專利名稱：籠型行星架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及籠型行星架。特別地，本發(fā)明涉及用于周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的行星架，該周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)配備有行星軸，該行星軸固定地連接到行星架，且在所述行星軸上以可旋轉(zhuǎn)方式通過行星軸承安裝行星 輪。更特定地，本發(fā)明涉及籠型行星架，所述行星架的行星輪布置在行星架的兩壁之 間，其中這些壁在行星輪的每側(cè)上支承行星軸。另外，本發(fā)明涉及用于包含具有斜齒或螺旋齒的齒輪的行星齒輪系統(tǒng)的行星架。
背景技術(shù)：
對(duì)于具有非常高的要求且受到極高載荷例如風(fēng)力渦輪機(jī)的行星齒輪變速器，通常 使用帶有螺旋齒的齒輪，這是因?yàn)檫@樣的帶有螺旋齒的齒輪具有用于實(shí)現(xiàn)所要求的標(biāo)稱承 載能力以及降低噪聲和振動(dòng)的更好的特征。一些類型的用于帶有斜齒的周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的這樣的籠型行星架是已知的。然而，它們?nèi)跃哂休^大的問題，且仍可被顯著地優(yōu)化。當(dāng)設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)時(shí)，必須進(jìn)行關(guān)于如下方面的選擇輪齒的螺旋角和用于齒 圈(齒環(huán))、太陽輪和行星輪的尺寸，以能夠承擔(dān)所要求的載荷且實(shí)現(xiàn)正確的傳動(dòng)比。為實(shí)現(xiàn)特定的傳動(dòng)比，多種齒輪的直徑之間的比值必須滿足一定的要求。為能夠承受較大的載荷，可將整個(gè)齒輪變速器的尺寸延展(當(dāng)然，由于經(jīng)濟(jì)性和 物流方面的原因，應(yīng)盡可能限制此情況)，或增加輪齒的螺旋角。問題是并非以上所述的參數(shù)的任何選擇都將與合適的軸承支承相容。為輪齒選擇較大的螺旋角將例如導(dǎo)致對(duì)于行星軸承的更嚴(yán)格的要求。僅能夠通過選擇帶有一定最小尺寸的行星軸承來滿足這些更嚴(yán)格的要求，其結(jié)果 是可能要求整個(gè)齒輪系的最小尺寸。因此，顯而易見的是，僅所有可能的因素的合適組合可使得制造一種齒輪系，至少 與現(xiàn)有的行星齒輪系統(tǒng)相比，該齒輪系能夠以相對(duì)小的尺寸承擔(dān)較大載荷。當(dāng)選擇帶有較大徑向尺寸的行星軸承時(shí)存在多個(gè)限制，這是因?yàn)樾行禽喌凝X輪緣 必須具有一定的厚度以避免在行星輪的齒和行星軸承的外軸承套圈之間的不利的相互作 用，或簡(jiǎn)單地以抵抗載荷或保證軸承的一定的最小壽命。沿軸向方向，所要求的齒輪承載能力要求了齒輪寬度的最小值，且有效齒輪寬度 也是必須的以能夠在行星輪上通過軸承承擔(dān)轉(zhuǎn)矩，或?qū)崿F(xiàn)對(duì)于行星輪的合適的軸向和徑向 的軸承支承。因?yàn)閹в新菪X的齒輪被傾斜以相互軸向地移開，所以輪齒的螺旋角影響行星軸承。齒的螺旋角越大，則齒之間的軸向力越大。周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)具有在齒圈和行星輪之間以及行星輪和太陽輪之間的齒輪軸向分開的趨向。 移動(dòng)的行星輪受到的關(guān)于齒圈的軸向力與由太陽輪施加到所述行星輪上的軸向 力相反。這些軸向力因此相互抵消，其結(jié)果是在行星軸和行星軸承上看時(shí)不存在凈軸向 力，使得這不影響行星軸承。然而，因?yàn)樵谑褂寐菪X的情況中，這些相反的軸向力分別施加在齒圈和太陽輪 上，所以每個(gè)行星輪受到翻傾力矩，該翻傾力矩必須通過行星軸承處理。顯見的是單排軸承，S卩，僅帶有一排滾子元件的軸承不適合處理這樣的翻傾力矩， 這是因?yàn)闈L子元件的邊緣在此情況中將受到極大的應(yīng)力。為此原因(且為限制尺寸)，行星輪通常通過能夠處理翻傾力矩的軸承安裝在行 星輪的行星軸上，所述軸承通常為雙排或多排軸承，例如雙排圓錐滾子軸承或雙排圓柱軸承。在關(guān)于行星輪上的翻傾力矩的此論述中考慮的另一個(gè)主要因素是齒寬。齒寬最初基于所要求的載荷確定。顯見的是當(dāng)使用較大的螺旋角時(shí)，相同的齒寬能夠傳遞更大的功率。然而，較大的 螺旋角也意味著必須處理行星輪的較大的翻傾力矩，這又可能需要對(duì)于軸承足夠的齒寬。簡(jiǎn)言之，如果選擇了較大的螺旋角，則對(duì)于給定的承載能力，較小的齒寬可能是可 以的，但齒寬的降低受到行星軸承必須仍能處理行星輪處的翻傾力矩的要求的限制。然而，例如因?yàn)橹圃齑蟪叽绲凝X圈是困難的且因此非常昂貴，或因?yàn)檫\(yùn)輸這樣的 齒輪系統(tǒng)成問題，所以將周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的徑向尺寸保持為盡可能小有時(shí)是優(yōu)選的，使得對(duì) 于周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的軸向尺寸給出更少的要求，。然而，對(duì)于一定要求的徑向尺寸，施加在行星軸承上的最大可實(shí)現(xiàn)載荷再一次限 制于一定水平。然而，通過應(yīng)用前后相繼的多排滾子元件而將軸承在軸向方向上延伸可解決此問題。例如通過將兩個(gè)或多個(gè)行星軸承布置在行星輪下或通過使用帶有甚至更多排滾 子元件的行星軸承，例如，帶有四排或更多排滾子元件的滾子軸承，多排滾子元件軸向相繼布置。使用多個(gè)行星軸承或多排行星軸承來將行星輪支撐在行星軸上的這些現(xiàn)有設(shè)計(jì) 的缺點(diǎn)是，如果使用多排軸承，則導(dǎo)致了在多個(gè)行星軸承之間以及在多排滾子元件之間的 不均勻的載荷分布。關(guān)于實(shí)現(xiàn)多個(gè)行星輪之間的正確的載荷分布，問題不是那么嚴(yán)重。由于它們的徑向?qū)ΨQ位置以及在固定齒圈和通?；蚨嗷蛏俚馗?dòng)的太陽輪之間 的行星架和行星輪的旋轉(zhuǎn)，行星輪自動(dòng)受到大致相同的載荷，如在帶有例如三個(gè)行星輪的 設(shè)計(jì)中的情況一樣。然而，清楚的是如果并非不可能則難于實(shí)現(xiàn)相互間以一定軸向距離布置在行星輪 下方的多排滾子元件之間均勻的載荷分布，而不管這涉及到不同的單排軸承的多排滾子元 件，或涉及到一個(gè)或多于一個(gè)的多排軸承的多排滾子元件。這已經(jīng)是行星輪上的純徑向載荷的情況。
另外，螺旋齒生成了前述翻傾力矩，其結(jié)果是行星輪被傾斜以圍繞垂直于行星架旋轉(zhuǎn)軸線的軸線翻傾，這使得甚至更難于實(shí)現(xiàn)不同的行星軸承或這些行星軸承的多排滾子 元件之間的均勻載荷分布?？傊?，在此轉(zhuǎn)矩的影響下，應(yīng)力主要集中在軸向最外側(cè)軸承或滾子元件排上，而中 間軸承或滾子元件排更少地受到此翻傾轉(zhuǎn)矩。當(dāng)多于兩排的滾子元件使用在行星軸承內(nèi)用于支承每個(gè)行星輪時(shí)，不均勻載荷分 布的此問題非常明顯，而不管這涉及到數(shù)個(gè)單排軸承的多于兩排的滾子元件，或一個(gè)或多 個(gè)多排軸承的多于兩排的滾子元件?？傊?，兩排滾子元件足以處理翻傾力矩，使得在帶有僅兩排滾子元件的此構(gòu)造中， 每排滾子元件上的載荷被直接確定。此情況已知為靜定系統(tǒng)。然而，如果相互間軸向布置的多于兩排的滾子元件用于支承行星輪，則不將立即 清楚每排滾子元件對(duì)于支承行星輪的貢獻(xiàn)程度如何。此情況已知為超靜定系統(tǒng)。在許多情況中，特定排的滾子元件因此將受到載荷的主要部分，而其他排的滾子 元件將僅部分地受到載荷或根本不受載荷。帶有多于兩排滾子元件的這樣的行星軸承因此通常不均勻地受載且因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 是有效的。軸承或軸承內(nèi)多排滾子元件的不均勻載荷分布可能導(dǎo)致軸承或由這些軸承所支 承的零件的早期磨損。為闡明情況，在此應(yīng)指出如下事實(shí)，即已存在多種帶有行星軸的行星架設(shè)計(jì)，每個(gè) 行星軸裝配有多于一個(gè)行星軸承，其中幾乎實(shí)現(xiàn)了行星軸承的不同排滾子元件之間的均勻 載荷分布。然而，這些行星架具有與本發(fā)明所涉及的行星架完全不同的類型。更具體地講，這些現(xiàn)有的行星架使用稱為“承重板(bogie plate) ”的零件，該承重 板將行星軸支承在中心(且僅在中心)，且其中軸承布置在承重板的任一側(cè)上以支承行星 輪。行星軸使用一種類型的球接頭松弛地安裝在承重板上，這當(dāng)然保證了良好的載荷 分布。這樣的帶有承重板的行星架用于特殊目的，例如在風(fēng)力渦輪機(jī)中，其中帶有齒圈 的變速箱具有相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)殼體的固定的位置，且涉及轉(zhuǎn)子軸承的廣泛的集成。由于軸承中轉(zhuǎn)子載荷或間隙或其他這樣的方面，在此構(gòu)造中轉(zhuǎn)子軸受到相對(duì)于殼 體的相當(dāng)大的力矩，從而導(dǎo)致齒輪之間的明顯的對(duì)準(zhǔn)誤差。為處理這些對(duì)準(zhǔn)誤差，行星軸以可移動(dòng)方式安裝在承重板上，允許了齒輪自定位。本發(fā)明典型地用于風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的齒輪系統(tǒng)，例如為描述起見其中變速箱懸掛在 轉(zhuǎn)子軸上，且除此之外，其中行星架和太陽輪可能通過軸承支承在變速箱殼體內(nèi)。變速箱和風(fēng)力渦輪機(jī)殼體之間的鏈接是略微彈性的，從而允許齒圈、行星輪和太 陽輪連續(xù)跟隨轉(zhuǎn)子軸的移動(dòng)，且維持精確的對(duì)齊(除可能的小偏差)。清楚的是此相當(dāng)剛性的構(gòu)造中的載荷分布可能成問題且因此要求解決方案，該相當(dāng)剛性的構(gòu)造是本發(fā)明所涉及的構(gòu)造并且其中行星輪通過多于一排的前后相繼的滾子元 件支承。除承重板解決方案用于其他應(yīng)用外，此齒輪系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它們非常難于制造，從 而導(dǎo)致高成本價(jià)格。另外，如果使用承重板，則一定的齒輪類型被排除。例如，對(duì)于帶有承重板的行星架，螺旋齒的使用是不可能的。DE 0. 054. 280具有另一個(gè)解決方法，其目的是實(shí)現(xiàn)不同行星輪之間的均勻載荷分
布。 在此情況中主要關(guān)注于如果使用大傳動(dòng)比則在行星軸和太陽輪處可能發(fā)生極大 扭曲的問題。所提供的解決方案不處理所發(fā)生的扭曲，而相反地允許扭曲發(fā)生。如上所解釋，這樣的解決方案對(duì)于本發(fā)明所涉及的應(yīng)用是不合適的，這是因?yàn)楫?dāng) 然扭曲必須被盡可能限制。另外，DE 0. 054. 280的實(shí)施例具有許多其他缺點(diǎn)。行星輪通過以保持板相互分開的滾針軸承支承，這將必然導(dǎo)致磨損。另外，這樣的解決方案完全不適合于斜輪齒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供對(duì)于包括以上所述那些缺點(diǎn)的一個(gè)或數(shù)個(gè)缺點(diǎn)的解決方案。為此目的，本發(fā)明是用于周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的行星架，所述周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)帶有固定地 連接到行星架的行星軸，使用行星軸承將行星輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述行星軸上，其中行星 輪的齒是螺旋齒或人字齒，行星架是籠型的，且其中更特定地行星輪布置在行星架的兩個(gè) 壁之間，且其中這些壁將行星軸支承在行星輪的任一側(cè)上，且其中，根據(jù)本發(fā)明，至少兩個(gè) 分開的行星輪安裝在每個(gè)行星軸上，所述行星輪的每個(gè)通過至少一個(gè)行星軸承支承，每個(gè) 行星輪通過是雙圓錐滾子軸承的行星軸承支承，其中每個(gè)雙排圓錐滾子軸承的外軸承套圈 集成在所述行星輪中。根據(jù)本發(fā)明的此行星架的主要優(yōu)點(diǎn)在于它實(shí)現(xiàn)了能處理非常高載荷的緊湊設(shè)計(jì)。的確，雙排圓錐滾子軸承極適合于徑向載荷和軸向載荷，以及適合于承擔(dān)翻傾力 矩，如在上文中解釋，如果使用螺旋齒則所述翻傾力矩必然存在。另外，與其他類型的軸承相比，這些雙排圓錐滾子軸承沿軸向方向占據(jù)非常小的 空間，且它們能夠承載非常高的翻傾力矩。這意味著能夠?qū)⑴c其他類型的軸承相比更大的螺旋角用于相同要求的齒寬，使得 能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)更高的承載能力。另外，對(duì)于齒輪系統(tǒng)的相同要求的徑向尺寸，使用其中圓錐滾子軸承的外軸承套 圈集成在行星輪內(nèi)的行星軸承組件，能夠比使用其中外軸承套圈不集成在行星輪內(nèi)的行星 軸承組件的情況承載更大的載荷。當(dāng)制造例如用于周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的齒圈時(shí)必須克服的技術(shù)問題以及在該齒圈的運(yùn) 輸中可能出現(xiàn)的問題和因此由該齒輪產(chǎn)生的制造成本將隨齒圈尺寸增加指數(shù)地升高，這是 能夠以相對(duì)有限的齒寬和齒輪直徑承擔(dān)較大載荷非常有用的原因，如在根據(jù)本發(fā)明的周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的情況中一樣。根據(jù)本發(fā)明的此行星架的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是行星軸承和/或這些軸承的多排滾 子元件之間的載荷分布更好且更均勻。特別地，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的不同平面內(nèi)且相互間具有給定軸向距離的軸承或軸 承的多排滾子元件之間的載荷分布得以改進(jìn)。其原因是均勻的載荷分布更少地取決于每個(gè)軸承內(nèi)或軸承的每排滾子元件內(nèi)的 高度精確的間隙調(diào)整。總之，行星架的行星軸上的每個(gè)單獨(dú)的行星輪具有一定的間隙，且因此能夠在其 自身的支承軸承或多個(gè)支承軸承內(nèi)略微移動(dòng)，從而允許軸承的多排滾子元件或不同支承軸 承的滾子元件之間的載荷分布。一般地，如果在單獨(dú)的軸上使用多于一個(gè)行星輪，則與如果如在現(xiàn)有行星架中一 樣相同軸承支承僅一個(gè)行星輪相比，實(shí)現(xiàn)了軸向相互靠近布置的軸承的多排滾子元件之間 更好的載荷分布。由于相同的原因，因?yàn)樵谙嗷ポS向靠近布置的行星輪的一個(gè)下的每個(gè)行星軸承能 夠分開地自定位以承擔(dān)此翻傾力矩載荷，所以對(duì)于承擔(dān)前述圍繞與旋轉(zhuǎn)軸線相垂直的軸線 的翻傾力矩，實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的載荷分布，這在螺旋齒用于行星輪時(shí)發(fā)生。在通過雙排圓錐滾子軸承支承每個(gè)行星輪的情況下，為每個(gè)行星軸使用多于一個(gè) 行星輪的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，行星軸承的組裝被相當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化?？傊?，可以將隨后的軸向行星輪相繼地安裝在行星軸上。因此，首先安裝第一行星輪的帶有伴隨的圓錐滾子的第一內(nèi)圈，然后安裝相關(guān)的 行星輪自身，然后安裝相關(guān)行星輪的帶有其伴隨的滾子元件的第二內(nèi)圈。最后，能夠以相同的方式將下一個(gè)行星輪和多個(gè)行星輪靠著先前的行星輪安裝。也可見，因?yàn)閹в袃H具有一個(gè)集成在行星輪內(nèi)的外軸承套圈的多個(gè)雙排圓錐滾子 軸承的構(gòu)造不能安裝在行星軸上，所以不使用分開的行星輪的情況下，雙排圓錐滾子軸承 的外軸承套圈的集成甚至是不可能的。根據(jù)依照本發(fā)明的行星架的優(yōu)選實(shí)施例，每個(gè)行星輪通過行星軸承支承，所述行 星軸承是雙排圓錐滾子軸承，其帶有集成到相關(guān)行星輪內(nèi)的外軸承套圈，每個(gè)雙排圓錐滾 子軸承的多排圓錐滾子安裝成所謂的0型構(gòu)造。在多排圓錐滾子的這樣的0型構(gòu)造中，圓錐滾子的直徑在軸向方向上向著其他排 的圓錐滾子降低。多排圓錐滾子的這樣的0型構(gòu)造與多排圓錐滾子的所謂的X構(gòu)造相反，在所述X 構(gòu)造中，直徑沿前述軸向方向向軸承中的其他排圓錐滾子增加。兩個(gè)構(gòu)造之間的重要差異在于圓錐滾子的旋轉(zhuǎn)軸線上的壓力中心的位置。此壓力中心是多排滾子元件的壓力圓錐的頂角，這樣的壓力圓錐通過一組通過圓 錐滾子的中心的方向限定，來自外軸承套圈的載荷能夠沿所述一組方向向圓錐滾子軸承的 內(nèi)軸承套圈傳遞。在多排圓錐滾子的0型構(gòu)造中，軸承旋轉(zhuǎn)軸線上的 這些壓力中心之間的距離大于 多排圓錐滾子的幾何中心之間的距離。這與X構(gòu)造完全不同。
這意味著即使多個(gè)排的幾何中心之間的距離相對(duì)小，在0型構(gòu)造中的多排圓錐滾 子也能夠抵抗大的翻傾力矩。由于翻傾力矩載荷引起的徑向載荷及作為其結(jié)果的軸承上的變形在0型構(gòu)造中 小于在X型構(gòu)造中。因此，顯見的是，因?yàn)槿缭诟鶕?jù)依照本發(fā)明的前述優(yōu)選實(shí)施例中所建議的選擇允 許容易地承載翻傾力矩，而同時(shí)將軸向方向上所需的空間限制為最小，所以它在此給定的 行星架的情況中是非常好的選擇。


為更好地解釋本發(fā)明的特征，根據(jù)本發(fā)明的行星架的如下優(yōu)選實(shí)施例僅通過例子 參考附圖描述，而不以任何方式限制，其中圖1示出了已知的籠型行星架的橫截面，每個(gè)行星軸具有一個(gè)行星輪，所述行星 輪通過一個(gè)雙排圓柱滾子軸承支承；圖2也示出了已知的籠型行星架的橫截面，每個(gè)行星軸現(xiàn)在具有一個(gè)行星輪，所 述行星輪通過兩個(gè)雙排圓柱滾子軸承支承；圖3提供了在圖2中的行星架的情況中徑向載荷和翻傾力矩載荷如何在不同排的 圓錐滾子之間分布的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的籠型行星架，每個(gè)行星軸裝配有兩個(gè)行星輪，每個(gè)行星 輪通過其自身的雙排圓錐滾子軸承支承；和圖5示以與圖3中類似的方式示出了徑向載荷和翻傾力矩載荷在圖4的行星架的 不同排的圓錐滾子之間的分布。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的行星架1是籠型行星架，且是周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)2的一部分。此外，該周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)由下列部件構(gòu)成齒圈3，其通過螺栓4連接到殼體5 ；行星 輪6，在圖1中僅示出所述行星輪6中的一個(gè)，所述行星輪6可旋轉(zhuǎn)地安裝在行星架1的行 星軸8上；和太陽輪9，其安裝到輸出軸10。已知周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)2的行星架1能夠用于將行星架1的緩慢旋轉(zhuǎn)通過帶有齒圈3 的此行星架1上的行星輪6和太陽輪9之間的相互作用轉(zhuǎn)換為輸出軸10的快速旋轉(zhuǎn)。在此已知的籠型行星架1中，行星輪6布置在行星架1的兩個(gè)壁11和12之間。另外，壁11和12在行星輪6的任一側(cè)上支承了行星軸8。如在介紹部分中所解釋，因?yàn)樾行禽S承7的尺寸和/或直徑D必須被限制，所以將 行星軸承7安裝在行星軸6上的可能性被相當(dāng)?shù)叵拗?。其一個(gè)原因是行星輪6的齒輪緣13的厚度T必須足夠大以避免行星輪6的齒14 和行星軸承7的外軸承套圈15之間的相互作用的問題。意識(shí)到這樣且因?yàn)辇X圈3的內(nèi)徑D’通常是給定的參數(shù)，所以對(duì)于具有大直徑D的 行星軸承7剩余空間將很小。為保證軸承的一定程度的緊湊性且能夠處理足夠大的載荷，因此通常將雙排軸承 用于行星軸承7，如在圖1中示出，其中兩排滾子元件16布置在一對(duì)可以或可以不制造為單件的外軸承套圈15和內(nèi)軸承套圈17之間。
在此情況中，使用雙排圓柱滾子軸承7，但圓錐滾子軸承經(jīng)常也用于此目的，且軸 承7甚至可以是多排軸承。如果與行星架1的尺寸相比涉及較大的載荷，則另一個(gè)現(xiàn)有的解決方案應(yīng)通常由 于前述原因被采用，即在圖2中作為例子示出的解決方案，其中行星輪6使用多于一個(gè)行星 軸承7安裝在行星軸8上，所述行星軸承7的每個(gè)是多排圓柱型的。然而，此已知的行星架1具有數(shù)個(gè)缺點(diǎn)，特別是關(guān)于不同排的滾子元件16上的載 荷分布，如將在下文中通過參考圖3所展示的，該滾子元件16相互成軸向距離布置。圖3的左部分示出了在如圖2中所示制造的行星架1內(nèi)，行星輪6上的例如由于 輪齒力導(dǎo)致的徑向載荷R如何通過多排滾子元件16從雙排圓柱滾子軸承7傳遞到行星軸 8。為指示帶有其多排滾子元件16的行星軸承7例如由于軸承7內(nèi)的徑向間隙而被 考慮為可變形元件，行星軸承7在圖3中示出為彈簧元件。在徑向載荷R和軸承7內(nèi)的徑向間隙的影響下，行星輪6具有自定位的趨向。如果軸承7內(nèi)的徑向間隙對(duì)于所有軸承不絕對(duì)相等，這當(dāng)然是實(shí)踐中的經(jīng)常情 況，則這將導(dǎo)致在行星輪6自定位時(shí)某些排的滾子元件16比其他排16更嚴(yán)重地受載。這已在圖3中示出的例子中通過將點(diǎn)置于最嚴(yán)重受載的排16處而示出。圖3的右部分示意性地示出了在翻傾力矩M的影響下發(fā)生的類似的現(xiàn)象，所述翻 傾力矩M例如由于當(dāng)使用螺旋齒時(shí)帶有太陽輪10的行星輪6的齒和齒圈3之間的相互作 用導(dǎo)致。如在圖3中指示，在此情況中，軸向外排的滾子元件16與位于更靠?jī)?nèi)側(cè)的多排滾 子元件16受到更大的載荷。當(dāng)然，軸承7和多排滾子元件16之間的此不均勻載荷分布不利地影響了軸承7的
壽命ο對(duì)于以上所述缺點(diǎn)的解決方案是根據(jù)本發(fā)明的籠型行星架18，其可能的實(shí)施例在 圖4中示出。根據(jù)本發(fā)明的此行星架18的典型情況是每個(gè)行星軸8具有兩個(gè)分開的行星輪6， 行星輪6的每個(gè)通過其自身的行星軸承7支承，此行星軸承7是雙排圓錐滾子軸承，其中每 個(gè)雙排圓錐滾子軸承7的外軸承套圈15集成在相關(guān)的行星輪6內(nèi)。重要的是注意到本發(fā)明涉及一種周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)20，其中行星輪6的齒14是螺旋型 的或人字型的(即V形的)。如已解釋，使用這些螺旋齒14產(chǎn)生了軸向力，所述軸向力導(dǎo)致行星輪上的翻傾力 矩，且該翻傾力矩必須通過支承軸承處理。雙排圓錐滾子軸承7極適合于此目的。使用雙排圓錐滾子軸承7的優(yōu)點(diǎn)是它們非常適合于承擔(dān)翻傾力矩和大的軸向和 徑向載荷，另外，與受到了類似載荷的其他軸承相比，軸承7在軸向方向上需要相對(duì)小的空 間。這意味著圓錐滾子軸承對(duì)于相同的齒寬能夠比圓柱軸承處理更大的翻傾力矩，例 如作為其結(jié)果，如已解釋，能夠使用帶有較大螺旋角的螺旋齒而不超過行星軸承的最大載荷承載能力。然而，雙排行星圓錐滾子軸承7的缺點(diǎn)是它們?cè)趶较蚍较蛏险紦?jù)相對(duì)大量的空間。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)此問題的解決方案是將雙排圓錐滾子軸承7的外軸承套圈15集成 在行星輪6內(nèi)。另外，在每個(gè)行星軸8上提供多個(gè)行星輪6，所述行星輪6每個(gè)裝配有其自身的雙 排圓錐滾子軸承7，使得獲得了更大的載荷承載能力。通過使用分開的行星輪6能夠應(yīng)用集成的外軸承套圈15，而同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在分開的 雙排圓錐滾子軸承7之間的合適的載荷分布。換言之，根據(jù)本發(fā)明的行星架18已通過最優(yōu)方式適合于所有可能的因素。徑向和軸向尺寸被限制為最小值，而帶有用于處理徑向載荷和力矩載荷的最大承 載能力。本發(fā)明的此構(gòu)思的主要部分不是以每個(gè)行星軸8上的可通過多于一個(gè)行星軸承7 支承的單獨(dú)行星輪6工作，如在已知的行星架1中的情況一樣，而是將此行星輪6 “分開”， 可以說，使得形成行星輪6自身的每個(gè)部分通過其自身的行星軸承7支承。此“分開”的優(yōu)點(diǎn)在下文中參考圖5解釋，其中行星軸承7的不同排的滾子元件16 之間的載荷分布類似于圖3示出，分別為左部分中徑向載荷R和右部分中翻傾力矩載荷M?！胺珠_”行星輪實(shí)際上導(dǎo)致具有分開的行星輪形狀的靜定的分開的系統(tǒng)，使得以上 所述的在超靜定系統(tǒng)中發(fā)生的問題得以解決。清楚的是根據(jù)本發(fā)明的行星架18的兩個(gè)行星輪6將趨向于在徑向載荷R或翻傾 力矩M的影響下分開地自定位。例如，在徑向載荷R的情況中，徑向載荷R的部分通過行星軸承7的一個(gè)處理，且 徑向載荷R的剩余部分通過另一個(gè)行星軸承7處理。因?yàn)槊總€(gè)行星輪6能夠獨(dú)立地自定位，所以與支承軸承7 (至少在一定邊界內(nèi)且對(duì) 于帶有最大兩排滾子元件16的軸承)的多排滾子元件16中間隙的差異無關(guān)，相關(guān)徑向載 荷R的部分將在軸承7的兩排滾子元件16之間幾乎均勻地分布。因此，總之，與如在圖3中所示的其中單獨(dú)的行星輪6通過總共四排帶有不同徑向 間隙量的滾子元件16支承的已知行星架1相比，根據(jù)本發(fā)明的行星架18將因此實(shí)現(xiàn)徑向 載荷R在兩個(gè)行星軸承7的四排滾子元件16之間更好的分布。清楚的是，因?yàn)槊總€(gè)行星輪6將自定位且多排滾子元件16和每個(gè)行星輪6上的部 分載荷將在此行星輪6的兩排滾子元件16之間分布，所以類似地存在翻傾力矩M在四排滾 子元件16之間的更好的載荷分布(由于行星輪6的獨(dú)立定位導(dǎo)致)。作為結(jié)果，每個(gè)行星軸8的四排滾子元件16在傳遞翻傾力矩載荷M中起作用，而 在圖3的現(xiàn)有例子中，僅軸向最外側(cè)的多排滾子元件16上的載荷值得提及。如在圖4中示出，根據(jù)本發(fā)明的行星架18的實(shí)施例具有更多個(gè)極為有意義的特 征。更特定地，在此變化中，行星輪6通過作為雙排圓錐滾子軸承的行星軸承7支承， 且多排圓錐滾子16布置為所謂的0型構(gòu)造。如上文所解釋，在多排圓錐滾子16的這樣的0型構(gòu)造中，圓錐滾子16的直徑軸向向著軸承7的其他排圓錐滾子16減小。這樣的0型構(gòu)造的有意義的特征是在每個(gè)軸承7的旋轉(zhuǎn)軸線AA’上多排圓錐滾子16的壓力中心19之間的距離F大于此軸承7的多排圓錐滾子16的幾何中心20之間的距
離G0這意味著，即使多排圓錐滾子16的幾何中心之間的距離G非常有限，帶有多排圓 錐滾子16的圓錐滾子軸承7的O型構(gòu)造也能夠處理大的翻傾力矩M。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的行星架18必須能夠處理這些翻傾力矩，所以此構(gòu)造是極有意 義的。根據(jù)本發(fā)明的如在圖4中示出的行星架18的實(shí)施例的另一個(gè)顯著特征是雙排圓 錐滾子軸承的外軸承套圈15制造為單件。另外，軸承套圈15集成在行星輪6內(nèi)。這導(dǎo)致有效且非常緊湊的行星架18。此外，使用分開的行星輪6用于每個(gè)支承的雙排圓錐滾子軸承7使得更容易將外 軸承套圈16集成在相關(guān)的行星輪6內(nèi)。最后，用于此目的在行星輪6的孔內(nèi)造成雙楔形是充分的，這可以例如通過磨削 或銑削完成。如果同一對(duì)雙排圓錐滾子軸承7例如在圖4中示出的雙排圓錐滾子軸承用于支承 僅一個(gè)單獨(dú)的行星輪6，該行星輪6在現(xiàn)有的行星架1中是通常的，則將外軸承套圈15集成 到一個(gè)且僅一個(gè)行星輪6內(nèi)將難于實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樵诖饲闆r中必須在組裝期間將圓錐滾子 布置在行星輪6孔內(nèi)的兩個(gè)相關(guān)的雙楔形之間，當(dāng)然這是不可能的。清楚的是許多替代可以用于根據(jù)本發(fā)明的行星架18。每個(gè)行星軸8的行星軸承7的內(nèi)軸承套圈17應(yīng)優(yōu)選地直接相互接觸。這可以使得組裝極為簡(jiǎn)單。實(shí)際上，在組裝期間，僅要求將內(nèi)軸承套圈17沿行星 軸8推動(dòng)直至它們相互接觸。軸承7應(yīng)優(yōu)選地設(shè)計(jì)為使得將內(nèi)軸承套圈17相對(duì)于彼此推動(dòng)將自動(dòng)地導(dǎo)致軸承 7內(nèi)要求的間隙或預(yù)載荷。更特定地，軸承供應(yīng)商將可保證當(dāng)每個(gè)軸承7的內(nèi)軸承套圈17直接相互接觸或通 過之間的間隔環(huán)相互接觸時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)正確的軸承間隙或預(yù)載荷。替代地，每個(gè)行星軸8的行星軸承7的內(nèi)軸承套圈17能夠使用一個(gè)或多個(gè)間隔襯 套而相互接觸，所述間隔襯套在行星軸8上布置在內(nèi)軸承套圈17之間。以此方式，又非常容易地實(shí)現(xiàn)了軸承套圈17在行星軸8上的合適的定位。通過將每個(gè)行星軸8的行星軸承7的內(nèi)軸承套圈17封閉在一端上的在行星軸8 上的軸環(huán)和另一端上的行星架18的壁11或12之間實(shí)現(xiàn)了軸向定位。內(nèi)軸承套圈17優(yōu)選地通過以上所述的行星架18的壁11或12支承在為此目的機(jī) 械加工的表面上。關(guān)于使用集成的外軸承套圈15的尚未提及的優(yōu)點(diǎn)是它們不會(huì)松開且因此導(dǎo)致磨 損，使得軸承7的壽命高于單獨(dú)的非集成外軸承套圈15的情況中的壽命。此外，根據(jù)本發(fā)明可以進(jìn)行行星輪6的齒14的微幾何形狀的局部變化，以實(shí)現(xiàn)從 太陽輪9和齒圈3向行星輪6的改進(jìn)的載荷傳遞。
例如，可以選擇將行星輪6的微幾何形狀修改為使得對(duì)于在距行星架的壁11和12 相同的軸向距離處的行星輪6此微幾何形狀幾乎相同，但對(duì)于軸向相互靠放的行星輪6此 微幾何形狀不同。在圖4中示出的例子中，每個(gè)行星軸8提供有兩個(gè)行星輪6，但根據(jù)本發(fā)明例如也可以將多于兩個(gè)行星輪安裝在每個(gè)行星軸8上，使得例如每個(gè)行星輪6通過至少一個(gè)行星 軸承7支承。本發(fā)明絕不限制于根據(jù)本發(fā)明的、描述為例子且在附圖中示出的行星架18的實(shí) 施例，且這樣的行星架18能夠以所有類型的其他方式實(shí)現(xiàn)，而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)(20)的行星架(18)，所述周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)(20)配備有行星軸(8)，該行星軸(8)固定地連接到所述行星架(18)，行星輪使用行星軸承(18)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述行星軸(8)上，所述行星輪(6)的齒是螺旋齒或人字齒，所述行星架(18)是籠型的，并且其中更具體地，所述行星輪(6)布置在所述行星架(2)的兩個(gè)壁(11、12)之間，并且其中這些壁(11、12)在所述行星輪的任一側(cè)(11、12)上支承所述行星軸(8)，其特征在于，至少兩個(gè)行星輪(6)布置在每個(gè)行星軸(8)上，每個(gè)行星輪(6)通過至少一個(gè)行星軸承(7)被支承，其中每個(gè)行星輪(6)通過作為雙圓錐滾子軸承的行星軸承(7)被支承，每個(gè)雙排圓錐滾子軸承的最外軸承套圈(15)被集成到相關(guān)的行星輪(6)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星架(18)，其特征在于，每個(gè)雙排圓錐滾子軸承的多排圓 錐滾子(16)被布置為所謂的0型構(gòu)造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的行星架(18)，其特征在于，每個(gè)行星軸(8)的行星軸承 (7)的內(nèi)軸承套圈(17)相互直接接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的行星架(18)，其特征在于，每個(gè)行星軸(8)的行星軸承 (7)的內(nèi)軸承套圈(17)通過一個(gè)或多個(gè)間隔襯套相互接觸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的行星架(18)，其特征在于，每個(gè)行星軸(8)的行 星軸承(7)的內(nèi)軸承套圈(17)軸向定位在一端處的所述行星軸(8)上的軸環(huán)和另一端處 的所述行星架(18)的壁(11,12)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的行星架(18)，其特征在于，所述內(nèi)軸承套圈(17)在為此目的 已經(jīng)機(jī)械加工的表面上靠在前述行星架(18)的壁上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的行星架(18)，其特征在于，對(duì)于在距所述行星架 (18)的壁(11、12)相同的軸向距離處布置的行星輪(6)，所述行星輪(6)的齒(14)的微幾 何形狀幾乎相同，但其中軸向相互靠近布置的行星輪(6)則具備帶有不同微幾何形狀的齒 (14)。
全文摘要
一種周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)(20)的行星架(18)，所述周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)(20)帶有固定地連接到行星架的行星軸(8)，行星輪(6)使用行星軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在行星軸(8)上，行星輪的齒是螺旋齒或人字齒，所述行星架是籠型的，且其中至少兩個(gè)分開的行星輪布置在每個(gè)行星軸上，每個(gè)行星輪通過至少一個(gè)雙排圓錐滾子軸承支承，其中每個(gè)雙排圓錐滾子軸承的最外側(cè)軸承套圈集成到相關(guān)的行星輪中。
文檔編號(hào)F16H1/28GK101849122SQ200880114976
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者沃倫·格雷戈里·斯穆克 申請(qǐng)人:漢森傳動(dòng)系統(tǒng)國(guó)際公司