自动变速传动机构及采用其的电动工具的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种自动变速传动机构，包括壳体、驱动轴、输出轴，以及：第一行星齿轮系，其包括第一行星架、太阳轮、第一内齿圈、齿轮箱以及第一行星齿轮；预设扭矩驱动装置，其与输出轴相联动，当输出轴的扭矩超过预设值时，预设扭矩驱动装置启动；套接在第一行星齿轮系上的拨叉，其第一端和第一行星架、预设扭矩驱动装置组成一个离合器，第二端同第一内齿圈和齿轮箱相联动。本发明还提供一种采用该传动机构的电动工具。本发明的自动变速传动机构及采用该传动机构的电动工具，能够根据输出轴负载大小自动调整转速和扭矩，操作方便，工作效率更高，更加节能。
【专利说明】自动变速传动机构及采用其的电动工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可根据负载自动调整转速和扭矩的自动变速传动机构及采用其的电动工具。
【背景技术】
[0002]电动工具在很多领域有着广泛的应用，大多数电动工具，不论直流、交流，均用到了行星-太阳轮机构来进行扭矩的传递与输出，尤其是钻类工具。行星-太阳轮的机构的优点是结构紧凑，能在有限的空间内实现较大的传动比变化，使得变速较为明显，从而引起扭矩的较大变化，从而给用户以较大范围的扭矩选择空间。一般的使用该机构的电动工具会有多个档位进行转速的选择，具体来说，就是用户通过拨档开关控制行星-太阳轮机构中某一级传动机构不参与传动，从而实现从低速到高速的变化。这种机构存在一定的问题，即必须在工具不工作的情况下才能进行换档调速，否则如果在工作转动时强行拨动调速开关，会造成脱档、打齿、噪音等有损工具的情况；同时，由于这种工具在使用时，始终输出相同的扭矩，而事实上工况是在不断变化的，有可能出现工况过小的时候，浪费溢出的扭矩，而工况过大的时候，扭矩又不够，往往需要中途断电，调节其他档位后继续工作。这样给用户作业带来了极大的不方便。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的第一个目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于电动工具的自动变速传动机构，该机构可以根据工况的大小，自动在高速档与低速档之间切换，无需用户断电换档。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:一种自动变速传动机构，包括壳体、驱动轴、输出轴，其特征在于，所述自动变速传动机构还包括:
第一行星齿轮系，其包括可相对于所述驱动轴转动的第一行星架、与所述驱动轴固定连接的太阳轮、第一内齿圈、齿轮箱，以及同时与所述太阳轮和所述第一内齿圈啮合的第一行星齿轮；
预设扭矩驱动装置，其与所述输出轴相联动，当输出轴的扭矩超过预设值时，预设扭矩驱动装置启动；
拨叉，其套接在所述第一行星齿轮系上，具有第一端与第二端:其第一端和所述第一行星架、预设扭矩驱动装置组成一个离合器；其第二端同第一行星齿轮系的第一内齿圈和齿轮箱相联动；初始时，拨叉的第一端同第一行星架相连接，并带动第一内齿圈同步转动，此时第一行星轮系做整体转动，没有传动比输出；当输出轴的扭矩超过预设值，预设扭矩驱动装置驱动拨叉第一端与第一行星架分离，此时拨叉第二端同第一内齿圈一起锁定在齿轮箱上不动。
[0005]优选地，所述拨叉第二端和所述第一内齿圈、所述齿轮箱组成一双向超越离合器。
[0006]进一步优选地，所述双向超越离合器为一滚销式双向超越离合器，其包括:所述壳体构成的外圈，所述第一内齿圈构成的内圈，所述拨叉的第二端，以及一个或者多个滚销；所述拨叉在驱动力作用下拨动滚销，所述第一内齿圈在所述拨叉的带动下与所述拨叉同步转动，当所述拨叉没有驱动力时，所述第一内齿圈被滚销同所述齿轮箱固定而无法转动。
[0007]更进一步优选地，所述预设扭矩驱动装置包括一驱动器，一偏压弹簧和一扭矩感应装置；所述偏压弹簧预设有偏压力，当所述扭矩感应装置反馈的扭矩超过所述偏压弹簧的偏压力的预设值后，驱动所述驱动器运动，使得所述拨叉第一端和所述第一行星齿轮系的第一行星架脱离。
[0008]再进一步优选地，所述的扭矩感应装置为一第二行星齿轮系，其第二行星齿轮系包括一第二太阳轮、一第二行星架和多个第二行星齿轮和一第二内齿圈；所述第二内齿圈在所述的壳体内具有第一位置和第二位置，初始时偏压弹簧将所述第二内齿圈限制在第一位置，当扭矩达到预设扭矩时，所述第二内齿圈沿中心转动，并在第二位置被壳体限制转动。
[0009]在一【具体实施方式】中，所述的偏压弹簧为一沿中心线偏压的弹簧，其可以为一个或者多个的组合。
[0010]在另一【具体实施方式】中，所述的偏压弹簧为一沿圆周方向偏压的弹簧，其可以为一个或者多个的组合。
[0011]优选地，所述拨叉第一端和所述第一行星架、预设扭矩驱动装置组成摩擦离合器或棘轮离合器。
[0012]优选地，所述拨叉第一端的下部具有啮合部，所述啮合部与所述第一行星架啮合。
[0013]进一步优选地，所述啮合部为摩擦盘，所述摩擦盘与所述第一行星架摩擦啮合。
[0014]本发明的工作原理为:当输出轴的扭矩小于预设值时，拨叉第一端同第一行星架相连接，并带动第一内齿圈同步转动，此时第一行星齿轮系不输出减速传动比，输出轴处于高转速、低扭矩的工作状态；当输出轴的扭矩超过预设值时，预设扭矩驱动装置驱动拨叉第一端与第一行星架分离，拨叉同第一内齿圈一起锁定在齿轮箱上不动，此时第一行星齿轮系输出减速传动比，输出轴处于低转速、高扭矩的工作状态。
[0015]本发明的第二个目的是提供一种电动工具，所述电动工具包括马达、由所述马达通过传动机构驱动的输出杆，其特征在于:所述传动机构包括上述自动变速传动机构。
[0016]由于采用以上技术方案，相较于现有技术，本发明自动变速传动机构及采用其的电动工具具有以下优点:使工具开始工作后无需断电，预设扭矩驱动装置能够根据工况变化对传动机构自动调速，实现自动调整转速和输出扭矩的效果，变速过程平稳、顺畅、无打齿现象，不仅为用户提供了极大的方便，提高了工作效率，而且更加节省能耗，具有突出的实质性特点与显著的技术进步。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明自动变速传动机构在第一工作状态时的侧面剖视图。
[0018]图2为本发明自动变速传动机构的双向离合器的横向剖视图。
[0019]图3为本发明自动变速传动机构在第二工作状态时的侧面剖视图。
[0020]附图中:1_驱动轴，2-双向超越离合器，3-滚柱，4-拨叉，5-第一内齿圈，6-第一行星架，7-第二行星齿轮，8-第二行星架，9-偏压弹簧，10-输出轴，11-止转件，12-第二内齿圈，13-滑动件,14-哨合部，15-第一行星齿轮,16-第一太阳轮,17-弹簧，18-壳体，19-齿轮箱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明，所述的方位“上” “下”均以附图中机构的摆放位置为准。
[0022]请参阅图1至图3，本发明提供一种自动变速传动机构，特别是一种用于电动工具中的自动变速传动机构。该自动变速传动机构的主体结构部分包括驱动轴1，输出轴10，壳体18和齿轮箱19。整个传动机构分为第一行星齿轮系和预设扭矩驱动装置。所述预设扭矩驱动装置包括一驱动器，一偏压弹簧9和一扭矩感应装置；所述偏压弹簧9预设有偏压力，当所述扭矩感应装置反馈的扭矩超过所述偏压弹簧9的偏压力的预设值后，驱动所述驱动器运动，使得所述拨叉4的第一端和所述第一行星齿轮系的第一行星架6脱离。
[0023]在第一行星齿轮系中，第一太阳轮16固定连接在驱动轴I上，第一行星架6与第二太阳轮一体设置，具体地，第一行星架6具有沿轴向朝第二行星架8的中心延伸的齿轮部，所述齿轮部作为太阳轮与第二行星齿轮7啮合，第一行星架6套在驱动轴I上，可以相对于驱动轴I转动，同时在第一行星架6上还设有第一内齿圈5、第一行星齿轮15，第一行星齿轮15通过插销连接在第一行星架6上,且与第一内齿圈5、第一太阳轮16同时哨合,第一行星架6的侧面为锥面，且材料有一定的摩擦系数。第一行星齿轮15的数量没有固定要求，本领域中，根据电动工具传动机构的材料与工况负载计算，一般优选设置3飞个。
[0024]所述的扭矩感应装置为一第二行星齿轮系，其第二行星齿轮系包括一第二太阳轮、一第二行星架8和多个第二行星齿轮7和一第二内齿圈12，所述第二内齿圈12在所述的壳体18内具有第一位置和第二位置，初始时偏压弹簧9将所述第二内齿圈限制在第一位置，当扭矩达到预设扭矩时，所述第二内齿圈沿中心转动，并在第二位置被壳体18限制转动。本实施例中，所述的偏压弹簧9为一沿中心线偏压的弹簧，其可以为一个或者多个的组八口 ο
[0025]在第二行星齿轮系中，第二太阳轮设置在第一行星架6上，形成一体设置，同时第二行星齿轮7与第二太阳轮、第二内齿圈12同时啮合，第二行星齿轮7通过插销连接在第二行星架8上，第二行星架8与输出轴10通过键连接，同样地，第二行星齿轮7的优选数量为3?5个。
[0026]拨叉4套接在所述第一行星齿轮系上，其具有第一端和第二端。拨叉4的第二端和所述第一内齿圈5、所述齿轮箱19组成一双向超越离合器。所述双向超越离合器为一滚销式双向超越离合器，其包括:所述壳体18构成的外圈，所述第一内齿圈5构成的内圈,所述拨叉4的第二端，以及一个或者多个滚销。所述拨叉4在驱动力作用下拨动滚销，所述第一内齿圈5在所述拨叉4的带动下与所述拨叉4同步转动，当所述拨叉4没有驱动力时，所述第一内齿圈5被滚销同所述齿轮箱19固定而无法转动。
[0027]具体地，拨叉4套在所述第一内齿圈5上，且可以相对第一内齿圈5转动一定的角度。同时在拨叉4与壳体18之间通过弹簧17连接，其中弹簧17可以选择压簧或其他能起到相同效果的连接装置，弹簧17可套设在驱动轴上，也可以中心对称地连接在驱动轴I两侧的壳体18与拨叉4之间的空处。
[0028]请参阅图2，拨叉4的第二端与第一内齿圈5、齿轮箱19双向啮合构成双向超越离合器2，这里双向离合器2优选为具有多个滚销3的滚销式双向离合器，也可以替换为楔块式双向离合器或者其他能够起到轴锁效果的离合器。
[0029]拨叉4的第一端连接有啮合部14，本实施例中该啮合部14为通过螺钉与拨叉固定连接的拨叉摩擦盘，拨叉摩擦盘与第一行星架6可以摩擦啮合。本实施例中所述拨叉摩擦盘与所述第一行星架6为锥面摩擦啮合。在另一实施例中，所述啮合部也可以为设有压簧与所述拨叉4的第一端连接的滚珠，所述第一行星架6上具有与所述滚珠相适配的凹槽，通过所述滚珠卡设于所述凹槽内令所述拨叉4的第一端与所述第一行星架6啮合。
[0030]作为驱动器的滑动件13设置于拨叉4第一端与第二内齿圈12之间，本实施例中滑动件13为滑动环，其下端面与所述第二内齿圈12的上端面为斜面配合。当第二内齿圈12发生一定角度转动时，其斜面推动滑动件13，使滑动件13沿轴向向上运动，将拨叉4向上顶起，驱动拨叉4第一端与第一行星架6脱离，从而使拨叉4同第一内齿圈5 —起锁定在齿轮箱19上不动。本实施例中，所述拨叉4第一端和所述第一行星架6、滑动件13组成摩擦离合器，在另一实施例中拨叉4的第一端和第一行星架6、滑动件13也可组成棘轮离合器的机构。
[0031]止转件11设于第二内齿圈12的下方，并与所述第二内齿圈12相抵紧，所述壳体内在所述止转件11的下方还设有沿轴向驱动所述止转件11的偏压弹簧9，所述第二内齿圈12上具有与所述止转件11滑动配合的止转部，在偏压弹簧9的弹力作用下止转件11抵紧第二内齿圈12，从而限制第二内齿圈12旋转。本实施例中，该止转部为斜面，所述止转件11为止转销，其具有半球状的抵顶部与所述第二内齿圈12上的斜面滑动配合。
[0032]在另一实施例中，所述止转件11还可设置于所述第二内齿圈12的外侧，通过沿周向方向偏压设置在止转件11和壳体18之间的一个或多个偏压弹簧9提供径向抵紧力，限制所述第二内齿圈12旋转。偏压弹簧9具有预设偏压力，当第二内齿圈12克服偏压弹簧9的偏压力预设值而转过一定角度时，第二内齿圈12通过斜面推动滑动件13沿轴向向上运动，滑动件13向上运动将拨叉4向上顶起，从而使啮合部14与第一行星架6脱离。
[0033]将上述自动变速传动机构应用于一种电动工具中，如自动劈材机,该电动工具包括马达、由马达通过传动机构驱动的输出杆，该传动机构包括上述的自动变速传动机构，马达的转动输出端与所述自动变速传动机构的驱动轴连接，该变速传动机构的输出轴与所述输出杆连接。其中马达的转动输出端与所述驱动轴通过联轴器连接，该输出轴与该输出杆也通过联轴器连接，由此，电动工具启动时，马达通过该自动变速传动机构驱动输出杆，使其作用于工件上，工件对输出杆的扭矩反馈则通过输出杆传递至输出轴作用在该自动变速传动机构上，自动变速传动机构根据输出轴的负载大小自动调整输出轴及输出杆的转速和扭矩。
[0034]下面对本实施例的自动变速传动机构的工作过程进行具体描述，整个工作过程分为第一工作状态与第二工作状态。
[0035]在第一工作状态中，电动工具启动，此时工况较小，不需要太大的扭矩。驱动轴I带动第一太阳轮16转动，第一太阳轮16带动第一行星齿轮15转动，第一行星齿轮15带动第一内齿圈5转动。此时拨叉4处于第一工作状态，在弹簧17的作用下，拨叉4第一端带动拨叉摩擦盘向下压住第一行星架6，由于其与第一行星架6的锥面摩擦啮合，第一行星架6带动拨叉4及第一内齿圈5同步转动，此时第二内齿圈12在偏压弹簧9的作用下处于第一工作位置。这样，第一行星齿轮15与第一行星架6作为一个整体转动，第一行星齿轮系没有输出传动比。此时电动工具的输出轴10处于高转速、低扭矩的状态，能耗较低。
[0036]随着工况负载越来越大，工具将由第一工作状态自动切换为第二工作状态。
[0037]在第二工作状态中，由于输出轴10的负载越来越大，第二行星齿轮7在转动时遇到的阻力也越来越大，那么其作用于第二内齿圈12的力也越来越大，直到第二行星齿轮7对第二内齿圈12的作用力大于偏压弹簧9通过止转件11作用于第二内齿圈12的弹力时，第二内齿圈12克服了偏压弹簧9的弹力而沿中心转动一定角度，第二内齿圈12转动一定角度后在第二工作位置被壳体18固定。第二内齿圈12转动后，由于第二内齿圈12与滑动件11之间斜面配合的作用，第二内齿圈12通过斜面推动滑动件13沿轴向向上运动，直到滑动件13将拨叉4向上顶起，这样拨叉摩擦盘就与第一行星架6分离，拨叉4在滑动件13的抵顶作用下与第一内齿圈5发生速差。
[0038]由于拨叉4的第二端、滚珠3、齿轮箱19与第一内齿圈5构成双向超越离合器，当拨叉4与第一内齿圈5产生速差时发生超越，第一内齿圈5同拨叉4 一起锁定在齿轮箱19上，第一行星齿轮系的第一行星架6输出一定的减速传动比，而由第一行星架6带动的第二行星齿轮系也输出一定的减速传动比。因此，电动工具的输出轴10处于低转速、高扭矩状态，以配合增大的工况负载。
[0039]当电动工具以第二工作状态工作了一段时间后，此时若工况又一次减小，输出轴10负载减小,第二行星齿轮7对于第二内齿圈12的作用力减小,使第二内齿圈12相对于止转件11转动的切向力减小，偏压弹簧9通过止转件11作用于第二内齿圈12的作用力使第二内齿圈12沿中心旋转从第二工作位置复位到第一工作位置，同时在弹簧17的作用下，拨叉4向下运动，使拨叉摩擦盘再次与第一行星架6摩擦啮合，拨叉4又回到第一工作位置从而重复上述第一工作状态，周而复始。
[0040]采用上述技术方案以后，相对于现有技术而言，本发明可以使电动工具的传动机构的整个工作过程无需人为进行档位的切换，输出轴根据工况的不同会自动切换转速和扭矩，变速过程平稳、顺畅、无打齿现象，不仅为用户提供了极大的方便，提高了工作效率，而且使工作输出得到了最大化利用，更加节省能耗。
[0041]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种自动变速传动机构，包括壳体、驱动轴、输出轴，其特征在于，所述自动变速传动机构还包括: 第一行星齿轮系，其包括可相对于所述驱动轴转动的第一行星架、与所述驱动轴固定连接的太阳轮、第一内齿圈、齿轮箱，以及同时与所述太阳轮和所述第一内齿圈啮合的第一行星齿轮； 预设扭矩驱动装置，其与所述输出轴相联动，当输出轴的扭矩超过预设值时，预设扭矩驱动装置启动； 拨叉，其套接在所述第一行星齿轮系上，具有第一端与第二端:其第一端和所述第一行星架、预设扭矩驱动装置组成一个离合器；其第二端同第一行星齿轮系的第一内齿圈和齿轮箱相联动；初始时，拨叉的第一端同第一行星架相连接，并带动第一内齿圈同步转动；当输出轴的扭矩超过预设值，预设扭矩驱动装置驱动拨叉第一端与第一行星架分离，此时拨叉的第二端同第一内齿圈一起锁定在齿轮箱上不动。
2.根据权利要求1所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述拨叉第二端和所述第一内齿圈、所述齿轮箱组成一双向超越离合器。
3.根据权利要求2所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述双向超越离合器为一滚销式双向超越离合器，其包括:所述壳体构成的外圈，所述第一内齿圈构成的内圈，所述拨叉的第二端，以及一个或者多个滚销；所述拨叉在驱动力作用下拨动滚销，所述第一内齿圈在所述拨叉的带动下与所述拨叉同步转动，当所述拨叉没有驱动力时，所述第一内齿圈被滚销同所述齿轮箱固定而无法转动。
4.根据权利要求3所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述预设扭矩驱动装置包括一驱动器，一偏压弹簧和一扭矩感应装置；所述偏压弹簧预设有偏压力，当所述扭矩感应装置反馈的扭矩超过所述偏压弹簧的偏压力的预设值后，驱动所述驱动器运动，使得所述拨叉和所述第一行星齿轮系的第一行星架脱离。
5.根据权利要求4所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述的扭矩感应装置为一第二行星齿轮系，其第二行星齿轮系包括一第二太阳轮、一第二行星架、多个第二行星齿轮和一第二内齿圈；所述第二内齿圈在所述的壳体内具有第一位置和第二位置，初始时偏压弹簧将所述第二内齿圈限制在第一位置，当扭矩达到预设扭矩时，所述第二内齿圈沿中心转动，并在第二位置被壳体限制转动。
6.根据权利要求4所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述的偏压弹簧为一沿中心线偏压的弹簧，其可以为一个或者多个的组合。
7.根据权利要求4所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述的偏压弹簧为一沿圆周方向偏压的弹簧，其可以为一个或者多个的组合。
8.根据权利要求1所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述拨叉和所述第一行星架、预设扭矩驱动装置组成摩擦离合器或棘轮离合器。
9.根据权利要求1所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述拨叉的下部具有啮合部，所述啮合部与所述第一行星架啮合。
10.根据权利要求9所述的自动变速传动机构，其特征在于:所述啮合部为摩擦盘，所述摩擦盘与所述第一行星架摩擦啮合。
11.一种电动工具，所述电动工具包括马达、由所述马达通过传动机构驱动的输出杆，其特征在于:所述传动机构包括权利要求1至10中任意一项所述的自动变速传动机构。
【文档编号】F16H59/14GK104343902SQ201310339107
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】陈秀连, 姜义邦 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司