CN107420499A - 变线速行星排传动机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星排齿轮传动机械。该行星排齿轮传动机械中含有变线速行星排，即：变线速行星排由两个中心轮与一至两层行星轮组成，其中至少某一层行星轮是变线速行星轮，变线速行星轮位于行星架上，变线速行星轮分前后两侧具有两套齿形、齿数、直径可以不同的齿轮，变线速行星排具有七种结构形式：拥有变线速行星排七种结构形式之一的行星排就是变线速行星排，含有变线速行星排的传动机械均属本发明的范围。该发明可以拓展改善行星排结构与性能进而拓展改善传动机械的性能。

Description

变线速行星排传动机械

技术领域

本发明涉及一种行星排齿轮结构传动机械，具体为具有变线速行星轮结构的行星排的传动机械。

背景技术

为了大范围灵活地改变动力系统的转矩和转速，很多动力机械都配置了机械变速器或减速器。很多变速器或减速器是行星排齿轮机构，其中用到了行星排。现有的行星排的结构主要可以这样分类，按齿轮形状可分圆柱齿轮行星排与锥齿轮行星排；按行星排中行星轮的层级数可分单层星行星排与双层星行星排；按行星排的太阳轮、带行星轮的行星架、内齿圈三种部件的组成可分为完全行星排与缺省行星排，缺省行星排是省略了太阳轮或者内齿圈的行星排。行星排齿轮结构传动机械由行星排组成，拓展改善行星排的结构与性能，就可以拓展改善变速器或减速器等传动机械的性能，这就是我们的目的。

发明内容

为了达到拓展改善行星排结构与性能进而拓展改善传动机械的性能的目的，本发明提出一种变线速行星轮结构的行星排，简称变线速行星排。

行星排由两个中心轮(太阳轮或内齿圈)与带行星轮的行星架三种部件组成，三种部件的啮合关系决定行星排种类。现有行星排按行星架上行星轮层级数的单与双可分为单层星行星排、双层星行星排。单层星行星排的单层行星轮对内与太阳轮啮合、对外与内齿圈啮合；双层星行星排在行星架上的两层行星轮中，内层行星轮对内与太阳轮啮合、对外与外层行星轮啮合，外层行星轮对内与内层行星轮啮合、对外与内齿圈啮合。在普通行星排的啮合结构形式下，各部件的转速(角速度)各异，但各部件齿轮的线速度是相同的。

行星排三种部件的空间分布、形体与材质、齿形、齿数关系就是行星排构造，行星排构造在生产为成品后就不可改变，行星排构造决定了行星排各部件的运动规律和运动方程，最终决定了行星排齿轮结构传动机械的性能性质。行星排种类不同，其运动规律不同，遵循的运动方程不同。现有的研究行星排运动规律的关于行星排的参数称为特性参数，研究行星排运动的方程称为运动特性方程。定义如下：

设Zt为太阳轮齿数，Zq为内齿圈齿数，Nt为太阳轮转速,Nq为内齿圈转速,Nj为行星架转速，定义特性参数a＝Zq/Zt,单层星行星排的运动特性方程为：Nt+a*Nq-(1+a)*Nj＝0，双层星行星排的运动特性方程为：Nt-a*Nq-(1-a)*Nj＝0。

本发明提出，行星排还可以采用变线速行星轮的结构形式，变线速行星排由两个中心轮与一至两层行星轮组成，其中至少某一层行星轮是变线速行星轮。变线速行星轮即该层行星轮的每一个行星轮均一样分前后侧设置两套齿形、齿数、直径可以不同的齿轮，因为两套齿轮沿轴向前后顺序排列位于同一行星轮上，其转速(角速度)同一相等，而两套齿轮的线速度就可以不相等，这就是“变线速”的行星轮。所述中心轮即以行星排轴心为旋转轴的太阳轮或内齿圈。具有变线速行星轮的行星排就是变线速行星排，变线速行星排具有七种结构形式。变线速行星轮如果是单层星行星排的单层行星轮，后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式一，参见图1。变线速行星轮为第二层行星轮，后侧一套齿轮对内间接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对内直接与前侧太阳轮啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式二，参见图2。变线速行星轮是第一层行星轮，变线速行星轮的后侧一套齿轮对外间接与后侧内齿圈啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式三，参见图3。变线速行星轮如果是双层星行星排中的外层行星轮，后侧一套齿轮对内与内层行星轮啮合，相当于对内通过内层行星轮间接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式四，参见图4。变线速行星轮如果是双层星行星排中的内层行星轮，后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外与外层行星轮啮合，相当于对外通过外层行星轮间接与前侧内齿圈啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式五，参见图5。变线速行星轮为单层行星轮，后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对内直接与前侧太阳轮啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式六，参见图6。变线速行星轮为单层行星轮，后侧一套齿轮对外直接与后侧内齿圈啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，这种结构形式称为变线速行星排结构形式七，参见图7。定义后侧太阳轮(或内齿圈)齿数为Zh，前侧太阳轮(或内齿圈)齿数为Zq，变线速行星轮的后侧一套齿轮齿数为Xh，前侧另一套齿轮齿数为Xq，则定义本发明变线速行星排的特性参数为a，a＝(Zq*Xh)/(Zh*Xq)，本发明变线速行星排结构形式一、结构形式二与结构形式三遵循运动特性方程Nt+a*Nq-(1+a)*Nj＝0，类同于普通单层星行星排,使用时可以类同当作普通单层星行星排使用；结构形式四、结构形式五、结构形式六与结构形式七遵循运动特性方程Nt-a*Nq-(1-a)*Nj＝0，类同于普通双层星行星排，使用时可以类同当作普通双层星行星排使用。由上述定义可见，前侧与后侧是相对的，前与后是为了定义时区分方便。变线速行星排的特性参数也是相对的，尤其是本发明变线速行星排的结构形式二、结构形式三、结构形式六与结构形式七，行星排部件中没有直观的太阳轮与内齿圈的区分，要么是两个太阳轮，要么是两个内齿圈，哪个是前侧哪个是后侧全依赖于具体特性参数的定义。实际上，内齿圈可以视作“空心”的太阳轮，外观不同，数学本质相同，七旋转轴都是行星排的轴心。只要定义承前侧或后侧太阳轮，不管外形是太阳轮还是内齿圈，其数学本质就是太阳轮。把定义中的前侧后侧互换，新定义形成的变线速行星排特性参数是原特性参数的倒数。本发明变线速行星排的七种结构形式，可以很容易地定义互换前侧后侧，形成特性参数为原特性参数倒数的新变线速行星排。新变线速行星排中，原后侧太阳轮或内齿圈变成新的前侧太阳轮或内齿圈，原前侧太阳轮或内齿圈变成新的后侧太阳轮或内齿圈，从图1至图7示意图中可以看出这种互换变化很容易，互换后的结构也属于本发明的范围。所述的七种结构形式，各自包含的连接及连接中的对象，处于同一直接连接作用下的连接及连接中的对象具有相同的转速，把一个对象与一个直接连接上的任一部分相连接，其转速效果是相同的。在保持连接中的对象不变的前提下，同一直接连接可以有多种走向，同一连接内的各个对象可以有不同排列，多个连接之间可以有不同顺序，这些结构形式中的连接的不同走向与排列，称为本发明变线速行星排各结构形式的异构形式。还有一种异构形式，来自行星架构造不同，行星架可以采用轴式行星架，配套行星轮采用轴套式行星轮；行星架还可以采用轴承式行星架，配套行星轮采用轴式行星轮。有时，这种行星架构造的异构形式，也会引起连接走向与排列的异构形式。例如，图8就是本发明变线速行星排结构形式二的一种异构形式，其行星架构造是相对于结构形式二的行星架构造是异构形式，其连接走向也是异构形式。各结构形式与其各异构形式，可以有不同的工艺效率、传动效率、间隙、回差等性质，可以根据实际需要选择采用本发明各结构形式及其各异构形式。本发明各结构形式的各异构形式也应落入本发明的保护范围。

本发明变线速行星排与普通行星排一样由两个中心轮、一层或两层行星轮组成。由于变线速行星轮的结构及其啮合关系，本发明变线速行星排与普通行星排有一些不同，结构略为复杂，轴向长度比普通行星排略长，结构形式二与结构形式六的直径很小，有时会很实用。本发明变线速行星排的运动特性方程与普通行星排的运动特性方程在数学形式上一致，但其中特性参数的值域不同。普通行星排特性参数一般大于1.3且数值不易于很大，需要特性参数接近1.0的行星排时只有选择锥齿轮行星排，锥齿轮行星排的缺点是加工困难且轴向长度很长。本发明变线速行星排的特性参数可以非常接近于1.0，而加工较容易且轴向长度不算很长，可以替代锥齿轮行星排。普通行星排只有在开展反特性连接使用时才能获得小于1.0的很小的特性参数值，普通行星排的反特性连接使用的缺点是连接结构比较复杂，穿心套筒式连接较多，制造有难度。本发明结构形式二、结构形式三、结构形式六与结构形式七的行星排特性参数数值易于设计制造得很大，或作为分数数值还可以小于1.0，可以很小；而其连接结构较简单，穿心套筒式连接较少，相对容易制造。这就非常显著地拓展改善了行星排结构与性能，进而可以拓展改善传动机械的性能。

本发明变线速行星排的结构中，变线速行星轮的两套齿轮可以具有不同的半径、齿形参数。通常情况下，变线速行星轮两套齿轮的半径、齿形参数不会相同，相同可以算特例。在现有的行星齿轮传动机械中，辛普森机构与拉维娜机构最接近本发明的结构，但有明显不同：在辛普森机构与拉维娜机构中，两个行星排共用的长行星轮只有一套齿轮，同一套齿轮不可以改变线速度。不像本发明变线速行星排中的变线速行星轮普遍具有两套齿轮，在角速度同一的条件下可以改变线速度。其他一些行星齿轮传动机械在两排行星排中具有相互连接的转速(角速度)相同行星轮的情况，更接近本发明的结构，但也有明显不同：现有的这些传动机械具有超过两个的以行星排轴心为旋转轴的中心轮(即太阳轮或内齿圈)，就是两个行星排一共具有三个或四个中心轮，本身就是两个典型的行星排。而本发明变线速行星排虽然在轴向长度上占位长度相当于两个行星排的长度，但整个行星排一共只有两个中心轮(即太阳轮或内齿圈)，所以才是一个行星排。本发明不只是有七种结构形式，而且具有典型的行星排特性参数定义，这不只是结构创新，还是行星排方法的创新，是行星排结构与性能的创新。

本发明提出，只要在行星排传动机械中采用了本发明所述变线速行星排七种结构形式之一的变线速行星排，就属于变线速行星排传动机械，均应落入本发明的保护范围。

本发明变线速行星排传动机械的有益之处在于，提出了变线速行星排的概念，提出了变线速行星排的七种结构形式，本发明所述变线速行星排通过拓展改善行星排结构与性能进而可以拓展改善传动机械的性能。

附图说明

图1为本发明变线速行星排结构形式一示意图。

图2为本发明变线速行星排结构形式二示意图。

图3为本发明变线速行星排结构形式三示意图。

图4为本发明变线速行星排结构形式四示意图。

图5为本发明变线速行星排结构形式五示意图。

图6为本发明变线速行星排结构形式六示意图。

图7为本发明变线速行星排结构形式七示意图。

图8为本发明比形式行星排结构形式二的一种异构形式示意图。

图9为本发明实施例1，变线速行星排结构形式四减速器示意图，输入输出以箭头示意，锁定连接示意为接地标志。

各图中行星排均按行业惯例以半幅行星排齿轮结构表示，行星排两侧各示意三个连接接口用于对外连接，接口位置靠近轴心位，根据实际需要可以省略部分连接或改变连接的走向与位置。各图中行星排各部件只示意结构关系，未反映真实尺寸。

具体实施方式

实施例1：本发明变线速行星排结构形式四减速器，参见图9所示设置各输入输出锁定连接。输出连接对象为太阳轮，锁定连接对象为内齿圈，输入连接对象为行星架。该变线速行星排特性参数为a＝(Zq*Xh)/(Zh*Xq)＝(176*21)/(100*37)＝0.99891891，即后侧太阳轮齿数为100、变线速行星轮后侧齿轮齿数为21、前侧内齿圈齿数为176、变线速行星轮前侧齿轮齿数为37。由单排行星排运动特性方程可知该减速器的传动比式子为1/(1-a),由于a非常接近于1.0，传动比式子分母绝对值极小化而分子绝对值不极小化，所以传动比式子绝对值极大化，实际传动比值即减速器减速比值为925。

设计生产制造本实施例1的减速器传动机械时，按上述方法设计变速器的机械系统，然后按照实际需要开展材料、外形、机械、加工等工艺设计，开展润滑系统、安装支撑与保护系统的设计，然后就可以生产制造了。

上述各实施例仅为本发明的部分实施方式，所述变线速行星排传动机械可以是各种材质，可以是变速器、可以是减速器，可以是传动机械的局部。只要是具有变线速行星排的传动机械，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.变线速行星排传动机械，是包含有变线速行星排的行星排齿轮机械、其特征在于：所述行星排齿轮机械系统中含有变线速行星排，变线速行星排由两个中心轮与一至两层行星轮组成，其中至少某一层行星轮是变线速行星轮，所述变线速行星轮位于行星架上，变线速行星轮分前后两侧具有两套齿形、齿数、直径可以不同的齿轮。

2.如权利要求1所述的变线速行星排传动机械，其特征还在于其中的变线速行星排具有七种结构形式，即：结构形式一：变线速行星轮的后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，结构形式二：变线速行星轮的后侧一套齿轮对内间接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对内直接与前侧太阳轮啮合，结构形式三：变线速行星轮的后侧一套齿轮对外间接与后侧内齿圈啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，结构形式四：变线速行星轮的后侧一套齿轮对内与内层行星轮啮合，相当于对内通过内层行星轮间接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，结构形式五：变线速行星轮的后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对外与外层行星轮啮合，相当于对外通过外层行星轮间接与前侧内齿圈啮合，结构形式六：变线速行星轮的后侧一套齿轮对内直接与后侧太阳轮啮合，前侧另一套齿轮对内直接与前侧太阳轮啮合，结构形式七：变线速行星轮的后侧一套齿轮对外直接与后侧内齿圈啮合，前侧另一套齿轮对外直接与前侧内齿圈啮合，具有变线速行星排的七种结构形式之一变线速行星排的传动机械，均属于本发明范围。