CN1108365A - 变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有简单结构和大变速比的变速 器。在本发明的变速器中，一可动齿轮部件有一个被 同轴组合并能绕它们的公共轴线转动的第一小齿轮 和第二小齿轮。一马达使可动齿轮部件在圆形轨道 上运动。一固定环形齿轮固定地包围圆形轨道，并有 一形成在内侧圆周面上的第一内侧齿轮面，其特征在 于，第一小齿轮能与第一内侧齿轮面啮合并在其上滚 动。一与固定环形齿轮同轴的输出环形齿轮可旋转 地包围圆形轨道，并有一个形成在内侧圆周面的第二 内侧齿轮面，其特征在于，第二小齿轮能与第二内侧 齿轮面啮合并在其上滚动。

Description

本发明涉及一种变速器。

对输出端加速或减速的变速器已为人们所熟知。它们通常有一个齿轮***来降低或提高其速度。

然而，采用齿轮***的常规变速器有一个缺点。即，必须组成一个复合齿轮***来减速或加速。但是，使用了复合的齿轮以后，变速器的结构就比较复杂，而且尺寸也较大。

本发明的目的是提供一种具有结构简单、变速增大的变速器。

为达到此目的，本发明的变速器包括：一个具有第一小齿轮和第二小齿轮的可动齿轮部件，第一小齿轮和第二小齿轮同轴组合设置并且能绕着它们的公共轴线转动;

使可动齿轮部件在圆形轨道上运动的传动或驱动装置;

固定在包围圆形轨道的固定环形齿轮，此固定环形齿轮具有一个形成在一个内侧圆周面上的第一内侧齿轮面。其中，第一小齿轮能与第一内侧齿轮面啮合并在其上滚动;以及

一个可旋转地包围圆形轨道的一输出环形齿轮，此输出环形齿轮与固定的环形齿轮同轴，并且有一个能形成在一个内侧圆周面上的第二内侧齿轮面。其中，第二小齿轮能与第二内侧齿轮面啮合并在其上滚动。

在变速器里，可以应用能在圆形轨道上一起运动的多个可动齿轮部件。

此外，传动或驱动装置可有一个与第一小齿轮啮合的主动齿轮，以使可动齿轮部件自转并在圆形轨道上运动。

在本发明中，可动齿轮部件的旋转速度是根据第一小齿轮和固定环形齿轮的第一内侧齿轮面之间的齿数比变化的。此外，变速是根据第二小齿轮和输出环形齿轮的第二内侧内轮面之间的齿数比来完成的。从而，加速和/或减速的变速比就能较大。大的变速可以通过调整第一小齿轮和第一内侧齿轮面之间以及第二小齿轮与第二内侧齿轮面之间的齿数比来得到而无需用常规变速器里的那种复合齿轮***。采用这种结构，本发明的变速器在尺寸上可以做得小而薄。

尤其是在使用能在圆形轨道上一起运动的多个可动齿轮部件的情况下，输出环形齿轮可旋转地支承在多个位置上。从而能避免输出环形齿轮的偏心旋转，以便能实现输出环形齿轮没有噪声和振动的稳定旋转。

而且，在使用与第一小齿轮啮合的主动齿轮的情况下，直接由驱动装置传动的传动元件仅仅是主动齿轮，这样驱动装置所需的转矩可以较小。并且相对于第一小齿轮，主动齿轮相当于一个中心齿轮。这样速度就可在二者之间变化，变速比可变得更大。有了较大的变速比，就能降低可动齿轮部件的转速，噪声也可以减少。

下面将参考附图对本发明的作为例子的加以说明，其中：

图1是本发明第一实施例的变速器平面图;

图2是第一实施例的变速器平面图，其中输出部件已拆除;

图3是第一实施例变速器的正剖视图;

图4是第二实施例变速器的平面图，其中输出部件已拆除;

图5是第二实施例变速器的正剖视图;

图6是一个第三实施例变速器的平面图，其中输出部件已被拆除;

图7是第三实施例变速器的正剖视图;

图8是第四实施例变速器的正剖视图;

图9是第四实施例变速器的侧视图;

图10示出了使用第四实施例变速器的一个装置的说明图;

图11是第五实施例变速器的正剖视图;

图12是一个具有调节第一小齿轮和第二小齿轮之间相对角度位置的装置的一可动齿轮部件的部分平面图;

图13是一图12所示的可动齿轮部件的部分剖视图;

图14是多个可动齿轮部件的部分平面图，它们中的每一个示于图12和13;

图15是一个具有消除间隙的装置的可动齿轮部件的部分平面图;

图16是图15所示的可动齿轮部件的部分剖视图;

图17示出了图15所示的可动齿轮部件的拱形通孔的部分放大图;

图18是-L型构件的透视图;和

图19是多个可动齿轮部件的部分平面图，它们中的每一个示于图15～18。

下面结合附图详细说明本发明的较佳实施例。

第一实施例将参照图1～3加以说明。

首先说明它的结构。

外壳10包括一个下底面12、上顶盖14和连接部分16。下底面12由支架支承（未画出）。在上顶盖14的中心钻有一个通孔18。

一输入轴20，它是输入部件的一个例子，通过轴承21被垂直地及可旋转地安装在下底面12的中心。

杠杆22的一端用销子24水平地固定在输入轴20的上端。有了这个结构，当输入轴20绕其轴转动时，杠杆22可以在一个水平面内旋转。在杠杆22的另一端，有一个向上延伸的垂直轴26。

可动齿轮部件28有一个第一小齿轮和一第二小齿轮32，它们垂直安装。第一小齿轮30的齿数是不同于第二小齿轮的齿数。第一小齿轮30和第二小齿轮32同轴组合设置在一起。可动齿轮部件28被可旋转地安装在垂直轴26上。当杠杆22旋转时，可动齿轮部件28在一个其直径取决于杠杆22长度的圆形轨道上运动（见箭头A）。

一伺服马达34，它是驱动装置的一个例子，用固定件36固定在下底面12的下面。马达34以初速转动输入轴20。如上所述，当马达34转动输入轴20时，可动齿轮部件28在圆形轨道上的箭头A所示方向运动。注意，驱动装置不限于伺服马达，其他能使可动齿轮部件沿轨道运动的装置如发动机和曲轴等也可被用作驱动装置。

一个固定环形齿轮38形成一个环状。此固定环形齿轮38与通孔18同轴并被固定在顶盖14的内表面上。此固定环形齿轮38包围可动齿轮部件的圆形轨道。在固定环形齿轮38的内侧圆周面上形成有第一内侧齿轮面40。第一小齿轮30与第一内侧齿轮面40啮合，并在其上滚动。

一输出环形件42固定在顶盖14的通孔18的边缘周围。

一输出环形齿轮44构成一个环状。此输出环形齿轮44与通孔18同轴地被安装在输出环形件42的里面。在输出环形齿轮44和输出环形件42之间安置有钢球46，使它们形成一个滚珠轴承。输出环形齿轮44能在圆周方向旋转。此输出环形齿轮44也包围可动齿轮部件28的圆形轨道。在输出环形齿轮44的内侧圆周面上形成一个第二内侧齿轮面52。第二小齿轮32与第二内侧齿轮面52啮合，并在其上滚动。

输出部分48被固定在输出环形齿轮44的上表面上。一输出轴50在输出部件48上表面中心垂直地向上延伸。在第一实施例中，输出轴50能与输出环形齿轮40以箭头B的方向一起转动，这样变速后的旋转轴转矩可通过输出轴50得到。

注意，输出转矩不仅能通过输出轴50得到，也能通过输出环形齿轮44得到。轨道转矩能通过输出环形齿轮44得到。

其次，说明变速器的作用。

当马达34起动时，输入轴20以初始旋转速度转动。由于杠杆22固定在输入轴20上，此杆22在水平面上旋转。同时，可动齿轮部件28以箭头A的方向在圆形轨上运动，它的直径由杠杆22的长度决定。

随着可动齿轮部件28的轨道运动，与固定环形齿轮38的内侧齿轮面40啮合的第一小齿轮30自转并在圆形轨道上运动。与第一小齿轮30组合在一起的第二小齿轮32也作自转并与此第一小齿轮30一起在轨道上运动。

第一小齿轮30和第二小齿轮32的自转速度根据第一小齿轮30与固定环形齿轮38的内侧齿轮面40之间的齿数比决定。

有了第二小齿轮32的自转和轨道运动，与第二小齿轮32啮合的输出环形齿轮44以根据第二小齿轮32和第二内侧齿轮面52之间的齿数比决定的旋转速度旋转。变速后的箭头B所示方向的旋转轴转矩或通过输出轴50得到。

在第一实施例的变速器中，可动齿轮部件28的旋转速度是根据第一小齿轮30与固定环形齿轮38的第一内侧齿轮面40之间的齿数比而变化的。此变速后的速度可以根据第二小齿轮32与输出环形齿轮44的第二内侧齿轮面52之间的齿数比进一步加以变化。从而，加速和/或减速的变速比可以变得更大。

下面将参照图4和5说明第二实施例。注意，在第一实施例说明过的部件在图中都以同样的编号来表示，并且省略对它们的说明。

杠杆22a是一个十字形件。在杠杆22A的每一端各自安装可动齿轮部件28a、28b、28e和28d。可动齿轮部件28a、28b、28c和28d能在同一个圆形轨道上运动。第一小齿轮30a、30b、30c和30d具有相同的直径和相同的齿数，并与固定环形齿轮的第一内侧齿轮面40啮合;第二小齿轮32a、32b、32c和32d具有相同的直径和相同的齿数，并与输出环形齿轮44的第二内侧齿轮面52啮合。

第二实施例通过输出轴50得到旋转轴转矩的过程与第一实施例是一样的。特别地，在第二实施例中，输出环形齿轮44总是可以被可旋转地支承在多个位置上，因此能实现输出环形齿轮44的稳定旋转而没有噪声和振动。

第三实施例将参照图6和7来加以说明。在上述实施例已说明过的部件在图中都用相同的编号加以表示，并省略对它们的说明。

在第一和第二实施例中，马达34与杠杆22或22a一起运动。有了杠杆22或22a，马达需要有一个较大的转矩来转动可动齿轮部件28或部件28a、28b、28c和28d。第三实施例提供一个不需要有较大转矩的变速器。

一个主动齿轮60被固定在与马达34连接在一起的输入轴20的顶端。主动齿轮60是与固定环形齿轮38和输出环形齿轮44同轴地安装的。主动齿轮60与输入轴20一起转动，输入轴20则由马达34转动。主动齿轮60与所有第一小齿轮30a、30b、30c和30d啮合，这样主动齿轮60相对于第一小齿轮30a、30b、30c和30d而定就相当于一个中心齿轮。

注意，输入轴20被可旋转地穿过装有滚珠轴承62的杠杆22a。

在第三实施例中，当成达34转动输入轴20和主动齿轮60时，主动齿轮60转动第一小齿轮30a、30b、30c和30d。通过第一小齿轮30a、30b、30c和30d的旋转，可动齿轮部件28a、28b、28c和28d被转动并在圆形轨道上运动。可动齿轮部件28a、28b、28c和28d的变速过程，以及固定环形齿轮38和输出环形齿轮44的变速过程与第二实例一样，所以省略对它们的说明。

在第三实施例中，由马达34直接传动的传动件只有一个主动齿轮60，所以马达34的转矩可以较小。并且相对于第一小齿轮30a、30b、30c和30d而言，主动齿轮60相当于一个中心齿轮，这样旋转速度在主动齿轮60和第一小齿轮30a、30b、30c和30d之间变化，从而变速比可以进一步加大。与第二实施例相比，即使第三实施例的可变旋转速度的改变比第二实施例的低，由于大的变速比，所以第三实施例的输出转矩可以与第二实施例的相同。所以能降低可动齿轮部件28a、28b、28c和28d的旋转速度，从而能减少噪声。

注意，在第三实施例中，主动齿轮60驱动多个可动齿轮部件28a、28b、28c和28d，但它也可以应用于象第一实施例一样的具有一个可动齿轮部件的变速器。

下面将参照图8～10来对第四实施例加以说明。注意，凡是在上面实施例中已经说明过的部件在图中均以相同的编号表示，并省略对它们的说明。

在第一和第二实施例中，依靠含有杠杆22或22a的传动装置转动可动齿轮部件28或部件28a、28b、28c和28d。在第四实施例中，一个圆筒形件70被用来代替杠杆22或22a。

圆筒形件70的两端是敞开的。从圆筒形件70的外圆周面的径向上延伸有四个延伸部件72（图8中示出了两个）。所述延伸件72以一定的角度间隔设置。可动齿轮部件28a、28b、28c和28d（图8中示出了28b和28d）被相应地安装在第一个延伸件72上。圆筒形件70由滚珠轴承74和76被可旋转地设置在外壳10中。

当驱动装置绕其轴旋转圆筒形件70时，输出环形齿轮44能以变速的旋转速度旋转。第四实施例的变速过程与第一和第二实施例的过程相同。在第四实施例中，输出环形齿轮44也可以被可旋转地支承在多个位置上。从而，能避免输出环形齿轮44的偏心旋转，以便实现输出环形齿轮44的稳定旋转并没有噪声和振动。

此外，外壳10内填满了润滑剂78，如油脂，为的是避免内侧机构中的磨损和噪声。

第四实施例的变速器有空心圆筒形件70和空心外壳10，这样它们能形成一个大的空间80。图10示出了使用第四实施例的变速器的一个装置。图10中示出了一个空心马达82，它是驱动装置的一个例子，它有一个与变速器的中空空间80同轴的通孔88。马达82的环形转子84与圆筒形件70相连接，以使马达82转动圆筒形件70。

一个球状螺母86与输出齿环形齿轮44同轴连接，从而，此球状螺母86可被输出环形齿轮44转动。

一个球状螺杆90穿过中空空间80通孔88并与球状螺母86栓在一起。

在图10所示的装置中，当马达82被驱动时，输出环形齿轮44以变速旋转。球形螺母86以与输出环形齿轮44同样的转速转动。有了这个结构，螺杆90以与球形螺母86的转速相对应的速度在轴线方向作直线运动。注意，此螺杆90的直线运动方向可由马达82的环形转子84的旋转方向决定。

在此例中，螺杆90穿过中空空间80和通孔88，但其它构件如电缆、管子等也可穿过其中。

下面将参照图11对第五实施例加以说明。注意，图中凡是在上面的实施例中已说明过的部件都用相同的编号加以表示，并省略了对它们的说明。

第五实施例是对第三实施例有所修改的一个实施例。第五实施例有一个象第四实施例一样的圆筒形件。主动齿轮60形成在圆筒形件70的外圆周面上。

通过利用一个滚珠轴承92，圆筒形中70可相对于可动齿轮部件28a、28b、28c和28d转动（在图11中示出了部件28a、28b、28c和28d）。

当驱动装置使圆筒形件70绕其轴转动时，输出环形齿轮44可以变速旋转。第五实施例的变速过程与第三实施例的相同，并且其效果也与第三实施例的一样。

此外，圆筒形件70有象第四实施例中一样的中空空间80，所以该变速器可用于如图10所示的装置中。

下面说明提高变速器精度的机构。此机构能消除第一小齿轮和固定环形齿轮的第一内侧齿轮面之间以及第二小齿轮和输出环形齿轮的第二内侧齿轮面之间的间隙。

下面参照图12～14说明第一例子。

在图12和13中，设置了为调节可动齿轮部件28a上第一小齿轮30和第二小齿轮32之间相对角度位置的装置。第一小齿轮30和第二小齿轮32通过螺栓100而被固定地连接在一起。螺栓100穿过一个在第二小齿轮32上形成的拱形通孔102，并且与第一小齿轮30拧紧。有了这个结构，在拧松螺栓100后第二小齿轮32可相对于第一小齿轮30在圆周方向移动，其移动范围取决于拱形通孔102的长度。

通过移动第二小齿轮32，就能调节第一小齿轮30和第二小齿轮32之间相对角度位置。通过调节第一小齿轮30与第二小齿轮32之间的相对角度位置，第一小齿轮30与第一内侧齿轮面40之间以及第二小齿轮32与第二输出环形齿轮的内侧齿轮面52之间的间隙可以被消除。当完成调整后，将螺栓拧紧。

图12和13所示的可动齿轮部件可以例如象图14所示那样设置若干个。原则上，可动齿轮部件的数量成偶数。在图14中，4个可动齿轮部件28a、28b、28c和28d以一定的角度间隔设置。在相邻可动齿轮部件28a、28b、28b-28c、28c-28d和28d-28a，第二小齿轮32以彼此相对的方向旋转来消除间隙[见箭头C和D]。

下面参照图15～19说明第二个例子。在第二个例子中，第一小齿轮与第一内侧齿轮面之间以及第二小齿轮与第二内侧齿轮面之间、甚至齿轮被磨损后的间隙也能被自动消除。

在图12～14所示的第一个例子中，当第一小齿轮30、第一内侧齿轮面40、第二小齿轮32和第二内侧齿轮面52被磨损后，对第一小齿轮30与第二小齿轮32之间的相对角度位置必须重新加以调整。

另一方面，在第二个例子中，如图15和16所示，在第一小齿轮30和第二小齿轮32之间弹性地设置了偏置件。该偏置件总是将第一小齿轮偏置得与第一内侧齿轮面40接触以消除它们之间的间隙。同时，偏置件总是将第二小齿轮32偏置得与第二内侧齿轮面52接触以消除它们之间的间隙。通过偏置力，即使齿轮被磨损，第一小齿轮30和第一内侧齿轮面40之间以及第二小齿轮32和第二内侧齿轮面52之间的间隙能被自动消除。

在第二个例子中，偏置件是一个L形构件110和钢球112。如图18所示，L型构件110有一个轴部分114和一个拱形水平部分116。在水平部分116的一端形成一个V形槽122a。L形构件110的轴部分114被嵌入在一个钻在第一小齿轮30中的衔接孔118中;水平部件116被可移动地安放在一个被钻在第二小齿轮32的拱形通孔120内。在拱形通孔120一个内侧面形成一个V形槽122b。V形槽122a和122b彼此相对称地相对。钢球122被压配进V形槽122a和122b之间的拱形通孔120内。注意，顶盖124用于避免钢球122滚出拱形通孔120。

通过压配钢球122，钢球122被弹性地压紧，从而使钢球112的弹力总是以箭头E的方向偏置L形构件。当钢球122被V形槽122a和122b的内侧面轻微地压紧时，如果L形构件110可以在箭头E的方向自由移动，L形构件110在箭头E方向上的移动距离比钢球112的压紧量长。但是，由于第一小齿轮30与第一内侧齿轮面40啮合及第二小齿轮32与第二内侧齿轮面52啮合，L形构件110在箭头E方向的移动受到限制，所以较大的弹力作为内应力贮藏在钢球112内。内应力作用于第二小齿轮32使它们圆周方向转动，这样第二小齿轮32的齿和第二内侧齿轮面52的齿弹性地接触。同时，内应力作用于通过轴部件114与第二小齿轮32连接的第一小齿轮30，使它以圆周方向转动，从而，第一小齿轮30的齿与第一内侧齿轮面40的齿弹性接触。通过齿与齿之间的弹性接触，消除了齿轮之间的间隙。

在第二个例子中，即使齿轮被磨损，钢球112的内应力总是偏置着第一小齿轮30和第二小齿轮32以消除间隙。换句话说，间隙能被自动消除。通过使用钢球112，作为弹性力的内应力必须很大，这样，即使L形构件110由于齿轮磨损而轻微移动还能维持较大的弹性力。注意，偏置L形构件的内应力或弹性力的大小是根据钢球112的直径和/或V形槽122a和122b的角度决定的。

图15～17所示的可动齿轮部件可以例如象图19所示那样设置若干个。原则上，可动齿轮部件的数量应该是偶数。在图19中，以一定的角度间隔设置了四个可动齿轮部件28a、28b、28c和28d。在相邻可动齿轮部件28a-28b、28b-28c、28c-28d和28d-28a，第二小齿轮32总是以彼此相对的方向（见箭头F和G）受到偏置以消除间隙。偏置方向决取于钢球112在拱形通孔120的压配位置。注意，钢球112和水平部分116也可设置在第一小齿轮30中。

在用于消除间隙的装置的第二个例子中，L形构件110和钢球112被用作偏置件。但偏置件不限于L形构件和钢球。其他装置如弹簧、弹性件等也可被用作偏置元件来偏置第一小齿轮30和第二小齿轮32以使它们能在圆周方向转动。

在以上实施例中，每个变速器有一个固定环形齿轮38和一个输出环形齿轮44。变速器还可更进一步包括：一个安装在输出环形齿轮44上平面的第二垂直轴;一个被可旋转地安装在第二垂直轴上的第二可动齿轮部件，一个包围第二可动齿轮部件圆形轨道的第二固定环形齿轮;和一个包围圆形轨道的输出环形齿轮。在这种情况下，变速比能够更大。当然，根据使用要求可以组合三个或三个以上的本发明的变速器。

此发明在没有脱离其精神或基本特征的情况下还可以以其他形式实施。因此，本实施例在各方面被认为是举例说明本发明的例子，而本发明并不限于这些实施例。本发明的范围应如所附权利要求所述而不是以上说明所陈述的发明范围，在与权利要求等效的意图和范围以内的所有变化都拟包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1、一种变速器，包括：

用于以初始旋转速度转动输入部件的驱动装置；

以变速旋转的输出部件，

其特征在于，改进的措施包括：

一个具有第一小齿轮和第二小齿轮的可动齿轮部件，它们被同轴组合设置并能绕它们的公共轴线转动，

以及，上述传动装置使上述可动齿轮部件在圆形轨道上运动，

以及上述输入部件是一个固定包围圆形轨道的固定环形齿轮，此固定齿轮有一个第一内侧齿轮面，它形成在一个内侧圆周面上，上述第一小齿轮能与所述第一内侧齿轮面啮合并在其上滚动，

此外，上述输出部件是一个旋转地包括圆形轨道的输出环形齿轮，该输出环形齿轮与上述固定环形齿轮同轴，该输出环形齿轮有一个第二内侧齿轮面，它形成在一个内侧圆周面上，上述第二小齿轮能与所述第二内侧齿轮面啮合并在其上滚动。

2、如权利要求1所述的变速器，

其特征在于，多个可动齿轮部件可以在圆形轨道上组合地运动。

3、如权利要求1或2所述的变速器，

其特征在于，该驱动装置是一只马达，

此外，上述输入部件是一个杠杆，它的一端与上述马达连接、另一端与上述可动齿轮部件连接，

以及，当上述马达绕上述杠杆的一端转动此杠杆时，上述可动齿轮部件在圆形轨道上运动。

4、如权利要求1或2所述的变速器，

其特征在于，上述驱动装置包括：

一个两端相通的、与上述圆形轨道同轴的，并能绕其轴线转动的圆筒形件，所述可动齿轮部件被固定在此圆筒形件上;

一绕轴线转动上述圆筒形件的马达。

5、如权利要求4所述的变速器，其特征在于，它还包括一个外壳，在外壳内容纳上述可动齿轮部件、上述固定环形齿轮、上述输出环形齿轮和上述圆筒形件。该外壳有一个通孔，此孔与上述圆筒形件同轴。

6、如权利要求1、2、3、4或5所述的变速器，

其特征在于，上述驱动装置包含一个与上述第一小齿轮啮合的主动齿轮，以便使上述可动齿轮部件自转并在圆形轨道上运动。

7、如权利要求6所述的变速器，

其特征在于，上述主动齿轮与圆形轨道同轴。

8、如权利要求7所述的变速器，

其特征在于，上述主动齿轮被固定在圆筒形件上，圆筒形件的两端是通的、并且与上述圆形轨道同轴地安装并能绕其轴线转动，

其特征在于，上述圆筒形件随马达绕轴线转动。

9、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的变速器，

其特征在于，上述可动齿轮部件有一个调节上述第一小齿轮与第二小齿轮之间的相对角度位置的装置。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的变速器，其特征在于，

它还包括消除上述第一小齿轮和上述第一内侧齿轮面之间以及上述第二小齿轮和上述第二内侧齿轮面之间的间隙的装置。

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