用于在周转轮系传动中进行低损失扭矩传递的方法

专利名称：用于在周转轮系传动中进行低损失扭矩传递的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在具有多个行星单元的一个单级周转轮系的传动中借助一输入轴将以低转速传入传动的扭矩低损失和低噪声地传递给一相当高转速的输出轴的方法。
背景技术：
机械传动用作在执行各种边界条件中将借助一驱动轴传入的一个扭矩以一种尽可能无损失、操作可靠和低成本高效率的方式传递给一输出轴。被预先确定的边界条件涉及构造尺寸或可以提供的空间、被传递的扭矩的大小、预先确定的在输入和输出过程中的轴转速，而且涉及有关无噪声、操作可靠和均匀利用的程度以及对传动的简单装配和维护的设计要求。
在缓慢运行的传动中的功率损失主要是由在啮合齿轮之间和在轴轴承上的轴向和/或径向力所产生的摩擦损失。
鉴于其重要性，使在传动中的扭矩损失减小到最低限度的多种提议已为大家所知，而上面所称的必须被考虑的边界条件必需达到折衷。
传动齿轮设计采用直线或螺旋形齿。为了补偿轴向力并使在轴承上的功率损失减小到最小程度，螺旋形齿设计成双螺旋或人字形齿，即一齿轮或一齿轮单元具有彼此邻近的两个对半的斜齿或构成一个单元并相应在齿状区域倾斜的两个对半轮。
一特定组的传动包含多个步进的行星。这些传动被理解为是指这样的传动带有一个行星单元或为了扭矩分配或负荷分配的目的较理想带有多个围绕其行星轴转动并且如合适的话另外围绕位于带一太阳小齿轮的行星单元中央的传动部件的轴进行轨道运行的行星单元的传动(固定传动/行星传动)。该行星单元在该传动中总是与一扭矩输入和一扭矩输出传动部件，例如一个环形轮和一个太阳小齿轮共同运行。具有不同齿数的两个齿轮或齿轮单元这样布置在一行星单元的轴上，以使其彼此隔开和彼此固定地相对转动。步进的周转轮系传动使具有一个在一传动级中比具有单个的多行星的周转轮系传动高的传动比成为可能。这些步进的周转轮系传动还具有比真正的两级周转轮系传动少的零件因而被采用。为了得到一个紧凑型的构造，周转轮系传动传统地采用动力分离的方式设计。
在迫切要求步进的周转轮系传动无噪音运行的情况下，齿轮的轮齿常常设计成螺旋形轮齿。简单的螺旋形轮齿在扭矩传递过程中会导致令人讨厌的在啮合齿轮之间的轴向力。作为一种对策，众所周知的是通过选择固定设置在一根行星轴上的用于负荷输入和负荷输出的两个行星齿轮的螺旋方向和螺旋角的大小来抵消轴向力发生因而保持一行星单元的合成轴向力尽可能的小。在一行星单元中未被抵消的轴向力和倾覆力矩只好由该行星单元的轴的轴承吸收。
在带有传动的一个驱动或输出部件的螺旋形齿形行星单元的共同运行过程中，相当大的轴向力始终传递给这些螺旋形齿形行星单元，特别是在将两个或多个行星单元用于动力分离的接近实际的情形时。此外，在用于吸收轴向力的轴承尺寸和轴承设计方面，在安装迅速旋转的传动部件例如具有通常设计成可径向自由调整的太阳小齿轮的输出部件时，大的轴向力要求花费相当大的结构费用。其结果是产生不希望有的在轴承上的功率损失。
在一步进的行星组件内的多个单独的行星单元中，为了将均匀的负荷分配给这些单独的行星单元而同时抵消轴向力，多个单独齿轮的角度位置(轮齿螺旋、在行星轴上的角度位置)的高精度组合排列是必要的。这就要求在制造和/或装配方面花费相当大的费用。而且，例如由于不均匀的热膨胀、在传动中不同轴上相啮合的简单螺旋齿的两个齿轮之间的轴向距离的改变对将负荷分配到围绕一主中央单元布置的多个单独的行星单元具有相当大的影响。
行星单元的彼此分开间隔的两个齿轮或双齿轮迄今已有一种相同的直齿形或相同的螺旋齿形或者双螺旋齿形。仅仅有关这些设计变型就有足够的传动特性的经验可供熟悉本技术的人员参考。
在为熟悉本技术领域的人员所熟悉的有关一种周转轮系传动的设计、其对轴向力的作用、功率损失和负荷分离这种基础知识的应用方面，过去所做出的努力集中在吸收在尽可能低损失的轴的轴承上的不可避免的力方面和/或者为此目的建议尽可能节省的空间而几乎不对传动尺寸有害的的设计方面，此外就是采取措施使轴向力尽可能保持远离轴的轴承，即抵消这样的轴向力，从而无需有技术上复杂而最需维修的轴承。
在前者情况中的努力的一个例子是德国专利DE 19917605A1。这个例子涉及一种能够被插入到一驱动轴上并具有一多级行星布置的传动装置。力输入或扭矩输入通过一内部加工有齿形的环轮发生于具有相对于传动箱体固定的轴的一第一行星级。根据这些技术条件，其发明的启示涉及一种用于输入轴的节省空间的轴承结构，包括非确实和/或确实地安装在输入轴上的环轮。
下面对有关采用措施以进行力抵消和/或负荷分配在周转轮系传动中的多种已知出版物进行代表性的概述。
为了限制在一传动装置中的在驱动轴和输出轴上的未被抵消的轴向力以及为了使在一多级行星的单个行星单元的安装保持尽可能无轴向力，德国专利DE 4017226建议有一个传动装置的设计，该传动装置带有至少三个被均匀分配在圆周上的行星单元，一个行星单元的数个齿轮通常设计成通过一轴向弹性离合器相互连接的双分离轮。由于在两根轴之间的距离依据齿轮彼此相对的不可避免的变化位置而变化，这种技术复杂的已有设计另外需要一个轴向弹性连接的离合器用于驱动轴和/或输出轴，而另一方面，该传动相对于外部来说并不是无轴向力的。在两个双螺旋形轮齿与多个弹性离合器相结合所花费的巨大费用在经济上是无可非议的，至多是在具有外环轮和/或在高的圆周速度时的动力分离的固定传动装置中。
德国专利DE3923430C2揭示一种用于一个带有单独行星单元的周转轮系传动的一个正齿轮，该正齿轮带有双螺旋的轮齿，具有一个人字形的轮齿，所述的正齿轮设计成制造方面要比两个单独的齿轮或具有一相反的但相等的螺旋角的两半个轮的容易。该两半个轮根据在一种特定运行中的转动并具有外形一致性而固定地彼此连接。这在两个半轮的连接压配时借助压力油连接发生，由此该两个半轮可以通过被转动到一个共同中央平面而予以调整。结果是一种两个齿轮半对对称安装，在技术方面结构费用很高。由于没有多个行星单元，不会产生将均匀的负荷分配到不同行星单元的目标。
德国专利DE19961695A1涉及一种周转轮系传动装置，如上所述也无负荷分配到多个行星单元，其具有一个固定安装的固定轮，该固定轮具有双螺旋轮齿并与一具有相应轮齿的游滑轮相啮合，该双螺旋轮齿的两部分区域的每一个轮齿以这样方式具有不同的螺旋角即在这些双齿轮啮合过程中以控制方式形成的合力的轴向分力相应于其在相反方向上的作用和其通过输出轴的游滑轮被引入该传动装置，例如在与在相同轴上的游滑轮一起旋转的该第二个齿轮的仅单个螺旋轮齿的情形时。然而在实际中，这个抵消可能仅确保游滑轮轴没有相对于外部的轴向力以及两个双螺旋轮齿彼此相对地居中并承受相等的应力。并未产生对于力抵消即对均匀负荷分配于多个行星单元的力抵消的另外的困难。

发明内容
因此，本发明所基于的目的是提供一种适合于在低的轴转速时将被传入的扭矩低损失和低噪声地传递给与输入轴相比较具有高转速的较理想是同轴定位的输出轴以及没有或尽可能防止上述方法和传动装置设计的缺点的方法和一种多级周转轮系传动装置。因此，本发明的目的是提供一种经济的方法和低成本的结构装置，以在一种负荷分离或动力分离的传动中尽可能完全抵消轴向力而将均匀的负荷分配给数个单独的行星单元。
上述的目的根据本发明是通过权利要求1技术特征的方法得以实现。一种适合于其的传动装置具有权利要求11的技术特征。
该方法的较佳实施例是在从属权利要求中被描述。
用于实施该方法的周转轮系传动装置的较佳实施例在图1a和图1b中显现。


图1a示出本发明的传动装置的部分区域，该部分区域是通过共轴的驱动轴和输出轴的轴中心点一段。在这种形式中，一行星单元的齿轮是布置在行星托架的两根轴的轴承之间；图1b以与图1a的传动装置相同的图示示出本发明的一个传动装置，但是其两个齿轮或双齿轮之一是布置在两根轴轴承的外侧，即该双齿轮是相对于行星轴的轴承的原位置悬伸布置。
具体实施例方式
图1a显示一个周转轮系传动装置，其构造成对于轴线L轴向对称并具有在一剖切平面上的一个同轴线的输入轴8和输出轴9，以使多个行星单元1之一围绕输出轴的太阳小齿轮4布置。该行星单元1借助两个轴承6在径向上固定地和在轴向上可移动地安装在一个行星托架7上并且具有由两个半齿轮5a，5b构成的一个双齿轮5和一个直齿齿轮3。在半齿轮5a和5b上示出有相对的螺旋轮齿。该两个半轮设计成彼此分隔开。这些装置为本领域技术人员所熟悉而只须完全显示其一，并且借助这些装置在每个行星单元中该第二半齿轮可以通过绕轴线进行相互相对转动来被调整并随后在轴向上相对该第一半轮锁定。对这种类型的装置的一些独特的设计在下面将被进一步描述。具有相应于该双齿轮的螺旋形轮齿5的太阳小齿轮4被设计在输出轴9上，作为一个确实被连接和/或实质上整体的齿轮单元。
该环轮2被设计成一个被确实连接和/或与驱动轴8实质上整体的单元。
在图1b中，作为与图1a的区别仅是该行星单元的行星轴是以双齿轮5的悬挂布置方式，具体说在行星轴和轴承6之间可轴向自由移动的方式被安装在行星托架7上。
对于熟悉本领域的技术人员来说，在通过环轮使扭矩传入一行星单元的周转轮系传动装置中至今选择的手段毫无疑问的是为减小噪声和振动而设计具有螺旋形轮齿的啮合齿轮。
令人惊讶地，根据本发明，这些与环轮啮合的行星齿轮可以在对噪声和振动的性能不产生不利的情况下设计成具有直线形轮齿。对此的一种解释似乎是在于输入轴的低转速和环轮与本发明的所有行星单元的行星齿轮进行轮齿啮合时的高度轮廓重叠两者的结合。同时具有对本发明来说基本的即具有双螺旋轮齿以及进一步具有与太阳小齿轮啮合的所有行星单元的双齿轮的本发明的可调整性是有益的或甚至对于这些良好的噪声性能是必不可少的。所产生的该优点是特别值得重视的，因为在太阳小齿轮的情形时存在一种状态，即具有低程度的轮廓重叠和对产生噪声不利。
在该太阳小齿轮的设计中，被配置成一种螺旋或双螺旋轮齿绝对重要。一方面，在太阳小齿轮的情形时，轮齿周向速度与在环轮与行星齿轮进行啮合的过程中的的周向速度相比较明显的要高，明确地说是由于一行星单元的两个同样转动的齿轮的基圆比所决定，另一方面，该轮廓重叠在此与在环轮和多级行星之间的轮齿啮合过程中的情形相比较低，因为在太阳小齿轮的情形时，具有一个外部齿轮，其轮齿数与行星单元的啮合齿轮相比大不相同。纯粹关于噪声产生，双螺旋轮齿与同样结构宽度的单个螺旋轮齿是等同的。
行星单元1和太阳小齿轮4彼此相对的轴向定位是通过太阳小齿轮4的固定安装或者是仅多个行星单元1的其中一个的固定安装而确定的，这是协同剩下的行星单元的半轮的调整来进行的。
双齿轮的两个半轮5a，5b的定向或调整是以相对转动的形式和/或借助半轮彼此相对的轴向位移进行的。
根据本发明的一个较佳实施例，该两个半轮是摩擦地拧在一起。螺旋杆部可在通过的孔中松动。两个半轮的齿距位置由于螺旋杆部在通过的孔中的松动内的相对转动而被调整。
在半轮之间的轴向距离的任何变化同时意味着轮齿位置彼此相对的相对转动。根据本发明的另一较佳实施例，借助半轮5a，5b彼此相对的轴向位移的调整是通过将调整板插入在行星轴上的半轮之间进行，以实现两个半轮的齿侧的均匀的轴承接触。
借助相应组成部分和装置的调整的可能性体现了另外的优点。其允许单个的传动齿轮和零部件的较小精密度因而低成本地制造。当上述的两种调整方法被组合时这就更是如此。
一行星单元的双齿轮的两个半轮5a，5b相对于彼此的调整必须在齿轮本身的节距精度的范围内，以便在多个行星单元1的情形时实现将均匀的负荷分配各到各单独的单元上。
在具体说根据普遍条件装配到已被安装的行星单元或在传动装置外的一个为装配目的设置并模拟行星托架的一个调整装置上的过程中进行调整。然而后者可选择地承担在传动装置中运行的轮齿的均匀性检查。然而，在被轴向保持的太阳小齿轮4的情形时通常伴随该调整在行星单元1相对于环轮2的轴向位置上的变化并不会产生任何的干扰，因为与环轮2相啮合的行星齿轮3的直齿在一轴上的这两个齿轮单元彼此相对的轴向或长度方向的位移过程中并不会引起任何彼此相对的转动角度的变化，而与使用螺旋轮齿的情形相反。一旦单独的数个行星单元的轮齿啮合位置根据最佳作用力分配被调整，则不但在一个单独的行星单元的齿轮之间的而且不同的行星单元的轴的长度上的变化不会导致任何对单个轮齿接触的负荷分配的改变。另外，在本发明的设计特点中，该双齿轮5的单元第一半轮5a的齿距的位置必须与具有直齿的齿轮3的位置对位到仅这样的程度，即不存在在运行过程中齿轮的轴向窜动以及所有齿轮在其整个宽度上传送。为了确保这点，根据现在已知的传动结构，在各种情形啮合的齿轮之一被设计得比另一个宽，以及双齿轮的半轮并不彼此依靠设置，而是在彼此之间具有一轴向间隙。
在根据图1b的双螺旋齿轮的悬伸布置中，双螺旋齿轮的安装包括调整仍可以用相当简单的方法。根据图1a，具有将一行星轴安装在齿轮外的两侧的布置可以尤其在小直径的双齿轮的情形时使间隙安装以及随后在传动中的调整变得明显更加困难。因此，按照另一较佳实施例，根据本发明的传动装置可以具有被分开的行星托架7以便将已预先在该传动装置外调整好的该行星单元引入在径向相对行星轴的各箱体内的行星托架7上的轴承6，以对相对于已被安装和调整的行星单元的轮齿位置径向试验安装和检查并进一步拆卸和再调整。
在实施本发明的方法的一个较佳实施例中，该行星轴是以其根据直齿形的行星齿轮的的轮廓构成。该轮廓形式在与环轮啮合的轮齿的整个宽度上是连续的，并且双齿轮的半轮是用几何形状相应的内轮廓被插到这样形成齿的行星轴上并被调整和锁定。在这种情形时的半轮的调整单独由双齿轮的两个半轮之间的轴向距离的变化和共同定位而进行。
根据本发明的方法可以尤其用于风力发电厂周转轮系传动，但并不限于这种应用。
在可以容易被熟悉本技术领域的人员理解的一种方法中，当驱动轴和输出轴在其功能方面相互更换时，即当扭矩采用高的轴转速被传入现用作驱动轴的输出轴时并且借助先前驱动轴即现是输出轴由一低的轴转速传出时，可以实现相同的作用和优点。扭矩传递的该后者形式同样是本发明的一种较佳实施方式。
权利要求
1.一种在具有多个行星单元的单级周转轮系传动装置中将以低的轴转速传入传动装置的扭矩低损失和低噪声地传递给具有相当高的轴转速的输出轴的方法，其特征在于所述传入的扭矩借助一内部形成直齿的环轮传递给被径向彼此相对地固定安装在行星托架上的2-6个行星单元，再传递给一输出轴的具有相对螺旋形轮齿的太阳小齿轮；首先，与环轮啮合的具有直齿的行星齿轮和各行星单元的与太阳小齿轮相啮合的双齿轮的两个具有相对的螺旋齿形的半轮之一彼此固定地连接于一行星轴上；通过将单独的行星单元安装进行星托架的轴承中，在每一情况下借助用于轴向和/或转动的位移的装置使第二半轮相对于第一半轮而进入传送的并在各单独行星单元间径向负荷分配的一预定的轮齿位置并在该位置锁定。
2.如权利要求1所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述第二半轮的轴向和/或转动的位移相继在每个单独的行星单元上进行。
3.如权利要求1或2所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述双齿轮的第一半轮的位置与其第二半轮的位置对准是借助相互转动而进行。
4.如权利要求1或2所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述双齿轮的第一半轮的位置与其第二半轮的位置对准是借助轴向相对位移而进行。
5.如权利要求1至4之任一项所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述第二半轮在位置对准后不确定和/或确定地连接于行星轴和/或第一半轮并被锁定其上。
6.如权利要求1、2或4所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述第二半轮相对于该第一半轮被轴向弹性地锁定。
7.如权利要求6所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，杯状弹簧被用作弹簧元件。
8.如权利要求1或4至7之任一项所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述具有直齿的行星齿轮的轮齿轮廓，其末端缩短而被用作一轴的轮廓，以借助在该轴上的相应内轮廓轴向引导半轮的一个或者两个。
9.如权利要求1、2、4或5所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述第二半轮是借助将调整板插入于半轮之间而在相对于第一半轮的轴向被调整。
10.如权利要求1至9之任一项所述的用于传递扭矩的方法，其特征在于，所述行星单元相对于行星轴的轴向被引入在被径向分开的行星托架的轴承点上。
11.一种具有在一行星托架(7)上彼此相对地径向固定安装的2-6个行星单元(1)的单级周转轮系传动装置，用于将以低的转速被传入到一驱动轴(8)上的扭矩低损失和低噪声地传递给具有相当高转速的输出轴(9)的太阳小齿轮，其特征在于，所述各行星单元(1)具有一直齿的行星齿轮(3)，所述行星齿轮与一个被固定连接于输入轴(8)并具有内直齿的半轮(2)相啮合并固定地连接于具有相对螺旋齿的双齿轮(5)的两个半轮(5a，5b)；每个行星单元(1)具有数个装置，在所述行星托架(7)上安装单个的行星单元(1)的过程中，第二半轮(5b)可以借助其在每一情况下为将负荷均匀分配于所有的行星单元而在轴向和/或通过绕行星轴转动相对于第一半轮(5a)定位并可以被锁定。
全文摘要
本发明涉及一种用于在含有2－6个行星单元的一个单级行星齿轮中进行低损失的扭矩传递的方法。该单独的齿轮件的布置和相互作用与用于安装和调整它们的方法结合而产生一个将负荷均匀分配给单独的行星单元的低噪声和低扭矩传动。
文档编号F16H1/28GK1742173SQ200380109098
公开日2006年3月1日 申请日期2003年11月20日 优先权日2002年11月22日
发明者约阿希姆·阿恩特, 马克西米利安·西蒙, 郝伯特·沃亚切克 申请人:约阿希姆·阿恩特, 马克西米利安·西蒙