CN118088633A - 变速装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变速装置，涉及变速机械的领域，可以解决现有技术中的变速箱在变速时存在响应延迟的问题。变速装置包括壳体、行星齿轮组件，行星齿轮组件包括齿轮圈、太阳轮、第一行星齿组和第二行星齿组，第一行星齿组和第二行星齿组位于齿轮圈的两端，第一行星齿组包括第一行星架和多个第一行星齿轮，多个第一行星齿轮啮合连接于齿轮圈的齿圈与太阳轮之间，第二行星齿组包括第二行星架和多个第二行星齿轮，多个第二行星齿轮啮合连接于齿轮圈的齿圈与太阳轮之间，输入轴的一端与动力装置连接，输出轴的一端与执行装置连接；容纳腔的腔壁与齿轮圈的外壁之间连接有用于限制齿轮圈的限制件，以使齿轮圈处于自转状态或停转状态。

Description

变速装置

技术领域

本申请涉及变速机械的领域，具体涉及一种变速装置。

背景技术

变速箱是一种关键的机械装置，它不仅在汽车领域发挥着重要作用，还广泛应用于工业机械、航空航天、海洋工程等多个领域。通过改变齿轮的啮合比例，变速箱可以调节动力传输的速度和扭矩，从而适应不同的工作条件和性能需求。它使设备能够在不同的负载和速度下高效、稳定地运行，优化能源消耗并提高整体工作效率。

在现有技术中，无论是在驾驶领域还是其他工业应用中，变速箱在切换挡位以变换速比时，都需要调节不同齿轮之间的啮合，这一过程涉及齿轮的接合与分离，因此存在时间差，导致在变速过程中会经历一个瞬时的停顿或响应延迟，这种延迟影响了变速箱的响应速度和***的整体效率，尤其在需要快速准确变速的应用中。

发明内容

为此，本申请提供一种变速装置，以解决现有技术中的变速箱在变速时存在响应延迟的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种变速装置，包括壳体、连接于所述壳体的容纳腔内的行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括齿轮圈、位于所述齿轮圈内的太阳轮、通过输入轴转动连接于所述壳体的第一行星齿组和通过输出轴转动连接于所述壳体的第二行星齿组，所述第一行星齿组和所述第二行星齿组位于所述齿轮圈的两端，所述第一行星齿组包括连接于所述输入轴的第一行星架和多个转动连接于所述第一行星架的第一行星齿轮，多个所述第一行星齿轮啮合连接于所述齿轮圈的齿圈与所述太阳轮之间，所述第二行星齿组包括连接于所述输出轴的第二行星架和多个转动连接于所述第二行星架的第二行星齿轮，多个所述第二行星齿轮啮合连接于所述齿轮圈的齿圈与所述太阳轮之间，所述输入轴远离所述第一行星架的一端伸出所述壳体且与动力装置连接，所述输出轴远离所述第二行星架的一端伸出所述壳体且与执行装置连接；

所述容纳腔的腔壁与所述齿轮圈的外壁之间连接有用于限制所述齿轮圈的限制件，以使所述齿轮圈处于自转状态或停转状态。

可选地，所述限制件包括固定连接于所述容纳腔的腔壁的限位圈、活动连接于所述齿轮圈远离齿圈的外壁的摩擦圈和连接于所述容纳腔的腔壁且用于驱动所述摩擦圈抵靠或远离所述限位圈的驱动件，所述齿轮圈远离齿圈的外壁沿自身周向方向固定连接有支撑圈，所述摩擦圈套设于所述支撑圈的外壁，所述摩擦圈和所述支撑圈的一者沿自身周向方向形成有多个第一齿槽，另一者形成有多个与所述第一齿槽啮合配合的第一齿状凸起，多个所述第一齿槽与多个所述第一齿状凸起一一对应，所述驱动件连接于所述摩擦圈，用于驱动所述摩擦圈沿所述齿槽的长度延伸方向往复运动。

可选地，所述驱动件为液压杆、电机或用于与所述摩擦圈磁力配合的电磁铁。

可选地，所述第一齿状凸起形成于所述摩擦圈，所述摩擦圈远离所述支撑圈的外周壁沿自身周向方向形成有多个第二齿槽，所述限位圈形成有多个与所述第二齿槽啮合配合的第二齿状凸起，所述摩擦圈的外周壁还开设有用于连接所述驱动件的连接环槽，所述第一行星架的外周壁形成有用于与所述第一齿状凸起啮合配合的第三齿槽。

可选地，所述太阳轮包括用于与所述第一行星齿轮啮合配合的第一太阳轮和一体连接于所述第一太阳轮的一端且用于所述第二行星齿轮啮合配合的第二太阳轮。

可选地，所述行星齿轮组件为多个，多个所述行星齿轮组件依次串联，相邻的两个所述星齿轮组件的输出轴和输入轴通过支撑盘连接，所述支撑盘的边缘支撑于所述容纳腔的腔壁。

可选地，所述限制件为单向轴承，所述单向轴承的外圈连接于所述容纳腔的腔壁，所述单向轴承的内圈套设于所述齿轮圈的外壁。

可选地，所述壳体为圆柱体，所述输入轴的中轴线与所述输出轴的中轴线共线。

相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

当限制件限制齿轮圈以使齿轮圈处于停转状态时，齿轮圈不随输入轴转动。在这种状态下，动力装置通过输入轴驱动第一行星架转动，使得多个第一行星齿轮绕太阳轮公转的同时也自转，这种公转和自转的组合可通过设计的齿数比实现，太阳轮在第一行星齿轮的驱动下自转，太阳轮再驱动多个第二行星齿轮和第二行星架转动，最终使得输出轴转动。这种机制允许变速装置通过改变第一、第二行星齿轮与太阳轮的齿数比来实现增速或减速的功能；

当限制件使齿轮圈处于自转状态时，齿轮圈不再受到壳体的限制，能够自由转动，在这种模式下，输入轴通过第一行星架驱动第一行星齿轮转动。由于齿轮圈现在可以转动，太阳轮和齿轮圈的转向相反，通过设计的齿数比，第一行星齿轮和第二行星齿轮可以仅进行自转，而不围绕太阳轮进行公转，这样实现了直连传动，即速比为1:1，如此，仅通过限制件即可实现减速或增速以及直连之间的快速切换，从而提高效率和响应速度。

附图说明

为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。

图1为本申请一个实施例提供的一种变速装置的整体结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的一种变速装置的行星齿轮组件的结构示意图；

图3为图2沿a-a方向的部分剖视图；

图4为图3的侧视图；

图5为图3的部分结构示意图；

图6为图5的部分结构示意图；

图7为图5的正视图；

图8为本申请一个实施例提供的一种变速装置的行星齿轮组件的增速或减速时的齿轮圈、太阳轮和第一行星齿组的转向示意图；

图9为本申请一个实施例提供的一种变速装置的行星齿轮组件的直连时的齿轮圈、太阳轮和第一行星齿组的转向示意图；

图10为本申请另一个实施例提供的一种变速装置的行星齿轮组件的结构示意图；

图11为图10的部分结构示意图；

图12为图10的部分结构示意图；

图13为本申请另一个实施例提供的一种变速装置的多个行星齿轮组件串联的结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；11、输入轴；12、输出轴；13、限位圈；131、第二齿状凸起；14、驱动件；15、支撑盘；2、行星齿轮组件；21、齿轮圈；211、摩擦圈；2111、第二齿槽；2112、连接环槽；212、支撑圈；2121、第一齿槽；22、太阳轮；221、第一太阳轮；222、第二太阳轮；23、第一行星齿组；231、第一行星架；2311、第三齿槽；232、第一行星齿轮；24、第二行星齿组；241、第二行星架；242、第二行星齿轮；3、锥齿轮组；4、限制件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

参考图1-9，本申请公开一种变速装置，包括壳体1、连接于壳体1的容纳腔内的行星齿轮组件2，行星齿轮组件2包括齿轮圈21、位于齿轮圈21内的太阳轮22、通过输入轴11转动连接于壳体1的第一行星齿组23和通过输出轴12转动连接于壳体1的第二行星齿组24，第一行星齿组23和第二行星齿组24位于齿轮圈21的两端，第一行星齿组23包括连接于输入轴11的第一行星架231和多个转动连接于第一行星架231的第一行星齿轮232，多个第一行星齿轮232啮合连接于齿轮圈21的齿圈与太阳轮22之间，第二行星齿组24包括连接于输出轴12的第二行星架241和多个转动连接于第二行星架241的第二行星齿轮242，多个第二行星齿轮242啮合连接于齿轮圈21的齿圈与太阳轮22之间，输入轴11远离第一行星架231的一端伸出壳体1且与动力装置连接，输出轴12远离第二行星架241的一端伸出壳体1且与执行装置连接；容纳腔的腔壁与齿轮圈21的外壁之间连接有用于限制齿轮圈21的限制件4，以使齿轮圈21处于自转状态或停转状态。

当限制件4限制齿轮圈21以使齿轮圈21处于停转状态时，齿轮圈21不随输入轴11转动。在这种状态下，动力装置通过输入轴11驱动第一行星架231转动，使得多个第一行星齿轮232绕太阳轮22公转的同时也自转，这种公转和自转的组合可通过设计的齿数比实现，太阳轮22在第一行星齿轮232的驱动下自转，太阳轮22再驱动多个第二行星齿轮242和第二行星架241转动，最终使得输出轴12转动。这种机制允许变速装置通过改变第一、第二行星齿轮242与太阳轮22的齿数比来实现增速或减速的功能；

当限制件4使齿轮圈21处于自转状态时，齿轮圈21不再受到壳体1的限制，能够自由转动，在这种模式下，输入轴11通过第一行星架231驱动第一行星齿轮232转动。由于齿轮圈21现在可以转动，太阳轮22和齿轮圈21的转向相反，通过设计的齿数比，第一行星齿轮232和第二行星齿轮242可以仅进行自转，而不围绕太阳轮22进行公转，这样实现了直连传动，即速比为1:1，如此，仅通过限制件4即可实现减速或增速以及直连之间的快速切换，从而提高效率和响应速度。

动力装置可以是发动机、电动机等，执行装置可以是各种装置，比如车辆的车轮，在机械加工设备中，执行装置可以是工具头，如钻头、铣刀头等。

需要解释的是，行星轮、太阳轮22和齿轮圈21组成的行星齿轮结构本身为现有技术，本领域技术人员可以通过调整行星轮、太阳轮22和齿轮圈21之间的齿数比实现减速、增速和直连，对此，本申请不作赘述。

限制件4包括固定连接于容纳腔的腔壁的限位圈13、活动连接于齿轮圈21远离齿圈的外壁的摩擦圈211和连接于容纳腔的腔壁且用于驱动摩擦圈211抵靠或远离限位圈13的驱动件14，齿轮圈21远离齿圈的外壁沿自身周向方向固定连接有支撑圈212，摩擦圈211套设于支撑圈212的外壁，摩擦圈211和支撑圈212的一者沿自身周向方向形成有多个第一齿槽2121，另一者形成有多个与第一齿槽2121啮合配合的第一齿状凸起，多个第一齿槽2121与多个第一齿状凸起一一对应，驱动件14连接于摩擦圈211，用于驱动摩擦圈211沿齿槽的长度延伸方向往复运动。

当驱动件14驱动摩擦圈211抵靠到限位圈13时，齿轮圈21通过摩擦圈211与限位圈13之间的摩擦力被固定，不随输入轴11转动，限位圈13处于停转状态；当驱动件14驱动摩擦圈211远离限位圈13时，齿轮圈21不再受到壳体1的限制，能够自由转动，限位圈13处于自转状态。

摩擦圈211和支撑圈212之间的第一齿槽2121和第一齿状凸起形成了精密的啮合结构，当需要变速时，驱动件14激活，推动摩擦圈211沿着第一齿槽2121和第一齿状凸起的啮合路径移动，使摩擦圈211的侧壁抵靠到限位圈13的侧壁，这样的运动允许摩擦圈211相对于齿轮圈21进行精确的位置调整，从而控制齿轮圈21的运动状态，实现速比的快速切换。

其中，摩擦圈211可以快速抵靠和远离限位圈13，实现变速的快速响应，且由于齿轮圈21仅和第一、第二行星齿轮242啮合配合，因此不需要太大的摩擦力，即可实现齿轮圈21的有效控制和稳定传动。

驱动件14为液压杆、电机或用于与摩擦圈211磁力配合的电磁铁。其中，可以优选电磁铁，电磁铁不需要与摩擦圈211直接接触，即可通过磁力实现对摩擦圈211的精确控制，当电磁铁通电时，产生的磁场可以远距离影响摩擦圈211，使其沿预定路径移动，从而实现变速控制，这种非接触式控制减少了物理磨损，增加了***的可靠性和耐久性。

参考图10-11，在一些实施例中，第一齿状凸起形成于摩擦圈211，摩擦圈211远离支撑圈212的外周壁沿自身周向方向形成有多个第二齿槽2111，限位圈13形成有多个与第二齿槽2111啮合配合的第二齿状凸起131，摩擦圈211的外周壁还开设有用于连接驱动件14的连接环槽2112，第一行星架231的外周壁形成有用于与第一齿状凸起啮合配合的第三齿槽2311。

第二齿状凸起131与第二齿槽2111的啮合关系使得摩擦圈211和限位圈13之间没有相对运动，使行星齿轮组件2实现更稳定和迅速的减速或加速。

当需要进行直连传动时，摩擦圈211移动，使第一齿状凸起同时与第三齿槽2311(位于第一行星架231上)和第一齿槽2121(位于支撑圈212上)啮合，这种三者之间的同时啮合关系使得第一行星架231与齿轮圈21可以紧密地联锁，从而实现与输入轴11同步的直连传动。在这个状态下，输入轴11、第一行星架231、齿轮圈21、以及输出轴12之间实现:的速比，确保了直连传动的高效率和稳定性。

太阳轮22包括用于与第一行星齿轮232啮合配合的第一太阳轮221和一体连接于第一太阳轮221的一端且用于第二行星齿轮242啮合配合的第二太阳轮222。

参考图6，第一太阳轮221用于与第一行星齿轮232啮合配合，第二太阳轮222与第二行星齿轮242啮合配合，这两个太阳轮22是一体连接的。通过设计第一太阳轮221和第二太阳轮222具有不同的直径，可以实现对各自啮合的行星齿轮组的减速比进行精确调整。

其中，图8和图9为第二行星齿轮242、齿轮圈21和第二太阳轮222之间增速或减速、直连状态的转向示意图，图8中，第二太阳轮222顺时针自动，两个第二行星齿轮242不仅逆时针自转，而且绕第二太阳轮222顺时针公转，此时的齿轮圈21处于停转状态，此时的行星齿轮组件2处于增速或减速状态；图9中，第二太阳轮222顺时针自动，两个第二行星齿轮242逆时针自转，而齿轮圈21处于逆时针的自转状态，两个第二行星齿轮242则不随第二太阳轮222的转动而公转，此时的行星齿轮组件2处于直连状态。

参考图13，在一些实施例中，行星齿轮组件2为多个，多个行星齿轮组件2依次串联并布置在壳体1，相邻的两个星齿轮组件的输出轴12和输入轴11通过支撑盘15连接，支撑盘15的边缘支撑于容纳腔的腔壁，串联的多个行星齿轮组件2的两端分别为输入轴11和输出轴12。

行星齿轮组件2不仅可以单独存在的，还可以多个串联起来，以形成一个复合的传动***；通过这种串联配置，一些行星齿轮组件2可以被设计专门用于减速，而其他的行星齿轮组件2则可被设计用于增速。这样，当需要增速时，可以通过将减速用的行星齿轮组件2的摩擦圈211通过驱动件14控制远离限位圈13，使其处于直连状态，从而绕过减速齿轮组件，使整个行星齿轮组件2的串联组处于增速状态。相反，当需要减速时，增速用的行星齿轮组件2的摩擦圈211会靠近限位圈13，从而激活减速齿轮组件，实现整体的减速效果。这种配置使得变速***可以更灵活地适应不同的工作条件和需求，以实现更细致和复杂的速比调整，从而提高整个变速***的效率和性能。

在一些实施例中，限制件4为单向轴承，单向轴承的外圈连接于容纳腔的腔壁，单向轴承的内圈套设于齿轮圈21的外壁。单向轴承为现有技术，单向轴承使得齿轮圈21朝向一个方向(比如顺时针方向)转动时，齿轮圈21可以自由转动，即齿轮圈21处于自转状态，这样，行星齿轮组件2则处于增速或减速的状态；当齿轮圈21朝向另一个方向(比如逆时针方向)转动时，齿轮圈21的转动受到限制，即齿轮圈21处于停转状态，这样，行星齿轮组件2则处于直连的状态。

参考图12，在一些实施例中，壳体1还可以布置有锥齿轮组3，锥齿轮组3相比于行星齿轮组件2，可以实现一些特殊速比的转换，当然，也可以将任意数量的锥齿轮组3和任意数量的行星齿轮组件2串联组合在一起，形成更精密的速度控制***；其中，对于锥齿轮组3，当齿轮圈21处于停转状态时，此时若输入轴11顺时针转动，则输出轴12逆时针转动，即输入轴11与输出轴12转向相反，因此，通过在多个行星齿轮组件2中的一个或多个中设置锥齿轮组3，即可通过限制件4对齿轮圈21的控制实现转向方向的转变。

壳体1为圆柱体，输入轴11的中轴线与输出轴12的中轴线共线。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种变速装置，其特征在于，包括壳体、连接于所述壳体的容纳腔内的行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括齿轮圈、位于所述齿轮圈内的太阳轮、通过输入轴转动连接于所述壳体的第一行星齿组和通过输出轴转动连接于所述壳体的第二行星齿组，所述第一行星齿组和所述第二行星齿组位于所述齿轮圈的两端，所述第一行星齿组包括连接于所述输入轴的第一行星架和多个转动连接于所述第一行星架的第一行星齿轮，多个所述第一行星齿轮啮合连接于所述齿轮圈的齿圈与所述太阳轮之间，所述第二行星齿组包括连接于所述输出轴的第二行星架和多个转动连接于所述第二行星架的第二行星齿轮，多个所述第二行星齿轮啮合连接于所述齿轮圈的齿圈与所述太阳轮之间，所述输入轴远离所述第一行星架的一端伸出所述壳体且与动力装置连接，所述输出轴远离所述第二行星架的一端伸出所述壳体且与执行装置连接；

所述容纳腔的腔壁与所述齿轮圈的外壁之间连接有用于限制所述齿轮圈的限制件，以使所述齿轮圈处于自转状态或停转状态。

2.根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述限制件包括固定连接于所述容纳腔的腔壁的限位圈、活动连接于所述齿轮圈远离齿圈的外壁的摩擦圈和连接于所述容纳腔的腔壁且用于驱动所述摩擦圈抵靠或远离所述限位圈的驱动件，所述齿轮圈远离齿圈的外壁沿自身周向方向固定连接有支撑圈，所述摩擦圈套设于所述支撑圈的外壁，所述摩擦圈和所述支撑圈的一者沿自身周向方向形成有多个第一齿槽，另一者形成有多个与所述第一齿槽啮合配合的第一齿状凸起，多个所述第一齿槽与多个所述第一齿状凸起一一对应，所述驱动件连接于所述摩擦圈，用于驱动所述摩擦圈沿所述齿槽的长度延伸方向往复运动。

3.根据权利要求2所述的变速装置，其特征在于，所述驱动件为液压杆、电机或用于与所述摩擦圈磁力配合的电磁铁。

4.根据权利要求2所述的变速装置，其特征在于，所述第一齿状凸起形成于所述摩擦圈，所述摩擦圈远离所述支撑圈的外周壁沿自身周向方向形成有多个第二齿槽，所述限位圈形成有多个与所述第二齿槽啮合配合的第二齿状凸起，所述摩擦圈的外周壁还开设有用于连接所述驱动件的连接环槽，所述第一行星架的外周壁形成有用于与所述第一齿状凸起啮合配合的第三齿槽。

5.根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述太阳轮包括用于与所述第一行星齿轮啮合配合的第一太阳轮和一体连接于所述第一太阳轮的一端且用于所述第二行星齿轮啮合配合的第二太阳轮。

6.根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述行星齿轮组件为多个，多个所述行星齿轮组件依次串联，相邻的两个所述星齿轮组件的输出轴和输入轴通过支撑盘连接，所述支撑盘的边缘支撑于所述容纳腔的腔壁。

7.根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述限制件为单向轴承，所述单向轴承的外圈连接于所述容纳腔的腔壁，所述单向轴承的内圈套设于所述齿轮圈的外壁。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的变速装置，其特征在于，所述壳体为圆柱体，所述输入轴的中轴线与所述输出轴的中轴线共线。