CN1021593C - 旋转传动用的控制机构 - Google Patents

Abstract

一种扭矩限制机构有两个在其之间不能传递传动，但具有啮合斜齿的锁紧构件，构件在可转机架上分别由其间有惰轮的径向齿轮传动，齿轮用花键配合在缩径传动轴的一段上，从而在输入传动扭矩施加到该轴时使其扭转。齿轮之间留有齿隙，通过足够大的作用扭矩扭转轴来克服齿隙。此时，输入轴的同步传动施加到两锁紧构件使其一起转动。所需扭矩由齿轮在花键上的位置决定并由操纵杆控制。一旦克服齿隙，构件阻止构件转动，轴上施加的扭矩使机架绕该轴转动并提供旋转传动到输出轴。

Description

本发明涉及一种用于控制旋转传动的机构更具体地同包含两个配有齿的转动件的机构有关，该转动件的齿随部件的转动通过一个共同啮合区。

使用啮合齿的控制机构能以很小的齿隙和很高的精确度传送大载荷。

Schoeman等人的美国专利第3666063号公开了一种控制机构，构成一个扭矩变换器并将多方向输入转变成单向输出。这是通过两个单向离合器和一个回动装置实现的，其中一个单向离合器相对另一个逆动，而回动装置用于使两个方向的转动输入转变成单向的输出。上述两离合器是采用摩擦离合片的通常结构。

美国专利第4，671，129号提出一种齿式换档传动机构，它具有通过齿轮系连接的输入和输出轴。该传动机构通过用弹簧预加荷载使齿轮齿的啮合面保持互相接触以消除齿隙。

美国专利第3，405，580号涉及一种剪床的旋转传动装置，与上述专利相似也消除了齿隙，这是采用一种特殊的侧隙消除齿轮实现的。

从申请人已知的上述和其它现有技术来看，主要的问题是齿隙，即两组啮合齿之间的间隙，因为它会引起两有齿部件间的不均匀传动，如果不允许出现这种不均匀传动，则必须采取措施以便消除齿隙。

本发明的目的是提供一种用于控制旋转传动的改进的机构。

根据发明的一个方面，用于控制旋转传动的机构具有不同的工况并包含两个有齿的转动件，该转动件的转动使齿通过共同啮合区，该齿成形并定位于转动件上以便在两转动件间至少一个方向上不能传动时仍使部件保持啮合状态;该机构中两个转动件连接成被同步传动，并提供有由变换转动件之一相对另一件的传动而使机构工况改变的装置。实施本发明过程中转动件的齿可以在啮合区中紧密或松驰地啮合。由于其中任一个转动件的齿被设计成在两转动件间的至少一个传动方向上不能相对另一个转动件的齿传动，而两转动件的齿还得互相啮合，那末两转动件自由转动的唯一条件只能是它们被以同步速度传动。在施加给上述另一转动件的旋转传动中的变化仅意味着偏离该同步状态。由于上述一个转动件的齿被做成不能相对上述另一个转动件传递旋转传动，因而在同步状态丧失时，上述一个转动件的转动被阻止，因为另一个转动件不可能被该转动件转动。

如果把两转动件的同步运行状态看成代表第一工况，则两转动件之一阻止另一转动件转动时的被卡住或“锁紧”状态可以看作代表第二工况。在这两种工况之间可能有一种中间的或第三工况。在第三工况下，转动部件被传动时它们的齿互相摩擦。于是在摩擦面产生热。通过改变摩擦压力和适当地设计齿可以改变产生的热量。该第三工况代表受控制动状态。在第三工况下，作用在两个转动件上的输入旋转传动不阻止它们转动而是使其受到一个受控制的又有选择地产生制动效果的可变阻力。因此，该机构可以安排以上面工况的任何两种方式或所有三种进行工作。

在一种理论上可行，但并非本发明的最佳方案中，两转动件的转动轴间的间隔被改变，它们的齿被加工成其齿侧面间的距离变化不管 两转动件轴间的间隔增大也能在啮合区中不间断啮合。

本说明书中，术语“啮合”被理解为转动件的齿仅在啮合区中搭接或相互交错，而并非将其意义仅限定在啮合区齿相互实际接触的情形。如果接收传动的部件是由于齿的形状和位置而不能经啮合区将该传动传给另一部件，则机构“锁紧”，两转动件的转动被阻止，直到被再次同步传动。

在本发明的一种形式中，两个转动件装有蜗杆-蜗轮组件，它们围绕各自的位于横向的、一般为垂直平面内的轴线转动。在一种结构中，蜗轮-蜗杆组件不能将传动从蜗轮传到蜗杆。然而，它会以很小阻力将传动从蜗杆传到蜗轮。

本发明的最佳形式中，两转动件被做成直径最好相同的，轴向平行的圆柱。一个转动件可以有盘绕其转动轴的蜗杆齿，而另一转动件可以有限定在两个相对齿侧面之间的齿槽，在通过其同啮合区时上述蜗杆齿便容纳在齿槽中。本发明最佳形式的优点在于两个转动件若有相同螺距，则以相同速度转动。用蜗杆-蜗轮组件时蜗杆常比蜗轮转动快得多，而这可能是齿轮传动装置的一个缺点。本发明的另一个优点在于两个圆柱转动件所具有的齿形可使得传动不能通过它们之间的啮合区传送，不管传动的旋转方向如何。

根据本发明的第二方面，提供了一个齿轮机构，该齿轮机构包括两个齿轮传动装置，该齿轮传动装置具有相同传动比，而每一个装置具有输入侧和输出侧，每一齿轮传动装置的一侧被连接成通过一旋转传动所转动，该旋转传动是由外部来源作用在机构上的，而其余两侧相互连接以便一起转动;第一齿轮传动装置具有单方向传动特性（如下面所限定），并且装设有选择地在两个齿轮传动装置之间产生空动 的装置，从而使机构在一种工况中，两个齿轮传动装置由外部作用传动并一起转动;在机构的第二种工况下，空动使一个齿轮传动装置不致转动，这样该机构锁紧并使外部施加的传动被阻断。

更可取的是空动应由第二齿轮传动装置中的齿隙产生。然而，用其他方式也可实现空动，比如，通过在两个装置之间提供相位移。

本发明的原理能使作出的新颖控制机构系列具有超过通常控制机构的优点。本发明可应用于制动器，离合器、扭矩限制器、无级或分级传动变速系统、以及机械开关。当应用于一个离合器中时，本发明的机构区别于现有技术的特征在于，两个转动件在全部时刻都保持互相啮合。此机构的优点从一个使用方案到另一个都各不相同，但确实能在不同的应用中提供下列一个或多个优点：结构紧凑，可靠性高，当输入传动故障时保持载荷固定的能力高;降低了成本，使用工件少，而且冷却能力好。

本机构也可被用于制动或传动特殊扭矩。这种扭矩可调整适当的控制机构而预定。这是与通常用来传动或制动特殊扭矩的机构中所采用的调整摩擦值的技术相反的。

通常，上述装置是采取在机械传动连接中固定一个部件的形式，例如传动轴，延伸到转动件之一。这种机械传动连接也可以是一种挠性形式，例如装设用皮带传动或在链轮上传动的链条。这种装置便可通过改变向前的相对张力和挠性传动连接的回传力而运转。在另一个方案中，转动件之一可以通过一根弹性传动轴传动，该弹性传动轴对扭转地作用在其两端之间的应力产生响应，从而克服同步传动装置间的齿隙。

根据本发明的第三方面，齿轮机构装设两套具有相同传动比的齿 轮传动装置，每一齿轮传动装置有一个输入侧和一个输出侧，每一齿轮传动装置的一侧被连接成由一旋转传动所转动，该旋转传动是由外部来源作用在机构上的，而齿轮传动装置的其余两侧互相连接以便一齐转动;第一齿轮传动装置具有单向传动特性（如下面所限定），第二齿轮传动装置至少有些齿隙;还备有改变机构的工况时消除齿隙的装置。

“单向传动”一词用于有齿部件如齿轮的组件时应就本说明书上下文来理解，其意思是如果旋转传动作用到具有单向传动特性的装置的一侧而在该装置的另一侧未施加同步传动，则该装置将“锁紧”而不会在其两侧之间传动。然而，若同步传动作用在装置的两侧，则装置的部件可以转动。显示单向传动的齿轮传动装置的几种形式已众所周知。其中最普遍的大概是蜗杆-蜗轮组件。

在实施发明的第二和第三方面过程中，两套传动装置的速比最好为1∶1。达到这一速比的一个办法是采用具有两个圆柱状啮合件的第一有齿传动装置，该啮合件有螺旋形啮合齿，两套齿的螺纹间距稍有不同。两个啮合件的转动轴可以稍微偏移，因此不是完全互相平行。在一个替代上述内容的方案中，两个啮合件的轴线完全平行而且啮合齿相同，其螺纹的间距也一样。

圆柱啮合件被使用时，它们在同方向上转动并不是最重要的。重要的在于当机构没有对外加传动产生阻力时，啮合件的齿以相同速度和相同方向通过啮合区。这一结果的实现可通过在相对方向上传动该转动啮合件并且使啮合件上分别设置在部件的圆周上按顺时针和反时针方向的啮合齿。转动啮合件也可以制成被同方向传动。

本发明第三方面的最佳方案中，该第一传动装置包括一简单的蜗 杆-蜗轮而且第二个齿轮传动装置包括一对与蜗杆-蜗轮相同传动比的啮合齿轮。但是第二齿轮传动装置也可以包括一组蜗杆-蜗轮，而该组件必须有双向传动特性，即能由该蜗杆-蜗轮向两个转动方向传动。如果需要的话，一个或每个该传动装置可以包括两个以上的啮合齿轮。

用于实施本发明的装置可以设计成能使该机构具有两个或两个以上甚至四个不同工作状况。在两工况时，该装置允许机构分别朝两个转动方向中的一个转动而阻止向另一个反方向转动。那么，该机构只能朝一个或另一个方向传动。第三种相位移工作状态意味着能使两个转动件以同步速度被传动，这样它们的啮合齿不相互对锁。于是该机构可以对输入旋转传动无任何阻力地以任一方向传动。第四种相移工作状态意味着仅在预置转矩实现后，可以在同步传动给转动件之间改变相位角以便充分消除齿隙或空转（可能由弹性产生的）。因而机构具有转矩限制器的作用，虽然转动件同步转动，但其啮合齿在啮合区中相互对滑到一定程度就产生热，该热被适当地散掉，比如将部件浸入冷却剂液中。

本发明的详细情况，通过举例并参考附图详述如下，附图中：

图1表示一个相当于一斜撑离合器或无级棘轮的机构的透视图;

图2表示一个能在三种工况间选择性地变换的机构，一种工况下机构呈现双向特性，在另外两种工况时机构呈现单向特性，但这两种工况是以相反方向转动的;

图2A表示按图2中箭头“A”的方向看过去时的端视图;

图3表示的一种机构，其工况受一根形成工况变换装置的一部分的操纵杆控制，在一极限位置上操纵杆能使机构只朝一个方向转动， 而在另一极限位置时能使机构仅向相反方向转动;

图4表示装进离合器机构中的本发明，它使最大扭矩转送到输出侧是取决于一个施加在机构上的预定可调的阈值扭矩;

图5表示一个机构，其中两个圆筒螺旋形转动件互相啮合，该转动件被夸大地表示成互为倾斜以使于理解有关的说明;

图6是如图5中按箭头B的方向看去图5的部分平面细图;

图7相当于图2，但表示出一个相位移装置，该装置用来通过改变延伸到一个转动件的轴连接一端的角位移而使机构的工作状况改变，该轴连接的另一端经一个齿轮传动装置连接到另一个转动件;

图8表示一个离合器机构，采用两个相似的轴向平行的转动件，转动件具有沿圆周延伸的啮合齿，啮合齿以同一方向围绕转动件盘旋;

图9是通过图8中的Ⅸ-Ⅸ线箭头方向截取的断面;

图10表示透视图，图中两个圆筒状啮合锁定件被切开，以便表示出两部件之间的断面，沿该断面截取出图10A;

图10A是图10的啮合齿的啮合部分的放大图，用来说明下面本发明的原理;

图11表示与参照图8所述相似的机构，但具有一个可供选择的相位移装置;

图12以两个草图表示与有关说明有关的齿轮参数，须注意齿轮的齿为线啮合，而不是点接触;

图13是机构的透视图，该机构具有连接在两个齿轮之间的皮带或链条，以及用于在皮带或链条上控制松紧的弹性装置以便变换机构的工作状况;

图14表示使用一个空动装置来改变工作状况的机构;

图15表示发明的机构被加到输送机传送带传动控制系统。

现在先参阅图10说明发明的基本原理。该图示出装设在一个转动件上的第一组啮合齿，其中以100表示了两个齿，并且与用102表示的部分齿的第二组啮合齿相啮合。

在完整轮廓线画所示位置上，啮合齿100和102尽管处于啮合但实际上并没有互相接触。在本说明书中使用的“啮合”这一术语意味着啮合齿在其啮合区处于重叠关系。它们可以有实际接触，也可以没有实际接触。如果带齿的转动件以同步速度转动，齿100和102将保持所示的转动件转动时绝不接触的相对位置。只要齿以相同的方向通过两转动件间的重叠区，那么不管转动件的同步转速或其转向如何，这一点都是适用的。由此得出转动件以同一方向转动不是最重要的。转动件能分别以相反的方向转动，其条件是一个转动件的一个齿与另一转动件的齿旋向相反。

假设齿100相对于齿102产生一受控相位变化，在图10A中用距离“0”代表，造成齿100移到图中虚轮廓线表示的位置并且在此位置其齿侧面在101处与齿102的齿侧面相摩擦。于是在啮合齿的摩擦区产生摩擦热并意味着机构的输入传动有一些能量损失。所产生的热量随相摩擦的齿侧面之间的压力而变，也随齿100与齿102相啮合的力而变。只要机构中两个转动件同步转动，齿100和102之间存在摩擦，这种摩擦热就会不断地产生。这种状态的出现是由于齿100与102间的距离“O”减小到零的结果。

假定输入扭力向齿102推动齿100，如果此力的大小逐渐增加，那么齿100在齿102上摩擦产生的热也会增加。实践中，可 以通过在冷却油浴中浸没部件而使热散掉。

使产生的摩擦热散热是重要的。当齿同一个点接触而啮合时，会导致过度磨损。把齿相互摩擦安排成线接触，而不是点接触就可大大减小这种磨损。为实现这一结果，图12的两个草图涉及此内容。图12中上部的草图表示当两个外啮合螺纹件相互以线接触啮合时须有的一定的参数关系。图12的下部草图表示若一个外螺纹件与一个内螺纹件以线接触啮合须具有的一定的参数关系。在上部草图中和下部草图中线接触分别用220和320标出。

先讨论图12的上部草图，两个相同螺旋方向和导程，或不同导程的外啮合斜齿轮207，208如果是有相同螺距的单头或多头形式的螺纹并且其齿侧面是由具有与各自导程成正比的展成基圆直径205的渐开线螺旋而组成，那么就可能有理论上的线接触，而且该斜齿轮的轴线是平行的且间隔开，这样连接齿轮外缘206交点的线200横跨过标为201、202、203、204的四条线，此四条线与两个展成基圆205相切。

在图12的下草图情况中，螺旋方向相同和导程相同，或导程不同的一个内啮合斜齿轮301与一个外啮合斜齿轮相啮合，如果它们具有相同螺距的单头或多头形式的螺纹并且其齿侧面是由具有与各自导程成正比的展成基圆直径302的渐开线螺旋面组成，那就可能具有理论上的线接触，齿轮轴线303、304是平行而间隔开的，这样，连接外啮合斜齿轮300的外缘306与内啮合斜齿轮301的外缘307两交点的线305横跨与两个展成基圆302相切的四条线308、309、310、311。

为更详细讨论齿轮设计，应参阅由E·Buckingman著的教科 书“齿轮的机械分析。

再回到图10，齿100和102的齿形和位置是这样设计的，即，虽然它们可相互啮合，但一个齿轮不能以轮齿驱动另一个齿轮。当然，这随蜗杆-蜗轮传动组件发生在至少一个方向上。然而，有些齿轮可被制成具有这种明显没用的特性，如果有必要，那么尽管轮齿互相啮合，它们也不能通过共同啮合区以任何方向进行传动。只要这两个齿轮被继续同步传动，它们的轮齿就以相同方向和相同速度继续通过啮合区。但是，如果一个齿轮脱离传动，那就全停止转动，这是由于轮齿的设计使其不能被另一个齿轮驱动的缘故。两个齿轮的轮齿继续在啮合区啮合时，仍受传动作用的齿轮由已停转的另一齿轮而阻止继续转动。该机构便“锁紧”，即卡住。

由共同的旋转传动源同步传动的两个齿轮中的一个脱离传动的一种方法是，在同步传动中引入齿隙。然后，传动迫使一个齿轮的轮齿抵住另一齿轮的轮齿，这时后者才有传动对其发生作用。于是后一齿轮阻止上述第一个齿轮转动直到齿隙已经减小到足以使两个齿轮能被同步传动为止。

由上面的说明可以看出，在同步传动装置之间控制齿隙相角是把机构的工况从第一工况变为第二工况的一种方法，在第一工况时机构不对被传动装置产生阻力;在第二工况时则施加可控程度的制动。该可控程度的制动由消除齿隙所必须克服的弹性量决定，第三工况发生在齿轮已经锁紧所施加的传动不能转动之时。如果轮齿的设计使两个齿轮具有单向特性，则机构就能制成仅在输入传动的一个转动方向上“锁紧”。实施本发明时可使用按此方法工作的齿轮，或者也可使用在输入传动的两个转动方向上锁紧的齿轮。

第一实施例的说明

图1表示一个由轮1形成的齿轮构件，该轮1具有一个内齿面2和一个外齿轮缘3。锥齿轮4在内齿面2上运转，并传动装有齿轮6的轴5，齿轮6设置有一相移装置。直齿轮7与齿轮6啮合并转动轴8，轴8的端部有一个由蜗轮9形成的第二构件，蜗轮9与齿轮1的有齿轮缘3啮合。齿轮6和齿轮7的齿的啮合中留有预定程度的齿侧隙。传动件1，9和2，4形成具有预定速比的第一组件;而齿轮6，7形成具有同第一齿轮组件相同速比的第二组件，只是第二组件还有双向传动特性。第一齿轮组件具有单向传动特性，不能从蜗轮向蜗杆传动。

上述机构相当于无级棘轮机构或超越离合器并且可被用来拧紧螺母（未示出），与轴5同轴的机架10的轴向延长部分10A接在该螺母上。轴5和8安装在机架10上以便转动，棘轮机构的一个偏心手柄6A连接在齿轮6上。

机构的运转如下：

假定允许齿轮6按箭头“A”的方向转动。齿轮6的齿依次同齿轮7的一组齿侧面相啮合。若手柄6A向箭头A的方向移动，则旋转传动经齿轮7和轴8传递到蜗杆9使其转动，这样随着棘轮机构手柄的转动也使带齿轮缘3同步转动。

如果此时棘轮手柄6A反方转动，齿轮6的轮齿也反方转动。在它们将此传动传到齿轮7的齿之前，必定要转过一个角度，此角度由轮齿侧隙与齿轮7的齿决定。当试图转过此齿侧隙角时，显然没有旋转传动经轴8传递到蜗杆9。因此蜗杆9不会转，从而使齿轮2保持抵制转动。这时作用在棘轮机构的手柄6A上的扭转力矩通过机架 10来转动延长部10A，从而转动收容在其端部的一个承接座（未示出）中的螺母。

第二实施例的说明

为便于理解，本实施例中相应于图1中的相同部件用相同的标号。

图2表示了一个支承两个转动轴11，12的机架10。轴12的一端有一个由蜗杆13形成的构件，而在另一端有一个直齿轮100。轴11的一端支承着一个冠轮14，而在其另一端有一个输入传动齿轮15。冠轮14在一个面齿轮16上运转，面齿轮成形于构成一齿轮17的构件的一个侧面上，齿轮17的带齿外缘与蜗杆13啮合。

直齿轮100与提供相移装置并在轴11上自由转动的一个从动齿轮18啮合。一个偏置弹簧19在齿轮18和齿轮15之间延伸并配置在相对于两齿轮的一个弦面中，如图2A中清楚图示。

传动件13、14和16、17形成具有预定速比的第一齿轮组件，齿轮100和18形成具有同第一齿轮组件相同速比的第二齿轮组件，不过第二齿轮组件还具有双向传动特性。第一齿轮组件具有单向传动特性，不能将传动从蜗轮传递到蜗杆。

图2和图2A的机构运转如下：

对齿轮15施加一外来传动（未示出）使其按所示箭头方向转动，并使轴11转，从而使蜗轮17转动。该传动还通过弹簧19作用到齿轮18，造成齿轮18与齿轮17同步转动并且转动直齿轮100。由于两齿轮组件具有相同速比，蜗杆13的螺旋齿随蜗轮17轮齿的圆周运动而同步轴向扩展并且同方向通过它们之间的啮合 区。因此，第一齿轮组件对施加到机构的输入的该传动不产生阻力。

如果此时传动输入反向，弹簧19允许轴11相对齿轮18的位置转过一个角。此期间没有传动传给直齿轮100，而且蜗杆13不再转动。这就在弹簧19已张紧足以将齿轮15的运动传递给齿轮18之前停止了蜗轮17的转动。由于蜗轮17此刻不转，则施加在输入齿轮15的传动被阻塞，机构“锁紧”或卡住。

如果这时齿轮18向减小弹簧19提供的“侧隙”的方向转动，最终会使齿轮18的齿与齿轮100的齿相接触并允许被传递的传动经轴12和直齿轮100传到蜗杆13。此刻蜗杆转动并使第一齿轮组件自由随输入传动而转动，因为蜗杆蜗轮的两侧又被同步传动。

上述方案的一个未加图示的改进中，齿轮15和18用两个弹簧连接，该弹簧的一对端头挂到一个偏心地装于齿轮18枢轴上的套柄臂的一端，这样其自由端便提供出一个延伸出齿轮18外缘的操作臂。套柄臂有三个稳定位置。在一个稳定位置处一根弹簧松驰，另一根弹簧拉紧使得机构只能向一个方向转。在套柄臂的另一极限位置，弹簧的状态被颠倒。因此机构只能向另一方向自由转动。在第三位置，即套柄臂的中间稳定位置，两根弹簧的拉紧力均等，于是齿轮18精确地随齿轮15在两个方向无侧隙运动。机构便表现了双向传动特性。

第三实施例的说明

图3中所示的机构具有由蜗轮-蜗杆形成的第一齿轮组件20，和由一对轮辋齿轮29、30形成的第二齿轮组件21，轮辋齿轮具有与蜗轮-蜗杆相同的速比并且其内留有预定量的齿侧隙。两套组件20、21通过一对轴23和24如前面图中机构的样子相互连接。 轴23、24穿过机架22。

轴23的一端带有一个与面齿轮40啮合的冠轮25，面齿轮在组件20的蜗杆26的一端。介于轴23两端中间有一个在圆周面上形成的螺旋槽27，其内装配着一个组件21的齿轮29的滑键28。组件21的另一齿轮30装在轴24上。

齿轮29可沿轴23滑到不同位置。此滑动行程由手操纵杆32一端的凸头31控制，该手操纵杆在其两端中间的33处枢轴式地装在机架22上并提供了一个相移装置。

一个偏压弹簧（未示出）始终保持使齿轮29抵住凸头31。

图3的机构运转如下：

如果由凸头31决定，齿轮29处于沿轴23运动的一个极限位置，则齿轮29和30的齿为传动接触，外部传动源输入的旋转传动作用到轴24上就会使两套齿轮组件都自由转动，蜗杆26便被第二组件的齿轮29转动。如果所施加传动的转动方向此时反向，则第二齿轮组件中的齿侧隙中断传到蜗杆26的传动而且轴24被阻止向施加传动的反方向运动。

如果此时用凸头31克服偏压弹簧并向使齿侧隙减为零的方向推齿轮29，那么就会再次通过第二齿轮组件将传动传递到蜗杆26。于是机构将自由地并随反向作用的传动而转动。

第四实施例的说明

图4表示的机构，用作一个以可调控制方式传递动力的离合器。

该机构具有支承两根轴向准直的轴51和52的固定机架50。轴51提供输入传动轴，轴52提供输出传动轴。

轴52支承一个在机架50内可转动的壳体53，两根平行轴 54和55延伸通过壳体。壳体可以被浸于油中，油通过壳体以散去其内产生的热。

具有单向传动特性的第一齿轮组件56安装在壳体53内部，并且是由蜗杆-蜗轮组件构成，它的一个构件为蜗杆57，另一构件为蜗轮58。蜗轮58具有与锥齿轮60啮合的面齿轮59，该锥齿轮装在轴55的一端。轴55的另一端连接到一个用示意方法画出的可调节扭矩装置170，可改变其对于作用在轴51和55之间的扭矩的弹性。第二齿轮组件62，即双向齿轮组件的齿轮60和61之间存在一定齿隙。

输入轴51连接到具有与第一齿轮组件56相同速比的第二齿轮组件62。扭矩装置提供了一个相移控制装置。

图4的机构运转如下：

当轴51和52互相独立地运转时，扭矩装置170被调节得使轴51和55之间实际上不传递扭力载荷。因此施加在轴51上的输入传动在第二组件62处分开，部分用于转动齿轮58，部分用来以同一相对于齿轮58同步的速度转动蜗杆57。由于蜗杆57和蜗轮58以同步速度转动，此时机构不产生相反的输入旋转传动，输出轴52因此保持稳定，而齿轮组件56和62自由转动。

如果这时扭矩装置170被调节得在轴51和55之间产生一预定扭转刚性，轴52和壳体53便转动并传递该预定扭力。

作为对轴52上的载荷的反应，齿轮61将不对齿轮60传递传动，除非两齿轮间的齿隙被轴51相对轴55的相移变化消除。此相移变化是由克服扭矩装置170中的弹性力或刚度造成的。

齿轮组件56和62在进行任何试图大于此预定扭力的传动时也 会转动。

机构运转过程中，扭矩装置中产生的扭力刚性越大，输入和输出轴51和52在传动方向上互相锁得越牢固。

实践中，扭矩装置170（图4）被装在这样的位置上，即当机构在两轴间正传递传动时，该装置在上述位置不妨碍轴54相对于轴55的转动。

实施本发明时，两齿轮组件都可做成蜗杆-蜗轮。两组件具有相同速比自然是重要的。如前面所述，若它们的结构设计成如图5和图6上所示，那么速比大体为1∶1。

第五实施例的说明

图5所示的机构包括速比大体为1∶1的第一齿轮组件40，和具有同样速比的第二齿轮组件41。一根输入传动轴42由传动小齿轮43使其转动并且有一在轴上可转动的齿轮44并装配有相移装置。齿轮44构成第二齿轮组件41的输入侧，第二组件留有齿侧隙，齿轮44与惰轮44A啮合，惰轮与第三齿轮45啮合。惰轮44A保证了做成两个圆柱锁定齿轮49和70的构件同方向转动。弹簧46在小齿轮43和齿轮44之间弦向地延伸并完全起如图2中所示弹簧19相同的作用。

轴42的左手端带有一个冠轮47，该冠轮与面齿轮48啮合，而齿轮48与装有斜齿圆柱齿轮49的构件形成一体。配置有斜齿圆柱齿轮70的第二构件与齿轮49啮合以形成第一齿轮组件40并且还带有一个面齿轮71。冠齿轮72与面齿轮71啮合并被连接在平行于轴42的轴73上。轴73的右手端连接到齿轮45的中心，轴42和73均穿过装配座74。

正如图5和图6明显看到的，两个圆柱齿轮49和70的轴线实际上相互稍微偏斜几度，图6中以角p表示。这一相对偏斜在图5和图6中夸大了以便于理解该机构。通过此偏斜，圆柱齿轮70的斜齿螺距比圆柱齿轮49的斜齿螺距稍大，这样，构件转动时其轮齿才能保持啮合。斜齿是如此成形的，即，尽管两齿轮的轴线没有完全平行，其轮齿保持啮合。因此，齿轮组件40的速比不是准确的1∶1，而是非常接近1∶1，即大体为1∶1。若需要，通过稍微改变齿轮的相对直径使其能成为准确的1∶1。

螺旋面的螺距和齿轮轴线的角偏斜，能使齿轮49和70的同步互补转动在任一转向上产生，即，它们既可顺时针转又可逆时针转。

图5和6的机构运转如下：

假定工作状况为机构对来自小齿轮43的输入转动没有施加约束。输入传动在第二齿轮组件41处分开，其中部分用以传动轴42，其余部分传动轴73。这些轴将传动传递到两圆柱齿轮49和70，于是两齿轮绕其轴线转动。齿轮49和70的转动速度的稍微不同确保其啮合齿轴向间隔保持恒定。由于受到来自轴42和73的传动，齿轮49和70都同步转动。

如果齿轮44瞬间被阻止转动，传动继续施加到齿轮49，但这时不再传到轴73。弹簧46简单被延伸。两圆柱齿轮49和70被阻止轴向位移，因此在两斜齿的啮合区中转动齿轮49的斜齿的轴向扩展与不再受传动的齿轮70斜齿的扩展不再匹配。齿轮49的斜齿此时抵住齿轮70的斜齿侧面并由此阻止其再轴向扩展。因此第一齿轮组件40被“锁紧”，也就是说其构件不能相对转动。传动轴42因此被阻止不再转动直到弹簧46的张紧力被放松。

前面的实施例中，需要变换机构工作状况的角位移是通过采用与第二齿轮组件相结合的相移装置实现的。然而，从图7明显看出，这并不是最重要的。需要使第一齿轮组件在其自由转动和“锁紧”工况间变换的相移可以通过在一根轴上设置一个相变装置80而实现，最好是相当于图5轴73的轴81。该相变装置可以在轴81的两端之间引起相位超前或滞后，即引起空转。图7的部件与前面图中用以同样用途的对应部件已经叙述过，标以相同标号并不再重述。

第六实施例的说明

图8示出的本发明的机构，预定作为一个适于起动如图15所示的环形输送器系统的离合器。该系统包括通过链传动装置139驱动的环形带式输送器140，一个由电动机142带动的起动离合器141。带式输送器的一个特点在于经常要求对重载荷采取逐渐而平稳地起动。通常的离合器具有的缺点是起动过程中必须散失相当大量的热能，而离合片的表面从没有被暴露在油或空气的冷却介质的。因此，通常的离合器具有散去大量热的问题。

如图8所示的用于起动输送器的离合器具有一根输入传动轴110，它伸进充油壳体111，还有一根从壳体111相反一侧轴向伸出的输出传动轴112。壳体被充满冷却油。

支架113在轴110下方突出于壳体的一侧并带有一根能按箭头Y所示路径转动的第一工况操纵杆114。该操纵杆通过工具（未示出）而移动，并可刚性地保持在任意位置。

操纵杆114一端带有一拨叉115，它卡住一装在滑动轴环117一端的径向凸缘116，滑动轴环套装在输入轴110上。轴环117的中间部分是装配在壳体111上的孔118中的滑动密 封，轴110穿过轴环117中的密封，因此在由操纵杆114使轴环117轴向运动过程中，轴110可在其内自由转动。

轴环117在壳体111的内部有一环形套爪120。成形在齿轮轴套122一端的环形凸缘121由套爪120固定，这样，当凸缘121自由转动时，其轴向运动受到套爪120的约束。因此，轴环117和轴套122作为一个单一装置沿轴110一起轴向运动。

轴套122内部有槽，因而可沿轴110上的花键123运动。花键123平行于轴110的轴线延伸。

轴套122带有一个齿轮124，该齿轮与一个加长长度的小惰轮125松啮合。因此该机构中设置有一侧隙。小惰轮125在配置在可转动机架127上的枢轴126上转动，其长度使其可以在轴110上的轴套122的全部轴向位置上与齿轮124啮合。

小惰轮125还与第二齿轮128啮合，齿轮128配置在轴129的一端，轴129穿过机架127中的一个轴承130。轴129的另一端带有一个圆柱构件131，该构件具有与参照图12表示和说明一致的斜齿132，因此呈现线啮合而不是点啮合。为实现齿132和138之间的线啮合必须采用的设计参数参考图12的草图解释于本说明书中。

轴110在机架127内的一个轴承中具有扩大的端部135，并带有第二旋转锁紧构件137，该构件同构件131一样并有马齿132相啮合的斜齿138。两构件131和137是轴向平行的，如图所示，提供了具有单向传动特性的第一齿轮组件。齿轮124、125和128提供了具有与第一齿轮组件相同速比的第二齿轮组件。

图9以夸张的形式表示齿轮124和128同小惰轮125的啮合。此啮合含有预定的齿侧隙度。

第六实施例中离合器的运转：

操纵杆114确定了处于锁紧构件137和齿轮124之间的轴110的有效长度。这一长度越长，由处于构件137和齿轮124之间的轴部分提供的扭转挠性也就越大。反之，处于构件137和齿轮124之间的轴部分越短，两者之间的连接就越紧。因此，操纵杆114的位置预先确定了输入轴110克服第二齿轮组件中的齿侧隙所需的扭力量。

只要存在于第二齿轮组件的齿隙超过第一齿轮组件的齿隙，锁紧构件131就不被传动，并阻止锁紧构件137的转动。在此工作状况下，壳体111通过施加在轴110上的引入传动而绕轴110的轴线旋转。

齿轮124处在图示的位置，也就是最小扭矩位置时，为克服第二齿轮组件的齿隙须作用在轴110使其扭转的扭矩量比齿轮124在花键123左端时的需要量少。操纵杆114的进一步移动致使齿轮124在花键123上移到不同位置，每一如此位置代表不同的扭矩值，该值必须通过输入获得以克服第二齿轮组件的齿隙。

当第二齿轮组件的齿隙已被克服时，传动便通过该组件传递到锁紧构件131。在此状态下，轴112的输出扭矩被限定为一个由齿轮124在花键123的位置决定的最小值。对于每个位置，一个比由齿轮124的位置决定的扭力小的扭矩被传递到输出轴112。但是，不会有比由齿轮124位置决定的扭力大的扭力传送到输出轴112。

从以上说明可以看出，图8和9所示机构可用作一个可调整的扭矩限定装置。

第七实施例

图11的机构提供一个具有通状态和断状态的机械变换。该机构包括支承两轴向平行轴429和435的底座411。在两轴的一端，两轴带有啮合锁紧构件432、437，共同提供了第一齿轮组件。这些锁紧构件的结构与图8中标号为138和132的构件相同。

轴435和429的另一对端部分别带有相同直径的齿轮451和450。这两个齿轮有斜齿，而且惰轮452与两齿轮相啮合。该惰轮装在由轴承457支承的轴426上。齿轮451有一个键453，该键可沿轴435中的键槽455滑动。一根弹簧（未示出）将齿轮451偏压到图的右边，并抵住一个手控操纵杆454的凸头456，该操纵杆枢轴式地装在底座411上。齿轮451的位置因此受操纵杆454控制。

一受控输入旋转传动作用到轴410。齿轮451、452和450提供了具有一定齿隙的第二齿轮组件。因此齿轮齿面间的齿隙程度受齿轮451的位置控制。

当第二齿轮组件在一个方向上显示齿隙时，对轴410的输入传动，通过两个锁紧构件437和432而阻止转动。第二齿轮组件中的齿隙阻止轴410的旋转传动被传递到轴429，于是锁紧构件432不能转动。因此也阻止了锁紧构件437的转动。

如果此时操纵杆454向某一个方向移动，由于齿轮451、452具有的斜齿，将第二齿轮组件中的齿隙减小到零，这时输入旋转传动到轴410的转动就能经第二齿轮组件传递到锁紧构件432。 由于第一、第二齿轮组件的速比一样，于是就同步转动，对旋转传动的阻力实际减小到零。

第八实施例：

图13中，机架600支承两根平行轴601、602，在机架600的一侧两根轴带有一对锁紧构件603，604其结构同已经在图11中对标号432和437的构件所作说明。当以同步传动驱动时，锁紧构件同方向自由转动，但是若传动不再是同步的则两构件锁在一起。

轴602的另一端有一个齿轮606，该齿轮与第二齿轮605设置在同一平面但两者间隔开。一条不可拉伸和不打滑的传动带607围绕两齿轮605、606延伸，从而使两齿轮一起受施加在输入轴608上的旋转输入传动的驱动，轴608相对轴601同轴设置。轴601和608之间通过销子610提供一种“空转”联结，该销子从轴601的端部径向伸出，轴601端部由轴608邻近端部的空心部分612包围。空心部分612有一个拱形切去部分613，该部分的直径比销子610的长，这样，轴608的旋转运动不传递给轴601，除非销子610碰到切去部分613的两个端614之一。

张紧轮615受弹簧616弹性地强迫而抵住两齿轮605、606间的传送带607的一外侧，并使传送带或链条607调整到所需的张紧力。

在传动施加到轴608之前，由弹簧616产生的传送带张紧力迫使销子610抵住某一端面614。机构在此状态中，传动不被从轴608传递到轴601，因此锁紧构件604阻止锁紧构件603 转动。

如果对轴施加传动的扭矩在某一方向（箭头所示）逐渐增加，从动轮605和传动轮606之间传送带的张紧力也进一步增加，并且弹簧616促使齿轮605转动。这使得切去部分613相对于销子610转动，直到销子610碰预先间隔开的切去部分的端面614。出现此情况时，来自轴608的旋转传动便通过“空转”联结而作用到轴601，因此，两个锁紧构件604和603此时被以同步速度和相同方向传动，以便使该输入旋转传动自由转动。

改变弹簧616的压缩量即可调整使输入传动能转动所需的输入传动转矩。

第九实施例

图14表示本发明利用一空动装置来控制的实施例。机构包括一个壳体500在其一侧具有输入轴501，该轴相对其另一侧的一根输出轴502为同轴设置。轴502延伸到另一壳体503，该壳体安装在壳体500内部并包含一对具有平行轴线和上述参阅图10、11形式的啮合锁紧构件504、505。

锁紧构件504、505分别安装在轴506、507上，该两轴通过壳体503的壁可转动地延伸，而且在其突出端分别带有齿轮508、509。这些齿轮直径相同。

齿轮508与齿轮510啮合，两齿轮直径相同，齿轮510通过安装在壳体503中的轴承内的轴511支承。轴511的端部通过扭矩装置512连接到输入轴501的内端。

扭矩装置512具有两个相反的接合面514、520，两面之间延伸着一根弧形弹簧513，如图14A所示。一个接合面514 装在轴511上，另一个接合面520装在轴501上。

与齿轮508和510的直径相同的齿轮515，装在轴501上可转动，并具有一个向一侧延伸的锯齿状突起517。轴501带有一径向的销子518，它可沿滑槽519移到不同位置，这样，根据它在滑槽519中的轴向位置而接触突齿517斜面的不同部分。

图14的机构运转如下：假定一给定载荷被连接到输出轴502，一逐步增加的扭矩被施加到输入轴501。此扭矩试图压缩弹簧513。它不能使轴511转动，因为齿轮508、510处于互相啮合，而由轴506把齿轮508连接到锁紧构件504。构件504处于与锁紧构件505啮合，此时没有传动施加给它，因为在轴501和齿轮515之间没有传动连接。

轴501上的输入扭矩增加时，弹簧513被逐步压缩，销子518便朝突齿517的斜面移动。销子接触到斜面之前产生的移动量由销子518在其滑槽519中的轴向位置决定。

到适当的时候，轴501上的输入转矩增加某一值，即弹簧513被压缩得足以使销518碰到突齿517的斜面。此状态出现时，轴501的转动便被传递到齿轮515，并因此传到齿轮509和锁紧构件505。从而导致锁紧构件505与锁紧构件504同步转动，这样，由弹簧513压缩决定的提供给输出轴502的扭矩不再增加。弹簧的压缩由出现在销518碰到突齿517之前的可调空动决定，因此由机构输送的扭矩随销子518在滑槽519中的位置而变。直到销子碰到突齿517的斜面，来自轴501的输入传动才通过两齿轮508和510以及轴506传递到壳体503，并因此传到输出轴502。

Claims (23)

1、一种用于控制旋转传动并具有不同工况的机构，包括两个配备有齿的转动构件，随构件的转动其齿通过一共同啮合区，在两构件间至少一个方向上不能传递传动时被成形和固定在该构件上的齿保持啮合，其特征在于，两个转动构件(3，9；13，17；20，26；57，58；49，70；432，437；132，137；603，604；504，505)连接成同步传动，设有用以通过改变对构件之一相对另一构件的传动而改变机构的工作状况的装置(15，19；27，28，32；170；43，46；456，453，455；114，117；615，616；517，518)。

2、如权利要求1所述的机构，其特征是：所述装置是相角改变装置（517，518;615，616）。

3、如权利要求2所述的机构，其特征在于，两个转动构件提供第一组件，第二齿轮组件（6，7;18，100;29，30;60，61;44，44A，45;451，452，450;124，125，128;605，606，607;509，515;）中的两个输入齿轮具有与第一组件相同的速比，从而得到同步传动，所述装置可在三个位置间移动，在第一位置第二齿轮组件的第一个齿轮的轮齿支承在该组件第二个齿轮的轮齿侧面;在第二位置两齿轮的轮齿在其啮合区中为不接触;而在上述装置的第三位置所述第一个齿轮的轮齿支承在第二个齿轮的轮齿侧面，此侧面与所述零部件在第一位置时所支承的侧面相对。

4、如权利要求1或2或3所述的机构，其特征在于：所述转动构件均加工成带有分别绕各转动轴线盘旋的斜齿（432，438;132，138;603，604;504，505），构件的转动轴平行设置或大体互相平行。

5、如权利要求1所述的机构，其特征在于所述构件浸没在液体中。

6、如权利要求1所述的机构，其特征在于：一输入旋转传动（6A;15;24;51;43;42;410;110;608;501）在分别用于以同步速度传动两个构件的两条传动路径之间被分开，改变机构工作状况的装置被预先调整。

7、如权利要求1所述的机构，其特征在于，两构件的齿形使两构件在啮合区互相接触时其齿面间提供线接触啮合。

8、如权利要求1所述的机构，其特征是，所述工况变换装置（170;110;615;616;513，514，520）是对由旋转传动施加的扭矩起反应的装置。

9、如权利要求8所述的机构，其特征在于，所述装置包括一个根据由旋转传动施加的扭矩而弹性弯曲的零件（513;616;110;170）。

10、如权利要求9所述的机构，其特征在于，所述零件包括一个弹簧偏压元件（615），它与一条不可伸展且不打滑的传送带或链条（607）的一侧相接触，该传送带绕过两个间隔开的齿轮（605，606），通过该传送带将同步传动分别施加到所述转动构件（603，604）。

11、如权利要求1所述的机构，其特征在于，施加到所述构件的偏压弹簧（616）是可调节的以便改变弹簧接触传送带或链条一侧中的张紧力。

12、如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述转动构件（603，604;504，505，137，132;437，432，49，70）同步传动时以相同方向转动，并具有以相同方向绕构件的转动轴线盘旋的斜齿。

13、如权利要求1所述的机构，其特征在于，转动构件具有1∶1的速比。

14、如权利要求1所述的机构，其特征在于，构件（3，9）由一个蜗杆-蜗轮组件构成。

15、如权利要求1所述的机构，其特征在于，两个构件（432，438;49，70;138，132;603，604;505，504）的齿被制成不能以两个输入传动方向使传动通过两构件间的啮合区。

16、如权利要求1所述的机构，其特征是，所述工况变换可控制施加在两构件的邻接齿之间的压力的变化。

17、如权利要求1所述的齿轮机构，其特征在于配备两套具有相同速比而且各有输入侧和输出侧的齿轮组件，第一齿轮件的速比与第二齿轮组件（6，7，18，100;29，30;60，61;44，44A，45，50，51，52;124，125，128;605，606，607;509，515）的相同，每组件的一侧连接成通过由外源施加到机构的旋转传动使其转动，而其余两侧相互连接，因而一起转动，第一齿轮组件具有单向传动特性，工况变换装置在两组件之间有选择地引入空动。

18、如权利要求17所述的机构，其特征在于：所述引入空动的装置包括一个相移装置。

19、如权利要求18所述的机构，其特征在于：所述相移装置是一个固定在传动连接中的装置，该装置在齿轮组件的所述其余两侧间延伸。

20、如权利要求19所述的机构，其特征在于：第二齿轮组件至少有些齿隙;设有工况变换装置用于在机构工况没变时消除该齿隙。

21、如权利要求20所述的机构，其特征在于：齿轮组件具有互相为1∶1的速比。

22、如权利要求21所述的机构，其特征在于：至少一个齿轮组件是一组蜗杆蜗轮。

23、如权利要求16所述的机构，其特征在于：转动构件具有的斜齿旋向相反并处于两个轴向平行的圆柱外壳的表面;通过施加的旋转传动使构件互相以相对的方向一致转动。

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