CN108223722A - 一种无齿圈行星轮变速系统及变速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无齿圈行星轮变速系统及变速方法，包括输入轴，在所述的输入轴上安装有输入端行星架以及多个太阳轮，每个太阳轮与一个行星轮啮合，多个行星轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I，行星轮转轴I与输出端行星架相连，输入端行星架连接行星轮转轴II，行星轮转轴II与所述的多个行星轮偏心连接；多个太阳轮通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接。通过无齿圈行星齿轮的两个行星架的作用，取代了外齿圈的功能，实现了无齿圈的行星轮运动，提高了运动精度，避免了齿圈产生的误差。

Description

一种无齿圈行星轮变速系统及变速方法

技术领域

本发明涉及的是一种无齿圈行星轮变速系统及变速方法。

背景技术

变速器是用来改变来自输入端的转速和转矩的机构，它能改变输出轴和输入轴传动比。传统变速器通常采用齿轮传动，普通齿轮传动在承载能力、输出扭矩、输出效率、可靠性等方面均有一定的不足，因此有很大的改进空间。

在各种提高齿轮传动工作效率的方法中，行星齿轮被广泛应用，尤其是在工程机械、矿山行业、起重运输行业等行业。行星齿轮传动相比于普通齿轮传动具有一些突出的优点，例如结构紧凑，体积小，承载能力高，能实现大传动比的运动，传动效率高等。利用这些优点，行星轮替代普通齿轮可以有效改良变速箱性能。行星齿轮通常采用了2K-H行星传动技术，最典型的组成包括了太阳轮、行星轮、齿圈、行星架等几个主要结构。在这种结构中，齿圈是一个内齿轮，起到与内齿轮啮合的作用。但是，齿圈的误差是造成行星轮误差的一个重要因素，为了保证行星齿轮运行的精确度，通常要求内齿圈有较高的加工精度，增加了生产加工的难度。

发明内容

本发明为克服上述变速器和行星齿轮的不足，提出一种无齿圈行星轮变速系统及利用该变速系统进行变速的方法，对行星齿轮的发展和行星变速系统的开发具有重要的意义。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种无齿圈行星轮变速系统，包括输入轴，在所述的输入轴上安装有输入端行星架以及多个太阳轮，每个太阳轮与多个均布的行星轮啮合且形成一组，位于不同组且在同一个方向上的多个行星轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I，所述行星轮转轴I与输出端行星架相连，所述的输入端行星架连接行星轮转轴II，所述的行星轮转轴II与位于不同组且在同一个方向上的多个行星轮偏心连接，所述的多个太阳轮之间通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。

进一步的，多个太阳轮与多个行星轮之间形成了不同的传动比。

进一步的，所述输入轴的一端通过轴承安装在机架上，输入轴的另一端通过轴承安装在输出端行星架上。

进一步的，所述的输出端行星架的输出轴端也通过轴承安装在机架上。

进一步的，在每两个太阳轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，所述拨杆位于两个同步器之间，通过拨杆控制两个同步器来实现两个太阳轮与输入轴连接关系的控制。

进一步的，本发明能够实现四个不同的传动比输出，变速部分的控制是通过拨杆和同步器实现的。

进一步的，本发明中每组太阳轮与行星轮的中心距相同。

进一步的，所述的多个行星轮在圆周方向上均布。

进一步的，一个太阳轮与三个行星轮组成一组，多组太阳轮与行星轮的中心距相同。

进一步的，所述变速系统实现四个不同的传动比输出。

进一步的，每组太阳轮与行星轮的齿数比依次为1:2、4:5、1:1、2:1。

本发明利用上述无齿圈行星轮变速系统进行变速的方法，如下：

零档：变速器处于零档状态时，拨杆I和II均处在中间位置不进行工作，所以太阳轮不与输入轴连接，导致输入轴发生空转，输出端行星架的输出转速为0；

一档：变速器处于一档状态时，拨动拨杆I向左运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器a使输入轴和太阳轮A相连，太阳轮A带动行星轮E运动，实现一个较低速的输出；

二档：变速器处于二档状态时，拨动拨杆I向右运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器b使输入轴和太阳轮B相连，太阳轮B带动行星轮F运动，二档输出转速相对一档有一定提高；

三档：变速器处于三档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向左运动，驱动同步器c使输入轴和太阳轮C相连，太阳轮C带动行星轮G运动；三档输出转速相对二档进一步提高；

四档：变速器处于四档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向右运动，驱动同步器d使输入轴和太阳轮D相连，太阳轮D带动行星轮H运动；四档输出转速相对三档进一步提高。

本发明采用了多组不同传动比但是中心距相同的太阳轮和行星轮，太阳轮不与输入轴直接相连；变速部分的拨杆控制同步器的运动，同步器的作用是实现太阳轮与输入轴的连接与断开。

本发明具有如下优点：

1、通过无齿圈行星齿轮的两个行星架的作用，取代了外齿圈的功能，实现了无齿圈的行星轮运动，提高了运动精度，避免了齿圈产生的误差；

2、无齿圈行星齿轮保持了行星齿轮原有的结构紧凑，体积小，承载能力高，能实现大传动比、输出效率高、可靠性高等优点；

3、变速方法简便，变速范围较大，可以根据生产和实际需要调整行星轮和太阳轮的齿数比，实现多种不同传动要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1无齿圈行星齿轮的原理图；

图2本发明的结构示意图；标注了其中一组行星轮的位置；

图3是本发明的侧视图；

图中：1输入轴，2轴承，3机架，4输入端行星架，5行星轮转轴II，6行星轮E，7行星轮F，8行星轮G，9行星轮H，10行星轮转轴I，11输出端行星架，12轴承，13键，14轴承，15机架，16太阳轮D，17同步器c和d，18拨杆II，19太阳轮C，20太阳轮B，21同步器a和b，22拨杆I，23太阳轮A。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，所述的无齿圈行星齿轮部分设计采用双行星架代替传统2K-H行星齿轮的设计，齿轮S为太阳轮，齿轮P为行星轮，K1和K2分别为两个行星架。行星轮P的加工两个安装孔，分别连接两个行星架。在本发明中，以太阳轮S为输入，带动K1和K2运动，以K2为输出端行星架作为输出，K1为输入端行星架起支撑作用，不额外施加外力。

在本发明中，行星轮P的两个安装孔，一个位于中心位置，用于安装输出端行星架K2，另一个与行星架一个有一定偏心距，用于安装输入端行星架K1。由于安装孔存在偏心，K1的旋转中心与太阳轮S不同心，两者的偏心距等于行星轮P的加工两个安装孔的距离。在本发明的设计中，每个太阳轮需要啮合三个120度间隔的行星轮，保证运动平稳，即行星架也要同时与这三个行星轮相连。故在输入端行星架K1中心位置加工出一个中空的圆，适应运动过程中的偏心，避免与输入轴的干涉。输出端行星架K2与中心位置安装孔相连，故K2与输入轴旋转中心相同。

如图2所示，本发明拨杆I22可以左右运动，向左运动时，推动同步器a，使太阳轮A与输入轴相连；向右运动时，推动同步器b，使太阳轮B与输入轴相连；处于中间位置时，同步器a和b21自动断开停止工作。同理，拨杆II18控制同步器c和d17。

本发明包含了其中四组太阳轮和与之啮合的一个行星轮的位置关系，太阳轮不直接与输入轴1相连，而是要通过同步器进行连接。该方案通过拨杆I和II的控制，控制同步器a、b、c、d的运动，使得四个太阳轮分别与输入轴相连，再由输入轴输入一定的转速，通过太阳轮和其啮合的行星轮的不同齿数比，输出端行星架的转速随之变化，实现五个档位的转速变化，实行变速器的作用。

在图3中，行星轮120度间隔分布，保证运动的稳定性；如图3所示，4输入端行星架为了解决该行星架在运动过程中发生偏心的问题，中心加工出一个防止干涉的圆，避免运动过程中，行星架与输入轴发生干涉。

每对太阳轮与行星轮的齿数比依次为1:2、4:5、1:1、2:1，当拨杆驱动同步器工作时，相应的太阳轮与输入轴相连，从而实现在输出端行星架完成不同传动比输出的功能。

具体的结构是：

无齿圈行星轮变速系统，包括输入轴1，在输入轴1上安装有输入端行星架4以及四个太阳轮，一个太阳轮与三个行星轮啮合，四个太阳轮对应12个行星轮，位于同一方向上的4个行星轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I10，行星轮转轴I10与输出端行星架11相连，所述的输入端行星架4连接行星轮转轴II5，所述的行星轮转轴II5与多个行星轮偏心连接，多个太阳轮通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。

多个太阳轮与多个行星轮之间形成了不同的传动比。

输出端行星架11包括三个行星轮转轴I10，三个行星轮转轴I10在圆周方向上均布。

输入轴的一端通过轴承2安装在机架3上，输入轴的另一端通过轴承12安装在输出端行星架上。输出端行星架11的输出轴端也通过轴承14安装在机架上，且输出轴上安装有键13，本发明通过键13与其他部件相连。

在每两个太阳轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，所述拨杆位于两个同步器之间，通过拨杆控制两个同步器来实现两个太阳轮与输入轴连接关系的控制。

行星轮转轴I、行星轮转轴II的个数与每组齿轮组中行星磁齿轮的个数相同，本发明中行星轮转轴I、行星轮转轴II各包括三个，三个行星轮转轴I与同一个输出端行星架相连，三个行星轮转轴II与同一个输入端行星架相连。

档位变化的具体实现方法：

零档：变速器处于零档状态时，拨杆I22和II18均处在中间位置不进行工作，所以太阳轮不与输入轴连接，导致输入轴发生空转，输出端行星架的输出转速为0。

一档：变速器处于一档状态时，拨动拨杆I向左运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器a使输入轴和太阳轮A相连，太阳轮A带动行星轮E6运动，太阳轮A与行星轮E6的齿数比为1:2，实现一个较低速的输出。

二档：变速器处于二档状态时，拨动拨杆I向右运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器b使输入轴和太阳轮B20相连，太阳轮B20带动行星轮F7运动，太阳轮B20与行星轮F7的齿数比为4:5。二档输出转速相对一档有一定提高。

三档：变速器处于三档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向左运动，驱动同步器c使输入轴和太阳轮C19相连，太阳轮C19带动行星轮G8运动，太阳轮C19与行星轮G8的齿数比为1:1。三档输出转速相对二档进一步提高。

四档：变速器处于四档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向右运动，驱动同步器d使输入轴和太阳轮D16相连，太阳轮D16带动行星轮H9运动，太阳轮D16与行星轮H9的齿数比为2:1。四档输出转速相对三档进一步提高。

该变速器通过拨杆的控制实现五档不同传动比的变化，同时可以通过装配不同比例太阳轮和行星轮进一步扩大传动比变化范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，包括输入轴，在所述的输入轴上安装有输入端行星架以及多个太阳轮，每个太阳轮与多个均布的行星轮啮合且形成一组，位于不同组且在同一个方向上的多个行星轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I，所述行星轮转轴I与输出端行星架相连，所述的输入端行星架连接行星轮转轴II，所述的行星轮转轴II与位于不同组且在同一个方向上的多个行星轮偏心连接，所述的多个太阳轮之间通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。

2.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，多个太阳轮与多个行星轮之间形成了不同的传动比。

3.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，所述输入轴的一端通过轴承安装在机架上，输入轴的另一端通过轴承安装在输出端行星架上。

4.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，所述的输出端行星架的输出轴端也通过轴承安装在机架上。

5.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，在每两个太阳轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，通过拨杆控制同步器来实现两个太阳轮与输入轴连接关系的控制。

6.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，所述的多个行星轮在圆周方向上均布。

7.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，一个太阳轮与三个行星轮组成一组，多组太阳轮与行星轮的中心距相同。

8.如权利要求1所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，所述变速系统实现四个不同的传动比输出。

9.如权利要求8所述的无齿圈行星轮变速系统，其特征在于，每组太阳轮与行星轮的齿数比依次为1:2、4:5、1:1、2:1。

10.如权利要求8所述的无齿圈行星轮变速系统的变速方法，其特征在于，

零档：变速器处于零档状态时，拨杆I和II均处在中间位置不进行工作，所以太阳轮不与输入轴连接，导致输入轴发生空转，输出端行星架的输出转速为0；

一档：变速器处于一档状态时，拨动拨杆I向左运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器a使输入轴和太阳轮A相连，太阳轮A带动行星轮E运动，实现一个较低速的输出；

二档：变速器处于二档状态时，拨动拨杆I向右运动，拨杆II处在中间位置不进行工作，驱动同步器b使输入轴和太阳轮B相连，太阳轮B带动行星轮F运动，二档输出转速相对一档有一定提高；

三档：变速器处于三档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向左运动，驱动同步器c使输入轴和太阳轮C相连，太阳轮C带动行星轮G运动；三档输出转速相对二档进一步提高；

四档：变速器处于四档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向右运动，驱动同步器d使输入轴和太阳轮D相连，太阳轮D带动行星轮H运动；四档输出转速相对三档进一步提高。