CN102297249A

CN102297249A - 一种齿轮式耦合器

Info

Publication number: CN102297249A
Application number: CN2010102179963A
Authority: CN
Inventors: 孟良吉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: WO2011160590A1; CN102297249B

Abstract

一种齿轮式耦合器，属于机械制造领域。本发明采用了两个对接的周转轮系，一个是单行星齿轮周转轮系，另一个是双行星齿轮周转轮系。第一级周转轮系从保持架输入动力后，从两个中心轮分别向第二级周转轮系的保持架和一个中心轮传递动力，由第二级周转轮系的另一个中心轮输出动力。当轴向尺寸需要进一步缩小时，甚至可以使整体结构类似目前汽车技术常用离合器一样呈盘状。本发明的一种齿轮式耦合器，相对于液力耦合器和液力变矩器有更好的效率和加工工艺性，相对于传统离合器具有比主减振弹簧或双质量飞轮更大的扭转减振工作角度。

Description

一种齿轮式耦合器

技术领域本发明属于机械制造领域。本发明总地涉及一种由两种周转轮系构成的机构，该机构可以传递设计扭矩时表现柔性传动特征——比如运用于汽车技术时，当输出端因车辆下坡超速时，表现出与输入端运动关系脱开的超越离合器的功能；或者相反，当油门不足而无法行驶时，实现输出端逐渐停止转动、输入端自行运转的过载保护。确切地，可以称之为齿轮式耦合器。

背景技术目前就道路车辆技术而言，关于变速箱主要有两种方案，即自动变速箱和手动变速箱。其中，手动变速箱由于效率和成本等长处，在车辆技术中有很大的应用面。在手动变速箱与发动机之间的动力传递路线中，设置有离合器，用以结合时连接或分离时切断动力传递路线；离合器彻底结合之前的滑磨过程，可以用来保证车辆缓慢行驶起步；滑磨也可以用来对动力传递路线上的零件起过载保护作用；由于发动机点火做功是不连续的脉冲式的，存在圆周方向的振动，所以离合器从动盘在圆周方向设置了减振弹簧，以隔离振动向变速箱传递，避免引起变速箱中齿轮之间的磕碰异响和车速的耸动等。但减振弹簧的工作角度有限，当需要更大的减振工作角度时，采用双质量飞轮来隔离振动。

这些技术对本领域普通技术人员而言，属于专业基础知识，所以本说明书不再就上述论述涉及的零部件详细图解说明。

离合器的分离与结合之间的过程和适当控制需要专门掌握，在城市工况等频繁操作时造成驾驶疲劳，而且从动盘本身又属于易损件等等，表明离合器方案存在客观不足。

发明内容本发明针对离合器的以上不足，运用两个不同种类的周转轮系，将它们对接起来，构成一种可以取代离合器的柔性传动的齿轮式耦合器；由于隔离振动的工作角度理论上不受限制，也更优于双质量飞轮技术；另外也可以用于自动变速器取代液力变矩器。

较好的是，本发明采用两个对接的周转轮系，一个是单行星齿轮周转轮系，另一个是双行星齿轮周转轮系。第一级周转轮系从保持架输入动力后，从两个中心轮分别向第二级周转轮系的保持架和一个中心轮传递动力，由第二级周转轮系的另一个中心轮输出动力。

较好的是，当单行星齿轮周转轮系为第一级时，其输出端是同向转动的；而第二级双行星齿轮周转轮系的两个输入端是保持架和内中心轮，它这样作为第二级的要求正好是两个输入动力同向转动。这样的结构比较简洁。

较好的是，当单行星齿轮周转轮系为第二级时，其两个输入端要求输入动力是反向转动的，那么第一级双行星齿轮周转轮系的内中心轮输出端带有单向转动机构，只能相对其保持架反向转动，这样才能保证其输出能符合第二级的要求。

较好的是，当轴向尺寸需要进一步缩小时，甚至可以将一级周转轮系在半径方向套在另一级之外，进一步缩小轴向尺寸，使整体结构类似目前汽车技术常用离合器一样呈扁平盘状。

附图说明首先说明，本发明的说明书附图均为结构简图，这些图中都省略了所有轴承、键与键槽、润滑方式、机体、密封件、放油口等等申请人认为于说明技术方案无关的具体结构细节；除附图3为了清晰展示齿轮间的啮合关系所以采用齿轮的正面视图而将所有齿轮简化为圆外，其余附图都采用齿轮的厚度方向的侧面视图，将每个齿轮的辐板简化为线段、轮齿简化为辐板两端的短线段(斜的短线段表示伞齿轮)；当齿轮空套在轴上时，以代表轴的线段穿过两平行短线段表示。

图1为常见的单行星齿轮周转轮系结构示意图；

图2为单行星齿轮周转轮系在现有自动变速器中常用的一种变型结构；

图3为本发明采用的双行星齿轮周转轮系的结构示意图；

图4为本发明的整体构造示意图；

图5为本发明的另一种整体构造示意图。

为进一步说明本发明的一种齿轮式耦合器的结构、效果及其优点，下面将结合附图在具体实施方式中加以详细说明。

具体实施方式首先介绍周转轮系的分配、合成两种功能，以及周转轮系的变型：

如附图1所示，其中，11为输入齿轮(及其轴)，12为保持架齿轮，其辐板作为保持架装配着行星齿轮14和16，13和15为两个中心轮(及其轴)。这是一个典型的对称式周转轮系。

第一种情况，当动力矩经输入齿轮11、保持架齿轮12传到行星齿轮14和16，将按扭矩相等的规则向两个中心轮13和15传递，可见这个轮系具有分配动力的功能。在汽车中作为差速器使用，两个中心轮13和15分别连着左右驱动轮。此时本发明也称之为分配节。

第二种情况，当有两个动力矩从输入齿轮11和中心轮15分别传入，只要与中心轮13上的阻力矩一起符合简单的大小和方向关系(保持架齿轮12与中心轮15的转动方向必须相反)，动力矩将从中心轮13输出。可见这个轮系具有合成动力的功能，此时本发明也称之为合成节。(中心轮13和15是完全对称的结构，说明时可以对调，后续叙述中对这类同等地位的情况，不再说明)

无论上述哪种情况，对称式周转轮系的内在扭矩和转速关系是：

保持架齿轮12上的扭矩的一半＝中心轮13或15上的扭矩；

保持架齿轮12的转速的两倍＝中心轮13与15的转速之和。

如附图2所示，其中，零件21/23是内/外中心轮(分别是外齿、内齿)，零件26、22分别是它们的轴，零件24、29是重复设置的同样的行星齿轮，零件25是保持架齿轮，零件28、27是输入齿轮及其轴。这是图1所示周转轮系的变型结构，这种变形结构方便于一个以上周转轮系紧凑串联，在现有自动变速器中使用广泛。因为两中心轮不再相同，前述内在扭矩和转速关系会因齿数关系变化而变化。

以上介绍了周转轮系的分配、合成功能，以及周转轮系的变型结构。相对于以下介绍的另一种周转轮系，本发明称这种周转轮系为单行星齿轮周转轮系。下面介绍另一种本发明所命名的双行星齿轮周转轮系及其功能。

如附图3所示，31为内中心齿轮；35为外中心齿轮(内齿圈形式)；32/34和36/37为两个同样的外/内行星齿轮组，每个行星齿轮都通过各自的轴安装在保持架33上(图中两个保持架33在实际结构中是同一个保持架的同等部分)，根据尺寸和需要，可以设置更多外/内行星齿轮组。这是另一种完整的周转轮系，与附图2所示的单行星齿轮周转轮系相比，其特点是，单行星齿轮周转轮系中联系内外中心轮的每个行星齿轮，都由外/内行星齿轮这样两个一组的双行星齿轮组取代。本发明即称这样的周转轮系为双行星齿轮周转轮系。

这个双行星齿轮周转轮系的运转特点是：当固定外中心齿轮35时，转动内中心齿轮31，则整个保持架33相对于内中心齿轮31反向转动。所以，当以单行星齿轮周转轮系的两个同向转动的外/内中心轮分别向这个双行星齿轮周转轮系的保持架33和内中心齿轮31输入适当比例和大小的同向转动扭矩，这个轮系就表现出合成功能，动力可以合成到外中心齿轮35输出。这个轮系的保持架与内外中心齿轮的转速和扭矩矢量关系为：

R_{e} = \frac{Z_{a} R_{a} - Z_{b} R_{b}}{Z_{a} - Z_{b}};

Te＝Ta+Tb

其中，Z为齿数，R为转速，T为扭矩；下标a/b为外/内中心齿轮，e为保持架。

本发明的一种齿轮式耦合器的整体结构如附图4所示，以辐板保持架42为界，右半部为负责输入动力及分配的第一级周转轮系，采用附图2所示单行星齿轮周转轮系结构，各零件名称和序号相同，只是取消了两中心轮的轴22/26，由贯通轴41代替；左半部为负责合成动力并输出的第二级周转轮系，采用附图3所示双行星齿轮周转轮系，只是保持架33被外中心轮23的辐板取代，称为辐板保持架42，并且其上固定连接着各行星齿轮的轴43。

在实际运用中，输入轴27和输入齿轮28往往取消，而保持架齿轮25相应只是一块连接发动机飞轮的圆盘，或者可以直接就是飞轮本身。动力从飞轮输入到第一级的单行星齿轮周转轮系的整个保持架，带动行星齿轮24和29公转，使内中心轮21、外中心轮23同向转动并根据齿数比获得动力分配；而内中心轮21和第二级的双行星齿轮周转轮系的内中心齿轮31由贯通轴41直接固定连接、外中心轮23的辐板又直接作为第二级的双行星齿轮周转轮系的保持架即辐板保持架42而直接驱动其上所有行星齿轮32、34、36、37公转，这样，动力最终从外中心齿轮35输出。

以上即为本发明的一种齿轮式耦合器。

根据运动学规律的推导，事实上，前述第一级和第二级对调也是一样的：假设前述附图4的两级周转轮系对调，如附图5，沿用附图4序号的则零件名称也沿用，未沿用的不再文字说明，标注增加了输入保持架51，新的贯通轴52(考虑其上固定连接的齿轮改变了位置)，新的辐板保持架53(考虑已是另一齿轮的辐板)。动力从飞轮到输入保持架51，带动两行星齿轮组32/34和36/37公转，使内中心轮31反向、外中心轮35同向转动(注1)并根据齿数比获得动力分配，通过贯通轴52、外中心轮35的辐板保持架53驱动内中心轮21和行星齿轮24、29，这样，动力最终从外中心齿轮23输出。

注1：因为双行星齿轮周转轮系的另一运转特点是：当保持架上的动力矩相对两中心轮的阻力矩很大时(具体数值还与内摩擦力、惯性质量、加速度等相关，本申请不作理论计算)，内/外中心轮随保持架一起同向运转，这不符合附图1说明时，作为合成节的单行星齿轮周转轮系对保持架和输入中心轮转向相反的要求。所以，这种构成方式的前提条件是，在贯通轴51的支撑部位设置一个单向转动机构，以限制其与输入保持架51同向转动。当中心轮31和固定连接的21不能与保持架51同向转动，则外中心齿轮35被保持架51以略低的转速带动，通过其辐板保持架53，带动外中心轮23转动，外中心轮23直接带着负载，也就是外中心齿轮35直接带着负载，则内中心齿轮31和21被反向转动起来，动力合成到外中心轮23输出。单向转动机构有自由轮离合器、棘轮机构等常见机构，不再附图和详细说明。

当本发明的一种齿轮式耦合器需要进一步缩小轴向尺寸时，甚至可以将一级周转轮系在半径方向套在另一级之外，本领域技术人员可以由附图4、5简单变形得出，不再附图示意和说明。

最后再次指出，本发明涉及的两种周转轮系，都有其内部固有的运动学关系和力矩关系，各级齿数比需要根据设计目标计算确定；而在合成节无法达到理论匹配关系才出现了过载保护；因此另外，申请文件的所有附图中，各齿轮大小仅仅是原理示意，不存在常理之外的图面推导关系。

Claims

1.一种齿轮式耦合器，包括：

两个对接的周转轮系，第一级周转轮系从保持架输入动力后，从两个中心轮分别向第二级周转轮系的保持架和一个中心轮传递动力，由第二级周转轮系的另一个中心轮输出动力，其特征在于，

两个周转轮系，一个是单行星齿轮周转轮系，另一个是双行星齿轮周转轮系。

2.如权利要求1所述的一种齿轮式耦合器，其特征在于，

单行星齿轮周转轮系为第一级时，其输出端是同向转动的；第二级双行星齿轮周转轮系的两个输入端是保持架和内中心轮。

3.如权利要求1所述的一种齿轮式耦合器，其特征在于，

单行星齿轮周转轮系为第二级时，其两个输入端是反向转动的；第一级双行星齿轮周转轮系的内中心轮输出端带有单向转动机构，只能相对其保持架反向转动。