CN1205059A - 行星齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

行星齿轮传动装置设有两个沿轴向并列配置的空心齿轮(11、12);多个行星齿轮(10),它们可旋转地支承在一个行星齿轮架(2)上;以及,设有一个中央太阳齿轮(1)。每两个行星齿轮(10)之间设有一中间轴(6),中间轴上有两个齿组(7、8),其中,较小的那个齿组(8)同时与两个相邻的行星齿轮(10)啮合,在这两个行星齿轮之间便设有该中间轴(6),以及,与第一组相比节圆较大的第二个齿组(7)与中央太阳齿轮(1)啮合。

Description

行星齿轮传动装置

本发明涉及一种按权利要求1前序部分详细定义的类型的行星齿轮传动装置。

此类行星齿轮传动装置是众所周知的。其中，行星齿轮各有两个齿组用于与两个空心齿轮持续地啮合。它们因而构成了所谓的Wolfrom耦合传动装置。其中，行星齿轮架相对于规定用作输出轴的那个空心齿轮的转速比称为Wolfrom传动比。在这些已知的行星齿轮传动装置中，中央太阳齿轮与行星齿轮直接啮合，并与行星齿轮和两个空心齿轮中固定的那个空心齿轮一起形成初级传动比。Wolfrom传动比与初级传动比相乘便得出总传动比。

此类行星齿累传动装置，尤其在机器人技术领域中的大量任务，需要高传动比例如i=170或更高。但与此同时往往还期望中央太阳齿轮的直径不会过小，因为它例如应设有空心轴，以便装入电动机的轴端或用于穿过机器人的构件。此外经常要求限制Wolfrom传动比。然而缺点是为此只是通过限制行星齿轮架的转速为的是导致有关齿滚动功率、噪声、效率、发热和惯性等方面有适度的值。另一方面，采用有限的Wolfrom传动比也难以达到高的总传动比。

因为迄今已知的行星齿轮传动装置的方案中，主动的中央太阳齿轮与行星齿轮直接啮合，所以它在模数和其他的齿形参数方面必须与行星齿轮相同。

在已知的方案中，为实现高的传动比除上述缺点外还带来另一个缺点是，在行星齿轮数量最多为三个时存在一种低的力矩密度(Momenfendichte)，并可能产生有关输出力矩均匀性方面的问题。此外，为达到足够高的总传动比所要求的太阳齿轮少的齿数，除了在与机器人周围的部件连接时会存在问题外，还产生有关齿形方面的其他缺点，例如根切和／或形成尖的齿顶。缺点还包括，为此所要求的空心齿轮较多的齿数使之具有较小的模数，并由此引起力矩密度方面的缺点。

因此本发明的目的是，在充分利用结构空间(力矩密度)的情况下达到高的传动比，但与此同时应尽可能消除或至少明显地减少上述各种缺点。除此之外还应提高传动质量，亦即尤其应将振动和角向传动误差降到最小程度。还有，此行星齿轮传动装置应能经济地生产和不需要高的装配费用。

按本发明此目的通过在权利要求1特征部分所述的特征达到。

采用按本发明的行星齿轮传动装置的设计可以获得高的初级传动比，所以尽管总传动此高仍能选择一个适度的Wolfrom传动比。此外，内部的齿滚动功率、噪声、效率、发热以及惯性保持在有利的界限内。这意味着，为长期持续稳定的传动装置齿隙提供了非常良好的前提条件。由于此适度的Wolfrom传动比，在需要的情况下也可以使用4个、6个或更多个总是成对的行星齿轮。一种适度的或较小的Wolfrom传动比，通常还意味着两个空心齿轮的齿数可选择为有较大的差别。根据装配条件，行星齿轮的数目大多与这两个空心齿轮的齿数差有直接的关系。

此外，行星齿轮数量较多可得到高的力矩密度。将中间轴装在行星齿轮架内实际上可以在没有附加的空间需求的情况下实现。此外有利的是，根据所期望的总传动比也可将中央太阳齿轮设计为空心轴，因为太阳齿轮的齿组直径无论如何都能比已知的这些方案中的大得多。

此外，有利的是输入级，亦即太阳齿轮／中间轴第二个齿组的模数可选择为与已知的Wolfrom组件中的不同，尤其是较小，所以小齿数和与之相关的有关齿形方面的问题，例如根切和／或尖齿等问题不再发生。

此外，有利于降低成本的是，整个传动***可用始终有相同结构的Wolfrom组件构成，此时只须改变输入级的传动比。

由于适度的Wolfrom传动此，所以所有承受大力矩的但占总重量大部分的传动装置零件运行速度较低，并因而产生较小的惯性作用。反之，快速旋转的传动装置零件受较小的力，并能设计成质量较小。

采用按权利要求2的按本发明的有利的设计，在中间轴的第一个较小齿组上基本上产生平衡的啮合力，所以它的轴承较轻和比较简单。中间轴配置的准确角度值可根据装配条件并考虑齿数组合和行星齿轮数选择。

采用按权利要求3的特征可获得有利的空间布局，这一布局保证顺利地安装中间轴第二个较大的齿组，这一点尤其在高传动比时是有利的。

在权利要求4中所建议的措施允许中间轴的两个齿组之间的作用线有较大距离，这使得它的支承简易化。

通过按权利要求5的特征明显简化了装配。中间轴的两个齿组可以在行星齿轮架以外齿位准确地预加工和预装配。

采取权利要求6中所述措施，在中间轴和中央太阳齿轮上可分别只设一个径向导引的滚动轴承以及可将轴承设在沿轴向远离有关的啮合的位置。以此方式可以充分利用所涉及的滚动轴承通常总是存在的小范围角向运动能力。因此，齿组是自调整和自定心的。在啮合中的自定心造成行星齿轮之间均匀的负荷分布。此外，行星齿轮之间的这种负荷均衡促使齿组因加工引起的分度误差内部补偿，所以这种分度误差对输出轴只有小量的影响。其结果是有利于精确运行和只有微小的振动。

通过在权利要求7中所述的增强，可以避免因附加的用于中间轴的轴承孔而局部减小行星齿轮架的刚性。

采取权利要求8中所述的措施，可在保证齿位要求的条件下简化装配。

按权利要求9的锥形设计，可通过齿组部分沿轴向移动的可能性获得传动装置齿隙的可调性。

在权利要求10中所述的斜齿可产生精确的低噪音的运行和微小的振动。

采取按权利要求11的特征，可以比较容易地设计行星齿轮的轴向支承。也就是说采用这种设计基本上补偿了轴线推移。

类似地也适用于权利要求12的特征。采用这一设计，中间轴的支承由于力的良好平衡而可以简化，因为轴线推移明显减小。

通过权利要求13中所述的特征，可以获得输入级亦即太阳齿轮／中间轴第二齿组的啮合相对于轴向移动、相对于太阳齿轮的不敏感性。

通过权利要求14的特征，在输入级内的齿侧隙对总齿隙的影响小，因为借助于按本发明的特征，中央太阳齿轮可设计得比较大。此外，在啮合中太阳齿轮自定心时，齿侧隙可选择得较小，因为距离误差的影响较小。这一措施还减少了所需要的锥形齿组的数量以及要调整的传动装置零件的数量。

通过权利要求15中所述的特征，以有利的方式有效地减小了Wolfrom传动比，并因而有效地减小了内部齿滚动功率、噪声、摩擦力矩、发热和惯性矩。这通过基于中间轴可以达到的高的初级传动比是可能做到的，因此以有利的方式在对策中可以减小Wolfrom传动比。

通过权利要求16中所述的特征可以达到简化行星齿轮的加工。因此这一措施是有利的，因为在行星齿轮传动装置中行星齿轮至少存在四列。

通过在权利要求17中所述的倾斜的旋转轴，可以获得中间轴第一齿组与行星齿轮运动学准确的啮合。

通过采取权利要求18所述的措施，可获得本发明思想在传动装置中的一种有利的应用，其中，在两个空心齿轮上啮合的运动学参数互相可独立地优化。在这种情况下通常规定有明显的阶段。

通过权利要求19所述的特征创造了简单的装配条件。

在权利要求20中列举了本发明思想在一种传动装置中有利的应用，其中，在两个空心齿轮上啮合的运动学参数可彼此独立地优化。与此同时可以减少齿隙调整片的费用以及轴承的数量。此外通过避免斜轴简化行星齿轮架的加工使得成本下降。在这种情况下行星齿轮分别得到两个反向锥形的齿组。

按本发明按照权利要求21，行星齿轮的锥形齿组设计为阶梯形尤其是明显地分成阶段的。

采取这一措施同样可以有效地减小Wolfrom传动比并因而有效地降低内部齿滚动功率、噪声、摩擦力矩、发热和惯性矩。这一点通过按本发明提高初级传动比是可能的。

采用权利要求22中所述的相宜的设计可以简化装配。

通过权利要求23所述的特征，将轴承滚道组合在空心轮内，明显地节省了结构空间，所以可以提供更多可供使用的空间用于在狭窄的结构空间内安置全部齿轮以实现高的传动比。

下面借助于附图原理性地说明本发明的实施例。

其中：

图1表示按本发明的行星齿轮传动装置啮合原理的端面视图；

图2按图1的线Ⅱ-Ⅱ至Ⅵ-Ⅵ的剖面，包括圆柱形连续的行星齿轮和圆柱形空心齿轮；

图3与图2相应的剖面图，表示具有圆柱阶梯形行星齿轮和锥形空心齿轮的行星齿轮传动装置；

图4在与图2相应的剖面中表示具有双锥形行星齿轮的行星齿轮传动装置；

图5在与图2相应的剖面中表示具有圆柱阶梯形行星齿轮和圆柱形空心齿轮的行星齿轮传动装置；以及

图6在与图2相应的剖面中表示具有圆柱形连续的行星齿轮和锥形空心齿轮的行星齿轮传动装置。

因为此类行星齿轮传动装置基本上是已知的，所以下面只详细说明与本发明有关的重要部分。

此行星齿轮传动装置在输入端有一中央太阳齿轮1，它可旋转地支承在行星齿轮架2中。行星齿轮架2有两块侧板3和4，它们通过隔板5互相连接。在行星齿轮架2的侧板4中悬臂地装有两根中间轴6。每一根中间轴6有两个齿组，亦即一个较大的齿组7和一个较小的齿组8。可设计为传扭地装在中间轴6上的齿轮的较大齿组7与太阳齿轮1啮合。如图2至6所示，太阳齿轮1和大的齿组7位于两块侧板3和4之外或在侧板4背朝侧板3的外侧。小的齿组8可以或与中间轴6制成一体，或设计为单独的并与中间轴6传扭连接的齿轮。

总共有四个行星齿轮10通过滚针轴承和轴9支承在行星齿轮架2的侧板3和4中。

一个固定的空心齿轮11和一个旋转的空心齿轮12与行星齿轮10啮合，空心齿轮12意味着输出端。

在固定的空心齿轮11和构成传动装置输出轴的可旋转的空心齿轮12之间，装有一个没有详细表示的主轴承13，它的滚动体滚道直接加工在这两个空心齿轮上。

为了增强其中装有中间轴6及其轴承14的行星齿轮架2的侧板4，在轴承14安装孔区域内通过肋或接片15增强侧板4(见图1上部和图2至6中虚线所示)。

此外由图1还可见，两个与位于它们中间的中间轴6较小的齿组8共同啮合的行星齿轮10的轴的中心与有关的中间轴6的轴18的中心的连线16和17，在垂直于轴线的剖面中看，形成一个在180°和195°之间的夹角D。

在图2和6中表示的实施例基本上是相同的结构型式，所以符号保持一致。它们的区别仅在于行星齿轮、空心齿轮和具有其齿组的中间轴的设计和位置。

例如在图2中表示的行星齿轮传动装置有圆柱形连续的行星齿轮10和圆柱形空心齿轮。

图3表示的行星齿轮传动装置有两个设在每一根轴9上的圆柱阶梯形行星齿轮齿组10A和10B以及锥形的空心齿轮11和12。如图所示，轴9的轴线19朝行星齿轮传动装置的主轴线20略有倾斜。倾斜角可约为3°，并从侧板4起沿着朝侧板3的方向向外延伸。

类似地，中间轴6的纵轴线21同样朝行星齿轮传动装置的主轴线20倾斜。倾斜角可约为2°-2．5°，并同样从侧板3起沿着朝侧板4的方向向外延伸。

图4表示的行星齿轮传动装置有双锥形行星齿轮齿组10C和10D，轴9和中间轴6的轴线平行于行星齿轮传动装置的主轴线20。两个空心齿轮11和12的齿组在这种情况下当然与双锥形的行星齿轮齿组10C和10D相匹配。

在图5中表示的行星齿轮传动装置，有各两个圆柱阶梯形行星齿轮齿组10E和10F，和有圆柱形空心齿轮11和12，以及有在中间轴6上的圆柱形小齿轮8。

图6表示的行星齿轮传动装置有圆柱形连续的行星齿轮10，这与图2所示的设计一样。按与图3所表示的实施例相同的方式，空心齿轮11和12是锥形的，以及，四根轴9的纵轴线19和两根中间轴6的纵轴线21均相对于行星齿轮传动装置的主轴线20倾斜。

中间轴6的小齿组8可与行星齿轮10的齿组区啮合，后者与位于远离中间轴6大齿组7的空心齿轮11啮合。但是也可以作相反的配置，即，中间轴的小齿组8与行星齿轮10的齿组区啮合，而后者与位于靠近中间轴大齿组7的空心齿轮12啮合。

如图所示，中间轴6的小齿组8以及太阳齿轮1的齿组分别悬臂地支承在具有内部啮合的齿轮的齿啮合中。

中间轴6的大齿组7可设计为分开的正齿轮的形式，它借助于齿位准确的形状相配的齿啮合或通过热压配合与中间轴6传扭连接。至少在两个空心齿轮11和12上和在行星齿轮10上，齿组应如与行星齿轮10啮合的中间轴6的齿组那样制成斜齿，也就是说制成渐开线斜齿或渐开线螺旋面。

在行星齿轮10上的这些齿组的斜角至少应有大体相同的齿侧线螺距。同理，两个斜角的方向应当一致。

中央太阳齿轮1和与之啮合的中间轴6的齿组7同样可以制成斜齿，在中间轴6上的这些齿组7的斜角至少有大体相同的齿侧线螺距。两个斜角的方向同样应当相同。

在轴9的纵轴线19和中间轴6的纵轴线21相对于主轴线20倾斜时，这些倾斜位置应选择为这样，即，使这些倾斜的轴线与传动装置的主轴线20至少大体在同一点相交。

在设计具有圆柱阶梯形齿组10A、10B或10E、10F(图3和5)的行星齿轮时，应分别采取相同的齿数。

如由图4可见，这两个空心齿轮11和12可相对于传动装置主轴线倾斜，其中，这两个空心齿轮11和12的斜角以及行星齿轮与它们啮合的齿组10C和10D的斜角互相反向延伸。

行星齿轮的两个反向锥形的齿组10C和10D在平均直径处设计为有明显的阶段。

类似地也适用于具有圆柱阶梯形齿组10A、10B或10E、10F的行星齿轮设计，如图3和5中所示，其中阶段应同样是明显的。

在具有基本上圆柱阶梯形齿组的行星齿轮的设计中它们应互相补偿，使它们构成一个恒定的连续的圆柱齿组。

此外可以规定，在一些中间轴6的大齿组7中总有一个相对于同一根中间轴6的小齿组有一个任意的固定的位置配置，而其余的一根或多根中间轴6的其他的齿组设计成可通过一个可旋转可装配的法兰连接进行调整，其中由于略大一些的螺钉通孔产生一有限的旋转间隙，以及螺钉孔的数量选择为与要调整的齿组的齿数不能整数除尽(图中未表示)。

Claims (23)

1．行星齿轮传动装置，有两个沿轴向并列配置的空心齿轮、有多个行星齿轮，它们可旋转地支承在一个行星齿轮架上；以及有一个中央太阳齿轮，其特征为：每两个行星齿轮(10)之间设有一中间轴(6)，中间轴各有两个齿组(7、8)，其中，小齿组(8)同时与两个相邻的行星齿轮(10)啮合，该中间轴(6)便设在这两个行星齿轮之间，以及，与第一个相比其节圆较大的第二齿组(7)与中央太阳齿轮(1)啮合。

2．按照权利要求1所述的行星齿轮传动装置，其特征为：两个与位于它们之间的中间轴(6)上的小齿组(8)共同啮合的行星齿轮(10)的轴中心与有关的中间轴(6)的轴中心(18)的连线(16、17)，在与轴线垂直的剖面中看，形成一个在180°与195°之间的夹角(D)。

3．按照权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置，其特征为：在有两块通过隔板(5)互相连接在一起的侧板(3、4)的行星齿轮架(2)旁，中间轴(6)较大的与太阳齿轮(1)啮合的齿组(7)设在行星齿轮架(2)的侧板(3、4)以外的轴向平面内。

4．按照权利要求1至3之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)较小的第一齿组(8)与行星齿轮(10)的齿组区啮合，此行星齿轮与远离中间轴(6)上第二个较大的齿组(7)的那个空心齿轮(11)啮合。

5．按照权利要求1至3之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)较小的第一齿组(8)与行星齿轮(10)的齿组区啮合，此行星齿轮与靠近中间轴(6)上第二个较大的齿组(7)的那个空心齿轮(12)啮合。

6．按照权利要求1至5之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)上较小的齿组(8)和／或中央太阳齿轮(1)的齿组，分别悬臂地支承在与之啮合的那个齿轮的齿啮合中。

7．按照权利要求3至6之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮架(2)装有导引中间轴(6)的轴承(14)的侧板(4)，在轴承(14)安装孔所在区通过肋、接片(15)或类似物增强。

8．按照权利要求1至7之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)上较大的齿轮(7)设计为形式上为单独的正齿轮，它借助于齿位准确的形状相配的齿啮合或通过热压配合与中间轴(6)传扭连接。

9．按照权利要求1至8之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：两个空心齿轮(11、12)和中间轴(6)较小的齿组(8)设计为锥形的。

10．按照权利要求1至9之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：至少两个空心齿轮(11、12)和在行星齿轮(10)上的各两个齿组和在中间轴(6)上的与行星齿轮(10)啮合的齿组(8)均制成斜齿。

11．按照权利要求10所述的行星齿轮传动装置，其特征为：在行星齿轮(10)上的这些齿组的斜角有至少大体相等的齿侧线螺距；以及，两个斜角的方向相同。

12．按照权利要求10或11所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中央太阳齿轮(1)和与之啮合的中间轴(6)第二齿组(7)同样制成斜齿，在中间轴(6)上的第一和第二齿组(7和8)的斜角至少有大体相同的齿侧线螺距；以及，两个斜角的方向相同。

13．按照权利要求1至12之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中央太阳齿轮(1)设计为圆柱形的。

14．按照权利要求1至13之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)上与中央太阳齿轮(1)啮合的第二齿组(7)设计为圆柱形。

15．按照权利要求1至14之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：两个空心齿轮(11、12)齿数的差别，应选择为是行星齿轮(10)齿数的两倍或多倍这么大。

16．按照权利要求1至15之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮(10)有两个基本上圆柱形的齿组(10A、10B)并支承在一根沿径向相对于传动装置主轴线(20)倾斜成一个角度的旋转轴(19)上。

17．按照权利要求16所述的行星齿轮传动装置，其特征为：中间轴(6)支承在一根沿径向相对于传动装置主轴线(20)倾斜成一个角度的旋转轴(21)上，其中，行星齿轮轴线(19)，与中间轴(6)的轴线(21)一样，与传动装置的主轴线(20)至少大体相交在同一点上。

18．按照权利要求16所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮(10)的两个基本上圆柱形的齿组(10A、10B和10E、10F)设计成阶梯形的。

19．按照权利要求18所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮(10)的阶梯形圆柱齿组(10A、10B和10E、10F)分别有相同的齿数。

20．按照权利要求1至17之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：两个空心齿轮(11、12)相对于传动装置的主轴线倾斜，其中，这两个空心齿轮(11、12)的倾斜角和行星齿轮(10)与之啮合的齿组(10C、10D)的倾斜角互相反向延伸；以及，行星齿轮(10)以及中间轴(6)分别位于一根相对于传动装置的主轴线(20)基本平行的旋转轴线上。

21．按照权利要求20所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮(10)的两个反向锥形的齿组(10C、10D)平均直径设计为阶梯形的。

22．按照权利要求21所述的行星齿轮传动装置，其特征为：行星齿轮(10)反向锥形的齿组(10C、10D)各有相同的齿数。

23．按照权利要求1至22之一所述的行星齿轮传动装置，其特征为：在固定的空心齿轮(11)与构成传动装置输出轴的可旋转的空心齿轮(12)之间设有一主轴承(13)，其中，主轴承(13)滚动体的滚道直接加工在两个空心齿轮(11和12)内。

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