專利名稱：減輕行星傳動(dòng)高速軸承受力的方法
這是關(guān)于減輕行星傳動(dòng)的高速軸承所受載荷的方法的發(fā)明，屬于機(jī)械行星傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
行星傳動(dòng)中，支承偏心軸的輸入軸承和支承行星齒輪的行星軸承，都是工作在高轉(zhuǎn)速的軸承，這里統(tǒng)稱為高速軸承，以區(qū)別于象支承輸出軸那樣的工作在低轉(zhuǎn)速的軸承。高速軸承在現(xiàn)行的行星傳動(dòng)中，特別是在少齒差傳動(dòng)中，都承受很大的負(fù)荷，成為影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的承載能力，壽命和效率諸性能的癥結(jié)所在。
現(xiàn)行技術(shù)中，基本上是用加大軸承負(fù)荷能力的辦法去解決。例如加大軸承的尺寸，去掉軸承的內(nèi)圈或外圈，使用多排滾子軸承，使用滿滾子軸承，等等。這些都屬于加強(qiáng)“盾”的思路。本發(fā)明則提出減弱“矛”的思路-使施加于軸承的負(fù)荷在輸出轉(zhuǎn)矩不變的情況下大大減輕。
當(dāng)行星機(jī)構(gòu)的輸出為雙端輸出時(shí)，即輸出軸有兩個(gè)，二者同軸線，但軸端指向相反，分別帶動(dòng)大小相等的負(fù)載時(shí)，如使偏心軸具有兩個(gè)偏心，可使兩個(gè)偏心上行星軸承負(fù)荷對于支承偏心軸的輸入軸承來說是相互抵銷的。這種方法的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看傳動(dòng)簡1。
錐齒輪1固裝于偏心軸2上。偏心軸2具有兩段偏心指向相同的偏心，其上分別經(jīng)行星軸承7(通常是兩個(gè))和行星軸承7a(通常是兩個(gè))支承著雙聯(lián)行星齒輪3和3a。雙聯(lián)齒輪3的一聯(lián)齒輪與固裝于機(jī)架6b的固定齒輪6保持嚙合，另一聯(lián)與輸出齒輪4保持嚙合。輸出齒輪4固裝于輸出軸5上，經(jīng)輸出軸承8支承于機(jī)架8b上。這樣構(gòu)成了公知的雙內(nèi)嚙合NN式行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同樣地，雙聯(lián)齒輪3a的一聯(lián)與固裝于6b的固定齒輪6a保持嚙合，另一聯(lián)與固裝于輸出軸5a并經(jīng)輸出軸承8a支承于機(jī)架8c上的輸出齒輪4a保持嚙合，構(gòu)成另一邊的NN傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。經(jīng)軸承10支承于機(jī)架6b的輸入軸11之上固裝的錐齒輪與錐齒輪1嚙合。動(dòng)力自輸入軸11輸入，由11帶動(dòng)1.2旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)3、3a做行星運(yùn)動(dòng)，由之帶動(dòng)4.5及4a、5a做慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)大轉(zhuǎn)矩的負(fù)荷。
為了減輕支承偏心軸的輸入軸承9及9a(分別裝于輸出齒輪4及4a內(nèi))的負(fù)荷，輸出軸5及5a所受負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的方向應(yīng)相同，即如從對著輸出軸5或5a其中任一個(gè)的軸端的方向看進(jìn)去，兩輸出軸的轉(zhuǎn)向應(yīng)是相同的，或說如分別從對著兩輸出軸端的方向看，兩輸出軸轉(zhuǎn)向應(yīng)是相反的，一為順時(shí)針，一為反時(shí)針，對于這樣的輸出軸轉(zhuǎn)向，這里稱輸出軸轉(zhuǎn)向相同，或說承受同方向的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，反之則為承受反方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩。
例如，設(shè)

圖1A機(jī)構(gòu)所受同方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)閷χ敵鲚S5a的軸端看進(jìn)去是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(5a反時(shí)針旋轉(zhuǎn))，那么作用于行星軸承7及7a軸心的負(fù)荷力的方向如圖1B所示。在偏心指向e的方向?yàn)橄蛏蠒r(shí)，
表示該行星軸承所受負(fù)荷力的方向?yàn)榇怪钡刂赶蚣埫?，⊙表示該行星軸承所受負(fù)荷力的方向?yàn)榇怪弊约埫娲┏觯蓤D1B可見，對于輸入軸承9及9a來說，通過行星軸承施加于偏心軸2的負(fù)荷力在方向上相互抵銷，使輸入軸承受力大為減輕。當(dāng)兩輸出軸(圖1A中的5及5a)承受同方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，且大小相等，兩邊的NN式機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)(3.4.6與3a、4a、6a以及各自的偏心距)是對應(yīng)相同的，兩邊的偏心指向保持一致，那么輸入軸承(9及9a)所受負(fù)荷可以減到最小。因?yàn)檩斎雱?dòng)力的元件(圖1A中的錐齒輪1)是置于偏心軸左、右兩個(gè)偏心的中間的，所以圖1A所代表的機(jī)構(gòu)本發(fā)明稱之為“中間輸入、兩端輸出、同向的雙NN機(jī)構(gòu)”。若輸入動(dòng)力的元件并非錐齒輪，而是園柱齒輪(如圖5A)、皮帶輪或鏈輪，從而將輸入動(dòng)力的傳動(dòng)相應(yīng)改為園柱齒輪傳動(dòng)(如圖5A)、皮帶傳動(dòng)或鏈傳動(dòng)，都同樣可達(dá)到“中間輸入”的目的，下同。
若兩輸出端承受反方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，則兩偏心指向應(yīng)相反，構(gòu)成如傳動(dòng)簡2所示的“中間輸入、兩端輸出、反向的雙NN機(jī)構(gòu)”。輸入軸及齒輪(圖2中略去)將動(dòng)力傳至輸入動(dòng)力的元件(錐齒輪17)，帶動(dòng)偏心軸12旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)偏心指向相反的兩段偏心分別帶動(dòng)雙聯(lián)行星齒輪13及13a做行星運(yùn)動(dòng)，13及13a各自的兩聯(lián)齒輪分別與固裝于機(jī)架15b的固定齒輪15、固裝于輸出軸16的輸出齒輪(支承于機(jī)架16b)14及同樣分別固裝于15b和輸出軸16a(支承于機(jī)架16c)的固定齒輪15a、輸出齒輪14a保持嚙合，帶動(dòng)輸出軸16、16a慢速旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成中間輸入、兩端輸出、反向的雙NN機(jī)構(gòu)。同上述的道理，該機(jī)構(gòu)承受反方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩時(shí)，對于支承偏心軸12的輸入軸承(未示出)來說，通過行星軸承(未示出)施加于偏心軸的負(fù)荷力在方向上相互抵銷，使之受力大為減輕。同上述，當(dāng)兩輸出端所受反方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩大小相等，兩邊的NN機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)對應(yīng)相同時(shí)，支承偏心軸的輸入軸承所受負(fù)荷可以減到最小。
上述偏心同向的或反向的雙NN機(jī)構(gòu)，無論承受同方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩還是反方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，都具有減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。對于圖2所示偏心反向的雙NN機(jī)構(gòu)，還可省去用于平衡偏心部分的質(zhì)量產(chǎn)生的離心力的平衡重塊(本發(fā)明附圖中一律未示出)。
用負(fù)荷力相互抵銷的辦法，還可減輕行星軸承所受負(fù)荷，即所有高速軸承的受力都減輕。運(yùn)用本發(fā)明的方法，可以有雙端輸出、單端輸出及中間輸出三類結(jié)構(gòu)。
雙端輸出的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看傳動(dòng)簡3A。它的特點(diǎn)是齒輪18a、18b、18c固聯(lián)成三聯(lián)的行星齒輪，經(jīng)行星軸承23(通常是兩個(gè))支承于偏心軸24的偏心上，其兩邊的兩聯(lián)齒輪18b和18c分別與固裝于輸出軸21、21a并支承于機(jī)架19a、25的輸出齒輪20和20a保持嚙合，中間的一聯(lián)18a則保持與固裝于機(jī)架的固定齒輪19嚙合，這樣構(gòu)成了偏心同向的雙NN機(jī)構(gòu)。當(dāng)兩輸出軸21、21a承受同方向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)荷施加于三聯(lián)行星齒輪的兩邊的兩聯(lián)(18b、18c)之嚙合力應(yīng)大小相等并在同一平面且其分力園周力方向如圖3B所示，與18a之園周力方向相反，對于行星軸承23來說是相互抵銷的。偏心軸經(jīng)輸入軸承22和22a支承于輸出齒輪20、20a內(nèi)。圖3B中，機(jī)構(gòu)所受同方向的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的方向從對著輸出軸端21a看進(jìn)去是順時(shí)針的，行星齒輪受力方向標(biāo)記標(biāo)在齒輪上邊，是因?yàn)閲Ш狭捌浞至@周力作用于偏心指向上的齒輪節(jié)園處，即在偏心指向上(內(nèi)嚙合齒輪付的內(nèi)、外齒輪的軸心連線上并指向行星輪之軸心，下同)內(nèi)嚙合齒輪付的內(nèi)、外齒輪的節(jié)園交于一點(diǎn)，嚙合力的分力園周力在理論上在該點(diǎn)與二節(jié)園相切，而圖3B中偏心指向?yàn)閑1所示垂直向上。三聯(lián)行星齒輪兩邊的兩聯(lián)18b、18c的受力方向與中間的一聯(lián)18a的受力方向相反，這將使行星齒輪施加于行星軸承23的負(fù)荷大為減輕。同上述，當(dāng)兩輸出軸所受同向負(fù)荷轉(zhuǎn)矩大小相等，兩邊的NN機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)(齒輪18b、20與18c、20a)對應(yīng)相同時(shí)，18b與18c所受嚙合力大小及方向相同，行星軸承23所受負(fù)荷可減至最小，可以做到不承受行星齒輪上嚙合力的園周分力產(chǎn)生之負(fù)荷，而只承受嚙合力的徑向分力產(chǎn)生的負(fù)荷及輸入力矩產(chǎn)生的負(fù)荷。做到這一點(diǎn)，當(dāng)齒輪付是嚙合角為20°的漸開線園柱齒輪付時(shí)，行星軸承的損耗可降低三分之二，壽命可增加20～40倍。當(dāng)然，經(jīng)行星軸承23、偏心軸24施加于輸入軸承22、22a的負(fù)荷也相應(yīng)大為降低。圖3A中，為了說明集中，將動(dòng)力輸入的部分略去了。
上述機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸入的方式，按本發(fā)明的方法，也可以有單端輸入、雙端輸入及中間輸入三類結(jié)構(gòu)。
單端輸入的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看簡4A及反映部分零件裝配關(guān)系的剖面4B。輸出軸21a做成中空的，使偏心軸24的軸端24a伸出輸出軸端之外，由以對外連接輸入動(dòng)力。這樣，輸出軸端21a就不能聯(lián)接聯(lián)軸器從軸向輸出動(dòng)力，而是靠齒輪嚙合、皮帶傳動(dòng)或鏈傳動(dòng)從徑向輸出動(dòng)力。如圖4B中，輸出軸端21a固裝有軸端齒輪21b，與負(fù)載機(jī)上的齒輪嚙合時(shí)，即可從徑向輸出動(dòng)力。26是連接21a與21b的鍵。如果以同樣的方式在輸出軸21軸端也制成可輸入動(dòng)力的，那么就形成可從兩端同時(shí)輸入動(dòng)力的雙端輸入方式。如欲從中間輸入動(dòng)力，可使用圖5A所示的方法。
可以全面減輕高速軸承所受負(fù)荷，同時(shí)動(dòng)力是單端輸出的雙NN機(jī)構(gòu)的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看剖視5A及圖5B。
分別與固裝于機(jī)殼37的固定內(nèi)齒輪31，32相嚙合的行星齒輪33、35′相當(dāng)于圖3A機(jī)構(gòu)中的18a，不過這里考慮到動(dòng)力由中間輸入，而分成左右兩個(gè)相同的齒輪。行星齒輪34、36分別與經(jīng)鍵47、46固裝于輸出軸42的輸出齒輪39、40嚙合，35、36與33、34固裝成一個(gè)四聯(lián)行星齒輪，它做行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)39、40慢速旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成典型的雙NN式機(jī)構(gòu)，動(dòng)力由輸出軸42單端輸出。圖5A中是使用中間輸入的方式輸入動(dòng)力的。經(jīng)輸入軸承29、30支承于機(jī)殼的輸入齒輪27，其內(nèi)偏心地裝有行星軸承28(請同時(shí)參看表示局部裝配關(guān)系的剖視5B)，偏心距為四聯(lián)行星齒輪(33及34、35、36)軸線O2與輸入齒輪27之軸線O1(按照公知的NN機(jī)構(gòu)的原理，它同時(shí)也是輸出齒輪、輸出軸的軸線)間的距離，行星軸承28內(nèi)套裝著四聯(lián)行星齒輪。輸入齒輪27與固裝于輸入軸49之上的輸入軸齒輪48嚙合，動(dòng)力經(jīng)輸入軸49、輸入軸齒輪48、輸入齒輪27、行星軸承28從中部傳給四聯(lián)行星齒輪(33、34、35、36)，構(gòu)成中間輸入方式。
對于本發(fā)明的依靠負(fù)荷力的相互抵銷來減輕高速軸承負(fù)荷的方法，特別是對于本發(fā)明提出的雙NN機(jī)構(gòu)，對高速軸承傳遞方向相反的負(fù)荷的兩套機(jī)構(gòu)的對稱是很重要的，對于雙NN機(jī)構(gòu)來說，就是要使兩套NN機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和元件參數(shù)對應(yīng)相等，這樣可以使施于高速軸承的正、反向負(fù)荷準(zhǔn)確地相互抵銷，軸承的受力可以減到最小。對于圖5A、圖5B所示的中間輸入、單端輸出的雙NN機(jī)構(gòu)，應(yīng)使兩個(gè)NN機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和零件完全對應(yīng)一致，首先是具有相等的偏心距，并使相應(yīng)齒輪-33與35、34與36、31與32、39與40-的參數(shù)對稱相等。并且，33與34的齒寬的中線的距離，應(yīng)等于35與36齒寬中線的距離，輸入齒輪27齒寬的中線應(yīng)通過行星軸承28的中心，并與33、35的齒寬中線等距(當(dāng)然也就與34、36的齒寬中線等距)，這樣，行星齒輪將不受到其軸線平面內(nèi)的翻轉(zhuǎn)力矩，因而行星軸承可如圖5A那樣只用一個(gè)，放在中間，且可用球面調(diào)心軸承，如滾珠球面調(diào)心軸承或滾柱球面調(diào)心軸承，起到彌補(bǔ)制造誤差，自動(dòng)調(diào)整兩邊的NN機(jī)構(gòu)齒輪的負(fù)荷使之均載的作用。例如，若圖5A中的右邊NN機(jī)構(gòu)的負(fù)荷大，左邊的小，那么右邊齒輪徑向力大于左邊，使整個(gè)行星齒輪在圖示軸向平面內(nèi)右邊向下、左邊向上的順時(shí)針翻轉(zhuǎn)的趨勢，使右邊齒輪隙增大而左邊的減小，使右邊齒輪的負(fù)荷減小而左邊的增大，這樣實(shí)現(xiàn)兩邊負(fù)荷平衡，起到均載作用。
圖5A中，輸出軸42及輸出齒輪39、40經(jīng)輸出軸承45、43支承于固連于機(jī)殼37兩端的端蓋38、41內(nèi)，輸入軸49經(jīng)輸入軸軸承50、55支承于輸入箱殼體53(固裝于37上)之內(nèi)，52及54是輸入箱端蓋，與53一起，構(gòu)成封閉的輸入箱。51和44是油封。圖5A中，用于平衡偏心系統(tǒng)的離心力的平衡重塊未予示出。通常，可以加大圖5B中的輸入齒輪27與偏心指向相反方向上的質(zhì)量，即圖示位置27下部的質(zhì)量，例如使27該部加厚，或減小27在偏心指向上的質(zhì)量。
同前述道理，輸出軸42將負(fù)荷同時(shí)經(jīng)輸出齒輪39、40傳給34、36，而機(jī)殼37經(jīng)固定齒輪31、32將反作用力負(fù)荷傳給33、35，位于中間的33、35所受負(fù)荷方向相同大小相等，而與位于兩邊的34、36受到的負(fù)荷方向相反，如前述，當(dāng)兩邊的NN機(jī)構(gòu)完全對稱時(shí)，行星軸承28將不受行星齒輪嚙合力的園周分力產(chǎn)生之負(fù)荷，這將使其受力減至最小。因此，輸入軸承29、30的受力也減至最小。
可以全面減輕高速軸承負(fù)荷，而動(dòng)力由單端輸入，由中間輸出的雙NN機(jī)構(gòu)的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看傳動(dòng)簡6A。
偏心軸56從單邊的一端輸入動(dòng)力，構(gòu)成單端輸入，經(jīng)行星軸承59帶動(dòng)60、61、62固聯(lián)成的三聯(lián)行星齒輪做行星運(yùn)動(dòng)，兩邊的行星齒輪60、61分別與固裝于機(jī)架69、70的固定齒輪63、64保持嚙合，中間的行星齒輪62與輸出齒輪65保持嚙合并帶動(dòng)其慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成雙NN機(jī)構(gòu)。參看圖6B，當(dāng)輸出齒輪65施于中間的行星齒輪62的嚙合力的園周分力的方向在偏心指向?yàn)閑2時(shí)為圖示的自紙面指出，固定齒輪63、64施于兩邊的行星齒輪60、61的園周力方向?yàn)橹赶蚣埫妫叻较蛳喾?，如前述道理，行星軸承負(fù)荷大為減輕，且兩邊的NN機(jī)構(gòu)完全對稱時(shí)，行星軸承可不受行星齒輪的園周力引起的負(fù)荷。輸入軸承57、58的受力也因此減至最小。與圖5A機(jī)構(gòu)的道理相同，當(dāng)兩邊的NN機(jī)構(gòu)完全對稱，行星軸承可只用1個(gè)(59)，且可用球面調(diào)心軸承，具有均載作用。
偏心軸56經(jīng)輸入軸承57、58支承于機(jī)架69、70。由于輸出齒輪65位于中間，這種中間輸出的雙NN機(jī)構(gòu)較適用于電動(dòng)滾筒、卷揚(yáng)機(jī)之類需要緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的園筒的機(jī)械，而令輸出齒輪直接固裝于園筒的內(nèi)壁。如圖6A示出用于電動(dòng)滾筒的情形，輸出齒輪65直接固裝于滾筒筒體66的內(nèi)壁，66經(jīng)輸出軸承67、68支承于機(jī)架69、70的外園上。
可以全面減輕高速軸承負(fù)荷，而動(dòng)力由單端輸入、由單端輸出的雙NN機(jī)構(gòu)的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)可參看傳動(dòng)簡圖之圖7A及其零件剖視7B。
動(dòng)力由經(jīng)輸入軸承72、73支承于機(jī)架84、輸出齒輪80內(nèi)的偏心軸71輸入，71經(jīng)行星軸承74軸承凸臺(tái)83支承著內(nèi)齒輪75、76、77一體構(gòu)成的三聯(lián)行星齒輪，其中75、76分別與固裝于機(jī)架84、85的固定齒輪(外齒輪)78、79保持嚙合，77則與固裝于輸出軸82之上并經(jīng)輸出軸承81支承于機(jī)架85的輸出齒輪(外齒輪)80保持嚙合，三聯(lián)行星齒輪在偏心軸帶動(dòng)下做行星運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)輸出齒輪80、輸出軸82慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，按NN機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，構(gòu)成本發(fā)明的雙NN機(jī)構(gòu)。同前述原理，行星齒輪77所受嚙合力的園周分力的方向與75、76園周力方向相反，使行星軸承負(fù)荷大為減輕。本結(jié)構(gòu)的行星軸承可用并列的兩只;如象圖7A那樣只用1個(gè)球面調(diào)心軸承，則行星齒輪的有關(guān)尺寸應(yīng)按本發(fā)明下述方法確定(見圖7B)。
三聯(lián)行星齒輪左邊的一聯(lián)75的齒寬的中線與安裝行星軸承74的軸承凸臺(tái)83的中線(應(yīng)通過行星軸承74的中心)的距離為d，軸承凸臺(tái)83的中線與中間一聯(lián)行星齒輪77的齒寬中線的距離為p，后者與右邊一聯(lián)行星齒輪76的齒寬中線的距離為g，齒輪75、76理論上所受嚙合力的園周分力的作用線與其軸線間的距離(齒輪嚙合時(shí)的節(jié)園半徑)為r，齒輪77的該距離(嚙合節(jié)園半徑)則為R，為使三聯(lián)行星齒輪不承受齒輪園周力引起的軸向平面內(nèi)的翻轉(zhuǎn)力矩，上述諸尺寸應(yīng)符合下列公式(1)(g-d)/(p) ＝2 (r)/(R) -1……(1)此公式滿足時(shí)，行星軸承可如圖7A、圖7B那樣只用1只球面調(diào)心軸承，對正安裝于凸臺(tái)83，有自動(dòng)調(diào)整兩邊的行星齒輪75、76受力相等的作用。齒輪75、76的參數(shù)應(yīng)相同，除非有特定的要求。同樣，齒輪78、79的參數(shù)也應(yīng)相同。即如前所述，兩個(gè)NN機(jī)構(gòu)應(yīng)對應(yīng)地參數(shù)相同，并滿足上面公式(1)時(shí)，行星軸承可不承受行星齒輪園周力引起的負(fù)荷。
圖7A及圖7B的結(jié)構(gòu)，行星齒輪嚙合力的徑向分力與離心力同向，在只用一個(gè)球面調(diào)心軸承做行星軸承時(shí)，徑向力與離心力一般不能平衡。在負(fù)荷變動(dòng)小，齒隙很小時(shí)，對這個(gè)不平衡可不考慮。當(dāng)齒隙較大時(shí)，用加減平衡重塊的辦法，可在額定負(fù)荷點(diǎn)做到平衡。徹底的解決辦法是使用斜齒輪，斜齒輪嚙合將產(chǎn)生軸向力。在三聯(lián)行星齒輪構(gòu)成的三對斜齒輪付的旋向相同時(shí)，80產(chǎn)生的軸向力與78、79產(chǎn)生的軸向力的方向相反，因此對行星軸承中心產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力矩的方向也相反，抵銷之后一般還有一個(gè)剩余翻轉(zhuǎn)力矩，與徑向力產(chǎn)生的對行星軸承中心的翻轉(zhuǎn)力矩在同一個(gè)平面內(nèi)，若令二者大小相等方向相反，則可完全抵銷，使行星軸承不受因上述軸向力、徑向力及離心力引起的翻轉(zhuǎn)力矩。要做到這一點(diǎn)，可以調(diào)整斜齒輪螺旋角的大小來調(diào)整軸向力的大小。若軸向力總起來看偏小時(shí)，也可使77的旋向與75、76的旋向相反，令它們產(chǎn)生方向相同的軸向力和翻轉(zhuǎn)力矩，以足夠抵銷徑向力引起的翻轉(zhuǎn)力矩。離心力引起的不平衡仍應(yīng)用配重的方法。離心力及齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力、軸向力的計(jì)算方法是公知的，這里不敘述。
若進(jìn)一步地使行星軸承不受上述徑向力引起的負(fù)荷，可使用離心摩擦式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是外摩擦輪作行星運(yùn)動(dòng)，其離心力作用于外、內(nèi)摩擦輪之接觸線形成正壓力，利用產(chǎn)生的摩擦力傳動(dòng)。將圖5A的機(jī)構(gòu)中的行星內(nèi)嚙合齒輪付改成行星內(nèi)接觸摩擦輪付，如傳動(dòng)簡8A及其部分零件剖視8B、圖8C所示，并且三聯(lián)行星摩擦輪在運(yùn)動(dòng)園周上有多個(gè)均布，就構(gòu)成相應(yīng)的中間輸入、單端輸出的離心摩擦式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明中，所有摩擦輪均為具內(nèi)或外園柱表面的平摩擦輪，下同。行星外摩擦輪92、93分別與經(jīng)輸出軸承106、107支承于機(jī)架110a、110b，并固裝于輸出軸105之上的內(nèi)摩擦輪95、96內(nèi)接觸，行星外摩擦輪94則與固裝于機(jī)架110d的固定內(nèi)摩擦輪97內(nèi)接觸，與固裝在一起的行星輪軸101一起構(gòu)成三聯(lián)行星摩擦輪，98、99、100及固裝在一起的行星輪軸102則構(gòu)成另一個(gè)同樣的三聯(lián)行星摩擦輪，二者在運(yùn)動(dòng)圓周上是均布的，即其軸線在運(yùn)動(dòng)軌跡園周上以等角度(這里由于有兩個(gè)三聯(lián)行星摩擦輪，以180°)間隔分布。輸入盤86內(nèi)裝球面調(diào)心軸承91、90，分別支承著行星輪軸101、102，86經(jīng)輸入軸承89(一般是兩個(gè))支承于輸出軸105之上，輸入軸108經(jīng)輸入軸軸承109(一般是兩個(gè))支承于機(jī)架110e，其上固裝有輸入軸齒輪88，與和86一體的輸入齒輪87嚙合，帶動(dòng)兩個(gè)三聯(lián)行星摩擦輪做行星運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)內(nèi)摩擦輪95、96及輸出軸105慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。行星輪的離心力形成內(nèi)摩擦付摩擦力的正壓力，因此行星軸承不受正壓力的作用負(fù)荷。而摩擦力對行星摩擦輪來說是園周力，不過如前述道理，92、93所受摩擦力之方向與中間的94所受摩擦力方向相反，抵銷的結(jié)果使行星軸承91之受力大為減輕。欲使行星軸承完全不受作用于行星摩擦輪園周的摩擦力引起之負(fù)荷，如同前面關(guān)于圖7A、圖7B及公式(1)敘述的道理，見圖8B，行星摩擦輪98、100、99的中線及行星軸承90的中線間的距離為d1、p1、g1，摩擦輪100的半徑為R1，而98、99的半徑為r1，諸參數(shù)應(yīng)符合下列公式(2)(g1-d1)/(p1) =2 (r1)/(R1) -1…………(2)且應(yīng)使圖8B所示那樣的偏心系統(tǒng)在行星軸承90位置支承時(shí)，作用于98、99中線的離心力的大小相等，這一點(diǎn)可用加配重來做到，例如加入圖8A中103、104那樣的配重塊，可固裝在圖8B之98a那樣的凸緣上。同前述道理，圖8A的每個(gè)三聯(lián)行星輪構(gòu)成的兩組雙內(nèi)接觸摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)應(yīng)對應(yīng)相等，這里是指92與93、98與99、95與96的直徑對應(yīng)相等，而寬度可不必相等，以起到配重103、104那樣的調(diào)整離心力使之均衡的作用。例如98之寬度大于99、92之寬度大于93等等。兩個(gè)(或多個(gè))三聯(lián)行星輪應(yīng)完全一樣，對應(yīng)尺寸應(yīng)相等。公式(2)及其條件滿足時(shí)，行星軸承將不受行星輪軸向平面內(nèi)的翻轉(zhuǎn)力矩的作用，可只用一個(gè)球面調(diào)心軸承，有補(bǔ)償制造誤差的作用。
離心摩擦機(jī)構(gòu)的行星輪應(yīng)在徑向上有自由度，由以在離心力作用下能貼緊內(nèi)摩擦輪。圖8C展示其一個(gè)例子。輸入盤86(一體固連有輸入齒輪87)內(nèi)裝有可徑向滑動(dòng)的滑塊90a、91a，其內(nèi)分別裝有行星軸承90、91及行星輪軸102、101?；瑝K可在輸入盤86內(nèi)沿徑向滑動(dòng)，因此與86之間在徑向上有間隙90b和91b，在離心力作用下，行星輪與滑塊一起沿徑向向外滑移，貼緊內(nèi)摩擦輪形成內(nèi)接觸摩擦。這樣的結(jié)構(gòu)，行星輪軸之質(zhì)量產(chǎn)生之離心力亦能用于摩擦傳動(dòng)，且結(jié)構(gòu)也簡化。
基本原理同上述，而輸入、輸出方式同圖6A的單端輸入、中間輸出的離心摩擦式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)見傳動(dòng)簡9所示。
圖9中，輸入軸111經(jīng)輸入軸承112、113支承于機(jī)架133、134，其上固裝有輸入盤114(類同于圖8C結(jié)構(gòu))，經(jīng)(球面調(diào)心軸承)行星軸承126、127分別支承行星輪軸124及其上固裝的三聯(lián)摩擦行星輪115、116、117和行星輪軸129及其上固裝的三聯(lián)摩擦行星輪130、131、132，二個(gè)或多個(gè)這樣的三聯(lián)行星輪在運(yùn)動(dòng)園周上均布，結(jié)構(gòu)尺寸對應(yīng)相等，115、116、130、131分別與固裝于機(jī)架的固定內(nèi)摩擦輪118、119內(nèi)接觸，117、132與固裝于輸出簡體121(例如是電動(dòng)滾筒筒體)的內(nèi)摩擦輪120內(nèi)接觸，可帶動(dòng)其慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。121經(jīng)輸出軸承122。123支承于機(jī)架。125、128是配重，作用如圖8A之103、104。與圖8A、圖8B對應(yīng)，行星輪中線。行星軸承中線間的距離及行星輪半徑之關(guān)系應(yīng)符合公式(2)，并應(yīng)滿足式(2)之條件，使行星軸承不受摩擦力引起之負(fù)荷及不受軸向平面內(nèi)之翻轉(zhuǎn)力矩。
本說明書中，所述的固裝、固聯(lián)(連)在一起的元件都是同軸線固裝的，如三聯(lián)、四聯(lián)行星輪各輪、輪軸與相應(yīng)行星軸承。是同軸線的，輸出齒輪、摩擦輪與其固聯(lián)的輸出軸、筒體是同軸線的，等等，屬于公知范圍，不贅述。
具有對稱的雙端輸出的機(jī)構(gòu)，如圖1A、圖2、圖3A所示機(jī)構(gòu)，可用于如油田機(jī)械中的抽油機(jī)之減速機(jī)那樣的具有雙端負(fù)荷的機(jī)械。
利用本發(fā)明前述的方法，可使行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的高速軸承不受齒輪嚙合力之園周分力引起的負(fù)荷。但仍要承受相對小得多的齒輪嚙合力之徑向分力引起的負(fù)荷。為減小徑向力負(fù)荷，可采用下列兩個(gè)辦法。
第一是調(diào)整齒輪參數(shù)，減小徑向力。例如對于漸開線齒輪付，可使用較小的嚙合角和齒形角。齒形角α在內(nèi)、外齒輪齒數(shù)差為1時(shí)，應(yīng)為14°～20°，齒數(shù)差為2及2以上時(shí)，應(yīng)為6°～14°較好。同樣的齒形角時(shí)，內(nèi)、外齒輪變位系數(shù)X2與X1之差X＝X2-X1越小，則嚙合角越小。最好是令X＝X2-X1＝0，使嚙合角等于齒形角。必要時(shí)可使嚙合角小于齒形角。嚙合力的徑向分力與嚙合角的正切成正比。
第二是利用離心力抵銷徑向力。本發(fā)明涉及的行星齒輪及其構(gòu)成的嚙合付中，離心力與嚙合力徑向分力方向相反，在行星齒輪上可相互抵銷。離心力的計(jì)算方法是公知的，離心力與行星運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量、偏心距及公轉(zhuǎn)角速度的平方成正比。良好的設(shè)計(jì)，應(yīng)使額定輸入轉(zhuǎn)速、額定負(fù)荷下行星系統(tǒng)的離心力恰與該系統(tǒng)的行星齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力大小相等而完全抵銷，從而使行星軸承不承受上述徑向力引起之負(fù)荷。
例如，圖5A、圖5B所示機(jī)構(gòu)，由計(jì)算知輸出軸42具額定輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，行星齒輪33、34、35、36承受嚙合力之園周分力的代數(shù)和為80000牛頓，各行星齒輪付嚙合角均為14°(漸開線齒輪)偏心距為10mm，四聯(lián)行星輪(33、34、35、36)之質(zhì)量共為23kg，四聯(lián)行星輪之公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(此處即輸入齒輪27之轉(zhuǎn)速)為3000轉(zhuǎn)/分，計(jì)算離心力是否恰能抵銷掉徑向力。
對于漸開線齒輪，上述作用于行星軸承28的嚙合力之該向分力為80000牛頓×tg14°＝19946牛頓。
作用于28的離心力為23kg×0.01m×( (π×3000轉(zhuǎn)/分)/30 )2＝22，700牛頓大于徑向力。為使二者大小相等，應(yīng)調(diào)整行星輪重量(如切去部分金屬)達(dá)到23kg× (19946N)/(22700N) ＝20.2kg或行星輪重量不變，而調(diào)整48、27之齒數(shù)比，使行星輪公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降到
當(dāng)然，行星軸承既不承受嚙合力園周分力引起之負(fù)荷，也不承受嚙合力之徑向分力之后，一般仍要承受輸入力矩引起之負(fù)荷。例如圖5A中輸入力矩施于行星軸承之負(fù)荷力即輸入齒輪27與48之嚙合力。如欲將這個(gè)很小的負(fù)荷力也抵銷掉，則可在輸入齒輪27與48的嚙合點(diǎn)的相反的方向(距180°)再加上一組與48、49等同樣的輸入系統(tǒng)，同時(shí)輸入同等力矩，則二者作用于27之嚙合力方向相反、大小相等，對行星軸承28來說完全抵銷。這是一種雙端輸入的方法。
以上，敘述了使施于行星軸承、輸入軸承的負(fù)荷方向相反而相互抵銷以減輕這些高速軸承受力的方法及其基本結(jié)構(gòu)。在動(dòng)力的輸入、輸出方式方面，敘述了雙端輸出、單端輸出、中間輸出三種輸出方式及單端輸入、中間輸入及雙端輸入三種輸入方式。前述幾種機(jī)構(gòu)，意在說明減輕高速軸承受力的原理，輸入、輸出方式則是選擇了幾種典型的搭配。根據(jù)所述方法和結(jié)構(gòu)，不難得到每種輸出方式與每種輸入方式搭配的共9種組合方式，不一一敘述。
另一種可簡化機(jī)構(gòu)的雙端輸入行星機(jī)構(gòu)見傳動(dòng)簡10的示意。分別經(jīng)輸入軸承141、142和143、144支承于機(jī)架152、154的偏心軸心軸139、140具有相等偏心距并在運(yùn)轉(zhuǎn)中保持相同的偏心指向，經(jīng)球面調(diào)心的行星軸承145、146支承并帶動(dòng)行星齒輪147做平移運(yùn)動(dòng)并與輸出齒輪148保持嚙合。帶動(dòng)固裝于148并經(jīng)輸出軸承150、151支承于機(jī)架154、155的輸出軸149慢速旋轉(zhuǎn)構(gòu)成公知的平移式少齒差行星傳動(dòng)。使軸139、140、149實(shí)現(xiàn)兩端支承的內(nèi)含的機(jī)架154是通過梁153固連于機(jī)架152的。同步電動(dòng)機(jī)135、136具相同的同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)聯(lián)軸結(jié)137、138帶動(dòng)139、140保持相同偏心指向地同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣運(yùn)動(dòng)原理，可以行星齒輪147是內(nèi)齒輪，輸出齒輪148是外齒輪。圖10結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，是簡化機(jī)構(gòu)，各軸能夠兩端支承，機(jī)構(gòu)的軸向尺寸也較短，另外，雙是機(jī)同步輸入，適用于大功率傳動(dòng)，例如水泥磨減速機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種減輕行星傳動(dòng)高速軸承所受負(fù)荷的方法的發(fā)明，其特征是，利用兩個(gè)NN機(jī)構(gòu)對高速軸承構(gòu)成方向相反的兩個(gè)負(fù)荷，使之相互抵銷，從而使高速軸承所受負(fù)荷減輕。
2.一種減輕行星傳動(dòng)高速軸承所受負(fù)荷的方法的發(fā)明，其特征是，利用行星運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的離心力抵銷與其反向的嚙合力的徑向分力，使行星高速軸承所受負(fù)荷減輕。
3.一種行星齒輪，做行星運(yùn)動(dòng)，其特征是，它是三聯(lián)齒輪或四聯(lián)齒輪，是四聯(lián)齒輪時(shí)，中間兩聯(lián)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同，是三聯(lián)或四聯(lián)齒輪時(shí)，兩邊的兩聯(lián)的主要參數(shù)相同，各聯(lián)或都是外齒輪，或都是內(nèi)齒輪，每聯(lián)都只與一個(gè)不做行星運(yùn)動(dòng)的定軸齒輪嚙合。
4.權(quán)利要求3所述的行星齒輪，其特征是，兩邊的兩聯(lián)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同。
5.一種行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有偏心軸，行星軸承，輸出齒輪、固定齒輪和機(jī)架，其特征是，至少還包含一個(gè)三聯(lián)或四聯(lián)行星齒輪，經(jīng)行星軸承支承于偏心軸的偏心上，其兩邊的兩聯(lián)分別與經(jīng)軸出軸同軸線地固連在一起的兩個(gè)輸出齒輪嚙合，中間的一聯(lián)或兩聯(lián)與固裝于機(jī)架的固定齒輪嚙合，或兩邊的兩聯(lián)與經(jīng)機(jī)架同軸線固連的兩個(gè)固定齒輪嚙合，中間的一聯(lián)與輸出齒輪嚙合。
6.一種行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有偏心軸、行星軸承、行星齒輪、輸出齒輪及固定齒輪和機(jī)架，其特征是，偏心軸具有偏心指向相同的兩段偏心，其上分別經(jīng)行星軸承各支承著一個(gè)雙聯(lián)行星齒輪，每個(gè)雙聯(lián)行星齒輪各有一聯(lián)與一個(gè)輸出齒輪相嚙合，兩個(gè)輸出齒輪分別固裝于兩只輸出軸上。
7.權(quán)利要求6所述的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是，偏心軸上兩段偏心的偏心指向相反。
8.一種行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有至少一個(gè)分別經(jīng)兩個(gè)行星軸承支承于兩只偏心指向相同的且平行的偏心軸之上的行星齒輪，其特征是，兩偏心軸分別由兩臺(tái)轉(zhuǎn)速相同的同步電機(jī)帶動(dòng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.權(quán)利要求8所述的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是，兩偏心軸的兩端分別經(jīng)輸入軸承支承在兩個(gè)機(jī)架上，兩個(gè)機(jī)架之間以梁固連在一起。
10.一種行星平摩擦輪組件，其特征是，同軸線固裝在行星輪軸上的三聯(lián)行星外摩擦輪，左、右兩聯(lián)的半徑相同，左邊一聯(lián)與中間一聯(lián)之間的行星輪軸上唯一地裝有一個(gè)球面調(diào)心軸承。
全文摘要
通過使施加于行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特別是少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行星軸承和輸入軸承的負(fù)荷相互抵消的辦法來減輕這些軸承的負(fù)荷。特別是提出了雙NN機(jī)構(gòu)這種可以實(shí)現(xiàn)上述目的的機(jī)構(gòu)。提出同樣方法用于摩擦傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。提出以離心力抵消嚙合力的徑向分力的方式。
文檔編號F16H1/28GK1076259SQ92101309
公開日1993年9月15日 申請日期1992年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月6日
發(fā)明者鄭悅 申請人:鄭悅