立式齿轮马达行星齿轮润滑系统的制作方法

本申请要求2014年7月17日提交的申请号为14/333703的美国专利申请的权益并且通过引用全面地包含在此。

技术领域

本发明涉及行星齿轮润滑系统。

技术实现要素：

在一方面中，本发明涉及与用于立式齿轮马达应用中的行星齿轮系相关联的润滑系统。在一种类型的立式齿轮马达应用中，马达、例如AC感应马达或同步马达可以直接安装至壳体结构并且通过挠性联轴器连接至壳体中的齿轮系。在一方面中，行星齿轮系统可以具有四个主要部件。太阳齿轮可以用于给齿轮系提供高速输入。在太阳齿轮周围可以设置行星齿轮。行星齿轮可以由行星架支撑。行星架可以连接至低速输出和从动设备。整个行星齿轮架总成(即，太阳齿轮、行星齿轮和行星架)可以在齿圈内旋转。然后齿轮架可以通过输出轴驱动从动负载。为了持久度和强度，行星齿轮系统的轴和齿轮可以由高合金硬化和渗碳的钢制成。齿轮可以是用于低噪音和低振动的双螺旋类型的齿轮。行星齿轮系统可以是单级减速，例如3:1至9:1。行星齿轮系统的速度控制可以通过与马达相关联的驱动系统实现。例如，行星齿轮系统可以在没有离合器的情况下运转，并且马达速度可以变化以改变输出，例如，通过使用具有同步马达的变频驱动。在替代方案中，根据应用，可以通过与齿轮系统相关联的离合器单元实现速度控制。在具有离合器单元的齿轮系统中，离合器单元在摩擦板之间传递扭矩。齿轮系将功率分到多个路径中以降低在单个传动装置上的负荷，提供高功率密度和高效率。离合器单元控制从动设备的速度以加强系统运转。例如，离合器单元允许马达在没有负载的情况下达到马达基础速度。然后离合器单元可以接合并受控制以逐渐地将从动负载带至全速。例如，在马达起动之后，离合器可以缓慢地接合以在受控的加速曲线下使负载加速，使对动力系统的冲击最小化并且允许延长的加速和减速时间。在另一方面中，离合器作为机械软起动起作用，其允许从动负载停止而无需停止马达。在另一方面，可以通过在没有停止马达的情况下使离合器接合和脱离，重复地使从动设备起动和停止。润滑系统以充分的水平向系统的部件(包括上面提及的部件)提供润滑剂，在没有因过度油位而损失的情况下提供润滑并且改进效率。

附图说明

图1示出了包括离合器单元的壳体和行星齿轮系统，为了方便说明，所示的壳体和齿轮系统的某些特征切除；

图2示出了没有离合器单元的示例性壳体和行星齿轮系，为了方便说明，所示的壳体和齿轮系统的某些部件切除；

图3是没有离合器单元的壳体和行星齿轮系的替代视图，为了方便说明，所示的壳体和齿轮系统的某些部件切除；

图4是截取自图3的细节区域4-4的放大视图；

图5是截取自图3的细节区域5-5的放大视图；

图6是截取自图3的细节区域6-6的放大视图；

图7是截取自图2的细节区域7-7的放大视图；

图8是截取自图2的细节区域8-8的放大视图；

图9是截取自图2的细节区域9-9的放大视图；

图10是大体类似于图2的细节区域9-9的横剖视图。

具体实施方式

包含行星齿轮系的壳体20可以包括结构钢壳体，所述结构钢壳体具有提供用于马达(未示出)的安装件的顶部焊接板22。与顶部焊接板22相对地，壳体可以设有底部焊接板24。底部焊接板24可以给从动负载(未示出)、例如泵提供安装件。在顶部焊接板22和底部焊接板24之间设有侧壁26。顶部焊接板22、底部焊接板24和侧壁26一起限定了壳体20的空心内部，行星齿轮系统布置在该空心内部中。壳体20还可以具有在顶部焊接板22和底部焊接板24之间延伸的侧凸缘28，以为侧壁26提供结构支撑。在壳体内部之内，壳体可以设有角板以提供额外的结构支撑。例如，如在图1、图2和图3中所示，壳体设有在底部焊接板24和侧壁26之间延伸的下内部角板30。下内部角板30可以放射状地延伸过底部焊接板。附加地，如在图2和图3中所示，壳体可以设有上内部角板32。上内部角板32可以在顶部焊接板22和侧壁26之间延伸。根据应用，壳体可以设有中间支撑板34。例如，如在图2和图3中所示，中间支撑板34布置在顶部焊接板22和底部焊接板24之间并且从其与侧壁26的连接处延伸到壳体的内部中。在图2和图3的实施方案中，中间支撑板34可以用于允许附接齿圈支撑构件36。在图2和图3中，齿轮系不包括离合器，并且齿圈支撑构件36可以直接安装至中间支撑板34。图1示出了具有包括离合器单元38的行星齿轮系且不具有中间支撑板的替代结构。离合器单元38和齿圈支撑构件36可操作地连接至顶部焊接板22，离合器单元被构造用于安装至齿圈支撑构件并且离合器的其他部件可操作地安装至顶部焊接板。

壳体20的内部的一部分可以形成用于行星齿轮系的润滑系统的油池40。然而，为了在壳体的内部中保持最小油量并且防止由于过量油位造成的损失，可以如下面更详细地解释地，使用将油引向行星齿轮系统的关键部件的润滑系统。相应地，仅壳体内部的下部分可以包括油池40，使得壳体仅部分地填充油。特别地，壳体内部填充的油可以在与下输出轴承组件的高度相同的水平上，如下面将更详细地阐述的那样。油过滤和加压设备46可以通过在壳体的结构构件中的连接件与油池40相通。根据应用，来自油供给装置的油可以被引导穿过中间支撑板34(图2、图3)或穿过顶部焊接板22(图1)。油过滤和加压设备46可以与壳体的外侧壁毗邻地设置。

如较早所提及的，在一方面中，行星齿轮系统可以具有四个主要部件。太阳小齿轮50可以用于将高速输入提供给齿轮系。围绕太阳齿轮50，可以设置行星齿轮52，太阳小齿轮驱动行星齿轮。行星齿轮52可以由行星架54支撑。整个行星齿轮架组件(即太阳齿轮、行星齿轮和行星架)可以在齿圈56内旋转。行星架54可以通过输出轴58连接至低速输出和从动设备。行星齿轮架54可以集成地或整体地与输出轴58连接。太阳小齿轮50可以由输入轴60驱动。与太阳小齿轮50相对地，输入轴可以开键槽并且经由马达联轴节轮毂62连接至马达(未示出)。马达联轴节轮毂62可以具有与马达(未示出)的输出轴接合的花键。太阳小齿轮50可以沿着输入轴60与马达联轴节轮毂62间隔开。齿轮系统可以包括三个行星齿轮，这三个行星齿轮可以可旋转地安装至行星齿轮架54。行星齿轮52可以具有安装至行星齿轮心轴66的行星齿轮轴承64。行星齿轮心轴66可以安装至行星齿轮架54，并且行星齿轮52可以经由行星齿轮轴承64相对于此旋转。齿圈56可以安装至包围行星齿轮52和太阳小齿轮50的齿圈架68。齿圈架68可以由齿圈支撑构件36支撑在壳体的空心内部。齿圈支撑构件36可以包括大体水平地设置在壳体内部中的板部分和从此处下垂的环形部分，该环形部分形成用于齿圈支架68的安装件。根据应用，离合器单元38可以由齿圈支撑构件36(图1)支撑。在没有离合器单元的应用中，齿圈支撑构件安装至中间支撑板34(图2-3)。太阳小齿轮50可以在分别的太阳行星齿轮啮合部70处与每一行星齿轮52啮合，并且每一行星齿轮52可以在分别的行星齿圈啮合部72处与齿圈56啮合。

行星齿轮系统可以包括输出轴承组件。输出轴承组件可以朝向壳体底部、与底部焊接板24毗邻地设置。输出轴承组件可以包括输出推力轴承80、输出转轴轴承82、和具有内部部分84和外部部分86的输出轴承组件支架。输出轴承组件内支架84可以安装至行星齿轮架54。输出轴承组件外支架86可以安装至形成在壳体底部中的环形的外支架安装环88。例如，如在图中所示，输出轴承组件外支架86安装至外支架安装环88，从底部焊接板24向上伸出。

壳体也可以在输出轴周围设有排水井结构。管状延伸部89可以与壳体的输出孔毗邻地从底部焊接板24向上伸出(图1)。管状延伸部89可以具有尺寸设定为与输出轴58建立余隙容积的内径表面和尺寸设定为与输出轴承组件内支架84建立余隙容积的外径表面。管状延伸部89可以向上伸出，具有充分在油池40内的油位之上的轴向高度。在输出轴58和管状延伸部内径表面之间的余隙容积可以是常干的(即无油的)，并且在管状延伸部外径表面和输出轴承组件内支架84之间的余隙容积可以具有与油池内的油位相同的油位。因为管状延伸部89的远端位于油池内的油位之上，在管状延伸部外径表面和输出轴承组件内支架84之间的余隙容积中的油不与在输出轴58和管状延伸部内径表面之间的余隙容积连通。

输出套筒密封件90可以设置在底部焊接板24和输出轴58之间。输出套筒密封件90防止碎片、异物、水分和湿气沿着输出轴进入齿轮箱到壳体内部。如果在输出轴58和管状延伸部内径表面之间的余隙容积变得装满，输出套筒90也提供对排水井的二次密封。在输出轴58和管状延伸部内径表面之间的余隙容积中存在气隙。输出轴密封件可以用油脂填充。油脂可以通过油脂填充或注射线92注入到密封件90内，该油脂填充或注射线从位于壳体之外的注射端口94(例如滑脂枪注射嘴)延伸穿过壳体内部和油池40。根据输出轴承组件的尺寸和输出轴承组件内支架84和外支架86的尺寸以及支架安装环88的直径，油脂填充线92或其一部分也可以延伸穿过输出轴承组件外支架。例如，附图示出了在进入油脂密封件90之前从壳体内部和油池延伸穿过输出轴承组件支架安装环88的油脂填充线的一部分96。然而，如果输出轴承支架具有较小的直径，根据应用，油脂填充线可以直接从壳体内部和油池延伸至油脂密封件。附加地或替代地，油脂填充线可以具有在进入油脂密封件90之前延伸穿过形成在底部焊接板24中的凹部100的部分98。用于填充线部分98的形成在底部焊接板中的凹部100可以用保护盖102盖住，以防止线在运输、安装或正常运转条件期间被压碎或扭曲。使油脂填充线延伸穿过油池40，允许油脂被油池中的油加热，由此允许油脂更容易地从壳体之外流到油脂密封件。使注射线92延伸穿过壳体内部，也防止注射线在运输、安装或正常运转条件期间被压碎或扭曲。油脂密封件90也可以具有油脂排出线104。油脂排出线104可以从油脂密封件90穿过在壳体内部中的油池到位于壳体外部的排出端口106。排出端口106可以位于壳体上，与注射端口94毗邻。这允许操作员在视觉上确定当操作员正在通过注射端口94注射油脂时油脂密封件何时被填充得像油脂将会从排出端口106排出那样。排出线可以具有从油脂密封件延伸穿过形成在底部焊接板24中的凹部110的部分108。附加地或替代地，根据输出轴承的尺寸，排出线部分110可以延伸穿过输出轴承组件外支架86、支架安装环88和/或油池。例如，附图示出了在其至排出端口106的路上在进入壳体内部和油池之前从油脂密封件90进入输出轴承组件支架安装环88的排出线部分110。用于排出线的形成在底部焊接板24中的凹部110可以用保护盖114盖住，以防止线在运输、安装或正常运转条件期间被压碎或扭曲。

如较早时提到的，将油脂密封线放置在壳体内部从而其浸入在油池中，这允许在线中的油脂从油中吸收热量，以降低油脂的粘度，帮助将油脂泵送经过油脂从在壳体外的注射端口94到排出端口106必须流过的距离，排出端口可与注射端口毗邻。注射点和排出端口在壳体的相同侧上帮助操作员确定油脂密封件已经注满。例如，操作员不必在设备下爬行，以观察排出端口。油脂线可以包括SAEJ525管道系统。管道系统可以弯成形状并在壳体焊接阶段焊接到壳体结构中。一旦壳体完成，壳体可以上下翻转并且油脂线凹部100、112(即填充部和/或排出部)可以机加工到底部焊接板24中。压力接头116可以布置于在机加工期间形成于底部焊接板24中的孔内。也可以在输出轴承组件外支架86中机加工孔，并且压力接头118可以布置在其中。根据结构，管道系统的短的长度可以在凹部100、112中的接头116、118以及/或者输出轴承组件外支架86之间延伸。保护盖102、114可以安装至底板24，以保持接头116、118以及填充线和排出线各自的部分98、108受到保护。

油润滑系统可以包括加压供油装置46，其与布置在齿圈支撑构件36和行星齿轮架54之间的分配环120连通。分配环120可以设置在齿轮箱的空心内部的上部分中，毗邻马达联轴节轮毂62和与输入轴60相关联的花键。根据应用，加压油可以在流到行星齿轮系的其他部件之前进入壳体并流到分配环。例如，如在图1中所示，加压油通过顶部焊接板22被引入壳体中。顶部焊接板22具有支撑离合器单元38的下垂部分。来自供油装置的加压油经由在顶部焊接板22的下垂部分中机加工的导管122向外流到填充室124，沿径向与分配环毗邻。在图2和图3中，齿轮系没有设置离合器单元，并且来自供油装置的加压油通过在中间支撑板34和齿圈支撑构件36中的、进入到壳体中的导管122’被向外引导到填充室124’，沿径向与分配环毗邻。分配环120可以具有大体呈环形的内径表面和外径表面，其具有空心内部。在分配环内径表面中所形成的通道126可以与空心内部连通，并且分配环外径表面的多个径向端口128(例如参见图1)可以与空心内部连通。分配环外径表面径向端口128可以与填充室(124、124’)对齐，以允许油从加压供油装置和供油导管(122、122’)流到分配环的空心内部中。分配环内径表面的尺寸可以设定为允许油从在分配环120和行星齿轮架54之间的通道126流到齿轮系的其他部件。在替代的结构(例如参见图2至图3)中，分配环在其内径表面和外径表面上可以具有由环形接板隔开的环形凹槽，由此提供具有大体呈H形的横截面的分配环。可以设置穿过环形接板的径向孔，以允许在外径凹槽中的油流到内径凹槽。根据分配环的外径表面的结构，如所希望的，沿径向在分配环120外部的填充室124、124’可以形成为环形凹槽或者具有径向端口。分配环内径表面可以是巴氏合金表面，其用作径向支撑轴颈型轴承，用于齿轮系的上部分和行星齿轮架54。

填充室124’和/或分配环120也可以向喷杆132供油。如在图2和图3中所示，喷杆132竖直地从填充室124’沿径向向分配环外部且在壳体内部中向上延伸。喷杆可以被引到马达联轴节轮毂62和开键槽的联接线轴上啮合结构的其他区域。考虑到离合器单元38的位置和顶部焊接板22的下垂部分，图1的行星齿轮系统的布置可以不包括喷杆。然而，在实施方案中，如在图1的实施方案中，可以经由形成在行星齿轮架54的上部分中的与分配环120连通的喷射线134向马达联轴节轮毂62和开键槽的联接线轴上啮合结构供油。替代地，喷射线和/或喷嘴可以与顶部焊接板22的导管122或者顶部焊接板的下垂部分、例如离合器单元38的活塞支架连通。

从在分配环120和行星齿轮架54的上部分之间的分配环通道126来的油可以沿着行星齿轮架54的上部分向下流动并且供给布置在分配环下面的上向心轴承136。流过上向心轴承136的油可以由于离心力被引导穿过行星齿轮架54的顶部并且被引导到行星齿圈啮合部72和在齿圈56和齿圈支架68之间的花键。考虑到行星齿轮系的竖直定向，从这些润滑部出来的油可以落到位于壳体底部处的油池40。

行星齿轮架上部分可以具有径向端口142，其面向分配环内部通道126和从分配环通道接收加压油。在替代方案中，代替径向端口，可以在行星齿轮架的上部分中设置环形槽。径向端口142可以与形成在行星齿轮架54中的行星齿轮架供油通路144连通，其向齿轮系中的其他位置和部件供给加压油。例如，行星齿轮架供油通路144可以经由一个或多个行星齿轮心轴供油通路146向每一行星齿轮心轴66提供油，并且经由一个或多个行星齿轮啮合部供油通路148向太阳行星齿轮啮合部70和行星齿圈啮合部72提供油。如在图中所示，以交叉的方式在行星齿轮架54中钻出或铸造出轴向孔和径向孔，以产生行星齿轮架供油通路144、行星齿轮心轴供油通路146和/或行星齿轮啮合部供油通路148。为了视需要将油引导通过这些通路，可以设置管塞或管密封件150。代替管密封件或管塞，喷嘴152可以机械地连接至某些通路，以提供所需的喷射形式。下面的描述可能会将某些部件称为单个部件或一个部件，这仅仅是为了便于说明并且无论如何不是限制隶属的部件或元件的数量。任何这种部件均可以是多个部件或元件中的一个部件或元件。

行星齿轮架供油通路144可大体包括机加工或铸造到行星齿轮架54中的竖直延伸的孔。某些行星齿轮架供油通路144与行星齿轮心轴供油通路146连通，以向行星齿轮轴承64供给。行星齿轮心轴供油通路146可以包括在行星齿轮心轴66的轴向端部上所形成的环形圈154。行星齿轮心轴66可以将其上轴向端部的尺寸设定为具有在行星齿轮轴承64的内圈直径和外圈直径之间的直径。在行星齿轮心轴66的轴向端部上形成的环形圈154可以具有朝向行星齿轮轴承64延伸的轴向槽156。经由行星齿轮心轴供油通路146供给环形圈154的油可以流过环形圈并且流过轴向槽156。轴向槽156定位为，油从环形圈165和轴向槽流入在行星齿轮轴承64的内圈和外圈之间的区域，由此润滑行星齿轮轴承的旋转元件。环形圈和轴向槽可以向行星齿轮和行星齿轮心轴66的所有轴承64供油，例如，如在图4中所示，上轴承和下轴承及其相应的旋转元件。从行星齿轮轴承64出来的油可以沿着行星齿轮心轴66流向油池40。定位螺钉158可以从行星齿轮架54的外表面延伸至行星齿轮心轴66，以与环形圈154接合并且防止心轴66在行星齿轮架中的轴向运动。可以在齿圈支撑构件36的环形下垂部分中设置孔164，以允许从行星齿圈啮合部72来的油围绕齿圈支撑件环形下垂部分的外径表面流入油池。位于齿圈支撑件环形下垂部分中的孔164允许过量的油返回到油池并且可以降低搅拌损失。根据应用，行星齿轮心轴供油通路146也可以包括延伸穿过行星齿轮心轴66的轴向部分166。轴向部分166沿着其长度可以具有径向端口168，以将油引向行星齿轮轴承64。图1示出了一种结构，其中行星齿轮心轴供油通路146包括延伸穿过心轴66中心线的轴向部分166和从轴向部分延伸至行星齿轮心轴轴承64的径向端口168。

行星齿轮架供油通路144也可以与行星齿轮啮合部供油通路148连通。例如，大体包括机加工或铸造到行星齿轮架54中的竖直延伸的孔的某些行星齿轮架供油通路可以与行星齿轮啮合部供油通路148交叉。必要时，行星齿轮啮合部供油通路148可以具有延伸穿过行星齿轮架54的径向部分172和贯穿行星齿轮架的竖直部分174，以将油输送给太阳行星齿轮啮合部70和行星齿圈啮合部72。径向部分172可以被构造为在向内的径向方向和向外的径向方向上延伸，向太阳行星齿轮啮合部70和行星齿圈啮合部72两者供油。径向部分172可以具有排出部，其具有机械接头类型的喷嘴152，其向太阳行星齿轮啮合部70和/或行星齿圈啮合部72供油。径向部分172可以具有形成在行星齿轮架中的排出部176，以提供扇形喷嘴效应，向太阳行星齿轮啮合部70和/或行星齿圈啮合部72供油。例如，在图7中，向外的径向通路172具有机械接头喷嘴152，其机械地与行星齿轮架连接，例如，螺纹连接到径向通路中。相对的内部径向通路172可以具有收缩成颈状的区域(即喉部)，引向整体地形成在行星齿轮架中的凹状排出部。收缩成颈状的区域和凹部提供宽的扇形喷射样式，以润滑齿轮面的宽度。输送至行星齿圈啮合部72区域的油可以流过齿圈支撑构件36的环形下垂部分的孔164，以允许过量油返回到油池40，这可以降低搅拌损失。

行星齿轮架供油通路144也可以具有一个或多个导管180，其将油注入到开键槽的马达联轴节轮毂62和太阳行星齿轮啮合部70。例如，如在图5中所示，行星齿轮架供油通路144以竖直的定向从分配环20延伸。倾斜成角度的导管180形成在行星齿轮架供油通路144和行星齿轮架54的内部表面之间。导管180可以被构造为允许加压油向上喷射到输入轴和马达联轴节轮毂62的花键连接内。然后，油可以沿着输入轴60向下流动，以润滑太阳行星齿轮啮合部70。

输出轴承80、82可以由在油池40中的油润滑。优选地，油池的油位(图1、图6、图9、图10的虚线)设定为与和输出轴承组件关联的最上面的旋转元件相对应。例如，可以保持油池40的油位，使得其在与输出轴承组件的下推力轴承80关联的内圈和外圈之间。如在图9和图10中所示，输出轴承组件包括下球面推力轴承80和圆锥滚子轴承82。用于球面推力轴承和圆锥滚子轴承之中每一者的内圈和外圈分别被包含在输出轴承组件内支架84和输出轴承组件外支架86之内。输出轴承组件内支架84可以安装至行星齿轮架54。输出轴承组件外支架86可以安装至支架安装环88，其形成在壳体底部、从底部焊接板24向上伸出。为了允许油流过输出轴承组件的部件，包括流过与球面推力轴承80和圆锥滚子轴承82相关联的旋转元件，在外部支架安装环88和/或输出轴承组件外支架86以及壳体的其他相关结构中设置径向定向的孔184。径向定向的孔184允许油在球面推力轴承80到圆锥滚子轴承82的圈之间流入到环形空穴186中，该环形空穴形成在输出轴承组件外支架84和内支架86、输出轴58和外支架安装环88之间。油可以集在环形空穴186中并且穿过径向定向的孔184流入到油池40中，由球面推力轴承80和圆锥滚子轴承82的旋转元件的泵送作用提供油循环。在输出轴承组件外支架86中的径向定向孔184促进循环，以帮助从轴承中移除热并且为球面推力轴承80和圆锥滚子轴承82提供充分的润滑。除了轴承支架安装环88之外，输出轴承组件外支架86可以具有径向定向的再循环孔，并且根据壳体的结构，为壳体提供结构支撑(其可以围绕输出轴承组件轴承支架84、86)的环形圈也可以具有再循环孔，以允许油在环形空穴186和油池40之间循环。

齿圈支撑构件36也可以具有形成在其水平板部分中的孔190。从喷杆132和分配环120来的沿径向向外在齿圈支撑构件36的水平板部分的顶面上流动的油可以经过孔190流入到行星齿圈啮合部72中并流入到油池40中。附加地，从离合器38来的油可以经过齿圈支撑构件36的水平板部分的孔190流入到行星齿圈啮合部72中并流入到油池40中。在齿圈支撑构件36的下垂部分中的孔164为输送至行星齿圈啮合部72的油提供其他路径，以流入到油池40中。

通过利用在这里描述的油润滑系统，在系统中的润滑剂的量可以减少，以降低搅拌损失并改进效率。系统确保积极的利用最小量的油到所有部件的油流动。由于在壳体中总体低的油位，并且利用加压润滑剂克服内部的、在齿轮箱中使用较高油位时否则会存在的旋转力，可以使搅拌损失最小化。

鉴于上述内容，可见，实现并获得了多项优点。选择并描述的实施例是为了最佳地解释实际应用，以使本领域其他技术人员最好地利用各种适合于预期的特殊应用的实施方案和变型方案。因为可以在不脱离本发明范围的情况下对在此描述和说明的结构和方法做出各种变型，所以宗旨在于，在以上说明中包含或在附图中示出的所有特征应理解为示例性而不是限制性的。因此，本发明的幅度和范围不应当受以上描述的示例性实施方案的任一实施方案的限制，而是应当仅根据所附的权利要求书和其等同方案限定。