CN103939502A - 一种齿轮制动器及其应用的齿轮离合器 - Google Patents

Abstract

一种齿轮制动器及其应用的齿轮离合器，齿轮制动器包括：制动轴、蜗轮、变速齿轮、蜗杆、压力器及多个传动齿轮；利用制动轴带动蜗轮同时经变速齿轮变速后传动蜗杆，使蜗杆的自转转速与蜗轮的转速达到它们的传动比，此时蜗轮不受蜗杆影响，利用压力器移动蜗杆或利用变速齿轮改变蜗杆的转速，使蜗杆抵住蜗轮使其受力从而实现制动作用。齿轮离合器包括齿轮制动器和行星齿轮装置，利用齿轮制动器的制动来实现行星齿轮装置某一部件上的动力从无到有的变化，从而实现了离合器的功能。

Description

一种齿轮制动器及其应用的齿轮离合器

技术领域

本发明是一种制动器及其应用的离合器，具体说是一种不用摩擦片而是用蜗轮蜗杆来实现制动的齿轮制动器和利用该制动器实现的齿轮离合器。 

背景技术

目前的制动器和离合器大多依靠摩擦片的摩擦产生阻力来阻止或传递动力，而摩擦过程产生的热量和摩损都很大，使它们容易损坏，特别是摩擦力的大小无法直观的控制，这使得现有的制动器和离合器易损并且操控性很差，容易造成操作失误。 

发明内容

本发明的目的是提供一种磨损小，发热少，能直观的控制阻力大小或动力大小的齿轮制动器及其应用的齿轮离合器。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种齿轮制动器及其应用的离合器，其中，包括：制动轴、蜗轮、变速齿轮、蜗杆、压力器及多个传动齿轮；所述蜗轮固定在所述制动轴上，所述制动轴上固定有所述第一传动齿轮并与所述变速齿轮传动，所述蜗杆上装有所述第二传动齿轮并与所述变速齿轮传动，所述蜗杆与蜗轮齿合，当制动轴带动蜗轮转动同时利用传动齿轮经变速齿轮变速后传动蜗杆，使蜗杆自转，当蜗杆的自转转速与蜗轮的转速达到它们的传动比，此时蜗轮不受蜗杆影响；所述压力器作用于所述蜗杆上，利用压力器推移蜗杆或利用变速齿轮改变蜗杆的转速，使蜗杆抵住蜗轮阻止其转动，进而使制动轴受到阻力停止转动，从而实现了制动作用。 

所述变速齿轮为多个齿轮组合，与制动轴位置相对固定或能绕制动轴转动；因为要变速，所以至少需要两个圆径不等的齿轮组合在一起，根据实际所需和空间布置，合理设置齿轮数目达到变速要求，当使用压力器直接推压蜗杆时，变速齿轮就与制动轴位置相对固定；当使用变速齿轮改变蜗杆转速时，就要让变速齿轮能绕制动轴转动，因为它除了变换制动轴的转速外，其自身也要能够变化转速，当它绕制动轴转动时，它自转速度也会变化，如果制动轴为多个同步轴组合时，则变速齿轮绕与其齿合的那个制动轴转动。 

当所述变速齿轮为能绕制动轴转动时，变速齿轮与所述第二传动齿轮之间装有一个以变速齿轮所绕制动轴为轴中心的第三传动齿轮，以及同时与第三传动齿轮和第二传动齿轮均正齿合的第四传动齿轮，第三传动齿轮能绕制动轴转动并且其与变速齿轮的传动比不等于1。因为变速齿轮转动的话，会与蜗杆上的第二传动齿轮脱齿，所以需要增加一个能与变速齿轮一同绕制动轴转动的第三传动齿轮，又因为第三传动齿轮不能与第二传动齿轮正位齿合，所以还要增加一个能同时与第二传动齿轮和第三传动齿轮均正齿合的第四传动齿轮，因为绕转的目的是自变速，所以第三传动齿轮和变速齿轮齿合的传动比不能为1，否则变速齿轮绕转时第三传动齿轮转速不会变化。 

所述蜗杆能沿蜗杆所在轴作轴向移动，并能与所述压力器互相推压。就是让压力器能推移蜗杆，使其阻齿蜗轮转动，或者蜗轮压移蜗杆，使蜗杆压住压力器，从而受到反作用力反过来抵住蜗轮。 

所述蜗杆上装有的第二传动齿轮与蜗杆同步转动，随蜗杆轴向移动或不随蜗杆轴向移动。第二传动齿轮转动蜗杆，如果该传动齿轮是直齿轮并有足够厚度就可以和蜗杆一起轴向移动，不然蜗杆移动后该第二传动齿轮会与变速齿轮或第四传动齿轮脱齿，这种情况下就不能让它随蜗杆移动。 

 所述压力器为钢性顶压装置或弹性顶压装置或液压装置，如果直接停止蜗轮转动则用钢性顶压装置，如果动态施加阻力则用弹性顶压装置，如弹簧，当遇到较大动力时，则需要借助液压装置来放大压力。当用弹簧顶压装置时，它们产生的压力是被压缩距离所固定的，因此固定住它们的压缩距离，就固定了它们产生的压力大小，所以这种齿轮制动器的制动力是可以直观的控制的。 

所述多个传动齿轮为直齿轮或锥齿轮或斜齿轮，当两个齿轮直角传动时，可设成锥齿轮，当两个齿轮平面传动时，可设成直齿轮或斜齿轮。 

 所述的齿轮离合器，包括上面所述的齿轮制动器以及行星齿轮装置，所述行星齿轮装置与所述齿轮制动器的制动轴连接，所述行星齿轮装置包括太阳轮、行星轮、行星架及齿圈，在行星齿轮装置中，太阳轮、行星架和齿圈三者是同轴转动的，它们靠行星轮保持三者受力平衡，将它们三者中任意一个（假设为A）与动力输入轴连接，另外的任意一个（假设为B）与制动轴连接，剩下的一个（假设为C）与动力输出轴连接，当A恒定输入动力转动时，则B与C保持一定比例的力平衡状态；当B没有受到制动时，如果C受到阻力，则A会带动B转动，动力会全部从B上面流失，C不会受到动力作用，此时相当于离合器分开的状态；当B被制动后，A要继续转动则必须让C转动，此时就相当于离合器接合的状态，A的动力全部传到C上；在这之间C上能接收到多少动力，则需要看B的制动状态，B的制动力越大，则C能获得的动力也按一定比例增大，这相当于离合器的半离合状态，因为B的制动力是可以直观的控制的，所以C能获得的动力也就可以直观的控制，所以说这种齿轮离合器是可以直观的控制的，可以让它的输出动力限定在某个大小的范围下，想让它有多大的力，它最多就只能有多大的力。 

优先的，在本发明的齿轮制动器及其应用的齿轮离合器的各齿轮之间增加齿轮作间接传动，不会改变本发明的最终功能，均视为本发明的保护范围。 

附图说明

图1 为本发明的能用变速齿轮改变蜗杆转速的齿轮制动器前视图。 

图2 为图1的齿轮制动器右视图。 

图3 为图1的齿轮制动器轴测图。 

图4 为图1的齿轮制动器轴测图。 

图5 为本发明的直接用压力器推压蜗杆的齿轮制动器前视图。 

图6 为本发明中的行星齿轮装置示意图。 

图7 为本发明的齿轮离合器前视图。 

图8为本发明的齿轮离合器轴测图。 

图中标号：1-制动轴；2-蜗轮；3-变速齿轮；4-蜗杆；5-压力器；6-第一传动齿轮；7-第二传动齿轮；8-第三传动齿轮；9-第四传动齿轮；10-太阳轮；11-行星轮；12-行星架；13-齿圈；标号1’至7’分别表示标号1至7。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的齿轮制动器及其应用的齿轮离合器作进一步详细说明。 

实施例

实施例一

     参照图1—图4 （示意图中所画齿轮的齿牙数目并不代表本实施例中所需齿牙数目，且所有齿轮模数相同）：设有一对蜗轮和蜗杆，它们的传动比为4：1，即当它们齿合时蜗杆转4圈蜗轮转过1圈，将制动轴1与蜗轮2和第一传动齿轮6固定作同步转动，第一传动齿轮6齿合变速齿轮3，设变速齿轮3的大小圆径上的齿数比为4：1，变速齿轮3装在能绕制动轴1转动的轴套上，使变速齿轮3能绕制动轴1转动，第三传动齿轮8套在制动轴1上，位于第一传动齿轮6和蜗轮2之间，能绕制动轴1转动，并与变速齿轮3齿合，（这里设变速齿轮3与第三传动齿轮8齿合的传动比为2：1）在第三传动齿轮8的外围设有一个第四传动齿轮9，使其与第三传动齿轮8齿合的同时也能与第二传动齿轮7正位齿合，第二传动齿轮7装在蜗杆4上，能与蜗杆4同步转动，蜗杆4与蜗轮2齿合，压力器5装在蜗杆4的下面，这里用弹簧作为压力器，此时不对蜗杆有力的作用；在这里第二传动齿轮7与第一传动齿轮6相同，因此，第一传动齿轮6转一圈时，经过变速齿轮3变速后能使第二传动齿轮7转4圈，而蜗轮2与第一传动齿轮6同步，蜗杆4与第二传动齿轮7同步，因此，蜗轮2转一圈，能使蜗杆4转4圈，正好等于它们的传动比4：1，此时转动蜗轮2时，蜗杆4不会对蜗轮2有影响。

 当需要对制动轴1制动时，顺制动轴转向转动变速齿轮3，因为变速齿轮3与第三传动齿轮8的齿合传动比为2：1，所以变速齿轮转过x度角时，第三传动齿轮会被反转二分之x的角度，因此最终使蜗杆4的自转减慢，蜗轮2的齿速快过蜗杆上螺纹的移动，蜗轮将压住蜗杆，因为蜗杆能轴向移动，所以蜗轮能继续转动，当蜗杆移过的距离弥补了其自转减慢造成螺纹滞后的距离时，蜗轮与蜗杆重新同步，此时因为蜗杆轴向移动，压缩了弹簧，弹簧产生了弹力反作用于蜗杆，使蜗杆给于蜗轮一定的顶力，阻止了蜗轮的转动，当弹力超过蜗轮上的转动力时，蜗轮将被制动而停止转动，最终连接动力的制动轴也被制动停转。 

从上述可以看出，本发明的齿轮制动器依靠弹簧的弹力反作用于蜗杆，然后作用给蜗轮，使其受力制动，整个过程只有蜗轮的齿牙与蜗杆的螺纹有摩擦，而它们的摩擦是光滑的，阻力小，所以磨损和发热是很小的，压缩弹簧产生的弹力可以用压缩距离来定量的，而压缩距离是由变速齿轮的绕转角度来确定的，因此控制变速齿轮的绕转角度就可以控制对弹簧的压缩距离，从而控制产生的弹力，从而控制制动齿轮受到的制动力，所以说这种齿轮制动器是可以直观的控制的，不像现有的摩擦制动器只能靠感觉，而无法知道它倒底受到了多大的制动力。 

本实施例中的蜗轮的四周可以加装多个蜗杆，并且能受变速齿轮同时控制，由此可以增加制动力的变化范围。另外该齿轮制动器制动后，如果反转蜗轮，则它不受制动力控制，所以具有单向制动的特性，把压力器换成钢性压力装置或小幅度的弹性压力装置，它就是一种超越离合器，而且是可以改变转动方向的双向超越离合器，即当变速齿轮顺转拉动后（顺转——顺时针转动；反转——逆时针转动），制动轴不能顺转，但能反转，把变速齿轮反向拉动后，制动轴就只能顺转，不能反转了。 

实施例二

    参照图5：该齿轮制动器与实施例一不同之处在于，它的变速齿轮3’不绕制动轴1’转动，所以没有第三传动齿轮和第四传动齿轮，它的变速齿轮3’直接齿动第二传动齿轮7’，需要制动时，直接抬升压力器5’，将蜗杆4’顶住蜗轮2’实现制动，此种设计结构与控制方法都很简单，但因为控制力是直接作用与蜗轮的，所以所需的控制力较大，需要增力装置辅助推压压力器。

实施例三

参照图1—图8 ：齿轮离合器包括有齿轮制动器和行星齿轮装置，行星齿轮装置由太阳轮10、行星轮11、行星架12和齿圈13组成，将太阳轮连接动力输入，提供动力，将行星架连接制动轴1，将齿圈作为动力输出提供输出动力。当齿轮制动器未制动时，行星架可以转动，齿圈则无法得到动力转动，此时该齿轮离合器处于分离功能状态，当齿轮制动器开始制动并逐渐增大制动力时，行星架开始受阻力并且越来越大，在行星轮的作用下，行星架的阻力将反馈到齿圈上，齿圈将开始同比受力而输出动力并且越来越大，此时就是该离合器的半离合状态，当齿轮制动器完全制动后，行星架被固定不能转动，太阳轮上的动力全部经行星轮转移到齿圈上，齿圈将输出全部的动力，此时就是该离合器的闭合状态。

 从上述可以看出，齿轮离合器的动力输出与其所使用的齿轮制动器的制动力成正比的，而该齿轮制动器是直观可控的，所以该离合器的动力输出也就能直观可控了，将齿轮制动器的制动力控制在小于输入动力之下，当制动后，离合器的输出动力将只能小于输入动力，当输出遇阻后使输出所需动力大于输入动力时，动力输出的齿圈将停止，行星架获得的动力将增加并突破齿轮制动器的额定制动力，行星架开始转动，这样动力输入的太阳轮不会停转，从而能有效保护动力输力设备不会因过载而停止甚至损坏，尤其是用在机动车上，不但能保护发动机，而且再也不会因为松离合器过快而熄火了。 

Claims (9)

1.一种齿轮制动器，其特征在于，包括：制动轴、蜗轮、变速齿轮、蜗杆、压力器及多个传动齿轮；所述蜗轮固定在所述制动轴上，所述制动轴上固定有所述第一传动齿轮并与所述变速齿轮传动，所述蜗杆上装有所述第二传动齿轮并与所述变速齿轮传动，所述蜗杆与蜗轮齿合，所述压力器作用于所述蜗杆上。

2.根据权利要求1所述的齿轮制动器，其特征在于，所述变速齿轮为多个齿轮组合，与制动轴位置相对固定或能绕制动轴转动。

3.根据权利要求1至2中所述的齿轮制动器，其特征在于，当所述变速齿轮为能绕制动轴转动时，变速齿轮与所述第二传动齿轮之间装有一个以变速齿轮所绕制动轴为轴中心的第三传动齿轮，以及同时与第三传动齿轮和第二传动齿轮均正齿合的第四传动齿轮，第三传动齿轮能绕制动轴转动并且其与变速齿轮齿合的传动比不等于1。

4.根据权利要求1所述的齿轮制动器，其特征在于，所述蜗杆能沿蜗杆所在轴作轴向移动，并能与所述压力器互相推压。

5.根据权利要求1所述的齿轮制动器，其特征在于，所述蜗杆上装有的第二传动齿轮与蜗杆同步转动，随蜗杆轴向移动或不随蜗杆轴向移动。

6.根据权利要求1所述的齿轮制动器，其特征在于，所述压力器为钢性顶压装置或弹性顶压装置或液压装置。

7.根据权利要求1所述的齿轮制动器，其特征在于，所述多个传动齿轮为直齿轮或锥齿轮或斜齿轮。

8.一种齿轮离合器，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的齿轮制动器以和行星齿轮装置，所述行星齿轮装置与所述齿轮制动器的制动轴连接。

9.根据权利要求8所述的齿轮离合器，其特征在于，所述行星齿轮装置包括太阳轮、行星轮、行星架及齿圈。