CN86103823A - 可变旋转传动装置 - Google Patents

Abstract

链轮轴通过一圆锥齿轮组件(a、b、c、d)驱动凸轮轴，齿轮(a)可随链轮一起转动，齿轮(b)可随同轴安装在凸轮轴上的空心轴(6)一起转动。齿轮(a、b)与一对转动地装在凸轮轴短轴(4、5)上的惰轮相啮合。蜗轮(e)可随空心轴(6)转动，并与蜗杆(f)啮合产生单向传动，单向运动可从蜗杆传给蜗轮，不能反向传递。由链轮转动引起的空心轴(6)产生的转动阻力，影响凸轮轴转动的速度和相位。速度和相位可借助蜗杆通过空心轴旋转或转位来改变。

Description

本发明涉及到可变旋转的传动装置，该装置应用于，但不一定专门应用于实现内燃机阀门的可变定时。

在内燃机实际运转时，改变其进气循环，将可使发动机具备灵活的工作性能，使之充分发挥其潜力。

任何发动机的工作特性的测定，无外乎总是这些内容：阀门开启多大，开启时间多久，进气和排气过程允许有多长时间的重叠。一般来说，阀门开得越大，时间越长，重叠时间越久，发动机在速度范围的高速部分运转时的动力就越大，阀门开口限制得很小，且重叠时间很短或没有，发动机低速运转时，效率就越高。

目前制造的几乎所有内燃机产品能够采纳的折衷设计，都没有摆脱机械整体金属凸轮这一想法。然而，在某些产品中对这一问题已经给予重视。例如，一种由阿尔法·鲁迈尔公司改进的装置中，位于驱动链轮和驱动轴本身之间的进气阀凸轮轴上，设置了一个可调螺旋键槽装置。这种弹性加载装置能够（通过变化压力油的方式）根据发动机的转速，使驱动链轮相对轴本身转动，以此改变凸轮轴相对于曲轴速度和位置以及相对于与曲轴保持固定关系的排气阀凸轮轴的时间谐调关系。

阿尔法·鲁迈尔公司最初的装置只能提供10度的转动量，后来的改型装置可达到16度的转动量。然而，这只是一种极端情况，也就是说，这种装置并非是在整个16度的范围内可以充分改变。尽管如此，它已经能够达到相当高的燃油效率了。

本发明的实施例可提供360度充分可变操作，也就是说，必要时能将凸轮轴相对于驱动链轮在整个360度范围内推进或推后，而且，必要时凸轮轴可处在一个完全静止的位置（此时驱动链轮仍在转动）。此外，需要时凸轮轴还可以反向运转。

很明显，本发明除用于内燃机设计时，它还具有广泛的适用场合，可将发明的装置包括在任何一种旋转的或不完全旋转的装置中，这里需要考虑改变一个或几个旋转元件，例如轴，之间的相互旋转关系。

本发明提供了一种可变旋转传动装置，在装置中，为了通过第一元件而使第二元件旋转，将可旋转的第一和第二元件保持永久联结，第一元件永久地联结到可旋转的第三元件上，并防止通过第一元件的第三元件的转动影响通过第一元件的第二元件的转动，传动控制装置将旋转运动传给第三元件，以改变第一元件和第二元件之间的转动关系。

在本发明的一种应用中，传动控制装置使第三元件以某一选定的速度转动，以此改变第二元件在第一元件以某一给定速度转动时的转动速度。

在本发明的另一应用中，传动控制装置向第三元件传送一个相对于第三元件标准位置的选定的转动位移，以便改变第一元件和第二元件之间的转动相位关系。

通常，第一元件和第二元件通过第一传动元件联结在一起，第一传动元件可随第一元件转动，并驱动啮合一个转动地安装在第二元件上的第二传动元件;第一元件和第三元件通过第三传动元件联结在一起，第三传动元件可随第三元件转动，并驱动啮合第二传动元件。

在理想情况下，两个第二传动元件转动地安装在第二元件上，每个第二传动元件分别由第一、第三传动元件驱动啮合。

本发明的另一实施例中，第一元件和第三元件通过第一传动元件联结在一起，第一传动元件可随第一元件转动，并驱动啮合一个转动地安装在第三元件上的第三传动元件，第一元件和第二元件通过第三传动元件和第二传动元件之间的驱动啮合联结起来，第二传动元件可随第二元件转动。根据这一实施例的理想情况，两个第三传动元件转动地安装在第三元件上，每个第三传动元件分别由第一、第二传动元件驱动啮合。

在理想情况下，采用一传动控制装置防止由于第一元件引起的第三元件的转动，第三元件对于传动控制装置的转动作用也被阻止。传动控制装置包括一个可随第三元件转动的传动元件和一个单向作用的驱动元件，驱动元件被带动时能使传动元件转动，而且驱动元件能够阻止本身受到传动元件的驱动。

为了更容易地理解本发明，下面将结合附图举例说明实施例，附图表示本发明有代表性的三个基本实施例，其中，

图1表示本发明第一个实施例的轴向截面图，

图2表示本发明第二个实施例的轴向截面图，

图3表示本发明第三个实施例的轴向截面图，

图4和图5是第三个实施例在两种不同情况下的端面视图。

图6和图7是第三个实施例改进型的轴向和横向截面图。

整个附图所示的“可变定时装置”包括实现本发明的三个基本设想，它们并不是用来限定设计范围，而只不过是在可能的实施例中较好实例的代表。

图1表示本发明的一个简单类型，其中基本部件包括一个四齿轮差动装置。

在所有图中的黑色实线都表示轴承和/或部件的表面。

零件表

链轮轴（1），凸轮轴（2），蜗轮轴（3），惰轮短轴（4），和（5），空心轴（6），定位轴（7），后板（8），链轮（a），端盖（10）和（11），链轮齿（12）和（13），锁定螺母（14）和（15）支座（16，17，和18）;底座（汽缸盖或汽缸体）（19），差动轮体（20）链轮定位轴（1a）。

齿轮表

如图所示，齿轮（a、b、c、d）都是尺寸相同的圆锥齿轮，但是，象在任何圆锥齿轮差动装置中那样，这些齿轮可以是不同尺寸，实际上，两个惰轮（c和d）可具有与齿轮（a和b）不同的齿数，齿轮（f）是一蜗杆，齿轮（e）是一蜗轮。蜗杆和涡轮之间的升角确定为一个自锁角，例如大约10度，升角也可以是5-15度之间的任何值，但是，除了保证从蜗轮到蜗杆的不可逆特征以外，还必须保证从蜗杆向蜗轮的传动能力。

蜗杆（f）装设有驱动装置，例如装设一个电机或液压马达（或者几个），也可以是驱动泵等，或是任何适宜的和/或可控制的旋转驱动件。

部件

齿轮（a）装在轴（1）上，即装在轴（1）的一部分上;后板（8）也装在轴（1）上，即装在轴（1）的一部分上;链轮（a）装在后板（8）上，即装在后板（8）一部分上;整个部件（1a/1/8/9/a/12/13/14/15）是一自由转动的单元，并位于与基准线′X′-′X′同轴的位置，必要时，整个部件可由整体材料加工为一体。

短轴（4和5）装在凸轮轴（2）上，即装在凸轮轴（2）的一部分上;端盖（10和11）装在短轴（4和5）上，即装在短轴的一部分上;定位轴（7）装在凸轮轴（2）上，即装在凸轮轴的一部分上，整个部件处在与基准线′X′-′X′同轴的位置，并作为可自由转动的安装在轴承上的圆锥齿轮（c和d）的支承部件。

齿轮（b）装在空心轴（6）上，即装在轴（6）的一部分上;空心轴（6）装在蜗轮（e）上，即装在蜗轮的一部分上;同样，必要时整个自由转动的部件可由整体材料加工为一体。部件（b/6/e）也处在与基准线′X′-′X′同轴的位置，与轴（2）的外端也同轴，它通过轴承同轴地装在轴（2）的外端，可以自由转动并与轴保持接触。

链驱动的链轮组件（9、12、13）可由任何适当类型的装置代替，例如，由齿轮，皮带轮等代替。

轴（1、2、6）都是由轴承装在支座或支架中，以保证能够自由转动。

如同所有具有这种比例的四齿轮差动装置一样，差动单元（a、b、c、d）将提供一种比值为2∶1的封闭传动。即，如果齿轮（b）被固定，齿轮（a）转动（以任一方向），那么部件（2、20、4、5、10、11、7）连同自由转动的惰轮（c和d）将产生与（a）相同方向的转动，但转速是（a）的1/2，转矩是（a）的二倍。

这种2∶1的运动特性对于实施本发明的凸轮轴来说是有利的，因为通常要使内燃机和凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，这样，如果齿轮（b）被固定，通过差动装置的固有工作特性来实现所需要的2∶1的减速，在凸轮轴和曲轴（未表示出）链轮组件之间的链传动联结可保持1∶1的比值。

为保证齿轮（b）牢固的固定，即静止不动，采用一个蜗轮，蜗轮再与一个蜗杆（f）啮合，如上所述，如果蜗轮（e）和蜗杆（f）间的升角或接触角是一自锁角，那么齿轮（b）将受约束，不能将旋转运动传给蜗杆（f），也就是说，因为蜗轮（e）不能驱动蜗杆（f），当齿轮（b）由空心轴（b）锁定在某一位置时，齿轮（a）不能通过惰轮（c和d）使齿轮（b）转动。无轮从链传动部件给齿轮（a）怎样的旋转输入，只能使部件（2/20/4/5/10/11/7）产生与齿轮（a）同方向的速度为a的一半的旋转运动。

由于蜗杆（f）是使蜗轮（e）转动的唯一方式，因此，明显看出，由链轮组件（9、12、13）引入的链传动，通过圆锥齿轮组件（a、b、c、d）向凸轮轴（2）提供一标准比值为2∶1的旋转运动。

为了理解本装置的可变性，首先需要知道如果齿轮（a）向某一方向转动，而且齿轮（b）以完全相同的速度反方向转动，则部件（2/20/4/5/10/11/7）将保持完全静止。在这种状态下，齿轮（a、b）转速相等方向相反的旋转，部件（2/20/4/5/10/11/7）静止。通过降低齿轮（b）的转动，部件（2/20/4/5/10/11/7）将开始以低于齿轮（a）的转速与（a）同方向转动。如果（b）的转动被限制到静止点，则在齿轮（a）和部件（2/20/4/5/10/11/7）之间就建立起一种2∶1的传动状态。如果把齿轮（b）静止状态的情况假定为“常规的”或“标准的”情况，那么，装在凸轮轴（2）上的凸轮这一位置可认为即没有推前也没有推后，而是处于位置范围的中点。

正由于齿轮（b）对齿轮（2）的转动情况有很大的作用，可以看到，如果使（b）的转动和（a）的转动具有相同转速与相同方向，那么，在链轮组件（9、12、13）和凸轮轴（2）之间将是1∶1的传动关系，如果使（b）的转速大于（a）的转速，且与（a）同向转动，那么，凸轮轴（2）与齿轮（a）的转速比将大于1∶1。这种大范围的封闭运动提供了一种关闭的能力，即截止某些选定发动机汽缸的能力。-如果图1所示的装置设置在任意的汽缸或汽缸组之间，并使齿轮（b）与齿轮（a）转速相同，方向相反，这一选定的汽缸或汽缸组由于凸轮没有产生有效动作，则可被关闭。

推向/推后

如上所述，曲轴和凸轮轴之间的“标准状态”是由静止的齿轮（b）实现的。所有凸轮轮廓计算按通常的方法由时间特性来确定，完全不考虑可能使齿轮（b）产生转动这一事实，所有考虑只在于通过四个圆锥齿轮实现2∶1的降速，而不在于一个2∶1速比的链轮组合。这只是一种标准的凸轮轴装置，然而，无论一开始确定怎样的状态，即齿轮（b）处在一静止的固定位置，由此确定齿轮（a）与凸轮轴（2）之间的固定关系，以使发动机定时。齿轮（a）和凸轮轴（2）之间所确定的关系可以发生改变，只要简单地使齿轮（b）沿任一方向稍微旋转一些（任意角度）即可推前或推后任一个数量。如果使齿轮（b）沿任一方向偏离最初确立的固定位置，仅仅旋转0.5度，那么，两个元件（a）和（2）之间先前的相邻关系就将发生改变。（注：因为任何数量的转动都将引起相互关系的改变，所以0.5度的例子只作为一种介绍的方式而已）

为了解释问题，还可以这样理解，假定（a）是静止的，而（b）沿任一方向转动，无论（b）的转动动量多少，部件（2/20/4/5/10/11/7）将沿同一方向转过这一转动量的1/2，如果这是在（a）正在转动的时候进行的，（a）与（2）之间将产生同样的角度变化，并不考虑（a）正在转动这一实际情况，需要记住的是在（b）也处于确定的相邻位置时，凸轮轴（2）与（a）一起进行定时。

即使将齿轮（b）稍微转动一点，比如说，在最初确定的相邻位置和0.5度的变化位置范围之内，元件（a）和（2）的相互关系，或者说定时关系就将改变。使凸轮轴的定时关系改变并不需要使（b）连续转动，而为了使凸轮轴改变定时只需要将它转过一个所需要的转动量。以后将看到，变化任何一个角度都是可能的，并可通过连续变化的方式来实现，而不必象阿尔法·鲁迈尔公司的装置那样是一个极端情况下的数值。

可选择蜗杆（f）和蜗轮（e）的传动比，使得所需要的驱动电机非常小，另外，电机（未表示）的控制可通过发动机和控制系统来进行，所需要的变化值可连同其他已知的和所需的参数一起加以测定。

如果一个如图2所示的装置连同一些标准的凸轮轴装置一起使用，那么，凸轮轮廓设计中应做某些特殊的考虑，以便尽可能地实现那些可变性的优点，然而，凸轮本身若不是环型或往复型的，那么，仍需采用某些折衷的方案。这些特殊改进的装置能够吸收本发明的所有优点，而标准的整体固定凸轮仅能获得众多优点中的某些部分。因为对有限的阿尔法·鲁迈尔装置进行了论证，这些内容还应由他们自己加以考虑。

图2是本发明进一步的变化，其中所采用的齿轮型式是正齿行星齿轮装置（中心齿轮和行星齿轮/环形齿轮）而不是圆锥齿轮。所有的参考标号同前面一致，下面对某些改变进行说明。

图1中的差动轮毂20在图2中是一自由转动的系杆，支座（16，17和18）的数量减少了，即图2只有两个这样的支座（16、17），另一个以（z）表示的系杆用来安装环形齿轮（b），它可装在空心轴（6）上，即装在轴（6）的一部分上。

图2所示的齿轮如下：

齿轮（a）是一“中心齿轮”，齿轮（c）和（d）是在短轴（4）和（5）上自由转动的行星惰轮，齿轮（b）是一环形齿轮即内齿轮，它装在系杆（21）上即系杆（21）的一部分上。

选择的齿数比是任意的，不仅仅局限于特定的一组，但所有的选择其比值应为2∶1。即中心齿轮（a）每转一圈，系杆（20）应沿相同方向转过1/2圈，因此，任何合适的能够提供如上确定的输出关系的齿数都可以采用。

如果更换齿数比，在链轮组件两端可作些调正，这样，几乎所有合适的行星组合都可以采用。当然，它取决于链轮组件和凸轮轴（2）之间所要求的整个旋转关系。

所有其他工作原理都同图1所述相同。

图3和图4至图7表示同一基本发明的另一变型的实施例。

这些变化包括：使用两个中心齿轮（a和b）及一个由齿轮c和d组成的复合行星轮。

零件表

空心链轮轴（1），凸轮轴（2），涡轮轴（3），复合行星轮轴（4），系杆中心轴（5），定位轴（7），后板（8），链轮（9），链轮齿（12、13），锁定螺母（14、15）支座（16、17、18），底座（汽缸盖或缸体）（19），自由转动行星架（20），轴承座（22），角支架（24）（基准线用′Z′-′Z′表示）。注：图2中基准线用′Y′-′Y′表示。

齿轮表

如图所示，当复合行星正齿轮（d）的齿数是中心轮（b）的齿数的一半时，正齿轮（a）和（b）形成1∶1的连接关系。这一四齿轮的系统产生一总体为2∶1的传动。

系杆（20）上有一个只在圆周180度范围上切有齿形的蜗轮（e）。从图4和图5中可看出，这种安排是有好处的。假定推前或推后的调正量小于360度，这样，系杆（20）只能分别向0（标准位置）的两侧方向转过90度。

图6和图7表示了基本蜗杆-蜗轮传动输入的另一种变型。其中蜗杆由一齿条（g）代替，它与代替蜗轮的小齿轮相啮合。齿条下方内部车有螺纹，在轴（3）上有驱动丝杆（b），在齿条两侧装有凸块以防止齿条转动，凸块沿齿条侧面在导槽中滑动（见图7），这样，如果轴（3）转动，轴（3）的螺纹部分使齿条组件（23）沿着固定支座（16a，17a）中的导槽滑动。因为螺纹的角度（图中已放大）同蜗杆角度非常相似，作为特殊的应用，将具有从齿条组件向螺纹轴的锁定作用，再一次构成一种传动/锁定状态。

可选用其他几种驱动系杆（20）的装置，比如一个直接连接的马达就能满足要求，当达到某一新位置后，还需有某种锁定装置，比如一种棘轮装置就适用于这种锁定方法。因此，任何适于驱动图3中的系杆（20），图2中的环形系杆（21）或图1中的圆锥齿轮（b）的装置，以及将这些元件固定在它们各自需要的不同位置上的装置都可加以考虑。

图3中所设想的装置具有180度的调正量，如果需要具备360度的调正性能，可采用一种稍有差别的系杆件，这种系杆件可实现整圈的转动。

可以看到，在图2中只需一个行星轮，在图1中，实际上也只需要其中的一个圆锥惰轮。

在需要载荷相当小的应用场合，有可能使用摩擦轮或摩擦辊来代替齿轮元件。

图4和图5分别表示系杆（20）是处在“标准的”或中间调正位置（图4）和处在一半（45度）的调正位置（图5）。

如上述，本装置除了可充分改变凸轮轴外，它还可应用在许多其他场合。可以表明，通过使输入齿轮（a）和第二齿轮（b）（或图3中的系杆）适当地转动，凸轮轴（2）可产生完全相反方向的转动。这表明，本装置能起到离合作用，就是说，可以把它放在发动机（动力源）和齿轮箱（传动装置）之间，并以相同速度，相反方向驱动两个齿轮，比如说由发动机驱动齿轮（a），由电机驱动齿轮（b），通过轴（2）将不会有传动输出，但若逐渐减少对齿轮（b）的驱动动力，就可实现一种“滑移型”的啮合，把发动机接到传动装置上。这种装置在汽车上将是非常有用的，因为蜗轮和齿轮（b）的驱动单元可用来“启动”发动机，使之承受负载，即，若将动力供给蜗杆，再传给齿轮（b）（或图3中的系杆），并且轴（2）是受载的（假定通过一手闸加载），那么，发动机转动和启动的阻力最小。一旦发动机点火，其转速增加，随后齿轮（b）保持与齿轮（a）协调一致，保持协调的旋转关系。这样，通过轴（2）仍能保持反向输出，除非减少或切割驱动齿轮（b），否则对凸轮轴（2）的传动是不能进行的。这就为充分控制的装置提供了一种完善的离合和启动装置。

这种驱动或反向驱动的能力，可用在驾驶装置上，例如要求履带车的某一根履带，在不同时刻或同一时刻由较多或较少的动力输出来驱动，也就是通过履带的速度而不是履带的偏转来进行驾驶。本装置或其组合可以提供这种功能。

另外，如全文所述，输入是由轴（1）来确定的，然而，认为轴（2）不能作为输入轴，轴（1）不能作为输出凸轮轴是没有道理的。本装置的某一元件或部件都能被控制和锁定或夹持，任何一个旋转部件都可作为输入或输出部件。补偿传动比关系可包括在本发明的任一种装置中，以便实现任何所需要的速度特征。

Claims (25)

1、一种可变旋转传动装置，其中，为通过第一元件使第二元件转动，可旋转的第一和第二元件永久地联结，第一元件永久地联结到可旋转的第三元件上，并防止通过第一元件的第三元件的转动，影响通过第一元件的第二元件的转动，传动控制装置将旋转运动传给第三元件，以改变第一和第二元件之间的旋转关系。

2、按照权利要求1的传动装置，其中传动控制装置使第三元件以某一选定的速度转动，以改变第二元件在第一元件以某一给定速度转动时的转动速度。

3、按照权利要求1的传动装置，其中传动控制装置从第三元件的标准位置上给予第三元件一个选定的转动位移，以此改变第一元件和第二元件之间的旋转相位关系。

4、按照上面任何一项权利要求的传动装置，其中第一元件和第二元件通过第一传动元件联结在一起，第一传动元件可随第一元件转动并驱动啮合一个转动地安装在第二元件上的第二传动元件，第一元件和第三元件通过第三传动元件联结在一起，第三传动元件可随第三元件转动并驱动啮合第二传动元件。

5、按照权利要求4的传动装置，其中两个第二传动元件转动地安装在第二元件上，每个第二传动元件分别由第一、第三传动元件驱动啮合。

6、按照权利要求4或5的传动装置，其中第一传动元件包括一个第一齿轮，每个第二传动元件包括一个第二齿轮，第三传动元件包括一个第三齿轮。

7、按照权利要求6的传动装置，其中，第一，第二，第三传动元件分别是一圆锥齿轮。

8、按照权利要求6的传动装置，其中，第一传动元件包括一个中心齿轮，每个第二传动元件包括一个行星齿轮，第三传动元件包括一个环形齿轮。

9、按照权利要求1-3的传动装置，其中，第一元件和第三元件通过第一传动元件联结在一起，第一传动元件可随第一元件转动并驱动啮合一个转动地安装在第三元件上的第三传动元件，第一元件和第二元件通过第三传动元件和第二传动元件之间的驱动啮合联结起来，第二传动元件可随第二元件转动。

10、按照权利要求9的传动装置，其中，两个第三传动元件转动地安装在第三元件上，每个第三传动元件分别由第一，第二传动元件驱动啮合。

11、按照权利要求10的传动装置，其中，两个第三传动元件可绕共同的一个旋转轴线转动。

12、按照权利要求9或10或11的传动装置，其中，第一传动元件包括一个第一齿轮，第二传动元件包括一个第二齿轮，每个第三传动元件包括一个第三齿轮。

13、按照权利要求12的传动装置，其中，第一，第二，第三传动元件分别是一个直齿轮。

14、按照上面任何一个权利要求的传动装置，其中，用一传动控制装置防止通过第一元件的第三元件的转动，第三元件对传动控制装置的转动作用也被阻止。

15、按照权利要求14的传动装置，其中，传动控制装置包括一个可随第三元件转动的传动元件和一个单向作用的驱动元件，驱动元件被带动时能使传动元件转动，驱动元件还能防止自身受到传动元件的驱动。

16、按照权利要求15的传动装置，其中，传动控制装置的传动元件是一蜗轮，驱动元件是一蜗杆。

17、按照权利要求15的传动装置，其中，传动控制装置的传动元件是一小齿轮，驱动元件是一齿条。

18、按照上面任何一项权利要求的传动装置，其中，第一元件，第二元件，第三元件可绕共同的一个旋转轴线转动。

19、按照上面任何一项权利要求的传动装置，其中，第二元件是一凸轮轴，第一元件是一链轮轴或驱动凸轮轴类似的元件。

20、按照权利要求19的传动装置，其中，第三元件包括一个与凸轮轴同轴的空心轴。

21、按照权利要求19的传动装置，其中，第三元件转动地设置在第一和第二元件之间。

22、根据上文并参照附图1以及附图1的说明，基本上介绍了一种可变旋转传动装置。

23、根据上文并参照附图2以及附图2的说明，基本上介绍了一种可变旋转传动装置。

24、根据上文并参照附图3以及附图3的说明，基本上介绍了一种可变旋转传动装置。

25、介绍了任何新的特征或组合特征。

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