本发明涉及动力传输设备及方法技术领域，具体来说是一种动力传输装置及动力传输方法。
背景技术：
目前，大运量、长距离、高速运行的散料输送机广泛应用于煤块和矿石的等散料的输送，其启动传输装置，主要采用两种方式：一为电极、限矩型液力耦合器、减速器组成，因其在驱动传输过程中，受限矩型液力耦合器的影响，故启动时间短，不能按照控制曲线要求精确控制皮带启动，存在启动平稳性差，冲击大等问题，其严重后果将使输送带产生横向裂口，成为生产安全的最大隐患；另一为变频电极、变频器和减速器组成，目前因变频技术尚不成熟，而启动调速段的平稳度、启动曲线平缓度不高，尤其是地下煤矿有防爆安全要求，变频器还不能胜任，且大功率技术也不很成熟。
同时，现有技术中散料输送一般由电机外安装普通减速机再通过减速控制装置来控制传送带的速度，而减速控制装置一般采用太阳轮驱动。现有的减速器主要包括摆线针轮齿轮箱、普通行星齿轮箱、蜗轮蜗杆齿轮箱和谐波齿轮箱，其中普通单级和双级行星齿轮箱的减速比范围较小，蜗轮蜗杆齿轮箱减速比较大，但是输入转速低,应用范围受限，目前应用最关键的是摆线针轮减速箱为曲轴驱动，传动精度较高，但是机构复杂，加工工艺要求极高；谐波减速箱是面接触多齿啮合，结构紧密,但是输出为弹性片式杯型环，啮合位与输出部须弹性变形，结构抗冲击性较差。而随着新技术的发展和应用，对齿轮箱及关节的要求都在持续不断提高。
因此，本发明专利针对现有市场散料输送机的升级改造以及舰船的螺旋桨速度扭矩控制，设计一种新型的动力传输装置及动力传输方法，将小型化的离合器运用到工业自动化带式传动，和机器人控制系统相结合构成完整的生态体系。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种动力传输装置及动力传输方法，采用行星架驱动，减速比范围大，容易实现模块化设计，且能够使驱动电机空载启动，降低了载荷的加速力矩，可控调速，起动平稳、柔和，运行安全可靠。
为了实现上述目的，设计一种动力传输装置，包括变厚行星齿轮箱和扭矩控制装置，所述的变厚行星齿轮箱的输入端设有传动结构，所述的传动结构用于与驱动机构相连后实现传动，所述的传动结构通过若干行星销与行星架相连，使得所述的传动结构和行星架相连后构成一体结构并能在驱动机构的驱动下同步转动以形成第一级传动，在所述的行星销上还套设有单变厚行星齿轮，在所述的传动结构和行星架同步转动时能够带动所述的行星销及单变厚行星齿轮同轴公转，所述单变厚行星齿轮表面设有齿轮结构，所述的齿轮结构与固定在所述的变厚行星齿轮箱内的第二变厚齿圈相啮合以形成第二级传动并使得所述的单变厚行星齿轮产生自转，所述的齿轮结构还与第一变厚齿圈相啮合以形成第三级传动，所述的第一变厚齿圈与所述变厚行星齿轮箱的输出轴外侧的输出轴壳体相连以将动力输出至输出轴壳体，所述的输出轴壳体通过扭矩控制装置将动力传递至输出轴。
所述的扭矩控制装置由若干离合器组、与离合器组对应设置的活塞结构以及套设在输出轴外侧的离合器座构成，所述的离合器组一侧通过若干静摩擦片与离合器座相配合，所述的离合器组另一侧通过若干动摩擦片与输出轴壳体相配合，所述的活塞结构用于改变离合器组若干静摩擦片之间的间隙以及若干动摩擦片之间的间隙，从而实现对输出扭矩的控制。
本发明还具有如下优选的技术方案：
所述的传动结构和行星架套设在一中空轴外侧，所述的中空轴一端露出在变厚行星齿轮箱外，所述的传动结构与行星架之间通过行星销相连，在驱动机构的驱动下，所述的传动结构、行星架和行星销能沿所述中空轴的轴线同轴转动。
所述的变厚行星齿轮箱还包括外壳组件，所述的中空轴一端设有轴套，所述的轴套一端与第一变厚齿圈相连，另一端与所述的输出轴壳体相连，所述的轴套与外壳组件之间还套设有第三轴承。
所述的第二变厚齿圈与所述的外壳组件相固定，并且所述的第二变厚齿圈还通过套设在所述传动结构外侧的第二轴承与所述传动结构相连。
所述的第一变厚齿圈还通过套设在所述行星架外侧的第一轴承与行星架相连。
所述的行星销的数量为2个、3个、5个或者7个。
所述的单变厚行星齿轮的厚度、螺旋角及压力角沿齿向方向发生连续的变化。
所述的静摩擦片通过离合器座外表面设有的花键与离合器座相配合，所述的动摩擦片通过输出轴壳体内表面设有的花键与输出轴壳体相连。
所述的输出轴壳体内沿活塞结构的运动方向设有若干与活塞结构相对应的凹槽，所述的凹槽内设有返回弹簧，所述的返回弹簧外端与所述的活塞结构相连，用于实现活塞结构的复位。
所述的活塞结构固定在活塞壳体内侧，并且所述的活塞壳体与活塞连接板相连，所述的活塞结构能够带动所述的活塞连接板在输出轴的轴向方向上伸缩，所述的活塞结构与活塞连接板之间、所述的活塞壳体与离合器座之间、所述的活塞壳体与输出轴的壳体之间分别设有若干轴承，用于改善力的传导并起到支撑作用。
本发明还设计一种动力传输方法，所述的方法具体如下：通过驱动机构带动传动结构、行星架、传动结构与行星架之间的行星销以及所述的行星销上设有的单变厚行星齿轮同轴转动，由于所述的单变厚行星齿轮通过表面设有的齿轮结构与固定的第二变厚齿圈相啮合，从而使得所述的单变厚行星齿轮绕行星销转动，由于所述的单变厚行星齿轮同时还通过表面设有的齿轮结构与第一变厚齿圈相啮合，从而使得第一变厚齿圈转动，并依次通过第一变厚齿圈带动所述变厚行星齿轮箱输出轴外侧的输出轴壳体转动，通过输出轴壳体带动输出轴转动，此时，控制活塞结构对所述的输出轴壳体与输出轴之间设有的离合器组施加压力，使得离合器组与输出轴壳体之间的若干动摩擦片的间隙、及离合器组与输出轴之间的若干静摩擦片的间隙改变，进而控制输出轴获得的输出扭矩，改变输出轴的输出。
本发明同现有技术相比，设计合理、结构紧凑，可使驱动电机空载启动，载荷则平稳缓慢启动，延长启动时间，降低载荷的加速力矩，从而可提高输送带的使用性能和延长使用寿命，同时更有利于驱动系统实现可控柔性调速的自动控制，易于安装与拆卸，其优点在于：
本发明独特地设计了一种动力传输装置，包括扭矩控制装置和变厚行星齿轮箱，采用可以独立使用的可控扭矩离合器，通过控制离合器的压力大小，来控制输出轴的扭矩，使驱动电机空载启动，降低了载荷的加速力矩，可控调速，起动平稳、柔和，运行安全可靠；并且创造性地实现了一种新的行星传动结构及方法，无需设置太阳轮，从而在原太阳轮位置处可设置中空轴，用于电缆及相关轴，线类物体通过，并且具有更加平衡稳定的传动、更高的运动传递精度和稳定可靠的寿命，采用该变厚行星齿轮箱可以更加稳定地控制速度，传输过程更加安全可靠。
并且，本发明采用了单变厚行星齿轮，单变厚行星齿轮不需要通过花键或者非圆结构连接起来，易加工，单厚行星齿轮使得变厚齿圈在单向轴推作用下保证输出的间隙小和回程差小，还可以实现在有限的空间里获取更大的输出扭矩，相较于滚子摆线及谐波传动具有更加平衡稳定的传动、更高的运动传递精度、更加可靠的工艺、优良的齿轮表面热处理工艺提供稳定可靠的寿命。
附图说明
图1是一实施例中本发明动力传输装置的结构剖视图；
图2是一实施例中本发明动力传输装置的结构示意图；
图3是一实施例中本发明应用于散料输送机的结构示意图；
图中：1.外壳组件2.第一变厚齿圈3.单变厚行星齿轮4.第二变厚齿圈5.传动结构6.驱动机构7.轴套8.行星架9.行星销10.第三轴承11.第二轴承12.齿轮结构与第二变厚齿圈啮合部13.齿轮结构与第一变厚齿圈啮合部14.输出轴壳体15.中空轴16.第一轴承17.活塞连接板18.活塞壳体19.离合器组20.返回弹簧21.活塞结构22.离合器座23.输出轴24.轴承25.输送带26.第一驱动滚筒27.第二驱动滚筒28.第三驱动滚筒29.驱动电机30.动力传输装置31.转动驱动结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的实施方式和具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1和图2，本发明的技术方案主要包括两个部分，即变厚行星齿轮箱和扭矩控制装置，通过两个部分相互配合，共同构成了本发明的动力传输装置30。
参见图1右侧和图2右侧的变厚行星齿轮箱部分，本实施方式中，在所述变厚行星齿轮箱的输入端设有用于与驱动机构6相连后实现传动的传动结构5，所述的传动结构5由一个链轮和链轮上设有的传动链构成，所述的链轮通过传动链与驱动机构6配合后构成第一级传动，通过所述的驱动机构6带动传动链转动，从而带动链轮转动。
所述的变厚行星齿轮箱内设有一中空轴15，中空轴15右端露出在变厚行星齿轮箱外侧，中空轴15内可用于供电缆或轴、线类物体穿过。所述的链轮套设在中空轴15外侧，在所述的中空轴15外侧还套设有行星架8，所述的链轮与所述的行星架8之间设有若干行星销9。所述的若干行星销9在周向上呈中心对称布置或者非中心等角布置，且满足行星传动定律。所述的行星销9可以平行于传动中心，也可以与传动中心为成角度关系，即行星销9可以平行于中空轴15，也可不平行于中空轴15，从而与中空轴15之间成一角度。所述的行星销9一端与传动结构5转动相连，另一端与行星架8转动相连，使得变厚行星齿轮箱在工作时，行星销9与传动结构5之间、行星销9与行星架8之间的相对位置均不会改变，但是行星销9能够以行星销9的轴线为轴进行自转。
在所述的行星销9上还套设有单变厚行星齿轮3，所述单变厚行星齿轮3表面设有齿轮结构，在所述的变厚行星齿轮箱内固定设有第二变厚齿圈4，所述的齿轮结构与所述的第二变厚齿圈4相啮合。当所述的驱动机构6带动所述的链轮顺时针转动时，所述的传动结构5、行星销9和行星架8能以所述的中空轴15所在的直线为轴线同步顺时针公转，并通过行星销9带动所述的单变厚行星齿轮3以所述的中空轴15所在的直线为轴线同步顺时针公转，由于与齿轮结构相啮合的第二变厚齿圈4是固定的，导致单变厚行星齿轮3会受到一个与公转方向相反的力，从而使得单变厚行星齿轮3向公转方向的反方向自转，在本实施方式中，所述的单变厚行星齿轮3即受到一个逆时针的力，从而开始逆时针自转。
在所述的单变厚行星齿轮3表面设有的齿轮结构还与第一变厚齿圈2相啮合，所述的第一变厚齿圈2与所述变厚行星齿轮箱的输出轴23外侧的输出轴壳体14相连，当所述的单变厚行星齿轮3自转时，由于齿轮结构与第一变厚齿圈2相啮合，会带动所述的第一变厚齿圈2反方向转动，在本实施方式中，即带动第一变厚齿圈2顺时针转动，并通过第一变厚齿圈2带动所述变厚行星齿轮箱的输出轴23外侧的输出轴壳体14转动，所述的第一变厚齿圈2和输出轴壳体14之间通过过盈配合或者固定销或者螺栓实现连接。
所述的变厚行星齿轮箱还包括外壳组件1，所述的第二变厚齿圈4固定在所述的外壳组件1上，所述的第二变厚齿圈4左端下侧与所述的齿轮结构相啮合，在所述的传动结构5非与驱动机构6相配合处套设有第二轴承11，所述的第二变厚齿圈4右端下侧通过第二轴承11与转动结构之间构成转动配合，从而保证传动结构5转动时的稳定性以及第二变厚齿圈4受力的均匀。
所述的第一变厚齿圈2为u形结构，u形结构的一端与所述的齿轮结构11相啮合，u形结构的另一端内侧通过套设在行星架8外侧的第一轴承16与行星架8转动相连，以保证第一变厚齿圈2转动时的稳定性。在所述的中空轴15左端还套设有轴套7，所述的轴套7右端与第一变厚齿圈2固定相连，左端与所述的输出轴壳体14相连，使得所述的第一变厚齿圈2转动时能带动所述的轴套7转动，并从而带动所述的输出轴壳体14转动，并且所述的轴套7与外壳组件1之间还套设有第三轴承10，以保证轴套7转动时的稳定性。优选地，所述的第三轴承10采用高刚度交叉圆柱滚子轴承，所述的高刚度交叉圆柱滚子轴承采用密封结构，左右两侧通过油脂或脂脂分开。
本实施方式中所述的链轮和传动链能够被替换为其他传动结构5，只需能实现驱动结构与传动结构5和行星架8之间的传动即可，这对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
本实施方式中，所述的单变厚行星齿轮3的厚度、螺旋角及压力角沿齿向方向发生连续的变化，每一对啮合的齿轮各自符合齿轮啮合渐开线原理。且所述的单变厚行星齿轮3的工作面为一斜面，所述的齿轮结构设置在斜面上，便于齿轮结构更好地与第一变厚齿圈2和第二变厚齿圈4分别啮合。
现有技术中的减速控制装置一般采用太阳轮驱动，而本发明采用行星架8驱动，利用串联的行星传动以获取所需要的模块设计减速比，并且采用双齿圈的结构，对于双齿圈必定有两个自由度，因此会有两个输出转速，所以设置第二变厚齿圈4的转速为零，则转速由第一变厚齿圈2输出，从而保证了输出的间隙小、回程差小，同时该结构减速比范围大。本实施方式中，第一级传动速比为i1,第一变厚齿圈2和第二变厚齿圈4的齿数分别为z2,z4；单厚行星齿轮的齿数为z1，则总速比为i1*z4/(z4-z2)，同时满足z4-z2=3*n，其中n为行星轮个数。通过第一级传动能够根据情况改变速比以满足同一型号的不同速比要求，行星传动可以得到较高的功率密度，具有更加平衡稳定的传动、更高的运动传递精度、更加可靠的工艺、优良的齿轮表面热处理工艺提供稳定可靠的寿命；采用该变厚行星齿轮箱可以更加稳定的控制速度，传输过程更加安全可靠。
在一个优选的实施方式中，所述的行星销的数量为2个、3个、5个或者7个。当行星销的数量为2个时，设置的单变厚行星齿轮的数量也为2个，需要采用的行星销和单变厚行星齿轮的数量较少，成本较低，且已经能够实现本发明的目的。当行星销的数量为3个、5个或者7个时，单变厚行星齿轮的数量也相应为3个、5个或者7个，此时单变厚行星齿轮转动较为稳定，当数量继续增加时由于摩擦阻力的原因有可能会影响输出的扭矩。
参见图1左侧和图2左侧的扭矩控制装置部分，所述的扭矩控制装置由若干离合器组19、与离合器组19对应设置的活塞结构21以及套设在输出轴23外侧的离合器座22构成，所述的离合器组19下侧依次设有若干静摩擦片，所述的静摩擦片通过离合器座22外表面设有的花键与离合器座22相配合，所述的离合器组19上侧依次设有若干动摩擦片，所述的动摩擦片通过输出轴壳体14内表面设有的花键与输出轴壳体14相连，通过所述的活塞结构21施加不同的压力，从而改变离合器组19若干静摩擦片之间的间隙以及若干动摩擦片之间的间隙，从而实现对输出扭矩的控制。优选地，所述的离合器组19为湿式离合器组。
所述的活塞结构21外侧还设有活塞壳体18和活塞连接板17，所述的活塞固定在所述的活塞壳体18右侧，所述的活塞结构21右端与活塞连接板17相连，且所述的活塞结构21能够带动所述的活塞连接板17在输出轴23的轴向方向上伸缩，以实现对动摩擦片和静摩擦片的压力的改变，从而改变静摩擦片之间的间隙和动摩擦片之间的间隙。所述的活塞结构21与活塞连接板17之间、所述的活塞壳体18与离合器座22之间、所述的活塞壳体18与输出轴壳体14之间分别设有若干轴承24，用于改善力的传导并起到支撑作用，能够将活塞结构21因油压而产生的轴向力并传导到输出轴壳体14上。
在所述的输出轴壳体14内沿输出轴23的轴向设有若干与活塞结构21相对应的凹槽，所述的凹槽内设有返回弹簧20，所述的返回弹簧20外端与所述的活塞连接板17相连，当所述的活塞结构21减少施加的压力或者停止施加压力时，由于返回弹簧20的弹性力作用，能够使活塞结构21复位，从而导致静摩擦片和动摩擦片也不再受到压力，并回复至初始位置。
在所述的输出轴壳体14外侧还设有外壳体，用于保护整个扭矩控制装置，所述的外壳体与外壳组件1固定相连，所述的外壳体左端设有开口，用于供输出轴23伸出至外壳体外。
实施例1
本发明动力传输装置30的使用方法及原理如下：通过驱动机构6带动传动结构5、行星架8、传动结构5与行星架8之间的行星销9以及所述的行星销9上设有的单变厚行星齿轮3同轴转动，由于所述的单变厚行星齿轮3通过表面设有的齿轮结构与固定的第二变厚齿圈4相啮合，从而使得所述的单变厚行星齿轮3绕行星销9转动，由于所述的单变厚行星齿轮3还通过表面设有的齿轮结构与第一变厚齿圈2相啮合，从而使得第一变厚齿圈2转动，并依次通过第一变厚齿圈2带动所述变厚行星齿轮箱输出轴23外侧的输出轴壳体14转动，通过输出轴壳体14带动输出轴23转动，此时，控制活塞结构21对所述的输出轴壳体14与输出轴23之间设有的离合器组19施加压力，使得离合器组19与输出轴壳体14之间的若干动摩擦片的间隙、及离合器组19与输出轴23之间的若干静摩擦片的间隙改变，进而控制输出轴23获得的输出扭矩，改变输出轴23的输出。
实施例2
参见图3，是将本发明动力传输装置30应用于散料输送机的示意图，输送带25缠绕布置在若干个驱动滚筒上，驱动滚筒一端设有转动驱动结构31，驱动滚筒通过转动驱动结构30与本发明动力传输装置30的输出轴23相连，动力传输装置30的输入端与驱动电机29连接，所述的若干个驱动滚筒在输送带25的左右两侧对称设置，以其右侧为例，在输送带25的右侧设有第一驱动滚筒26，第一驱动滚筒26的左侧下方设有第二驱动滚筒27，第二驱动滚筒27的右侧下方设有第三驱动滚筒28，所述的第一驱动滚筒26、第二驱动滚筒27、第三驱动滚筒28呈w形设置。
本发明的技术方案通过对输入输出扭矩的控制，实现平稳缓慢启动、延长启动时间、降低载荷的加速力距的效果，从而大大提高了输送带25的使用性能和延长使用寿命，同时更有利于驱动系统实现可控柔性调速的自动控制；同时由于湿式离合器可以吸收输送带25的冲击载荷，保护了电机等驱动设备，尤其适合现有散料输送的升级改造以及舰船的螺旋桨速度扭矩控制，小型化的离合器组19可以运用到工业自动化带式传动，并和机器人控制系统形成整个生态体系。
并且，相对于双变厚行星齿轮而言，由于双变厚行星齿轮需要通过花键等部件连接，导致间隙调整较为困难，而且加工复杂可能导致输出的间隙和回程差较大，本发明使用宽度较大的单变厚行星齿轮3进行改进，此结构可以用在能够满足速比情下的成本相对较低的应用领域。