JPS6363771B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遊星歯車を使用した変速歯車装置に関
し、特に、歯列を有する第１のカツプリングボス
と、第１のカツプリングボスと同軸に配置された
第２のカツプリングボスと、第１のカツプリング
ボスの歯列と同軸で且つ当該歯列から離隔した歯
列を有し、かつ第２のカツプリングボスに回転不
能に結合されたリングと、第１のカツプリングボ
スの歯列とリングの歯列と部分的に噛合状態にあ
る有歯ベルト状の遊星歯車と、遊星歯車を担持す
べく第１のカツプリングボスに支承された伝動軸
と、第１のカツプリングボスと伝動軸との回転速
度の差を調節する調節装置とからなる変速歯車装
置に関する。

西独実用新案第1948236号に記載された変速歯
車装置では、カツプリングボス同士、即ち駆動軸
と従動軸とは互いに同軸に配置されている。駆動
軸と従動軸の間には中間連結部材を有する伝動軸
が具備されており、連結部材は、径方向において
内側に位置し且つ駆動軸と結合されたピニオンを
部分的に解放する切除部を有する。伝動軸は、偏
心して位置し且つ遊星歯車の有歯リングのための
円筒形部分を有する。この伝動軸の製造には、比
較的多大の経費が掛かる。加えて遊星歯車と共に
伝動軸の偏心部分に起因する無視し得ない不均衡
力が存在し、この結果比較的大きな支承力が必要
とされ、また場合によつては危険な振動が発生す
ることもある。しかも、この変速歯車装置は比較
的僅かな弾性しか有しておらず、従つて衝撃は実
際上緩和されずに一方のカツプリングボスから他
方のカツプリングボスへ伝達される。この公知の
変速歯車装置は使用時に生じる不均衡力のため
に、回転速度が比較的大きい場合には適さない。

西独特許第2742442号には、互いに歯列が並び
合う２個の中央歯車と、１個の遊星歯車とを有す
る弾性継手が記載されている。遊星歯車の歯は、
２個の中央歯車間の実質的に楔形の仮想歯ミゾ内
へ突出し、遊星歯車の歯の歯面は中央歯車の歯面
と直接接触して噛合しており、かつ径方向で弾性
的に押圧されて歯ミゾ内へと押込まれる。このよ
うな弾性的な軸継手によつて回転モーメントは直
接かつ同時的にしか伝達され得ず、このことは一
連の適用において大きな欠点となる。

ここで、安全規定に基づき過負荷約５％以内に
設計されなければならない発電所用のボイラ給水
ポンプが有する問題点について説明する。給水バ
ルブの閉塞または油圧式伝動継手のスリツプまた
はバツクラツシの増大によつて、これまでは定格
点を動力の多大の損失をこうむる点に引戻さざる
を得なかつた。ターボ油圧機械では動力は回転数
の変化に対して３乗の変化をするので、タービン
ポンプにおいて必須の回転数変化が５％であると
いうことは駆動機械の動力の変化が約15.7％であ
ることを意味する。駆動機械の動力を高めるのに
必要な費用は少なくなく、更に駆動機械のための
より高いエネルギコスト、即ち電気代が甘受され
なければならない。今までに公知となつた軸継手
及び／または変速歯車装置では、上述のような問
題点は解決され得ない。

西独特許第2617951号には、遊星歯車装置が記
載さてれおり、この装置は上述の弾性継手に比較
され得る作動機構に基づいている。しかしこの遊
星歯車装置では、中央歯車は異なる歯数を有し、
弾性の遊星歯車の歯は駆動体によつて歯ミゾ内へ
と多かれ少なかれ広範に押込められる。回転数を
一致させた状態で回転力を伝達することは、この
ような遊星歯車装置によつては実現され得ない。

最後に、西独特許第2944123号には、駆動モー
タと、密封されたケーシングとを有する応力波歯
車装置が記載されている。ケーシングには変形可
能な応力歯車がケーシングに対して回転不能に結
合されており、この歯車に並んでリング形歯車が
配置されており、他のリング形歯車が調整ユニツ
トと回転不能に結合されている。許容し難い変形
を阻止すべく、径方向に作用する少なくとも１個
の補助的な支持部材が応力歯車の駆動側部に具備
されている。この公知の応力波歯車装置は気密性
を具え、厳しい安全要件をも満足するべきもので
ある。しかしながら、回転数を一致させた状態で
回転力を伝達することは困難である。

本発明の目的は、不均衡力を少なくし得、かつ
変速比を変化させ得る変速歯車装置を提供するこ
とにある。

本発明の前記目的は、駆動軸と、一端が前記駆
動軸の一端に面するように前記駆動軸に同軸的に
配置された従動軸と、環状空間を規定すべく前記
駆動軸の一端に固定された環状の第１のハブと、
前記第１のハブの周縁に設けられた第１の内側歯
列と、周縁が前記第１のハブの周縁に隣接すると
共に他の環状空間を規定すべく前記従動軸の一端
に固定された環状の第２のハブと、前記第２のハ
ブの周縁に設けられた第２の内側歯列と、前記駆
動軸の長手軸のまわりに回転自在に前記駆動軸に
同軸的に取り付けられており、前記長手軸に垂直
な断面が歪んだ円状である遊星軸と、前記長手軸
のまわりに回転自在に前記遊星軸の外周に取り付
けられており、前記第１の内側歯列と前記第２の
内側歯列との夫々に部分的に噛合する遊星歯車
と、前記駆動軸と前記遊星軸との回転速度の差を
調節する調節装置とからなることを特徴とする変
速歯車装置によつて達成される。

本発明の変速歯車装置によれば、遊星軸が、駆
動軸の長手軸のまわりに回転自在に駆動軸に同軸
的に取り付けられており、かつ前記長手軸に垂直
な断面が歪んだ円状であると共に、遊星歯車が、
遊星軸の外周に取り付けられており、かつ第１の
内側歯列と第２の内側歯列との夫々に部分的に噛
合するが故に、遊星歯車を例えば有歯ベルトで構
成し得、その結果装置の不均衡力を少なくし得、
装置を高回転化及び高伝達力化し得、したがつ
て、装置を簡単かつ小型化し得る。加えて、本発
明の変速歯車装置は、駆動軸と遊星軸との回転速
度の差を調節する調節装置を有するが故に、変速
比を変化させ得る。

本発明の装置の調節装置としては、駆動軸の長
手軸の方向に沿つて移動自在であつて長手軸のま
わりに回転不能に遊星軸に係合したクラツチ部材
と、クラツチ部材を静止部材に押圧すべくクラツ
チ部材を長手軸の方向の一方に移動させるか又は
クラツチ部材を駆動軸に押圧すべくクラツチ板を
長手軸の方向の他方に移動させる移動手段とから
なつてもよい。この装置によれば、所定の変速比
と変速比１との間で変速比を変化させ得る。

また、本発明の装置の調節装置としては、遊星
軸を駆動軸に対して相対的に所定速度で回転させ
るモータと、前記所定速度を制御する制御装置と
からなつてもよい。この装置にれば、互いに異な
る変速比の間で変速比を変化させ得る。

本発明の他の長所、及び本発明において本質的
な諸特徴を、添付図面に基づく具体例によつて以
下に詳述する。

第１図の縦断面図は互いに結合されるべき２本
の機械軸２，４を示しており、これらの軸にキー
６，８によつて、駆動軸としての第１のカツプリ
ングボス１０並びに従動軸としての第２のカツプ
リングボス１２が結合されている。軸２は例えば
作用機械に、また軸４は駆動機械に連結され得、
あるいはその逆であり得る。

ボス１０とボス１２の間に歯車装置１４及び弾
性継手１６が連結されている。歯車装置１４は遊
星軸としての伝動軸１８を含み、軸１８は中空軸
に形成されており、ボス１０を少なくとも部分的
に囲繞している。

ボス１０と軸１８の間には、２個の玉軸受２
０，２２が具備されている。従つて軸１８は軸受
２０，２２を介してボス１０に確実に支持されて
いる。軸受２０，２２の直径は比較的小さい。ボ
ス１０にはボス１０の半径方向外側に位置するリ
ング２４が結合されており、リング２４は内側歯
列２６を有している。リング２４をボス１０と結
合するためにデイスク形の張出し２８がボス１０
に具備されている。ボス１０，リング２４，張出
し２８，及び歯列２６は一体に構成されている。
ここに、リング２４と張出し２８は第１のハブを
構成する。歯車装置１４は、各々すべりキー歯車
として形成された２個の伝動段を含む。原理的に
遊星歯車と同様のこのようなすべりキー歯車は、
西独特許第2617951号に詳細に記載されている。
上記の両伝動段は原則として互いに対応する構成
を有し、弾性材からなる有歯ベルト３４，３６と
して形成された歯列を有する遊星歯車３０，３２
を各々含む。遊星歯車３０，３２は４個に分離し
た玉軸受３８を介して軸１８に支持されている。
軸１８の外表面は長手軸４０に関して同心ではな
く、歪んだ円状としてほぼ楕円状の輪郭を有して
いる。一点鎖線４２によつて、長手軸４０に垂直
な面における軸１８の断面が示されている。図平
面の手前あるいは背後に位置するこの領域では、
ベルト３６は歯列２６と噛合状態になく、またベ
ルト３４はリング４６の内側歯列４４と噛合状態
にない。図示された角度領域、並びに直径方向に
おいてこれと対向する角度領域では、図示のよう
に、ベルト３４，３６は歯列４４，２６と噛合し
ている。リング４６はころ軸受４８によつて、リ
ング２４の外側に所定の方法で支承されている。
ここに、ボス１２の張出し部，継手１６及びリン
グ４６は第２のハブを構成する。遊星歯車３４，
３６は、内歯を具えた円筒体５０により相前後し
て連結されている。軸１８は、環状空間５２内に
部分的に突出し、空間５２はリング２４及び張出
し２８によつて規定される。軸１８の４個の玉軸
受３８は軸１８の外表面に直接配置され、それ故
比較的小さい直径を有する。従つて、軸受３８の
ボールの周速は比較的小さい。軸受３８の外輪並
びに遊星歯車３０，３２は、ベルト３４，３６が
必要に適つて仮想歯ミゾ内へと変位され乃至再び
滑り出ていき得るために、好ましくは弾性的に変
形され得ることは特に強調される必要はない。こ
こで重要なのは、軸１８以外の伝動要素が軸１８
の外側に配置されている点であり、その結果軸１
８が停止しても他の伝動要素は対応する回転速度
で更に回転し得、これによつて簡便かつ確実な冷
却が保証されている。

軸１８には調節装置５４が付随しており、調節
装置５４は、この例ではブレーキとして形成され
ている。調節装置５４はブレーキケーシング５６
を含み、ケーシング５６は静止部材５８と回転不
能に結合されている。ラジアル軸受６０を介して
軸１８はケーシング５６に支持されている。調節
装置５４は、更に円錐状の二つの制動面６４，６
６を有するブレーキ本体６２を含み、制動面６
４，６６は各々ケーシング５６及びボス１０と
夫々対峙している。ばね６８によつてブレーキ本
体６２は、ばね６８によつて制動面６６において
ボス１０に図示のように圧接される。ブレーキ本
体６２は軸１８に対して、長手軸４０の方向に沿
つて変位可能に配置されているが、長手軸４０の
まわりには歯列又はキー７０によつて回転不能に
結合れさている。図示された位置においてブレー
キ本体６２は、作用する力によつてボス１０と結
合されており、軸１８は、歯列又はキー７０によ
つてボス１０と同時に回転し得る。伝動要素は互
いに相対運動を行なわず、従つて歯車装置１４は
弾性継手として機能し得る。従つてボス１０，１
２は、継手１６をも介して直接的に連結されるの
で、互いに回転速度の差を有しない。これによつ
て、軸２及び４は同時に変速比１で回転する。

軸４０に沿つて変位可能なブレーキ本体６２は
環状チヤンバ７２を有し、チヤンバ７２には穴７
４を介して図示しない圧力手段から圧力油が供給
され得る。チヤンバ７２内に圧力油が供給される
と、ばね６８の力にうち勝つことによつてブレー
キ本体６２はこの図で言えば左の方へ移動され、
その結果円錐状の制動面６４が対峙するケーシン
グ５６の面と係合状態に達する。これによつて、
軸１８は静止状態に制動される。遊星歯車３０，
３２は、静止した軸１８の楕円状外表面の軸受３
８上を回転し得る。そこで、歯列２６，４４の歯
数並びに円筒体５０の歯列の歯数に対応してボス
１０とリング４６の間に回転速度の差が生じる。
この時基準となるのは、軸１８とボス１０の回転
速度の差である。ここに図示された調節装置５４
の場合、軸１８を完全に停止させる。本発明の範
囲内において軸１８は完全に停止されなくてもよ
く、制動であつてもよい。また特に制御された軸
１８の制動、即ち軸１８とボス１０との間に所定
の回転速度の差を生じさせる場合も本発明の範囲
内であることは、明らかである。即ち、ここに図
示された機械的なブレーキの替わりに電気的な誘
導ブレーキも具備され得、あるいは調節可能なす
べり又はバツクラツシを許容するブレーキが具備
され得る。

第１図において、遊星歯車３０，３２は共通の
軸１８上に配置されている。図示されない別の具
体例では、遊星歯車３０，３２は分離されて各々
軸１８上に配置され、その際軸１８も分断され
て、別個の調節装置によつて操作され得る。この
時遊星歯車３０，３２の歯数は、軸２から軸４へ
と伝動するとして、一方の遊星歯車３０段が減速
歯車装置として、また他方の遊星歯車３２が増速
歯車装置として機能し、あるいはその逆に機能す
るように予め定められていてもよい。特別の使用
条件の時に、このような構成は非常に有利とな
る。加えて、分離して軸１８に配置された遊星歯
車３０，３２はまた異なる変速比を有し得、その
結果軸１８を別個に停止することによつて変速比
は段階的にも変更される。

弾性継手１６は有歯ベルト７６を含み、ベルト
７６は、リング４６の外側歯例７８並びにボス１
２の外側歯列８０と噛合う。歯列７８，８０は長
手軸４０の方向に沿つて互いに僅かに離隔してい
る。継手１６に負荷が加わつた時、ベルト７６の
歯面と歯列７８，８０の歯面とは互いに半径方向
に滑動し、それによつて、ねじり振動発生時に良
好な減衰作用が得られる。継手１６によつて、歯
車装置１４は実際上殆ど回避し得ない軸の整列及
び軸の偏位に関する誤差から容易に免れ得る。こ
れによつて、本発明に本質的な機能が得られ、即
ち付加的な運動が歯車装置１４へ実際上導入され
ず、従つて比較的高度の作用安定性と長い寿命と
が保証される。更に継手１６は、既に述べたよう
にねじり振動を吸収し、この限りにおいても歯車
装置１４はその負荷を少なからず軽減される。

第２図の具体例は単一の遊星歯車を具備した歯
車装置１４を有し、この遊星歯車はこの例でもす
べりキー歯車として形成されている。構成及び／
または機能において第１図と同じ構成要素には同
一の参照番号が付されており、それらの説明は第
１図における説明と同様である。張出し２８は、
ボス１０のほぼ中央に配置されており、リング２
４とこれを囲繞するリング４６の間には密閉リン
グ８２が具備されている。リング８２によつて、
歯車装置１４が設けられた領域への塵芥の侵入は
確実に阻止される。リング４６は、ニードル軸受
として形成されているころ軸受４８を介してリン
グ２４に支承されている。軸１８はデイスク８４
の周縁に設けられており、デイスク８４は制御軸
８６と回転不能に結合されている。軸８６は、軸
２の貫通孔８８内に設けられている。軸２の他方
の自由端には、軸８６をボス１０に対して相対的
に所定速度で回転させるモータ９０が具備されて
いる。調節装置は更に制御装置としての電子的な
変速ユニツト９２を含み、この結果、軸８６乃至
軸１８と軸２との間に所定の回転速度の差が予め
設定される。また軸２及び軸８６乃至モータ９０
の回転速度を把握するために、変速ユニツト９２
と結合された図示されない回転計が具備されてい
る。第２図ではモータ９０は目的を適つて定置さ
れているが、軸２と結合されてもよい。回転速度
の差がゼロに等しい時、軸８６は軸２と同時に回
転し、従つて軸４も同じ回転速度で回転する。軸
２と結合された駆動機械または作用機械、その他
の構成要素は、本発明に属さないのでここでは特
に説明しない。即ちこの具体例は、無段に調節可
能な歯車装置を説明している。

第３図は、第２図の切断線に沿つた断面を概
略的に示している。軸８６は、ボス１０の貫通孔
８８内にあり、玉軸受２２を介して軸１８がボス
１０に支承されている。この図では軸１８の外表
面の楕円形状が直接的に示されている。軸１８の
外表面のこの楕円状の形成によつて、ベルト３２
は、径方向で対向し合う上方及び下方領域におい
て、歯列４４の歯ミゾと噛合い、また歯列２６の
歯ミゾとも噛合う。この図では側部に示される約
90゜偏位された角度領域に歯列２６が認められ、
この領域においては、軸１８が楕円形状であるが
故にベルト３４は歯列２６，４４と噛合しない。
すべりキー歯車の場合、ベルト３４は歯列２６並
びに歯列４４に共通である仮想面ミゾと噛合する
点が指摘されよう。従つてベルト３４の歯面は長
手軸４０に対して常に平行である。軸１８がボス
１０と同時に回転すると、リング４６も同時に駆
動される。これに対して、軸１８が例えば矢印９
４の方向へボス１０に対し回転速度の差を持つて
回転すると、径方向に対向し合つた前述の噛合領
域も移動する。その場合歯列２６，４４の歯数差
に基づいて、リング４６もボス１０に対して回転
速度の差を持つて回転する。

第４図の参考例においても、第１図の具体例の
構成及び／または機能において同じ構成要素には
同一の参照番号を付している。歯車装置１４はこ
の例では偏心旋回歯車装置として形成されてお
り、この装置は２個の堅牢な歯車９６，９８を有
する。歯車９６，９８に、リング２４の歯列２６
及びリング４６の歯列４４が夫々対向している。
旋回運動は特別の伝達要素１００を必要とし、伝
達要素１００は互いに対向する長手方向スリツト
１０２，１０４を具備している。径方向のスリツ
ト１０２，１０４に対応して形成された歯車９
６，９８のカム１０６，１０８が滑動自在に挿入
されている。歯車装置１４の駆動はこの例でも、
中空軸として形成された軸１８によつて行なわ
れ、軸１８は軸８６によつて回転され得る。軸１
８の外表面は偏心した形状に形成されており、内
力又は不均衝力を回避する目的で偏心層が、目的
に適つて互いに対し180゜偏位されて配置されてい
る。前述のすべりキー歯車装置に比較してこの具
体例の偏心旋回歯車装置１４は幾分大きなスペー
スを必要とし、また慣性モーメントが大きいが故
に、軸１８を制動するのにより大きな制動モーメ
ントが必要となる。本発明の範囲内において非常
に様々な構成様式の歯車装置が使用に供され得る
が、前段に述べたすべりキー歯車装置が特に目的
に適い、かつ多くの点で他の歯車装置に著しく優
ることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の１具体例の縦断面
図、第２図は本発明の他の具体例の縦断面図、第
３図は第２図の線に沿つた断面の概略拡大図、
第４図は偏心旋回歯車装置を備えた本発明の装置
の参考例の縦断面図である。 ２，４……機械軸、１０……第１のカツプリン
グボス、１２……第２のカツプリングボス、１４
……歯車装置、１６……弾性継手、１８……伝動
軸、２０，２２，３８……玉軸受、２４……リン
グ、２６，４４……内側歯列、７８，８０……外
側歯列、２８……張出し、３０，３２……遊星歯
車、３４，３６……有歯ベルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動軸と、一端が前記駆動軸の一端に面する
   ように前記駆動軸に同軸的に配置された従動軸
   と、環状空間を規定すべく前記駆動軸の一端に固
   定された環状の第１のハブと、前記第１のハブの
   周縁に設けられた第１の内側歯列と、周縁が前記
   第１のハブの周縁に隣接すると共に他の環状空間
   を規定すべく前記従動軸の一端に固定された環状
   の第２のハブと、前記第２のハブの周縁に設けら
   れた第２の内側歯列と、前記駆動軸の長手軸のま
   わりに回転自在に前記駆動軸に同軸的に取り付け
   られており、前記長手軸に垂直な断面が歪んだ円
   状である遊星軸と、前記長手軸のまわりに回転自
   在に前記遊星軸の外周に取り付けられており、前
   記第１の内側歯列と前記第２の内側歯列との夫々
   に部分的に噛合する遊星歯車と、前記駆動軸と前
   記遊星軸との回転速度の差を調節する調節装置と
   からなることを特徴とする変速歯車装置。 ２ 前記調節装置が、前記長手軸の方向に沿つて
   移動自在であつて前記長手軸のまわりに回転不能
   に前記遊星軸に係合したクラツチ部材と、前記ク
   ラツチ部材を静止部材に押圧すべく前記クラツチ
   部材を前記長手軸の方向の一方に移動させるか又
   は前記クラツチ部材を前記駆動軸に押圧すべく前
   記クラツチ板を前記長手軸の方向の他方に移動さ
   せる移動手段とからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記調節装置が、前記駆動軸に対して相対的
   に所定速度で前記遊星軸を回転させるモータと、
   前記所定速度を制御する制御装置からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 前記第２のハブが前記第１のハブを包囲して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれか一項に記載の装置。 ５ 前記第１の内側歯列、前記第２の内側歯列及
   び前記遊星歯車の夫々の歯車がほぼ平坦であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項
   のいずれか一項に記載の装置。