专利名称：齿轮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的齿轮装置。
背景技术：
在现有技术公开的单级齿轮装置中，通过齿环的齿与内齿的选择性啮合，能够得到较高的传动比，例如1至50或1至100。专利DE102006042786B4中公开了这种齿轮装置的示例。而且，已经众所周知的是名称为“谐波传动”的齿轮装置，其与专利DE102006042786B4 中公开的齿轮装置的设计类似，不过谐波传动齿轮装置具有弹性齿环，并且没有能够彼此分开运动的单个齿。具有能够相互独立地运动的单独的齿的齿轮装置的优势是，像谐波传动齿轮装置一样，由于不需要用弹性材料制成齿，所以可以传递较大的扭矩。不过，通过单独的固定齿传递扭矩是有限制的，特别是由于为了用于传递扭矩，总是只有有限数量的齿与内齿轮中的内齿有效啮合。增加传递的扭矩的一种选择就是增加内齿轮的直径以及齿轮装置的直径。另一个选择是增加齿轮的宽度，也就是沿齿轮装置或内齿轮的轴向方向的齿宽。由于安装的可能性，增加直径并不适合于所有的齿轮装置。同样地，齿宽也只能增加至有限程度。在本发明的内容中，优选设置有多个齿环的实施例。不过，这里可能再次出现的问题是，由于齿轮装置部件的扭转，使单独的齿环承受不同的负载，从而齿轮装置的极限负载 (也就是可以传递的最大扭矩)取决于承载最大的齿环。这样的工作效率很低。
发明内容
本发明的目的是提供一种齿轮装置，通过该装置可以解决或者至少缓解现有技术的缺陷。具体地，本发明的目的是提供一种齿轮装置，其具有高传动比，并且即使具有较小的直径，该装置也能传递高扭矩。通过根据权利要求1的齿轮装置能够实现所述目的。根据本发明的齿轮装置具有同轴设计的内齿轮和内轴，其中至少两个(优选至少三个或至少五个)凸轮盘设置在内轴上。该措辞还包括内轴与凸轮盘形成为一体的实施例。优选在凸轮盘上设置轴承装置，其适于减少齿和凸轮盘之间的摩擦。例如，可以在凸轮盘上设置多个滚子(roller)，该滚子进而支撑弹性环。沿径向方向并且向外在所述弹性环上设置齿。优选将齿固定，以便其能够以子组(特别优选单独地)的方式径向移动，其中优选刚性设计的齿。本发明特别包括具有超过两个，优选超过三个，或者更优选至少五个齿环和凸轮盘的齿轮装置。齿环的齿优选通过齿架连接。特别优选至少有部分齿环的齿恰好只通过一个齿架 (tooth carrier)连接。这样的优势是可以将通过齿环传递的扭矩引导至单个齿架中。以这种方式，可以通过多个齿环传递较大的扭矩。
内轴可以是整体件或组合件，其中如果是组合件内轴，优选在单独轴段之间设置接头，以便允许内轴的更大弯曲或弯折。优选内齿轮是整体件的或者是组合件，其中如果内齿轮是组合设计，优选连接或接合内齿轮的多个件。在这种应用中，“接合”优选表示根据围绕齿轮装置轴线的旋转来接合相应部分，以便围绕所述轴线传递扭矩，所述齿轮装置的轴线也就是内齿轮的旋转对称的轴线或内轴的旋转对称的轴线。本发明的优选实施例包括负载分配装置，该装置用于分配通过齿环之间的齿环传递的扭矩。该负载分配装置适用于分配通过齿环之间的齿轮装置传递的扭矩。特别优选的是，如果该负载分配装置适用于，以这样的方式(即，在确定的运转位置(operating point))分配齿环之间的扭矩，那么所有的齿环基本都具有相同的负载。为这一目的，将内齿轮、齿环、凸轮盘或内轴设置成，在确定运转位置，通过齿轮装置传递的扭矩被基本均勻地分配在齿环之间。该运转位置优选为将要通过齿轮装置固定不变地传递的最大扭矩。这样的优势是，可以最优地使用齿轮装置。以这种方式，可以形成适于特定安装场合的加长设计的齿轮装置，而且，其具有较高的传动比，并能够传递较大的扭矩。优选沿内轴轴向方向的齿轮装置的长度大于内齿轮的外直径。这种齿轮装置特别适用于有限制性的安装场合。特别优选长度是内齿轮外直径的两倍的齿轮装置。这里，优选的齿轮装置长度表示外齿环的外齿侧面之间的长度。优选齿轮装置至少具有两个齿环， 其中特别优选齿轮装置包括至少三个或至少四个齿环。优选齿架与静态逆轴承(coimterbearing)连接，并且内齿轮与传动输出轴连接， 或者优选齿架与传动输出轴连接，并且内齿轮与静态逆轴承连接。以这种方式可以得到高传动比。负载分配装置优选包括将传动输出轴和齿轮装置的第一端相连接的连接件以及将逆轴承和齿轮装置的第二端相连接的连接件，该第一端和第二端相对。通过一侧与传动输出轴连接以及另一侧与逆轴承连接的相对连接，可以实现齿架和内齿轮的两个扭转角至少部分地相互抵消，该齿架和内齿轮与传动输出轴或逆轴承连接。有利的是，齿架和内齿轮的抗扭刚度相差不到四倍。特别优选相差不到两倍，更优选相差不到1. 5倍。特别优选内齿轮的抗扭刚度和内轴或齿架的抗扭刚度之间的差值小于 4、2、1.5，或者最优选1.2。在这里，由于负载的作用，优选内齿轮和齿架具有类似的刚度。 优选内轴的刚度与相应的传动比相协调。应该说明的是，传动输入侧的内轴需要传递明显较低的扭矩，以便内轴的抗扭刚度低于内齿轮或齿架的抗扭刚度。以这种方式可以实现，承载角偏转至少基本相似，以便齿环之间的传递扭矩的分配尽可能均勻。而且，所述实施例的特别优势是，这种分配不受扭矩的绝对值(即使是在例如20%的最大传递扭矩时)的限制，并且不受负载方向的制约。有利的是，第一凸轮盘和第二凸轮盘均具有至少一个最大半径，负载分配装置包括使凸轮盘的最大半径围绕内轴的纵向轴线扭转的角度。在该应用中，最大半径的半径与凸轮盘的旋转轴线有关。如果超过两个凸轮盘，优选两个分别相邻的凸轮盘相对于彼此相互扭转，也就是说这些凸轮盘各自的最大半径相互彼此扭转。这里提到的扭转角表示不等于0°的扭转角。优选选择该扭转角，使得对于预定负载位置和负载方向，实现齿环之间的至少基本均勻的负载分配。优选该负载位置是齿轮装置的最大负载。根据齿轮装置的设计， 得到不同的扭转角。
优选两个相邻凸轮盘的扭转角设置成，在齿轮装置的无负载状态下，至少有一个齿环与内齿偏心啮合。这里，优选凸轮盘相对彼此最多扭转1°。以这种方式，可以实现部件沿承载时的齿轮装置的角偏转。以这种方式，可以沿齿轮装置纵向轴线均勻分配负载。在典型实施例中，设置至少一个凸轮盘以便当齿轮装置处于闲置状态(也就是无负载)时，所述凸轮盘的齿环的齿以偏移的方式或偏心地与内齿啮合。这里，偏移表示位于凸轮盘最大半径上的齿相对于内齿的相应齿隙没有位于中心。这可以通过上述的凸轮盘相对彼此的角偏转以及连续的内齿实现。为了实现齿偏移，另一个可能性是使对应多个齿角的较大的扭转角重叠在偏转角上。两个分别相邻的凸轮盘的扭转角至少基本为45°、60°、90°、120°、或180°。 这里，“基本”表示可以另外设置上述的齿偏移。特别优选一个接一个地交替设置多个凸轮盘。这里，交替表示使例如椭圆形凸轮盘相对彼此分别扭转90°。如果凸轮盘只有一个凸轮，优选相对彼此的扭转角约为120°或180°，其他实施例也是可以的。这样的优势是能够在内轴和内齿轮的圆周和长度上均勻分配负载。负载分配装置优选使第一齿和第二齿的运转度数不同。特别是如果超过两个齿环，运转度数至少基本对应于齿轮装置承载情况下的与负载相关的轮廓。该轮廓优选为弯曲的，特别优选为抛物线状的，并且齿轮装置纵向轴线的中心的运转度数最小。较大的运转度数使得相应的齿环承受较小的加载。在根据本发明的齿轮装置的运行期间，齿环低负载出现在边缘而不是中间。因此，为了使齿轮装置纵向轴线上的所有齿圈之间均勻分配负载， 负载分配装置根据加载量进行分配以改变齿圈的运转度数。从而使齿轮装置端部的齿的预设运转度数大于中间齿的预设运转度数。因此，齿圈的运转度数对应优选的抛物线/曲线轮廓。用于分配较大运转度数的优选方案是使第一凸轮盘的半径小于第二凸轮盘的半径。第二优选方案是使第一齿的齿长(tooth length)较短。此外，作为用于实现不同运转度数的选择，优选使弹性轴承外圈的厚度更薄。设置在凸轮盘或滚动轴承和齿之间的环段恰当地形成为不同厚度，以便得到不同的运转度数。一般优选的是，如果以列的方式一个接一个的设置两个以上的齿环，齿环的相应运转度数呈现抛物线分布。这使得能够均勻的向特定运转位置加载。所述实施例的优势是，能够使齿环之间的分配不受负载方向(也就是旋转方向)的限制。为了使相对较长的齿轮装置在运转期间弯曲，在优选实施例中，设计内轴或内齿轮以便它们可以在运转期间以小于100米的半径弯曲，更优选最大值为50米，并且更优选最大值为30米。如果是固定内齿轮，该内齿轮可以形成为具有固定曲线，或可以提供具有相应运转程度的绝对固定的连接件。通过改变齿环运转程度，不使用接头就可以实现齿轮装置的轴向弯曲，并且可以实现齿环之间的负载分配。
下面根据附图详细解释本发明优选实施例的更进一步的优势和特征，在附图中图1示出了根据本发明的齿轮装置实施例的示意截面图；图加示意性地示出了根据本发明的内轴上的齿环之间的偏移；图2b示出了根据本发明的不同凸轮盘相对于彼此的设置；
图3a示意性地示出了根据本发明的用于凸轮盘设置的其他选择；图北示出了具有根据图3a凸轮盘的设置的内齿轮上的负载分配的示意性立体图；图如示意性地示出了根据本发明凸轮盘的其他设置；图4b示出了在根据图如设置凸轮盘的情况下的内齿轮上的负载分配的示意性立体图；以及图5示出了根据本发明的两个凸轮盘、两种齿型、或两种转动节段之间的差异的示意截面图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的齿轮装置的优选实施例的示意截面图。在对图1至图5 的描述中，同样的参考标号表示相同或类似的部件，并且在部分示例中，在单个图形和描述中没有再次解释所有的参考标号。图1示出了根据本发明的齿轮装置1，该装置包括设置在外部的内齿轮2，该齿轮通过静态逆轴承3固定。逆轴承3在齿轮装置一端的多个位置处与内齿轮2的圆周啮合。内齿轮2具有内齿5，第一齿环的第一齿6和第二齿环的第二齿7啮合在该内齿5 中。而且，其他齿环的齿8至10也啮合在内齿5中。齿6至10径向地安装在各自的弹性环12上的内侧处，该弹性环通过滚子13分别安装在凸轮盘16至20上。在以下描述中，将具体参照第一凸轮盘16和第二凸轮盘17进行说明。所有的凸轮盘16至20都设置在内轴 21上用于随后的联合旋转。凸轮盘16至20具有沿圆周方向变化的半径，以便在内轴21旋转期间，齿轮6至 10被向外驱动至内轴21的特定位置上的内齿轮2的相应内齿5中。通过齿6至10的不同间距，以及内齿5的不同间距，可以得到例如设置在整个圆周面上的齿环的50个齿以及内齿5的51个齿隙。为进一步说明和阐释所述齿轮装置类型，参见专利DE 102006042786B4。在图1的齿轮装置中，具有齿6至10的单独的齿环以及内齿5在所述单度的齿环的所有位置处都是相同设计的。以这种方式，通过齿环将扭矩从内轴21传递至齿6至10， 其中齿6至10平行，并且可以实现高传动比。五个齿环的齿6至10设置在共同的齿架22中，其中分别安装齿6至10，以便它们可以沿径向移动。通过在左侧端部的传动输入轴28驱动图1中的齿轮装置1。传动输入装置28通过传动输入凸缘四与内轴21连接或接合，以用于随后的联合旋转。在齿轮装置1的另一端(右侧端部)，齿架22通过传动输出凸缘沈与传动输出轴25连接或接合，以用于随后的联合旋转。逆轴承3在齿轮装置的左侧端部固定内齿轮。具有相应的M个齿6至10的所述设置通过单独的齿6至10可以分别传送几乎相同的扭矩，其中齿6至10通过以相同角位置设置在内轴21上的、具有同样设计的凸轮盘 16至20相互配合。原因是由于具有与内齿22基本相同的抗扭刚度的齿架22的变形导致两个部件的几乎相同的扭矩，使得能够均勻分配负载。图加和2b示意性地示出了根据本发明的齿轮装置的其他补偿方法。图加和图 2b中的示例实施例没有再次全部示出，这可以参见图1和图形描述。与图1的示例实施例相比，图加和图2b的示例实施例中设置了单独的凸轮盘相对彼此的角偏移。此处，使得凸轮盘能够相对前一个凸轮盘分别扭转一个角度。内齿可以相对传动输出固定，或者像图 1中一样完全固定。图加示出了凸轮盘的相应的最大半径改变一角度。该角度小于两个齿隙的角间距。一旦空心轴与连续且均勻的内齿啮合，以这种方式可以在负载位置实现所有齿环传递几乎相同的扭矩，其中计算相应的角度偏转以用于这些负载位置。齿架(tooth cage)的扭矩以及内齿的扭矩补偿了该角偏移。应该说明的是，在没有负载或负载非常低的情况下，由于消除了由于承载产生的扭矩而进行的补偿，因此至少部分齿环的齿“倾斜地”啮合在齿隙中。这里，“倾斜地”表示齿的中心轴与齿隙的中心轴不对应。不过，这里，在无负载状态下，至少有一个齿环的齿偏心地啮合在内齿中，也就是说，偏移了小于齿隙的角间距的一角度。由于最大点的改变，可以实现在计算的负载(优选齿轮装置恒定的最大负载)点处几乎相等地分配负载。图加示意性地示出了相对于凸轮盘16的最大半径36的角位置的最大半径36至40的相对位置。最大半径37至40分别属于凸轮盘17至20。在图2中， 在沿轴向方向的平面图中，示意性地夸大了凸轮盘16至20的最大半径36至40的位置。其他可能性是内齿轮中相应齿环的内齿补偿。这也可以作为负载分配方法，以便在齿轮装置承载确定负载时分配齿环之间的负载。图3和图4示出了根据本发明的用于齿轮装置的其他负载分配方法的不同设置。 这里，再次参见图1的图形描述，其中以下主要示出了相对于图1的示例实施例的区别。图3和图4示出了通过内轴上凸轮盘的最大半径的角分配，保持内齿轮的总变形或内轴的总变形尽可能低，并且以这种方式，使用更小的壁厚。这也有助于提供尽可能细的齿轮，同时该齿轮中涉及的组件具有最小变形。这里，“细”表示齿轮具有尽可能小的直径并且能够传递较高的最大扭矩。所述齿轮装置特别适用于特定的安装场合，在这些安装场合较小的直径是非常重要的。在图3a和图北示出的示例中，两个相邻凸轮盘16和17相应转动90°。以这种方式，相应的最大半径也类似地转动90°。在图北中，指明了可以分别在内齿轮2上获得的齿啮合区或最大半径36至40所在的区域。应该考虑的是，在图3的示例实施例中，凸轮盘16至20分别具有两个相对的最大半径，也就是说这些凸轮盘是椭圆形设计。由于这种设置，可以实现内齿轮2上负载均勻，并且因此使得内齿轮2的变形尽可能的低。应该说明的是，图3和图4中使负载在内齿轮和内轴之间尽可能均勻分配的可能性可以以任意需要的方式与其他负载分配方法结合。类似地，其他的负载分配方法还可以分别相互结合，不过， 其中应该说明的是，只通过例如结合图1解释的负载分配方法已经可以实现完整的负载分配。不过，通过齿环之间的完整的负载分配，对于图3和图4中示出的将要分配至内齿轮负载来说是比较有利的，因为以这种方式，就可以通过使用更小壁厚得到其他益处。图如和图4b示出了与图3a和图北中的用于负载分配的类似可能性，其中图如和图4b的示例实施例中的凸轮盘16至20分别只有一个凸轮或只有一个最大半径36至 40。凸轮盘16至20设置成一个在另一个的后面，并且相对彼此扭转120°。在图4b的立体图中，由于最大半径38位于该图解的背面而未示出。图如中沿轴向方向的平面图示出了凸轮盘16至18，凸轮盘19依次设置成与凸轮盘16 —致，并且凸轮盘20依次设置成与凸轮盘20 —致。
图5示出了用于负载分配的另一种可能性，其中图5中分别示出了两个凸轮盘、两个齿和两个环段部分。不过，只使所述部分的其中之一被设计成不相同的，就足以得到在不同齿环上的不同运转(play)程度。显而易见的是，多个所述部件还可以同时具有不同的设计。点划线示出的是第一凸轮盘16，其最大半径小于由实线描绘的第二凸轮盘17的最大半径。由于第一凸轮盘16的较小半径，由第一凸轮盘16驱动的第一齿6被驱动至内齿5中的距离与由第二凸轮盘17驱动的第二齿7被驱动至内齿5中的距离不相同。以这种方式，可以使得当第一齿6啮合进内齿5中时，其沿圆周方向的运转角更大。以这种方式， 当齿轮装置只承受较低的扭矩负载时，只有具有第二齿7的齿环进行啮合。这里，应该说明的是，所描述的图5的示例实施例只用于两个齿环，其中相关方面类似于对图1的说明。该运转的作用基本类似于用于偏心啮合的齿圈的补偿作用，但具有以下优势其对扭矩传递的两个负载方向是等效的(pronounce)。类似地，凸轮盘的抛物线状角位移还适于用作负载补偿方法。对于图5的示例实施例来说显而易见的是，还可以形成为例如五个齿环或其他数量的齿环以传递更大的扭矩。在这里，优选沿轴向方向从齿轮装置的中部至齿轮装置的端部增加齿的运转。以这种方式，在齿轮装置的确定负载位置，能够实现单独的齿环的尽可能均勻的负载。正如所述，用于实现不同运转角的进一步可能性是使待形成的第一齿6短于第二齿7。以这种方式，也可以实现第一齿环的运转大于第二齿环的运转。进一步有利的可能性是将环段12和12’设计的不相同。与图1的示例实施例相比较，环段12和12’不是相同的设计而具有不同的高度。因此，形成的提升起一个第一齿 6的第一齿环的环段12比提升起一个第二齿7的第二齿环的环段12’更薄。以这种方式， 因为由于扭矩作用的结果第二齿环是“足够的”，所以具有第一齿6的第一齿环可以得到更大的运转角，以便在低负载时，主要由第二齿7传递该负载，反之，在相对较大的负载时，由于内轴21的扭矩和内齿轮2的扭矩，第一齿6也承受负载。
权利要求
1.一种齿轮装置(1)，特别是传动比大于1至10的单级齿轮装置，包括内齿轮O)，具有内齿(5)；第一齿环，所述第一齿环具有用于啮合在所述内齿(5)中的可径向移动的第一齿(6)，第二齿环，所述第二齿环具有用于啮合在所述内齿(5)中的可径向移动的第二齿(7)，以及内轴(21)，在所述内轴上固定有用于所述第一齿(6)的径向传动的第一凸轮盘 (16)和用于所述第二齿(7)的径向传动的第二凸轮盘(17)，其特征在于，用于在所述齿环之间分配通过所述齿环传递的扭矩的负载分配装置。
2.根据权利要求1所述的齿轮装置(1)，其特征在于，具有另外的齿(8-10)并且具有至少一个另外的凸轮盘(18-20)的至少一个另外的齿环设置在所述内轴上，以用于驱动所述另外的齿(8-10)。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述齿环的所述齿(6-10) 通过齿架0 连接。
4.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述齿轮装置的沿所述内轴的轴向方向的长度大于所述内齿轮O)的外直径。
5.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述齿架0 与静态逆轴承连接，并且所述内齿轮( 与传动输出轴连接，或者所述齿架0 与传动输出轴05) 连接，并且所述内齿轮( 与静态逆轴承C3)连接。
6.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述负载分配装置包括将所述传动输出轴06)与所述齿轮装置(1)的第一端连接的连接件以及将所述逆轴承(3) 与所述齿轮装置(1)的第二端连接的连接件，所述第二端与所述第一端相对。
7.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述齿架0 与所述内齿轮O)的抗扭刚度相差不到四倍。
8.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述第一凸轮盘(16)和所述第二凸轮盘(17)都具有与所述凸轮盘(16，17)旋转轴线相关的至少一个最大半径，所述负载分配装置包括围绕所述内轴纵向轴线的所述凸轮盘(16，17)最大半径的扭转
9.根据权利要求8所述的齿轮装置(1)，其特征在于，两个相邻凸轮盘(16-20)的所述扭转角被设置成，在所述齿轮装置的无负载状态下，至少一个所述齿环与所述内齿(5)偏心啮合。
10.根据权利要求8或9所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述两个相邻凸轮盘 (16-20)各自的所述扭转角至少基本是45°、60°、90°、120°或180°。
11.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，所述负载分配装置为所述第一齿(6)和所述第二齿(7)提供不同的运转角。
12.根据前述权利要求之一所述的齿轮装置(1)，其特征在于，为了使所述第一齿(6) 和所述第二齿(7)的运转角不同，所述凸轮盘(16-20)具有不同的最大半径，所述第一齿 (6)和所述第二齿(7)具有不同的长度，和/或所述第一齿环和所述第二齿环的环段(12) 具有不同的厚度。
全文摘要
本发明提供一种齿轮装置(1)，特别是传动比大于1至10的单级齿轮装置，包括具有内齿(5)的内齿轮(2)；具有用于与内齿(5)啮合的可径向移动的第一齿(6)的第一齿环；具有用于与内齿(5)啮合的可径向移动的第二齿(7)的第二齿环；内轴(21)，用于第一齿(6)的径向传动的第一凸轮盘(16)和用于第二齿(7)的径向传动的第二凸轮盘(17)固定在内轴(21)上；以及用于分配通过齿环之间的齿环传递的扭矩的负载分配装置。
文档编号F16H25/06GK102235467SQ20111010411
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者弗兰克·米歇尔, 托马斯·拜尔, 拉斯·埃斯特曼, 汉克·施赖伯, 迈克尔·施密特 申请人:维特恩斯坦股份公司