸上的角度位置)的高精度組合排列是必要的。這就要求在制造和/或裝配方面花費相當大的費用。而且，例如由于不均勻的熱膨脹、在傳動中不同軸上相嚙合的簡單螺旋齒的兩個齒輪之間的軸向距離的改變對將負荷分配到圍繞一主中央單元布置的多個單獨的行星單元具有相當大的影響。
行星單元的彼此分開間隔的兩個齒輪或雙齒輪迄今已有一種相同的直齒形或相同的螺旋齒形或者雙螺旋齒形。僅僅有關(guān)這些設(shè)計變型就有足夠的傳動特性的經(jīng)驗可供熟悉本技術(shù)的人員參考。
在為熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員所熟悉的有關(guān)一種周轉(zhuǎn)輪系傳動的設(shè)計、其對軸向力的作用、功率損失和負荷分離這種基礎(chǔ)知識的應(yīng)用方面，過去所做出的努力集中在吸收在盡可能低損失的軸的軸承上的不可避免的力方面和/或者為此目的建議盡可能節(jié)省的空間而幾乎不對傳動尺寸有害的的設(shè)計方面，此外就是采取措施使軸向力盡可能保持遠離軸的軸承，即抵消這樣的軸向力，從而無需有技術(shù)上復(fù)雜而最需維修的軸承。
在前者情況中的努力的一個例子是德國專利DE 19917605A1。這個例子涉及一種能夠被插入到一驅(qū)動軸上并具有一多級行星布置的傳動裝置。力輸入或扭矩輸入通過一內(nèi)部加工有齒形的環(huán)輪發(fā)生于具有相對于傳動箱體固定的軸的一第一行星級。根據(jù)這些技術(shù)條件，其發(fā)明的啟示涉及一種用于輸入軸的節(jié)省空間的軸承結(jié)構(gòu)，包括非確實和/或確實地安裝在輸入軸上的環(huán)輪。
下面對有關(guān)采用措施以進行力抵消和/或負荷分配在周轉(zhuǎn)輪系傳動中的多種已知出版物進行代表性的概述。
為了限制在一傳動裝置中的在驅(qū)動軸和輸出軸上的未被抵消的軸向力以及為了使在一多級行星的單個行星單元的安裝保持盡可能無軸向力，德國專利DE 4017226建議有一個傳動裝置的設(shè)計，該傳動裝置帶有至少三個被均勻分配在圓周上的行星單元，一個行星單元的數(shù)個齒輪通常設(shè)計成通過一軸向彈性離合器相互連接的雙分離輪。由于在兩根軸之間的距離依據(jù)齒輪彼此相對的不可避免的變化位置而變化，這種技術(shù)復(fù)雜的已有設(shè)計另外需要一個軸向彈性連接的離合器用于驅(qū)動軸和/或輸出軸，而另一方面，該傳動相對于外部來說并不是無軸向力的。在兩個雙螺旋形輪齒與多個彈性離合器相結(jié)合所花費的巨大費用在經(jīng)濟上是無可非議的，至多是在具有外環(huán)輪和/或在高的圓周速度時的動力分離的固定傳動裝置中。
德國專利DE3923430C2揭示一種用于一個帶有單獨行星單元的周轉(zhuǎn)輪系傳動的一個正齒輪，該正齒輪帶有雙螺旋的輪齒，具有一個人字形的輪齒，所述的正齒輪設(shè)計成制造方面要比兩個單獨的齒輪或具有一相反的但相等的螺旋角的兩半個輪的容易。該兩半個輪根據(jù)在一種特定運行中的轉(zhuǎn)動并具有外形一致性而固定地彼此連接。這在兩個半輪的連接壓配時借助壓力油連接發(fā)生，由此該兩個半輪可以通過被轉(zhuǎn)動到一個共同中央平面而予以調(diào)整。結(jié)果是一種兩個齒輪半對對稱安裝，在技術(shù)方面結(jié)構(gòu)費用很高。由于沒有多個行星單元，不會產(chǎn)生將均勻的負荷分配到不同行星單元的目標。
德國專利DE19961695A1涉及一種周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置，如上所述也無負荷分配到多個行星單元，其具有一個固定安裝的固定輪，該固定輪具有雙螺旋輪齒并與一具有相應(yīng)輪齒的游滑輪相嚙合，該雙螺旋輪齒的兩部分區(qū)域的每一個輪齒以這樣方式具有不同的螺旋角即在這些雙齒輪嚙合過程中以控制方式形成的合力的軸向分力相應(yīng)于其在相反方向上的作用和其通過輸出軸的游滑輪被引入該傳動裝置，例如在與在相同軸上的游滑輪一起旋轉(zhuǎn)的該第二個齒輪的僅單個螺旋輪齒的情形時。然而在實際中，這個抵消可能僅確保游滑輪軸沒有相對于外部的軸向力以及兩個雙螺旋輪齒彼此相對地居中并承受相等的應(yīng)力。并未產(chǎn)生對于力抵消即對均勻負荷分配于多個行星單元的力抵消的另外的困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的目的是提供一種適合于在低的軸轉(zhuǎn)速時將被傳入的扭矩低損失和低噪聲地傳遞給與輸入軸相比較具有高轉(zhuǎn)速的較理想是同軸定位的輸出軸以及沒有或盡可能防止上述方法和傳動裝置設(shè)計的缺點的方法和一種多級周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置。因此，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟的方法和低成本的結(jié)構(gòu)裝置，以在一種負荷分離或動力分離的傳動中盡可能完全抵消軸向力而將均勻的負荷分配給數(shù)個單獨的行星單元。
上述的目的根據(jù)本發(fā)明是通過權(quán)利要求1技術(shù)特征的方法得以實現(xiàn)。一種適合于其的傳動裝置具有權(quán)利要求11的技術(shù)特征。
該方法的較佳實施例是在從屬權(quán)利要求中被描述。
用于實施該方法的周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置的較佳實施例在圖1a和圖1b中顯現(xiàn)。


圖1a示出本發(fā)明的傳動裝置的部分區(qū)域，該部分區(qū)域是通過共軸的驅(qū)動軸和輸出軸的軸中心點一段。在這種形式中，一行星單元的齒輪是布置在行星托架的兩根軸的軸承之間；圖1b以與圖1a的傳動裝置相同的圖示示出本發(fā)明的一個傳動裝置，但是其兩個齒輪或雙齒輪之一是布置在兩根軸軸承的外側(cè)，即該雙齒輪是相對于行星軸的軸承的原位置懸伸布置。
具體實施例方式
圖1a顯示一個周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置，其構(gòu)造成對于軸線L軸向?qū)ΨQ并具有在一剖切平面上的一個同軸線的輸入軸8和輸出軸9，以使多個行星單元1之一圍繞輸出軸的太陽小齒輪4布置。該行星單元1借助兩個軸承6在徑向上固定地和在軸向上可移動地安裝在一個行星托架7上并且具有由兩個半齒輪5a，5b構(gòu)成的一個雙齒輪5和一個直齒齒輪3。在半齒輪5a和5b上示出有相對的螺旋輪齒。該兩個半輪設(shè)計成彼此分隔開。這些裝置為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉而只須完全顯示其一，并且借助這些裝置在每個行星單元中該第二半齒輪可以通過繞軸線進行相互相對轉(zhuǎn)動來被調(diào)整并隨后在軸向上相對該第一半輪鎖定。對這種類型的裝置的一些獨特的設(shè)計在下面將被進一步描述。具有相應(yīng)于該雙齒輪的螺旋形輪齒5的太陽小齒輪4被設(shè)計在輸出軸9上，作為一個確實被連接和/或?qū)嵸|(zhì)上整體的齒輪單元。
該環(huán)輪2被設(shè)計成一個被確實連接和/或與驅(qū)動軸8實質(zhì)上整體的單元。
在圖1b中，作為與圖1a的區(qū)別僅是該行星單元的行星軸是以雙齒輪5的懸掛布置方式，具體說在行星軸和軸承6之間可軸向自由移動的方式被安裝在行星托架7上。
對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在通過環(huán)輪使扭矩傳入一行星單元的周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置中至今選擇的手段毫無疑問的是為減小噪聲和振動而設(shè)計具有螺旋形輪齒的嚙合齒輪。
令人驚訝地，根據(jù)本發(fā)明，這些與環(huán)輪嚙合的行星齒輪可以在對噪聲和振動的性能不產(chǎn)生不利的情況下設(shè)計成具有直線形輪齒。對此的一種解釋似乎是在于輸入軸的低轉(zhuǎn)速和環(huán)輪與本發(fā)明的所有行星單元的行星齒輪進行輪齒嚙合時的高度輪廓重疊兩者的結(jié)合。同時具有對本發(fā)明來說基本的即具有雙螺旋輪齒以及進一步具有與太陽小齒輪嚙合的所有行星單元的雙齒輪的本發(fā)明的可調(diào)整性是有益的或甚至對于這些良好的噪聲性能是必不可少的。所產(chǎn)生的該優(yōu)點是特別值得重視的，因為在太陽小齒輪的情形時存在一種狀態(tài)，即具有低程度的輪廓重疊和對產(chǎn)生噪聲不利。
在該太陽小齒輪的設(shè)計中，被配置成一種螺旋或雙螺旋輪齒絕對重要。一方面，在太陽小齒輪的情形時，輪齒周向速度與在環(huán)輪與行星齒輪進行嚙合的過程中的的周向速度相比較明顯的要高，明確地說是由于一行星單元的兩個同樣轉(zhuǎn)動的齒輪的基圓比所決定，另一方面，該輪廓重疊在此與在環(huán)輪和多級行星之間的輪齒嚙合過程中的情形相比較低，因為在太陽小齒輪的情形時，具有一個外部齒輪，其輪齒數(shù)與行星單元的嚙合齒輪相比大不相同。純粹關(guān)于噪聲產(chǎn)生，雙螺旋輪齒與同樣結(jié)構(gòu)寬度的單個螺旋輪齒是等同的。
行星單元1和太陽小齒輪4彼此相對的軸向定位是通過太陽小齒輪4的固定安裝或者是僅多個行星單元1的其中一個的固定安裝而確定的，這是協(xié)同剩下的行星單元的半輪的調(diào)整來進行的。
雙齒輪的兩個半輪5a，5b的定向或調(diào)整是以相對轉(zhuǎn)動的形式和/或借助半輪彼此相對的軸向位移進行的。
根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例，該兩個半輪是摩擦地擰在一起。螺旋桿部可在通過的孔中松動。兩個半輪的齒距位置由于螺旋桿部在通過的孔中的松動內(nèi)的相對轉(zhuǎn)動而被調(diào)整。
在半輪之間的軸向距離的任何變化同時意味著輪齒位置彼此相對的相對轉(zhuǎn)動。根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施例，借助半輪5a，5b彼此相對的軸向位移的調(diào)整是通過將調(diào)整板插入在行星軸上的半輪之間進行，以實現(xiàn)兩個半輪的齒側(cè)的均勻的軸承接觸。
借助相應(yīng)組成部分和裝置的調(diào)整的可能性體現(xiàn)了另外的優(yōu)點。其允許單個的傳動齒輪和零部件的較小精密度因而低成本地制造。當上述的兩種調(diào)整方法被組合時這就更是如此。
一行星單元的雙齒輪的兩個半輪5a，5b相對于彼此的調(diào)整必須在齒輪本身的節(jié)距精度的范圍內(nèi)，以便在多個行星單元1的情形時實現(xiàn)將均勻的負荷分配各到各單獨的單元上。
在具體說根據(jù)普遍條件裝配到已被安裝的行星單元或在傳動裝置外的一個為裝配目的設(shè)置并模擬行星托架的一個調(diào)整裝置上的過程中進行調(diào)整。然而后者可選擇地承擔在傳動裝置中運行的輪齒的均勻性檢查。然而，在被軸向保持的太陽小齒輪4的情形時通常伴隨該調(diào)整在行星單元1相對于環(huán)輪2的軸向位置上的變化并不會產(chǎn)生任何的干擾，因為與環(huán)輪2相嚙合的行星齒輪3的直齒在一軸上的這兩個齒輪單元彼此相對的軸向或長度方向的位移過程中并不會引起任何彼此相對的轉(zhuǎn)動角度的變化，而與使用螺旋輪齒的情形相反。一旦單獨的數(shù)個行星單元的輪齒嚙合位置根據(jù)最佳作用力分配被調(diào)整，則不但在一個單獨的行星單元的齒輪之間的而且不同的行星單元的軸的長度上的變化不會導(dǎo)致任何對單個輪齒接觸的負荷分配的改變。另外，在本發(fā)明的設(shè)計特點中，該雙齒輪5的單元第一半輪5a的齒距的位置必須與具有直齒的齒輪3的位置對位到僅這樣的程度，即不存在在運行過程中齒輪的軸向竄動以及所有齒輪在其整個寬度上傳送。為了確保這點，根據(jù)現(xiàn)在已知的傳動結(jié)構(gòu)，在各種情形嚙合的齒輪之一被設(shè)計得比另一個寬，以及雙齒輪的半輪并不彼此依靠設(shè)置，而是在彼此之間具有一軸向間隙。
在根據(jù)圖1b的雙螺旋齒輪的懸伸布置中，雙螺旋齒輪的安裝包括調(diào)整仍可以用相當簡單的方法。根據(jù)圖1a，具有將一行星軸安裝在齒輪外的兩側(cè)的布置可以尤其在小直徑的雙齒輪的情形時使間隙安裝以及隨后在傳動中的調(diào)整變得明顯更加困難。因此，按照另一較佳實施例，根據(jù)本發(fā)明的傳動裝置可以具有被分開的行星托架7以便將已預(yù)先在該傳動裝置外調(diào)整好的該行星單元引入在徑向相對行星軸的各箱體內(nèi)的行星托架7上的軸承6，以對相對于已被安裝和調(diào)整的行星單元的輪齒位置徑向試驗安裝和檢查并進一步拆卸和再調(diào)整。
在實施本發(fā)明的方法的一個較佳實施例中，該行星軸是以其根據(jù)直齒形的行星齒輪的的輪廓構(gòu)成。該輪廓形式在與環(huán)輪嚙合的輪齒的整個寬度上是連續(xù)的，并且雙齒輪的半輪是用幾何形狀相應(yīng)的內(nèi)輪廓被插到這樣形成齒的行星軸上并被調(diào)整和鎖定。在這種情形時的半輪的調(diào)整單獨由雙齒輪的兩個半輪之間的軸向距離的變化和共同定位而進行。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以尤其用于風力發(fā)電廠周轉(zhuǎn)輪系傳動，但并不限于這種應(yīng)用。
在可以容易被熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員理解的一種方法中，當驅(qū)動軸和輸出軸在其功能方面相互更換時，即當扭矩采用高的軸轉(zhuǎn)速被傳入現(xiàn)用作驅(qū)動軸的輸出軸時并且借助先前驅(qū)動軸即現(xiàn)是輸出軸由一低的軸轉(zhuǎn)速傳出時，可以實現(xiàn)相同的作用和優(yōu)點。扭矩傳遞的該后者形式同樣是本發(fā)明的一種較佳實施方式。
權(quán)利要求
1.一種在具有多個行星單元的單級周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置中將以低的軸轉(zhuǎn)速傳入傳動裝置的扭矩低損失和低噪聲地傳遞給具有相當高的軸轉(zhuǎn)速的輸出軸的方法，其特征在于所述傳入的扭矩借助一內(nèi)部形成直齒的環(huán)輪傳遞給被徑向彼此相對地固定安裝在行星托架上的2-6個行星單元，再傳遞給一輸出軸的具有相對螺旋形輪齒的太陽小齒輪；首先，與環(huán)輪嚙合的具有直齒的行星齒輪和各行星單元的與太陽小齒輪相嚙合的雙齒輪的兩個具有相對的螺旋齒形的半輪之一彼此固定地連接于一行星軸上；通過將單獨的行星單元安裝進行星托架的軸承中，在每一情況下借助用于軸向和/或轉(zhuǎn)動的位移的裝置使第二半輪相對于第一半輪而進入傳送的并在各單獨行星單元間徑向負荷分配的一預(yù)定的輪齒位置并在該位置鎖定。
2.如權(quán)利要求1所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述第二半輪的軸向和/或轉(zhuǎn)動的位移相繼在每個單獨的行星單元上進行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述雙齒輪的第一半輪的位置與其第二半輪的位置對準是借助相互轉(zhuǎn)動而進行。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述雙齒輪的第一半輪的位置與其第二半輪的位置對準是借助軸向相對位移而進行。
5.如權(quán)利要求1至4之任一項所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述第二半輪在位置對準后不確定和/或確定地連接于行星軸和/或第一半輪并被鎖定其上。
6.如權(quán)利要求1、2或4所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述第二半輪相對于該第一半輪被軸向彈性地鎖定。
7.如權(quán)利要求6所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，杯狀彈簧被用作彈簧元件。
8.如權(quán)利要求1或4至7之任一項所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述具有直齒的行星齒輪的輪齒輪廓，其末端縮短而被用作一軸的輪廓，以借助在該軸上的相應(yīng)內(nèi)輪廓軸向引導(dǎo)半輪的一個或者兩個。
9.如權(quán)利要求1、2、4或5所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述第二半輪是借助將調(diào)整板插入于半輪之間而在相對于第一半輪的軸向被調(diào)整。
10.如權(quán)利要求1至9之任一項所述的用于傳遞扭矩的方法，其特征在于，所述行星單元相對于行星軸的軸向被引入在被徑向分開的行星托架的軸承點上。
11.一種具有在一行星托架(7)上彼此相對地徑向固定安裝的2-6個行星單元(1)的單級周轉(zhuǎn)輪系傳動裝置，用于將以低的轉(zhuǎn)速被傳入到一驅(qū)動軸(8)上的扭矩低損失和低噪聲地傳遞給具有相當高轉(zhuǎn)速的輸出軸(9)的太陽小齒輪，其特征在于，所述各行星單元(1)具有一直齒的行星齒輪(3)，所述行星齒輪與一個被固定連接于輸入軸(8)并具有內(nèi)直齒的半輪(2)相嚙合并固定地連接于具有相對螺旋齒的雙齒輪(5)的兩個半輪(5a，5b)；每個行星單元(1)具有數(shù)個裝置，在所述行星托架(7)上安裝單個的行星單元(1)的過程中，第二半輪(5b)可以借助其在每一情況下為將負荷均勻分配于所有的行星單元而在軸向和/或通過繞行星軸轉(zhuǎn)動相對于第一半輪(5a)定位并可以被鎖定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在含有2－6個行星單元的一個單級行星齒輪中進行低損失的扭矩傳遞的方法。該單獨的齒輪件的布置和相互作用與用于安裝和調(diào)整它們的方法結(jié)合而產(chǎn)生一個將負荷均勻分配給單獨的行星單元的低噪聲和低扭矩傳動。
文檔編號F16H1/28GK1742173SQ200380109098
公開日2006年3月1日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者約阿希姆·阿恩特, 馬克西米利安·西蒙, 郝伯特·沃亞切克 申請人:約阿希姆·阿恩特, 馬克西米利安·西蒙