一种行星式多级变速传动方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种动力或运动变速方法和变速装置，特别是涉及一种行星式多级变 速传动方法及装置；本发明适用于机床、车辆、船等动力机械传动内的多级传动变速。 技术背景
[0002] 目前，动力机械传动内的变速器由传动机构和变速机构组成。传动机构大多用普 通齿轮或行星齿轮传动。按传动比的变化方可分为有级式、无级式两种。有级式变速器是 指有几个可选择的固定传动比，大多采用齿轮传动，可分为齿轮轴线固定的普通齿轮变速 器和行星齿轮变速器两种；无级式变速器是指传动比可在一定范围内连续变化，常见的有 液力式，机械式和电力式等。有级式变速器具有变速比稳定、噪声低、传动效率高，但随着变 速级数的増加，一般存在调速机构复杂、整体结构尺寸过大、成本高等问题；而无级式变速 器能够克服有级式变速器的不足，但又存在传动效率不高、变速传动零件寿命不长、变速稳 定性受使用周期増长而降低等问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有相关技术的不足，提供一种既有有级式变速器的优点， 又有无级式变速器的特点，结构简单、尺寸重量小、变速范围较大，传动效率高的行星式多 级变速传动方法及装置。
[0004] 本发明的目的通过如下技术方案实现：
[0005] 一种行星式多级变速传动装置，包括输入轴、主动圆锥齿轮、圆柱齿轮、端面齿轮、 输出轴、转臂和从动圆锥齿轮；主动圆锥齿轮与输入轴连接，主动圆锥齿轮与从动圆锥齿轮 啮合；从动圆锥齿轮与圆柱齿轮固连，绕转臂旋转；端面齿轮由多个由套圈端面齿轮组成， 都为环状结构，每个套圈端面齿轮都包括端面齿和直齿，端面齿设置在环形套圈的端面，直 齿沿套圈端面齿轮的环形套圈外圆柱面圆周设置，每个套圈端面齿轮的端面齿与圆柱齿轮 啮合，每个套圈端面齿轮的直齿选择性与调速机构的内齿圈啮合固定；转臂与输出轴垂直 正交，并固连为一体。
[0006] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述的调速机构包括变速驱动电机、驱动螺 母、驱动螺杆和内齿圈；内齿圈设置在箱体上，内齿圈的内孔上设有与套圈端面齿轮的直齿 尺寸同样的内齿，在内齿圈的外圆柱面上的对边位置加工有凹槽，凹槽内设有导向平键，在 箱体上设有与导向平键配合的导向槽，驱动螺母通过从导向槽伸入箱体内与内齿圈连接； 驱动螺母与驱动螺杆连接，驱动螺杆与变速驱动电机相连。
[0007] 所述的驱动螺杆一端变速驱动电机相连，另一端通过第二轴承支承于螺杆支座 上，变速驱动电机与螺杆支座安装在箱体上。
[0008] 所述的导向槽装有可收缩防尘罩。
[0009] 所述的多个套圈端面齿轮相互叠加，在相邻的两个套圈端面齿轮中间装有滚针轴 承和钢球。
[0010] 所述的输入轴为圆柱形阶梯结构，在中间部位套有第一轴承，左端穿过第一油封 的内孔，右端固连有主动圆锥齿轮；输出轴为圆柱形阶梯结构，其左端通过第六轴承支承于 输入轴右端孔内，中间部位套装第四轴承，第四轴承外圈支承于箱体上。
[0011] 所述的输出轴的左端开有圆柱孔，转臂为圆柱形阶梯结构并穿过该圆柱孔，转臂 两端均为台阶结构，长台阶面上套有第五轴承，轴承外圈上安装圆柱齿轮，在圆柱齿轮的台 阶面上通过键连接有从动圆锥齿轮，分隔套装在从动圆锥齿轮和圆柱齿轮之间。
[0012] 相邻的两个套圈端面齿轮中间设有向心推力球轴承。
[0013] 应用上述装置的行星式多级变速传动方法：动力经输入轴输入，经主动圆锥齿轮 传到从动圆锥齿轮，从动圆锥齿轮带动圆柱齿轮转动，圆柱齿轮选择性与端面齿轮中一个 啮合；端面齿轮静止不动，转臂与输出轴固联，转臂带动输出轴转动；设输入轴的转速为 N1，输出轴的转速为N5,主动圆锥齿轮的齿数为Z2,从动圆锥齿轮的齿数为Z7,圆柱齿轮的 分圆半径为A，端面齿轮与圆柱齿轮的接触点为P，被选择啮合的端面齿轮接触点P距输出 轴的距离为B ;控制被选择啮合的端面齿轮固定不动，端面齿轮与圆柱齿轮的接触点P点为 圆柱齿轮的速度瞬心，输入输出转速比N1/N5 = 1+Z7/Z2*B/A ;主动圆锥齿轮的齿数和从动 圆锥齿轮的齿数取定后，Z7/Z2为常数；圆柱齿轮的分圆半径A确定后为常数；被选择啮合 的端面齿轮接触点P距输出轴的距离B通过调速机构选择不同的端面齿轮中一个确定，实 现变速。
[0014] 如图1所示为本发明的行星式多级传动变速方法原理图；行星式多级变速传动装 置包括输入轴1、主动圆锥齿轮2、圆柱齿轮3、端面齿轮4、输出轴5、转臂6和从动圆锥齿 轮7 ;主动圆锥齿轮2与输入轴1连在一起，随输入轴一起转动，并与从动圆锥齿轮7啮合 传递运动和动力；从动圆锥齿轮7与圆柱齿轮3连为一体，并绕转臂6旋转；端面齿轮4为 多个，端面齿轮4为环状结构，多个端面齿轮4选择性与圆柱齿轮3啮合，而且，被选择啮合 (传递动力和运动）的端面齿轮4固定不动，其它的端面齿轮4可自由转动；转臂6与输出 轴5垂直正交，并固连为一体。
[0015] 设输入轴1的转速为Nl，输出轴5的转速为N5,主动圆锥齿轮2的齿数为Z2,从动 圆锥齿轮7的齿数为Z7,圆柱齿轮3的分圆半径为A，端面齿轮4与圆柱齿轮3的接触点为 P，被选择啮合的端面齿轮接触点P(-般设计为齿宽中点）距输出轴5的距离为B，由于该 端面齿轮4固定不动，即圆柱齿轮3上P点应为圆柱齿轮3的速度瞬心，根据相对速度原理 可以得到输入输出转速比：（被选择啮合的端面齿轮距输出轴5的距离B是分别不同的，通 过改变B的大小来改变速度）
[0016] N1/N5 = 1+Z7/Z2*B/A
[0017] 由上述公式可以看出，本发明传动机构的变速比N1/N5与齿数比Z7/Z2、距离比B/ A有关。
[0018] -般主动圆锥齿轮2的齿数Z2,从动圆锥齿轮7的齿数Z7取定后，就不能改变了， 其比值Z7/Z2就为一常数。
[0019] 同样，选定圆柱齿轮3的模数、齿数后，其分圆半径A也为一常数。从图1可以看 出，改变接触点P的位置，即改变B值的大小可以改变输入输出转速比N1/N5的大小。
[0020] 本发明所提出的变速方法和原理就是通过选定Z7/Z2比值，来设定变速区段，通 过改变B值的大小来改变输入输出转速比N1/N5的大小，实现变速范围的调整。为了更加 清晰表述本发明的变速方法和原理，表1给出了一个计算模式。
[0021] 表 1
[0022]
【主权项】
1. 一种行星式多级变速传动装置，其特征在于，包括输入轴、主动圆锥齿轮、圆柱齿轮、 端面齿轮、输出轴、转臂和从动圆锥齿轮；主动圆锥齿轮与输入轴连接，主动圆锥齿轮与从 动圆锥齿轮啮合；从动圆锥齿轮与圆柱齿轮固连，绕转臂旋转；端面齿轮由多个由套圈端 面齿轮组成，都为环状结构，每个套圈端面齿轮都包括端面齿和直齿，端面齿设置在环形套 圈的端面，直齿沿套圈端面齿轮的环形套圈外圆柱面圆周设置，每个套圈端面齿轮的端面 齿与圆柱齿轮啮合，每个套圈端面齿轮的直齿选择性与调速机构的内齿圈啮合固定；转臂 与输出轴垂直正交，并固连为一体。
2. 根据权利要求1所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的调速机构包 括变速驱动电机、驱动螺母、驱动螺杆和内齿圈；内齿圈设置在箱体上，内齿圈的内孔上设 有与套圈端面齿轮的直齿尺寸同样的内齿，在内齿圈的外圆柱面上的对边位置加工有凹 槽，凹槽内设有导向平键，在箱体上设有与导向平键配合的导向槽，驱动螺母通过从导向槽 伸入箱体内与内齿圈连接；驱动螺母与驱动螺杆连接，驱动螺杆与变速驱动电机相连。
3. 根据权利要求2所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的驱动螺杆一 端变速驱动电机相连，另一端通过第二轴承支承于螺杆支座上，变速驱动电机与螺杆支座 安装在箱体上。
4. 根据权利要求2所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的导向槽装有 可收缩防尘罩。
5. 根据权利要求1所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的多个套圈端 面齿轮相互叠加，在相邻的两个套圈端面齿轮中间装有滚针轴承和钢球。
6. 根据权利要求2所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的输入轴为圆 柱形阶梯结构，在中间部位套有第一轴承，左端穿过第一油封的内孔，右端固连有主动圆锥 齿轮；输出轴为圆柱形阶梯结构，其左端通过第六轴承支承于输入轴右端孔内，中间部位套 装第四轴承，第四轴承外圈支承于箱体上。
7. 根据权利要求2所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，所述的输出轴的左 端开有圆柱孔，转臂为圆柱形阶梯结构并穿过该圆柱孔，转臂两端均为台阶结构，长台阶面 上套有第五轴承，轴承外圈上安装圆柱齿轮，在圆柱齿轮的台阶面上通过键连接有从动圆 锥齿轮，分隔套装在从动圆锥齿轮和圆柱齿轮之间。
8. 根据权利要求2所述的行星式多级变速传动装置，其特征在于，相邻的两个套圈端 面齿轮中间设有向心推力球轴承。
9. 应用权利要求1所述的装置行星式多级变速传动方法，其特征在于，动力经输入轴 输入，经主动圆锥齿轮传到从动圆锥齿轮，从动圆锥齿轮带动圆柱齿轮转动，圆柱齿轮选择 性与端面齿轮中一个啮合；端面齿轮静止不动，转臂与输出轴固联，转臂带动输出轴转动； 设输入轴的转速为N1，输出轴的转速为N5,主动圆锥齿轮的齿数为Z2,从动圆锥齿轮的齿 数为Z7,圆柱齿轮的分圆半径为A，端面齿轮与圆柱齿轮的接触点为P，被选择啮合的端面 齿轮接触点P距输出轴的距离为B ;控制被选择啮合的端面齿轮固定不动，端面齿轮与圆柱 齿轮的接触点为圆柱齿轮的速度瞬心，输入输出转速比N1/N5 = 1+Z7/Z2*B/A ;主动圆锥齿 轮的齿数和从动圆锥齿轮的齿数取定后，Z7/Z2为常数；圆柱齿轮的分圆半径A确定后为常 数；被选择啮合的端面齿轮接触点距输出轴的距离B通过调速机构选择不同的端面齿轮中 一个确定，实现变速。
【专利摘要】本发明公开了一种行星式多级变速传动方法及装置。该装置的主动圆锥齿轮与输入轴连接，主动圆锥齿轮与从动圆锥齿轮啮合；从动圆锥齿轮与圆柱齿轮固连，绕转臂旋转；端面齿轮由多个由套圈端面齿轮组成，每个套圈端面齿轮都包括端面齿和直齿，端面齿设置在环形套圈的端面，直齿沿套圈端面齿轮的环形套圈外圆柱面圆周设置，每个套圈端面齿轮的端面齿与圆柱齿轮啮合，每个套圈端面齿轮的直齿选择性与调速机构的内齿圈啮合固定；转臂与输出轴垂直正交，并固连为一体。本发明将无级式变速范围改变成几个可选择的固定转速比，实现了有级式变速器所具有的性能，整个装置结构简单，尺寸重量小，而且传动方式釆用齿式传动，传动效率高。
【IPC分类】F16H3-44
【公开号】CN104633022
【申请号】CN201510061363
【发明人】胡青春
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月5日