CN110735905A - 一种主动高速调速的差动传动装置 - Google Patents

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CN110735905A CN201911048684.1A CN201911048684A CN110735905A CN 110735905 A CN110735905 A CN 110735905A CN 201911048684 A CN201911048684 A CN 201911048684A CN 110735905 A CN110735905 A CN 110735905A
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鞠锦勇
戴进
刘玉飞
訾斌
张春蕊
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Abstract

本发明公开一种主动高速调速的差动传动装置，适用于机械传动技术领域。包括箱体，箱体上设有箱盖，箱体内输入轴和输出轴，还包括行星架以及设置在行星架上的行星轮组；输入轴包括主输入轴和辅输入轴，主输入轴末端设有齿轮Z1，3根行星轮输入轴Ⅰ上均设有齿轮Z2，3根行星轮输出轴Ⅱ上均设有齿轮Z3，输出轴末端设有齿轮Z4，3根行星轮输入轴Ⅰ和3根行星轮输出轴Ⅱ交替设置并围绕主输入轴和输出轴一周。发挥行星架体积小、质量轻的优势，在行星架上设齿轮Z6与辅输入轴上齿轮Z5啮合可实现高速宽变速区间主动差动传动；利用主输入轴上齿轮、输出轴上齿轮以及行星齿轮的错位啮合实现传动，可充分减少装置体积，具有原理新颖、结构紧凑等优点。

Description

一种主动高速调速的差动传动装置
技术领域
本发明涉及一种差动传动装置，尤其适用于一种主动高速调速的差动传动装置，属于机械传动技术领域。
背景技术
随着现代工业技术水平的不断发展，舰船传动系统、车辆传动系统、空间机械臂等领域对高质量的减变速传动系统的需求越来越高。其中，行星差动传动装置因传动原理清晰、传动比大、传动可靠等优点有较大的应用。
现阶段的行星差动传动装置，为了实现输出速度分挡，一般采用一个主输入轴，一个辅输入轴的两输入轴方式。其中，差动连接环节主要是采用主传动行星轮系中内齿圈太阳轮外部滚齿轮与辅输入轴上齿轮进行差动连接的形式，如中国专利CN201910062039.9就是采用调速过渡轴上的小直齿轮与输出轴上内齿圈太阳轮外部的左齿圈进行连接以实现差动传动。行星轮系中的内齿圈太阳轮一般作为整个装置框架使用，体积与质量比较大，因此现阶段利用内齿圈太阳轮外部滚齿轮进行差动连接的形式，要求差动传动过程中，内齿圈太阳轮以及与其连接的辅输入轴转速不能太高，一旦内齿圈太阳轮转速过高，由于其体积与质量较大，因质量分布不均等原因，会加剧整个传动装置的振动。综上，当前采用内齿圈太阳轮外滚齿的行星差动传动方式，调速范围有效，尤其无法实现高速差动。因此，为了满足机械臂、卷扬提升等领域的高速差动需求，需要设计相应的高速差动传动装置。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种主动高速调速的差动传动装置，克服现有技术中无法实现高速差动传动的问题，在设计过程中，不使用内齿圈太阳轮，而是直接使用行星架进行差动连接，以实现高速差动传动。
为了实现上述目的，本发明主动高速调速的差动传动装置，包括箱体，箱体上设有箱盖，箱体内输入轴和输出轴，还包括行星架以及设置在行星架上的行星轮组；
其中输入轴包括主输入轴和辅输入轴，主输入轴和辅输入轴置于箱体一侧轴线平行设置，输出轴相对于主输入轴置于箱体另一侧并且轴线与主输入轴轴线重合；主输入轴和输出轴设置在行星架的轴心处的架槽中，行星轮组围绕主输入轴和输出轴设置在行星架，行星轮组包括轴线平行的3根行星轮输入轴Ⅰ和3根行星轮输出轴Ⅱ，行星架的两端分别通过轴承Ⅰ、轴承Ⅱ设置在箱体上，轴承Ⅰ内圈与行星架上的轴肩连接，轴承Ⅰ外圈通过套筒Ⅰ设有轴承盖Ⅰ实现轴承Ⅰ固定，轴承Ⅱ内圈与行星架上的轴肩连接，轴承Ⅱ外圈通过套筒Ⅱ设有轴承盖Ⅱ实现轴承Ⅱ固定，
所述主输入轴与行星架之间分别设有轴承Ⅲ、轴承Ⅳ、轴承Ⅴ、轴承Ⅵ用以支撑，其中轴承Ⅲ与轴承Ⅳ相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅴ与轴承Ⅵ相邻设置为另一组轴承组，两组轴承组分别设置在行星架与主输入轴连接的架槽两端，轴承Ⅵ内圈通过设置在架槽端口的轴端挡圈Ⅰ固定；
所述输出轴与行星架之间分别设有轴承Ⅶ、轴承Ⅷ、轴承Ⅸ、轴承Ⅹ用以支撑，其中轴承Ⅶ与轴承Ⅷ相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅸ与轴承Ⅹ相邻设置为另一组轴承组，轴承Ⅶ内圈通过设置在架槽端口轴端挡圈Ⅱ固定；
主输入轴末端设有齿轮Z1，3根行星轮输入轴Ⅰ上均设有齿轮Z2，3根行星轮输出轴Ⅱ上均设有齿轮Z3，输出轴末端设有齿轮Z4，3根行星轮输入轴Ⅰ和3根行星轮输出轴Ⅱ交替设置并围绕主输入轴和输出轴一周，行星架上设有三个呈中心对称布置的弧形空间，每个弧形空间用于实现1组行星轮输入轴Ⅰ上齿轮Z2与行星轮输出轴Ⅱ上齿轮Z3的错位啮合，同时3根行星轮输入轴Ⅰ上齿轮Z2均与主输入轴上齿轮Z1错位啮合，3根行星轮输出轴Ⅱ上齿轮Z3均与输出轴上齿轮Z4错位啮合，如图2所示；
所述的辅输入轴前部设有轴承Ⅺ、后部设有轴承Ⅻ，轴承Ⅺ与轴承Ⅻ之间的辅输入轴上设有齿轮Z5，其中轴承Ⅻ通过轴承盖Ⅳ固定在箱体上，轴承Ⅺ外圈设有套筒Ⅲ，轴承盖Ⅲ通过作用于套筒Ⅲ固定轴承Ⅺ，行星架靠近输入轴一端的外轮廓上设有齿轮Z6，用于实现与辅输入轴上齿轮Z5的啮合。
所述的行星轮输入轴Ⅰ通过轴承XIII、轴承XIV、轴承XV、轴承XVI安装在行星架上，并且轴承XIII与轴承XIV靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ一端，轴承XV与轴承XVI靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ另一端；轴承盖Ⅴ与轴承XIII外圈接触实现轴承XIII位置与轴承XIV位置的固定；轴承盖Ⅵ与轴承XV外圈接触实现轴承XV位置与轴承XVI位置的固定。
所述的行星轮输出轴Ⅱ通过轴承XVII、轴承XVIII、轴承XIX、轴承XX安装在行星架上，并且轴承XVII与轴承XVIII靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ一端，轴承XIX与轴承XX靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ另一端；轴承盖Ⅶ与轴承XVII外圈接触实现轴承XVII位置与轴承XVIII位置的固定；轴承盖Ⅷ与轴承XX外圈接触实现轴承XIX位置与轴承XX位置的固定。
所述的主输入轴上齿轮Z1、辅输入轴上齿轮Z5、输出轴上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ上齿轮Z3可采用键连接、与轴一体构成齿轮轴安装，相较于齿轮Z1齿宽和齿轮Z4齿宽，齿轮Z2齿宽和齿轮Z3齿宽要更宽，以保证齿轮Z2和齿轮Z3相互之间错位啮合。
所述的主输入轴上齿轮Z1、输出轴上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ上齿轮Z3可是直齿轮或者斜齿轮。
当辅电机不转时，此时输出转速恒定，则输出轴的转速
Figure BDA0002252072180000021
当辅电机旋转时，此时输出转速可变，为：
Figure BDA0002252072180000022
式中，nin1表示主输入轴转速，nin2表示辅输入轴转速，Z1-Z6标示对应齿轮的齿数，通过调节nin2，可输出高速目标转速，实现高速差动传动。
有益效果：
采用行星架外轮廓滚齿轮的方式与辅输入轴齿轮进行啮合连接，相对于内齿圈太阳轮，充分利用行星架体积小、质量轻的优势，实现高速宽变速区间传动；
不使用传统内齿圈太阳轮，通过主输入轴上齿轮、输出轴上齿轮以及行星轮上齿轮的错位啮合实现传动，可充分减少装置体积，结构紧凑；
利用行星架进行差动连接，行星架质量小，并且行星架装配在中心传动轴上，所以高速运动下机构振动小，可以实现高速差动传动；通过调节辅输入轴转速，可实现目标转速的高速调速。
附图说明
图1为本发明主动高速调速的差动传动装置装置示意图；
图2为本发明主动高速调速的差动传动装置的行星传动部分示意图；
图3为本方面主动高速调速的差动传动装置的实施例主视图简图；
图4为本方面主动高速调速的差动传动装置的实施例左视图简图。
附图标记说明：1—主输入轴，2—辅输入轴，3—轴承盖Ⅱ，4—套筒Ⅱ，5—套筒Ⅲ，6—轴承盖Ⅲ，7—轴承Ⅺ，8—轴承Ⅻ，9—轴承盖Ⅳ，10—箱体，11—轴承Ⅰ，12—轴承盖Ⅰ，13—输出轴，14—套筒Ⅰ，15—轴承Ⅶ，16—轴承Ⅷ，17—轴承Ⅸ，18—轴承Ⅹ，19—轴承盖Ⅴ，20—轴承XIII，21—轴承XIV，22—行星轮输入轴Ⅰ，23—轴承盖Ⅶ，24—轴承XVII，25—轴承XVIII，26—行星架，27—行星轮输出轴Ⅱ，28—轴承XIX，29—轴承XX，30—轴承盖Ⅷ，31—轴承Ⅲ，32—轴承Ⅳ，33—轴承Ⅴ，34—轴承Ⅵ，35—轴承Ⅱ，36—轴承盖Ⅵ，37—轴承XV，38—轴承XVI，39—轴端挡圈Ⅰ，40—轴端挡圈Ⅱ，41—箱盖，42—视孔盖，43—通气器，44—油标，45—油塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述，但本发明的实施不限于此。
如图1所示，本发明的主动高速调速的差动传动装置，包括箱体10，箱体10上设有箱盖41，箱体10内输入轴和输出轴13，还包括行星架26以及设置在行星架26上的行星轮组；箱体10的安装面上设有螺栓孔，通过螺栓可与箱盖41固定在一起，实现内部各轴的密封；
其中输入轴包括主输入轴1和辅输入轴2，主输入轴1和辅输入轴2置于箱体10一侧轴线平行设置，输出轴13相对于主输入轴1置于箱体10另一侧并且轴线与主输入轴1轴线重合；如图2所示，主输入轴1和输出轴13设置在行星架26的轴心处的架槽中，行星轮组围绕主输入轴1和输出轴13设置在行星架26，行星轮组包括轴线平行的3根行星轮输入轴Ⅰ22和3根行星轮输出轴Ⅱ27，行星架26的两端分别通过轴承Ⅰ11、轴承Ⅱ35设置在箱体10上，轴承Ⅰ11内圈与行星架26上的轴肩连接，轴承Ⅰ11外圈通过套筒Ⅰ14设有轴承盖Ⅰ12实现轴承Ⅰ11固定，轴承Ⅱ35内圈与行星架26上的轴肩连接，轴承Ⅱ35外圈通过套筒Ⅱ4设有轴承盖Ⅱ3实现轴承Ⅱ35固定，
所述主输入轴1与行星架26之间分别设有轴承Ⅲ31、轴承Ⅳ32、轴承Ⅴ33、轴承Ⅵ34用以支撑，其中轴承Ⅲ31与轴承Ⅳ32相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅴ33与轴承Ⅵ34相邻设置为另一组轴承组，两组轴承组分别设置在行星架26与主输入轴1连接的架槽两端，轴承Ⅵ34内圈通过设置在架槽端口的轴端挡圈Ⅰ39固定；
所述输出轴13与行星架26之间分别设有轴承Ⅶ15、轴承Ⅷ16、轴承Ⅸ17、轴承Ⅹ18用以支撑，其中轴承Ⅶ15与轴承Ⅷ16相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅸ17与轴承Ⅹ18相邻设置为另一组轴承组，轴承Ⅶ15内圈通过设置在架槽端口轴端挡圈Ⅱ40固定；
主输入轴1末端设有齿轮Z1，3根行星轮输入轴Ⅰ22上均设有齿轮Z2，3根行星轮输出轴Ⅱ27上均设有齿轮Z3，输出轴13末端设有齿轮Z4，3根行星轮输入轴Ⅰ22和3根行星轮输出轴Ⅱ27交替设置并围绕主输入轴1和输出轴13一周，行星架26上设有三个呈中心对称布置的弧形空间，每个弧形空间用于实现1组行星轮输入轴Ⅰ22上齿轮Z2与行星轮输出轴Ⅱ27上齿轮Z3的错位啮合，同时3根行星轮输入轴Ⅰ22上齿轮Z2均与主输入轴1上齿轮Z1错位啮合，3根行星轮输出轴Ⅱ27上齿轮Z3均与输出轴13上齿轮Z4错位啮合；主输入轴1上齿轮Z1、输出轴13上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ22上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ27上齿轮Z3可是直齿轮或者斜齿轮。
所述的辅输入轴2前部设有轴承Ⅺ7、后部设有轴承Ⅻ8，轴承Ⅺ7与轴承Ⅻ8之间的辅输入轴2上设有齿轮Z5，其中轴承Ⅻ8通过轴承盖Ⅳ9固定在箱体10上，轴承Ⅺ7外圈设有套筒Ⅲ5，轴承盖Ⅲ6通过作用于套筒Ⅲ5固定轴承Ⅺ7，行星架26靠近输入轴1一端的外轮廓上设有齿轮Z6，用于实现与辅输入轴2上齿轮Z5的啮合；所述的行星轮输入轴Ⅰ22通过轴承XIII20、轴承XIV21、轴承XV37、轴承XVI38安装在行星架26上，并且轴承XIII20与轴承XIV21靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ22一端，轴承XV37与轴承XVI38靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ22另一端；轴承盖Ⅴ19与轴承XIII20外圈接触实现轴承XIII20位置与轴承XIV21位置的固定；轴承盖Ⅵ36与轴承XV37外圈接触实现轴承XV37位置与轴承XVI38位置的固定；所述的行星轮输出轴Ⅱ27通过轴承XVII24、轴承XVIII25、轴承XIX28、轴承XX29安装在行星架26上，并且轴承XVII24与轴承XVIII25靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ27一端，轴承XIX28与轴承XX29靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ27另一端；轴承盖Ⅶ23与轴承XVII24外圈接触实现轴承XVII24位置与轴承XVIII25位置的固定；轴承盖Ⅷ30与轴承XX29外圈接触实现轴承XIX28位置与轴承XX29位置的固定。
所述的主输入轴1上齿轮Z1、辅输入轴2上齿轮Z5、输出轴13上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ22上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ27上齿轮Z3采用与轴一体构成齿轮轴的方式安装，相较于齿轮Z1齿宽和齿轮Z4齿宽，齿轮Z2齿宽和齿轮Z3齿宽要更宽，以保证齿轮Z2和齿轮Z3相互之间错位啮合。
如图3所示，为本发明实施例主视图简图，箱体10与箱盖41通过螺栓连接，实现内部空间的密封，在箱盖41上方设有视孔盖42以及通气器43，视孔盖42用于实现对本发明实施例装置内部齿轮啮合的状况进行实施观测，通气器43则用于平衡本发明实施例装置内部与外部的大气压力；在箱体10左侧设有油标44与油塞45，油标44用于实现对本发明实施例装置内部润滑油油位的监测，油塞45用于实现本发明实施例装置内部润滑油的更换。
如图4所示，为本发明实施例左视图简图，油标44与油塞45分别设在箱体10左侧中心线上，并且油塞45位置靠近箱体10底部，油标44位置靠近箱体10上方。
当辅电机不转时，此时输出转速恒定，则输出轴13的转速当辅电机旋转时，此时输出转速可变，为：
Figure BDA0002252072180000052
式中，nin1表示主输入轴1转速，nin2表示辅输入轴2转速，Z1-Z6标示对应齿轮的齿数，通过调节nin2，可输出高速目标转速，实现高速差动传动。

Claims (7)

1.一种主动高速调速的差动传动装置，包括箱体(10)，箱体(10)上设有箱盖(41)，箱体(10)内输入轴和输出轴(13)，其特征在于：还包括行星架(26)以及设置在行星架(26)上的行星轮组；
其中输入轴包括主输入轴(1)和辅输入轴(2)，主输入轴(1)和辅输入轴(2)置于箱体(10)一侧轴线平行设置，输出轴(13)相对于主输入轴(1)置于箱体(10)另一侧并且轴线与主输入轴(1)轴线重合；主输入轴(1)和输出轴(13)设置在行星架(26)的轴心处的架槽中，行星轮组围绕主输入轴(1)和输出轴(13)设置在行星架(26)，行星轮组包括轴线平行的3根行星轮输入轴Ⅰ(22)和3根行星轮输出轴Ⅱ(27)，行星架(26)的两端分别通过轴承Ⅰ(11)、轴承Ⅱ(35)设置在箱体(10)上，轴承Ⅰ(11)内圈与行星架(26)上的轴肩连接，轴承Ⅰ(11)外圈通过套筒Ⅰ(14)设有轴承盖Ⅰ(12)实现轴承Ⅰ(11)固定，轴承Ⅱ(35)内圈与行星架(26)上的轴肩连接，轴承Ⅱ(35)外圈通过套筒Ⅱ(4)设有轴承盖Ⅱ(3)实现轴承Ⅱ(35)固定，
所述主输入轴(1)与行星架(26)之间分别设有轴承Ⅲ(31)、轴承Ⅳ(32)、轴承Ⅴ(33)、轴承Ⅵ(34)用以支撑，其中轴承Ⅲ(31)与轴承Ⅳ(32)相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅴ(33)与轴承Ⅵ(34)相邻设置为另一组轴承组，两组轴承组分别设置在行星架(26)与主输入轴(1)连接的架槽两端，轴承Ⅵ(34)内圈通过设置在架槽端口的轴端挡圈Ⅰ(39)固定；
所述输出轴(13)与行星架(26)之间分别设有轴承Ⅶ(15)、轴承Ⅷ(16)、轴承Ⅸ(17)、轴承Ⅹ(18)用以支撑，其中轴承Ⅶ(15)与轴承Ⅷ(16)相邻设置为一组轴承组，轴承Ⅸ(17)与轴承Ⅹ(18)相邻设置为另一组轴承组，轴承Ⅶ(15)内圈通过设置在架槽端口轴端挡圈Ⅱ(40)固定；
主输入轴(1)末端设有齿轮Z1，3根行星轮输入轴Ⅰ(22)上均设有齿轮Z2，3根行星轮输出轴Ⅱ(27)上均设有齿轮Z3，输出轴(13)末端设有齿轮Z4，3根行星轮输入轴Ⅰ(22)和3根行星轮输出轴Ⅱ(27)交替设置并围绕主输入轴(1)和输出轴(13)一周，行星架(26)上设有三个呈中心对称布置的弧形空间，每个弧形空间用于实现1组行星轮输入轴Ⅰ(22)上齿轮Z2与行星轮输出轴Ⅱ(27)上齿轮Z3的错位啮合，同时3根行星轮输入轴Ⅰ(22)上齿轮Z2均与主输入轴(1)上齿轮Z1错位啮合，3根行星轮输出轴Ⅱ(27)上齿轮Z3均与输出轴(13)上齿轮Z4错位啮合。
2.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于，所述的辅输入轴(2)前部设有轴承Ⅺ(7)、后部设有轴承Ⅻ(8)，轴承Ⅺ(7)与轴承Ⅻ(8)之间的辅输入轴(2)上设有齿轮Z5，其中轴承Ⅻ(8)通过轴承盖Ⅳ(9)固定在箱体(10)上，轴承Ⅺ(7)外圈设有套筒Ⅲ(5)，轴承盖Ⅲ(6)通过作用于套筒Ⅲ(5)固定轴承Ⅺ(7)，行星架(26)靠近输入轴(1)一端的外轮廓上设有齿轮Z6，用于实现与辅输入轴(2)上齿轮Z5的啮合。
3.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于：所述的行星轮输入轴Ⅰ(22)通过轴承XIII(20)、轴承XIV(21)、轴承XV(37)、轴承XVI(38)安装在行星架(26)上，并且轴承XIII(20)与轴承XIV(21)靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ(22)一端，轴承XV(37)与轴承XVI(38)靠在一起支撑行星轮输入轴Ⅰ(22)另一端；轴承盖Ⅴ(19)与轴承XIII(20)外圈接触实现轴承XIII(20)位置与轴承XIV(21)位置的固定；轴承盖Ⅵ(36)与轴承XV(37)外圈接触实现轴承XV(37)位置与轴承XVI(38)位置的固定。
4.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于所述的行星轮输出轴Ⅱ(27)通过轴承XVII(24)、轴承XVIII(25)、轴承XIX(28)、轴承XX(29)安装在行星架(26)上，并且轴承XVII(24)与轴承XVIII(25)靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ(27)一端，轴承XIX(28)与轴承XX(29)靠在一起支撑行星轮输出轴Ⅱ(27)另一端；轴承盖Ⅶ(23)与轴承XVII(24)外圈接触实现轴承XVII(24)位置与轴承XVIII(25)位置的固定；轴承盖Ⅷ(30)与轴承XX(29)外圈接触实现轴承XIX(28)位置与轴承XX(29)位置的固定。
5.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于：所述的主输入轴(1)上齿轮Z1、辅输入轴(2)上齿轮Z5、输出轴(13)上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ(22)上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ(27)上齿轮Z3可采用键连接、与轴一体构成齿轮轴安装，相较于齿轮Z1齿宽和齿轮Z4齿宽，齿轮Z2齿宽和齿轮Z3齿宽要更宽，以保证齿轮Z2和齿轮Z3相互之间错位啮合。
6.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于：所述的主输入轴(1)上齿轮Z1、输出轴(13)上齿轮Z4、行星轮输入轴Ⅰ(22)上齿轮Z2、行星轮输出轴Ⅱ(27)上齿轮Z3可是直齿轮或者斜齿轮。
7.根据权利要求1所述的一种主动高速调速的差动传动装置，其特征在于：当辅电机不转时，此时输出转速恒定，则输出轴(13)的转速
Figure FDA0002252072170000021
当辅电机旋转时，此时输出转速可变，为：
Figure FDA0002252072170000022
式中，nin1表示主输入轴(1)转速，nin2表示辅输入轴(2)转速，Z1-Z6标示对应齿轮的齿数，通过调节nin2，可输出高速目标转速，实现高速差动传动。
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