CN111219457A - 一种快速倒车齿轮传动装置 - Google Patents

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廖鸿朋
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Abstract

本发明公开了一种快速倒车齿轮传动装置，由正车输入轴、输出轴、倒车输入轴、中间轴、直齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮和多个轴承组成；其中，中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴为90°布置，多个直齿圆柱齿轮分别安装在正车输入轴、倒车输入轴和输出轴轴上；并通过简单的滑键与轴结构，控制正车输入轴和倒车输入轴上的齿轮与输出轴上的齿轮间的啮合与脱离状态，来实现倒车时输出轴转向改变的要求。四个直齿锥齿轮分别固定在正车输入轴、倒车输入轴和中间轴的端部，通过运用四个齿数大小不同的锥齿轮，使倒车时输出转速高于正车时的转速，实现倒车时增加转速的目的。采用滑键结构具有占用空间小、制造成本低、可靠性高的特点。

Description

一种快速倒车齿轮传动装置
技术领域
本发明涉及机械传动设计技术领域，具体地说，涉及一种可实现快速倒车的齿轮传动装置。
背景技术
倒车机构是指能够从机器正向工作状态切换成到使机器反方向工作的机械传动机构。随着机械工业的发展，越来越多的机器要求不仅仅可以正向输出转矩，而且还要求反向输出转矩。比如，在汽车的传动装置里就有倒车机构，它使得汽车在切换倒车挡以后可以向反方向行驶；洗衣机里的传动装置可以使洗衣机可以正转或者反转。
传统的倒车机构是在正车时工作的变速箱齿轮副中间加入一个齿轮，达到输出轴的转向改变，从而满足汽车倒车的要求，但是此类传动方案有着缺陷，就是倒车时的速度无法改变，因为在齿轮副中加入一个惰轮，并不改变整个齿轮传动系统的传动比，无法满足快速倒车的要求。
发明专利CN209539982U公开了“一种船用大功率正倒车齿轮传动装置”，其特点是机动性强、可以实现快速倒车的要求，但由于该传动系统面向船舶业，需要多个摩擦离合器且结构复杂，需要占用很大的空间，该方案的经济性明显偏低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种快速倒车齿轮传动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括正车输入轴、输出轴、倒车输入轴、中间轴、正车输入轴直齿圆柱齿轮、输出轴直齿圆柱齿轮、倒车输入轴直齿圆柱齿轮、正车输入轴直齿锥齿轮、倒车输入轴直齿锥齿轮、中间轴大直齿锥齿轮、中间轴小直齿锥齿轮、第一滑键、第二滑键和多个轴承，其特征在于所述中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴为90°布置，多个直齿圆柱直齿轮分别安装在正车输入轴、倒车输入轴和输出轴的上部；并通过轴与滑键结构，控制正车输入轴和倒车输入轴上的直齿圆柱齿轮与输出轴上的直齿圆柱齿轮间的啮合与脱离状态，来实现倒车时输出轴转向改变；四个直齿锥齿轮分别固定在正车输入轴、倒车输入轴和中间轴轴上，通过运用四个齿数大小不同的锥齿轮，使倒车时输出转速高于正车时的转速，实现倒车时增加转速；
所述正车输入轴上端部铣有键槽，并与正车输入轴直齿圆柱齿轮配合，正车输入轴直齿圆柱齿轮可在第二滑键的作用下沿正车输入轴做轴向移动，正车输入轴直齿锥齿轮位于正车输入轴下端且与中间轴一端的中间轴小直齿锥齿轮配合；输出轴直齿圆柱齿轮固定在输出轴上；所述倒车输入轴上端部铣有键槽，并与倒车输入轴直齿圆柱齿轮配合，倒车输入轴直齿圆柱齿轮可在第一滑键的作用下沿倒车输入轴做轴向移动，倒车输入轴直齿锥齿轮位于倒车输入轴下端且与中间轴另一端的中间轴大直齿锥齿轮配合；中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴两端固定有轴承。
所述正车输入轴直齿圆柱齿轮齿数为30，模数为3，压力角为20°，并且在轮毂上铣出键槽；所述正车输入轴直齿锥齿轮齿数为40，模数为3.5，压力角为20°。
所述输出轴直齿圆柱齿轮齿数为42，模数为3，压力角为20°。
所述倒车输入轴直齿圆柱齿轮齿数为30，模数为3，压力角为20°；所述倒车输入轴直齿锥齿轮齿数为30，模数是3.5，压力角为20°。
所述中间轴大直齿锥齿轮、中间轴小直齿锥齿轮的齿数分别为40和30，模数均为3.5，压力角均为20°。
有益效果
本发明提出的一种快速倒车齿轮传动装置，由正车输入轴、输出轴、倒车输入轴、中间轴、直齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮和多个轴承组成；其中，中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴为90°布置，直齿圆柱齿轮连接在轴上；通过简单的轴与滑键结构，控制正车输入轴和倒车输入轴上的齿轮与输出轴上的齿轮之间的啮合与脱离状态，来实现倒车时输出轴转向改变的要求。直齿锥齿轮固定在轴上端部，通过运用四个齿数大小不同的锥齿轮，使倒车时输出转速高于正车时的转速，实现倒车时增加转速的目的。
本发明快速倒车齿轮传动装置，当机器正车时动力由主动轮所在的轴传递到与主动轮相啮合的输出齿轮上，此时输出轴的转向与输入轴的转向相反。倒车时，在滑键的作用下主动轮离开与主动轮相啮合的输出齿轮，同时倒车输入轴上的直齿圆柱齿轮与输出轴上的直齿圆柱齿轮相啮合，然后动力将由输入轴上的直齿锥齿轮通过相啮合的直齿锥齿轮传递到中间轴上，然后经由中间轴上的另一个直齿锥齿轮通过与其相啮合的直齿锥齿轮将动力传递到倒车输入轴；最后由倒车输入轴上直齿圆柱齿轮通过与其相啮合的输出齿轮将动力传输出去，此时输出轴的转向与正车时输出轴的转向相反，实现了倒车转向改变的目的。
本发明快速倒车齿轮传动装置相比现有的传动结构，不需使用离合器可使原来相啮合的两个齿轮脱离，不需再加入一个惰轮来改变输出轴的转动方向，而是采用简单的滑键结构；相比传统的倒车传动技术具有占用空间小、制造成本低、可靠性高的优点。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种快速倒车齿轮传动装置作进一步详细说明。
图1为本发明快速倒车齿轮传动装置倒车状态时结构示意图。
图2为本发明快速倒车齿轮传动装置正车状态时结构示意图。
图3为本发明快速倒车齿轮传动装置的倒车输入轴结构示意图。
图4为本发明正车状态下的倒车输入轴结构示意图。
图5为本发明的中间轴结构示意图。
图6为本发明倒车状态时正车输入轴结构示意图。
图7为本发明正车状态时正车输入轴结构示意图。
图8为本发明的输出轴结构示意图。
图中
1.第一轴承2.倒车输入轴3.第一滑键4.第二轴承5.输出轴6.第三轴承7.正车输入轴8.第二滑键9.倒车输入轴直齿圆柱齿轮10.输出轴直齿圆柱齿轮11.正车输入轴直齿圆柱齿轮12.第四轴承13.第五轴承14.正车输入轴直齿锥齿轮15.第六轴承16.倒车输入轴直齿锥齿轮17.中间轴大直齿锥齿轮18.第七轴承19.第八轴承20.中间轴小直齿锥齿轮21.中间轴
具体实施方式
本实施例是一种快速倒车齿轮传动装置。
参阅图1～图8，本实施例快速倒车齿轮传动装置，由正车输入轴7、输出轴5、倒车输入轴2、中间轴21、正车输入轴直齿圆柱齿轮11、输出轴直齿圆柱齿轮10、倒车输入轴直齿圆柱齿轮9、正车输入轴直齿锥齿轮14、倒车输入轴直齿锥齿轮16、中间轴大直齿锥齿轮17、中间轴小直齿锥齿轮20、第一滑键3、第二滑键8和多个轴承组成。其中，各直齿圆柱直齿轮分别安装在正车输入轴7、倒车输入轴2和输出轴5轴上部；正车输入轴直齿圆柱齿轮11可在第二滑键8的作用下沿正车输入轴7做轴向移动；输出轴直齿圆柱齿轮10固定在输出轴5上；倒车输入轴直齿圆柱齿轮9可在第一滑键3的作用下沿倒车输入轴2做轴向移动；实现倒车时输出轴转向改变的要求。四个直齿锥齿轮分别固定在轴上，通过运用四个齿数大小不同的锥齿轮，使倒车时输出转速高于正车时的转速，实现倒车时增加转速的目的。中间轴21与正车输入轴7、输出轴5、倒车输入轴2为90°布置，通过第一滑键3、第二滑键8控制正车输入轴7和倒车输入轴2上的直齿圆柱齿轮与输出轴5上的直齿圆柱齿轮之间的啮合与脱离状态，来实现倒车时输出轴转向改变状态。
本实施例中，正车时，正车输入轴直齿圆柱齿轮11与输出轴直齿圆柱齿轮10相啮合，其齿数比为30:42，传动比为0.714。倒车时，在第二滑键8的作用下正车输入轴直齿圆柱齿轮11与输出轴直齿圆柱齿轮10离开，动力由正车输入轴直齿锥齿轮14通过相啮合的中间轴小直齿锥齿轮20传递到中间轴上，正车输入轴直齿锥齿轮14与中间轴小直齿锥齿轮20相啮合，其齿轮的齿数比为40:30，传动比为1.333；然后，经由中间轴21上的另一个中间轴大直齿锥齿17通过与其相啮合的倒车输入轴直齿锥齿轮16将动力传递到倒车输入轴2上，其齿轮的齿数比为40:30，传动比为1.333；最后由倒车输入轴上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9通过与其相啮合的输出轴直齿圆柱齿轮10将动力传输出去，其齿轮的齿数比为30:42，传动比为0.714；倒车工况下的总传动比为1.269，比较正车时的传动比可以发现，该结构实现其在使输出轴转向改变的同时又提高了它的转速。
本实施例正车输入轴7的零件结构为，正车输入轴长度为400mm，直径为50mm，在轴端部50mm处铣出键槽，键槽宽为11mm，键槽深为3mm，键槽长度为90mm。正车输入轴直齿圆柱齿轮11齿数为30，模数为3，压力角为20°，齿宽为40mm，孔径为50mm；并且在轮毂上铣出键槽，键槽宽度为11mm，深度为3.5mm，长度为50mm。正车输入轴直齿锥齿轮14齿数为40，模数为3.5，压力角为20°，齿宽为40mm，孔径为50mm。正车输入轴7与正车输入轴直齿圆柱齿轮11通过第二滑键8安装，正车输入轴直齿圆柱齿轮11可在滑键的作用下沿正车输入轴7做轴向移动，正车时正车输入轴直齿圆柱齿轮11在轴上的位置为齿轮齿宽中点距离轴端75mm处。倒车时正车输入轴直齿圆柱齿轮11在滑键的作用下，在轴上的位置改变为距离轴端120mm处。正车输入轴直齿锥齿轮14在正车输入轴上位置为大端端面距离轴端的352mm处。在正车输入轴7上的第三轴承6、第五轴承13通过轴肩定位；两个圆锥滚子轴承位置分别为:靠近正车输入轴直齿锥齿轮14一侧的第五轴承13位置为轴承宽度中心距离轴端338mm处，靠近正车输入轴直齿圆柱齿轮11一侧的第三轴承6位置为轴承宽度中心距离轴端11mm处；
中间轴21的零件结构为，中间轴的中间轴小直齿锥齿轮20与中间轴大直齿锥齿轮17，两个锥齿轮模数均为3.5，齿数分别为30和40，压力角均为20°，齿宽均为40mm，孔径均为50mm。中间轴小直齿锥齿轮20与正车输入轴直齿锥齿轮14相啮合，大端端面距离轴端28mm处，中间轴大直齿锥齿轮17与倒车输入轴直齿锥齿轮16相啮合，大端端面距离轴端104mm处；在中间轴21上的第七轴承18、第八轴承19，两个圆锥滚子轴承通过轴肩定位，轴承位置分别为:靠近齿数30的中间轴小直齿锥齿轮20一侧的第八轴承19位置为轴承宽度中点距离轴端39mm处，靠近齿数40的中间轴大直齿锥齿轮17一侧的第七轴承18位置为轴承宽度中点距离轴端94mm处。
倒车输入轴2的零件结构为，倒车输入轴直齿圆柱齿轮9齿数为30，模数为3，压力角为20°，齿宽为40mm，键槽宽度为11mm，深度为3.5mm，长度为50mm，孔径为50mm。倒车输入轴直齿锥齿轮16模数为3.5，齿数为30，压力角为20°，齿宽为40mm，孔径为50mm。倒车输入轴长度为400mm，直径为50mm，在轴端50mm处加工铣出键槽，键槽宽为11mm，键槽深为3mm，键槽长为90mm。倒车输入轴上齿数30的倒车输入轴直齿锥齿轮16与中间轴上的齿数为40的中间轴大直齿锥齿17相啮合，其大端端面距离轴端33mm，倒车时倒车输入轴上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9的齿宽中点距离轴端325mm；正车时倒车输入轴上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9，在第一滑键3的作用下位置改变为齿宽中点距离轴端275mm处。在倒车输入轴2上的第一轴承1、第六轴承15通过倒车输入轴2的轴肩定位，轴承位置分别为:靠近倒车输入轴直齿锥齿轮16的第六轴承15位置为齿宽中点距离轴端43mm处，靠近倒车输入轴直齿圆柱齿轮9的第一轴承1位置为齿宽中点距离轴端383mm处。
输出轴5的零件结构为，输出轴直齿圆柱齿轮10齿数为42，模数为3，压力角为20°，齿宽为40mm，孔径为50mm。输出轴长度为250mm，直径为50mm。输出轴直齿圆柱齿轮10固定在输出轴5上；齿轮的位置为齿轮齿宽中点距离轴端75mm，在输出轴5上的第二轴承4、第四轴承12通过输出轴5轴肩定位；轴承位置分别为:靠近输出轴直齿圆柱齿轮10的第二轴承4位置为轴承宽度中点距离轴端17mm处，另一个第四轴承12位置为轴承宽度中点距离轴端233mm处。本实施例中轴承为滚动轴承，内径为50mm，外径为72mm，轴承宽度为12mm。第一滑键3、第二滑键8的宽度为11mm，高度为6.5mm，长度为50mm。
工作方式
本实施例中，若设正车工作时输出轴的转向逆时针为正；正车工作时，分为三步:正车输入轴7顺时针转动、倒车输入轴2空转、输出轴5逆时针转动。当正车输入轴7顺时针转动时，正车输入轴7上的正车输入轴直齿圆柱齿轮11跟随正车输入轴7顺时针转动，此时，正车输入轴7上的正车输入轴直齿锥齿轮14与中间轴21上的中间轴小直齿锥齿轮20啮合，以及中间轴21的中间轴大直齿锥齿轮17与倒车输入轴2的倒车输入轴直齿锥齿轮16啮合；但因倒车输入轴2上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9与输出轴5上的输出轴直齿圆柱齿轮10不啮合，所以，此时倒车输入轴2空转；输出轴5的输出轴直齿圆柱齿轮10与正车输入轴7上的正车输入轴直齿圆柱齿轮11相啮合，正车输入轴直齿圆柱齿轮11逆时针转动，此时输出轴5也与正车输入轴直齿圆柱齿轮11一起逆时针转动。
若设正车工作时输出轴的转向逆时针为正，倒车工作时，分为五步:改变齿轮位置、正车输入轴顺时针转动、中间轴顺时针转动、倒车输入轴逆时针转动、输出轴顺时针转动。当机器需要从正车状态切换成倒车状态时，正车输入轴上的正车输入轴直齿圆柱齿轮11在第二滑键8的作用下与输出轴5上的输出轴直齿圆柱齿轮10脱离，倒车输入轴2上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9在第一滑键3的作用下与输出轴5上的输出轴直齿圆柱齿轮10相啮合，此时正车输入轴7顺时针转动，正车输入轴7上的正车输入轴直齿圆柱齿轮11跟随正车输入轴7顺时针转动，中间轴21上的中间轴小直齿锥齿轮20在与其相啮合的正车输入轴直齿锥齿轮14的作用下顺时针转动，中间轴21随之顺时针转动，中间轴21上的中间轴大直齿锥齿轮17将动力传递到与其相啮合的倒车输入轴直齿锥齿轮16，倒车输入轴2在倒车输入轴直齿圆柱齿轮的作用下逆时针转动，最后，倒车输入轴2上的倒车输入轴直齿圆柱齿轮9通过与其相啮合的输出轴直齿圆柱齿轮10将动力传递到输出轴5，此时输出轴顺时针转动，实现倒车换向的要求，同时增加了倒车时的转速。

Claims (5)

1.一种快速倒车齿轮传动装置，包括正车输入轴、输出轴、倒车输入轴、中间轴、正车输入轴直齿圆柱齿轮、输出轴直齿圆柱齿轮、倒车输入轴直齿圆柱齿轮、正车输入轴直齿锥齿轮、倒车输入轴直齿锥齿轮、中间轴大直齿锥齿轮、中间轴小直齿锥齿轮、第一滑键、第二滑键和多个轴承，其特征在于:
所述中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴为90°布置，多个直齿圆柱直齿轮分别安装在正车输入轴、倒车输入轴和输出轴的上部；并通过轴与滑键结构，控制正车输入轴和倒车输入轴上的直齿圆柱齿轮与输出轴上的直齿圆柱齿轮间的啮合与脱离状态，来实现倒车时输出轴转向改变；四个直齿锥齿轮分别固定在正车输入轴、倒车输入轴和中间轴轴上，通过运用四个齿数大小不同的锥齿轮，使倒车时输出转速高于正车时的转速，实现倒车时增加转速；
所述正车输入轴上端部铣有键槽，并与正车输入轴直齿圆柱齿轮配合，正车输入轴直齿圆柱齿轮可在第二滑键的作用下沿正车输入轴做轴向移动，正车输入轴直齿锥齿轮位于正车输入轴下端且与中间轴一端的中间轴小直齿锥齿轮配合；输出轴直齿圆柱齿轮固定在输出轴上；所述倒车输入轴上端部铣有键槽，并与倒车输入轴直齿圆柱齿轮配合，倒车输入轴直齿圆柱齿轮可在第一滑键的作用下沿倒车输入轴做轴向移动，倒车输入轴直齿锥齿轮位于倒车输入轴下端且与中间轴另一端的中间轴大直齿锥齿轮配合；中间轴与正车输入轴、输出轴、倒车输入轴两端固定有轴承。
2.根据权利要求1所述的快速倒车齿轮传动装置，其特征在于:所述正车输入轴直齿圆柱齿轮齿数为30，模数为3，压力角为20°，并且在轮毂上铣出键槽；所述正车输入轴直齿锥齿轮齿数为40，模数为3.5，压力角为20°。
3.根据权利要求1所述的快速倒车齿轮传动装置，其特征在于:所述输出轴直齿圆柱齿轮齿数为42，模数为3，压力角为20°。
4.根据权利要求1所述的快速倒车齿轮传动装置，其特征在于:所述倒车输入轴直齿圆柱齿轮齿数为30，模数为3，压力角为20°；所述倒车输入轴直齿锥齿轮齿数为30，模数是3.5，压力角为20°。
5.根据权利要求1所述的快速倒车齿轮传动装置，其特征在于:所述中间轴大直齿锥齿轮、中间轴小直齿锥齿轮的齿数分别为40和30，模数均为3.5，压力角均为20°。
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