CN2670671Y - 多档大传动比单级行星齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

多档大传动比单级行星齿轮变速器，其变速档位多，传动比大，速比变化范围广，但只有一组行星排，即单级行星齿轮传动。它主要由中心齿轮、固定内齿轮、输出内齿轮、行星齿轮、行星架、输入轴、输出轴组成。利用中心齿轮及行星架部件均可轴向按需滑移、行星齿轮可在二个不同齿数的内齿轮内轴向滑移的特点，改变相关齿轮的啮合位置，可组成二档、三档、四档或五档变速器，各档变速器均可按需设置直接档或倒档。所有档位均部分或全部公用同一组行星排齿轮，故结构简单、传动路线短、摩擦损失小，传动效率较高，是机械变速器的独特新品，可广泛用于特种车辆、工程机械，动力输出及拆装大螺栓工具等多种装置，也可与液力变矩器组合成为液力机械变速器。

Description

多档大传动比单级行星齿轮变速器

技术领域：本技术方案涉及机械变速器技术领域。

背景技术：机械变速器一般为齿轮传动，可分为定轴式机械变速器和行星齿轮式变速器。定轴式机械变速器，其全部齿轮及传动轴都是绕本身固定轴线旋转，其制造工艺性好，但其尺寸及重量均较大；行星齿轮传动是一种至少有一个齿轮及其几何轴线绕着位置固定的几何轴线作回转运动的齿轮传动，多用内啮合及几个行星齿轮同时传递载荷，具有结构紧凑、体积和质量小，运转平稳等优点，但常规行星齿轮传动多用于减速器，有多种定型产品；行星齿轮传动也可用于变速器，可将行星排中的中心轮、内齿轮和行星架等有关元件分别进行制动或离合，改变其传动路线，以得到不同的传动比和改变输出轴的旋转方向，然而其结构较为复杂，随着需用档位数的增多，往往要设有多组行星排，传动路线较长，要经过多对齿轮啮合，并须配有多套专用的制动器、离合器、超越离合器或棘轮、棘爪机构等操纵控制部件，生产成本较高，目前仅在少数车辆及工程机械上应用，传动比较小，速比变化范围不大。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，设计一种多档大传动比单级行星齿轮变速器，所有档位均部分或全部公用同一组行星排齿轮，以解决档位多，传动比大、速比变化范围大，以及结构简单，体积、质量小，传动效率高的矛盾，根据本设计人1991年被授权的专利号为86106907的“差动齿轮转向器”专利的启示，该专利原仅用于减速转向，现将该专利扩展运用到多档大传动比单级行星变速的设计。

本发明解决技术问题的技术方案为：只有一组行星排，即单级行星齿轮传动，它主要由中心齿轮、固定内齿轮、输入轴、输出轴、输出内齿轮、行星架部件组成，行星架部件由公用行星齿轮及行星架构成，输入轴的前端支承在输出轴内，其后端支承在固定内齿轮的轮毂内，输出内齿轮固装在输出轴上，中心齿轮安装在输入轴上；它的行星架部件是浮动的，公用行星齿轮可同时与中心齿轮及2个不同齿数的内齿轮相啮合，行星架部件轴向的啮合位置有2个以上；它的中心齿轮安装在输入轴上，中心齿轮与输入轴的轴向位置有2～3个。本基本技术方案，利用单级行星齿轮传动原理将其运用到变速器中，解决了现有技术单级行星齿轮传动一般只能作为减速器，而不能作为多档变速器应用的技术问题。

它的行星架部件安装在输入轴上与中心齿轮一起的轴向位置有3个，本技术方案与基本技术方案，由相关齿轮间的啮合，提供了一种单级行星齿轮的变速方式。

它的行星架部件套装在输入轴上，行星架部件在输入轴上的轴向位置有3个；本技术方案与基本技术方案，由相关齿轮间的啮合，提供了另一种单级行星齿轮多档位的变速方式。

它的行星架部件上可装有前外齿及后外齿，或内齿；它的输出内齿轮上还设有一个内齿轮；这样，利用中心齿轮及行星架的按需滑移，改变与相关齿轮的啮合位置，可组成二档、三档、四档或五档变速器。

它的中心齿轮以及行星架部件上可设有拨叉槽，便于各档位间的拨动。

本技术方案的特点：

1、传动路线短，因本方案只用一组行星排，属单级行星齿轮传动，只有1个中心齿轮、1～5个行星齿轮、2个内齿轮，所有档位均部分或全部公用同一组行星齿轮，故传动路线短，摩擦损失小，传动效率较高。装配误差小，载荷均匀，传动平稳。

2、结构简单，档位较多，操纵方便，同一组行星排单级行星齿轮传动利用中心齿轮及行星架部件的按需轴向滑移，改变与相关齿轮的啮合位置，可组成二档、三档、四档或五档变速器，虽有多种档位变化，但内齿轮固定，中心齿轮输入，内齿轮输出始终不变；当档位较少时，可用抽心式、抽星式或二者组合方式直接换档，档位较多时可用拨叉分别使中心齿轮及行星架部件按需轴向滑移换档。无需专用的制动器、超越离合器或棘轮、棘爪等操纵控制部件。

3、传动比大，速比变化范围大，一般可达1～300，正传动效率可达85％以上，本技术方案的逆传动效率较低，当逆传动比很大时，可发生自锁。此特点如用于起重设备可节省防止重物回落的制动器部件或减轻其负荷。

由于以上特点，本技术方案的单级行星变速器是机械变速器的独特新品，可广泛用于特种车辆、工程机械、动力输出及拆装大螺栓工具等多种装置，也可与液力变矩器组合成为液力机械变速器。

附图说明：

图1为本技术方案的行星齿轮传动原理图；

图2、图3为抽心式二档行星齿轮变速器分别为一档、二档位置示意图；

图4、图5为抽星式二档行星齿轮变速器分别为一档、二档位置示意图；

图6为抽星式三档行星齿轮变速器示意图，图示为一档位置；

图7为抽星式四档行星齿轮变速器示意图，图示为一档位置；

图8～12为拨叉式五档行星齿轮变速器一档～五档位置示意图。

在图中：

1、中心齿轮；2、固定内齿轮；3、输入轴；4、输出轴；5、输出内齿轮；5′、输出内齿轮；6、行星架前外齿；7、公用行星齿轮；8、行星架后外齿；9、行星架内齿；10、行星架；11、离合齿；12、离合齿。

具体实施方式：

结合图1，这种行星齿轮传动由中心齿轮1、固定内齿轮2、输入轴3、输出轴4、输出内齿轮5、公用行星齿轮7、行星架10组成，公用行星齿轮7及行星架10构成行星架部件，行星架部件是浮动的，其轴向的啮合位置有2个以上，公用行星齿轮7同时与中心齿轮1及2个不同齿数的内齿轮2、5啮合，输入轴3的前端支承在输出轴4内，其后端支承在固定内齿轮2内，输出内齿轮5固装在输出轴4上，中心齿轮1固装在输入轴上。

结合图2、图3，为抽心式二档行星齿轮变速器，公用行星齿轮7同时与中心齿轮1、固定内齿轮2及输出内齿轮5啮合、中心齿轮1固装在输入轴3的中部，中心齿轮1固装的输入轴3与输出轴4及内齿轮2轴向滑动配合，这样中心齿轮1可与输入轴3一起轴向滑移，称抽心式换档，共有左、右二个位置。中心齿轮1也可设计为套在输入轴3中部的花键上，用拨叉带动中心齿轮1轴向滑移换档，这样可不必移动输入轴3的轴向位置。

图2为一档(慢档)位置，中心齿轮1在左位，与行星齿轮7啮合，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮2→输出内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=\frac{Z_E}{Z_A}*\frac{Z_A+Z_B}{Z_E-Z_B}.$ (式中：i_AE ^B表示固定内齿轮2不动时，中心齿轮1与输出内齿轮5之间的传动比；Z_E表示输出内齿轮5的齿数，Z_A表示中心齿轮1的齿数，Z_B表示固定内齿轮2的齿数，以下式中出现的此类符号，与本式的表述相同。)

图3为二档(快档)位置，中心齿轮1在右位，与行星齿轮7脱离啮合，而与行星架内齿9啮合，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星架10→行星齿轮7→内齿轮2→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=Z_E/(Z_E-Z_B).$ 本二档变速器，当Z_E＞Z_B时，i为正值，输出轴4与输入轴3同向旋转；当Z_E＜Z_B时，i为负值，输出轴4与输入轴3反向旋转。

结合图4、图5，为抽星式二档行星齿轮变速器，中心齿轮1装在输入轴3的中部，可与输入轴3并带动行星架部件(包括所有公用行星齿轮7)一起轴向滑移，称抽星式换档，共有左、右二个位置。行星架10的前端及内齿轮5内装有牙嵌式或齿轮式离合齿11、12。中心齿轮1也可设计为套在输入轴3中部的花键上，用拨叉带动中心齿轮1或行星架10，使中心齿轮10及行星架部件一起轴向滑移换档，这样可不必移动输入轴3的轴向位置。

图4为一档(慢档)位置，中心齿轮1及行星架部件置于右位，行星齿轮7同时与二个不同齿数的固定内齿轮2及输出内齿轮5啮合，离合齿11、12分离，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮2→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=\frac{Z_E}{Z_A}*\frac{Z_A+Z_B}{Z_E-Z_B}.$ 当Z_E＞Z_B时，i为正值，输出轴4与输入轴3同向旋转；当Z_E＜Z_B时，i为负值，输出轴4与输入轴3反向旋转。图5为二档(直接快档)位置，中心齿轮1及行星架部件置于左位，行星齿轮7与内齿轮2脱离啮合，离合齿11、12啮合，使行星架10、行星轮7与内齿轮5成为一体，其传动比公式为：i＝1，输出轴4与输入轴3直接传动，同向旋转。

结合图6，为抽星式三档行星齿轮变速器，中心齿轮1固装在输入轴3的中部，可与输入轴3并带动行星架部件(包括所有行星齿轮7)一起轴向滑移抽星换档；共有左、中、右三个位置。行星架10的前端设有外齿6，其齿数与内齿轮5相同，内齿轮5的内齿分为5和5′二部分，中间留有空位。中心齿轮1也可设计为套在输入轴3中部的花键上，成为拨叉式换档，可不必移动输入轴3的轴向位置。

图6所示为一档(慢档)位置，中心齿轮1及行星架部件置于中位，行星齿轮7同时与二个不同齿数的固定内齿轮2及输出内齿轮5啮合，外齿6在空位，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮2→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=\frac{Z_E}{Z_A}*\frac{Z_A+Z_B}{Z_E-Z_B}.$ 当Z_E＞Z_B时，i为正值，输出轴4与输入轴3同向旋转；当Z_E＜Z_B时，i为负值，输出轴4与输入轴3反向旋转。

二档(中档)位置，是将中心齿轮1及行星架部件向右轴向滑移至右位，则行星齿轮7只与固定内齿轮2啮合，内齿轮5与行星齿轮7脱离啮合，而与外齿F6进入啮合，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮2→行星架10→外齿6→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=(Z_A+Z_B)/Z_A.$ 输出轴4与输入轴3同向旋转。

三档(直接快档)位置，中心齿轮1及行星架部件向左轴向滑移至左位，则行星齿轮7与内齿轮2脱离啮合，而与外齿6共同与内齿轮5和5′啮合，成为一体，其传动比i＝1，输出轴4与输入轴3直接传动，同向旋转。

结合图7，为抽星式四档行星齿轮7变速器，中心齿轮1固装在输入轴3的中部，可与输入轴3并带动行星架部件(包括所有行星齿轮7)一起轴向滑移抽星换档；共有四个位置。行星架10的前端设有外齿6，其齿数与内齿轮5相同，内齿轮5的内齿分为5和5′二部分，中间留有二个空位。行星架10的后端设有外齿8，其齿数与内齿轮2相同；中心齿轮1也可设计为套在输入轴3中部的花键上，成为拨叉式换档，可不必移动输入轴3的轴向位置。图7所示为一档(慢档)位置，其传动路线及传动比同图6说明。

二档(中档)及三档(直接快档)位置、传动路线及传动比同图6说明。

如将中心齿轮1及行星架部件由三档位置进一步向左轴向滑移，即进入倒档位置。其时行星齿轮7与内齿轮5′啮合，行星架外齿6在空位，而外齿8与固定内齿轮2啮合，使行星架10固定。其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮5→输出轴3。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=i_{\mathrm{AE}}^X=-Z_E/Z_A$ (i_AE ^X表示假定行星架10不动时，中心齿轮1与输出内齿轮5的传动比；其中X表示行星架10。)，输出轴4与输入轴3反向旋转。

结合图8～12，为拨叉式五档变速器，设有拨叉槽的中心齿轮1套装在输入轴3中部的花键上，由拨叉控制可单独在输入轴3上滑移换档。它相对行星架10有左、右二个位置。装有全部公用行星齿轮7及拨叉槽的行星架部件是浮动的，由拨叉控制可单独轴向滑移换档，共分左、中、右三个位置，行星架10前端设有外齿6，齿数与内齿轮5相同，其后端设有外齿8，齿数与内齿轮2相同，并设有内齿9，齿数与中心齿轮1相同。

图8为一档(慢一档)位置，行星架10在中位，中心齿轮1在左位。图9为二档(慢二档)位置，行星架10在中位，中心齿轮1在右位，其传动路线、传动比及旋转方向分别同图2及图3的说明。

图10为三档(中档)位置，行星架10在右位，中心齿轮1在左位，行星齿轮7只与固定齿轮2啮合，输出内齿轮5与行星齿轮7脱离啮合，而与外齿F6啮合，其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮2→行星架10→外齿6→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=(Z_A+Z_B)/Z_A.$ 输出轴4与输入轴3同向旋转。

图11为四档(直接快档位置)，行星架10及中心齿轮1均在右位，中心齿轮1与行星架10及内齿轮5啮合为整体，行星齿轮7空转。其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→内齿9→行星架10→外齿6→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为：i＝1。输出轴4与输入轴3直接传动，同向旋转。

图12为倒档位置，行星架10及中心齿轮1均在左位，其时行星架外齿8与固定内齿轮2啮合，使行星架10固定。其传动路线为：输入轴3→中心齿轮1→行星齿轮7→内齿轮5→输出轴4。其传动比公式为： $i_{\mathrm{AE}}^B=i_{\mathrm{AE}}^X={-Z}_E/Z_A,$ 输出轴4与输入轴3反向旋转。

综上所述

按上述实施例制作的行星齿轮变速器，其传动比的变化仅与中心齿轮1、内齿轮2及E5的齿数有关，而与行星齿轮7的齿数无关，而内齿轮2、5的齿数差应等于行星齿轮7的个数S，按装配条件(Z_E+Z_A)/S＝整数，(Z_B+Z_A)/S＝整数其各档传动比基本上有5种：(设输入轴为正转)

(1) $i_{\mathrm{AE}}^B=\frac{Z_E}{Z_A}*\frac{Z_A+Z_B}{Z_E-Z_B}$ 输出轴可正转或反转；

(2) $i_{\mathrm{AE}}^B=Z_E/(Z_E-Z_B)$ 输出轴可正转或反转；

(3) $i_{\mathrm{AE}}^B=(Z_A+Z_B)/Z_A$ 输出轴正转；

(4)i＝1输出轴正转；

(5) $i_{\mathrm{AE}}^B=-Z_E/Z_A$ 输出轴反转。

可按需选配相关齿轮的齿数及所需档位数。

应用实例：Z_A＝6    Z_B＝42    Z_E＝45    S＝3

各档传动比相应为(1)120  (2)15  (3)8  (4)1  (5)-7.5

按上述数据生产的拆装大螺栓的四档变速工具(不需倒档)，其传动效率为90％，最大输出扭矩1500N.m，可按需拆装M30以下的各种螺栓，效果良好。

Claims (6)

1、多档大传动比单级行星齿轮变速器，只有一组行星排，即单级行星齿轮传动，它主要由中心齿轮(1)、固定内齿轮(2)、输入轴(3)、输出轴(4)、输出内齿轮(5)、行星架部件组成，行星架部件由公用行星齿轮(7)及行星架(10)构成，输入轴(3)的前端支承在输出轴(4)内，其后端支承在固定内齿轮(2)的轮毂内，输出内齿轮(5)固装在输出轴(4)上，中心齿轮(1)安装在输入轴(3)上，其特征在于：

a、它的行星架部件是浮动的，公用行星齿轮(7)可同时与中心齿轮(1)及2个不同齿数的内齿轮(2、5)啮合，行星架部件轴向的啮合位置有2个以上；

b、它的中心齿轮(1)安装在输入轴(3)上，中心齿轮(1)与输入轴(3)的轴向位置有2～3个。

2、根据权利要求1所述的多档大传动比单级行星齿轮变速器，其特征在于：它的行星架部件安装在输入轴(3)上与中心齿轮(1)一起的轴向位置有3个。

3、根据权利要求1所述的多档大传动比单级行星齿轮变速器，其特征在于：行星架部件套装在输入轴(3)上，行星架部件在输入轴(3)上的轴向位置有3个。

4、根据权利要求3所述的多档大传动比单级行星齿轮变速器，其特征在于：它的中心齿轮(1)以及行星架部件上可设有拨叉槽。

5、根据权利要求2或3所述的多档大传动比单级行星齿轮变速器，其特征在于：行星架部件上可装有前外齿(6)及后外齿(8)，或内齿(9)。

6、根据权利要求1或2所述的多档大传动比单级行星齿轮变速器，其特征在于：内齿轮5的内齿分为5和5′二部分，中间留有空位。

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