CN104508326A - 可在至少三个转换级之间切换的变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可在至少三个转换级之间切换的变速器(2)。根据本发明的变速器包括框架(6)和转换装置，在框架上支承有能够绕彼此平行布置的纵轴线(8、22)转动的第一工作轴(4)和第二工作轴(20)，第一工作轴具有以防转方式布置的第一齿轮(12)，第二工作轴具有以防转方式布置的第二齿轮(24)。第一齿轮(12)设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第一端(14)和第二端(16)，还具有从第一齿轮(12)的第一端(14)完全延伸至第二端(16)的第一主齿(30)。第二齿轮(24)设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第三端(26)和第四端(28)，还具有从第二齿轮(24)的第三端(26)完全延伸至第四端(28)的第二主齿(30)。转换装置设计为，第一齿轮(12)和第二齿轮(24)中的至少一个相对于另一齿轮(12、24)平行移动至第一、第二和第三切换位。在第一切换位中第一齿轮(12)的第一端(14)与第二齿轮(24)的第四端(28)啮合，在第二切换位中第一齿轮(12)的第二端(16)与第二齿轮(24)的第四端(28)啮合，以及在第三切换位中第一齿轮(12)的第二端(16)与第二齿轮(24)的第三端(26)啮合。

Description

可在至少三个转换级之间切换的变速器

技术领域

本发明涉及一种可在至少三个转换级之间切换的变速器。

背景技术

众所周知，在现有技术中，变速器广泛应用于车辆、机床和多个技术领域的设备中。尤为常见的是齿轮变速器，下面将在本发明描述过程中对其加以详述。

变速器允许通过变换齿轮间的转换比例来换挡，变换齿轮间的转换比例导致转速和扭矩的变化。在正齿轮变速器中，传动轴和从动轴彼此平行布置。用于机床的这种相对简单的变速器至少包括传动装置和从动装置，在传动装置和从动装置上以正齿轮的形式布置有工作齿轮，其中传动装置和从动装置能够以这样的方式相对于彼此移动，即产生至少两对不同的工作齿轮对，该工作齿轮对根据直径以及齿数的比例而提供了不同的转换。

在这种简单的变速器中必要的是充分制动并停止包括变速器的系统，从而能够通过传动装置和从动装置的相对位移改变转换比例而不伤害轮齿相对运动的工作齿轮。

DE 20 2010 001 876 U1公开了一种带有传动装置的变速器，传动装置包括第一工作齿轮和第二工作齿轮，在第一工作齿轮和第二工作齿轮之间齐平地布置有作为锥齿轮的第一棘轮。从动装置包括第三工作齿轮，第三工作齿轮可被带入与第一或第二工作齿轮啮合。转换装置移动第三工作齿轮，使其与第一或第二工作齿轮啮合，从而通过第三工作齿轮的移动实现换挡。

发明内容

变速器的停止对于从动装置的速度转换是不利的，因为耦合至从动装置的传动惯性质量必须被减速并必须在转换过程后再加速。特别是在机床中，例如车床和铣床，这意味着效率和生产力都会降低，另一方面则提高了在特定机床上生产的产品的成本。

使用在两个工作齿轮间布置锥齿轮的变速器使得能够仅在两个不同速度间转换。对于更多的转换可能性而言，就需要额外的锥齿轮和工作齿轮。

相应地，本发明的目的可在于，提出一种变速器，其允许在两个或更多速度间进行转换而不需要额外的齿轮，也不需要在转换过程前停止变速器。

本发明的另一目的可在于，提出的这种变速器与普通变速器相比，没有或只有很小程度地增加复杂性。

上述目的通过具有独立权利要求1的特征的变速器来实现。在从属权利要求中提出有利的改进方案。

根据本发明的变速器包括框架和转换装置，在框架上支承有能够绕彼此平行布置的纵轴线转动地第一工作轴和第二工作轴，第一工作轴具有以防转方式布置的第一齿轮，第二工作轴具有以防转方式布置的第二齿轮。第一齿轮设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第一端和第二端，第一齿轮还具有从第一齿轮的第一端完全延伸至第二端的第一主齿。第二齿轮设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第三端和第四端，第二齿轮还具有从第二齿轮的第三端完全延伸至第四端的第二主齿。此外转换装置设计为，第一齿轮和第二齿轮中的至少一个齿轮相对于另一齿轮平行移动至第一、第二和第三切换位，其中在第一切换位中第一齿轮的第一端与第二齿轮的第四端啮合，其中在第二切换位中第一齿轮的第二端与第二齿轮的第四端啮合，以及其中在第三切换位中第一齿轮的第二端与第二齿轮的第三端啮合。

变速器的框架被认为是承载变速器组件并允许安装到车辆或机床中的设备。显然地，框架也可为更高级系统的组成部分而不必单独提供。

第一工作轴可为传动轴或从动轴。这意味着传动装置可布置在第一工作轴上。然而，同样地，第一工作轴也可能与待驱动组件连接，例如轮子、万向轴、螺旋轴等。相应地，第二工作轴为通过彼此啮合的齿轮来驱动的从动轴或对第一工作轴传动的传动轴。

在至少一个区域内实现的截锥形包括第一端和第二端。第一端和第二端的其中一个具有的直径小于其中另一端。通过给定齿部的模数，位于直径较小的端上的齿数小于另一端上的齿数。主齿从第一端完全延伸至第二端，其中其他齿可布置在直径较大的端上，没入齿根或中断。局部的截锥形不排除第一和第二齿轮各自为完全圆锥形，另一方面也可想到的是，截锥形在圆柱齿部的两端上延伸，圆柱齿部的直径保持恒定并与布置在其上的截锥形的端齐平连接。这同样适用于具有第三端和第四端的第二齿轮的形状。

转换装置用于执行实际的转换过程。为此，第一和第二齿轮彼此进行相对移动，优选地，沿着或平行于第一工作轴和第二工作轴的纵轴线进行相对移动。通过这种方式，可达到根据本发明的三个不同切换位中的一个。在第一切换位中，第一齿轮的第一端(例如其具有小于第一齿轮的第二端的直径)与第二齿轮的第四端(例如其具有大于第二齿轮的第三端的直径)啮合。若第一工作轴充当传动轴，据此可实现尽可能大的转换，以便第一切换位展示根据本发明的变速器的第一过程。在第二切换位中，第一齿轮的第二端与第二齿轮的第四端形成啮合。基于第一齿轮的第二端的较大直径和第二齿轮保持不变的有效直径，该转换比在第一切换位中略小。最后，在第三切换位中，第一齿轮的第二端与第二齿轮的第三端形成啮合。通过第一齿轮保持不变的有效直径和第二齿轮变小的有效直径，转换比例变得更小，以便第三切换位形成第三过程。若第一工作轴充当从动轴，则切换位的顺序正好相反。

这种构造较传统变速器具有明显的优点，传统变速器基于正齿轮的组合，为了达到不同的转换比例必须不断减速或同步，此外还需要明显较大的结构空间。通过利用分段设计为截锥形的齿轮，可实现简化的转换，其中各传动或从动齿轮沿其中另一齿轮的主齿滑动并达到以偏离方式啮合的该其它不同齿轮的端。因此齿轮的转动不必中断，因为转换过程包括持续的啮合并由此使得齿轮连续地继续转动。相应地，实现的结构空间明显比传统的变速器更紧凑。

在有利的实施方式中，第一齿轮的第一端和第二端与第二齿轮的第三端和第四端分段设计为圆柱形。因此，齿轮上的区域以这样的方式设计，即可实现齿轮的长时间无摩擦的平滑啮合。在三个切换位中，始终只有圆柱部分彼此啮合，其中在转换过程中各圆柱部分沿主齿滑入各相对的圆柱部分并在此调整转速。

在有利的实施方式中，第一齿轮和第二齿轮中至少一个具有至少一个中间齿，该至少一个中间齿布置于两个主齿之间，并具有齿面线和齿根线，其中齿面线至少局部不平行于齿根线并靠近齿根线。相应地，中间齿是仅在特定齿轮端才具有其完整高度的齿。因为齿轮是局部截锥形并且为了保持相同的啮合质量必须具有相同的模数，所以必要的是，从直径较大的端到直径较小的端使一些多余的齿消失。为此，至少一个中间齿的齿面线靠近齿根线。

在有利的实施方式中，齿面线和齿根线相交于一点。因此在至少一点上中间齿的高度为零，即它没入所在齿轮的底部。在此位置上产生了自由空间，为了能够补偿不同的齿数，通过齿轮的齿在另一齿轮的齿中滑动时可在某些地方运动而没有齿的接触，由此可避免转换冲突。

此外，至少一个主齿可至少部分中断。由此避免了转换冲突，并且明显使得两个齿轮中之一从一端至另一端的相对运动更容易，因为这允许主齿或中间齿在齿数改变时滑过并避免夹住。

同样地，第二齿轮可具有至少一个中间齿，至少一个中间齿布置于两个主齿之间，并且不是完全地从第三端延伸至第四端，而是在与第三端相对的侧上没入第二齿轮底部。

在有利的实施方式中，不是所有的第一和/或第二齿轮的主齿都平行于所在齿轮的纵轴线。因此第一或第二齿轮的主齿倾斜布置，造成了力传递更高且变速器更安静。主齿的倾斜构造可通过两个主齿在径向方向上形成漏斗状而实现。因此，会扩大两个主齿间的自由空间，并且对于避免转换冲突有所改善。

在有利的实施方式中，第一齿轮的第一端上具有的齿数小于第二端具有的齿数。第一齿轮的第一端与第二齿轮的端的啮合意味着转换比例始终大于第一齿轮的第二端与第二齿轮的端的啮合。

在有利的实施方式中，第二齿轮的第三端具有的齿数小于第四端具有的齿数。因此前文所述的从第一至第三切换位的切换实现了转换比例的降低。

如果第一和第二齿轮的逐渐变细的截锥形部分彼此平行对准，是特别有利的。由此形成的齿轮侧面积允许稳定的啮合质量和耐久性。

在更有利的实施方式中，在框架上布置有可绕第一工作轴的纵轴线转动支承的托架，第二工作轴可绕其纵轴线转动地支承在托架上。由此在第一和第二齿轮之间允许有偏离径向的距离，以便能够启动不同的切换位。

附图说明

通过下文对实施方式的示例和附图的说明得出本发明的其他特征、优点和应用用途。因此，所有描述和/或图示的特征单独且以任何组合的方式构成了本发明的主题，并与其在独立权利要求中的组成或先前主题的关系无关。此外，在附图中，相同的附图标记代表相同或相似的对象。

图1a、图1b和图1c以两个不同的侧视图(1b和1c)以及一个等距视图(1a)示出了根据本发明的变速器，其中根据本发明的变速器处于第二切换位。

图2a、图2b、图2c、图2d和图2e以三侧视图(2a-2c)和两个等距视图示出了齿轮示例。

具体实施方式

图1a在等距视图中示出了根据本发明的变速器2。变速器2包括第一工作轴4，第一工作轴4以可绕纵轴线8转动的方式支承在框架6内。第一工作轴4例如被设计作为传动轴，并可与用于传动装置的、设计为叉状的凸缘连接。在第一工作轴4上以通过轴毂连接防转的方式布置有第一齿轮12，第一齿轮12的中央部分被设计为截锥形，并包括都为圆柱形的第一端14和第二端16。第一端14具有的齿数小于第二端16，但第一端14和第二端16的模数都相同，以保证在第一端14及第二端16上具有相同模数的齿轮啮合。

在框架6上布置有可转动的托架18，托架18上支承有可绕纵轴线22转动的第二工作轴20，第二工作轴20具有类似从动轴的功能。在第二工作轴20上防转地支承有第二齿轮24。同样地，第二齿轮24在中央部分具有截锥形，与中央部分连接地为同样为圆柱形的第三端26和第四端28，并且第三端26和第四端28具有与第一齿轮12的第一端14和第二端16相同的模数。

根据本发明的变速器2能够以这种构造加载三种不同的转换比例，其中通过第一齿轮12和第二齿轮24平行于纵轴线8和22相对移动，第一齿轮12的第一端14和第二端16或第二齿轮24的第三端16和第四端28能够形成不同的啮合配对。

在形成最高转换比例的第一切换位中，例如，第一齿轮12的第一端14啮合入第二齿轮24的第四端28。因此，假定具有较小齿数的第一工作轴4为传动轴，其驱动了具有较大齿数的第二工作轴20。仅作为示例而言，第一端14可具有共16个齿，而第二端16可具有共20个齿。为简单起见，第二齿轮24可设计为与第一齿轮12相同，以便在第一切换位中将转换比例调整为16:20。

在第二切换位中，齿轮12和24以彼此精确对准的方式相对移动。第一齿轮12的第二端16从而与第二齿轮24的第四端28处于啮合状态。这种变位在图1a和图1c中明确示出。相应地，在该切换位中转换比例达到1:1。

此外，在第三切换位中，齿轮12和24以第一齿轮12的第二端16与第二齿轮24的第三端26处于啮合状态的方式移动，形成20:16的转换比例。

由于在不同切换位中齿根线直径彼此不同，托架18的补偿运动就是必要的。这能够通过足够强的弹簧控制或通过连杆控制来实现，从而始终确保齿轮间的正确啮合而使齿轮的齿面不接触到其它齿轮的齿根。

在示出的变速器2中特别优选地是小的构造空间，并且仅需要两个齿轮就能够满足三个切换级别。

图1b在侧视图中清楚地示出，托架18负责齿轮配对的正确啮合，并补偿纵轴线18和22的彼此不同而必要的距离。

图1c清楚地示出了第一工作轴4和第二工作轴20的纵轴线8和22的平行性，以及齿轮12和24在第二切换位中的精确的相对定位。为了能够达到第一切换位，假设第一工作轴4为传动轴，向左移动第一齿轮12或向右移动第二齿轮24，从而使得第一齿轮12的第一端14能够与第二齿轮24的第四端28啮合。因此，为了达到第三切换位，必须向右移动第一齿轮12或向左移动第二齿轮24，以便第一齿轮12的第二端16与第二齿轮24的第三端26啮合。

可以理解的是，布置转换装置(本文中未示出)以实现齿轮12和24的彼此相对运动，例如通过连杆、气动或液压执行器、带有电驱动的控制传动装置等。此外，可以设想的是，既能实现第一齿轮12的运动也能实现第二齿轮24的运动。

图2a、图2b和图2c示例性地示出了第一齿轮12的三侧视图。其中，图2a示出了第一端14的顶视图，并且从图2a可以看出，布置在第一端14后的第二端16比第一端14多4个齿。这种差别能够通过第一齿轮12具有主齿30并在主齿之间布置中间齿32来实现。优选地，中间齿在整个圆周上对称分布，并在位于第一齿轮12的第一端14和第二端16之间的截锥状区域终止。由此可产生自由空间34用于齿补偿。

此外，自由空间34能够通过直接相邻的主齿30的局部中断允许另一齿轮的各齿在主齿30或中间齿32上轻微滑动。因此也允许齿12和24沿工作轴4和20的纵轴线8和22快速运动。

主齿的中断能够通过主齿30涉及的齿面线36向齿根线38的移动来实现。这可出现在从第一端14至第二端16的过程中，反之亦然。

附图标记列表

2 变速器

4 第一工作轴

6 框架

8 纵轴线

10 凸缘

12 第一齿轮

14 第一端

16 第二端

18 托架

20 第二工作轴

22 纵轴线

24 第二齿轮

26 第三端

28 第四端

30 主齿

32 中间齿

34 自由空间

36 齿面线

38 齿根线

Claims (11)

1.一种变速器(2)，包括：

框架(6)，在所述框架上支承有能够绕彼此平行布置的纵轴线(8、22)转动的第一工作轴(4)和第二工作轴(20)，所述第一工作轴(4)具有以防转方式布置的第一齿轮(12)，所述第二工作轴(20)具有以防转方式布置的第二齿轮(24)，以及

转换装置，

其中，所述第一齿轮(12)设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第一端(14)和第二端(16)，所述第一齿轮还具有从所述第一齿轮(12)的第一端(14)完全延伸至第二端(16)的主齿(30)，

其中，所述第二齿轮(24)设计为至少局部为截锥形，并具有带不同齿数的第三端(26)和第四端(28)，所述第二齿轮还具有从所述第二齿轮(24)的第三端(26)完全延伸至第四端(28)的主齿(30)，

其特征在于，所述转换装置设计为，所述第一齿轮(12)和所述第二齿轮(24)中的至少一个相对于另一齿轮(12、24)平行移动至第一切换位、第二切换位和第三切换位，其中在所述第一切换位中，所述第一齿轮(12)的第一端(14)与所述第二齿轮(24)的第四端(28)啮合，其中在所述第二切换位中，所述第一齿轮(12)的第二端(16)与所述第二齿轮(24)的第四端(28)啮合，以及其中在所述第三切换位中，所述第一齿轮(12)的第二端(16)与所述第二齿轮(24)的第三端(26)啮合。

2.根据权利要求1所述的变速器(2)，其特征在于，所述第一齿轮(12)的第一端(14)和第二端(16)及所述第二齿轮(24)的第三端(26)和第四端(28)分段设计为圆柱形。

3.根据权利要求1或2所述的变速器(2)，其特征在于，所述第一齿轮(12)和所述第二齿轮(24)中的至少一个具有至少一个中间齿(32)，所述至少一个中间齿(32)布置于两个主齿(30)之间，并包括齿面线(36)和齿根线(38)，其中所述齿面线(36)至少局部不平行于所述齿根线(38)并靠近所述齿根线(38)。

4.根据权利要求3所述的变速器(2)，其特征在于，所述齿面线(36)和所述齿根线(38)相交于一点。

5.根据权利要求3或4所述的变速器(2)，其特征在于，所述中间齿(32)至少部分中断。

6.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，所述第一齿轮(12)具有至少一个中间齿(32)，所述至少一个中间齿(32)布置于两个主齿(30)之间，并且不是完全地从所述第一端(14)延伸至所述第二端(16)，而是在与所述第一端(14)相对的侧上没入所述第一齿轮(12)底部。

7.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，所述第二齿轮(24)具有至少一个中间齿(32)，所述至少一个中间齿(32)布置于两个主齿(30)之间，并且不是完全地从所述第三端(26)延伸至所述第四端(28)，而是在与所述第三端(26)相对的侧上没入所述第二齿轮(24)底部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，所述第一齿轮(12)的第一端(14)具有的齿数大于所述第二端(16)具有的齿数。

9.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，所述第二齿轮(24)的第三端(26)具有的齿数大于所述第四端(28)具有的齿数。

10.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，所述第一齿轮(12)和所述第二齿轮(14)的逐渐变细的截锥形部分彼此平行对准。

11.根据前述权利要求中任一项所述的变速器(2)，其特征在于，在所述框架上布置有可绕所述第一工作轴(4)的纵轴线(8)转动支承的托架(18)，所述第二工作轴(20)可绕其纵轴线(22)转动地支承在所述托架(18)上。