帶有過載保護機構的用於驅動環形齒輪的驅動單元的製作方法

2023-12-09 13:41:06

專利名稱：帶有過載保護機構的用於驅動環形齒輪的驅動單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於驅動或制動環形齒輪的驅動單元，其包括馬達或制動器、傳動裝 置和輸出軸，在該輸出軸上布置有小齒輪用於驅動該環形齒輪。
背景技術：
這樣的驅動單元例如被用於驅動迴轉裝置或擺動裝置，尤其是用於驅動風力渦輪 機的迴轉裝置或者起重機或挖掘機的迴轉裝置或擺動裝置。環形齒輪在其外周或內周上具 有多個齒，其與小齒輪的齒嚙合。通過由輸出軸驅動小齒輪，從而驅動環形齒輪。環形齒輪 也可用於驅動絞車，尤其是用於驅動起重機的絞車。為了驅動環形齒輪，當需要大的驅動力時，也可以並行使用多個驅動單元。對於這樣的驅動單元，例如呈滑動離合機構或預定斷點形式的過載保護機構是已 知的，這些過載保護機構布置在馬達和傳動裝置之間。由此限制來自於驅動馬達的在輸出 軸方向上的轉矩流或從傳動裝置回到馬達的轉矩流。然而對於已知的驅動單元來說，不能保證最優化的過載保護。因此，本發明的目標 是提供一種用於驅動環形齒輪的帶有改善的過載保護的驅動單元。

發明內容
根據本發明，提供一種用於驅動環形齒輪的驅動單元，其包括馬達、傳動裝置和驅 動軸，在該驅動軸上布置有小齒輪用於驅動該環形齒輪，其中該驅動單元包括機械式過載 保護機構，其特徵是，該過載保護機構布置在該傳動裝置和該小齒輪之間。由於根據本發明的過載保護機構的布置在傳動裝置和小齒輪之間，即使傳動裝置 受阻，仍能監控從輸出軸到驅動馬達的轉矩流。因此，根據本發明的過載保護機構為環形齒 輪或小齒輪的齒提供保護，以防在傳動裝置失效的情況下發生齒過載斷裂。過載保護機構 布置在所有的傳動部件之後，從而在傳動裝置受阻的情況下，過載保護機構確保出現從環 形齒輪到小齒輪的轉矩流時，這些齒受到保護而不會發生齒過載斷裂。已知的驅動單元不 能提供這樣的環形齒輪的齒保護，從而會因齒斷裂損壞導致發生極其嚴重的損壞。過載保護機構布置在所有容易失效的傳動構件例如眾齒輪件、行星齒輪的螺杆或 鎖緊環之後。這具有進一步的優勢，即傳動部件尺寸可以較小，因為它們不再會導致設備的 整體損壞。另外，可以減少對過載保護機構之前的部件的質量保證監控和在相應的組裝作 業中的質量保證監控，因為這些不再會導致環形齒輪上的主要損壞。有利地，過載保護機構布置在傳動裝置和輸出軸的主軸承之間。結果，過載保護機 構位於僅存在一種載荷類型的位置處。特別地，只存在單純的扭轉載荷，從而傳動裝置和輸 出軸的主軸承之間的彎曲載荷不會影響這個結果。這提供了精確限定的過載保護。另外， 傳動裝置和輸出軸的主軸承之間的過載保護機構的布置確保即使觸發過載保護，輸出軸仍 保持安裝在軸承上並因而不會損壞任何其它部件。有利地，過載保護機構配置成預定斷點。這樣的預定斷點提供了極便宜的過載保護。預定斷點在過載保護觸發時被毀壞。然而，嚴重的損壞相對小，這是因為環形齒輪自身 未被損壞。另外，在傳動裝置受阻的情況下，驅動單元無論如何必須被更換或修復。有利地，過載保護機構是輸出軸的預定斷點。這提供了節約空間的且可便宜地實 現的過載保護機構。有利地，預定斷點布置在傳動裝置和輸出軸的主軸承之間的輸出軸中。有利地，預定斷點通過軸的橫截面減小來實現。這樣的橫截面減小提供了簡單且 便宜實現的過載保護機構。由於本發明的過載保護機構的布置，對預定的斷點僅以一種方 式加載，例如通過純扭轉載荷，從而使得限定的過載保護仍是可能的。由於本發明的過載保護機構的布置，橫截面具有大致恆定的應力。在所述減小的 橫截面處的抵抗力矩可自由選擇，並且可以很容易地在屈服開始與斷裂開始關係中對該抵 抗力矩優化。有利地，預定的斷點通過輸出軸的橫截面的減小來實現。有利地，減小的橫截面布 置在最後的傳動部件與輸出軸的主軸承之間。有利地，該軸外周上在預定斷點處具有凹口。通過這樣的凹口，可以實現限定的橫 截面的減小。實現必須的疲勞強度的期望凹口要數可以通過半徑的確定而獲得。更有利地，軸在預定斷點區域被鑽空。因此，在預定斷(口)點處的扭轉斷裂不會 導致兩部分分散開，因為在扭轉斷裂情況下被鑽空的橫截面在預定斷點處塑性化。在預定斷點區域，軸可以是軟的且被表面硬化的。這僅需確保過載保護機構的斷 裂保護值小於要被保護的齒的斷裂安全值。然而，有利地，該軸至少在預定斷點處不被表面硬化。通過構造軟的軸，使得可以 獲得設計更簡單的預定斷點。邊緣層硬度的減小使得設計更容易，因為材料強度值的散布 範圍較小。因此，設計可以被更精確地調整到一定的轉矩。作為減縮的軸橫截面的替代，預定的斷點可以通過剪切銷實現。有利地，過載保護機構也可以通過作為滑動離合機構或脫開式離合機構實現。這 樣的配置具有這樣的優點，即驅動單元的部件比如輸出軸不會被毀壞。然而，這樣的配置也 昂貴得多。根據本發明，過載保護機構的過載閥值，尤其是預定斷點的斷裂閥值小於小齒輪 的齒和/或環形齒輪的齒的斷裂閥值。這確保在傳動裝置受阻的情況過載保護機構在小齒 輪的齒和/或環形齒輪的齒過載斷裂之前作出響應。本發明的驅動單元還有利地包括用於傳動裝置、過載保護機構和輸出軸的主軸承 的共用殼體。尤其是，傳動裝置和輸出軸均被安裝在該共用殼體處。過載保護機構因此可 以在共用殼體中布置在傳動裝置和主軸承之間。有利地，殼體構造成成是油密封的。由於本發明的過載保護機構的布置，即使在觸 發過載保護機構時，尤其是在預定斷點斷裂的情況下，殼體仍是油密封的，這是因為殼體的 密封不會由於過載保護機構的觸發而削弱。特別地，油密封布置在輸出軸的主軸承區域。本發明還包括一組兩個或多個如上所述的驅動單元，用於共同驅動環形齒輪。本 發明的過載保護機構確保在驅動單元中的一個受阻的情況下，環形齒輪的齒不會被其它驅 動單元的力或外載荷所損壞。在發生過載時，例如由於驅動單元的傳動裝置受阻，發生故障 的驅動單元在過載保護機構觸發時鬆開環形齒輪，但仍存在另外的驅動單元為環形齒輪提 供驅動力或提供保護以防止失控的運動。
本發明還包括帶有環形齒輪的裝置，其由至少一個根據本發明的驅動單元驅動。 此外，本發明包括帶有環形齒輪的裝置，其由至少兩個如上所述的驅動單元驅動。這所帶來 的優點已在上文中進行了描述。特別地，環形齒輪可以是迴轉裝置或擺動裝置的部件，所述裝置的組件藉助於該 環形齒輪可以相對於另一組件旋轉或擺轉。特別地，這可以是風力渦輪機的迴轉裝置的環 形齒輪，機艙或葉片通過它繞豎向旋轉軸線轉動。此外，本發明還用於施工機械，尤其是移動式施工機械。例如，它可以是起重機或 挖掘機的迴轉裝置，塔架或上支架可通過該迴轉裝置被轉動。特別地，本發明有利地被用於這樣的迴轉裝置或擺動裝置，它們被兩個或更多個 驅動單元驅動。環形齒輪同樣可用於驅動絞車。特別地，在帶有被一個或多個驅動單元驅動的外 部環形齒輪的絞車中，環形齒輪因此可被保護以防止發生齒斷裂。在此，當兩個或更多個驅 動單元一起被用於驅動環形齒輪時，使用本發明的驅動單元同樣是有利的。


現將結合附圖和實施例來詳細說明本發明，其中圖1示出了帶有環形齒輪和用於驅動環形齒輪的本發明的多個驅動單元的根據 本發明的裝置的第一實施例；圖2示出了根據本發明的驅動單元的第一實施例的橫截面視圖；圖3示出了根據本發明的驅動單元的第二實施例的橫截面視圖；圖4示出了根據本發明的驅動單元的第三實施例；圖5示出了根據本發明的驅動單元的第四實施例；圖6示出了根據本發明的驅動單元的第五實施例；圖7示出了根據本發明的驅動單元的第六實施例；和圖8示出了根據本發明的驅動單元的第七實施例。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的裝置的一個實施例。提供根據本發明的多個驅動單元1， 它們一起驅動環形齒輪2。每個驅動單元1都包括馬達3，在本實施例中為液壓馬達。作為 替代，也可以使用其它馬達，尤其是電動機。每個驅動單元都還包括傳動裝置和輸出軸，它 們安裝在共用殼體10中。在輸出軸上各布置一小齒輪6，小齒輪與環形齒輪2嚙合。小齒 輪6的多個齒7與環形齒輪的多個齒8相接。驅動單元1可以通過安裝法蘭安裝在裝置上。 環形齒輪2是環形結構並且在其外側具有多個齒8。環形齒輪還可以包括內齒圈。在圖1所示的實施例中，提供3個驅動單元用於環形齒輪2。然而，作為替代，也可 以僅使用一個或兩個驅動單元。使用三個以上的驅動單元同樣是可想到的。例如在風力渦 輪機中，已知的多個實施例中使用了 8個或更多個驅動單元。根據本發明的裝置尤其可以是風力渦輪機，其中環形齒輪2用於使機艙繞著豎直 旋轉軸線轉動。環形齒輪2也可以是施工機械尤其是起重機或挖掘機的迴轉裝置或擺動裝 置的部件。例如，環形齒輪可以是這樣的迴轉環，起重機或挖掘機的上支架通過它可以相對於下支架轉動。環形齒輪也可以是這樣的迴轉環，起重機的懸臂、塔架或上支架通過它可以 相對於基座轉動。此外，環形齒輪2還可以用於藉助外驅動裝置驅動絞車，尤其是起重機的 纜繩絞車。在這樣的裝置中，環形齒輪2在製造和組裝方面都是極端成本密集型的，從而環 形齒輪的這些齒8的損壞導致高成本。根據本發明，驅動單元1因此裝設有過載保護機構。 為了保護環形齒輪的齒8以防止其在多個驅動單元中的一個的傳動裝置受阻以及出現從 環形齒輪2到該驅動單元的轉矩流的情況下發生齒斷裂，過載保護機構布置在傳動裝置和 小齒輪6之間。過載保護機構的扭矩強度因此小於在該驅動單元的力路徑上的所有其它構 件的扭矩強度，尤其是小於要被保護的齒7,8的斷裂安全值。在傳動裝置受阻和從環形齒輪2到驅動單元的轉矩流過載的情況下，過載保護機 構因此被觸發並保護環形齒輪8的齒以防發生齒過載斷裂。這樣的從環形齒輪2到驅動單 元的轉矩流尤其是可以在當外力例如風力或負載力作用在環形齒輪上時發生或者當多個 驅動單元中的一個受阻並且其餘的驅動單元仍傳遞轉矩時發生。特別地，過載保護機構布置在所有容易失效的傳動構件，例如眾齒輪件、行星齒輪 螺杆或鎖緊環之後。因此，位於過載保護機構之前的傳動部件尺寸可以更小，從而節約成 本。傳動部件的較小尺寸是可行的，因為它們的失效不再會導致設備的整體損壞。另外，可 以減少在傳動部件處和在過載保護機構之前的所有部件處以及在相應的安裝作業中的質 量保證監控，因為在這些區域的失效不再會導致主要的損壞。圖2至8現在示出了根據本發明的驅動單元的多個不同實施例。所有實施例包括 馬達3以及由馬達3驅動的傳動裝置4。馬達3和傳動裝置4各自僅示意性地示出。而傳 動裝置4又驅動布置有小齒輪6的輸出軸5。輸出軸5安裝在主軸承9中，在該實施例中該 主軸承由兩個軸承構成，尤其是由兩個球軸承或滾子軸承構成。過載保護機構布置在最後 的傳動構件14與輸出軸的主軸承9之間。由於布置在傳動裝置和輸出軸的主軸承之間，過載保護機構位於存在純扭轉載荷 的位置處。這樣，彎曲載荷不會影響結果，從而可以調節明確的轉矩極限值。另外，儘管觸 發了過載保護機構，但傳動裝置仍保持油密封，因為該密封不會由於例如預定斷點的斷裂 而削弱。傳動裝置4包括殼體10，輸出軸5也通過主軸承9被支承在該殼體10上的。為 此，提供多個軸承構件12，主軸承9的軸承件布置在該軸承構件上。因此過載保護機構位於 殼體10的內部的傳動裝置和主軸承9之間。油密封13布置在主軸承區域，在該實施例中 位於主軸承的兩個軸承件之間。在圖2中示出了第一實施例，其中過載保護機構通過預定斷點20實現。預定斷點 20與輸出軸5 —體製成並且布置在帶有傳動裝置的最後的傳動構件14的連接區15與在 輸出軸5上的主軸承9的軸承區之間。預定斷點20通過輸出軸5的橫截面的減小來實現。 為此，凹口設在輸出軸5的外周上，通過該凹口限定出輸出軸5的減小的橫截面。另外，輸 出軸5還包括在凹口 20區域的軸向延伸孔21。輸出軸5設計成是軟的，因為邊緣層硬度的減小使得設計構造更簡單並且材料強 度值的散布範圍更小。因此，設計構造可被精確地調整到一轉矩。然而，作為替代，輸出軸5 的表面硬化構造也是可行的。這僅需確保預定斷點20的斷裂閥值小於要保護的齒7，8的斷裂安全值。軸的減小的橫截面具有大致恆定的應力，從而可以容易地調整限定的斷裂閥值。 抵抗力矩可以自由地選擇並且可以很容易地在屈服開始與斷裂開始時的關係中對抵抗力 矩進行優化。實現必要的疲勞強度的期望凹口要素可通過半徑的確定而獲得。因為軸在預 定斷點區域被鑽空，可能的扭轉斷裂因橫截面被完全塑性化而不會導致兩部件分散開。在圖3至8中示出了根據本發明的過載保護機構的其它實施例，這些過載保護機 構同樣布置在所有傳動部件之後和輸出軸的主軸承之前，並因此在傳動裝置像在第一實施 例中那樣受阻時使得環形齒輪是安全的。在圖3中示出的一個實施例中，過載保護機構通過剪切銷實現。這些剪切銷22布 置在傳動裝置側的最後的構件14與輸出軸側的構件23之間，其在連接區24不可轉動地與 輸出軸5連接。剪切銷具有限定的預定斷點22。在圖4所示的實施例中，預定斷點25與連接構件23製成一體，該連接構件在連接 區24不可轉動地與輸出軸5連接。預定斷點構造成連接構件23的橫截面的減小。該連接 構件23通過螺紋連接件26與傳動裝置側的最後的構件14連接。在圖5和6中各示出了帶有滑動離合機構的實施例，通過滑動離合機構實現過載 保護機構。為此，輸出軸5與傳動裝置側的最後的構件14通過夾緊機構彼此摩擦連接，其 中作為摩擦連接的結果，該連接具有載荷極限值，當超出該極限值時夾緊機構被鬆開。在圖5所示的實施例中提供夾緊螺釘27，帶有錐形橫截面的夾緊件被它壓入到布 置在輸出軸5和傳動裝置側的最後的構件14之間的相應的夾緊槽28中。夾緊件被構造成 成多個夾緊環，其通過夾緊螺釘朝彼此移動。在圖6中所示的實施例中，輸出軸的連接區31構造成錐體，其被壓入在傳動裝置 側的最後的構件14上的倒錐形腔中。為此，提供螺釘29，這些螺釘與輸出軸5的頭部接合 並且迫使壓板30抵靠著傳動裝置側的最後的構件14上的相應的壓面。在圖5和6所示的過載保護裝機構中，因為相應的壓配合僅可以傳遞限定的轉矩 並且形成離合機構，當超出該轉矩時，過載保護機構生效。另一方面，在圖7和8中，脫離式離合機構被用作過載保護機構。在圖7中所示的 實施例中，脫離式離合機構通過碟簧33來實現，該碟簧在聯接狀態下通過可滑動壓力環32 布置球34，從而這些球34在傳動裝置側的最後的構件14與連接構件31之間的形成有效連 接，該連接構件31不可轉動地安裝在輸出軸上。在聯接狀態下，球34布置在傳動裝置側的 最後的構件14中的或連接構件31中的凹槽35，36中。當超出限定的轉矩時，這些球34逆著碟簧33的力被推出傳動裝置側的最後的構 件中的凹槽35，從而解除該有效連接。這裡設有多個螺釘29，其通過板30沿軸向在輸出軸 5和傳動裝置側的最後的構件14之間形成不可移動的連接。另一方面，在圖8所示的實施例中，在傳動裝置側的最後的構件14和在輸出軸側 上的連接構件37之間形成有效連接，其中一個構件的凸起與其它構件的凹槽相接合。特別 地，這可以通過相應地嚙合的齒40和39實現。而連接構件37又與輸出軸5不可轉動地聯接，但在縱向上可動並且通過彈簧38 壓靠著傳動裝置側的最後的構件14。當超出限定的轉矩時，連接構件逆著彈簧38的力被推 離傳動裝置側的最後的構件14並因此解除該有效連接。
由於本發明的在傳動裝置和輸出軸的主軸承之間的過載保護機構的布置，本發明 為被驅動單元驅動的環形齒輪提供了可靠的保護，從而在傳動裝置受阻的情況下，避免了 主要的嚴重損壞。
權利要求
一種用於驅動環形齒輪的驅動單元，其包括馬達、傳動裝置和驅動軸，在該驅動軸上布置有小齒輪用於驅動該環形齒輪，其中該驅動單元包括機械式過載保護機構，其特徵是，該過載保護機構布置在該傳動裝置和該小齒輪之間。
2.根據權利要求1所述的驅動單元，其特徵是，該過載保護機構布置在該傳動裝置和 該輸出軸的主軸承之間。
3.根據權利要求1或2所述的物品，其特徵是，所述過載保護機構構造為預定斷點，並 且有利地構造為該輸出軸的預定斷點。
4.根據權利要求3所述的驅動單元，其特徵是，該預定斷點通過軸的橫截面的減小來 實現，尤其是通過該輸出軸的橫截面的減小來實現。
5.根據權利要求4所述的驅動單元，其特徵是，所述軸包括在該預定斷點區域外周上 的凹口。
6.根據權利要求4或5所述的驅動單元，其特徵是，所述軸在該預定斷點區域被鑽空。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的驅動單元，其特徵是，所述軸至少在預定斷點區 域不被表面硬化。
8.根據權利要求3所述的驅動單元，其特徵是，該預定斷點通過多個剪切銷實現。
9.根據權利要求1或2所述的驅動單元，其特徵是，該過載保護機構通過滑動離合機構 或脫離式離合機構實現。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的驅動單元，其特徵是，該過載保護機構的過載 閥值，尤其是預定斷點的斷裂閥值小於該小齒輪的齒和/或該環形齒輪的齒的斷裂閥值。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的驅動單元，其特徵是，還具有用於傳動裝置、 過載保護機構和輸出軸的主軸承的共用殼體，尤其是具有油密封的殼體。
12.用於共同驅動環形齒輪的一組兩個或更多個根據權利要求1至11中任一項所述的 驅動單元。
13.一種帶有環形齒輪的裝置，該環形齒輪由至少一個，且優選至少兩個根據權利要求 1至12的驅動單元驅動。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵是，該環形齒輪是迴轉裝置或擺動裝置的部 件，尤其是風力渦輪機的迴轉裝置或施工機械尤其是起重機或挖掘機的迴轉裝置或擺動裝 置的部件。
15.根據權利要求13所述的裝置，其特徵是，該環形齒輪用於驅動絞車。
全文摘要
本發明涉及一種用於驅動環形齒輪的驅動裝置，其包括馬達、傳動機構和驅動軸，在該驅動軸上布置有小齒輪用於驅動環形齒輪，其中驅動單元包括機械式過載保護機構。根據本發明，該過載保護機構布置在傳動機構和小齒輪之間。
文檔編號F03D11/00GK101988566SQ201010242028
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月28日 優先權日2009年7月29日
發明者M·賽德爾梅爾, N·豪斯拉丹 申請人:比伯拉赫利勃海爾-維克股份有限公司