CN1044275C - 藉输入方向操控速比之差动轮系 - Google Patents

Abstract

一种藉输入方向操控速比之差动轮系，藉由变化差动轮系输入轴之转向以使其输出速比变换而获得不变或者变换其输出方向，其中输入轴可以与太阳轮、行星轮或外环齿轮直接连接，在壳体和差动轮系的组件之间，以及差动轮系组件和输出轴之间可以设置一个或几个单向传动机构。在选择地对差动轮系组件进行阻动，并结合以输入轴转动方向的改变，就可以使输出轴以不同的速度转动。

Description

藉输入方向操控速比之差动轮系

本发明涉及一种藉输入方向操控速比之差动轮系。

传统的可变速比齿轮系统通常需要离合装置和可轴向拨动移位的齿轮组，但离合器的费用昂贵，而轴向拨动移位装置常产生换档不顺畅的现象，效果不够理想。SU-530137公开了一种齿轮装置，它靠改变输入轴的转向可产生不同的输出速比，但它并非用于差动轮系。SU-1796813A和CN-1062590A所公开的装置涉及单向离合器在行星齿轮装置的各种应用，但它们并不能藉改变输入轴的转向使输出速比改变。

因此，本发明的主要目的，乃在于提供一种藉输入方向操控速比之差动轮系。

根据本发明的藉输入方向操控速比之差动轮系，它藉由变化差动轮系输入轴之转向以使其输出速比变换而获得不变或者变换其输出方向，其中之一种结构多组串级应用或由前述两种方式混合串级应用。

以下结合附图详细阐述本发明的特征和优点。

附图中

图1为藉输入方向操控速比之差动轮系之基本原理结构示意图；

图2为以外环齿轮为输入轴的实施例；

图3为以差动齿轮牵动臂直接牵动输入轴之应用例；

图4为以外环齿轮结合于输出轴之应用例；

图5为藉输入方向操控速比之串联式急回差动轮系之实施例；

图6为藉输入方向操控速比之并联式急回差动轮系之实施例；

图7为藉输入方向操控速比之双动式急回差动轮系之实施例。

图1所示为此项藉输入方向操控速比之差动轮系之基本原理结构示意图，图中主要包括：

输入太阳齿轮T1：供耦合差动齿轮T3以及结合于输入轴S0；

差动齿轮T3：由一组或一组以上的行星轮所构成，差动齿轮耦合于太阳齿轮与外环齿轮之间，其所牵动之传动臂A3供经单向传动机构SC31牵动输出轴S1，及经一组反方向之单向传动机构SC32与静止外壳耦合；

外环齿轮T2：为耦合于差动齿轮T3，并藉一组单向传动机构SC21藉合于输出轴S1，及经一组反方向之单向传动机构SC22与静止外壳耦合；

上述单向传动结构中SC21与SC31可作同方向并列耦合于输出轴S1，或为同轴内外环状套合于输出轴S1亦可；另外设置于外环齿轮及差动齿轮摇臂与静止壳体间之单向传动机构SC22及SC32为呈相同运作方向，并与前述SC31、SC32作用方向相反，其设置方式可为各别并列设置或呈同轴内外环状套合于静止壳体与外环齿轮及差动齿轮所牵动之摇臂之间。

藉着上述结构，若选择外环齿轮及差动齿轮对静止壳体之单向传动机构为外环齿轮顺时针方向呈空转，而与输出轴S1之耦合方向为呈顺时针方向可传动之选择设计为例，此项藉输入方向操控速比之差动轮系可成下列两种输出状态：

A．当输入轴S0呈顺时针回转驱动时(CW)，则因外环齿轮向反时针方向之扭力被单向传动机构SC22限制，此时由差动齿轮之传动摇臂作顺时针驱动，经单向传动机构SC31对输出轴S1驱动，其速比为：

    R=1+T2/T1；

B．当输入轴S0呈反时针回转驱动时(CCW)，则因差动齿轮之传动摇臂向反时针方向之扭力被单向传动机构SC32所限制，此时由外环齿轮作顺时针方向驱动，经单向传动机构SC21对输出轴驱动，其速比为：

    R=-T2/T1。

基于上述基本原理之阐述，其实际应用具有多样性，包括：由太阳齿轮、差动齿轮、外环齿轮其中之一为输入轴，其余两者依上述作动之原理藉单向传动机构组耦合于输出轴及静止壳体之间，例如：

如图2所示为以外环齿轮为输入轴实施例，主要结构关系为：

外环齿轮T2连接输入源作正反转输入；

太阳齿轮T1供与差动齿轮T3相互传动并藉单向传动机构SC131耦合于输出轴S1；

差动齿轮组T3之牵动摇臂A3耦合于输出轴S1并与其一起旋转(或呈同轴心环状套合)，摇臂A3与固定机壳间设置单向传动结构SC122(或呈同轴心环状套合)，而其动作方向与太阳齿轮T1耦合于输出轴之单向传动机构SC131相同；

输出关系为在第一旋转方向时，差动齿轮T3所牵动之摇臂A3被与静止壳体间之单向传动结构SC122所限制而呈静止，输出轴S1由太阳齿轮T1经单向传动机构SC131所驱动，其输出比为：

    R=-T1/T2；

当输入轴S0呈另一转向时，则太阳齿轮T1为本身与固定壳体间之单向传动机构SC131所限制，此时输出轴S1由差动齿轮T3之牵动臂A3所牵动，其输出比为：

    R=1+T1/T2。

由于原动方向相反，故其输出在原动之正反转输入时皆呈同方向输出。

如图3所示为以差动齿轮牵动臂直接牵动输入轴之应用例，主要结构关系为：

差动齿轮T3牵动臂A3结合双向输入动力源作正反转输入；

太阳齿轮组T1及外环齿轮组T2为各别藉一组同方向单向传动机构SC231,SC221分别耦合于输出轴S1(或两组单向传动装置呈同轴心环状套合)，以及分别在上述太阳齿轮T1及外环齿轮T2与固定机壳间设置单向传动机构SC232及SC222(或两组单向传动装置呈同轴心环状套合)，而其作动方向与耦合于输出轴之单向传动机构SC231及SC221相反；

输出关系为当第一旋转方向时，太阳齿轮T1被设置于太阳齿轮及固定壳体间之单向传动机构SC232所限制而呈静止，此时输出轴S1由外环齿轮T2经设置其间之单向传动机构SC221所驱动，其输出比为：

    R=1/(1+T2/T1)；

当输入轴S0呈另一方向驱动时外环齿轮T2被设置于外环齿轮及固定壳体间之单向传动机构SC222所限制而呈静止，此时输出轴S1由太阳齿轮T1经设置其间之单向传动机构SC231所驱动，其输出比为：

    R=1/(1+T1/T2)；

如图4为以外环齿轮结合于输出轴之应用例，其主要结构关系为：

差动齿轮T3牵动臂A3藉单向传动机构SC422耦合于壳体；

输入轴S0用以结合及驱动太阳齿轮T1以作正反转回转动力输入；以及藉一单向传动机构SC421耦合于外环齿轮T2及输出轴S1；

太阳齿轮T1：为供啮合于差动齿轮T3及结合于输入轴S0；

输出关系为当第一旋转方向时，外环齿轮T2及输出轴S1被其与输入轴S0间之单向传动机构SC421所传动，此时设置于差动齿轮摇臂A3与壳体间之单向传动机构SC422则呈空转，此状态之输出比为：

    R=1；

当输入轴S0呈另一回转方向时，外环齿轮T2与输入轴S0间之单向传动机构SC421呈空转，而设置于差动齿轮摇臂A3与壳体间之单向传动机构SC422呈锁住状态，此时差动轮系呈由外环齿轮T2输出之状态，此状态输出比为：

    R=-T1/T2。

此项设计进一步为在切换原动侧之驱动转向而同时变换其输出速比及转向之一种创新急回差动轮系，为提供一种在原动轴正反转时能呈相对正反转但为不等速比之差动轮系，以增进机构设计之方便性及急回运动效率。

此项急回差动轮系之实施方式依结构元件中单向传动结构之分布分为(A)串联式(B)并联式(C)双动式，兹就其实施例说明如下：

(A)串联式：如图5所示为此项藉输入方向操控速比之串联式急回差动轮系之实施例示意图，其主要构成如下：

输入轴S50：为供耦合可作正反转驱动动力源；对急回差动轮系输入正反转回转动力；

太阳齿轮T51：其回转动力为藉单向传动机构SC51与输入轴S50耦合，并与差动齿轮组T52啮合；

差动齿轮T52：为藉所牵动臂A52经单向传动机构SC52与输出轴S51耦合，并与外环齿轮T53啮合；

外环齿轮T53：为呈环状内齿轮供啮合差动齿轮，其本身并与固定机壳耦合；

单向传动机构SC53：为设置于输入轴S50与输出轴S51之间；

上述单向传动机构SC53之可传递动力作动方向之关系为SC51与SC52同时在第一驱动方向时作动力传递，在相反方向驱动时则呈脱离状态，SC53则为另一方向驱动时作动力传递；

其他相关机壳及螺丝等习用齿轮箱之构成元件；不另叙述。

(B)并联式：如图6所示为此项藉输入方向操控速比之并联式急回差动轮系之实施例示意图；其构成主要包括：

输入轴S60：为供耦合可作正反转之回转动力源，对急回差动轮系输入正反转回转动力；

太阳齿轮T61：为供连结输入轴S60及耦合差动齿轮T62；

差动齿轮T62：供耦合太阳齿轮T61及外环齿轮T63，各组差动齿轮之轴心为固设于壳体；

外环齿轮T63：为供耦合于差动齿轮T62，并藉单向传动机构SC622之动力传递驱动输出轴S61，及藉另一组单向传动机构SC621耦合于固定壳体，在不同受力方向时作转动或受限制静止；

单向传动机构SC623：为设置于输入轴S60与输出轴S61之间；

上述单向传动机构SC623之可传递力作动方向之关系为在第一驱动方向时SC621使外环齿轮T63呈自由转动，SC622使外环齿轮之动力传输至输出轴S61，而SC623则使输入轴S60与输出轴S61间呈空转；在第二驱动方向时SC621使外环齿轮呈限制静止，SC623使输入轴与输出轴结合，SC622使输出轴与外环齿轮间呈空转；

其他相关机构壳及螺丝等习用齿轮箱之构成元件；不另叙述。

(C)双动式：如图7此项藉输入方向操控速比之双动式急回差动轮系之实施例示意图，其构成主要包括：

输入轴S70：为供耦合可作正反转之回转动力源，对急回差动轮系输入正反转回转动力，并经单向传动机构SC722耦合于输出轴S71；

太阳齿轮T71：为供连结输入轴S70及耦合差动齿轮T72；

差动齿轮T72：供耦合太阳齿轮T71及外环齿轮T73，各组差动齿轮之轴心共同设置于牵动臂以牵动输出轴S71，并藉单向传动机构SC722耦合于输入轴S70；

外环齿轮T73：为供耦合于差动齿轮T72，并藉单向传动机构SC721耦合于固定壳体，在不同受力方向时作转动或受限制静止；

单向传动机构SC722：为设置于输入轴S70与输出轴S71之间；

上述单向传动机构之可传递动力作动方向之关系为在第一驱动方向时SC721使外环齿轮T73呈自由转动，而SC722则使输入轴S70与输出轴S71间呈动力传输；在第二驱动方向时SC721使外环齿轮呈限制静止，SC722使输入轴与输出轴呈空转，此时输出为经由差动齿轮及牵动臂以牵动输出轴S71作减速输出；

其他相关机壳及螺丝等习用齿轮箱之构成元件；不另叙述。

此项藉输入方向操控速比之差动轮系进一步可结合自动负载检测以操控原动轴驱动源作正反转进而改变其输出速比，即除由人工切换回转动力源回转方向外，可进一步藉检测动力源之负载电流作为切换方向时机之参考，即通常以马达之负载电流作检测，以负载电流超出定条件时切换马达转向，使此项藉输入方向操控速比之差动轮系由其中一状态转为另一状态，此种状态包括由速比小变大或由速比大变小或进一步包括同时切换输出方向，此外其负载检测方式亦包括以机械性扭力检测器为操控检测之依据；若原动侧以其他动力为负载如引擎等，则可藉着结合扭力检测或限制装置以在过载时牵动方向切换机构以改变输入此项差动轮系之回转方向。

在实际应用中可作下列设计选择：

应用于摩擦式差动轮系，其相关关系亦同。

输入或输出端结合传统正反转机构，则可获得双向不同速比之变速输出。

由不同输入转向产生同输出转向、不同速比之结构与不同输入转向产生不同输出转向及不同输出速比之结构，其中之一种多组串级两种结构混合串级应用，而构成多组相乘之速比。

综合上述，此项藉输入方向操控速比之差动轮系创新揭示以原动侧正反转驱动一差动轮系产生同输出方向不同速比之输出，或不同输出方向不同速比之输出，其中之一种结构多组串级应用或由前述两种方式混合串级应用，以供各种驱动应用。

Claims (4)

1．一种藉改变输入方向操控输出速比的差动轮系，它包括：

a)一个可双向旋转的输入轴；

b)一个输出轴；

c)一个静止机壳；

其特征在于：它还包括：

d)一个与输入轴连接并随其在双向上旋转的太阳齿轮；

e)一个与太阳齿轮结合的差动齿轮组，该差动齿轮组藉一第一单向传动机构与输出轴连接并藉一第二单向传动机构与静止机壳连接；以及

f)一个与所述差动齿轮组结合的外环齿轮，该外环齿轮藉一第三单向传动机构与输出轴连接并藉一第四单向传动机构与静止机壳连接，从而当输入轴以第一方向旋转时，第四单向传动机构阻止外环齿轮旋转，如此，差动齿轮组的旋转使输出轴以第一方向和第一速比旋转，而当输入轴以第二方向旋转时，第二单向传动机构阻止差动齿轮组的旋转，如此，外环齿轮的旋转使输出轴以第一方向和一个与第一速比不同的第二速比旋转。

2．一个藉改变输入方向操控输出速比的差动齿轮系，它包括：

a)一个可双向旋转的输入轴；

b)一个输出轴；

c)一个静止机壳；

其特征在于，它还包括：

d)一个被输入轴在双向上传动的外环齿轮；

e)一个与外环齿轮结合的差动齿轮组，该差动齿轮组藉一单向传动机构与静止机壳连接，同时又与输出轴连接；以及

f)一个与差动齿轮组结合的太阳齿轮，该太阳齿轮与输出轴连接并藉一第二单向传动机构与静止机壳连接，从而当输入轴以第一方向旋转时，第一单向传动机构阻止差动齿轮组旋转，如此，太阳齿轮的旋转使输出轴以第一方向和第一速比旋转，而当输入轴以第二方向旋转时，第二单向传动机构阻止太阳齿轮旋转，如此，差动齿轮组的旋转使输出轴以第一方向和一个与第一速比不同的第二速比旋转。

3．一种藉改变输入方向操控输出速比的差动轮系，它包括：

a)一个可双向旋转的输入轴；

b)一个输出轴；

c)一个静止机壳；

其特征在于，它还包括：

d)一个与输入轴连接从而可与其一起在双向上旋转的差动齿轮组；

e)一个与差动齿轮组结合的外环齿轮，该外环齿轮藉一第一单向传动机构与输出轴连接，并藉一第二单向传动机构与静止机壳连接；以及

f)一个与差动齿轮组结合的太阳齿轮，该太阳齿轮藉一第三单向传动机构与输出轴连接，并藉一第四单向传动机构与静止机壳连接，从而当输入轴以第一方向旋转时，第四单向传动机构阻止太阳齿轮的旋转，如此，外环齿轮的旋转使输出轴以第一方向和第一速比旋转，而当输入轴以第二方向旋转时，第二单向传动机构阻止外环齿轮的旋转，如此，太阳齿轮的旋转使输出轴以第一方向和一个与第一速比不同的第二速比旋转。

4．一种藉改变输入方向操控输出速比的差动轮系，它包括：

a)一个可双向旋转的输入轴；

b)一个输出轴；

c)一个静止机壳；

其特征在于，它还包括：

d)一个与输入轴连接从而可与其一起在双向上旋转的太阳齿轮；

e)一个与太阳齿轮结合的差动齿轮组，该差动齿轮组藉一第一单向传动机构与静止机壳连接；

f)一个与连接于输出轴的差动齿轮组结合的外环齿轮；以及

g)一个将输入轴连接于输出轴并连接于外环齿轮的第二单向传动机构，从而当输入轴以第一方向旋转时，第二单向传动机构使输出轴以第一方向和第一速比旋转，而当输入轴以第二方向旋转时，第一单向传动机构阻止差动齿轮组旋转；第一单向传动机构阻止差动齿轮组旋转，如此，输出轴以第一方向和一个与第一速比不同的第二速比旋转。

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