CN110529579A - 变速器模块化设计方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速器模块化设计方法及应用，将变速器拆分为标准的变速器模块，标准的变速器模块是由一系列具有标准传动比的变速器结构组成，使用时需要什么样的传动比，就把相应的变速器模块进行首尾串联组装即可；标准的变速器模块包括端盖、轴承一、齿轮轴、键槽一、齿圈、内六角沉头螺栓、箱体、行星轮、铜套、轴承二、轴孔、键槽二、行星轴、连接孔、传动轴平键、螺母、垫片、螺栓。本发明可以有效减少通用变速器的类型和规格，通过标准的变速器模块组装成任意传动比的变速器，使减速机标准化、通用化、规范化。

Description

变速器模块化设计方法及应用

技术领域

本专利申请属于机械设计变速器技术领域，更具体地说，是涉及一种变速器模块化设计方法及应用。

背景技术

变速器是在原动机和工作机或执行机构之间起调整转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。根据传动比可以分为减速机和增速机两种，减速机是降低原动机的转速，增大传递扭矩的机构；增速机是与减速机相反，提高原动机的转速，减低传递扭矩的机构，其中减速机应用最为广泛，是机械传动中必不可少的零部件。由于其应用较为广泛，变速器种类繁多，型号各异，没有统一的标准，对于选型复杂的设备，互换性较低。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种变速器模块化设计方法及应用，以解决背景技术中存在的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种变速器模块化设计方法，建立标准的变速器模块，标准的变速器模块为一系列具有标准传动比的变速器模块，标准的变速器模块具有相同的外部结构，但具有不同的标准传动比，通过标准的变速器模块之间相互无限连接可以组成所需要的传动比，使用时根据所需传动比选择合适的标准的变速器模块，进行首尾相连组装即可。

本发明技术方案的进一步改进在于：标准传动比分为两个系列，分别为由若干质数集合组成的第一系列标准传动比，以及由若干合数集合组成的第二系列标准传动比。

本发明技术方案的进一步改进在于：

第一系列标准传动比为{2、3、5、7、11、13、19}；

第二系列标准传动比为{4、6、8、10、20、50、100}。

一种变速器模块，用于实现上述的设计方法，包括箱体、通过内六角沉头螺栓安装在箱体上的端盖、安装在端盖内孔上的轴承一、安装在箱体凹槽内的轴承二、固定安装在轴承二内的行星轴、设置在行星轴中部的轴孔、对称设置在轴孔上的两个键槽二、安装在行星轴每个直角横梁端的铜套、安装在每个铜套上并位于行星轴直角横梁端内外两侧的两个行星轮、与直角横梁端外侧的两个行星轮相啮合的齿圈、与直角横梁端内侧的两个行星轮相啮合的齿轮轴、设置在齿轮轴中部的轴孔、对称设置在轴孔上的两个键槽一，齿圈两端分别与端盖和箱体对应，齿轮轴中间的一端伸出端盖外，齿轮轴上的轴孔和键槽一分别与行星轴上的轴孔和键槽二对应。

本发明技术方案的进一步改进在于：还设有连接孔和传动轴，若干个相邻的变速器模块之间均通过对称设置在箱体和端盖四周上的连接孔连接紧固，前一个变速器模块的齿轮轴或行星轴、后一个变速器模块的行星轴或齿轮轴均与用于传递转速和扭矩的传动轴连接，传动轴为呈180°分布的双键连接设置，传动轴上设置有平键。

本发明技术方案的进一步改进在于：与连接孔配合的螺栓采用铰制孔螺栓。

本发明技术方案的进一步改进在于：传动轴与变速器模块的行星轴或齿轮轴上的轴孔对应配合，平键与对应行星轴的键槽二或齿轮轴的键槽一连接配合。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：标准的变速器模块是由一系列具有标准传动比的变速器结构组成，标准的变速器模块具有相同的结构，可以相互无限连接，可扩展性强，易于推广使用。

本发明有效减少通用变速器的类型和规格，通过标准的变速器模块组装成任意传动比的变速器，使减速机标准化、通用化、规范化，具有容易实现、效率高、实用性强的优点。

附图说明

图1为本发明的逻辑原理图；

图2为本发明变速器模块的结构示意图；

图3为本发明变速器模块的左视图；

图4为本发明标准的变速器模块间的装配示意图；

图5为本发明变速器模块之间传动轴的零件示意图；

图6为本发明变速器模块连接结构示意图；

图7为本发明变速器模块之间传动轴的安装示意图；

图中：1、端盖；2、轴承一；3、齿轮轴；4、键槽一；5、齿圈；6、内六角沉头螺栓；7、箱体；8、行星轮；9、铜套；10、轴承二；11、轴孔；12、键槽二；13、行星轴；14、连接孔；15、标准的变速器模块一；16、连接装配图；17、标准的变速器模块二；18、标准的变速器模块三；19、传动轴；20、平键； 21、传动轴装配图；22、螺母；23、垫片；24、螺栓。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明公开了一种变速器模块化设计方法，参见图1-图7，包括建立标准的变速器模块，标准的变速器模块为一系列具有标准传动比的变速器模块，标准的变速器模块具有相同的外部结构，但具有不同的标准传动比，通过标准的变速器模块之间相互无限连接可以组成所需要的传动比，使用时根据所需传动比选择合适的标准的变速器模块，进行首尾相连组装即可。

标准传动比分为两个系列，分别为由若干质数集合组成的第一系列标准传动比，以及由若干合数集合组成的第二系列标准传动比。

标准传动比的选择是建立变速器模块化设计方法的核心，选择合理的标准传动比，才能满足不同的传动比要求。根据数据的基本特性，对传动比进行分解因式，最终会得到一系列的质数，因此选用基本的质数序列作为标准传动比第一系列，即第一系列标准传动比为{2、3、5、7、11、13、19}。此外，为减少减速机串联数量，减少减速机的体积，引入标准传动比第二系列，第二系列标准传动比为{4、6、8、10、20、50、100}。

如图1所示，输入A通过模块一、模块二、模块三输出B，其模块分别具有标准传动比c、f、i，因此B=cfiA，总传动比为cfi，因此此传动比由三个传动比组成；只要将相应传动比的减速机模块进行串联安装到一起就得到所需传动比的变速器，如图4所示，将模块化变速器首尾相连即可实现所需传动比。

如需要传动比为70的变速器，即B=70A，则为传动比为70的增速器，将70因式分解可得70=2×5×7，则将传动比为2、5、7的标准变速器模块组装到一起就获得所需要的增速器。如果需要传动比为1/70的减速器，则只需要将输入/输出轴调转即可实现同减速比减速器。

如需要实现传动比为12.5的变速器，则可以将12.5转化为分数形式再选择合适的标准传动比，即12.5=25/2=5×5×（1/2），因此可以选择标准传动比为5的变速器模块2台，传动比为2 的变速器模块一台，2台传动比5的变速器模块相连接，将传动比为2的变速器模块反向连接，即可实现所需的传动比。此外只要注意变速器模块的方向即可，连接顺序可以任意调换。

一种变速器模块，用于实现上述的设计方法，包括箱体7、通过内六角沉头螺栓6安装在箱体7上的端盖1、安装在端盖1内孔上的轴承一2、安装在箱体7凹槽内的轴承二10、固定安装在轴承二10内的行星轴13、设置在行星轴13中部的轴孔11、对称设置在轴孔11上的两个键槽二12、安装在行星轴13每个直角横梁端的铜套9、安装在每个铜套9上并位于行星轴13直角横梁端内外两侧的两个行星轮8、与直角横梁端外侧的两个行星轮8相啮合的齿圈5、与直角横梁端内侧的两个行星轮8相啮合的齿轮轴3、设置在齿轮轴3中部的轴孔11、对称设置在轴孔11上的两个键槽一4，齿圈5两端分别与端盖1和箱体7对应，齿轮轴3中间的一端伸出端盖1外，齿轮轴3上的轴孔11和键槽一4分别与行星轴13上的轴孔11和键槽二12对应。

还设有连接孔14和传动轴19，若干个相邻的变速器模块之间均通过对称设置在箱体7和端盖1四周上的连接孔14连接紧固，前一个变速器模块的齿轮轴3或行星轴13、后一个变速器模块的行星轴13或齿轮轴3均与用于传递转速和扭矩的传动轴19连接，传动轴19为呈180°分布的双键连接设置，传动轴19上设置有平键20。

与连接孔14配合的螺栓24采用铰制孔螺栓24。

传动轴19与变速器模块的行星轴13或齿轮轴3上的轴孔11对应配合，平键20与对应行星轴13的键槽二12或齿轮轴3的键槽一4连接配合。

如图2所示，该标准变速器模块，齿轮轴3和行星轴13均设计为标准的传动轴接口，其既可以做输入轴，也可以做输出轴。当齿轮轴做输入轴，行星轴做输出轴，则为减速器，反之则为增速器。因此，标准传动比为7的该标准变速器模块，既可以是增速比为7的增速器，也可以是减速比为1/7的减速器。

如图4所示，该标准化变速器模块可以相互连接成一个整体，图4即是将标准变速器模块一15，标准变速器模块二17，标准变速器模块三18相互连接在一起，并将传动轴19分别安装在标准变速器模块一15的输入轴及标准变速器模块三18的输出轴上，形成一套标准的三模块变速器。

如图4、图6所示，不同的标准变速器模块之间依靠连接孔14进行连接紧固，其螺栓24采用铰制孔螺栓，既可以保证标准变速器模块之间紧密连接，又可以承受传动轴19带来的反向传动扭矩；螺母22与标准的变速器模块一15之间设置有垫片23。

如图4、图7所示，前一标准变速器模块的输出轴和后一标准变速器模块的输入轴之间安装传动轴19和平键20，传动轴19安装在轴孔11内，平键20分别安装在标准变速器模块一15的输出轴和标准变速器模块二17的输出轴键槽内，保证转速和扭矩的传递。具体举例如下：

具体实施例一：需要传动比为105的变速机

1、将传动比分解因式：105=3×5×7；

2、选取标准变速器模块，传动比为3、5、7的模块

3、分别将相应标准变速器模块进行首尾相连，以行星轴13为输入端，以齿轮轴3为输出端，并在输入和输出端安装传动轴19及平键20即可。

只需要三步就可以得到传动比为105的变速器。

具体实施例二：需要传动比为30.25的变速机

1、将传动比分解因式： 30.25=3025/100=121/4=11×11/4；

2、选取标准变速器模块，传动比为11、11、4的模块

3、分别将标准变速器模块传动比11的2台进行首尾相连，以行星轴13为输入端，以齿轮轴3为输出端。标准变速器模块传动比为4的进行反向安装，以齿轮轴3为输入端，以行星轴13为输出端。

只需要三步就可以得到传动比为30.25的变速器。

具体实施案例三：需要传动比为1/60的变速机即传动比为60的减速机

1、将传动比分解因式：60=2×2×3×5=6×10 ；

2、由于直接分解因式，需要四组标准变速器模块，因此选取第二系列的标准传动比6和10，只需要2组，能较将变速机的体积减少一倍，因此选取标准传动比为6和10的标准变速器模块。

3、分别将标准变速器模块传动比6和10进行首尾相连，以齿轮轴3为输入端，以行星轴13为输出端

只需要三步就可以得到传动比为1/60的变速器即传动比为60的减速机。

Claims (7)

1.一种变速器模块化设计方法，其特征在于：建立标准的变速器模块，标准的变速器模块为一系列具有标准传动比的变速器模块，其具有相同的外部结构，但具有不同的标准传动比，通过标准的变速器模块之间相互无限连接可以组成所需要的传动比，使用时根据所需传动比选择合适的标准的变速器模块，进行首尾相连组装即可。

2.根据权利要求1所述的变速器模块化设计方法，其特征在于：标准传动比分为两个系列，分别为由若干质数集合组成的第一系列标准传动比，以及由若干合数集合组成的第二系列标准传动比。

3.根据权利要求2所述的变速器模块化设计方法，其特征在于：

第一系列标准传动比为{2、3、5、7、11、13、19}；

第二系列标准传动比为{4、6、8、10、20、50、100}。

4.一种变速器模块，其特征在于：用于实现上述的设计方法，包括箱体（7）、通过内六角沉头螺栓（6）安装在箱体（7）上的端盖（1）、安装在端盖（1）内孔上的轴承一（2）、安装在箱体（7）凹槽内的轴承二（10）、固定安装在轴承二（10）内的行星轴（13）、设置在行星轴（13）中部的轴孔（11）、对称设置在轴孔（11）上的两个键槽二（12）、安装在行星轴（13）每个直角横梁端的铜套（9）、安装在每个铜套（9）上并位于行星轴（13）直角横梁端内外两侧的两个行星轮（8）、与直角横梁端外侧的两个行星轮（8）相啮合的齿圈（5）、与直角横梁端内侧的两个行星轮（8）相啮合的齿轮轴（3）、设置在齿轮轴（3）中部的轴孔（11）、对称设置在轴孔（11）上的两个键槽一（4），齿圈（5）两端分别与端盖（1）和箱体（7）对应，齿轮轴（3）中间的一端伸出端盖（1）外，齿轮轴（3）上的轴孔（11）和键槽一（4）分别与行星轴（13）上的轴孔（11）和键槽二（12）对应。

5.根据权利要求4所述的变速器模块，其特征在于：还设有连接孔（14）和传动轴（19），若干个相邻的变速器模块之间均通过对称设置在箱体（7）和端盖（1）四周上的连接孔（14）连接紧固，前一个变速器模块的齿轮轴（3）或行星轴（13）、后一个变速器模块的行星轴（13）或齿轮轴（3）均与用于传递转速和扭矩的传动轴（19）连接，传动轴（19）为呈180°分布的双键连接设置，传动轴（19）上设置有平键（20）。

6.根据权利要求5所述的变速器模块，其特征在于：与连接孔（14）配合的螺栓（24）采用铰制孔螺栓（24）。

7.根据权利要求5所述的变速器模块，其特征在于：传动轴（19）与变速器模块的行星轴（13）或齿轮轴（3）上的轴孔（11）对应配合，平键（20）与对应行星轴（13）的键槽二（12）或齿轮轴（3）的键槽一（4）连接配合。