具有安裝在柔性銷上的兩個行星齒輪陣列的帶有行星齒輪架扭曲變形補償?shù)男行驱X輪系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種行星齒輪系統(tǒng)，包括：太陽輪；齒圈；第一行星齒輪；第二行星齒輪；以及行星齒輪架，行星齒輪架還具有耦聯(lián)區(qū)域以及用于補償扭曲變形的裝置，用于補償?shù)难b置包括以下各項中的一項：在沒有施加扭矩于行星齒輪架的情況下第一柔性銷與第二柔性銷之間的角偏移；第一行星齒輪上的輪齒比第二行星齒輪上的輪齒?。辉谛行驱X輪架中、于第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域；第一柔性銷比第二柔性銷更具柔性；由此用于補償?shù)难b置中的任一個都使得第一柔性銷和第二柔性銷在扭矩施加到行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
【專利說明】具有安裝在柔性銷上的兩個行星齒輪陣列的帶有行星齒輪架扭曲變形補償?shù)男行驱X輪系統(tǒng)
[0001]本申請是 申請人:“蒂姆肯公司”于2009年2月12日提交的、申請?zhí)枮?00980103546.7、名稱為“具有安裝在柔性銷上的兩個行星齒輪陣列的帶有行星齒輪架扭曲變形補償?shù)男行驱X輪系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請從2008年2月13日提出的美國臨時申請61/028，274以及2008年4月28日提出的美國臨時申請61/125，715獲得優(yōu)先權，而且要求上述兩個臨時申請的權益，在此兩者均通過參引結合入本文。

【技術領域】
[0004]本發(fā)明大體涉及行星齒輪系統(tǒng)，更具體地涉及一種這樣的行星齒輪系統(tǒng)，所述行星齒輪系統(tǒng)具有以兩個陣列設置的安裝在柔性銷上的行星齒輪，并且還帶有行星齒輪架的扭曲變形補償。

【背景技術】
[0005]常規(guī)的行星齒輪系統(tǒng)具有太陽輪、齒圈、行星齒輪和跨越式的行星齒輪架，所述齒圈圍繞所述太陽輪，所述行星齒輪設置在所述太陽輪與所述齒圈之間并且與所述太陽輪和齒圈接合，所述行星齒輪架提供銷，所述行星齒輪繞所述銷旋轉，所述銷錨定在行星齒輪架兩端處。如此構造的齒輪系統(tǒng)具有以相對緊湊的構造傳遞大量能量的能力——或者換言之，其具有很高的能量密度。
[0006]但重載趨向于扭曲行星齒輪架及其銷并使行星齒輪圍繞轉動的軸傾斜。在這種情況下，行星齒輪無法適當?shù)嘏c太陽輪和齒圈嚙合。這將導致行星齒輪、太陽輪和齒圈的過度磨損,產生摩擦和熱量,并使整個系統(tǒng)產生過大噪音。
[0007]—種行星齒輪系統(tǒng)減輕了傾斜，在所述行星齒輪系統(tǒng)中行星齒輪安裝在所謂的柔性銷上并繞所述柔性銷旋轉。在這方面，行星齒輪的柔性銷在一端處錨定在行星齒輪架的壁中并從所述行星齒輪架的壁懸置，所述柔性銷作為所述行星齒輪架的零件。所述柔性銷的另一端具有裝配至其的套管，套管背向延伸，但與柔性銷間隔開。套管支撐行星齒輪，因為所述套管作為用于行星齒輪的軸承的部件使用。換言之，柔性銷技術采用了雙懸臂以抵消原本會發(fā)生的傾斜。見US 6，994，651和US 7，056，259，上述申請通過參引結合入本文，以利于對柔性銷技術的進一步討論。
[0008]懸臂在柔性銷中產生高應力，而為了獲得更適度的應力，一些行星齒輪架具有兩個壁，每個壁上錨定有柔性銷并且當然地具有繞每個柔性銷轉動的單獨的行星齒輪。這使得柔性銷數(shù)量加倍以分擔通過所述系統(tǒng)傳遞的扭矩，從而降低了施加到每個柔性銷上的單位載荷。所述行星齒輪在壁之間布置成兩個陣列，一個陣列里有一個行星齒輪，與它對齊的相應行星齒輪在另一陣列里。成對相對應的行星齒輪之間存在空間，而連接板在這些空間內于兩壁之間延伸。行星齒輪架無論旋轉與否在其兩壁之一上承受外部施加的扭矩。所述行星齒輪通過所述系統(tǒng)傳遞扭矩，但是從兩壁上的柔性銷開始的載荷路徑長度不同，從受到外部扭矩的第一壁上的柔性銷開始的載荷路徑與從另一壁或第二壁上的柔性銷開始的載荷路徑相比大大縮短。這使得所述具有較短載荷路徑的陣列比具有較長載荷路徑的陣列更具強度。行星齒輪架承受扭曲變形，所述扭曲變形使得第二壁上的柔性銷相對于第一壁上的柔性銷以行星系統(tǒng)的軸線為參照產生角位移。由于兩個陣列的行星齒輪與太陽輪和齒圈嚙合，所述位移會導致在行星齒輪與太陽輪和齒圈嚙合的輪齒處傳遞的扭矩分配不均。


【發(fā)明內容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種行星齒輪系統(tǒng)，包括:太陽輪，所述太陽輪具有軸線；齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線；第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合；第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移；以及行星齒輪架，所述行星齒輪架具有耦聯(lián)于第一行星齒輪的第一柔性銷和耦聯(lián)于第二行星齒輪的第二柔性銷，所述行星齒輪架還具有耦聯(lián)區(qū)域，當所述齒輪系統(tǒng)受載時扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域處施加到所述行星齒輪架上，而扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第一柔性銷之間通過第一載荷路徑傳遞并且在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第二柔性銷之間通過第二載荷路徑傳遞，所述第二載荷路徑比所述第一載荷路徑長，而所述載荷路徑的長度差異造成所述行星齒輪架扭曲變形，以及用于補償扭曲變形的裝置，用于補償扭曲變形的所述裝置有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且能夠使扭矩施加于所述行星齒輪架時所述第一行星齒輪和所述第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項:在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移；所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒??；在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域；所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性；由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種行星齒輪系統(tǒng)，包括:太陽輪，所述太陽輪具有軸線；齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線；第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合；第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移；以及行星齒輪架，包括:第一壁；第二壁，所述第二壁與所述第一壁軸向間隔開；連接板，所述連接板連接所述第一壁與所述第二壁；第一柔性銷，所述第一柔性銷從所述第一壁懸置并凸出到所述第一行星齒輪中；套管，所述套管位于所述第一柔性銷與所述第一行星齒輪之間，并從所述第一柔性銷的遠離所述第一壁的端部懸置；第二柔性銷，所述第二柔性銷從所述第二壁懸置并凸出到所述第二行星齒輪中；多個套管，所述多個套管位于所述第二柔性銷與所述第二行星齒輪之間，并從所述第二柔性銷的遠離所述第二壁的端部懸置；耦聯(lián)區(qū)域，當載荷通過所述齒輪系統(tǒng)傳遞時所述行星齒輪架在所述耦聯(lián)區(qū)域受到扭矩，扭矩通過經過所述第一柔性銷的第一載荷路徑向所述第一行星齒輪傳遞并且通過經過所述第二柔性銷的第二載荷路徑向所述第二行星齒輪傳遞，所述第二載荷路徑比所述第一載荷路徑長并使得當載荷通過所述齒輪系統(tǒng)傳遞時沿所述第二載荷路徑造成的所述行星齒輪架的扭曲變形大于沿所述第一載荷路徑所造成的扭曲變形；以及用于補償?shù)难b置，用于補償?shù)乃鲅b置用于補償沿所述第二載荷路徑造成的比沿所述第一載荷路徑所造成的更大的扭曲變形，以有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且使所述第一行星齒輪和第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合而與扭曲變形無關，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項:在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移；所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒薄；在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域；所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性；由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供行星齒輪系統(tǒng)，包括:太陽輪，所述太陽輪具有軸線；齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線；第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合；第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移；行星齒輪架，所述行星齒輪架具有耦聯(lián)于第一行星齒輪的第一柔性銷和耦聯(lián)于第二行星齒輪的第二柔性銷，所述行星齒輪架還具有耦聯(lián)區(qū)域，當所述齒輪系統(tǒng)受載時扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域處施加到所述行星齒輪架上，而扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第一柔性銷之間通過第一載荷路徑傳遞并且在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第二柔性銷之間通過第二載荷路徑傳遞，所述第一載荷路徑比所述第二載荷路徑的強度更大，而所述載荷路徑的強度差異造成所述行星齒輪架扭曲變形；以及用于補償?shù)难b置，用于補償?shù)乃鲅b置用于在扭矩施加至所述行星齒輪架時有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且使所述第一行星齒輪和第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項:在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移；所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒??；在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域；所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性；由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是行星齒輪系統(tǒng)的部分剖切并示出剖面的立體圖，行星齒輪系統(tǒng)具有安裝在柔性銷上布置成兩個陣列的行星齒輪，該行星齒輪系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明而構造并具體實施本發(fā)明；
[0013]圖2是所述齒輪系統(tǒng)仍然剖切并示出剖面的另一個立體圖；
[0014]圖3是示出了一個行星齒輪架壁和所述壁上的柔性銷的部分剖切視圖；
[0015]圖4是任一陣列上的柔性銷、其套管、軸承和行星齒輪的分解立體圖；
[0016]圖5是所述齒輪系統(tǒng)的行星齒輪架的正視圖，并且示出了具有不均勻長度的載荷路徑和扭曲變形，這些由不均勻載荷路徑造成的不均勻的長度和扭曲變形在圖中被極大地夸大了 ；
[0017]圖6、6A及6B是示出了兩個陣列的柔性銷之間的角偏移以補償行星齒輪架的扭曲變形以及由此產生的行星齒輪和齒圈嚙合的示意圖；
[0018]圖7是行星齒輪架的立體圖，并且也示出了角偏移；
[0019]圖8、8A及SB是示出了兩個陣列之一的行星齒輪的更薄的輪齒以補償行星齒輪架扭曲變形的示意圖；及
[0020]圖9是在其第一壁上設置有薄弱區(qū)域以向其兩個陣列的柔性銷提供相當?shù)膿锨冃翁匦缘男行驱X輪架的立體圖；及
[0021]圖10是在其第一壁設置有薄弱區(qū)域的可選的行星齒輪架的立體圖；
[0022]圖11是具有不同柔性以提供相當?shù)膿锨冃翁匦缘男行驱X輪架的立體圖；
[0023]圖12是圖11所示的可選的柔性銷的縱向截面圖；及
[0024]圖13是具有輪轂的行星齒輪架的正視圖，所述輪轂用于向行星齒輪架傳遞扭矩。

【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)在參照上述附圖，圍繞中心軸線X建構的行星齒輪系統(tǒng)A (圖1和2)包含太陽輪2、齒圈4以及行星齒輪6和8，所述齒圈4圍繞所述太陽輪2并與所述太陽輪2共用X軸線，所述行星齒輪6和8在太陽輪2和齒圈4之間布置為兩排或兩個陣列a和b。所述兩個陣列a和b的行星齒輪6和8與太陽輪2和齒圈4嚙合，但是圍繞從中央軸線X偏移卻平行于中央軸線X的軸線Y旋轉。此外，齒輪系統(tǒng)A具有行星齒輪架10，所述行星齒輪架10支撐行星齒輪6和8并且確立行星齒輪6和8圍繞旋轉的偏移軸線Y。太陽輪2、齒圈4和行星齒輪架10作為這樣的部件，S卩，其中任何兩個可旋轉而第三個通常固定不動。
[0026]圖示的行星齒輪系統(tǒng)A十分適于在風力渦輪機中使用，所述風力渦輪機利用風產生能量并將其轉換成電能。但是，所述行星齒輪系統(tǒng)A本身也適于其他應用，其中扭矩施加在任一部件上并，并且扭矩被傳遞至其余兩個部件之一，但第三個部件被牢牢固定。在風力渦輪機中，其中行星齒輪系統(tǒng)A作為傳遞裝置以使風力驅動的轉子的相對較低的角速度增加到適用于發(fā)電機的較高的速度，所述發(fā)電機足夠小從而適于裝配在風力渦輪機的發(fā)電機艙內，風力驅動的轉子耦聯(lián)于行星齒輪架10，而太陽輪2連接于軸12，所述軸12通過更多齒輪稱聯(lián)于發(fā)電機，而齒圈5保持固定。行星齒輪架10和太陽輪2在同一方向旋轉。
[0027]行星齒輪架10具有兩個壁——第一壁20和第二壁22，行星齒輪6和8限制在所述兩個壁之間，行星齒輪架10還具有在壁20和壁22之間延伸并將兩個壁剛性地連接在一起的軸向指向的連接板24。所述連接板24在行星齒輪架10內生成凹入部分，行星齒輪6和8占用凹入部分，每個凹入部分中具有行星齒輪6和行星齒輪8各一個。為便于將行星齒輪6和8安裝在行星齒輪架10內，連接板24與第二壁22 —體形成，起初與第一壁20分離，只在裝配過程中通過螺釘26固定到第一壁20上。同樣，連接板24可以與第一壁20 —體形成而與第二壁22分離。用于太陽輪2的軸12延伸穿過行星齒輪架的壁20和壁22之一或兩者。行星齒輪6和8在壁20和壁22之間的凹入部分內旋轉，但徑向向外凸出到連接板24外而與太陽輪2和齒圈4接合。第一壁20上具有徑向向外凸出到連接板24外的法蘭28。所述法蘭28可作為定位或耦聯(lián)區(qū)域，轉矩在此區(qū)域施加到行星齒輪架10上。
[0028]所述行星齒輪6和8繞柔性銷30和套管32旋轉(圖3和4)，所述柔性銷30從行星齒輪架的壁20和22凸出出來，對于每個行星齒輪6和8有單獨的柔性銷30和套管32。每個柔性銷30錨定至或以其他方式牢固地固定到壁20或22上，其中每個柔性銷30的行星齒輪6或8沿壁20或22定位成從壁20或22懸置。套管32圍繞柔性銷30，而且除了在柔性銷30的遠離柔性銷30從其凸出的壁20或壁22的端部處之外，套管32向外與柔性銷30間隔開。此處套管32牢固地附連于其柔性銷30從而套管32從柔性銷30懸置，由此可謂完成了雙懸臂構造。每個行星齒輪6或8圍繞附連于其柔性銷30的套管32，在行星齒輪6或8與套管32之間設置有軸承34。所述軸承34可以具有減摩軸承的形式,其中由套管本身承載內滾道，或套管可形成簡單的滑動軸承的一部分。柔性銷30可以在位于柔性銷30從壁20或22上懸置的位置與套管32從柔性銷30上懸置的位置之間具有使柔性銷30具有更大柔性的凹槽36。
[0029]在齒輪系統(tǒng)A的工作過程中，扭矩通過齒輪系統(tǒng)進行傳遞，柔性銷30受到使其端部相對于軸線X在圓周方向偏移的彎曲。換言之，每個柔性銷30的遠端在繞軸線X的圓周的方向上稍落后于或稍超前于錨定在行星齒輪架的壁20和22中或固定到壁20和22上的端部。從柔性銷30遠端懸置的套管32施加使柔性銷30的端部向相反方向彎曲的轉矩。在雙懸臂結構的情況下，由于柔性銷30的這種彎曲能力，套管32保持與中央軸線X平行，并且當然地行星齒輪6和8所圍繞旋轉的軸線Y同樣保持與軸線X平行。
[0030]當扭矩在行星齒輪架10的第一壁20上的法蘭28處施加給行星齒輪架10時，所述扭矩沿著基本上限定于第一壁20及第一壁20上的柔性銷30的相對較短的載荷路徑Pa(圖
5)在法蘭28與陣列a的行星齒輪6之間向行星齒輪6傳遞。扭矩還在法蘭28和陣列b的行星齒輪8之間沿著顯著較長的載荷路徑Pb傳遞，所述載荷路徑Pb穿過第一壁20、連接板24、第二壁22和所述壁22上的柔性銷30。如果行星齒輪架10是常規(guī)的行星齒輪架，通過較短的載荷路徑Pa傳遞的扭矩可以會引起第一壁20的一些扭曲變形，但這對于所有的預期以及目的來說并不重要。通過較長的載荷路徑Pb傳遞的扭矩會使更具柔性的第二壁22和連接板24產生更大的扭曲變形。這會使具有較短載荷路徑Pa的陣列a比具有更長載荷路徑Pb的陣列b更具有硬度。以軸線X為參照，扭曲變形將使陣列b的柔性銷30相對于陣列a的柔性銷30在圓周方向產生偏移。如果不承受載荷，陣列a的柔性銷30會與陣列b的柔性銷30對齊，一旦載荷施加到行星齒輪架10從而產生扭矩傳遞，陣列b的柔性銷30將不再與陣列a的柔性銷30對齊。陣列a的行星齒輪6與陣列b的行星齒輪8不會與太陽輪2和齒圈4均勻嚙合。當通過系統(tǒng)A傳遞的扭矩達到對系統(tǒng)A設計的工作扭矩時，所述不均勻嚙合會使陣列a的行星齒輪6比陣列b的行星齒輪8承受更大的載荷。
[0031]為了補償行星齒輪架10的扭曲變形從而克服所述缺陷，行星齒輪架10構造成當沒有扭矩通過其傳遞時，陣列a的行星齒輪6相對于陣列b的行星齒輪8在圓周方向指向或偏移角度Θ (見圖7中的箭頭)。因此，當行星齒輪系統(tǒng)A受到施加在行星齒輪架的法蘭28上并通過軸12傳遞的輕微轉矩而工作時，陣列b的行星齒輪8將首先與太陽輪2和齒圈4接合。隨著扭矩的增加，行星齒輪架10沿其第二壁22并在其強度較低的陣列b的連接板24處受到扭曲變形，而這些扭曲變形使陣列b的行星齒輪8接近于同陣列a的對應行星齒輪6對齊。當扭矩達到對所述系統(tǒng)A設計的工作扭矩時，陣列b的柔性銷30同陣列a中與其對應的柔性銷對齊，而行星齒輪6和8與太陽輪2和齒圈4大體上均勻嚙合。這樣兩個陣列a和b的所述行星齒輪6和8基本均勻地分擔扭矩的傳遞。
[0032]在任何齒輪系統(tǒng)中，兩個齒輪嚙合處的輪齒之間存在輪齒隙或間隙。在所述系統(tǒng)A中，間隙Ib (圖6A)存在于任一行星齒輪8與齒圈4接合處亦即行星齒輪8上的這樣的輪齒處，所述輪齒凸出到齒圈4內一對連續(xù)輪齒之間以及太陽輪2上一對連續(xù)輪齒之間。在空載或載荷極輕的情況下，從前沿面真正接合齒圈4的輪齒的意義上講，陣列a中的行星齒輪6的輪齒并沒有真正與齒圈4的輪齒接合，即在各嚙合齒的兩側均存在間隙。這源于行星齒輪6與齒圈4嚙合處較小的間隙Ia (圖6B)，而此較小的間隙Ia是由于陣列b的行星齒輪8的柔性銷30與陣列a的柔性銷30之間存在的輕微偏移角Θ，從而導致偏移間隙10。所述偏移間隙Ie應符合以下關系:
[0033]Ib^lb = 1θ+13
[0034]隨著施加在行星齒輪架法蘭28上的扭矩增加，陣列a中的間隙Ia也增加。當扭矩達到對所述系統(tǒng)A設計的工作扭矩時，陣列a中的間隙Ia和陣列b中的間隙Ib大致相同，而行星齒輪6和8基本上與齒圈4均勻嚙合。由于嚙合均勻，所以行星齒輪6和8均勻分擔力矩，即通過陣列a的行星齒輪6傳遞的扭矩的量基本等于通過陣列b的行星齒輪的8傳遞的扭矩的量。行星齒輪6和8與齒圈4之間的嚙合處存在的狀況和補償也同樣存在于行星齒輪6和8與太陽輪2之間的嚙合處。
[0035]雖然螺釘26以穿過第一壁20并以螺紋連接方式穿入連接板24或以其他方式將連接板24以及第一壁20和第二壁22夾緊在一起從而將行星齒輪架10保持為一體，但是所述螺釘26無法提供建立陣列a的柔性銷30與陣列b的柔性銷30之間的角度Θ所需的精度。所述精度可使用以緊配合方式裝配在第一壁20中并裝配在連接板23中的銷釘38(圖7)來獲得，此處假設第二壁22與連接板24 —體形成。
[0036]在可選方案中，對行星齒輪架10扭曲變形的補償可通過使陣列a中的行星齒輪6的輪齒在圓周方向上比陣列b中的行星齒輪8的輪齒薄來提供(圖SB)，導致行星齒輪6的輪齒隙比行星齒輪8的輪齒隙大。因此，空載或傳遞輕微扭矩時，行星齒輪8的輪齒在其真正接觸太陽輪2和齒圈4的輪齒的意義上接合太陽輪2和齒圈4。但行星齒輪6在與太陽輪2和齒圈4嚙合的同時并不真正接合那些齒輪2和4。換言之，行星齒輪6的輪齒即其與太陽輪2和齒圈4接觸處并不真正接觸太陽輪2和齒圈4的輪齒。相反，所述行星齒輪6的輪齒薄到足以裝配在太陽輪2和齒圈4上連續(xù)的輪齒之間并在嚙合點處的前沿面和后沿面處均帶有間隙la。所述間隙Ia應大體符合以下關系:
[0037]lb〈21a
[0038]隨著轉矩的增加，更具柔性的陣列b的第二壁22和連接板24彎曲得足以相對于陣列a的行星齒輪6的柔性銷30使陣列b的行星齒輪8的柔性銷30成角度地移位。行星齒輪6的較薄輪齒在其接觸太陽輪2和齒圈4的輪齒的意義上真正接合太陽輪2和齒圈4。在此接合點，扭矩通過兩個陣列a和b的行星齒輪6和8傳遞。當傳遞的扭矩達到將系統(tǒng)設計為工作的量時，第二壁22和連接板24的彎曲是這樣的:即，行星齒輪6和行星齒輪8基本均勻地分擔扭矩傳遞，也就是說，一半通過所述陣列a的行星齒輪6傳遞，而另一半通過陣列b的行星齒輪8傳遞。此可選方案能夠與施加在行星齒輪架10上的外部扭矩的方向無關地提供補償。
[0039]在另一可選方案中，對于沿第二壁22和連接板24的扭曲變形的補償通過使第一壁20更具柔性來提供，其中用于所述第一壁20的柔性銷30從第一壁20露出。實際上這允許第一壁20上的柔性銷30在齒輪系統(tǒng)A傳遞扭矩時受到與第二壁22上的柔性銷30大約相同量的撓曲變形。為此，第一壁20在每個柔性銷30處具有薄弱區(qū)域，所述薄弱區(qū)域為一對半徑和長度相等的弧形切口或狹槽40(圖9)的形式，所述切口或狹槽的中心在柔性銷30的軸線Y處。狹槽40在第一壁20的兩面開放，被布置為彼此在180°的方向上分離開，狹槽40的中心基本沿圓C定位，所述圓C是若干柔性銷30的軸線Y的外接圓并且中心位于中央軸線X處。換言之，一個狹槽40在圓周方向上位于柔性銷30之前而另一條狹槽40在圓周方向上位于柔性銷30之后。因此，狹槽40使得柔性銷30從其延伸的第一壁20具有比柔性銷30從其上露出的第二壁22更大的彈性。這種選擇性的薄弱方法使第一壁20的柔性銷30具有與第二壁22的柔性銷30基本相同的撓曲變形特性。這繼而又使兩個陣列a和b具有同樣的強度——或同樣的柔性一從而使陣列a的行星齒輪6和陣列b的行星齒輪8與太陽輪2和齒圈4均勻嚙合并使行星齒輪6和行星齒輪8基本均勻地分擔扭矩傳遞。
[0040]第一壁20也可以通過弧形凹槽44(圖10)而使其柔性銷30處具有更大柔性，所述弧形凹槽44只在第一壁20 —面開放而不是如狹槽40那樣在兩面均開放。如同狹槽40，所述凹槽44應使第一壁20上的柔性銷30具有與第二壁22上的柔性銷30基本相同的撓曲變形特性，從而使陣列a和b的行星齒輪6和8基本均勻地分擔扭矩。
[0041]無論是狹槽40還是凹槽44均需具有弧形構造，但它們應使第一壁20在柔性銷30的設置有狹槽40或凹槽44的側面更具柔性。除了狹槽或凹槽之外的形狀也能滿足上述目的，只要能使和它們相關的柔性銷30更容易地在以中心軸線X為參照的圓周方向撓曲變形即可。例如，第一壁20可以在各柔性銷30 —側或兩側具有擁有更薄截面的區(qū)域，所述截面不必類似于弧形。所述形狀一無論其是狹槽40或凹槽44或其他構造一可以僅存在于第一壁20內各柔性銷30的一側。
[0042]為了代替在第一壁20處補償兩條載荷路徑Pa和Pb的長度變化，所述補償可在柔性銷30自身處進行。一種可選的行星齒輪架50 (圖11和12)具有第一壁20、第二壁22以及在所述兩壁20與22之間延伸的連接板24。第一壁20完全不具有任何狹槽40或凹槽44或設計為使壁20具有更大柔性的其他形狀。然而，陣列a的行星齒輪6繞柔性銷30a旋轉，所述柔性銷30a與陣列b的行星齒輪8繞之旋轉的柔性銷30b不同。不同之處在于柔性銷30a及30b本身的柔性；陣列a的柔性銷30a比陣列b的柔性銷30b具有更大的柔性。為此，每個柔性銷30a及30b具有(圖12)基部52以及頭部54，在所述基部52處柔性銷裝配到柔性銷30a及30b從中延伸的壁20和22內，所述頭部54位于銷30a及30b的相對端。在每個柔性銷30a及30b的基部52和頭部54之間，柔性銷30a及30b具有居間頸桿56。圍繞銷30a及30b的套管32被裝配到所述銷的頭部54上，甚至有可以與頭部54一體形成。頸桿56從基部52和從頭部54朝向內彎曲區(qū)域58向下漸縮。每個從第二壁22凸出的銷30b的頸縮區(qū)域58的直徑大于每個從第一壁20凸出的銷30a的頸縮區(qū)域58的直徑。這使柔性銷30a具有更大的柔性。該布置是這樣的:即，由受載的第二壁22和連接板32的扭曲變形引起的銷30b的撓曲變形等于更具柔性的銷30a的撓曲變形，從而使由銷30a和30b分別承載的行星齒輪6和8均勻地分擔載荷，即，它們的行星齒輪6和8傳遞基本等量的扭矩。
[0043]柔性銷30a在不減少其向內彎曲區(qū)域58的直徑的情況下可以比柔性銷30b更具柔性。例如，柔性銷30可以是中空或部分中空的，而柔性銷30b是完全實心的。此外，柔性銷30a可以由比形成柔性銷30b的材料更容易彎曲的材料形成。再者，還可以使用上述方法的組合，包括使用改變向內彎曲區(qū)域58直徑的方法。目的在于使柔性銷30a比柔性銷30b更具柔性，而不論其實現(xiàn)的方式如何。
[0044]在行星齒輪架10中，通過使第一壁20處的柔性銷30中的凹槽36比第二壁22處的柔性銷30中的凹槽36更深可以達到同樣的效果。事實上,通過如此構造的第一壁20的柔性銷30，可排除使用弧形狹槽40或凹槽44或減小弧形的狹槽40或凹槽44的尺寸。
[0045]在其第一壁20中裝有具有不同柔性的柔性銷30a及30b的行星齒輪架50可以設置有弧形的狹槽40或凹槽44或其他形狀，以使第一壁20在柔性銷30a處具有更大的柔性。在這種布置中，陣列a的柔性銷30a的理想撓曲特性通過第一壁20和從第一壁20中延伸的柔性銷30a的更大的柔性兩者得到。用于平衡柔性銷30a及30b撓曲變形的這種布置是所選壁薄弱方法和柔性銷強度變化方法相結合的示例。
[0046]外部扭矩不需要通過在行星齒輪架10或50的第一壁20周邊處的法蘭施加到行星齒輪架10或50上，而是在第一壁20的其他位置——例如通過輪轂64 (圖13)——施加到行星齒輪架10或50上，所述輪轂64作為第一壁20上的耦聯(lián)區(qū)域。此外，陣列b的載荷路徑Pb比陣列a的載荷路徑pa長。
[0047]第二壁22和連接板24發(fā)生類似的扭曲變形。
【權利要求】
1.一種行星齒輪系統(tǒng)，包括: 太陽輪，所述太陽輪具有軸線； 齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線； 第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合；第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移；以及 行星齒輪架，所述行星齒輪架具有耦聯(lián)于第一行星齒輪的第一柔性銷和耦聯(lián)于第二行星齒輪的第二柔性銷，所述行星齒輪架還具有耦聯(lián)區(qū)域，當所述齒輪系統(tǒng)受載時扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域處施加到所述行星齒輪架上，而扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第一柔性銷之間通過第一載荷路徑傳遞并且在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第二柔性銷之間通過第二載荷路徑傳遞，所述第二載荷路徑比所述第一載荷路徑長，而所述載荷路徑的長度差異造成所述行星齒輪架扭曲變形，以及 用于補償扭曲變形的裝置，用于補償扭曲變形的所述裝置有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且能夠使扭矩施加于所述行星齒輪架時所述第一行星齒輪和所述第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項: 在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移； 所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒??； 在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域； 所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性； 由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
2.如權利要求1所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述行星齒輪架具有第一壁和第二壁以及連接所述壁的連接板；并且其中，所述第一柔性銷從所述第一壁懸置，而所述第二柔性銷從所述第二壁懸置。
3.如權利要求2所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，用于補償?shù)乃鲅b置包括所述第一壁中的薄弱區(qū)域，其中所述第一柔性銷從所述第一壁中的薄弱區(qū)域懸置。
4.如權利要求3所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述薄弱區(qū)域由所述第一壁內的狹槽或凹槽形成。
5.如權利要求4所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述狹槽或凹槽為弧形并依循所述第一柔性銷的輪廓。
6.如權利要求4所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述狹槽或凹槽沿外接于所述第一柔性銷的軸線的圓布置。
7.一種行星齒輪系統(tǒng)，包括: 太陽輪，所述太陽輪具有軸線； 齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線； 第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合； 第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移；以及行星齒輪架，包括: 第一壁； 第二壁，所述第二壁與所述第一壁軸向間隔開； 連接板，所述連接板連接所述第一壁與所述第二壁； 第一柔性銷，所述第一柔性銷從所述第一壁懸置并凸出到所述第一行星齒輪中； 套管，所述套管位于所述第一柔性銷與所述第一行星齒輪之間，并從所述第一柔性銷的遠離所述第一壁的端部懸置； 第二柔性銷，所述第二柔性銷從所述第二壁懸置并凸出到所述第二行星齒輪中； 多個套管，所述多個套管位于所述第二柔性銷與所述第二行星齒輪之間，并從所述第二柔性銷的遠離所述第二壁的端部懸置； 耦聯(lián)區(qū)域，當載荷通過所述齒輪系統(tǒng)傳遞時所述行星齒輪架在所述耦聯(lián)區(qū)域受到扭矩，扭矩通過經過所述第一柔性銷的第一載荷路徑向所述第一行星齒輪傳遞并且通過經過所述第二柔性銷的第二載荷路徑向所述第二行星齒輪傳遞，所述第二載荷路徑比所述第一載荷路徑長并使得當載荷通過所述齒輪系統(tǒng)傳遞時沿所述第二載荷路徑造成的所述行星齒輪架的扭曲變形大于沿所述第一載荷路徑所造成的扭曲變形；以及 用于補償?shù)难b置，用于補償?shù)乃鲅b置用于補償沿所述第二載荷路徑造成的比沿所述第一載荷路徑所造成的更大的扭曲變形，以有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且使所述第一行星齒輪和第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合而與扭曲變形無關，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項: 在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移； 所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒??； 在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域； 所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性； 由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
8.如權利要求7所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述薄弱區(qū)域由所述第一壁內與所述第一柔性銷相鄰的狹槽或凹槽形成。
9.如權利要求8所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述狹槽或凹槽為弧形并依循所述第一柔性銷的輪廓。
10.如權利要求8所述的行星齒輪系統(tǒng)，其中，所述狹槽或凹槽沿外接于所述第一柔性銷的軸線的圓布置。
11.一種行星齒輪系統(tǒng)，包括: 太陽輪，所述太陽輪具有軸線； 齒圈，所述齒圈圍繞所述太陽輪，并且具有與所述太陽輪的軸線同軸的軸線； 第一行星齒輪，所述第一行星齒輪在第一陣列中與所述太陽輪和所述齒圈嚙合；第二行星齒輪，所述第二行星齒輪在第二陣列中與所述太陽輪和所述齒圈輪嚙合，所述第二陣列相對于所述第一陣列軸向偏移； 行星齒輪架，所述行星齒輪架具有耦聯(lián)于第一行星齒輪的第一柔性銷和耦聯(lián)于第二行星齒輪的第二柔性銷，所述行星齒輪架還具有耦聯(lián)區(qū)域，當所述齒輪系統(tǒng)受載時扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域處施加到所述行星齒輪架上，而扭矩在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第一柔性銷之間通過第一載荷路徑傳遞并且在所述耦聯(lián)區(qū)域與所述第二柔性銷之間通過第二載荷路徑傳遞，所述第一載荷路徑比所述第二載荷路徑的強度更大，而所述載荷路徑的強度差異造成所述行星齒輪架扭曲變形；以及 用于補償?shù)难b置，用于補償?shù)乃鲅b置用于在扭矩施加至所述行星齒輪架時有效地調節(jié)所述行星齒輪架的強度并且使所述第一行星齒輪和第二行星齒輪能夠更均勻地與所述太陽輪和所述齒圈嚙合，用于補償?shù)乃鲅b置包括以下各項中的一項: 在沒有施加扭矩于所述行星齒輪架的情況下所述第一柔性銷與所述第二柔性銷之間的角偏移； 所述第一行星齒輪上的輪齒比所述第二行星齒輪上的輪齒薄； 在所述行星齒輪架中、于所述第一柔性銷處形成薄弱區(qū)域； 所述第一柔性銷比所述第二柔性銷更具柔性； 由此用于補償?shù)乃鲅b置中的任一個都使得所述第一柔性銷和所述第二柔性銷在扭矩施加到所述行星齒輪架上時受到大致相同的撓曲變形，而與由載荷路徑的長度差異造成的任何行星齒輪架扭曲變形無關。
【文檔編號】F16H57/08GK104235273SQ201410366836
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2009年2月12日 優(yōu)先權日:2008年2月13日
【發(fā)明者】格拉爾德·P·?？怂? 蘭迪·P·克魯澤, 雅羅斯拉夫·蘇查內克, 米洛斯·馬萊克, 詹姆斯·馬盧夫 申請人:蒂姆肯公司