复合行星齿轮装置和齿轮装置制造方法及图纸

本发明专利技术总体涉及用于通过将转矩分到几个转矩传递齿轮部件来在两个转轴之间传递转矩的复合行星齿轮装置。齿轮装置可以包含换挡结构和自由轮结构。本发明专利技术还涉及具有提高的扭转顺应性能力的齿轮装置，这些齿轮装置有利地可以用于所述复合行星齿轮装置以及诸如其他超定系统或间歇负荷和力发生的其他应用处。根据一个方面，本发明专利技术涉及一种齿轮装置(700、800、900)，该齿轮装置包括：第一部分(710、810、910)，该第一部分设置为旋转地固定到轴；第二部分(720、820、920)，该第二部分可旋转地连接到第一部，并且设置有用于与相邻齿轮啮合的齿轮齿。第一部分和第二部分借助于允许第一部分与第二部分之间的有限相对旋转的至少一个第一可弹性变形构件(750、850、950)机械连接。第二部分(720、820、920)的齿轮齿(721、821、921)为螺旋形，并且齿轮装置被设置为允许第一部分与第二部分之间的有限相对轴向位移。

Compound planetary gear unit and gear unit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合行星齿轮装置和齿轮装置
本专利技术总体涉及用于通过将转矩分到几个转矩传递齿轮部件来在两个转轴之间传递转矩的复合行星齿轮装置。齿轮装置可以包含换挡结构和自由轮结构。本专利技术还涉及具有提高的扭转顺应性能力的齿轮装置，这些齿轮装置有利地可以用于所述复合行星齿轮装置以及诸如其他超定系统或发生间歇负荷和力的其他应用处。
技术介绍
存在需要将旋转运动或转矩变换成另一种旋转运动和转矩的许多应用。在大部分情况下，某种行星和复合行星齿轮装置可以用于这种旋转到旋转结构。这种应用的示例是如必须将低RPM下的高转矩变换成具有更高RPM的更低转矩的风力和流体动力磨机或将高RPM变换成具有更高转矩的更低RPM的燃气轮机的装置。在诸如汽车和卡车以及其他陆上、海洋以及空中运输工具的燃烧发动机或电动马达的其他驱动示例中，这些驱动结构在许多情况下使用经常具有换挡比的齿轮箱来将高RPM和低转矩转换成具有低RPM的高转矩，以便维持有力且高效的能量变换。本专利技术与公知行星齿轮构造具有类似性，但装配有新专利技术，这些新专利技术使得可以产生具有高齿轮比和变换齿轮比的可能性的非常紧凑轻量级齿轮箱和具有齿轮箱的体积和重量的边际变化或无变化的自由轮结构。这在如在快速加速和减速期间需要的将电动马达用于在高力期间对卡车和企业家机器以及其他机器和结构提供动力时可能特别受关注。在诸如行星齿轮的、在几个齿轮部件之间分流所传递转矩的齿轮装置处，存在齿轮装置的超定问题。这种超定可能导致齿轮部件的不平衡负荷和不均匀磨损。本专利技术不仅涉及解决与超定有关的问题，还提供减小在借助齿轮装置所传递的力大幅变化时发生在齿轮装置中的瞬态力的减震。在这些类型的齿轮装置处，整个结构耐用并具有长且可预测的使用寿命利害攸关。另外的一个重要方面是体积重量相对于齿轮比尽可能低，并且齿轮箱应容易组装和维护。本专利技术可以用于上面提及的类型的各种应用以及其他应用。演示本专利技术可以如何提高齿轮装置的功能的特定关注的应用是风力发电行业。在该行业中，行星齿轮箱起到从涡轮机或转子叶片到用于生成电力的发电机的动力传动系统的关键部件作用。由于运动中的大质量、螺旋桨以及发电机产生的湍流风变化引起穿过齿轮箱的力方向的突然强烈变化。该方向变化连同齿轮箱传动系内的气隙和刚度导致对于啮合齿和轴承中的冲击波和高超载。齿轮齿之间的金属接触将污染齿轮箱中的油。将油品质优化至RPM粘度和清洁度非常重要。为了进一步延长寿命，必须产生可以用新的更佳优化部件在适当的位置更换脆弱零件(诸如轴承和齿轮)的齿轮箱。此外，如在NREL会议论文；NREL/CP-5000-55355；Y.Guo、J.Keller以及R.Parker的“DynamicAnalysisofWindTurbinePlanetaryGearsUsinganExtendedHarmonicBalanceApproach”在2012年6月的预印本中描述的，瞬态力在风车中非常常见，并且可能对借助齿轮箱实现所分转矩的均匀分布的这种结构具有消极寿命因素。风车齿轮箱的低寿命的原因尚不完全清楚，但已经测试许多不同种类的行星轮系。许多风车制造商现在寻求直接驱动的永久磁铁，但它们由于使用是有限资源的土金属而变得非常大、重且昂贵。齿轮箱是一种用于改变转速、转矩和/或从一个转轴到另一个的旋转的动力传递的装置。轮轴之间的该动力传递通常借助两个圆柱齿轮之间的协作啮合来进行。这意味着在滚动和滑动移动时仅两个齿侧传递当前转矩。对于其两个配合的齿面，啮合必须针对在齿轮之间传递的转矩而设定尺寸。这可以通过改变齿轮直径、宽度以及啮合来进行。齿轮材料和齿面的硬度以及润滑齿轮箱的油自然构成用于增大的强度和对机械摩擦的增大抗性的极其重要因素。在圆柱齿轮箱中，当更大直径主动齿轮与具有更小直径从动齿轮啮合时，发生升档。对应地，在更小直径主动齿轮与更大直径从动齿轮啮合时，发生降档。在需要高升档或降档的应用处，可能需要几个齿轮阶。例如1:5的第一阶可以由例如1:5的第二阶补充，这产生1:25的总升档。如果两个啮合齿面必须适于大输入转矩，诸如例如在提取风能以生成电能时，圆柱齿轮装置可能导致与其齿轮比相关的大且重的齿轮箱。为了避免该问题，已经提出用于提供具有高速比的紧凑能量密集齿轮装置的各种不同行星齿轮箱，该速度比可以被理解为齿轮箱的输入和输出轴的输入速度相对于输出速度。行星齿轮箱被建造在三种元件周围：行星齿轮、行星架以及构成外环形齿轮或环形轮和内部太阳齿轮或太阳轮的主齿轮。凭借这种齿轮箱，可以将进入的转矩分到环形齿轮与太阳齿轮之间的、借助齿轮箱协作变换转矩的若干行星齿轮上。行星齿轮箱可以以许多方式来制造，但大多数通常作为单级或复合变速箱。在单级行星齿轮箱中，若干单级行星齿轮在环形齿轮与太阳齿轮之间直接变换转矩。在复合行星齿轮变速器中，转矩经由若干行星齿轮组从环形齿轮传递到太阳齿轮，各行星齿轮组包括至少两个行星齿轮，其中一个与环形齿轮啮合，一个与太阳齿轮啮合。各组中的行星齿轮在复合行星齿轮箱中可以与彼此啮合接触，或者如在分阶复合行星齿轮箱中借助于公共轴固定到彼此。这种复合行星齿轮装置可以生成比单级行星变速箱更高的速度比，但这些结构需要不太快速磨损的非常高的机器耐受性。行星齿轮箱托架在一些实施方式中可以连接到传动输入/输出轴，由此，凭借固定环形齿轮，借助其旋转的行星齿轮将转矩变换到太阳齿轮，并且借助其连接变换到输出/输入轴。在其他示例中，托架可以固定到齿轮箱，这转而意指环形齿轮连接到齿轮箱输入/输出轴。由此，旋转环形轮凭借其旋转行星齿轮借助固定行星齿轮架传递转矩，这些行星齿轮将转矩变换到连接到输出/输入轴的太阳齿轮。关于分流传动极其重要的是转矩的变换均匀地分配到所涉及的嵌齿轮侧面上。凭借用于单级行星齿轮箱构造中的三个行星齿轮，太阳齿轮可以借助三个行星齿轮齿面定心，并且由于物理和几何原因而给出生成环形齿轮与太阳齿轮之间的均匀力传递分布的可能性。然而，这些解决方案由于其他问题而不经常这样使用。在用于风力涡轮机、汽车等的许多行星齿轮箱中，如在复合第一齿轮阶中的三个甚至四个行星齿轮经常用于以下这种组合中：所涉及的轴和嵌齿轮以极致精度整体铣削并切割，来尝试避免超定，这进一步限制可以如何建造并组装总齿轮箱的方式(如何优化组装和如何使用整个齿轮箱变速器中的空间的低物流可能性)。超定的该问题和另外问题经常导致3个或多个齿轮阶用于在环形齿轮与太阳齿轮之间输送进入的初级转矩，以将齿轮比减小为如例如1:68。在单级变速箱中具有三个行星齿轮的情况下，可以凭借环形轮的内部啮合来实现大约1:12的齿轮比。在该高齿轮比下，太阳轮及其轴将在尺寸上不成比例，由此通常实际上使用更低的齿轮比。在单级行星齿轮箱中具有四个行星齿轮的情况下，在行星齿轮开始碰撞彼此之前，可以实现大约1:5.2的齿轮比，在六个行星齿轮的情况下，大约为1:2.5，并且在八个行星齿轮的情况下，大约为1:2。现有技术美国专利6459165涉及风力发电，并且公开了一种在各阶中具有三个行星齿轮的二级行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮装置(700、800、900)，该齿轮装置包括：/n第一部分(710、810、910)，该第一部分设置为旋转地固定到轴；/n第二部分(720、820、920)，该第二部分以可旋转的方式连接到所述第一部分，并且设置有用于与相邻齿轮啮合的齿轮齿；/n其中，所述第一部分和第二部分借助于允许所述第一部分与第二部分之间的有限相对旋转的至少一个第一可弹性变形构件(750、850、950)机械地连接，/n其特征在于：/n所述第二部分(720、820、920)的所述齿轮齿(721、821、921)为螺旋形，并且所述齿轮装置被设置为允许所述第一部分与所述第二部分之间的有限相对轴向位移。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170323 EP 17162687.2;20170323 EP 17162688.0;20171.一种齿轮装置(700、800、900)，该齿轮装置包括：
第一部分(710、810、910)，该第一部分设置为旋转地固定到轴；
第二部分(720、820、920)，该第二部分以可旋转的方式连接到所述第一部分，并且设置有用于与相邻齿轮啮合的齿轮齿；
其中，所述第一部分和第二部分借助于允许所述第一部分与第二部分之间的有限相对旋转的至少一个第一可弹性变形构件(750、850、950)机械地连接，
其特征在于：
所述第二部分(720、820、920)的所述齿轮齿(721、821、921)为螺旋形，并且所述齿轮装置被设置为允许所述第一部分与所述第二部分之间的有限相对轴向位移。


2.根据权利要求1所述的齿轮装置，该齿轮装置包括至少一个第一可弹性变形构件(750、850、950)，该第一可弹性变形构件在所述第一部分(710、810、910)与所述第二部分(720、820、920)之间的相对旋转位移期间变形。


3.根据权利要求1或2所述的齿轮装置，其中，所述至少一个第一可弹性变形构件(750、850、950)被设置为在所述第一部分(710、810、910)与所述第二部分(720、820、920)之间的相对轴向位移期间变形。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的齿轮装置，该齿轮装置包括至少一个第二可弹性变形构件，该第二可弹性变形构件被设置为在所述第一部分与所述第二部分之间的相对轴向位移期间变形。


5.根据权利要求1至4中任意一项所述的齿轮装置，该齿轮装置包括至少一个轴承(741、841a、841b、941a、941b)，所述轴承设置在所述第一部分(710、810、910)与所述第二部分(720、820、920)之间，用于减小所述第一部分与第二部分之间在相对旋转期间的摩擦。


6.根据权利要求1至5中任意一项所述的齿轮装置，其中，所述第一部分(710、810、910)包括具有用于接收所述轴的轴向孔(711a、811a)的中心毂(711、811、911)和被设置在距所述毂的中心轴线一径向距离处的至少一个第一接触构件(714、814、914)；其中，所述第二部分(720、820、920)包括具有外围螺旋齿(721、821、921)的环形有齿构件(722、822、922)和至少一个第二接触构件(724、824a、824b、927a、927b)；并且其中，一可弹性变形构件(750、850a、850b、950)设置在所述第一接触构件与第二接触构件之间。


7.根据权利要求6所述的齿轮装置，其中，所述第一部分(710、810)包括径向盘(712、812)，该径向盘从所述毂(711、811)径向地延伸并且承载从所述径向盘轴向地延伸的若干第一接触构件(714、814)，其中，所述第二部分包括至少一个托架盘(723、823a、823b)，该托架盘固定到所述有齿构件(722、822)并且展示出对应数量的凹部(724、824a、824b)；并且其中，在各凹部中且围绕各第一接触构件接收一环形可弹性变形构件(750、850)。


8.根据权利要求7所述的齿轮装置，所述第二部分(820)包括设置在所述径向盘(812)的相对轴向侧处的两个托架盘(823a、823b)。


9.根据权利要求1至8中任意一项所述的齿轮装置，该齿轮装置包括调节部件(725、726、727、825、826、827、928a、928b、929a、929b、939a、930b)，这些调节部件用于调节所述第二部分(720、820、920)的所述齿轮齿(721、821、921)与所述轴之间的标称相对旋转位置。


10.根据权利要求2至9中任意一项所述的齿轮装置，其中，所述至少一个第一可弹性变形构件(750、850a、850b、950)包括聚合物材料。


11.根据权利要求2至9中任意一项所述的齿轮装置，其中，所述至少一个第一可弹性变形构件包括扭簧。


12.一种复合行星齿轮装置(1)，该复合行星齿轮装置包括：
外壳(10)，该外壳封闭内部空间；
第一旋转输入或输出轴；
环形齿轮，该环形齿轮被固定到或能够连接到所述第一输入或输出轴；
太阳轮，该太阳轮能够连接到第二输入或输出轴；以及
至少两个行星齿轮单元，各行星齿轮单元包括具有与所述环形齿轮啮合的初级行星齿的初级行星齿轮和具有与所述太阳轮啮合的次级行星齿的次级行星齿轮，所述次级行星齿轮借助于行星轴与所述初级行星齿轮轴向地连接，
其特征在于：
一结构主体(16)设置在所述内部空间中并且固定到所述外壳(10)，该结构主体被形成为整体，该结构主体(16)展示出若干轴向孔(20a、20b、22a、22b)，这些轴向孔被设置为限定相应轴承的绝对和相对位置，所述第一输入或输出轴和所述行星轴借助这些轴承通过轴颈连接到所述结构主体。


13.根据权利要求12所述的复合行星齿轮装置，其中，所述轴向孔包括用于限定所述轴承的所述位置的行星轴孔(20a、20b)，所述行星齿轮轴借助这些轴承通过轴颈连接到所述结构主体(16)，所述行星轴孔(20a、20b)成对设置，每对行星轴孔包括轴向地对齐且轴向地分离的第一行星轴孔(20a)和第二行星轴孔(20b)。


14.根据权利要求13所述的复合行星齿轮装置，其中，所述轴向孔包括用于限定所述轴承的所述位置的第一输入或输出轴孔(22a、22b)，所述第一输入或输出轴借助这些轴承通过轴颈连接到所述结构主体(816)，所述第一输入或输出轴孔成对设置，每对第一输入或输出轴孔包括轴向地对齐且轴向地分离的第一第一输入或输出轴孔(22a)和第二第一输入或输出轴孔(22b)。


15.根据权利要求12至14中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述结构主体(16)包括第一主体部(17)和第二主体部(18)，该第二主体部借助于至少一个轴向延伸距离部(19)与所述第一主体部(17)轴向地分离。


16.根据权利要求15所述的复合行星齿轮装置，其中，所述第一主体部(17)包括所述第一行星轴孔(20a)和第一输入或输出轴孔(22a)，并且其中，所述第二主体部(18)包括所述第二行星轴孔(20b)。


17.根据权利要求16所述的复合行星齿轮装置，其中，所述第二主体部(18)包括第二输入或输出轴孔(22b)。


18.根据权利要求15至17中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述第一主体部(17)设置在所述内部空间的轴向中心区域处。


19.根据权利要求15至19中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述第二主体部(18)设置为接近所述外壳(10)的轴向端壁。


20.根据权利要求12至19中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述外壳(10)包括若干模块化外壳部件(11、14、15)，这些外壳部件被设置为从所述第一主体部(17)并沿两个轴向方向向外一个接另一个地顺序组装。


21.根据权利要求13至20中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述外壳(10)包括展示出若干端壁孔(24)的轴向端壁(15)，各端壁孔与相应对的所述第一行星轴孔(20a)和第二行星轴孔(20b)对齐并且被设置为接收用于将相应行星轴通过轴颈连接到所述端壁(15)的附加轴承。


22.根据权利要求12至21中任意一项所述的复合行星齿轮装置，该复合行星齿轮装置包括至少一个环形嵌件(21、23a、23b)，该嵌件能够插入所述孔(20a、22a、22b)中的对应一个孔以及能够从所述孔去除，用于在插入时将相应轴承固定到所述结构主体(16)并在去除时增强穿过所述孔的进入。


23.根据权利要求12至22中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，所述外壳包括：第一轴开口，该第一轴开口设置在第一轴向端壁中，并且接收所述第一输入或输出轴；和第二轴开口，该第二轴开口设置在第二端壁中，并且接收所述第二输入或输出轴。


24.根据权利要求12至23中任意一项所述的复合行星齿轮装置，其中，各行星齿轮单元包括传动装置，该传动装置被设置为允许所述次级行星齿相对于所述初级行星齿的有限弹性旋转。


25.一种复合行星齿轮装置(200、300)，该复合行星齿轮装置包括：
第一旋转输入或输出轴(220、320)；
环形齿轮(222、322)，该环...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·伦德贝克，
申请(专利权)人：串联驱动器公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE