技术领域
[0001] 本
发明大体涉及用于齿轮的安装系统。具体而言，本发明涉及用于齿轮的、通常在
行星齿轮组件中使用的顺从安装件。
背景技术
[0002] 邻近的齿轮的
啮合齿的恰当的对准对于在齿轮系中的
载荷的恰当分配而言是重要的。渐开线齿轮轮廓在齿轮系统中是常见的。如将从渐开线齿
轮齿的截面中看到的那样，齿在齿根处较宽，并且沿着特性曲线收窄，直到到达扁平的齿尖为止。齿的沿着特性曲线的区域是
齿面。齿的齿面是沿着齿的整个宽度从齿根之上到齿尖的区域。齿面区是
接触具有其本身的类似的齿面区的邻近的齿的区。主动齿的齿面的齿根端将首先与从动齿的齿面的齿尖端接触/啮合。如果人们看啮合的截面，则这将看起来是处于接触点，并且接触点出现在啮合齿轮接合时。但是，因为这(接触)沿着齿的整个宽度进行，(从第一端到第二端)，所以它是接触线，并且接触线形成于啮合齿轮接合时，并且结束于那些啮合齿轮的接合结束时。在主动齿旋转时，接触线将从主动齿的基部端移动到主动齿的齿尖端。相反的事情同时发生在从动齿上，其中，接触线从齿面区的齿尖端移动到齿面区的齿根端。一旦主动齿的接触线到达齿尖，则啮合齿就脱开，并且接触线对于那些齿而言就停止。下一个主动齿会接替，并且重复该过程。
[0003] 在理想的环境中，主动齿轮的旋
转轴线和从动齿轮的
旋转轴线平行，并且分开恰当的距离。当轴线平行时，主动齿的第一端(沿着宽度)接合从动齿的第一端，同时主动齿的第二端接合从动齿的第二端。换句话说，接触线的第一端和接触线的第二端在时间上同时接合。然后接着是接触线的第一端和接触线的第二段在该啮合结束时同时脱开。如果轴线不分开恰当的距离，则主动齿和从动齿的齿面区会改变。如果轴线分开得太远，则齿将具有较少的齿面区来接合，并且齿面区和接触线将朝向齿的齿尖移动。这导致较少的接合时间来传递相同的
扭矩，并且导致在齿上有较大的应
力，因为较多的接合力已经移动到齿的齿尖上。就它们的本性而言，渐开线齿可处理某个量的过度距离，但是，相对于“正位(true)”的任何变化可增加
应力且可减少构件的容量或寿命。正位在本文中定义为在理论上恰当的设置。如果各个构件是正位的，则整个系统也将是正位的。如果轴线太靠近，则一个齿的齿尖将向啮合齿之间的区域中推得太远。这可在一个齿上导致
挤压力，以及分开啮合齿的力，仅因为在啮合齿之间不存在额外的空间。
[0004] 如果旋转轴线不平行，即它们成
角度地失准，则轴向失准很可能导致这样的情形：齿在一端处可能要接合得太多，而齿在另一端处接合得不够。换句话说，接触线的端部可不同时接合，并且接触线可不平行于两个齿轮的旋转轴线。在这种情况下，齿可同时实现两种类型的不恰当的轴向距离的后果，其中，在接合线的第一端上可存在挤压力，而在接合线的第二端处可存在减少的接合。因此，在齿上的扭矩、应力的这种不均匀分配可再次减少容量或寿命。
[0005] 其中旋转轴线不分开恰当的距离的情形可仅由制造容差导致，其中，齿轮中的一个的容许齿轮旋转的
轴承被制造/安装在“正位”
位置(其将导致分开恰当的距离)以外的位置中。如果例如轴承以不恰当的角安装，则可对轴的角度失准说同样的内容。最小的失准可在所意图的(即“正位的”)载荷分配(其中，因为齿轮的恰当的啮合而不存在通过接触线的应力梯度)和实际的载荷分配(即便在产品根据规范来制造时，实际的载荷分配也可具有显著的应力梯度)之间导致巨大的差异。角度失准还可发生在扭矩载荷下，其中，行星附连到其上的托架板可将行星销推向行星销的基部处，但是行星销的、齿轮可附连到其上的相对端的运动可被下游齿轮阻止。这可在行星销上导致悬臂效应，其中，行星销的一端可领先另一端，或落后于另一端(如果载荷方向相反的话)。
[0006] 上面描述了简单的两齿轮系统。但是齿轮系统很少那么简单。通常，如在行星齿轮的情况下那样，齿轮可具有不止一个啮合/邻近的齿轮。在这样的情况下，失准可具有累积效应，从而使问题恶化。
[0007] 应力梯度要求制造商针对最坏情况场景进行设计和建造。因此，制造商必须针对最高的应力设计和建造，但是系统的许多部分可不经历这些高
水平的应力。例如，如果在齿的第一端中的应力由于轴向失准而大于第二端，则整个齿必须设计和建造成以便承受仅存在于第一端上的力。这导致有其中的许多不被恰当地使用的较昂贵和较重的构件。认识到这一点，制造商对在构件中的更均匀的载荷分布有了兴趣。更均匀的载荷分布容许使用较结实的构件来传递较大的扭矩，或者使得制造商能够建造与具有更大应力梯度的产品输送相同的扭矩的较单薄的产品。
[0008] 为了致力于减小这些应力梯度，制造商已经找到多种方法来减小啮合齿轮的失准。一种方法是将一个齿轮安装在柔性轴上。这种方法容许安装成太靠近另一齿轮的齿轮被略微推开，但是这可导致啮合齿轮的轴向失准。另一种方法涉及安装在一端处的柔性行星销、安装在另一端处的齿轮以及在它们之间的弱化区。在此方法中，行星销会弯曲，并且弱化区容许齿轮进行调节，但是在此方法中，齿轮齿的一端的可获得的调节显著地不同于齿轮齿的另一端的可获得的调节。另外，可使用其它的机械构造。因而，在本领域中仍然存在改进的空间。
发明内容
[0009] 第一
实施例涉及一种行星齿轮组件，其包括：行星销；包括在行星销轴承端处固定到行星销上的内座圈的轴承；行星齿轮；以及布置成将行星齿轮固定到行星销上的顺从环形板。当行星齿轮旋转轴线与环形板中的行星销的一部分的旋转轴线不重合时，环形板的顺从性容许行星齿轮有旋转。
[0010] 第二实施例涉及一种齿轮行
星系统，其包括：设置在托架中且包括内座圈的轴承；包括固定到内座圈上的行星销轴承端的行星销；固定到行星销上的环形板；以及固定到环形板的径向最外部表面上的行星齿轮。环形板布置成在行星销轴承端旋转轴线与优选的行星齿轮旋转轴线不重合时
变形，并且响应于环形板的变形，实际的行星齿轮旋转轴线
定位成与优选的行星齿轮旋转轴线重合。
[0011] 另一个实施例涉及一种行星齿轮组件，其包括：行星销；包括在行星销轴承端处固定到行星销上的内座圈的轴承；行星齿轮；以及沿径向设置在行星销和行星齿轮之间且布置成将行星齿轮固定到行星销上的顺从环形板。顺从环形板通过其顺从性来容许行星齿轮绕着不同于行星销轴承端旋转轴线的行星齿轮旋转轴线旋转。
附图说明
[0012] 参照附图，在以下描述中阐述了本发明，附图显示了：
[0013] 图1是具有四个行星的通用行星齿轮系统的视图。
[0014] 图2是具有偏移地安装的行星销的图1的行星齿轮系统的局部截面。
[0015] 图3显示了与图2的两个行星齿轮齿相互作用的齿圈齿的高度示意性的图示。
[0016] 图4显示了结合有顺从板的图2的行星齿轮系统的局部截面。
[0017] 图5显示了本组件的轴承、行星销、板和行星齿轮。
[0018] 图6显示了图5的轴承、行星销、板和行星齿轮的剖视图。
[0019] 图7显示了一个实施例的齿轮齿的端部的位置范围。
[0020] 图8显示了另一个实施例的齿轮齿的端部的位置范围。
[0021] 图9显示了图1的具有四个行星的通用行星齿轮系统中的图5的轴承、行星销、板和行星齿轮。
[0022] 部件列表：
[0023] 10行星齿轮系统
[0024] 12太阳齿轮
[0026] 16托架板
[0027] 18行星销
[0028] 20、22、24行星销
[0029] 26、28、30、32行星齿轮
[0030] 34齿圈
[0031] 36、38、40、42、44行星齿轮齿
[0032] 44太阳齿轮齿
[0033] 46齿圈齿
[0034] 48、50旋转轴线
[0035] 52行星销轨道中心
[0036] 54圆形轨道
[0037] 56齿圈旋转轴线
[0038] 58、60、62、64行星齿轮旋转轴线
[0039] 66、68、70、72行星销纵向轴线
[0040] 79偏移
[0043] 86齿圈齿
[0044] 88、90行星齿轮齿
[0045] 94下风端
[0046] 96上风端
[0047] 98顺从板
[0048] 100优选旋转轴线
[0049] 102行星销托架板端纵向轴线
[0050] 106行星销端
[0051] 106板销端
[0052] 108板内部区域
[0053] 108、110板外部区域
[0054] 112行星齿轮组件
[0055] 114轴承组件
[0056] 116滚柱轴承
[0057] 118内座圈
[0058] 120外座圈
[0059] 122行星齿轮销端
[0060] 124、136行星齿轮托架端
[0061] 126、130位置范围
[0062] 128行星齿轮远端
[0064] 142底部
[0065] 144凹部
具体实施方式
[0066] 本
发明人已经开发了用于齿轮的新的构造，尽管有不恰当的轴向设置(即轴线距彼此太近或太远)或不恰当的轴向对准(即轴线不平行)或两者的组合，其仍将使得齿轮能够保持尽可能地接近平行于邻近的齿轮。新的构造将容许齿轮保持平行，而不管不恰当的轴向设置或对准是制造容差还是构件的在系统运行时的加载和扭转的结果。
[0067] 转到附图，图1显示了其中可使用本组件的通用的四行星行星齿轮系统10。此构造是许多可行的构造中的一种，并且意图用于说明的目的而不是限制性的。例如，此设计可用于固定或旋转的齿圈和托架等。另外，托架板可为在行星销的两端上具有板的托架壳体，其中，板例如通过在它们的周边之间的部件连接到彼此上。这种构造可受益于本文中描述的组件，因为例如由于扭矩载荷的原因一个板会相对于另一个板绕着公共旋转轴线扭转。
[0068] 在一个实施例中，中心是可固定到输出轴14上或可为输出轴14的一体部分的太阳齿轮12。托架板16可连接到输入轴(未显示)上。托架板16可具有四个相等地隔开的行星销18、20、22、24，行星齿轮26、28、30、32在它们之上旋转。行星齿轮26、28、30、32与太阳齿轮12和齿圈34啮合。可看到，如果输入轴(未显示)沿顺时针方向旋转且齿圈34被固定，则托架板16将使行星销18、20、22、24沿顺时针方向在太阳齿轮的周围旋转。由于行星齿轮齿36、38、40、42与齿圈齿46啮合，行星齿轮26、28、30、32将相对于它们的相应的行星销18、20、22、24沿逆时针方向旋转，并且由于行星齿轮齿36、38、40、42与太阳齿轮齿44啮合，将导致太阳齿轮12和输出轴14沿顺时针方向旋转。
[0069] 如可从图1中看到的那样，在一个实施例中，输出轴14具有输出轴旋转轴线48。太阳齿轮12具有太阳齿轮旋转轴线50。行星销18、20、22、24中的各个绕着行星销轨道中心52沿着圆形轨道54运行，并且齿圈34可为固定的或可绕着齿圈旋转轴线56旋转。如果所有的构件处于它们的正位位置中，则48、50、52和56将重合，即它们将平行于彼此且彼此处于相同位置中。行星齿轮26、28、30、32绕着相应的行星齿轮旋转轴线58、60、62、64旋转。如果行星销18、20、22、24处于它们的正位位置中，则行星齿轮旋转轴线58、60、62、64将与相应的行星销纵向轴线66、68、70、72重合。在这种情况下，就有关太阳齿轮的情况而言，行星齿轮旋转轴线58、60、62、64也将为行星齿轮的优选旋转轴线。换句话说，为了使太阳齿轮12以正位的方式与啮合行星齿轮(例如行星齿轮26)啮合，太阳齿轮优选使邻近的行星齿轮26绕着行星齿轮优选旋转轴线旋转。在这种情况下优选指的是太阳齿轮12将针对行星齿轮26、28、30、32所优选的。对太阳齿轮12进行了参照，因为它对于所有行星齿轮
26、28、30、32而言是公共的。
[0070] 在这种正位系统中，每个构件将确切地处于它意图所处的位置，并且每个齿轮将恰当地与邻近的齿轮啮合。但是，这种系统很少出现。制造容差在构件的非正位定位方面起一定作用，当在载荷下时行星齿轮系统10的构件的弯曲和扭转也一样。制造容差例如或者可沿Y所指示的径向方向将行星销18设置在例如其正位位置之外，或者可将其设置在X所指示的偏移处。
[0071] 由于通常使用的渐开线齿轮齿的性质的原因，以别的方式将处于正位的四
行星系统中的一个行星销18、20、22、24的微小的径向位移不是大问题。例如，行星齿轮26可容忍其行星销18沿着线Y的位移，而无大的应力变化，因为行星齿轮齿36将仅与齿圈齿46接合得更深或更浅。渐开线齿大体能够容忍由于制造容差而导致的径向位移，并且所以这很少带来问题。
[0072] 但是微小的偏移可导致重大的问题。齿圈齿46和太阳齿轮齿44预期行星齿轮齿36例如以确定的方式与它们啮合。这发生在行星齿轮26绕着其正位旋转轴线58旋转时。
[0073] 但是如果行星销18沿着线X例如向右偏移，则行星齿轮齿36不处于它们在为正位时应当处于的位置。齿圈齿46和太阳齿轮齿44将在接合期间回推在行星齿轮齿36上，因为由其余的行星28、30和32保持处于相对位置的齿圈齿46和太阳齿轮齿44希望行星齿轮齿36向左回到它们的正位位置中。因而，行星销18会偏转，以适应偏移和所产生的齿失准。如果输入轴(未显示)沿顺时针方向旋转且因而托架板16沿顺时针方向旋转，则行星齿轮齿36将比行星齿轮齿38更早接合齿圈齿46和太阳齿轮齿44。结果，不是各个行星销相等地(即各自为25％)分担扭矩载荷(载荷分担)，而是偏移行星销18承受更大百分比的扭矩载荷，并且略微卸载的行星销20减轻了一些载荷，从而产生它们分担的载荷的百分比的差异。本发明人的模型已经显示，在具有一个偏移行星销的这种系统中，70μm(0.0028″)的小的偏移导致加载的偏移行星销18与卸载的行星销20的超过13.42％的载荷差异。用以达到这些数字的模型采用了托架且没有顺从板，托架固定了行星销的两端，所以它们不可弯曲/悬臂。
[0074] 载荷通过行星销齿24传递给行星销，所以如果对于加载的行星销18而言在行星销上的载荷越大，则对于加载的行星销18而言在行星齿轮齿36上的载荷越大。如果行星销被偏移且还不平行(例如由于制造容差的原因)，则在齿上的载荷将不均匀地分配在齿上，从而导致在齿上的应力梯度。
[0075] 已经使用柔性行星销，以允许有非正位设置。但是，行星销自然地希望沿着曲线弯曲，但是邻近的齿轮将希望使行星齿轮保持与它们平行，如果行星销沿着曲线弯曲的话这是不可行的。因此，行星销最终具有“S形”弯曲，这可在图2中看到，图2是偏移行星销18、行星齿轮26和齿圈34的沿着图1的A-A的局部截面。可看到，由于偏移79的原因，行星齿轮26被齿圈齿46和太阳齿轮齿44(未显示)推成与齿圈齿46和太阳齿轮齿44对准。齿圈齿46和太阳齿轮齿44本质上需要使行星齿轮26沿顺时针方向80旋转，以便确保恰当的齿对准。这会在接合行星齿轮齿36的齿圈齿46上施加很大的齿圈定向力82和84。齿圈定向力被显示为虚线，因为它们在行星齿轮26的后面(在此视图中)、在行星齿轮26和齿圈34之间推在行星齿轮齿36上。如将在图3进一步详述的那样，显示了下风(downwind)齿圈定向力84指向右边，以说明齿圈齿34的下风端可向右推行星齿轮齿36的下风端，而齿圈齿34(齿)的上风(upwind)端可向左推邻近的行星齿轮齿。
[0076] 图3显示了图2中的单个齿圈齿86在其在系统为静态时与图2中的两个行星齿轮齿88、90相互作用时的放大示意图。由于行星销18期望遵从简单的弯曲而非“S形”弯曲，所以行星齿轮齿88、90两者希望沿逆时针方向旋转。为使行星齿轮26保持尽可能地接近平行于齿圈34，齿圈齿86必须向右推在行星齿轮齿90的下风端94上，并且向左推在行星齿轮齿88的上风端96上。因此，在齿圈齿86的外端上存在一个幅度和方向的应力，而在齿圈齿86的内端上存在另一个幅度和方向的应力。明显地，即使在静态系统中，沿着两组齿也存在应力梯度。除了扭矩载荷引起的应力梯度之外，由于此偏移引起的此应力梯度在系统处于载荷下时继续存在。(在太阳齿轮齿44与齿圈齿36啮合时，对太阳齿轮齿44发生同样的事情。)行星销的伸直的期望越大，应力和对应的应力梯度就越大。
[0077] 如在图4中看到的那样，本创新性的组件的发明人认识到在行星销18被迫弯曲两次变成太阳齿轮12和齿圈34需要的“S形”构造时涉及的增加的力和应力。为了致力于减小在行星销上的应力，本发明人已经将顺从板98安装在行星销18和行星齿轮26之间。由于板的性质的原因，顺从板98将容易从平面变形，而不损失其将扭矩从板内部区域108传递到板外部区域110的能力。(即板98将容易地从平面变形而不损失其传递扭矩的能力，并且在最小的径向变形的情况下这样做。)顺从板98会扩大行星齿轮26的运动范围，因为它会有效地产生行星齿轮26安装在其上的伸长的杠杆臂。情况是这样，因为通过容许行星齿轮26绕着行星销18的行星销端106旋转以及因而保持平行于邻近的啮合齿轮，顺从板98允许行星销18从“S形”弯曲伸直成正常的弯曲。这使得行星齿轮26能够运动得更远，或者备选地需要比它在没有顺从板98的情况下将需要的力更小的力来到达某个位置。使用顺从板98使得设计者能够为行星销18和顺从板98选择不同的设计和/或材料，从而为设计选择提供较多的空间。本发明人的模型已经显示，当在具有70μm(0.0028″)的相同的小的偏移(前面所测试的)的四行星齿轮系统中采用所公开的顺从行星销和板布置时，载荷分担的百分比差异从13.42％降到1.97％。这表示差异减小了85％。
[0078] 顺从板98仍然使得行星齿轮26能够绕着优选旋转轴线100旋转，而不管在系统中存在何种类型的失准。显示了角度失准和位移两者来说明这一点。角度失准由β指示，并且由在行星销托架板端纵向轴线102和行星齿轮100的优选旋转轴线的相交部处的角β限定。位移失准由104指示，并且是行星销托架板端纵向轴线102与优选旋转轴线100之间的距离。这里可看到，失准是由于制造容差而引起的偏移还是由于托架板的制造容差或扭转或无数种原因中的任何其它原因而引起的悬臂并不重要，行星齿轮26能够保持平行于齿圈34和太阳齿轮12(未显示)，并且实际上，它能够绕着太阳齿轮将优选其绕着而旋转的同一轴线100旋转。因为行星齿轮18中的各个将具有此顺从行星销和板布置，所以整个系统将更能够达到平衡状态，从而逼近沿着啮合齿的齿面的均匀的载荷分担和均匀的载荷分配(即没有应力梯度)。
[0079] 图5和6显示了顺从行星齿轮组件112的视图，包括行星齿轮26、顺从板98、顺从行星销18和轴承组件114。轴承组件114可包括滚柱轴承116、内座圈118和外座圈120。滚柱轴承可为双锥形轴承或任何适当的轴承。内座圈118可压到顺从行星销18上，而轴承组件114可固定在托架板(未显示)中。外座圈120可压到托架板中，或者它可设置在穴中且通过适当的手段固定。轴承组件114本身可具有设计到其中且依赖于行星齿轮组件112的总体顺从性的一部分的一些顺从性。
[0080] 在此实施例中看到，行星板98在行星销齿轮端122处设置在行星销18和行星齿轮26之间。这容许行星销18有最大顺从性。如在图7中所示，在此构造中，与具有窄的远端运动范围130的行星齿轮远端128相比，行星齿轮托架端124具有宽的托架端运动范围126。这种构造容许行星齿轮26有宽的位置范围，但是它还允许从齿的一端到另一端有较大的应力梯度。这是因为当与刚性安装件相比时，容许有运动的相同柔性也还不能传递扭矩。例如，在图4中的实例中，一旦扭矩应用于托架，行星销就被沿方向132推动。扭矩将经由顺从板98通过行星销18传递到行星齿轮26。齿轮板98在行星销18上处于尽可能最远的点，并且因而行星销18将悬臂。顺从板98直接在行星齿轮远端134处支承行星齿轮齿36，而不直接在行星齿轮托架端136处支承行星齿轮齿36。因而，在托架开始施加扭矩时，力将不会均匀地分配在行星齿轮齿36上。
[0081] 在图8中显示的一个备选实施例中，顺从板98设置在行星齿轮的端部的中间。与现有构造相反，这种构造可导致行星齿轮26有更小但更相等的位置范围126、130，但是它还允许从齿的一端到另一端有更小的应力梯度。位置范围可更小，因为顺从板98在行星销98上并不出去那么远，所以它将悬臂得更少。应力梯度将更小，因为行星齿轮26在中间被支承，并且因此更可能沿着齿的宽度更均匀地分布任何扭矩载荷。
[0082] 图9显示了图2的正位四行星齿轮系统10的截面2-2，本发明的一个实施例140在顶部处，而另一个实施例在底部142处。输出轴14，太阳齿轮12，托架板16，内轴承座圈118，轴承116，外轴承座圈120，行星销18、22，板98，行星齿轮26、30，齿圈34和输入轴138是可见的。轴承组件114可按压配合到凹部144中，或通过固定机构146固定在其中。
[0083] 本组件的发明人已经认识到
现有技术的限制，并且通过增设低成本的易于结合的顺从元件来对其进行了改进。此元件减小了在行星销上的最大应力，减小了行星系统的各个行星销可经受的载荷的差异，减小了啮合齿轮齿经受的最大应力，以及减小了沿着那些齿的应力梯度。因此，使用本创新性设计的齿轮系可比不具有该创新的同样的现有技术系统传递更多的扭矩，或新系统可设计成在传递相同的量的扭矩的同时重量更轻且成本更低。由于将板结合到创新性设计中，本发明人的模型提出了10％-14％的扭矩容量增加，以及17％的扭矩
密度增加(每单位重量的齿轮箱可传递的扭矩的量)。
[0084] 虽然已经在本文中显示和描述了本发明的多种实施例，但是将为显而易见的是这样的实施例仅以实例的方式提供。可作出许多变型、改变和替代，而不脱离本文中的发明。因此，意图本发明仅受所附
权利要求的精神和范围限制。
