CN110594364A - 传动组件 - Google Patents

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CN110594364A CN201910494734.2A CN201910494734A CN110594364A CN 110594364 A CN110594364 A CN 110594364A CN 201910494734 A CN201910494734 A CN 201910494734A CN 110594364 A CN110594364 A CN 110594364A
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planet
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Abstract

公开了一种传动组件(1)，所述传动组件(1)包括：太阳齿轮(2)，包括外轮齿组(34)；行星架(4)，其中，所述行星架(4)绕着所述太阳齿轮(2)设置；齿圈(6)，包括内轮齿组(38)，所述齿圈(6)围绕所述行星架(4)和所述太阳齿轮(2)；以及至少一个双行星齿轮(8)，其中，所述至少一个双行星齿轮(8)附接到所述行星架(4)，其中，所述双行星齿轮(8)包括第一轮齿组(32)和第二轮齿组(36)，其中，所述太阳齿轮(2)的外轮齿组(34)与所述第一轮齿组(32)啮合，并且其中，所述第二轮齿组(36)与所述齿圈(6)的内轮齿组(38)啮合。

Description

传动组件
技术领域
本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的包括太阳齿轮、行星架、齿圈和至少一个双行星齿轮的传动组件。
背景技术
在机器人或其他机器中，包括太阳齿轮、齿圈和行星架的行星齿轮传动通常用于将驱动力从驱动轴传递到输出轴。齿轮和/或双行星齿轮可以用于在元件之间传递旋转。在迄今为止使用的行星齿轮传动(/行星传动/行星齿轮传动装置/行星传动装置)(planetarytransmission)中，需要多个齿轮或多个双行星齿轮或这些的组合以在太阳齿轮与行星架或在行星架与齿圈之间进行力传递。
迄今为止使用的其中设置多个齿轮或双行星齿轮以在太阳齿轮与行星架之间以及在行星架与桥之间进行力传递(传动)或旋转传递(传动)的行星传动为正传动(positivetransmission)。“正传动”应理解为表示一种传动，其中如果将其实施为静态传动，则驱动和输出的旋转方向是相同的。这意味着当行星架(至少在概念上为行星架)不旋转时，太阳齿轮和齿圈的旋转方向是相同的。在高传动比(例如，i>29)的情况下，如果输出变为驱动(例如，如果马达现在用作发电机)，则这可能导致传动(装置)在一个方向上自锁(self-locking)。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种传动组件，其中，能够减少所需的齿轮和/或双行星齿轮的数量，并且能够避免自锁。
该目的通过根据专利权利要求1所述的传动组件来实现。所述传动组件包括具有外轮齿组的太阳齿轮、行星架以及具有内轮齿组的齿圈，其中，行星架绕着太阳齿轮设置，齿圈围绕行星架和太阳齿轮。所述传动组件还包括至少一个双行星齿轮(double planet)，其中，所述至少一个双行星齿轮附接到行星架。
当前为了减少所需的齿轮和/或双行星齿轮的数量，与现有的用于力传递的传动组件相比，本发明提出的传动组件中设置了双行星齿轮，所述双行星齿轮具有第一轮齿组和第二轮齿组，其中，所述太阳齿轮的外轮齿组与所述双行星齿轮的第一轮齿组啮合，并且其中，所述双行星齿轮的第二轮齿组与所述齿圈的内轮齿组啮合。
以这种方式，能够通过单个双行星齿轮实现从太阳齿轮到行星架(或附接到行星架的双行星齿轮)以及从行星架到齿圈的力传递。不需要设置在它们(太阳齿轮与行星架或行星架与齿圈)之间的其它齿轮或双行星齿轮。
由于太阳齿轮与行星架之间的直接联接以及行星架与齿圈之间的直接联接，所述传动组件被实现为负传动。这意味着假设行星架为固定的，则太阳齿轮和齿圈具有相反的旋转方向。因此，固定的传动比为负。由此能够避免如上所述的自锁。
齿圈可以用作壳体并且可以是固定的。优选地，齿圈是一体件(one-part)。这里，可以经由壳体(即，经由齿圈)实现弯曲的力流(force flow)，而不是如在包括固定的行星架或固定的太阳齿轮的其他传动组件中的情况那样经由行星架实现弯曲的力流。由于壳体提供比行星架大的刚度，因此整个传动组件变得更加稳定。
太阳齿轮可以连接到驱动轴或输入轴并用作驱动。在这种情况下，行星架用作输出并因此连接到输出轴。
作为一种选择，行星架可以连接到驱动轴或输入轴并用作驱动。在这种情况下，太阳齿轮用作输出并因此连接到输出轴。优选地，这个实施方式可以用在并联臂机器人的领域中，并联臂机器人也称为delta机器人。delta机器人是基于运动学的，其中，并联设置的三至六个线性轴或铰接臂的平台被引导，铰接臂被支撑在固定的基座中。所述平台可以设置有诸如以夹持元件为例的工具。这种运动学***通常包括三至四个铰接轴，铰接轴包括固定的驱动器，例如马达。这些驱动器可以利用在此描述的传动组件。经由所有马达的协调致动来实现平台在YXZ方向的三维运动，其中，平台还可以倾斜。
作为一种选择，行星架可以是固定的，并且输出/驱动可以经由太阳齿轮和齿圈来实现。例如，这个实施方式可以用于车辆的驱动。在此，优选地，行星架固定地连接到车辆，并且齿圈由马达驱动。在这种情况下，齿圈用作至轮辋或车轮的输出。
根据一个实施方式，第一轮齿组的齿数与第二轮齿组的齿数不同。在此，第一轮齿组的齿数可以大于第二轮齿组的齿数，或者，第一轮齿组的齿数可以小于第二轮齿组的齿数。由于齿数的不同，可以实现驱动的转速至输出的转速的转换。
轴承可以用于稳定各个元件，例如，该轴承支撑行星架。因此，传动组件可以包括至少一个第一轴承组件，第一轴承组件相对于行星架支撑太阳齿轮。另外，传动组件可以包括至少一个第二轴承组件，第二轴承组件相对于齿圈支撑行星架。
第一轴承组件和第二轴承组件可以是圆锥滚子轴承、球轴承和/或滑动轴承。
在一些已知的传动组件中，轴承组件仅暴露于低转速，例如，轴承组件仅连接到缓慢旋转的输出(轴)。由于这些轴承组件没有执行全转数(/完全旋转/整转)(completerevolutions)或旋转太慢，则这可能导致润滑条件不足，因此润滑剂不能充分地分布在轴承组件中。这可能会进而导致轴承组件的损坏，并因此导致轴承组件的过早失效(/故障)。
由于所有的轴承组件均连接到行星架，因此如果行星架用作驱动器，则轴承组件可以随着行星架的旋转而旋转。以这种方式，轴承组件(特别是连接到齿圈的轴承组件)可以以高转速和高转数旋转，即以驱动行星架的转速旋转。另外，轴承组件通过行星架旋转360°或更多。因此，润滑剂能够很好地分布在轴承组件种，这防止上述缺点。
另外，轴承组件可以配备有监视(/监测)单元，监视单元用于监视轴承的状态，例如用于监视润滑剂的状态。由于行星架优选地连接到驱动器，因此可以确保轴承组件的高转速(大于每秒5转)以及全转数。检测单元可以包括传感器，传感器位于轴承内圈或轴承外圈的固定位置处。如果转速过低，则传感器产生噪声信号，这是由于这样的运动没有产生足够的信号振幅。然而，利用在此提出的转速，所产生的信号足以确定轴承组件的状态。
根据进一步的实施方式，传动组件可以包括至少一个另外的双行星齿轮，所述至少一个另外的双行星齿轮包括第一轮齿组和第二轮齿组。所述至少一个另外的双行星齿轮附接到行星架，其中，太阳齿轮的外轮齿组与所述至少一个另外的双行星齿轮的第一轮齿组啮合，并且其中，所述至少一个另外的双行星齿轮的第二轮齿组与齿圈的内轮齿组啮合。
由于使用两个或更多个双行星齿轮，优选地，两个或更多个双行星齿轮在直径上(diametrically)设置，因此，太阳齿轮的配置、行星架的配置以及齿圈的配置能够相对于彼此稳定。由于第二双行星齿轮，因此可以防止齿圈、行星架与太阳齿轮之间的径向间隙。
在进一步的实施方式中，传动组件可以包括至少一个第三双行星齿轮，特别地优选地，传动组件可以包括至少一个第四双行星齿轮。这些双行星齿轮均包括第一轮齿组和第二轮齿组，并且均附接到行星架，其中，太阳齿轮的外轮齿组与所述第一轮齿组啮合，并且其中，所述第二轮齿组与齿圈的内轮齿组啮合。利用四个双行星齿轮，优选地，四个双行星齿轮绕着圆周均匀地分布，特别地，作用在行星架、太阳齿轮和齿圈上的力可以很好地分布在传动组件中。
为了使第一双行星齿轮的轮齿组与太阳齿轮或与齿圈之间的间隙最小化，可以进一步地在顺时针方向上对第一双行星齿轮的第一轮齿组进行预加载，使得第一双行星齿轮的第一轮齿组与太阳齿轮的轮齿组接触。作为一种选择，或者附加地，还可以在逆时针方向上对第一双行星齿轮的第二轮齿组进行预加载，使得第一双行星齿轮的第二轮齿组与齿圈的轮齿组接触。以这种方式，可以在两个不同的方向抵靠太阳齿轮和齿圈(沿切线方向(tangentially))对第一双行星齿轮的轮齿组进行预加载；一次在顺时针方向上，一次在逆时针方向上。由于这样的预加载，可以在太阳齿轮或齿圈的轮齿组与双行星齿轮的轮齿组之间产生接触。另外，即使在操作中，也可以通过在不同的方向上进行预加载来保持这样的接触，并因此避免轮齿组之间的间隙。
如果如上所述使用第二双行星齿轮，也可以在逆时针方向上对第二双行星齿轮的第一轮齿组进行预加载，使得第二行星齿轮组的第一轮齿组与太阳齿轮的轮齿组接触。此外，可以在顺时针方向上对第二双行星齿轮的第二轮齿组进行预加载，使得第二双行星齿轮的第二轮齿组与齿圈的轮齿组接触。由此针对第二双行星齿轮，也可以减小行星传动中的间隙。
因此，通过使用预加载的(/预紧的)(preloaded)双行星齿轮，可以防止太阳齿轮或齿圈与双行星齿轮之间的间隙。由于对第二双行星齿轮的预加载，第二双行星齿轮的预加载可以与第一双行星齿轮的预加载相反，因此可以较好地防止轮齿组之间的间隙。此外，由于因双行星齿轮而引起均匀的力分布，因此可以减小太阳齿轮、行星架和齿圈之间的径向间隙。特别地，在此，用于所有齿轮的预加载的力可以是相同的。
如果在车辆中使用这种传动组件(其中，通过使用预加载的双行星齿轮来防止太阳齿轮或齿圈与双行星齿轮之间的间隙)，可以实现非常精确的驱动，特别是在无人驾驶车辆或轨道驱动***的情况下，这使得整个车辆的高位置精度成为可能。
行星架可以具有旋转对称的形状。例如，行星架可以被构造为环。作为一种选择，行星架还可以包括多个桥或离散的臂。
在说明书、附图和权利要求书中指明了进一步的优点和有利的实施方式。在此，特别地，说明书和附图中指明的特征的组合仅仅是示例，以使这些特征还可以单独地或以其他方式组合地呈现。
附图说明
在下文中，将使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和在示例性实施方式中示出的组合仅仅是示例，而不旨在限定本发明的范围。此范围仅有当前的权利要求限定。
图1示出了包括太阳齿轮、行星架和齿圈的传动组件；
图2示出了包括图1的传动组件的并联臂机器人；以及
图3示出了包括图1的传动组件的机动车辆驱动器。
在下文中，相同或功能等同的元件由相同的附图标记表示。
附图标记列表
1 传动组件
2 太阳齿轮
4 行星架
6 齿圈
8 双行星齿轮
10 轮毂
12 附接部件
14 盖
16 连接到驱动器的附接件
18 附接部件
20 盖
22 盖
24 附接件
26 连接到前一部分的附接件
32 第一轮齿组
34 太阳齿轮的外轮齿组
36 第二轮齿组
38 齿圈的内轮齿组
40 轴承组件
42 内圈
44 外圈
46 滚动元件
48 轴承组件
50 内圈
52 外圈
54 滚动元件
56 马达
58 机器人臂部
60 机器人臂部
62 平台
64 车轮
具体实施方式
图1示出了包括太阳齿轮(/中心齿轮)(sun gear)2、行星架(planet carrier)4和齿圈(/环形齿轮)6的传动组件1。这种传动组件1可以用作机器人单元(诸如，并联臂机器人(见图2))中的接头，或用作机动车辆(见图3)中的马达与车轮之间的连接件(connection)。
根据应用，太阳齿轮2、行星架4或齿圈6可以是固定的。在图1中描绘的情况下，齿圈6是固定的。
传动组件的一侧表示输出侧，而相对侧表示驱动侧。驱动侧可以连接到马达。在示出的实施方式中，可选地，可以经由该马达驱动太阳齿轮2或行星架4。
如果太阳齿轮2被驱动，则太阳齿轮的旋转经由设置在行星架4上的行星齿轮(/行星)(planet)8传递到行星架4，并且行星齿轮8在齿圈6上滚动。另一方面，如果行星架4被驱动，则行星架的旋转经由行星齿轮8传递到太阳齿轮2，其中行星齿轮8也在齿圈6上滚动。
在下文中，参照图1详细描述传动组件。
行星架4围绕太阳齿轮2设置。行星架4可以具有环形形状并且配备有在周向上围绕太阳齿轮2设置的多个轮毂(hub)10-1、10-2。轮毂10-1、10-2可以使用附接部件12附接到盖14。盖14进而可以经由附接件16连接到驱动器或输出元件。
在轴向相对侧(/相反侧)，行星架4还使用附接部件18连接到盖22。此外，传动组件1还整体上设置有盖20，盖20可以经由附接件24连接到驱动器或输出元件。
齿圈6可以经由附接件26连接到壳体，或者齿圈6本身可以构造为壳体。
为了将行星架4的运动传递到太阳齿轮2，在行星架上设置双行星齿轮8-1、8-2。双行星齿轮8-1、8-2均包括与太阳齿轮2的外轮齿组34啮合的第一轮齿组32。双行星齿轮8-1、8-2还包括与齿圈6的内轮齿组38啮合的第二轮齿组36。行星架4的旋转通过第一轮齿组32传递或转移到太阳齿轮2。双行星齿轮8-1、8-2通过第二轮齿组36在齿圈6上滚动。
如此，双行星齿轮8-1、8-2附接到行星架4并且与太阳齿轮2和齿圈6直接啮合。在太阳齿轮2与行星架4之间以及行星架4与齿圈6之间没有设置进一步的额外组件，例如齿轮或行星齿轮。由于传动组件1的这种配置，当假设行星架4被固定时，太阳齿轮2和齿圈6具有相反的旋转方向，太阳齿轮2与齿圈6之间的固定传动比是负的。因此，传动组件1是负传动(/负传动装置)(negative transmission)。
传动组件1可以包括位于太阳齿轮2与行星架4之间的轴承组件40以及位于行星架4与齿圈6之间的轴承组件48，用于支撑太阳齿轮2和行星架4。
在示出的实施方式中，两个轴承组件40设置在太阳齿轮2与行星架4之间。这些轴承组件均包括连接到太阳齿轮2的内圈42以及连接到行星架4的外圈44。滚动元件46(在这种情况下是圆锥滚子)设置在内圈42与外圈44之间。也可以使用其他类型的滚动元件。作为一种选择，轴承组件40也可以是滑动轴承。
此外，在示出的实施方式中，两个轴承组件48设置在行星架4与齿圈6之间。轴承组件48均包括外圈52和连接到行星架4的内圈50。外圈52可以连接到齿圈6或者可以由齿圈6形成，如这里所示。滚动元件54(在这种情况下为球)设置在内圈50与外圈52之间。也可以使用其他类型的滚动元件。作为一种选择，轴承组件40也可以是滑动轴承。
例如，图1中描述的传动组件可以用在并联臂机器人中，并联臂机器人也称为delta机器人，如图2所示。在这种机器人中，平台62经由臂58、60悬挂。诸如以夹持元件为例的工具可以被附接到平台62。这里，平台62经由接头(例如，球形接头)连接到多个臂部60-1、60-2、60-3，多个臂部60-1、60-2、60-3进而经由接头(例如，球形接头)连接到臂部58-1、58-2、58-3。臂部58-1、58-2、58-3通过三个传动组件1-1、1-2、1-3而运动。由于臂部58相对于相应的传动组件1倾斜地设置，因此传动组件1的旋转使相应的臂部58进行锥形运动。可以通过这些旋转来控制平台62的运动。
三个传动组件1-1、1-2、1-3分别由马达56-1、56-2、56-3驱动。由于传动组件1-1、1-2、1-3类似地构造，因此下面仅描述一个传动组件1。马达56驱动相应的行星架4，行星架4经由行星齿轮8将其旋转转移到太阳齿轮2。齿圈6是固定的。太阳齿轮2联接到机器人臂部58并使其移动。由于臂部58相对于传动组件1倾斜地设置，因此太阳齿轮2的旋转被转换为臂部58的锥形运动。
在另一实施方式中，传动组件1可以用在机动车辆中，特别是用在电动车辆中，如图3所示。
在这种情况下，两个车轮64-1、64-2以及64-3、64-4分别经由两个马达56-1、56-2被驱动。为此目的，传动组件1-1设置在马达56-1与两个车轮64-1、64-2之间，另一传动组件1-2设置在另一个马达56-2与两个车轮64-3、64-4之间。与图2相比，在这种情况下，行星架4固定地连接到车辆，并且经由马达56驱动太阳齿轮2。齿圈6驱动车轮64。
总之，在这里提出的传动组件中，从太阳齿轮到行星架以及从行星架到齿圈的力传递(/传动)通过单个双行星齿轮或在周向上分布的双行星齿轮来实现。以这种方式，进一步可以避免在它们之间设置另外的齿轮或双行星齿轮，由此可以减少组件的总数。此外，可以通过太阳齿轮与行星架之间的直接联接将传动实现为负传动。由于传动组件可以向后和向前运转，因此可以避免如正传动中可能发生的自锁(self-locking)。

Claims (10)

1.一种传动组件(1)，包括：
太阳齿轮(2)，包括外轮齿组(34)；
行星架(4)，其中，所述行星架(4)绕着所述太阳齿轮(2)设置；
齿圈(6)，包括内轮齿组(38)，所述齿圈(6)围绕所述行星架(4)和所述太阳齿轮(2)；以及
至少一个双行星齿轮(8)，其中，所述至少一个双行星齿轮(8)附接到所述行星架(4)，
其特征在于，所述双行星齿轮(8)包括第一轮齿组(32)和第二轮齿组(36)，所述太阳齿轮(2)的外轮齿组(34)与所述第一轮齿组(32)啮合，所述第二轮齿组(36)与所述齿圈(6)的内轮齿组(38)啮合。
2.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述第一轮齿组(32)的齿数与所述第二轮齿组(36)的齿数不同，其中，所述第一轮齿组(32)的齿数大于所述第二轮齿组(36)的齿数，或者，所述第一轮齿组(32)的齿数小于所述第二轮齿组(36)的齿数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传动组件，其特征在于，所述传动组件包括至少一个第一轴承组件(40)，所述至少一个第一轴承组件(40)相对于所述行星架(4)支撑所述太阳齿轮(2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传动组件，其特征在于，所述传动组件包括至少一个第二轴承组件(48)，所述至少一个第二轴承组件(48)相对于所述齿圈(6)支撑所述行星架(4)。
5.根据权利要求3或4所述的传动组件，其特征在于，所述传动组件包括监视单元，所述监视单元被构造为监视所述第一轴承组件(40)和/或所述第二轴承组件(48)的状态。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传动组件，其特征在于，所述传动组件包括至少一个另外的双行星齿轮(8)，所述至少一个另外的双行星齿轮(8)包括第一轮齿组(32)和第二轮齿组(36)，
其中，所述至少一个另外的双行星齿轮(8)附接到所述行星架(4)，
所述太阳齿轮(2)的外轮齿组(34)与所述至少一个另外的双行星齿轮(8)的所述第一轮齿组(32)啮合，
所述至少一个另外的双行星齿轮(8)的所述第二轮齿组(36)与所述齿圈(6)的内轮齿组(38)啮合。
7.根据权利要求6所述的传动组件，其特征在于，
所述至少一个双行星齿轮(8)和所述至少一个另外的双行星齿轮(8)在周向上均匀地分布。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传动组件，其特征在于，
所述行星架(4)具有旋转对称的形状，
优选地，所述行星架(4)具有环形形状，或者，所述行星架(4)包括桥。
9.一种机器人，特别地，所述机器人是并联臂机器人，所述机器人包括根据前述权利要求中任一项所述的传动组件。
10.一种马达，特别地，所述马达用于机动车辆，所述马达包括根据权利要求1至8中任一项所述的传动组件。
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