CN1326872A - 机械式自动变速机构 - Google Patents

Abstract

一种用于机械传动的自动换档变速机构,是在同轴线式齿轮减速器的基础上,在输入轴①与输入齿轮⑤之间加装上超越离合器(主要由星轮②、滚柱③、外圈④组成),在动力输入轴①与输出轴⑥之间加装上扭矩限制器(主要由传动销⑦、测力弹簧⑧、星轮②、输出轴⑥组成)。当外界为大负荷时,动力经超越离合器、联二齿轮⑨到输出轴⑥低转速输出;当外界为小负荷时,动力直接经扭矩限制器到动力输出轴⑥上高转速输出。

Description

机械式自动变速机构

本发明涉及一种机械式自动变速机构，该机构适用于机械传动领域。

变速换档装置广泛应用于机械传动领域，例如：汽车拖拉机普遍采用的齿轮变速箱，油田修井作业时拧紧或卸下管线而使用的动力钳(也称拧扣机)中所采用的齿轮换挡装置。这些变速装置的特点是根据外界负荷的大小利用不同的啮合齿轮对传递动力以达到换档变速和完成功率匹配的目的，而实现变速的方法均为手动换档变速。显然，若能根据外界负荷的变化自动选择不同的啮合齿轮对达到自动换档变速，对于提高作业效率，减少能耗，降低劳动强度将大有裨益。但就目前现状而言，能够实现机械式自动变速的机构所见极少，能够付诸实践的自动变速机构则更为罕见。由姜校林发明的“带有超越离合器的行星齿轮式两档自动变速机构(专利号：99202478.1)”，虽然解决了机械式自动变速机构这一问题，但由于行星齿轮机构制作加工麻烦，在现有的齿轮变速箱中应用很少，且在低档运行时，动力流同时经高低档元件传递到输出轴上，导致传动效率的降低，因此限制了该专利的应用范围。

本发明的目的是提供一种新的易于在普通手动换档变速箱上推广应用的两档位的机械式自动变速机构，它能根据外界负荷的变化自动改变动力输出轴的转速，以达到功率匹配的目的。若将两个以上的该机构进行串联组合，则可实现多档位的自动变速机构。

该机构具有显著的优点是：①智能变速，提高了工作效率。②换档及时准确，节约能源。③自动运行，减轻了操作人员的劳动强度。④实用性强，易于在普通变速箱上推广应用。⑤高、低速档运行时，动力完全分离而不产生功率消耗。

为达此目的，本技术方案是在普通的同轴线式齿轮减速器上进行的改进，采用了扭矩限制器(类同于安全联轴器)和超越离合器两个机构，将二者进行了结合。扭矩限制器的作用是：当外界负荷处在扭矩限制器工作扭矩的范围内时，由动力输入轴传递的扭矩经扭矩限制器传递到动力输出轴上，实现小负荷高转速输出。当外界负荷超出扭矩限制器工作扭矩范围而处在大负荷时，扭矩限制器打滑，此时动力输入轴的动力经超越离合器星轮带动超离合器外圈，经减速齿轮对传递到动力输出轴上，实现大负荷低转速输出。超越离合器的作用是：当外界处在小负荷状态时，超越离合器自动脱开，即超越离合器的星轮与其外圈分开而不传递动力。当外界处在大负荷状态时，超越离合器接合，动力输入轴的动力经超越离合器的星轮带动超越离合器的外圈实现大扭矩低转速输出。因此对于超越离合器和扭矩限制器而言，二者是根据外界负荷的变化交替运行轮流工作而实现自动换档变速的。由于普通扭矩限制器〔一般主要由主动盘、从动盘、传动销及测力弹簧等组成〕在大扭矩打滑时仍然消耗一部分能量，故本发明特在输出轴上加装上传动螺旋爪，将传动螺旋爪的被动部分与扭矩限制器中的传动销轴向刚性联接，将测力弹簧压紧在被动螺旋爪上，在大扭矩时被动螺旋爪在主动螺旋爪的驱动下克服测力弹簧的预紧力做轴向移动，进而带动传动销脱离扭矩限制器中的主动盘，使高速档传递的动力得以切断，动力只从低速档传出。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明总成剖面图；图2为图1的A-A剖面图；图3为图1的B-B剖面图；图4为输出齿轮右视图；图5为输出齿轮主视图；图6为图1C向视图(去掉其它件，仅对被动螺旋爪所做的向视图)。图7为被动螺旋爪受力分析图。

图中：1，输入轴；2，衬套(滑动轴承)；3，输入齿轮；4，超越离合器外圈；5，滚柱；6，星轮；7，传动销；8，被动螺旋爪；9，输出轴；10，测力弹簧；11输出齿轮；12，联二齿轮；13，中间轴；14，壳体；15，螺母；16，环形槽孔；17，主动螺旋爪；18，圆柱孔；19，椭圆孔；20，正压力N；21，圆周力F；22测力弹簧作用力P；23，止推铜垫(止推轴承)。

下面介绍本发明的结构。

见图1，图中输入轴1与超越离合器的星轮6做成一体，输入轴1左端通过滚珠轴承支撑在壳体14上，另一端通过衬套2(注意：所有的衬套2均是外圈为静配合，内圈为动配合)支撑在输出齿轮11左端的内孔中，该内孔装有止推铜垫23，起到止推轴承的作用，使星轮6与输出齿轮11相互压紧时二者能相互转动。输入齿轮3与超越离合器外圈4做成一体，其内孔通过衬套2支撑在输入轴1上，在星轮6与超越离合器外圈4之间装有滚柱5，输入齿轮3与联二齿轮12的大齿轮啮合，联二齿轮12通过两个衬套2装在中间轴13上，联二齿轮12的小齿轮与输出齿轮11相啮合，输出齿轮11轴向上开有5个圆柱孔18，其右端做成螺旋面形状的主动螺旋爪17，主动螺旋爪17与具有相应形状的被动螺旋爪8相咬合。在被动螺旋爪8的右面装有具有一定数值预紧力的测力弹簧10，测力弹簧10的另一端顶在向心推力球轴承上，输出轴9右端通过向心推力球轴承支撑在壳体14上，其左端上的花键与被动螺旋爪8的内孔花键相配合，传动销7从被动螺旋爪8的椭圆孔19中伸出，经输出齿轮11上的圆柱孔18，顶在星轮6的环形槽孔16内，因传动销7有一个凸肩及螺母15，故被动螺旋爪8轴向左右移动时均能带动传动销7移动，但传动销7在输出齿轮11驱动旋转时，因被动螺旋爪8上的椭圆孔19的存在，可使传动销7与被动螺旋爪8有一个相对的角位移。

由以上构造知，本发明中的超越离合器主要由星轮6(主动部分)、滚柱5、超越离合器外圈4(从动部分)组成，扭矩限制器则由星轮6(主动部分)，传动销7，测力弹簧10、以及输出齿轮11、被动螺旋爪8、输出轴9(该三者为扭矩限制器的从动部分)构成。

下面来说明本发明的工作原理。

首先作出被动螺旋爪8的爪部受力分析图。设20为主动螺旋爪17作用在被动螺旋爪8上的法向正压力N，21为外界载荷作用下产生的圆周力F，22为测力弹簧10的作用力P，a为螺旋角，为简化起见此处忽略摩擦力的影响，设在三力的作用下，被动螺旋爪8处于平衡状态，则：

P＝N.COSa，F＝N.Sina，故P＝F/tga

由于a为定值，故F值(外界载荷)越高，P值越大，当F增大到足以克服测力弹簧10的预紧力时，被动螺旋爪8即可右移。

现在来说明本发明的工作过程。

首先动力经输入轴1带动星轮6顺时针转动(从输入端看，下同)当输出端为小负荷时，动力经星轮6、传动销7，带动输出齿轮11，经主动螺旋爪17、被动螺旋爪8，再经花键联接带动输出轴9输出。因动力未经减速齿轮对减速，故此时为小负荷高转速输出，此时动力的传递路线为：

输入轴1，经星轮6，经传动销7、经输出齿轮11、经主动螺旋爪17，经被动螺旋爪8，经输出轴9输出。

这里，动力传递的另一路经输出齿轮11、联二齿轮12、输入齿轮3、超越离合器外圈4，因超越离合器外圈4以顺时针方向高于星轮6的转速旋转，故此时超越离合器脱开而不产生干涉。

当外界为大负荷时，由于在主动螺旋爪17和被动螺旋爪8的螺旋面之间产生的轴向推力超过测力弹簧10的预紧力时、被动螺旋爪8将轴向带动传动销7从星轮6的环形槽孔16中抽出、此时因星轮6的继续顺时针转动，动力便经滚柱5、超越离合器外圈4、输入齿轮3，经联二齿轮12减速后从动力输出轴9低速输出、此时动力的传递路线为：

输入轴1，经星轮6、经滚柱5、经超越离合器外圈4，经输入齿轮3，经联二齿轮12(大)，经联二齿轮12(小)，经输出齿轮11、经主动螺旋爪17，经被动螺旋爪8，经输出轴9输出。

因动力的传递路线经过联二齿轮12对应的两对齿轮对降速，因此在大负荷状态下动力是低速输出的，这样就完成了根据外界负荷的变化自动调节动力输出轴9的转速的目的。

这里应注意：①，主动螺旋爪17与被动螺旋爪8上的螺旋面的轴向长度应大于传动销7伸入到星轮6上的环形槽孔16内的长度，以保证主、被螺旋面始终处在咬合状态而不脱离。②，在大负荷、被动螺旋爪8沿轴向右移时，主动螺旋爪17与被动螺旋爪8之间有一个相对的转角，但由于被动螺旋爪8上的椭圆孔19的存在，使得传动销7在输出齿轮11的作用下沿着椭圆孔19周向转动不受限制。

以上是小负荷变为大负荷的工作过程，从大负荷变为小负荷的过程类似，不再赘述。

Claims (3)

1，机械式自动变速机构，是在同轴线式齿轮减速机构的基础上进行的改进，使原来的定比减速机构成为能根据外界负荷的变化自动改变传动比的变速机构。其特征在于：在同轴线式齿轮减速机构的输入轴〔1〕与输入齿轮〔3〕的动力传递之间加装上超越离合器，超越离合器的主动部分由输入轴〔1〕驱动，从动部分与输入齿轮〔3〕做成一体，在输入轴〔1〕与输出轴〔9〕之间采用扭矩限制器联接，扭矩限制器的主动部分用输入轴〔1〕驱动，其从动部分在圆周方向上与输出轴〔9〕刚性联接。

2，根据权力要求1所述的机械式自动变速机构，其特征在于：在输出轴〔9〕中间加装有主、被动螺旋爪〔7〕和〔8〕，动力由此而输出，扭矩限制器上的传动销〔7〕的轴向驱动是通过装在输出轴〔9〕上的被动螺旋爪〔8〕的轴向移动，带动与之轴向固联的传动销〔7〕而完成的，被动螺旋爪〔8〕的左端与输出齿轮〔11〕做成一体的主动螺旋爪〔17〕相咬合，其右端顶到套在输出轴〔9〕上的测力弹簧〔10〕上，被动螺旋爪〔8〕的内孔采用了花键与输出轴〔9〕联接。

3，根据权力要求1所述的机械式自动变速机构，其特征在于：被动螺旋爪〔8〕上开有能让传动销〔7〕作自由周向转动用的椭圆形孔〔9〕。

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