齿轮机构和齿轮机构的用途的制作方法

本发明涉及齿轮机构，以及涉及齿轮机构的用途。

背景技术：

1、现有技术公开了包括齿部的齿轮机构，所述齿部安装成可以在齿架中径向移动。为了驱动齿部，使用具有轮廓(profiling)的驱动输入元件，例如凸轮盘。齿部啮合在装齿(toothing)中，使得在装齿和具有齿部的齿架之间发生相对运动。就此而言，装齿和齿部之间的相对运动比具有轮廓的驱动输入元件的运动小至少一个数量级。通过这种方式，可以实现高的传动比；在de 10 2015 119 582 a1中公开了这种齿轮机构的示例。

2、然而，在某些情况下，在结构空间条件有限的情况下，已知的齿轮机构不能满足齿轮机构紧凑性的要求。另外，对于某些应用而言，可能希望改善径向或者轴向跳动。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是具体说明一种比现有技术中已知的齿轮机构改进的齿轮机构，其中特别地，本发明提供一种具有尽可能大的中空轴直径和改进的径向或者轴向跳动特性的更紧凑的齿轮机构。本发明的另一个目的是具体说明这种齿轮机构的用途。

2、该目的通过根据权利要求1的齿轮机构和根据可供替代的独立权利要求的用途来实现。有利的改进和实施例将从从属权利要求和本说明书中出现。

3、本发明的一个方面涉及一种齿轮机构，特别是同轴齿轮机构，包括：壳体，具有固定布置的装齿；齿架，可围绕齿轮机构轴线相对于壳体旋转并且具有引导件；齿部，接收在引导件中用以与装齿啮合，其中，齿部安装在引导件中，从而能够沿着其纵向轴线的方向相对于齿架移动；凸轮盘，能够围绕齿轮机构轴线旋转，并且用于沿着齿部的相应纵向轴线驱动齿部；以及轴承排，位于齿架和壳体之间，用于将齿架安装在壳体中，其中轴承排包括：轴向滚动体和径向滚动体，轴向滚动体的旋转轴线垂直地相对于齿轮机构轴线对准，径向滚动体的旋转轴线平行于齿轮机构轴线对准。就此而言，轴向滚动体设计成反作用沿着齿轮机构纵向轴线的轴向方向作用的轴承力，而径向滚动体设计成反作用径向作用的轴承力。

4、在典型的齿轮机构的情况下，齿部安装在齿架的引导件中，从而能够相对于齿轮机构的旋转轴线沿着径向方向移动。齿部的相应的纵向轴线典型地相对于齿轮机构或者齿架的旋转轴线径向对准。在典型的实施例中，齿架的引导件相对于凸轮盘的旋转轴线径向对准。典型地，齿部相对于齿架线性地径向地安装。在这种情况下，“线性地径向地”通常意味着存在沿着径向方向的引导件，该引导件仅允许齿部沿着径向方向移动，特别是允许齿部在引导游隙范围内的倾斜。

5、轴向滚动体和径向滚动体形成轴承，该轴承也称为轴向-径向轴承。

6、本发明的另一方面涉及齿轮机构在本文所描述的典型实施例之一中的用途。

7、实施例特别涉及同轴齿轮机构。通常，典型的齿轮机构包括具有轮廓作为驱动输入元件的凸轮盘和具有内部装齿的环形齿轮，或者具有内部轮廓的外部驱动输入元件和内部齿轮，该内部齿轮针对外部驱动输入元件的情况提供装齿。装齿典型地是围绕圆周的环形齿轮装齿。齿部或者齿部的齿尖啮合在装齿中，其中，齿部典型地安装成能够相对于齿架径向地移动。

8、典型的实施例也可以沿着相反的传输方向使用；在这种情况下，凸轮盘用作驱动输出元件，并且齿架用作驱动输入元件。以这种方式，例如，发电机可以经由凸轮盘驱动，其中利用以低转速驱动齿架的扭矩。也可以通过壳体或者环形齿轮的装齿进行驱动输入或者输出。

9、在其他典型的实施例中，齿架的引导件相对于凸轮盘的旋转轴线平行对准。典型地，齿部安装在齿架的引导件中，从而能够相对于凸轮盘的旋转轴线轴向地移动。典型地，齿部相对于齿架线性地轴向地安装。“线性地轴向地”通常意味着存在沿着轴向方向的引导件，该引导件仅允许齿部沿着轴向方向移动。齿部或者齿部的齿尖啮合在围绕圆周的装齿中。装齿典型地是冠齿轮装齿的形式。

10、实施例的典型齿轮机构包括恰好在一个齿架中的恰好一排引导件或者齿部。这使得能够实现特别紧凑的结构。在其他实施例中，齿轮传动装置在一个齿架中具有两排引导件或者齿部。

11、典型地，齿部安装在齿架中，从而在每种情况下都能够沿着恰好一个方向移动，典型地沿着齿部的纵向轴线的方向移动。这可以实现，例如在一定长度上的齿部，特别是在沿着齿部的纵向轴线的一定长度上的齿部，沿着移动方向具有恒定的截面，其中，用于齿架中的齿部的引导件是具有恒定截面的槽或者开口的形式。

12、在根据本发明的齿轮机构的典型的实施例中，至少一些齿部具有弯曲刚度设计。在这种情况下，“弯曲刚度”的表达典型地是从技术意义上理解，也就是说，由于齿部的材料的刚度，使得齿部的弯曲是如此轻微，以至于对于齿轮机构的运动学来说至少基本上是无关紧要的。弯曲刚度的齿部特别包括由金属合金、特别是钢或者钛合金、镍合金或者其他合金制成的齿部。另外，还可以设置弯曲刚度的塑料齿部，特别是在其中以下部件中的至少一个也同样由塑料制成的齿轮机构的情况下：环形齿轮或者齿轮上的装齿、齿架、和驱动输入元件。在本发明的典型实施例中，齿架和齿部由金属合金制成，或者另外地还有装齿、或者进一步另外地驱动输入元件由金属合金制成。这样的齿轮机构提供了极度抗扭转并且能够承受高负载的优点。塑料齿轮机构提供了具有较轻重量的优点。术语“弯曲刚度”特别意味着围绕齿部的横向轴线的弯曲刚度。这尤其意味着，将齿部视为从齿根至齿侧面区的梁，具有至少基本上排除了齿侧面区和齿根之间的弯曲变形的弯曲刚度。由于弯曲刚度，实现了承受极高载荷的能力和齿轮机构的抗扭转能力。

13、在典型的实施例中，枢转段安装在滚动轴承上，滚动轴承又支承在轮廓上，枢转段布置在齿部和轮廓之间。典型地，齿部非牢固地连接至枢转段。就此而言，“非牢固连接”优选意味着齿段仅定位，通常直接定位在枢转段上。优选的枢转段包括防止齿部从枢转段滑脱、或者至少沿着一个方向防止枢转段滑脱的轮廓。这样的轮廓例如可以是啮合在齿部的齿根中的凹进中的凸缘。关于枢转段的可能的实施例，可以参考de 10 2015 105523a1。

14、装齿和齿部典型地具有弯曲的侧面。侧面的曲率的示例是圆柱形曲率、沿着螺旋线或者围绕同轴齿轮机构的旋转轴线的螺旋表面的侧面的曲率、或者对数螺旋形式的曲率。对于对数螺旋形式的曲率的可能的实施例，可以参考de 10 2007 011 175 a1。弯曲表面提供的优点是啮合侧面在它们的整个表面区域上邻接，而不仅仅是沿着一条线或者在某些点处邻接。通过这种方式，实现了在装齿和齿部之间的力传递的情况下的极端刚度。“侧面”在本文中特别地理解为意味着齿部的齿侧或者装齿的侧面。

15、在典型的实施例中，壳体具有多部件形式，并且包括轴承外环形式的第一壳体部分，其中，具有内部装齿的环形齿轮形成壳体的第二壳体部分。另外，一些典型实施例具有轴承凸缘形式的第三壳体部分，用于安装凸轮盘。

16、在典型的实施例中，齿架具有一段的形式。由于位于传动机构的一侧的典型齿轮机构的驱动输出安装，使得齿架的结构大大简化，并且可以实现整体高度紧凑的设计。齿架具有相对均匀的直径。

17、在典型的实施例中，齿架包括至少一个径向轴承运行表面和至少一个轴向轴承运行表面。径向轴承运行表面和轴向轴承运行表面或者至少一个或者两个典型地与齿架一体地设计，或者设计在齿架中。典型地，轴向滚动体或者径向滚动体分别直接在齿架上、或者在径向轴承运行表面上、或者在轴向轴承运行表面上运行。

18、在典型的实施例中，轴承排是齿架的轴承的第一轴承排，其中，轴承包括至少具有轴向滚动体的第二轴承排。典型地，齿架具有两个径向和两个轴向轴承运行表面。各个轴承排典型地具有总共两个轴向和两个径向轴承运行表面，其中一个轴向轴承运行表面和一个径向轴承运行表面典型地由齿架形成。

19、齿架的安装典型地包括由位于齿架上的腹板分隔开的两个轴承排，并且在腹板中嵌有具有较小截面的滚动体形式的圆柱滚子，也就是说，滚动体具有相比于其长度而言较大的直径。在这种情况下，特殊的滚子形状使得能够在轴承排中同时容纳轴向和径向布置的滚动体。因此，与十字滚子轴承相比，压力角不是+-45°，而是0°和90°，籍此，典型地形成完全轴向-径向轴承。将不同排列的滚动体聚集在相应的轴承排中，能够实现具有高精度的紧凑结构。

20、典型的轴承排在各种情况下都具有四个轴承运行表面：径向内部、径向外部、轴向左侧、和轴向右侧。齿架典型地具有两个相应的径向和轴向轴承运行表面，其形式为一体的组成部件，或者在一些实施例中也可以称为轴承内环。轴承外环可以是壳体的一部分，并且典型地包括两个径向和一个轴向轴承运行表面，特别是一个第一外部轴向轴承运行表面，以及用于轴向轴承环的容纳部。在另一个实施例中，轴承外环可以接收在齿轮机构壳体中。

21、典型的齿轮机构包括轴向轴承环，该轴向轴承环具有轴向轴承运行表面。轴向轴承环可以用于预加载轴向轴承排。轴向轴承环典型地形成或者包括最后或者第二外部轴向轴承运行表面。轴承排的轴向预载荷可以与相邻的环形齿轮协调地在轴向轴承环的宽度上设置。这使得可以以限定的方式精确地设置预载荷，其中在一些实施例中可以省去轴螺母。在安装状态下，轴向轴承环通过借助优选存在的轴向凸出部，为相邻的环形齿轮提供对中。可以获得高度紧凑的齿轮机构配置。轴向轴承环的柔性可以通过配合的协调来共同确保尽可能不会或者少量地将径向变形引至环形齿轮或者轴承外环。另一个优点是，环形齿轮上的两个平面可以容易地以高等级的平面度和平行度制造，因为横向凸出的对中装置不是必须的。

22、典型地，两个轴承排在沿着齿轮机构轴线方向的一侧上，布置成彼此相邻、或者紧邻齿架中的引导件。这种布置的一个优点是易于安装。

23、在典型的实施例中，第一轴承排或者第二轴承排的分别的径向滚动体或者轴向滚动体各自具有圆柱形，其所具有的直径大于该圆柱形的长度。典型地，轴承排是圆柱滚子轴承的形式，其中滚动体特别地具有粗矮的圆柱形。通过这种方式，滚动体在其运行表面上滚动。在典型的实施例中，轴向和径向滚动体具有基本相同的形式，特别是一个轴承排的滚动体具有相同的形式。

24、典型地，第一轴承排和第二轴承排各自具有轴向滚动体和径向滚动体。通过这种方式，提供了两个轴向-径向轴承排。通过改变具有径向或者轴向滚动体的两个轴承排的装配，可以分别改变沿着径向和轴向方向的承载能力和刚度方面的安装特性，这使得能够单独适应使用应用。典型地，必须满足以下边界条件：至少一个轴承排必须具有最小数量的径向滚动体，以确保径向引导。两个轴承排必须具有最小数量的轴向滚动体，以确保轴向预载荷。在典型的实施例中，至少一个轴承排具有30％的径向滚动体，并且两个轴承排具有至少30％的轴向滚动体。在典型的实施例中，第二轴承排仅包括轴向滚动体。

25、典型的齿轮机构具有嵌入在滚动体之间的间隔装置。间隔装置典型地各自布置在一个轴承排的两个相邻滚动体之间。间隔装置也可以称为“间隔件”。通过间隔装置，可以轻松利落地设置最终的节圆游隙。能够可靠地防止滚动体之间的直接接触。可以在接触件中提供有利的摩擦学行为。特别是在具有非常低的旋转速度的应用的情况下，如果合适的话，也可以省去间隔装置。与具有间隔件的实施例相比，这种没有间隔装置的全滚子(full-roller)占据的实施例通常具有更多的滚动体，以增加额定载荷和刚度。完全省去间隔装置可能是有利的，特别是在对称占据的情况下。

26、通过选择滚动体的数量和布置，可以单独适应应用，其中轴向滚动体可以增加倾斜稳定性和轴向刚度。径向滚动体可以增加径向刚度。所谓的全滚子结构，尤其是在没有间隔装置的情况下，能够实现更多的滚动体，从而增加刚度和承载能力，特别是在低转速下。

27、不同占据的可能情况尤其是：在出现不可预见或者难以预见的载荷群的情况下，采用通过间隔装置分隔开的分别具有相同数量的径向和轴向滚动体的均匀交替的占据，尤其是有利的。两个轴承排的相同占据也称为对称占据。

28、如果非常大的径向力占主导地位，例如在反向安装的枢轴桥的情况下，所具有的径向滚动体多于轴向滚动体的实施例可以提供优势。因此，例如，分别具有三分之一的轴向滚动体和三分之二的径向滚动体的排的占据是可能的。在这种结构的情况下，径向滚动体之间的间隔装置不是必须的。

29、在具有相对低的质量但是具有长杆臂或者横向于齿轮机构轴线作用的力的应用的情况下，在一些实施例中，可以通过具有比径向滚动体更多的轴向滚动体的占据，来抵消所产生的倾斜力矩。例如，所具有的轴承排的占据分别具有三分之二的轴向滚动体和三分之一的径向滚动体。

30、在沿着轴向方向必须反作用大的压缩力或者拉伸力的实施例中，例如那些在转台顶部安装有驱动输出的实施例中，其中非常大的质量支承在转台上，轴承排可以完全由轴向滚动体占据，以抵消压缩力。第二轴承排可以被轴向滚动体和径向滚动体交替地占据相等的部分。

31、在齿轮机构暴露至大的压缩力或者拉伸力、并且同时主要是倾斜力矩的情况下，可以通过具有完全轴向占据的第一轴承排和具有三分之二轴向占据和三分之一径向占据的第二轴承排的典型实施例来提供优点。

32、典型地，两个轴承排可以具有均匀地交替地轴向和径向布置的滚动体，其中两个轴承排中的一个具有均匀地或者非均匀地交替地布置的滚动体。非均匀地布置例如是这样一种布置，其中一种类型的两个滚动体，也就是说轴向或者径向的两个滚动体，然后另一种类型的一个滚动体，也就是说径向或者轴向的一个滚动体，分别沿着圆周方向一排接一排地安装。

33、典型地，轴承外环具有至少一个轴向轴承运行表面，和至少一个典型地恰好是两个径向轴承运行表面。典型地，径向滚动体和轴向滚动体直接在轴承外环上运行。在典型的实施例中，凸轮盘是中空轴的形式。典型地，驱动输入轴或者驱动输出轴形式的中空轴沿着轴向方向在外圆周上具有多个部分。中空轴和凸轮盘可以整体地设计。其中一个部分典型地形成凸轮盘上的凸起。另外的部分例如可以包括一个或者多个轴承部分，用于接收至少一个轴承。在一些实施例中，中空轴可以具有多部件形式，例如具有沿着轴向方向一个接一个地布置的中空轴部件。这可以提供能够形成具有轴承部分和凸轮盘的不同组合的模块的优点。这可以提供高度的灵活性和成本优势。可以实现简化的生产，因为可以根据其不同的要求，例如在材料、表面光洁度、热处理等方面的要求，更容易地和选择性地处理不同的部分。

34、与之前的设计相比，驱动输出安装的径向紧凑性允许有一个相当大的中空轴。这可以使用在用于介质馈通的应用中，或者在多级结构的情况下用于容纳前置级，从而实现具有短轴向结构长度的两级结构。在典型的齿轮机构的情况下，中空轴所具有的内径为齿轮机构外径的至少30％，优选至少36％。典型的实施例的安装可以实现如此大的内径。在这种情况下，先导级可以是行星前置级的形式，其中凸轮盘形成行星架，并且行星级的环形齿轮装齿连接至齿架。

35、在制造方面有利的是，将壳体细分为具有轴承外环的驱动输出安装部件和具有环形齿轮的装齿的部件。这两个部件承受非常不同的载荷，因此无论在材料还是热处理方面，在每种情况下，都可以最佳地适应它们的任务。

36、对于安装有利的是，由于可选择的部件，可以限定轴承预载荷的设置。可以省去通过轴螺母进行的调整，因此可以在很大程度上避免轴承预载荷的波动。

37、实施例的进一步优点可以是：驱动输入安装在所有尺寸上都高度紧凑，并且能够显著增加中空轴直径，以及减小齿轮机构的结构长度。当垂直或者平行于齿轮机构轴线时，更容易和更便宜地生产轴承运行表面。齿架和壳体部件的更简单的几何形状，可以实现更便宜的生产和更个性化的加工。由于单个部件的低公差和高承载能力，因此安装精确。由于集成了轴承运行表面，因此改善了径向和轴向跳动。通过轴向轴承环和选定的部件，更容易设置轴承预载荷。轴螺母不是必须的。可以根据使用情况对滚动体进行占据的单独调整。

38、根据本发明的典型的齿轮机构用于例如机器人、机床、包装机、车床或者铣床、以及其他工业传动系统。在发电机模式下，它们可以用于风力发电厂或者其他能源发电厂。

39、它们对于在扭矩和功率密度、大的中空轴直径、高刚度、低游隙或者零游隙、或者紧凑性方面具有高要求的应用尤其有利。