CN1051605C - 带负荷齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

带负荷齿轮变速器。它使用多个有固定啮合关系的行星减速齿轮付并联，制动其中一个与行星齿轮啮合的可被制动的固定齿轮进行变速。所使用的行星减速齿轮付是偏心式行星减速齿轮付，所有行星齿轮共轴且固连，并空套于输入轴的偏心轴颈上，由输入轴带动公转。因而变速器不仅具有齿轮传动的高效率，而且它能够不切断负荷而在功率传递中自动地或手动地改变传动比，结构简单，有大的传动比范围。

Description

带负荷齿轮变速器

本发明涉及的带负荷齿轮变速器，是一种不切断负荷而具有齿轮变速性能的发明，属于机械传动领域。

带负荷变速是机械传动领域的工程技术人员一直追逐的目标。虽然电力式的、液力式的以及摩擦式的无级变速装置能够带负荷变速，但效率通常较低。而齿轮式变速虽然效率高，但难以用于带负荷变速。

为得到高效率的齿轮传动变速，可以用多组具有不同速比的齿轮组啮合，但在实际工作过程中，输入所传入或输出所传出的动力通过变换不同的离合器动作，使之只有一条传动链工作，而其他啮合齿轮则处于空套状态，如长春中国第一汽车制造厂生产的解放1401中型卡车所用的变速器。但这样的变速器为避免离合器牙齿碰撞，必须使用主离合器使输入动力或负载脱离。而且为使变速离合器顺利啮合，多使用同步器使离合器两端的转速差减小。这样的装置不仅结构复杂，而且也不能带负荷变速。

在公开号为CN1030817A的专利申请中，公开了一种使用制动原理进行变速的方法，它也使用多个有固定啮合关系的行星减速齿轮付并联，行星齿轮中与输出内齿轮啮合的行星齿轮共用，与可被制动的固定齿轮啮合的行星齿轮有不同的齿数，分别与共用的行星齿轮配合，形成差动得到不同的速比，制动其中一个与行星齿轮啮合的可被制动的固定齿轮形成一条确定的传动链。但是，它的差动行星齿轮之间使用如偏心盘、传动销等的连接，结构复杂、连接机构尺寸较大，这样一来，不易得到较大的传动比范围。特别是在多个与可被制动的固定齿轮啮合的行星齿轮和与与输出内齿轮啮合的行星齿轮之间的偏心盘、传动销等连接结构更为复杂，之间存在复杂的相对运动，强度和精度不易保证。

本发明旨在造就一种齿轮变速方法和装置，它能够不切断负荷而在功率传递中自动地或手动地改变传动比，结构简单，有大的传动比范围。

本发明的基本发明构思是，它使用多个有固定啮合关系的行星减速齿轮付并联，行星齿轮中与输出内齿轮啮合的行星齿轮共用，与可被制动的固定齿轮啮合的行星齿轮有不同的齿数，分别与共用的行星齿轮配合，形成差动得到不同的速比，制动其中一个与行星齿轮啮合的可被制动的固定齿轮进行变速的方法，其特征在于：所使用的行星减速齿轮付是偏心式行星减速齿轮付，所有行星齿轮共轴且固连，并空套于输入轴的偏心轴颈上，由输入轴带动公转。

本发明的传动示意图如附图1所示，其结构可以是：

具有输入轴、与输出齿轮固接的输出轴，有不少于3对内啮合齿轮付，每对齿轮付由行星齿轮及固定齿轮构成，其中包括输出内齿轮付，内齿轮付是内齿轮可被相对其壳体固定的制动机构所制动的，当其中一个内齿轮被制动，则变速机构依其而确定有传动比，其特征在于：所述行星齿轮是同轴线固连而成的多联行星齿轮，经行星轴承支承于偏心轴颈上，而偏心轴颈是输入轴上的一部分。

本发明的原理如下：

行星式传动是一种差动传动，使其中的一个齿轮是相对于机壳不转动(这里称它为固定齿轮)，就成为一个减速装置。在本发明中，使行星变速器有多个固定齿轮，每个固定齿轮都确定地与一个行星齿轮保持着啮合，从而对应于本发明的一个传动比。在一般情况下，除一个固定齿轮外，其余固定齿轮都在相对机壳转动，于是唯一不转动的固定齿轮便传递功率，它所代表的传动比成为变速器此时的工作传动比。若释放开这个固定齿轮，使之可自由转动，同时制止另一个固定齿轮的转动，则后一个固定齿轮进入工作，变速器的传动比就转换到后一个固定齿轮所代表的传动比上。这种变速是通过对某个齿轮的制动进行的，因此可以叫做“制动式变速”，制动可用制动器或各种止动机构来完成。当所有固定齿轮均被释开而转动时，变速器位于空档。

制动式变速的一个实施例的传动关系见附图1。图中：输入轴1上带有偏心，两端分别经轴承2、3支承于壳体4和输出轴5。输出轴5经轴承7、8支承于壳体4，其上同轴地固连着输出齿轮6。输入轴1的偏心段上，经行星轴承9、10支承着11、12、13和14组成的四联行星齿轮，其中行星齿轮14与输出内齿轮6保持啮合，行星齿轮11、12、13分别与固定齿轮(内齿轮)15、16、17保持啮合，固定齿轮15、16、17都是可在壳体内转动的，它们的外颈面，装有制动器18、19、20，分别可制动固定齿轮15、16、17，哪一个固定齿轮被制动时，变速器就以哪个固定齿轮所代表的传动比工作。

本说明书中，以Z_x表示标号为x的齿轮的齿数，例如齿轮6齿数即为Z₆。由于图1属于双内啮合的行星机构，它的传动比公式是众知的。若固定齿轮15被制动器18制动不动，而16、17是可自由转动的，则输入轴1与输出轴5的转速之比 $i_{15}=\frac{1}{1-\frac{Z_{15}{Z}_{14}}{Z_{11}{Z}_6}}$ 若放松开15，而令制动器19将固定齿轮16制动不转，则变速器的工作速比就换为 $i_{16}=\frac{1}{1-\frac{Z_{16}{Z}_{14}}{Z_{12}{Z}_6}}$

对于本实施例，齿数的稍许变化，会使变速器有很宽的变速范围。但是很小的传动比则不易做到。

通过上述实施例，可以归纳“制动式变速”的原理如下：

至少具有固定齿轮和行星齿轮的行星变速器，若设有K个可转动的固定齿轮，以及与每个固定齿轮确定地啮合的K套行星齿轮，那么变速器就可以有K个速比。制止住某个固定齿轮的相对机壳的转动，变速器就以该个固定齿轮所形成的速比工作。制动对象从一个固定齿轮换到另一个固定齿轮时，变速器的速比就随之做相应的变换。

在本发明中，所有的行星齿轮都是同轴且固接的，无任何相对运动，它比偏心盘连接结构简单，易于实现。同轴且固接的行星齿轮可以是做成一体的多联齿轮、也可以是单独制造的多个齿轮由固定连接件固接。

由于本发明使用多个固定啮合关系的行星减速齿轮付并联，行星齿轮中与输出内齿轮啮合的行星齿轮共用，与可被制动的固定齿轮啮合的行星齿轮有不同的齿数，分别与共用的行星齿轮配合，形成差动得到不同的速比，制动其中一个与行星齿轮啮合的可被制动的固定齿轮进行变速的方法，它能够不切断负荷而在功率传递中自动地或手动地改变传动比。本发明所使用的行星减速齿轮付是偏心式行星减速齿轮付，所有行星齿轮共轴且固连，并空套于输入轴的偏心轴颈上，结构简单。

在本发明中，未被制动的固定齿轮，比较输入转速，是转动得极慢的，因此可以使用沿径向移动的止动销来实现制动。固定齿轮的外颈面也做成齿轮形，止动销嵌入哪个固定齿轮的外颈面齿间，哪个固定齿轮就被制动。

本说明书中提到之各处支承，虽然图面上示出直接支承，但都可使用滚动轴承、滚动体、滑动轴承来支承。固定齿轮贴靠于壳体内的支承，由于尺寸较大，可以允许使用低摩擦系数的工程塑料制成的滑动轴承、衬套。

本发明所叙述的变速器都可以方便地设置倒档(输入与输出反向旋转)，这属于先有技术。值得一提的是，图1所述的制动式变速器，容易取得倒档，对于图1的结构，令固定齿轮的齿数少于输出齿轮6的齿数，即构成倒档。

本发明的原理可使齿轮变速器容易地带负荷变速，不会出现换档时的轮齿碰撞。由于是齿轮传动，效率较高。可以在较小体积内拥有较大变速档位，且易自动变速，构成高效率的“准无级齿轮变速器”，适用于车辆、工程机械及工业设备。

Claims (6)

1.带负荷齿轮变速器，具有输入轴、与输出齿轮固接的输出轴，有不少于3对内啮合齿轮付，每对齿轮付由行星齿轮及固定齿轮构成，其中包括输出内齿轮付，内齿轮付是内齿轮可被相对其壳体固定的制动机构所制动的，当其中一个内齿轮被制动，则变速机构依其而确定有传动比，其特征在于：所述行星齿轮是同轴线固连而成的多联行星齿轮，经行星轴承支承于偏心轴颈上，而偏心轴颈是输入轴上的一部分。

2.如权利要求1所述的变速器，其特征在于：当所有固定齿轮均被释开而转动时，变速器位于空档。

3.如权利要求1所述的变速器，其特征在于：通过改变齿轮传动付的齿数得到变速器的倒挡。

4.如权利要求1所述的变速器，其特征在于：制动机构为可沿径向移动的止动销。

5.如权利要求1所述的变速器，其特征在于：固定齿轮的外颈面做成齿轮形。

6.如权利要求1所述的变速器，其特征在于：固定齿轮贴靠于壳体内的支承可以使用低摩擦系数的工程塑料制成的滑动轴承、衬套。