CN210087935U - 钢球调速锥齿差速减速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种钢球调速锥齿差速减速机构，其涉及一种减速机构，包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，所述减速机构的调速钢球径向外表面分别与摩擦盘一滚动面和摩擦盘二滚动面进行滚动运动，不会因滑动摩擦力产生更多的热量。所述减速机构运行过程中，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器，所述减速机构的输出轴转速与摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二转速之差相关，具有传动比大、输出转矩大、结构简单、使用寿命长的优点。所述减速机构能够实现原动机不停机时零转速输出，以及能够实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的功能。所述减速机构具备反向自锁功能。

Description

钢球调速锥齿差速减速机构

技术领域

本发明是一种钢球调速锥齿差速减速机构，其涉及一种减速机构，特别是涉及一种采用钢球无级调节锥齿行星齿轮减速器的速度差，获得低转速输出的钢球调速锥齿差速减速机构。

背景技术

应用于汽车领域的CVT无级变速器采用压力钢带或者链条与两个锥轮的V形槽壁之间产生的摩擦力传递扭矩，压力钢带或者链条与两个锥轮的V形槽壁之间的运动模式不是滚动，压力钢带或者链条与两个锥轮的V形槽壁之间不可避免的产生一些滑动，滑动摩擦力产生更多的热量，压力钢带和链条结构单薄，温升过高容易导致压力钢带或者链条损坏。

应用于机械领域的通用无级变速机主要有行星摩擦式机械无级变速机系列，其原理是通过改变行星摩擦轮与主动轮、压盘及固定环、调速凸轮摩擦位置的工作半径实现无级变速。通用无级变速机缺点是结构复杂、变比小。

另外，无论是应用于汽车领域的CVT无级变速器，还是应用于机械领域的通用无级变速机，均无法实现原动机不停机时零转速输出，以及无法实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向。

汽车领域和机械领域需要一种结构简单、变比大，并且能够实现原动机不停机时零转速输出，以及能够实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的减速机构。

发明内容

本发明的目的是克服普通CVT无级变速器温升过高容易导致压力钢带或者链条损坏，克服通用无级变速机结构复杂、变比小，以及克服普通CVT无级变速器和通用无级变速机均无法实现原动机不停机时零转速输出，以及无法实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的缺点，提供一种具有结构简单、变比大，并且能够实现原动机不停机时零转速输出，以及能够实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的减速机构。本发明的实施方案如下：

所述减速机构包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，固定筒部件包括固定筒、导向联动支架，钢球部件包括调速钢球、操作钢球、联动销、轴套四、推力钢球、弹簧，摩擦盘锥齿轮部件包括摩擦盘锥齿轮一、摩擦盘锥齿轮二、轴套一、挡圈一、销一、轴套二、键条、输入轴，行星支架部件包括输出轴、行星锥齿轮、轴套三、行星轴、行星支架，或者在上述部件中采用轴承分别替换轴套一、轴套二、轴套三、轴套四，该轴承承载径向负荷和轴向负荷。若干个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，或者，一个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，钢球部件和行星支架部件安装在固定筒径向内侧，导向联动支架安装在固定筒径向外侧，摩擦盘锥齿轮部件把钢球部件与行星支架部件连接在一起。摩擦盘锥齿轮部件的输入轴与行星支架部件的输出轴同轴。所述减速机构若只包括一个钢球部件，所述减速机构的固定筒部件不包括导向联动支架，此时通过操纵操作钢球的位置控制所述减速机构的运行状态。

所述减速机构在应用时，输入轴轴向左端与原动机的输出轴连接在一起，输出轴轴向右端与所述减速机构驱动的负载装置连接在一起。所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴沿着输入轴旋转方向旋转，输出轴沿着输出轴正向旋转方向旋转，并且，输出轴正向旋转方向与输入轴旋转方向相同时，所述减速机构处于正向减速运行状态，若原动机驱动输入轴沿着输入轴旋转方向旋转，输出轴沿着输出轴反向旋转方向旋转，并且，输出轴反向旋转方向与输入轴旋转方向相反时，所述减速机构处于反向减速运行状态，若原动机驱动输入轴沿着输入轴旋转方向旋转，输出轴的输出转速为零时，所述减速机构处于空转运行状态。所述减速机构停止运行，负载装置产生的反向力矩不能反向驱动输入轴旋转时，所述减速机构处于反向自锁状态。

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮一有内侧轮齿一、摩擦盘一，内侧轮齿一是圆锥形轮齿，摩擦盘锥齿轮二有内侧轮齿二、摩擦盘二，内侧轮齿二是圆锥形轮齿。内侧轮齿一与内侧轮齿二齿数相等，摩擦盘一与摩擦盘二直径相等。行星支架部件的行星锥齿轮分别与内侧轮齿一和内侧轮齿二啮合。钢球部件的调速钢球径向外表面分别与摩擦盘一径向外表面的摩擦盘一滚动面和摩擦盘二径向外表面的摩擦盘二滚动面接触安装在一起，调速钢球旋转时，调速钢球径向外表面分别与摩擦盘一滚动面和摩擦盘二滚动面进行滚动运动。

所述减速机构空转运行状态时，通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴轴线垂直，即钢球操作轴轴线与输出轴垂直线重合。所述减速机构正向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架正向移动方向倾斜，钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角α，偏移夹角α是锐角。所述减速机构反向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架反向移动方向倾斜，钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角β，偏移夹角β是锐角。

所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴沿着输入轴旋转方向旋转，输入轴通过键条驱动摩擦盘锥齿轮二同方向旋转，摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球沿着调速钢球旋转方向旋转，调速钢球通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一旋转，摩擦盘锥齿轮一旋转方向与摩擦盘锥齿轮二旋转方向相反。若钢球操作轴轴线与输出轴垂直线重合时，调速钢球径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长等于调速钢球径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球旋转时摩擦盘二旋转速度等于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转，行星支架处于静止状态，输出轴输出转速为零，所述减速机构处于空转运行状态。

若钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角α，调速钢球径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长大于调速钢球径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球旋转时摩擦盘二旋转速度大于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转的同时，行星锥齿轮还会围绕输出轴轴线公转，行星锥齿轮驱动行星支架低转速旋转，行星支架通过行星轴驱动输出轴低转速同方向旋转，输出轴沿着输出轴正向旋转方向旋转，所述减速机构处于正向减速运行状态。

若钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角β，调速钢球径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长小于调速钢球径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球旋转时摩擦盘二旋转速度小于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转的同时，行星锥齿轮还会围绕输出轴轴线公转，行星锥齿轮驱动行星支架低转速旋转，行星支架通过行星轴驱动输出轴低转速同方向旋转，输出轴沿着输出轴反向旋转方向旋转，所述减速机构处于反向减速运行状态。

固定筒呈圆筒形，固定筒径向外表面有一个或者有若干个呈圆柱形的固定台，固定台有径向的固定台轴孔，固定台轴孔的截面呈长圆形，固定台轴孔截面的长轴方向与固定筒轴向平行，固定台轴孔与固定筒径向内侧相连通，固定台位于固定筒径向内侧的端面有呈半球形曲面的定位球面凹槽。导向联动支架的导向环呈环形，导向环径向外表面均布若干对联动杆，每一对联动杆之间是导向槽，每一个联动杆左端与导向环径向外表面连接在一起，每一个联动杆右端有一个联动槽孔。

操作钢球下端是呈半球形的半球一，半球一上端径向外表面呈半球形曲面，半球一下端面有呈环形的定位凹槽，定位凹槽径向内侧是半球内腔一，操作钢球上端是呈圆柱形的钢球操作轴，钢球操作轴上有联动销孔。调速钢球下端是呈半球形的半球二，半球二下端径向外表面呈半球形曲面，半球二上端面有呈圆筒形的定位凸台，定位凸台径向内侧是半球内腔二。联动销呈圆柱形。

轴套一、轴套二、轴套三、轴套四呈圆筒形，其径向中间是轴套轴孔，轴向一端是轴套止推轴肩。行星轴呈圆柱形。行星锥齿轮径向中间是锥齿轮轴孔，径向外侧是轮齿，其轴向一端是齿轮前端面，轴向另一端是齿轮后端面。行星支架呈环形，行星支架径向内侧是支架内腔，行星支架径向内表面均布若干个支架安装平面，每一个支架安装平面中心有一个支架固定轴孔。

输出轴呈圆柱形，输出轴从轴向一端至另一端依次是轴段一、轴颈一、固定轴肩、轴颈二，固定轴肩径向外表面均布若干个径向的固定轴孔，轴段一靠近轴颈一一端径向外表面有径向的定位销孔一，轴颈二与固定轴肩之间有定位轴肩一。

输入轴呈圆柱形，输入轴轴向右端是轴颈三，轴颈三径向外表面有外键槽，输入轴轴向左端是轴段二，轴颈三与轴段二之间是定位轴肩二。

挡圈一呈圆筒形，挡圈一径向中心是挡圈轴孔，挡圈一径向外表面有径向的挡圈销孔。销一呈圆柱形。

摩擦盘锥齿轮一径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔一，摩擦盘锥齿轮一径向内侧是内侧轮齿一，摩擦盘锥齿轮一径向外侧是圆盘形的摩擦盘一，摩擦盘一径向外表面是环形的摩擦盘一滚动面，内侧轮齿一、摩擦盘一滚动面在轴向同一侧。摩擦盘锥齿轮二轴向左端有轮毂，轮毂径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔二，摩擦盘锥齿轮轴孔二径向内表面有内键槽，摩擦盘锥齿轮二轴向右端的径向中间是轴套安装孔二，摩擦盘锥齿轮二轴向右端的径向内侧是内侧轮齿二，内侧轮齿二径向外侧是圆盘形的摩擦盘二，摩擦盘二径向外表面是环形的摩擦盘二滚动面，内侧轮齿二、摩擦盘二滚动面在轴向同一侧。

行星支架部件在装配时，把若干个行星锥齿轮安装在输出轴的固定轴肩径向外侧，把每一个行星锥齿轮的锥齿轮轴孔与输出轴的固定轴孔对齐，使每一个行星锥齿轮的齿轮后端面位于径向外侧，把若干个轴套三分别安装在行星锥齿轮的锥齿轮轴孔中，把轴套三的轴套止推轴肩与行星锥齿轮的齿轮后端面接触安装在一起，把行星支架安装在若干个轴套三径向外侧，把行星支架的支架安装平面与轴套三的轴套止推轴肩接触安装在一起，把行星支架的支架固定轴孔与轴套三的轴套轴孔对齐，把若干个行星轴分别依次插入行星支架的支架固定轴孔、轴套三的轴套轴孔、输出轴的固定轴孔中，使行星锥齿轮能够围绕行星轴轴线旋转。

钢球部件在装配时，把弹簧和推力钢球依次安装在调速钢球的半球内腔二中，使推力钢球在弹簧的上端，把轴套四安装在操作钢球的半球内腔一中，使轴套四的轴套止推轴肩安装在操作钢球的定位凹槽中，把调速钢球的定位凸台安装在轴套四的轴套轴孔中，使调速钢球的半球二上端面与轴套四的轴套止推轴肩接触安装在一起，使推力钢球的上端与操作钢球的半球内腔一内表面的上端接触安装在一起。

所述减速机构在装配时，把导向联动支架安装在固定筒径向外侧，使导向联动支架的导向环径向内表面与固定筒左端径向外表面接触安装在一起，把一个或者若干个钢球部件安装在固定筒径向内侧，使钢球部件的操作钢球的钢球操作轴穿过固定筒的固定台轴孔，使操作钢球的半球一上端径向外表面与固定筒的定位球面凹槽接触安装在一起，使操作钢球的钢球操作轴上端位于固定筒径向外侧，使操作钢球的钢球操作轴上端位于导向联动支架的导向槽中，把联动销两端安装在导向联动支架的一对联动杆的联动槽孔中，把联动销中间位置安装固定在操作钢球的钢球操作轴的联动销孔中。使调速钢球能够围绕钢球操作轴轴线旋转，导向联动支架沿着固定筒轴向移动时，使若干个钢球部件的操作钢球的钢球操作轴能够向固定筒轴向左端或者向固定筒轴向右端倾斜，钢球操作轴轴线也随之向固定筒轴向左端或者向固定筒轴向右端倾斜。

把行星支架部件安装在固定筒径向内侧，把摩擦盘锥齿轮一安装在行星支架部件的轴向右侧，使摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘锥齿轮轴孔一安装在行星支架部件的输出轴的轴颈一径向外侧，使摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一与行星支架部件的行星锥齿轮啮合，把轴套一安装在输出轴的轴颈一径向外表面，使轴套一径向外表面与摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘锥齿轮轴孔一径向内表面接触安装在一起，使轴套一的轴套止推轴肩与摩擦盘锥齿轮一没有内侧轮齿一的一端接触安装在一起，把挡圈一安装在输出轴的轴段一径向外表面，把销一安装在挡圈一的挡圈销孔中和输出轴的定位销孔一中。把轴套二安装在输出轴的轴颈二径向外表面，使轴套二的轴套止推轴肩与输出轴的定位轴肩一接触安装在一起。

把输入轴安装在行星支架部件的轴向左侧，把键条安装在输入轴的外键槽中，把摩擦盘锥齿轮二安装在行星支架部件的轴向左侧，使摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二与行星支架部件的行星锥齿轮啮合，使摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘锥齿轮轴孔二安装在输入轴的轴颈三径向外表面，使键条安装在摩擦盘锥齿轮二的内键槽中，使摩擦盘锥齿轮二的轴套安装孔二安装在轴套二径向外表面，使轴套二的轴套止推轴肩与摩擦盘锥齿轮二有内侧轮齿二的一端接触安装在一起。

钢球部件位于行星支架部件的径向外侧，并且，钢球部件的调速钢球安装在摩擦盘锥齿轮一与摩擦盘锥齿轮二轴向之间的位置，调速钢球径向外表面分别与摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘一滚动面和摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二滚动面接触安装在一起。所述减速机构装配后固定筒固定不动，调速钢球只有围绕钢球操作轴轴线旋转的一个自由度。操作钢球只有围绕半球一的球心向固定筒轴向左端或者向固定筒轴向右端倾斜的一个自由度。

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮二、行星锥齿轮、行星轴、行星支架、摩擦盘锥齿轮一组成锥齿行星齿轮减速器，锥齿行星齿轮减速器的主动件一是摩擦盘锥齿轮一，主动件二是摩擦盘锥齿轮二，从动件是行星支架。锥齿行星齿轮减速器做减速传动。摩擦盘锥齿轮一旋转方向与摩擦盘锥齿轮二旋转方向相反。若摩擦盘锥齿轮一旋转速度与摩擦盘锥齿轮二旋转速度相等，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转，行星支架处于静止状态，输出轴的转速为零。若摩擦盘锥齿轮一旋转速度与摩擦盘锥齿轮二旋转速度不相等，行星锥齿轮在围绕行星轴轴线自转的同时，行星锥齿轮还会围绕输出轴轴线公转，行星锥齿轮驱动行星支架低转速旋转，行星支架旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一旋转速度与摩擦盘锥齿轮二旋转速度之差的绝对值。若摩擦盘锥齿轮二旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一旋转速度，行星支架旋转方向与摩擦盘锥齿轮二旋转方向相同。若摩擦盘锥齿轮一旋转速度大于摩擦盘锥齿轮二旋转速度，行星支架旋转方向与摩擦盘锥齿轮一旋转方向相同。

钢球部件与摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二以及摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘一共同组成一个钢球调速差速发生器，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器组成所述减速机构。

钢球部件装配后，调速钢球的轴线与钢球操作轴轴线重合，把调速钢球的半球二径向外表面划分经纬度，靠近半球二的定位凸台并远离钢球操作轴轴线的区域是低纬度区域，远离半球二的定位凸台并靠近钢球操作轴轴线的区域是高纬度区域。调速钢球围绕钢球操作轴轴线旋转时，调速钢球的半球二径向外表面不同纬度区域旋转线速度各不相同，半球二径向外表面低纬度区域旋转线速度大于半球二径向外表面高纬度区域旋转线速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴垂直线重合时，摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度等于摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘一滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球旋转时摩擦盘锥齿轮二旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一旋转速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角α时，摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度小于摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘一滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球旋转时摩擦盘锥齿轮二旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一旋转速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角β时，摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度大于摩擦盘锥齿轮一的摩擦盘一滚动面与半球二径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球旋转时摩擦盘锥齿轮二旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一旋转速度。

所述减速机构运行过程是：

所述减速机构运行时，通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴垂直线重合，原动机驱动输入轴围绕输出轴轴线沿着输入轴旋转方向旋转，输入轴通过键条驱动摩擦盘锥齿轮二围绕输出轴轴线沿着摩擦盘锥齿轮二旋转方向旋转，与此同时，摩擦盘锥齿轮二的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球围绕钢球操作轴轴线沿着调速钢球旋转方向旋转，调速钢球通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一围绕输出轴轴线沿着摩擦盘锥齿轮一旋转方向旋转，摩擦盘锥齿轮二旋转方向与摩擦盘锥齿轮一旋转方向相反，摩擦盘锥齿轮二旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转，行星支架处于静止状态，输出轴输出转速为零，所述减速机构处于空转运行状态。

若通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架正向移动方向倾斜，钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角α，摩擦盘锥齿轮二旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转的同时，行星锥齿轮还会围绕输出轴轴线公转，行星锥齿轮驱动行星支架低转速旋转，行星支架通过行星轴驱动输出轴低转速同方向旋转，输出轴沿着输出轴正向旋转方向旋转，所述减速机构处于正向减速运行状态。

若通过操纵导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架反向移动方向倾斜，钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间有偏移夹角β，摩擦盘锥齿轮二旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二驱动行星锥齿轮旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一驱动行星锥齿轮旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮围绕行星轴轴线自转的同时，行星锥齿轮还会围绕输出轴轴线公转，行星锥齿轮驱动行星支架低转速旋转，行星支架通过行星轴驱动输出轴低转速同方向旋转，输出轴沿着输出轴反向旋转方向旋转，所述减速机构处于反向减速运行状态。

所述减速机构停止运行时原动机停止运行，负载装置产生的反向力矩使输出轴有旋转趋势，反向力矩依次通过输出轴、行星轴、行星支架、行星锥齿轮分别驱动摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二，反向力矩通过行星锥齿轮驱动摩擦盘锥齿轮一的反向自锁时转矩方向一与反向力矩通过行星锥齿轮驱动摩擦盘锥齿轮二的反向自锁时转矩方向二相同，摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二共同驱动钢球部件的调速钢球和操作钢球围绕输出轴轴线旋转，由于钢球部件的调速钢球只有围绕钢球操作轴轴线旋转的一个自由度，并且，钢球部件的操作钢球只有围绕半球一的球心向固定筒轴向左端或者向固定筒轴向右端倾斜的一个自由度，所述减速机构装配后固定筒固定不动，因此，钢球部件的调速钢球和操作钢球阻止反向力矩驱动所述减速机构旋转，实现所述减速机构反向自锁。

所述减速机构不包括容易损坏的压力钢带或者链条，所述减速机构的调速钢球径向外表面分别与摩擦盘一滚动面和摩擦盘二滚动面进行滚动运动，不会因滑动摩擦力产生更多的热量。所述减速机构运行过程中，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器，所述减速机构的输出轴转速与摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二转速之差相关，具有传动比大、输出转矩大、结构简单、使用寿命长的优点。所述减速机构能够实现原动机不停机时零转速输出，以及能够实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的功能。所述减速机构具备反向自锁功能。

附图说明

图1是所述减速机构的轴测图。

图2是所述减速机构的轴测剖视图。

图3是固定筒的轴测剖视图。

图4是导向联动支架的轴测图。

图5是行星支架部件的轴测剖视图。

图6是输出轴的轴测图。

图7是行星支架的轴测图。

图8是行星锥齿轮的轴测图。

图9是行星轴的轴测图。

图10是轴套一或轴套二或轴套三或轴套四的轴测图。

图11是钢球部件的轴测剖视图。

图12是挡圈一的轴测图。

图13是操作钢球的轴测图。

图14是调速钢球的轴测图。

图15是摩擦盘锥齿轮一的轴测剖视图。

图16是摩擦盘锥齿轮二的轴测剖视图。

图17是所述减速机构运行时摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二旋转方向的示意图，也是所述减速机构空转运行状态时，钢球部件的钢球操作轴轴线与输出轴轴线垂直的示意图。

图18是所述减速机构反向自锁状态时，钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件之间力矩关系的示意图。

图19是所述减速机构正向减速运行状态时，导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架正向移动方向倾斜的示意图。

图20是所述减速机构反向减速运行状态时，导向联动支架驱动钢球部件的钢球操作轴轴线沿着导向联动支架反向移动方向倾斜的示意图。

图21是所述减速机构正向减速运行状态时，摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二驱动行星支架部件旋转的示意图。图中UⅡ大于UⅠ，则UⅢ与UⅡ旋转方向相同。

图22是所述减速机构反向减速运行状态时，摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二驱动行星支架部件旋转的示意图。图中UⅠ大于UⅡ，则UⅢ与UⅠ旋转方向相同。

图23是所述减速机构的沿着轴线剖切示意图。

图24是输入轴的轴测图。

图25是只有一个钢球部件的所述减速机构的轴测剖视图。

图中UⅠ是摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一分度圆位置旋转的线速度，UⅡ是摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二分度圆位置旋转的线速度，UⅢ是行星支架上与摩擦盘锥齿轮一的内侧轮齿一分度圆半径相等或者与摩擦盘锥齿轮二的内侧轮齿二分度圆半径相等的位置旋转的线速度。α是正向减速运行状态时钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间的偏移夹角α，β是反向减速运行状态时钢球操作轴轴线与输出轴垂直线之间的偏移夹角β。

图中标注有摩擦盘锥齿轮一1、行星锥齿轮2、轴套三3、行星轴轴线4、行星轴5、行星支架6、摩擦盘锥齿轮二7、轴套二8、键条9、输入轴10、输出轴轴线11、调速钢球12、操作钢球13、固定筒14、导向联动支架15、输出轴16、销一17、挡圈一18、轴套一19、轴段一20、定位销孔一21、轴颈一22、固定轴孔23、固定轴肩24、轴颈二25、定位轴肩一26、轴段二27、支架安装平面28、支架内腔29、支架固定轴孔30、锥齿轮轴孔31、齿轮后端面32、轴套止推轴肩33、轴套轴孔34、挡圈销孔35、挡圈轴孔36、摩擦盘锥齿轮轴孔一37、内侧轮齿一38、摩擦盘一滚动面39、摩擦盘锥齿轮轴孔二40、内侧轮齿二41、摩擦盘二滚动面42、钢球操作轴轴线43、联动销44、固定台45、轴套四46、推力钢球47、弹簧48、定位凹槽49、半球内腔一50、半球一51、联动销孔52、钢球操作轴53、半球二54、定位凸台55、半球内腔二56、固定台轴孔57、定位球面凹槽58、轴颈三59、外键槽60、定位轴肩二61、轮毂62、内键槽63、轴套安装孔二64、联动槽孔65、联动杆66、导向环67、导向槽68、调速钢球旋转方向69、调速钢球旋转轨迹70、输入轴旋转方向71、输入轴旋转轨迹72、导向联动支架正向移动方向73、输出轴垂直线74、输出轴旋转轨迹75、输出轴正向旋转方向76、导向联动支架反向移动方向77、输出轴反向旋转方向78、摩擦盘锥齿轮二旋转方向79、摩擦盘锥齿轮二旋转轨迹80、摩擦盘锥齿轮一旋转轨迹81、摩擦盘锥齿轮一旋转方向82、反向自锁时转矩方向二83、反向自锁时转矩方向一84、行星支架正向减速旋转方向85、行星支架旋转轨迹86、行星锥齿轮旋转方向87、行星锥齿轮旋转轨迹88、行星支架反向减速旋转方向89。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1、图2、图23，所述减速机构包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，固定筒部件包括固定筒14、导向联动支架15，钢球部件包括调速钢球12、操作钢球13、联动销44、轴套四46、推力钢球47、弹簧48，摩擦盘锥齿轮部件包括摩擦盘锥齿轮一1、摩擦盘锥齿轮二7、轴套一19、挡圈一18、销一17、轴套二8、键条9、输入轴10，行星支架部件包括输出轴16、行星锥齿轮2、轴套三3、行星轴5、行星支架6，或者在上述部件中采用轴承分别替换轴套一19、轴套二8、轴套三3、轴套四46，该轴承承载径向负荷和轴向负荷。若干个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，或者，一个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，钢球部件和行星支架部件安装在固定筒14径向内侧，导向联动支架15安装在固定筒14径向外侧，摩擦盘锥齿轮部件把钢球部件与行星支架部件连接在一起。摩擦盘锥齿轮部件的输入轴10与行星支架部件的输出轴16同轴。所述减速机构若只包括一个钢球部件，所述减速机构的固定筒部件不包括导向联动支架15，此时通过操纵操作钢球13的位置控制所述减速机构的运行状态。

所述减速机构在应用时，输入轴10轴向左端与原动机的输出轴连接在一起，输出轴16轴向右端与所述减速机构驱动的负载装置连接在一起。所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴10沿着输入轴旋转方向71旋转，输出轴16沿着输出轴正向旋转方向76旋转，并且，输出轴正向旋转方向76与输入轴旋转方向71相同时，所述减速机构处于正向减速运行状态，若原动机驱动输入轴10沿着输入轴旋转方向71旋转，输出轴16沿着输出轴反向旋转方向78旋转，并且，输出轴反向旋转方向78与输入轴旋转方向71相反时，所述减速机构处于反向减速运行状态，若原动机驱动输入轴10沿着输入轴旋转方向71旋转，输出轴16的输出转速为零时，所述减速机构处于空转运行状态。所述减速机构停止运行，负载装置产生的反向力矩不能反向驱动输入轴10旋转时，所述减速机构处于反向自锁状态。

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮一1有内侧轮齿一38、摩擦盘一，内侧轮齿一38是圆锥形轮齿，摩擦盘锥齿轮二7有内侧轮齿二41、摩擦盘二，内侧轮齿二41是圆锥形轮齿。内侧轮齿一38与内侧轮齿二41齿数相等，摩擦盘一与摩擦盘二直径相等。行星支架部件的行星锥齿轮2分别与内侧轮齿一38和内侧轮齿二41啮合。钢球部件的调速钢球12径向外表面分别与摩擦盘一径向外表面的摩擦盘一滚动面39和摩擦盘二径向外表面的摩擦盘二滚动面42接触安装在一起，调速钢球12旋转时，调速钢球12径向外表面分别与摩擦盘一滚动面39和摩擦盘二滚动面42进行滚动运动。

所述减速机构空转运行状态时，通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43与输出轴轴线11垂直，即钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74重合。所述减速机构正向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43沿着导向联动支架正向移动方向73倾斜，钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角α，偏移夹角α是锐角。所述减速机构反向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43沿着导向联动支架反向移动方向77倾斜，钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角β，偏移夹角β是锐角。

所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴10沿着输入轴旋转方向71旋转，输入轴10通过键条9驱动摩擦盘锥齿轮二7同方向旋转，摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球12沿着调速钢球旋转方向69旋转，调速钢球12通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一1旋转，摩擦盘锥齿轮一旋转方向82与摩擦盘锥齿轮二旋转方向79相反。若钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74重合时，调速钢球12径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长等于调速钢球12径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球12旋转时摩擦盘二旋转速度等于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转，行星支架6处于静止状态，输出轴16输出转速为零，所述减速机构处于空转运行状态。

若钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角α，调速钢球12径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长大于调速钢球12径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球12旋转时摩擦盘二旋转速度大于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转的同时，行星锥齿轮2还会围绕输出轴轴线11公转，行星锥齿轮2驱动行星支架6低转速旋转，行星支架6通过行星轴5驱动输出轴16低转速同方向旋转，输出轴16沿着输出轴正向旋转方向76旋转，所述减速机构处于正向减速运行状态。

若钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角β，调速钢球12径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长小于调速钢球12径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球12旋转时摩擦盘二旋转速度小于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转的同时，行星锥齿轮2还会围绕输出轴轴线11公转，行星锥齿轮2驱动行星支架6低转速旋转，行星支架6通过行星轴5驱动输出轴16低转速同方向旋转，输出轴16沿着输出轴反向旋转方向78旋转，所述减速机构处于反向减速运行状态。

参照图1至图16、图24、图25，固定筒14呈圆筒形，固定筒14径向外表面有一个或者有若干个呈圆柱形的固定台45，固定台45有径向的固定台轴孔57，固定台轴孔57的截面呈长圆形，固定台轴孔57截面的长轴方向与固定筒14轴向平行，固定台轴孔57与固定筒14径向内侧相连通，固定台45位于固定筒14径向内侧的端面有呈半球形曲面的定位球面凹槽58。导向联动支架15的导向环67呈环形，导向环67径向外表面均布若干对联动杆66，每一对联动杆66之间是导向槽68，每一个联动杆66左端与导向环67径向外表面连接在一起，每一个联动杆66右端有一个联动槽孔65。

操作钢球13下端是呈半球形的半球一51，半球一51上端径向外表面呈半球形曲面，半球一51下端面有呈环形的定位凹槽49，定位凹槽49径向内侧是半球内腔一50，操作钢球13上端是呈圆柱形的钢球操作轴53，钢球操作轴53上有联动销孔52。调速钢球12下端是呈半球形的半球二54，半球二54下端径向外表面呈半球形曲面，半球二54上端面有呈圆筒形的定位凸台55，定位凸台55径向内侧是半球内腔二56。联动销44呈圆柱形。

轴套一19、轴套二8、轴套三3、轴套四46呈圆筒形，其径向中间是轴套轴孔34，轴向一端是轴套止推轴肩33。行星轴5呈圆柱形。行星锥齿轮2径向中间是锥齿轮轴孔31，径向外侧是轮齿，其轴向一端是齿轮前端面，轴向另一端是齿轮后端面32。行星支架6呈环形，行星支架6径向内侧是支架内腔29，行星支架6径向内表面均布若干个支架安装平面28，每一个支架安装平面28中心有一个支架固定轴孔30。

输出轴16呈圆柱形，输出轴16从轴向一端至另一端依次是轴段一20、轴颈一22、固定轴肩24、轴颈二25，固定轴肩24径向外表面均布若干个径向的固定轴孔23，轴段一20靠近轴颈一22一端径向外表面有径向的定位销孔一21，轴颈二25与固定轴肩24之间有定位轴肩一26。

输入轴10呈圆柱形，输入轴10轴向右端是轴颈三59，轴颈三59径向外表面有外键槽60，输入轴10轴向左端是轴段二27，轴颈三59与轴段二27之间是定位轴肩二61。

挡圈一18呈圆筒形，挡圈一18径向中心是挡圈轴孔36，挡圈一18径向外表面有径向的挡圈销孔35。销一17呈圆柱形。

摩擦盘锥齿轮一1径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔一37，摩擦盘锥齿轮一1径向内侧是内侧轮齿一38，摩擦盘锥齿轮一1径向外侧是圆盘形的摩擦盘一，摩擦盘一径向外表面是环形的摩擦盘一滚动面39，内侧轮齿一38、摩擦盘一滚动面39在轴向同一侧。摩擦盘锥齿轮二7轴向左端有轮毂62，轮毂62径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔二40，摩擦盘锥齿轮轴孔二40径向内表面有内键槽63，摩擦盘锥齿轮二7轴向右端的径向中间是轴套安装孔二64，摩擦盘锥齿轮二7轴向右端的径向内侧是内侧轮齿二41，内侧轮齿二41径向外侧是圆盘形的摩擦盘二，摩擦盘二径向外表面是环形的摩擦盘二滚动面42，内侧轮齿二41、摩擦盘二滚动面42在轴向同一侧。

行星支架部件在装配时，把若干个行星锥齿轮2安装在输出轴16的固定轴肩24径向外侧，把每一个行星锥齿轮2的锥齿轮轴孔31与输出轴16的固定轴孔23对齐，使每一个行星锥齿轮2的齿轮后端面32位于径向外侧，把若干个轴套三3分别安装在行星锥齿轮2的锥齿轮轴孔31中，把轴套三3的轴套止推轴肩33与行星锥齿轮2的齿轮后端面32接触安装在一起，把行星支架6安装在若干个轴套三3径向外侧，把行星支架6的支架安装平面28与轴套三3的轴套止推轴肩33接触安装在一起，把行星支架6的支架固定轴孔30与轴套三3的轴套轴孔34对齐，把若干个行星轴5分别依次插入行星支架6的支架固定轴孔30、轴套三3的轴套轴孔34、输出轴16的固定轴孔23中，使行星锥齿轮2能够围绕行星轴轴线4旋转。

钢球部件在装配时，把弹簧48和推力钢球47依次安装在调速钢球12的半球内腔二56中，使推力钢球47在弹簧48的上端，把轴套四46安装在操作钢球13的半球内腔一50中，使轴套四46的轴套止推轴肩33安装在操作钢球13的定位凹槽49中，把调速钢球12的定位凸台55安装在轴套四46的轴套轴孔34中，使调速钢球12的半球二54上端面与轴套四46的轴套止推轴肩33接触安装在一起，使推力钢球47的上端与操作钢球13的半球内腔一50内表面的上端接触安装在一起。

所述减速机构在装配时，把导向联动支架15安装在固定筒14径向外侧，使导向联动支架15的导向环67径向内表面与固定筒14左端径向外表面接触安装在一起，把一个或者若干个钢球部件安装在固定筒14径向内侧，使钢球部件的操作钢球13的钢球操作轴53穿过固定筒14的固定台轴孔57，使操作钢球13的半球一51上端径向外表面与固定筒14的定位球面凹槽58接触安装在一起，使操作钢球13的钢球操作轴53上端位于固定筒14径向外侧，使操作钢球13的钢球操作轴53上端位于导向联动支架15的导向槽68中，把联动销44两端安装在导向联动支架15的一对联动杆66的联动槽孔65中，把联动销44中间位置安装固定在操作钢球13的钢球操作轴53的联动销孔52中。使调速钢球12能够围绕钢球操作轴轴线43旋转，导向联动支架15沿着固定筒14轴向移动时，使若干个钢球部件的操作钢球13的钢球操作轴53能够向固定筒14轴向左端或者向固定筒14轴向右端倾斜，钢球操作轴轴线43也随之向固定筒14轴向左端或者向固定筒14轴向右端倾斜。

把行星支架部件安装在固定筒14径向内侧，把摩擦盘锥齿轮一1安装在行星支架部件的轴向右侧，使摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘锥齿轮轴孔一37安装在行星支架部件的输出轴16的轴颈一22径向外侧，使摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38与行星支架部件的行星锥齿轮2啮合，把轴套一19安装在输出轴16的轴颈一22径向外表面，使轴套一19径向外表面与摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘锥齿轮轴孔一37径向内表面接触安装在一起，使轴套一19的轴套止推轴肩33与摩擦盘锥齿轮一1没有内侧轮齿一38的一端接触安装在一起，把挡圈一18安装在输出轴16的轴段一20径向外表面，把销一17安装在挡圈一18的挡圈销孔35中和输出轴16的定位销孔一21中。把轴套二8安装在输出轴16的轴颈二25径向外表面，使轴套二8的轴套止推轴肩33与输出轴16的定位轴肩一26接触安装在一起。

把输入轴10安装在行星支架部件的轴向左侧，把键条9安装在输入轴10的外键槽60中，把摩擦盘锥齿轮二7安装在行星支架部件的轴向左侧，使摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41与行星支架部件的行星锥齿轮2啮合，使摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘锥齿轮轴孔二40安装在输入轴10的轴颈三59径向外表面，使键条9安装在摩擦盘锥齿轮二7的内键槽63中，使摩擦盘锥齿轮二7的轴套安装孔二64安装在轴套二8径向外表面，使轴套二8的轴套止推轴肩33与摩擦盘锥齿轮二7有内侧轮齿二41的一端接触安装在一起。

钢球部件位于行星支架部件的径向外侧，并且，钢球部件的调速钢球12安装在摩擦盘锥齿轮一1与摩擦盘锥齿轮二7轴向之间的位置，调速钢球12径向外表面分别与摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘一滚动面39和摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二滚动面42接触安装在一起。所述减速机构装配后固定筒14固定不动，调速钢球12只有围绕钢球操作轴轴线43旋转的一个自由度。操作钢球13只有围绕半球一51的球心向固定筒14轴向左端或者向固定筒14轴向右端倾斜的一个自由度。

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮二7、行星锥齿轮2、行星轴5、行星支架6、摩擦盘锥齿轮一1组成锥齿行星齿轮减速器，锥齿行星齿轮减速器的主动件一是摩擦盘锥齿轮一1，主动件二是摩擦盘锥齿轮二7，从动件是行星支架6。锥齿行星齿轮减速器做减速传动。摩擦盘锥齿轮一1旋转方向与摩擦盘锥齿轮二7旋转方向相反。若摩擦盘锥齿轮一1旋转速度与摩擦盘锥齿轮二7旋转速度相等，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转，行星支架6处于静止状态，输出轴16的转速为零。若摩擦盘锥齿轮一1旋转速度与摩擦盘锥齿轮二7旋转速度不相等，行星锥齿轮2在围绕行星轴轴线4自转的同时，行星锥齿轮2还会围绕输出轴轴线11公转，行星锥齿轮2驱动行星支架6低转速旋转，行星支架6旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度与摩擦盘锥齿轮二7旋转速度之差的绝对值。若摩擦盘锥齿轮二7旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度，行星支架6旋转方向与摩擦盘锥齿轮二7旋转方向相同。若摩擦盘锥齿轮一1旋转速度大于摩擦盘锥齿轮二7旋转速度，行星支架6旋转方向与摩擦盘锥齿轮一1旋转方向相同。

钢球部件与摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二以及摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘一共同组成一个钢球调速差速发生器，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器组成所述减速机构。

钢球部件装配后，调速钢球12的轴线与钢球操作轴轴线43重合，把调速钢球12的半球二54径向外表面划分经纬度，靠近半球二54的定位凸台55并远离钢球操作轴轴线43的区域是低纬度区域，远离半球二54的定位凸台55并靠近钢球操作轴轴线43的区域是高纬度区域。调速钢球12围绕钢球操作轴轴线43旋转时，调速钢球12的半球二54径向外表面不同纬度区域旋转线速度各不相同，半球二54径向外表面低纬度区域旋转线速度大于半球二54径向外表面高纬度区域旋转线速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74重合时，摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二滚动面42与半球二54径向外表面滚动接触的纬度等于摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘一滚动面39与半球二54径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球12旋转时摩擦盘锥齿轮二7旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角α时，摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二滚动面42与半球二54径向外表面滚动接触的纬度小于摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘一滚动面39与半球二54径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球12旋转时摩擦盘锥齿轮二7旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度。

若钢球部件的钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角β时，摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二滚动面42与半球二54径向外表面滚动接触的纬度大于摩擦盘锥齿轮一1的摩擦盘一滚动面39与半球二54径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球12旋转时摩擦盘锥齿轮二7旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度。

参照图1、图2、图17至图23，所述减速机构运行过程是：

所述减速机构运行时，通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74重合，原动机驱动输入轴10围绕输出轴轴线11沿着输入轴旋转方向71旋转，输入轴10通过键条9驱动摩擦盘锥齿轮二7围绕输出轴轴线11沿着摩擦盘锥齿轮二旋转方向79旋转，与此同时，摩擦盘锥齿轮二7的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球12围绕钢球操作轴轴线43沿着调速钢球旋转方向69旋转，调速钢球12通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一1围绕输出轴轴线11沿着摩擦盘锥齿轮一旋转方向82旋转，摩擦盘锥齿轮二旋转方向79与摩擦盘锥齿轮一旋转方向82相反，摩擦盘锥齿轮二7旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转，行星支架6处于静止状态，输出轴16输出转速为零，所述减速机构处于空转运行状态。

若通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43沿着导向联动支架正向移动方向73倾斜，钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角α，摩擦盘锥齿轮二7旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转的同时，行星锥齿轮2还会围绕输出轴轴线11公转，行星锥齿轮2驱动行星支架6低转速旋转，行星支架6通过行星轴5驱动输出轴16低转速同方向旋转，输出轴16沿着输出轴正向旋转方向76旋转，所述减速机构处于正向减速运行状态。

若通过操纵导向联动支架15驱动钢球部件的钢球操作轴轴线43沿着导向联动支架反向移动方向77倾斜，钢球操作轴轴线43与输出轴垂直线74之间有偏移夹角β，摩擦盘锥齿轮二7旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一1旋转速度，摩擦盘锥齿轮二7的内侧轮齿二41驱动行星锥齿轮2旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一1的内侧轮齿一38驱动行星锥齿轮2旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮2围绕行星轴轴线4自转的同时，行星锥齿轮2还会围绕输出轴轴线11公转，行星锥齿轮2驱动行星支架6低转速旋转，行星支架6通过行星轴5驱动输出轴16低转速同方向旋转，输出轴16沿着输出轴反向旋转方向78旋转，所述减速机构处于反向减速运行状态。

所述减速机构停止运行时原动机停止运行，负载装置产生的反向力矩使输出轴16有旋转趋势，反向力矩依次通过输出轴16、行星轴5、行星支架6、行星锥齿轮2分别驱动摩擦盘锥齿轮一1和摩擦盘锥齿轮二7，反向力矩通过行星锥齿轮2驱动摩擦盘锥齿轮一1的反向自锁时转矩方向一84与反向力矩通过行星锥齿轮2驱动摩擦盘锥齿轮二7的反向自锁时转矩方向二83相同，摩擦盘锥齿轮一1和摩擦盘锥齿轮二7共同驱动钢球部件的调速钢球12和操作钢球13围绕输出轴轴线11旋转，由于钢球部件的调速钢球12只有围绕钢球操作轴轴线43旋转的一个自由度，并且，钢球部件的操作钢球13只有围绕半球一51的球心向固定筒14轴向左端或者向固定筒14轴向右端倾斜的一个自由度，所述减速机构装配后固定筒14固定不动，因此，钢球部件的调速钢球12和操作钢球13阻止反向力矩驱动所述减速机构旋转，实现所述减速机构反向自锁。

Claims (1)

1.一种钢球调速锥齿差速减速机构，其特征在于：所述减速机构包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，固定筒部件包括固定筒(14)、导向联动支架(15)，钢球部件包括调速钢球(12)、操作钢球(13)、联动销(44)、轴套四(46)、推力钢球(47)、弹簧(48)，摩擦盘锥齿轮部件包括摩擦盘锥齿轮一(1)、摩擦盘锥齿轮二(7)、轴套一(19)、挡圈一(18)、销一(17)、轴套二(8)、键条(9)、输入轴(10)，行星支架部件包括输出轴(16)、行星锥齿轮(2)、轴套三(3)、行星轴(5)、行星支架(6)，或者在上述部件中采用轴承分别替换轴套一(19)、轴套二(8)、轴套三(3)、轴套四(46)，该轴承承载径向负荷和轴向负荷；若干个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，或者，一个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，钢球部件和行星支架部件安装在固定筒(14)径向内侧，导向联动支架(15)安装在固定筒(14)径向外侧，摩擦盘锥齿轮部件把钢球部件与行星支架部件连接在一起；摩擦盘锥齿轮部件的输入轴(10)与行星支架部件的输出轴(16)同轴；所述减速机构若只包括一个钢球部件，所述减速机构的固定筒部件不包括导向联动支架(15)，此时通过操纵操作钢球(13)的位置控制所述减速机构的运行状态；

所述减速机构在应用时，输入轴(10)轴向左端与原动机的输出轴连接在一起，输出轴(16)轴向右端与所述减速机构驱动的负载装置连接在一起；所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)沿着输出轴正向旋转方向(76)旋转，并且，输出轴正向旋转方向(76)与输入轴旋转方向(71)相同时，所述减速机构处于正向减速运行状态，若原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)沿着输出轴反向旋转方向(78)旋转，并且，输出轴反向旋转方向(78)与输入轴旋转方向(71)相反时，所述减速机构处于反向减速运行状态，若原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)的输出转速为零时，所述减速机构处于空转运行状态；所述减速机构停止运行，负载装置产生的反向力矩不能反向驱动输入轴(10)旋转时，所述减速机构处于反向自锁状态；

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮一(1)有内侧轮齿一(38)、摩擦盘一，内侧轮齿一(38)是圆锥形轮齿，摩擦盘锥齿轮二(7)有内侧轮齿二(41)、摩擦盘二，内侧轮齿二(41)是圆锥形轮齿；内侧轮齿一(38)与内侧轮齿二(41)齿数相等，摩擦盘一与摩擦盘二直径相等；行星支架部件的行星锥齿轮(2)分别与内侧轮齿一(38)和内侧轮齿二(41)啮合；钢球部件的调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一径向外表面的摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二径向外表面的摩擦盘二滚动面(42)接触安装在一起，调速钢球(12)旋转时，调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二滚动面(42)进行滚动运动；

固定筒(14)呈圆筒形，固定筒(14)径向外表面有一个或者有若干个呈圆柱形的固定台(45)，固定台(45)有径向的固定台轴孔(57)，固定台轴孔(57)的截面呈长圆形，固定台轴孔(57)截面的长轴方向与固定筒(14)轴向平行，固定台轴孔(57)与固定筒(14)径向内侧相连通，固定台(45)位于固定筒(14)径向内侧的端面有呈半球形曲面的定位球面凹槽(58)；导向联动支架(15)的导向环(67)呈环形，导向环(67)径向外表面均布若干对联动杆(66)，每一对联动杆(66)之间是导向槽(68)，每一个联动杆(66)左端与导向环(67)径向外表面连接在一起，每一个联动杆(66)右端有一个联动槽孔(65)；

操作钢球(13)下端是呈半球形的半球一(51)，半球一(51)上端径向外表面呈半球形曲面，半球一(51)下端面有呈环形的定位凹槽(49)，定位凹槽(49)径向内侧是半球内腔一(50)，操作钢球(13)上端是呈圆柱形的钢球操作轴(53)，钢球操作轴(53)上有联动销孔(52)；调速钢球(12)下端是呈半球形的半球二(54)，半球二(54)下端径向外表面呈半球形曲面，半球二(54)上端面有呈圆筒形的定位凸台(55)，定位凸台(55)径向内侧是半球内腔二(56)；联动销(44)呈圆柱形；

轴套一(19)、轴套二(8)、轴套三(3)、轴套四(46)呈圆筒形，其径向中间是轴套轴孔(34)，轴向一端是轴套止推轴肩(33)；行星轴(5)呈圆柱形；行星锥齿轮(2)径向中间是锥齿轮轴孔(31)，径向外侧是轮齿，其轴向一端是齿轮前端面，轴向另一端是齿轮后端面(32)；行星支架(6)呈环形，行星支架(6)径向内侧是支架内腔(29)，行星支架(6)径向内表面均布若干个支架安装平面(28)，每一个支架安装平面(28)中心有一个支架固定轴孔(30)；

输出轴(16)呈圆柱形，输出轴(16)从轴向一端至另一端依次是轴段一(20)、轴颈一(22)、固定轴肩(24)、轴颈二(25)，固定轴肩(24)径向外表面均布若干个径向的固定轴孔(23)，轴段一(20)靠近轴颈一(22)一端径向外表面有径向的定位销孔一(21)，轴颈二(25)与固定轴肩(24)之间有定位轴肩一(26)；

输入轴(10)呈圆柱形，输入轴(10)轴向右端是轴颈三(59)，轴颈三(59)径向外表面有外键槽(60)，输入轴(10)轴向左端是轴段二(27)，轴颈三(59)与轴段二(27)之间是定位轴肩二(61)；

挡圈一(18)呈圆筒形，挡圈一(18)径向中心是挡圈轴孔(36)，挡圈一(18)径向外表面有径向的挡圈销孔(35)；销一(17)呈圆柱形；

摩擦盘锥齿轮一(1)径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)，摩擦盘锥齿轮一(1)径向内侧是内侧轮齿一(38)，摩擦盘锥齿轮一(1)径向外侧是圆盘形的摩擦盘一，摩擦盘一径向外表面是环形的摩擦盘一滚动面(39)，内侧轮齿一(38)、摩擦盘一滚动面(39)在轴向同一侧；摩擦盘锥齿轮二(7)轴向左端有轮毂(62)，轮毂(62)径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)，摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)径向内表面有内键槽(63)，摩擦盘锥齿轮二(7)轴向右端的径向中间是轴套安装孔二(64)，摩擦盘锥齿轮二(7)轴向右端的径向内侧是内侧轮齿二(41)，内侧轮齿二(41)径向外侧是圆盘形的摩擦盘二，摩擦盘二径向外表面是环形的摩擦盘二滚动面(42)，内侧轮齿二(41)、摩擦盘二滚动面(42)在轴向同一侧；

行星支架部件在装配时，把若干个行星锥齿轮(2)安装在输出轴(16)的固定轴肩(24)径向外侧，把每一个行星锥齿轮(2)的锥齿轮轴孔(31)与输出轴(16)的固定轴孔(23)对齐，使每一个行星锥齿轮(2)的齿轮后端面(32)位于径向外侧，把若干个轴套三(3)分别安装在行星锥齿轮(2)的锥齿轮轴孔(31)中，把轴套三(3)的轴套止推轴肩(33)与行星锥齿轮(2)的齿轮后端面(32)接触安装在一起，把行星支架(6)安装在若干个轴套三(3)径向外侧，把行星支架(6)的支架安装平面(28)与轴套三(3)的轴套止推轴肩(33)接触安装在一起，把行星支架(6)的支架固定轴孔(30)与轴套三(3)的轴套轴孔(34)对齐，把若干个行星轴(5)分别依次插入行星支架(6)的支架固定轴孔(30)、轴套三(3)的轴套轴孔(34)、输出轴(16)的固定轴孔(23)中，使行星锥齿轮(2)能够围绕行星轴轴线(4)旋转；

钢球部件在装配时，把弹簧(48)和推力钢球(47)依次安装在调速钢球(12)的半球内腔二(56)中，使推力钢球(47)在弹簧(48)的上端，把轴套四(46)安装在操作钢球(13)的半球内腔一(50)中，使轴套四(46)的轴套止推轴肩(33)安装在操作钢球(13)的定位凹槽(49)中，把调速钢球(12)的定位凸台(55)安装在轴套四(46)的轴套轴孔(34)中，使调速钢球(12)的半球二(54)上端面与轴套四(46)的轴套止推轴肩(33)接触安装在一起，使推力钢球(47)的上端与操作钢球(13)的半球内腔一(50)内表面的上端接触安装在一起；

所述减速机构在装配时，把导向联动支架(15)安装在固定筒(14)径向外侧，使导向联动支架(15)的导向环(67)径向内表面与固定筒(14)左端径向外表面接触安装在一起，把一个或者若干个钢球部件安装在固定筒(14)径向内侧，使钢球部件的操作钢球(13)的钢球操作轴(53)穿过固定筒(14)的固定台轴孔(57)，使操作钢球(13)的半球一(51)上端径向外表面与固定筒(14)的定位球面凹槽(58)接触安装在一起，使操作钢球(13)的钢球操作轴(53)上端位于固定筒(14)径向外侧，使操作钢球(13)的钢球操作轴(53)上端位于导向联动支架(15)的导向槽(68)中，把联动销(44)两端安装在导向联动支架(15)的一对联动杆(66)的联动槽孔(65)中，把联动销(44)中间位置安装固定在操作钢球(13)的钢球操作轴(53)的联动销孔(52)中；使调速钢球(12)能够围绕钢球操作轴轴线(43)旋转，导向联动支架(15)沿着固定筒(14)轴向移动时，使若干个钢球部件的操作钢球(13)的钢球操作轴(53)能够向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜，钢球操作轴轴线(43)也随之向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜；

把行星支架部件安装在固定筒(14)径向内侧，把摩擦盘锥齿轮一(1)安装在行星支架部件的轴向右侧，使摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)安装在行星支架部件的输出轴(16)的轴颈一(22)径向外侧，使摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)与行星支架部件的行星锥齿轮(2)啮合，把轴套一(19)安装在输出轴(16)的轴颈一(22)径向外表面，使轴套一(19)径向外表面与摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)径向内表面接触安装在一起，使轴套一(19)的轴套止推轴肩(33)与摩擦盘锥齿轮一(1)没有内侧轮齿一(38)的一端接触安装在一起，把挡圈一(18)安装在输出轴(16)的轴段一(20)径向外表面，把销一(17)安装在挡圈一(18)的挡圈销孔(35)中和输出轴(16)的定位销孔一(21)中；把轴套二(8)安装在输出轴(16)的轴颈二(25)径向外表面，使轴套二(8)的轴套止推轴肩(33)与输出轴(16)的定位轴肩一(26)接触安装在一起；

把输入轴(10)安装在行星支架部件的轴向左侧，把键条(9)安装在输入轴(10)的外键槽(60)中，把摩擦盘锥齿轮二(7)安装在行星支架部件的轴向左侧，使摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)与行星支架部件的行星锥齿轮(2)啮合，使摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)安装在输入轴(10)的轴颈三(59)径向外表面，使键条(9)安装在摩擦盘锥齿轮二(7)的内键槽(63)中，使摩擦盘锥齿轮二(7)的轴套安装孔二(64)安装在轴套二(8)径向外表面，使轴套二(8)的轴套止推轴肩(33)与摩擦盘锥齿轮二(7)有内侧轮齿二(41)的一端接触安装在一起；

钢球部件位于行星支架部件的径向外侧，并且，钢球部件的调速钢球(12)安装在摩擦盘锥齿轮一(1)与摩擦盘锥齿轮二(7)轴向之间的位置，调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)接触安装在一起；所述减速机构装配后固定筒(14)固定不动，调速钢球(12)只有围绕钢球操作轴轴线(43)旋转的一个自由度；操作钢球(13)只有围绕半球一(51)的球心向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜的一个自由度；

所述减速机构的摩擦盘锥齿轮二(7)、行星锥齿轮(2)、行星轴(5)、行星支架(6)、摩擦盘锥齿轮一(1)组成锥齿行星齿轮减速器，锥齿行星齿轮减速器的主动件一是摩擦盘锥齿轮一(1)，主动件二是摩擦盘锥齿轮二(7)，从动件是行星支架(6)；锥齿行星齿轮减速器做减速传动；摩擦盘锥齿轮一(1)旋转方向与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转方向相反；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度相等，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转，行星支架(6)处于静止状态，输出轴(16)的转速为零；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度不相等，行星锥齿轮(2)在围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度之差的绝对值；若摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度，行星支架(6)旋转方向与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转方向相同；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度，行星支架(6)旋转方向与摩擦盘锥齿轮一(1)旋转方向相同；

钢球部件与摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二以及摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一共同组成一个钢球调速差速发生器，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器组成所述减速机构；

钢球部件装配后，调速钢球(12)的轴线与钢球操作轴轴线(43)重合，把调速钢球(12)的半球二(54)径向外表面划分经纬度，靠近半球二(54)的定位凸台(55)并远离钢球操作轴轴线(43)的区域是低纬度区域，远离半球二(54)的定位凸台(55)并靠近钢球操作轴轴线(43)的区域是高纬度区域；调速钢球(12)围绕钢球操作轴轴线(43)旋转时，调速钢球(12)的半球二(54)径向外表面不同纬度区域旋转线速度各不相同，半球二(54)径向外表面低纬度区域旋转线速度大于半球二(54)径向外表面高纬度区域旋转线速度；

若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度等于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度；

若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度小于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度；

若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度大于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度。

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