CN210087944U - 同位差动变速器 - Google Patents

Abstract

同位差动变速器是一种带有同位差动轮系的变速器，其传动结构结合差数逻辑和倍数逻辑来进行设计，通过设置、对照两个同位传动轮组，将其中两个同位轮建立同步关系，另外两个同位轮作为差动组，将作为参考系的一方固定安装，通过另一方把两个平行转速的差提取出来作为变速结果。同位差动轮系的传动比可以趋向无穷大或无穷小，这不决定于传动件之间几何参数的倍数有多大，而是决定于两组几何参数的倍数大小有多接近，因此，在几何参数量级相当的情况下，同位差动变速器能得到的传动比范围更大，在同样尺寸和传动比的条件下有更大的载荷能力，此外，在同样的结构下通过调整参数就可改变输出转速的方向，既可以进行减速传动也可以反向进行加速传动。

Description

同位差动变速器

技术领域

本实用新型涉及一种变速器，特别是单输出结果的减速器。

背景技术

变速器作为一种在动力机械领域不可或缺的传动装置，特别是单输出的变速器，伴随着世界工业文明数百年的发展，已经演化出非常多的结构类型，在航空航天、自动化、机器人等领域高速发展的今天，又迎来了新一轮的发展机遇，同时，在技术水平上也面临着更高的要求，然而，现有的单输出变速器，技术类型主要包括行星、针轮摆线、旋转矢量RV和谐波，传动方式都是齿传动，传动比由传动副组件本身的直径、齿数等几何参数的倍数关系来决定，整个传动结构也依照倍数逻辑来设计，这个基本变速原理成就了机械变速器，但本身也成了阻碍性能进一步提高的掣肘因素——由于受限于材料强度和正确啮合条件，传动副中小齿轮的几何参数很容易达到最小极限，要得到较大传动比就得加大大齿轮的直径、齿数或者增加传动级数，结构变得更为复杂，体积、重量和制造成本也随之增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带有同位差动轮系的变速器，结合差数逻辑和倍数逻辑对传动结构进行设计，设置、对照两个同位传动轮组，将其中两个同位轮建立同步运动关系，而另外两个同位轮作为差动组，将其中作为参考系的一方固定安装，从而通过另一方把两个对照转速的差提取出来作为变速结果。本实用新型的传动轮系中包含有同位差动轮系；一个基本结构的同位差动轮系带有两个同位传动轮组，彼此的组件两两对应为同位轮，其中有两个同位轮结合成同步组，可以同步公转、自转或同时公转和自转，与同步组配对传动的一组同位轮中，有一个固定安装作为定子，另一个转动安装作为转子；同位差动轮系以转子作为输出元件进行减速传动，或者以转子作为输入元件进行加速传动。

本实用新型的同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

本实用新型的同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。

本实用新型的同步组是阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套的传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中都带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

本实用新型的同步组是可以同步自转的阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，有转臂或变速装置与中间轮连接，动力经过转臂或变速装置后从中间轮输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从中间轮输送到转臂或变速装置。

本实用新型的同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

本实用新型的同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。

本实用新型同位差动轮系为复合结构，配备有换档装置来切换挡位，其中包括可在轴向滑动并且可在径向变位锁紧的滑块。

本实用新型设置有倒档，其对应的转子的转速与正转挡位的转子的转速方向相反，或者设置有不需要断开动力的空挡，其转子的转速为零。

本实用新型的传动轮是齿轮，同一个同位差动轮系中不同传动轮组的齿轮有不同的模数。

积极效果

本发明的同位差动轮系的传动比的大小与两个对照转速的差值的大小负相关，而这个差值的大小与两个同位传动轮组的传动比的差值的大小正相关，两个同位传动轮组的传动比的差值可以从正、负两个方向无限接近于零，所以同位差动轮系的传动比也可以趋向无穷大或无穷小，传动比能有多大不决定一组传动副的组件之间几何参数的倍数能有多大，而是决定于两组传动副的几何参数的倍数能有多接近，因此，在几何参数量级相当的情况下，同位差动轮系的变速器能得到的传动比范围更大，在同样径向尺寸和传动比的条件下有更大的载荷能力。通过调整同位差动轮系的两个同位传动轮组的传动比就可以改变输出转速的大小，在同样的结构下，通过调整两个同位传动轮组的传动比还能改变输出转速的方向，既可以正向进行减速传动也可以反向进行加速传动，而后两项功能的增加并不使系统结构变得更为复杂。同位差动轮系至少有两个传动轮组的四个传动轮参与传动，传动轮数量比在现有结构多，看起来好像有所不利，但传动比范围却得到了极大的扩展，也正因为传动轮数量较多，影响输出结果的变量就多，可获得的输出结果也相对更为丰富，有利于系列化发展，此外，两个传动轮组是同位关系，所以并没有加大整体尺寸中齿轮径向间隙总量和精度控制的难度，至于重量上的增加也可以通过减重孔和采用高强度轻型材料等技术手段得到有效缓解。在没有偏心旋转组件的齿轮传动实施例中，同位差动轮系具有行星传动结构所具有的载荷大、背隙小、抗冲击性强、旋转精度高、轴承受力平衡等优点。

附图说明

图1是同步组为行星轮组的实施例；

图2是同步组为行星轮的二级变速实施例；

图3是同步组为太阳轮的实施例；

图4是同步组为太阳轮的二级变速实施例；

图5是同步组为RV轮的实施例；

图6是同步组为RV轮的二级变速实施例；

图7是复合结构的同位差动轮系；

图8是滑块式换档机构。

具体实施方式

本实用新型的传动轮系中包含有同位差动轮系；一个基本结构的同位差动轮系带有两个同位传动轮组，彼此的组件两两对应为同位轮，其中有两个同位轮结合成同步组，可以同步公转、自转或同时公转和自转，与同步组配对传动的一组同位轮中，有一个固定安装作为定子，另一个转动安装作为转子；同位差动轮系以转子作为输出元件进行减速传动，或者以转子作为输入元件进行加速传动；一个复合结构的同位差动轮系有两个以上的传动轮组、同步组、差动组、定子或转子。同位传动轮组指的是这样的两个传动轮组——其中一个传动轮组的传动件和另一个传动轮组的传动件两两对应，有公共的或互相平行的公转轴或自转轴，在各自的组内处在相同的传动方位，例如对应双方都是太阳轮，且都与行星轮进行传动；处于相同的径向方位互相对应的传动轮即为同位轮，相互之间有着形状相似的运动轨迹或传动点运动轨迹；同位轮的对应方式可以是主动轮与主动轮对应以及从动轮与从动轮对应，也可以是主动轮与从动轮交叉对应，如果是带有中间轮的传动轮组，中间轮之间也相互对应，与通常的情形有所不同的是，中间轮处在传动链的中间，但不必只是起到变向作用，在传动角色上也可以作为主动轮、从动轮或支点轮。在本实用新型的同位传动轮组中，有一组同位轮同步运动，又称同步轮，它们的组合即为同步组，相互之间以相同的角速度公转、自转或同时公转和自转，结合的具体形式包括但不限于阶梯轮，另外的两个同位轮不同步运动，称为差动轮，其中一个可以转动，称为转子，另一个固定安装作为参考系，称为定子，它们的组合为差动组。参考图1，中轴8与底座9转动连接，转臂10与中轴8固定连接并通过转轴4和轴套5与行星轮3和行星轮6转动连接，行星轮3和行星轮6固定连接成同步组，可以同步自转和公转，有两个以上这样的同步组在周向均布；外环1与行星轮3浮动连接，或通过轮辐7与中轴8转动连接，外环2固定安装在底座9上，外环1和外环2以中轴8为共同轴心组成差动组，分别与行星轮3和行星轮6传动，形成两个同位传动轮组，这就是一个基本结构的同位差动轮系。当动力从中轴8驱动同步组公转时，外环1以外环2为参照的转速大小与两个同位传动轮组的传动比的差的大小正相关，而整个同位差动轮系的传动比的大小与外环1以外环2为参照的转速大小负相关，两个传动轮组的传动比的差值越小，得到的传动比的值越大，当两个传动轮组的传动比的差为零时，传动比为无穷大或无穷小。同位差动轮系以外环1作为输出元件进行减速传动，或者以外环1作为输入元件进行加速传动，可以通过改变两个传动轮组的传动比的差来获得不同的传动比。为了在一套装置中获得多个输出结果，同位差动轮系可以采用复合结构，一个同位差动轮系有多个传动轮组、同步组、差动组、定子或转子，通过选定不同的工作组合来切换输出挡位。同位差动轮系还可以与外变速装置连接成二级变速结构。同位差动轮系的传动轮可采用的构造类型包括但不限于齿轮、齿环、摩擦轮、摩擦环、磁轮、磁环、柔轮、柔环、带轮和封闭回转的挠性件，其在结构中的作用类型包括但不限于内环、外环、太阳轮、行星轮、滚轮、平转轮和旋转矢量RV轮。同步轮之间的同步转动方式为同步自转、公转或同时公转和自转。图1的实施例中，同步轮和差动轮直接传动，也可以设置中间轮来传动，与通常的情形有所不同的是，中间轮不必只是起到变向作用，在传动角色上也可以作为主动轮或从动轮。当传动轮为齿轮时，不同的传动轮组优先采用相同的模数，为了获得更适用的传动比也可以采用不同的模数。为了使轴套5受力平衡，可以设置与中轴8活动连接的太阳轮来平衡行星轮3和行星轮6受到的径向力。

本实用新型的同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。参照图1，中轴8与底座9转动连接，转臂10与中轴8固定连接并通过转轴4和轴套5与行星轮3和行星轮6转动连接，行星轮3和行星轮6固定连接成同步组，可以同步自转和公转，有两个以上这样的同步组在周向均布；外环1通过轮辐7与中轴8转动连接，外环2固定安装在底座9上，外环1和外环2以中轴8为共同轴心组成差动组，分别与行星轮3和行星轮6传动，两个传动轮组可以有不同的传动比组合；外环1、外环2、行星轮3和行星轮6组成的轮系为一个基本结构的同位差动轮系；动力从同步组输入同位差动轮系再从外环1输出，或者，动从外环1输入同位差动轮系再从同步组输出。为了使行星轮3或行星轮6在径向受力平衡，可在它们的径向内侧设置与中轴8转动连接的转轮。

本实用新型的同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。参照图2，行星轮13和行星轮15相互固定连接作为同步组，可以同步自转和公转，并通过轴14与行星轮19固定连接，有两个以上这样的组合在周向均布，各自浮动或相互之间有行星架连接；外环11通过轮辐16与中轴17转动连接，外环12固定安装在底座18上，外环11和外环12以中轴17为共同轴心组成差动组，分别与行星轮13和行星轮15传动；外环11、外环12、行星轮13和行星轮15组成的轮系为一个基本结构的同位差动轮系；中轴17与底座18转动连接，太阳轮20与中轴17固定连接并与行星轮19组合成外变速组，动力经过行星轮外变速组后从同步组输入同位差动轮系再从转子11输出，或者动力从转子11输入同位差动轮系再从同步组输送到行星轮外变速组；行星轮外变速组也可以采用更简洁的替代方案，省略行星轮19，让太阳轮20直接与行星轮13或行星轮15直接传动起到外部变速机构的作用；为了使行星轮13或行星轮15在径向受力平衡，可在它们的径向内侧设置与中轴17转动连接的转轮。

本实用新型的同步组是阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套的传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中都带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。参照图3，太阳轮31和太阳轮32相互固定连接作为同步组，并与中轴33固定连接；外环浮动安装或25通过轮辐34与中轴33转动连接，外环26固定安装在底座30上，外环25和外环26以中轴33为共同的轴心组成差动组；中间轮28和中间轮27分别与轴29连接，相互可以独立自转而同步公转，有两个以上这样的中间轮组合在周向均布，各自浮动或相互之间有行星架连接，中间轮28和中间轮27也可以安装在同一个行星架的不同位置，保持相对角度位置不变；外环25、外环26分别通过中间轮28和中间轮27与太阳轮31和太阳轮32传动，它们组成一个同位差动轮系；中轴33与底座30转动连接，动力从同步组输入同位差动轮系再从外环25输出，或者，动力从外环25输入同位差动轮系再从同步组输出。

本实用新型的同步组是可以同步自转的阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，有转臂或变速装置与中间轮连接，动力经过转臂或变速装置后从中间轮输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从中间轮输送到转臂或变速装置。参照图4，太阳轮46和太阳轮47相互固定连接作为同步组，并与中轴49转动连接；外环38通过轮辐50与中轴49转动连接，外环39固定安装在底座44上，外环38和外环39以中轴49为共同轴心组成差动组；中间轮40和中间轮41分别与轴42连接，相互可以独立自转而同步公转，本身也是一个同步组，有两个以上这样的中间轮组在周向均布；外环38、外环39分别通过中间轮41和中间轮40与太阳轮46和太阳轮47传动，它们组成一个同位差动轮系；太阳轮48和行星轮45分别与中轴49和轴42固定连接，组成外变速组；中轴49与底座44转动连接，动力经过行星轮外变速组后从中间轮输入同位差动轮系再从外环38输出，或者动力从外环38输入同位差动轮系再从中间轮输送到行星轮外变速组。

本实用新型的同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。参照图5，两个对置的偏心轮59与中轴58固定连接，RV轮56通过轴承57与偏心轮59转动连接，RV轮62也以同样的方式与中轴58偏心转动连接，同步轴63连接RV轮56和RV轮62使它们可以同步自转，RV轮56和RV轮62组成可以同步公转和同步自转的同步组；外环55通过轮辐与中轴58转动连接，外环60固定安装在底座61上，外环55和外环60以中轴58为共同轴心组成差动组；外环55和外环60分别与RV轮56和RV轮62传动，它们组成一个同位差动轮系；中轴58与底座61转动连接，动力从同步组输入同位差动轮系再从外环55输出，或者，动从外环55输入同位差动轮系再从同步组输出。

本实用新型的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。参照图6，偏心轮68与轴69固定连接，RV轮66通过轴承67与偏心轮68转动连接，RV轮72也以同样的方式与轴69偏心转动连接，RV轮66和RV轮72组成同步组，可以同步公转，有两个以上这样的同步组在周向均布；外环65通过轮辐与中轴70转动连接，外环71固定安装在底座75上，外环65和外环71以中轴70为共同轴心组成差动组；外环65和外环71分别与RV轮66和RV轮72传动，它们组成一个同位差动轮系；太阳轮74和行星轮73分别与中轴70和轴69固定连接，组成外变速组；中轴70与底座75转动连接，动力经过行星轮外变速组后从中间轮输入同位差动轮系再从外环65输出，或者动力从外环65输入同位差动轮系再从中间轮输送到行星轮外变速组。

本实用新型的同位差动轮系为复合结构，配备有换档装置来切换挡位，其中包括可在轴向滑动并且可在径向变位锁紧的滑块。参照图7，太阳轮82、太阳轮83、太阳轮97和太阳轮96组成同步组，太阳轮96与中轴98固定连接，太阳轮82、太阳轮83和太阳轮97可以分别与中轴98转动连接，也可以通过活动键80一次只有其中之一与中轴98锁定；外环89、外环90和外环92通过连接套91固定连接，与固定在底座94上的外环93组合成差动组；中间轮88、中间轮87、中间轮85和中间轮95相互通过轴86转动连接，可以独立自转而同步公转，有两个以上这样的中间轮组在周向均布；外环89、外环90、外环92和外环93分别通过中间轮88、中间轮87、中间轮85和中间轮95与太阳轮82、太阳轮83、太阳轮97和太阳轮96传动，它们组成一个同位差动轮系；连接套91通过轮辐84与中轴98转动连接，中轴98与底座94转动连接，动力从同步组输入同位差动轮系再从外环连接套91输出，或者，动从连接套91输入同位差动轮系再从同步组输出。参照图7和图8，活动键80在拉索81的控制下可以顺着中轴98上的滑槽轴向移动；弹簧99固定在活动键80上，可以在轴向上正确的锁定位置上把活动键80沿径向往外弹压而锁定选定的同步组太阳轮；活动键80和同步组太阳轮的内侧有斜面，当活动键80在轴向移动受阻时可以在斜面的引导下径向移动而顺利通过。活动键锁定结构可以设置在轴86和中间轮组之间或者连接套91和外环组之间，拉索81也可以用别的类型的直线运动机构代替。

本实用新型设置有倒档，其对应的转子的转速与正转挡位的转子的转速方向相反，或者设置有不需要断开动力的空挡，其转子的转速为零。

本实用新型的传动轮是齿轮，同一个同位差动轮系中不同传动轮组的齿轮有不同的模数。

Claims (10)

1.同位差动变速器，包括中轴、底座和传动轮系，其特征是传动轮系中包含有同位差动轮系；一个基本结构的同位差动轮系带有两个同位传动轮组，彼此的组件两两对应为同位轮，其中有两个同位轮结合成同步组，可以同步公转、自转或同时公转和自转，与同步组配对传动的一组同位轮中，有一个固定安装作为定子，另一个转动安装作为转子；同位差动轮系以转子作为输出元件进行减速传动，或者以转子作为输入元件进行加速传动。

2.根据权利要求1所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

3.根据权利要求1所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步公转的行星轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，也可以反过来，同步组是可以同步自转的外圈或太阳轮，定子和转子是与之配套传动的行星轮，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。

4.根据权利要求1所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中都带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

5.根据权利要求1所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步自转的阶梯太阳轮或阶梯外圈，定子和转子是与之配套传动的外圈或太阳轮，两个传动轮组中带有中间轮，不同传动轮组中的中间轮有共同的自转轴或者各自有相对角度位置不变的自转轴，可以独立自转和同步公转，有转臂或变速装置与中间轮连接，动力经过转臂或变速装置后从中间轮输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从中间轮输送到转臂或变速装置。

6.根据权利要求1 所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，动力从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者，动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输出。

7.根据权利要求1所述的同位差动变速器，其特征在于同步组是可以同步公转的RV轮组，定子和转子是与之配套传动的外圈或内圈，有变速装置与同步组连接，动力经过变速装置后从同步组输入同位差动轮系再从转子输出，或者动力从转子输入同位差动轮系再从同步组输送到变速装置。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的同位差动变速器，其特征在于同位差动轮系为复合结构，配备有换档装置来切换挡位，其中包括可在轴向滑动并且可在径向变位锁紧的滑块。

9.根据权利要求8所述的同位差动变速器，其特征在于设置有倒档，其对应的转子的转速与正转挡位的转子的转速方向相反，或者设置有不需要断开动力的空挡，其转子的转速为零。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或9所述的同位差动变速器，其特征在于传动轮是齿轮，同一个同位差动轮系中不同传动轮组的齿轮有不同的模数。

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