CN106763573A - 齿轮的锁定和转速限制装置及具有其的行星齿轮系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮的锁定和转速限制装置及具有其的行星齿轮系统，包括输入轴、输出轴、行星轮架、行星轮、中心轮、齿圈、齿圈外圈轮、调速电机部件、蜗杆齿轮轴、齿圈外圈轮锁定部件和壳体，通过实施对调速电机部件、蜗杆齿轮轴、齿圈外圈轮锁定部件和齿圈外圈轮的操作，实现对齿圈的锁定和转速限制功能，从而在行星齿轮系统中实现对输入轴与输出轴传动比的调节功能。

Description

齿轮的锁定和转速限制装置及具有其的行星齿轮系统

技术领域

本发明涉及传动机械领域，特别涉及一种齿轮的锁定和转速限制装置及具有其的行星齿轮系统。

背景技术

行星齿轮系统在各种机械中得到广泛的应用，行星齿轮传动具有体积小、承载能力大和工作平稳的特点。通过合理的结构布局，行星齿轮系统可以实现灵活的传动比和极高的传动效率，所以在诸如汽车自动变速器、各种减速器和增速器以及多种传动机械中均有实施的案例。

随着人们对调速电机研究的不断深入，一些体型小、效能高和调速精准的调速电机不断地被研发和得到应用。

使用调速电机及辅助部件来实施对行星齿轮系统中的特定齿轮实施控制，使该行星齿轮系统实现一种改进的可能性也大大增加。

发明内容

本发明的目的是通过对齿轮实施锁定和转速限制操作，从而实现在行星齿轮系统中对输入轴与输出轴传动比的调节功能。

为了实现本发明的目的，本发明一种齿轮的锁定和转速限制装置，包括输入轴、输出轴、行星轮架、行星轮、中心轮、齿圈、齿圈外圈轮、调速电机部件、蜗杆齿轮轴、齿圈外圈轮锁定部件和壳体。

输入轴和输出轴以其轴心线重合的方式前后水平放置；

输入轴和输出轴通过轴承套放在壳体内部，两端分别延伸出壳体，用于实现动能的输入或输出功能；

进一步的，当动能在输入轴处输入时，可以实现在输出轴处输出，反之，当动能在输出轴处输入时，可以实现在输入轴处输出。

行星轮架固定在输入轴的末端；

进一步的，行星轮架可以和输入轴以输入轴轴心线进行等角速度旋转；

行星轮呈中心发散状，通过行星轮轴安装在行星轮架上，并彼此保持轴对称关系；

优选的，行星轮的数量为2～7个；

更优选的，行星轮的数量为4个；

进一步的，所有行星轮和行星轮架可以以输入轴轴心线进行等角速度旋转，这种旋转称为：“行星轮的公转”；

进一步的，单个行星轮可以以自身行星轮轴轴心线进行旋转，这种旋转称为：“行星轮的自转”；

进一步的，行星轮外缘有行星轮齿。

齿圈以和输入轴轴心对齐的方式，套放在行星轮的外缘；

中心轮放置在行星轮的中间位置；

中心轮以和输出轴轴心对齐的方式，固定在输出轴上；

进一步的，中心轮和输出轴可以以输出轴轴心线进行等角速度旋转。

行星轮部件放置在齿圈和中心轮之间；

齿圈内侧有轮齿；

中心轮外侧有轮齿；

齿圈的内侧轮齿和行星轮的行星轮齿及中心轮的外侧轮齿处于啮合状态；

进一步的，齿圈可以以输入轴轴心线进行旋转；

可选的，齿圈通过固定其一侧的圆盘并使用轴承套放在输入轴上，用于提高齿圈的旋转平衡性和刚度。

齿圈外圈轮以和齿圈轴心对齐的方式，放置在齿圈的外围，齿圈外圈轮上开有多个横向圆孔；

可选的，齿圈外圈轮通过固定其一侧的圆盘并使用轴承套放在输入轴上，用于提高齿圈外圈轮的旋转平衡性和刚度。

调速电机部件由调速电机转子件、调速电机转子中轴和调速电机线圈定子件组成；

调速电机定子件固定在齿圈外圈轮上；

蜗杆齿轮轴以齿圈外缘切线方向放置；

蜗杆齿轮轴上有螺旋状蜗杆轮齿，蜗杆齿轮轴的一端和调速电机转子中轴相对的一端固定，另一端套放在齿圈外圈轮对应的横向圆孔处，调速电机转子中轴的另一端套放在齿圈外圈轮对应的横向圆孔处；

进一步的，调速电机转子中轴轴心线和蜗杆齿轮轴轴心线重合；

进一步的，调速电机转子和蜗杆齿轮轴能以其共有的轴心线旋转，当其旋转时，旋转的角速度是一致的；

优选的，蜗杆齿轮轴和调速电机的套数为2～5套；

更优选的，蜗杆齿轮轴和调速电机的套数为3套；

进一步的，所有蜗杆齿轮轴和调速电机以输入轴轴心线彼此保持轴对称关系；

进一步的，所有调速电机工作是否运行或停止及运行的速度和速度的改变值是一致的。

齿圈外缘有与蜗杆轮齿匹配的蜗轮齿，齿圈外缘的蜗轮齿和所有蜗杆齿轮轴的螺旋状蜗杆轮齿处于啮合状态；

进一步的，由于蜗杆传动具有自锁性的特点，当调速电机工作，使调速电机转子以相同角速度带动蜗杆齿轮轴转动时，就同时带动齿圈按照其固有的齿比进行转动，但当在行星轮的作用下，齿圈作为主动轮进行转动时，却无法带动蜗杆齿轮轴按照其自身的轴心线进行自转；

进一步的，当调速电机停止工作，且在行星轮的作用下齿圈作为主动轮进行转动时，将带动齿圈外圈轮进行转动，此时，齿圈外圈轮和齿圈的转动角速度是相等的；

进一步的，当在行星轮的作用下，齿圈作为主动轮进行转动，且调速电机工作并以一定的角速度带动蜗杆齿轮轴转动时，此时，齿圈外圈轮和齿圈以输入轴的轴心线进行转动，且齿圈外圈轮的转动速度值为：齿圈转动速度值加上或减去调速电机(正向或逆向)转动所对应齿比调节齿圈转动速度值的和或差；

进一步的，当在行星轮的作用下，齿圈作为主动轮进行转动，且调速电机工作并以一定的角速度带动蜗杆齿轮轴转动，且调速电机工作所产生对应齿比调节齿圈的转动速度值刚好抵消齿圈作为主动轮的转动速度值时，此时，齿圈外圈轮相对壳体处于相对静止状态。

齿圈外圈轮锁定部件由卡钳或圈式抱闸实施对齿圈外圈轮的锁定操作，其一端固定在壳体上；

进一步的，当齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施锁定操作后，通过调节调速电机的转动速度值，可以调节齿圈的转动速度值；

进一步的，当齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施锁定操作后，通过调节调速电机的转动速度值，由于蜗杆传动具有自锁性的特点，无论齿圈是否受行星轮转动受力的影响，齿圈的转动速度，都只遵循调速电机转动所对应齿比的转动转速值进行转动。

依据动力最小阻力传递原则，当齿圈外圈轮锁定部件未对齿圈外圈轮实施锁定操作，调速电机停止工作，且输出轴带有负载时，从输入轴传入的动能传递到行星轮处后，其动能仅带动齿圈及齿圈外圈轮转动，而其动能无法传递到输出轴上，反之，且输入轴带有负载时，从输出轴传入的动能传递到中心轮及行星轮处后，其动能仅带动齿圈及齿圈外圈轮转动，而其动能无法传递到输入轴上；

进一步的，当齿圈外圈轮锁定部件未对齿圈外圈轮进行实施锁定操作，且调速电机停止工作时，无论输入轴或输出轴的一方或双方是否有负载或是否有动能的输入，输入轴的转动和输出轴的转动均彼此不相干涉。

通过本发明的齿轮的锁定和转速限制装置，可以方便地实施对特定齿圈外圈轮进行开放或锁定操作，也可以精确地调节齿圈的转动速度值，从而使具有该齿轮的锁定和转速限制装置的行星齿轮系统中实现对输入轴与输出轴传动比的调节功能。

对比现有技术具有以下有益效果：

本发明行星齿轮系统具有结构简单、传动效能高、传力扭矩承载大和控制灵活方便的特点；

本装置结构紧凑，可根据应用要求对式样进行变换，适应面广，并特别适合多种需要双向传力的系统。

附图说明

图1为本发明的齿轮的锁定和转速限制装置的结构分解示意图。

图2为本发明齿轮的锁定和转速限制装置的内部结构前侧透视示意图。

图3为本发明齿轮的锁定和转速限制装置的内部结构后侧透视示意图。

图4为本发明齿轮的锁定和转速限制装置的齿圈外圈轮局部结构示意图。

图5为本发明齿轮的锁定和转速限制装置的齿圈外圈轮锁定部件的一种实施结构示意图。

具体实施方法

参考图1图2图3一种齿轮的锁定和转速限制装置，包括输入轴101、输出轴102、行星轮架103、行星轮120、中心轮110、齿圈130、齿圈外圈轮160、调速电机部件150、蜗杆齿轮轴140、齿圈外圈轮锁定部件170和壳体201；

输入轴101和输出轴102以其轴心线重合的方式前后水平放置，并通过轴承套放在壳体201内部，两端分别延伸出壳体201，用于实现动能的输入或输出功能；

行星轮架103固定在输入轴101的末端，行星轮架103可以和输入轴101以输入轴101轴心线进行等角速度旋转；

四个行星轮120呈中心发散状，通过行星轮轴121安装在行星轮架103上，并彼此保持轴对称关系；

齿圈130以和输入轴101轴心对齐的方式，套放在行星轮120的外缘，中心轮110放置在行星轮120中间位置，中心轮110以和输出轴102轴心对齐的方式，固定在输出轴102上；

齿圈130的轮齿和行星轮120的行星轮齿及中心轮110的轮齿处于啮合状态。

参考图4齿圈外圈轮160以和齿圈130及输入轴101轴心对齐的方式，放置在齿圈130的外围，齿圈外圈轮160上开有六个横向圆孔161；

调速电机部件150由调速电机转子中轴151、调速电机转子件152和调速电机线圈定子件153组成，其中调速电机定子件153固定在齿圈外圈轮160上；

蜗杆齿轮轴141上有螺旋状蜗杆轮齿，蜗杆齿轮轴141的一端和调速电机转子中轴151向对的一端固定，另一端套放在齿圈外圈轮160对应的横向圆孔161处，调速电机转子中轴152的另一端套放在齿圈外圈轮160对应的横向圆孔161处，调速电机转子中轴151轴心线和蜗杆齿轮轴141轴心线重合；

蜗杆齿轮轴141以齿圈130外缘切线方向横向放置；

蜗杆齿轮轴141和调速电机150的套数为三套。

齿圈130外缘有与蜗杆轮齿142匹配的蜗轮齿，齿圈130外缘的蜗轮齿和所有蜗杆齿轮轴141的螺旋状蜗杆齿轮处于啮合状态。

参考图5齿圈外圈轮锁定部件170由卡钳171或圈式抱闸172实施对齿圈外圈轮160的锁定操作，其一端和壳体201固定。

具有本齿轮的锁定和转速限制装置的行星齿轮系统的一种典型实施工作方法为：

初始时，齿圈外圈轮锁定部件170对齿圈外圈轮160处于开放工作状态，且调速电机150处于停止工作状态，输出轴102端带有负载，动能从输入轴101端输入，由于行星齿轮的传动特征和蜗杆齿轮组的特性，此时，动能将带动输入轴101、行星轮架103、行星轮120、齿圈130和齿圈外圈轮160按照设定的传动比进行转动，根据动力传动的最小阻力原则，此时，从输入轴输入的动能将无法带动中心轮110和输出轴102转动；

然后，调速电机150运行，并通过蜗杆齿轮轴141带动齿圈130转动，随着调速电机150运行转速的增加，齿圈外圈轮160相对于齿圈130的转速将逐步减少，同时齿圈外圈轮160相对于壳体201的转速也逐渐减少，直至，齿圈外圈轮160和壳体201两者处于相对静止状态或两者相对速度较小时，此时，调速电机150维持当前转速转动；

这时，齿圈外圈轮锁定部件170实施对齿圈外圈轮160的锁定操作，然后，调速电机150的运行转速逐渐降低，此时，从输入轴101端输入的动能，将逐渐向中心轮110及输出轴102传递，直至，调速电机150的转速为“零”时，动能将完全从输入轴101向输出轴102传递，而此时输入轴101对输出轴102的传动比也依循原有设定的比例实施。

这种工作方式和“离合器”的工作效果相当，但是相比传统的多片摩擦式离合器的工作方式，本装置的方法实施起来更可控、更精准和传动效能更高，特别适合需要精准离合或需要大功率传递的系统。

具有本齿轮的锁定和转速限制装置的行星齿轮系统的另一种典型的实施工作方法为：

初始时，齿圈外圈轮锁定部件170处于开放工作状态，且调速电机150处于停止工作状态，输入轴101端带有一定的转速进行转动，输出轴102端也带有一定的转速进行转动，由于行星齿轮传动特征和蜗杆齿轮组的特性，此时，输入轴101端的动能将带动输入轴101、行星轮架103和行星轮120转动，输出轴102端的动能将带动输出轴102及中心轮110转动，两者的动能经合成后，将共同带动齿圈130和齿圈外圈轮160按照其合成后的传动比进行转动，根据动力传动的最小阻力原则，此时，无论是输入轴101还是输出轴102的转速进行改变，两者的转动均彼此不相干涉；

然后，调速电机150运行，并通过蜗杆齿轮轴141带动齿圈130转动，随着调速电机150运行转速的增加，齿圈外圈轮160相对于齿圈130的转速将逐步减少，而齿圈外圈轮160相对于壳体201的转速同时也逐渐减少，直至，齿圈外圈轮160和壳体201两者处于相对静止状态或两者相对速度较小时，此时，调速电机150维持当前转速转动；

这时，齿圈外圈轮锁定部件170实施对齿圈外圈轮160的锁定操作，然后，调速电机150的转速逐渐降低，直至，调速电机150的转速为“零”，此时，动能将依据传动比和原有动能大小的关系，合成后从动能相对较小的一端输出，从而实现了本装置的动力合成功能。

这种工作方式可以方便的合成输入端的动能和输出端的动能，两者动能的合成过程柔和并可控性强，特别适合需要双向传力的系统，比如混合动力装置或飞轮蓄能式能量回收装置。

基于以上两种实施工作方法，通过对齿圈外圈轮锁定部件170的操作控制和对调速电机150的工作操作控制，可以实现本实施例的多种工作模式组合和应用，从而使本装置的实用性大大增加，同时齿圈外圈轮锁定部件170仅在相对静止或相对速度较小时实施锁定操作的，首先动能不会在锁定操作中被损耗，再者也可大大提高齿圈外圈轮锁定部件170的使用寿命，并且其工作时也不会产生摩擦粉末或大量热量，提高了整体系统的运行稳定性。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，特别是行星齿轮系统本身可以实施多种结构和多种传动方式，用于实施锁定和转速限制的部件可以为齿圈、行星轮架或中心轮，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型，如果对本发明的这些改动和变型是在本发明的权利要求及其等同方案的范围之内，则本发明也将包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，包括输入轴、输出轴、行星轮架、行星轮、中心轮、齿圈、齿圈外圈轮、调速电机部件、蜗杆齿轮轴、齿圈外圈轮锁定部件和壳体；

所述输入轴和输出轴以其轴心线重合的方式前后水平放置，输入轴和输出轴通过轴承套放在壳体内部，两端分别延伸出壳体，所述行星轮架固定在输入轴的末端，行星轮呈中心发散状，通过行星轮轴安装在行星轮架上，并彼此保持轴对称关系，优选的，行星轮的数量为2～7个，更优选的，行星轮的数量为4个，所述齿圈以和输入轴轴心对齐的方式，套放在行星轮的外缘，所述中心轮放置在行星轮的中间位置，中心轮以和输出轴轴心对齐的方式，固定在输出轴上，齿圈的轮齿和行星轮的行星轮齿及中心轮的轮齿处于啮合状态。

2.根据权利要求1所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述齿圈外圈轮以和齿圈轴心对齐的方式，放置在齿圈的外围，齿圈外圈轮上开有多个横向圆孔。

3.根据权利要求1所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述调速电机部件由调速电机转子件、调速电机转子中轴和调速电机线圈定子件组成，调速电机定子件固定在齿圈外圈轮上。

4.根据权利要求1所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述蜗杆齿轮轴以齿圈外缘切线方向放置。

5.根据权利要求1至4所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述蜗杆齿轮轴上有螺旋状蜗杆轮齿，蜗杆齿轮轴的一端和调速电机转子中轴相对的一端固定，另一端套放在齿圈外圈轮对应的横向圆孔处，调速电机转子中轴的另一端套放在齿圈外圈轮对应的横向圆孔处，调速电机转子中轴轴心线和蜗杆齿轮轴轴心线是重合的。

6.根据权利要求5所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述蜗杆齿轮轴和调速电机的套数为2～5套，优选的，蜗杆齿轮轴和调速电机的套数为3套，所有蜗杆齿轮轴和调速电机以输入轴轴心线彼此保持轴对称关系，所有调速电机工作是否运行或停止及运行的速度和速度的改变值是一致的。

7.根据权利要求1和4所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述齿圈外缘有与蜗杆轮齿匹配的蜗轮齿，齿圈外缘的蜗轮齿和所有蜗杆齿轮轴的螺旋状蜗杆轮齿处于啮合状态。

8.根据权利要求1所述的齿轮的锁定和转速限制装置，其特征在于，所述齿圈外圈轮锁定部件由卡钳或圈式抱闸实施对齿圈外圈轮的锁定操作，齿圈外圈轮锁定部件的一端固定在壳体上。

9.一种行星齿轮系统，其特征为，包括权利要求1～8任意一项所述的齿轮的锁定和转速限制装置。