用于電動工具的齒輪箱和具有這種齒輪箱的電動工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電動工具、例如電鉆等的齒輪箱。本發(fā)明還涉及這樣一種包 括齒輪箱的電動工具以及一種在電動工具中實現(xiàn)齒輪傳動的方法。
[0002] 特別是，本發(fā)明涉及一種具有行星齒輪箱的電動工具以及這種行星齒輪箱，包 括：
[0003]一第一齒圈（3)，連接以驅(qū)動工具端部，并且能夠繞主軸線旋轉(zhuǎn)；
[0004] 一第二齒圈（2)，鎖定或部分鎖定到框架并且與主軸線同心；
[0005]-太陽輪（8)，由馬達(dá)驅(qū)動并且能夠繞主軸線旋轉(zhuǎn)；
[0006]-第一組行星輪（4)，與第一齒圈和太陽輪（8)相互作用并且旋轉(zhuǎn)固定到能夠繞 主軸線旋轉(zhuǎn)的第一托架結(jié)構(gòu)；
[0007] -至少一組第二組行星輪，該至少一組第二組行星輪中的一組與第二齒圈和太陽 輪相互作用，并且旋轉(zhuǎn)固定到能夠繞主軸線旋轉(zhuǎn)的第二托架結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0008] 齒輪箱存在已久，特別是應(yīng)用于各種手持電動工具。
[0009] 手動操作的電動工具一般具有：馬達(dá)，典型地是電動機；以及傳動系統(tǒng)，將高速低 扭矩的馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)換成低速高扭矩的工具輸入。典型地，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)涉及低制造成本以及低 重量、零維護和1000-10000操作小時范圍內(nèi)的壽命。
[0010] 特別是，在與電鉆和其它低重量的手動操作電動工具的組合中，進一步的設(shè)計標(biāo) 準(zhǔn)是要減小馬達(dá)和工具之間的距離，從而提供緊湊的電動工具。
[0011] 行星齒輪箱經(jīng)常用于電動工具，特別是無繩的緊湊電鉆。行星齒輪箱由于其緊湊 性及其多齒輪而為人們所知，該多個齒輪分擔(dān)在將來自電動機的機械動力傳遞和轉(zhuǎn)換為例 如電鉆的高扭矩輸出時的負(fù)載。
[0012] 由于電鉆必須執(zhí)行不同的工作，因此在齒輪箱中通常存在兩個以上的齒輪箱設(shè) 置，提供不同的扭矩/速度轉(zhuǎn)換比率。這些設(shè)置在底盤外部的檔位轉(zhuǎn)換上是可選的，從而用 戶可以手動地選擇合適的設(shè)置。
[0013]-種設(shè)置典型地提供馬達(dá)速度的中等降低（例如1 :16)，僅具有很小的可用扭矩 但具有高速。另一種設(shè)置典型地是馬達(dá)速度的較高降低（例如1:60)，給出很高的扭矩但 較低的工具速度。
[0014] 兩種設(shè)置都用于不同的目的。高速模式用于鉆出小洞以及將小的螺釘擰進例如木 頭。具有高的可用速度有助于工人提高性能。低速模式用于鉆出大洞以及任何需要高扭矩 的情況。具有這一模式允許用戶或工人完成要求高扭矩的困難工作，即使這可能會花費更 長的時間來完成該工作。
[0015] 在很多專業(yè)的電鉆中，為用戶提供了更多的設(shè)置以精確地得到完成工作所需的速 度和扭矩。
[0016]傳統(tǒng)地，這種齒輪箱是通過串聯(lián)連接3個獨立的行星齒輪箱來制作的，從而來自 第一個的輸出是下一個的輸入等。這被稱為多級行星齒輪箱。通過將一個行星級短路，例 如，通過將級數(shù)1的輸出直接與級數(shù)3的輸入連接，很容易改變傳動比。3種甚至4種設(shè)置、 從而3級甚至4級的期望使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常難以滿足。原因在于，由于物理尺寸和每級串 聯(lián)連接到下一級的結(jié)構(gòu)，更多的級會引入復(fù)雜的短路結(jié)構(gòu)，速度的選擇與各級中的不同傳 動比相關(guān)，不是自由選擇的。因此，復(fù)雜性和尺寸對于這種齒輪系來說可能會不希望地變 尚。
[0017] 另外，多級行星齒輪箱通常非常復(fù)雜，具有大量要組裝的部件，并且由于很多部件 堆疊在齒輪箱內(nèi)部，質(zhì)量也要求很高。
[0018] 對于電動工具內(nèi)的新的齒輪箱的一些重要的特性或期望包括小尺寸、低重量和低 成本。另外，耐用性和可靠性也是重要的，但這一般通過完成測試和滿足制造要求來處理。 例如通過增加更多的材料和重新設(shè)計關(guān)鍵部件來提高耐用性。
[0019] 從而，用于齒輪箱的新概念的規(guī)范包括對于尺寸、重量和成本的考慮一，只要相信 所需的可靠性和耐用性可以實現(xiàn)以及這種概念的制造是可能的。
[0020] 在這種智能齒輪箱的檢索中，有很多不同的提案。最近，焦點集中于復(fù)合齒輪箱， 例如專利申請W02011135076中提及的復(fù)合齒輪箱，其中，行星托架相對于復(fù)合齒輪的鎖定 提供了傳動比的變化。在另一個專利申請W02006102906中，描述了一種通過將不同的太陽 輪耦合到輸入或者通過鎖定不同的齒圈來改變傳動比的復(fù)合齒輪。上述齒輪都在如下方面 顯著不同于傳統(tǒng)的行星齒輪箱的齒輪：輸出被連接到一個齒圈，而不是作為使用行星齒輪 的通常方式的行星托架。
[0021] 如上所述的復(fù)合齒輪引入了一些主要優(yōu)點。一個優(yōu)點是，復(fù)合齒輪在一個單級中 提供了非常高的傳動比。至少對于中高傳動比，這與具有高的或者合理的效率是不沖突的。 盡管上述專利所描述的復(fù)合齒輪必須具有兩個齒圈（一個用于輸出，一個用于參考），它們 均承載最大扭矩，人們?nèi)匀幌嘈?，例如制? :60的傳動比，能夠節(jié)省很多的空間和復(fù)雜度。 特別是，通過集成行星輪的兩個輪段，能夠制造可以與兩個齒圈都相互作用的僅一種類型 的行星輪。
[0022] 從而，這也是復(fù)合齒輪的限制。所參考的專利中所描述的復(fù)合齒輪必須具有如下 功能：行星輪的兩個輪段旋轉(zhuǎn)地聯(lián)結(jié)以傳遞扭矩。如果這一點不滿足，則齒輪箱不會工作。 因此兩個輪段必須放置在相同軸上，限制了設(shè)計可能性。
[0023] 進而，所描述的復(fù)合齒輪箱的特性是，如果期望更小的傳動比，則行星輪的兩個輪 段的尺寸差異必須較大。結(jié)果是，一個齒圈會比另一個明顯小。結(jié)果，最小的齒圈的整體尺 寸必須大于其它齒圈，因為它們被施加了在齒輪箱箱的中心軸上測量的幾乎相同的扭矩。
[0024] 已知行星齒輪箱可以用作差動齒輪箱，其中，通過具有兩個輸入，例如太陽輪上的 一個輸入和行星托架上的另一個輸入，來形成輸出。這種情況下，輸出是在齒圈上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種簡單可靠的差動齒輪箱的概念，該差動齒輪箱與普通 的堆疊行星齒輪箱相比，占用更少的空間，更易于制造。
[0026] 根據(jù)該目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)權(quán)利要求1的電動工具和根據(jù)權(quán)利要求2的用 于電動工具的齒輪箱。由于第一和第二托架結(jié)構(gòu)的連接，齒輪箱可以占用更少的空間，比普 通的堆疊行星齒輪箱更易于制造。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，第一和第二托架結(jié)構(gòu)被連接或可連接，從而它們繞主軸線以相同的 速度旋轉(zhuǎn)。第一和第二托架結(jié)構(gòu)可以由同一元件構(gòu)成，即，它們可以一體地形成在一個相同 的單元中，或者它們可以形成兩個不同的結(jié)構(gòu)，這兩個結(jié)構(gòu)相連接從而以相同的速度旋轉(zhuǎn)。 相應(yīng)地，第一托架結(jié)構(gòu)僅僅是為了繞主軸線的周轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)而保持第一組行星輪的行星輪的 實體，第二托架結(jié)構(gòu)僅僅是為了繞主軸線的周轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)而保持第二組行星輪的行星輪的實 體。
[0028] 對于具有固定的托架和太陽輪上的輸入的簡單行星齒輪箱來說，輸出的速度、即 齒圈的速度僅僅是齒圈上的齒數(shù)Za與太陽輪的齒數(shù)Zs之間關(guān)系的反轉(zhuǎn)。輸出速度~可 以如下得到：
[0030] 解鎖托架結(jié)構(gòu)并且增加差分速度nin2。這給出我們用于齒輪箱的輸出Iiciut的方程：
[0032] 如果nin2輸入由傳統(tǒng)的行星預(yù)先級（也由輸入ninl驅(qū)動）產(chǎn)生，我們發(fā)現(xiàn)預(yù)先級中 nin2與n ini的關(guān)系：
[0034] 在此，Za2是預(yù)先級中的齒圈上的齒數(shù)，類似的Zs2是指預(yù)先級的太陽輪上的齒數(shù)。
[0035] 結(jié)合前面我們發(fā)現(xiàn)：
[0037] 如果齒圈和太陽輪是幾乎相同的直徑，則我們得到非常高的傳動比。對于實際的 使用來說，這樣高的傳動比并非一直是期望的，因為差動齒輪箱產(chǎn)生"功率循環(huán)"，該"功率 循環(huán)"是沒有在輸出上使用而在內(nèi)部循環(huán)的功率。
[0038] 然而，對于電動工具、例如電鉆來說，使用是很有趣的，因為這種設(shè)備的傳動比通 常在僅具有一個傳動比的1 :40和具有兩個傳動比的I:16/1 :60的范圍內(nèi)。
[0039] 特別是，使用這種不同于"【背景技術(shù)】"中介紹的復(fù)合齒輪箱的齒輪箱是很有趣的。 如上所述，具有更小的傳動比的挑戰(zhàn)性在于，由于復(fù)合齒輪箱的特性，為了得到中等的或者 較低的傳動比，行星輪上的一個輪段必須比其它輪段小。結(jié)果，兩個齒圈當(dāng)中的一個同樣必 須小。這對于齒輪箱的強度來說是個挑戰(zhàn)。
[0040] 例如，設(shè)計具有I:16的傳動比的復(fù)合齒輪箱要求行星輪上的一個輪段的直徑幾 乎是另一個輪段的一半。這會在復(fù)合齒輪箱的該部分中導(dǎo)致更大的齒應(yīng)力，必須增加更多 的材料。一種方式可以是引入附加的行星輪，因為它們很小。但這是不可行的