CN1707136B - 行星滚筒式连续变速器 - Google Patents

Abstract

实现了在以预定速比为中心、包括1：1、精确调整或有意控制输出轴与输入轴的转速比。行星滚筒增速机构，其输入轴是承载轴，其输出轴是恒星轴；行星滚筒减速机构，其输入轴是恒星轴，其输出轴是承载轴；以及滚筒环驱动机构，用于旋转地驱动与行星滚筒减速机构的行星滚筒接触的滚筒环，设置在一个壳体内。行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连。

Description

行星滚筒式连续变速器

技术领域

本发明涉及设置在驱动机构和被驱动机构之间的行星滚筒(roller)式连续变速器，并且还涉及行星滚筒式连续变速器，它适合于用在以预定速比为中心、包括1∶1、精确调整或有意控制其输出轴与输入轴的转速比的情况。 

本申请基于在日本提交的专利申请2004-173019，其内容包含于本文作为参考。 

背景技术

到目前为止，非常需要连续变速器。例如，在驱动机构是电机的情况下，当诸如施加于电机的电压的操作环境发生改变时，可能不会获得电机输出轴和被驱动机构的输入轴之间的预定的转速比。在这种情况下，有必要通过机械调节器调整转速比。 

而且，当在纺织厂卷绕纱线时，随着纱线卷绕的进行，卷绕纱线的周长改变，因此有必要调整纱线卷绕速度。作为解决这些问题的装置，采用了诸如链式连续变速器的装置。 

最近几年，需要在印刷机、测量设备、车辆转向***等等领域中进行转速比调整，并且需要高质量动力传输装置，产生低的噪音，并具有高度紧凑性、极低反冲、极低转速变化、高效、高可靠性等。 

这种技术的一个例子在公开号为2004-58896的日本专利申请中给出，它公开了一种转向装置，包括线控转向***中的差速传动机构。 

发明内容

连续变速器具有以下要求。 

1)输出轴对输入轴的速比(转速比)应当具有对应于两个轴直接相连的情况的1∶1的标准转速比，或者根据需要设定为任何比例的标准转速比。 

2)需要一种动力传输装置，它可以根据操作状态在较小的范围内增大和减小转速比，例如当输入轴的转速太大时降低转速比，或者当输入轴的转速太小时增大转速比。 

3)连续变速器的变速操作应当根据来自控制装置的指令电动执行，但是在故障情况下，例如电力***线路断开时，必须回到标准转速比以免断开机械连接。 

4)即使在连续变速器中发生大的过载，或者如果连续变速器的动力传输装置中的部件如滚筒之间发生打滑时，输入和输出轴之间也不得出现大的相对位移。 

5)当速度由连续变速器增大或减小时，间隙必须降低，并且必须提高变速操作的精度。 

6)连续变速器的部件应当作为一个整体紧凑地组合在单一一个壳体内。 

7)应当实现产生低的噪音并具有高的刚度、高效率、极低角量传动误差、和极低反冲的高质量动力传输装置。 

本发明的一个目的是提供一种可以克服上述问题的电动紧凑连续变速器。 

为了克服上述问题，本发明的行星滚筒式连续变速器采取了以下措施。 

本发明的行星滚筒式连续变速器包括行星滚筒增速机构，其输入轴是承载轴(carrier shaft)，其输出轴是恒星轴(sun shaft)；行星滚筒减速机构，其输入轴是恒星轴，其输出轴是承载轴；以及滚筒环驱 动机构，用于旋转地驱动与行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构中位于输出侧的行星滚筒机构的行星滚筒接触的滚筒环。行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，通过由滚筒环驱动机构旋转滚筒环，可以无级地获得输入轴和输出轴之间需要的速比。当滚筒环没有转动时，可以获得由行星滚筒增速机构的增速比和行星滚筒减速机构的减速比确定的标准转速比。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于行星滚筒增速机构、行星滚筒减速机构以及滚筒环驱动机构相组合并设置在单一壳体内，因此可以实现紧凑结构。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于扭矩传输通过滚筒由摩擦力实现，因此可以安静和平稳地实现驱动力的传输，并且在往复运动的情况下，间隙减小并且响应度提高。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连，并且在滚筒环驱动机构设置在行星滚筒减速机构一侧的情况下，当在输入转速增大的状态下由滚筒环驱动机构施加变速操作后，由行星滚筒减速机构实施减速；从而，可以提高变速操作的精确性。而且，可以将用于驱动滚筒环驱动机构的驱动电机制作得更紧凑。 

根据本发明，滚筒环驱动机构可以是蜗轮变速机构，其由设置在滚筒环外圆周上的蜗轮和啮合于蜗轮并由电机驱动的双螺纹导程蜗杆构成。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于使用了双螺纹导程蜗杆，因此可以降低反冲，可以减小增速或减速时的间隙，并且可以提高变 速操作的精确性。 

根据本发明，行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构的恒星滚筒、行星滚筒、以及滚筒环可以是沿着滚筒轴向方向设置的齿轮滚筒，其齿轮节距圆直径等于相应的滚筒的直径。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于恒星滚筒、行星滚筒、以及滚筒环是齿轮滚筒，因此当接受到滚筒独自不能处理的过载时，这些恒星滚筒、行星滚筒、以及滚筒环可以利用齿轮防止过度旋转位移。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，相啮合的齿轮间隙运转时增大，从而在没有施加过度扭矩的正常情况下齿面不会接触，这样保证通过滚筒自身可以实现平稳的传输。 

根据本发明，齿轮滚筒环可以由独立的元件制成，所述独立的元件包括具有齿轮的齿轮部分和具有滚筒的滚筒部分。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于齿轮滚筒环由包括齿轮部分和滚筒部分的独立的元件制成，因此在将齿轮部分相对于壳体设置之后，可以将其组装为与齿轮行星滚筒的齿轮啮合，并且然后，可以组装滚筒环的滚筒部分和齿轮行星滚筒的滚筒。因此，可以容易地将齿轮行星滚筒相对于滚筒环组装。 

根据本发明，壳体可以在基本轴向中间部分通过紧固件固定。 

由于这种行星滚筒式连续变速装置具有壳体在基本中间部分固定的结构，因此在固定前将行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构组装到独立的壳体内之后，可以随后组合和组装独立的壳体。 

根据本发明，齿轮滚筒环的齿轮部分和滚筒部分可以固定为如下状态，即设置在其外圆周上的外花键啮合于设置在壳体内圆周上的内花键。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，由于滚筒环和壳体利用花键固定，因此允许沿滚筒环的径向的运动或变形。 

蜗轮变速机构的蜗轮，其内径侧两端通过轴承分别可转动地支撑在壳体以及托架外圆周上。 

在这种行星滚筒式连续变速器中，可以紧凑地容置蜗轮。 

行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构的恒星滚筒的每一个可以在一端设置有轴颈部和在另一端设置有花键轴部；利用设置在托架中央的轴承支撑两个轴颈部，并且，通过在两个花键轴部形成花键座的套筒，行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连。 

根据本发明的行星滚筒式连续变速器，可以获得以下优点。 

提供了实现动力传输的高质量行星滚筒式连续变速器；该连续变速器紧凑，产生很低的噪音，并且具有高刚性、高效率、和极低的角量传输误差。 

附图说明

图1是本发明的行星滚筒式连续变速器的主视图(纵向剖面图)。 

图2是沿图1中A-A线的横截面图(局部外视图)。 

具体实施方式

将参照图1和图2说明本发明的行星滚筒式连续变速器(以下称之为连续变速器)的一个实施例。 

图1是本发明的连续变速器的主视图(纵向剖面图)，图2是沿图1中A-A线的横截面图(局部外视图)。 

在这两个图中(主要参照图1)，由标号10表示的部件是连接于诸如电机的驱动机构的输入轴，由标号11表示的部件是连接于被驱动机构的输出轴。 

由标号20表示的部件是基本上为圆筒形的壳体，并且该壳体20由包括前壁的前壳20a、后壳20b、以及后盖20c构成。前壳20a和后壳20b在壳体20的前后方向的中间部分由螺栓(紧固件)连接。 

行星滚筒增速机构30包含在前壳20a内，其中该行星滚筒增速机构30的输入轴是承载轴，其输出轴是恒星轴。 

而且，行星滚筒减速机构40以及蜗轮变速机构(滚筒环驱动机构)50包含在由后壳20b和后盖20c限定的空间内，其中行星滚筒减速机构40的输入轴是恒星轴，其输出轴是承载轴，该蜗轮变速机构50位于行星滚筒减速机构40的外部。 

输入轴10的后端(图1中右手侧)***到前壳20a内，并形成厚圆板形托架(carrier)10a。轴承31设置在成形于托架10a后端的中间部分内的孔中。而且，多个(图中为三个)行星销32在托架10a的外圆周上垂直向后设置。 

行星滚筒33通过轴承可转动地支撑在行星销32上，并且这些行星滚筒33构成齿轮滚筒，包括沿轴向靠近滚筒(滚筒单元)33a整体成形的平齿轮(以下简称为齿轮)33b。如图所示，齿轮33b优选地 与滚筒33整体成形，但是它们可以独立成形从而可以相对于滚筒33a转动。 

这些齿轮33b相对于与之啮合的配合齿轮34b的间隙增大。利用这种设置，在没有施加过度扭矩的正常情况下齿面不会接触，并且因此仅仅通过滚筒33a可以实现平稳的动力传输。利用这种齿轮，这些齿轮33b和恒星滚筒35的齿轮35b之间的间隙、行星滚筒43的齿轮和滚筒环44的齿轮之间的间隙、以及行星滚筒43的齿轮和行星滚筒减速机构40一侧的恒星滚筒45的齿轮之间的间隙具有相同的效果。 

由标号34a表示的部件是内环(滚筒部件)，其在内侧具有滚动接触面，它与行星滚筒33的滚筒33a接触，并且由标号34b表示的部件是内齿轮(平齿轮部件)，它与齿轮33b啮合；该内环34a和内齿轮34b构成滚筒环34。 

滚筒环34在其外圆周上设置有外花键，其与设置在前壳20a的内径侧上的内花键啮合。内环34a和内齿轮34b构成独立的结构，可以拆卸以便于组装。也就是说，通过构造具有独立的内环34a和内齿轮34b的齿轮滚筒环34，在将该内齿轮34b相对于壳体20设置后，可以将其组装为与行星滚筒33的齿轮33b啮合，并且然后，可以组装滚筒环34的内环34b。因此，可以容易地将齿轮行星滚筒33相对于滚筒环34组装。这种结构也适用于行星滚筒减速机构40的行星环44。 

而且，通过设置在外圆周上的外花键，滚筒环34限制了相对于前壳20a的相对转动；但是，允许沿径向的一些轻微运动，这样使得可以自由弹性变形。因此，它可以干涉配合于前壳20a，并且可以防止键或销止动的现有问题以及发生在某些部件中的刚性变化。 

由标号35表示的部件是恒星滚筒，它与输入轴10的中心同心地 设置，并且与行星滚筒33一样集成地设置有滚筒35a和齿轮35b。轴颈部35c和花键轴35d分别在恒星滚筒35的前端和后端突出。 

输入轴10由轴承21和滚筒环34可转动地支撑，其中向着托架10a前面设置的轴颈部设置在前壳20a的前壁内，该滚筒环由行星销32和行星滚筒33定位。 

恒星滚筒35由行星滚筒33和轴承31可转动地支撑，其中该轴承31在前侧支撑轴颈部35c。 

设置在恒星滚筒35后侧的花键轴35d由形成花键座的套筒36连接于以下将说明的行星滚筒减速机构40的恒星滚筒45。 

行星滚筒减速机构40是一种减速机构，它的输入轴是恒星轴，其输出轴是承载轴，它基本上以与行星滚筒增速机构30相同的方式构造，包含在由后壳20b和后盖20c限定的内部空间内，相对于行星滚筒增速机构30对称。其区别在于滚筒环44固定于可转动蜗轮变速机构(滚筒环转动机构)50的蜗轮51的内径侧而不是固定于后壳20b。 

输出轴11的前端(图中左侧)通过后盖20c***到后壳20b内，并且形成厚圆板形宽托架11a。轴承41设置在托架11a的外圆周上。 

行星销42、行星滚筒43、滚筒环44、以及恒星滚筒45与行星滚筒增速机构30中的相同部件基本一样。 

输出轴11由轴承22和后壳20b可转动地支撑，其中向着托架11a后面设置的轴颈部设置在后盖20c内，该后壳20b由行星销42、行星滚筒43、滚筒环44、蜗轮51和轴承41定位。 

由标号51表示的部件是蜗轮，它由两个固定在其内径侧的轴承 41可转动地支撑，其中一个轴承在后壳20b，另一个轴承在托架11b。前侧(输入侧)轴承41由具有L形横截面的臂固定，该臂通过从后壳20b的前端向着内圆周侧弯曲并然后向后(输出侧)弯曲后壳而形成。后侧(输出侧)轴承41固定为由托架11a的外圆周啮合从而处于和***到托架11a内的行星销42相同的横截面位置。 

蜗轮51的内径侧由设置在滚筒环44的外圆周上的构成花键座的外花键啮合。 

由标号52表示的部件是双螺纹导程蜗杆，其与蜗轮51啮合，并且输入轴连接于固定于后壳20b的伺服电动机55(见图2)。双螺纹导程蜗杆52在其两端由轴承可转动地支撑，并且施加于该双螺纹导程蜗杆52的推力由固定在输入侧的两个相对的向心止推轴承53接受。利用该连续变速器，可以通过阶梯式套筒54改变这两个轴承53的位置，并且因此可以调整双螺纹导程蜗杆52的位置。 

接下来，将说明具有上述结构的连续变速器的操作。 

当输入轴10转动时，托架10a以同样的速度转动并且固定于托架10a的该多个行星销32以同样的速度围绕输入轴10旋转。由于内环34a和输入轴10相对侧处的外部之间产生的摩擦力，行星滚筒33防止与内环34a之间的滑动，因此它们围绕行星销42沿与输入轴10相反的方向旋转，并且由于这种旋转，导致被摩擦驱动的恒星滚筒35以增大的速度旋转。附图中示出速比为4∶1的情形。 

恒星滚筒35的转动由套筒(花键座)36作为输入传输到恒星滚筒45，由行星滚筒43和行星销42沿与上述路径相反的路径减速，并且传递到输出轴11。如果没有运行蜗轮变速机构50，那么速比是1∶4，并且输出轴11相对于输入轴10的速比是1∶1(标准转速比)。

当运行蜗轮变速机构50并且蜗轮51沿与输入轴10相同的方向转动时，行星滚筒43的旋转减速并且减速比降低。而且，当蜗轮51沿与输入轴10相反的方向转动时，行星滚筒43的旋转增速并且减速比增大。这样，输出轴11相对于输入轴10的转速比增大或减小等于蜗轮51的速度和减速比的乘积的量。 

因此，由于输出轴11中的速度变化在增速阶段施加于输入轴10的转速，并且然后被降低并输出，因此可以精确实现输出轴11中很小的速度变化，并且同时可以降低伺服电动机55的所需功率。 

而且，由于当切断向蜗轮变速机构50的供电时，蜗轮变速机构50的蜗轮51具有自锁(自动锁止)功能，因此连续变速器的速比自动变为1∶1的标准转速比。 

接下来，将说明本发明的连续变速器的操作和优点。 

在该连续变速器中，由于滚筒环44通过蜗轮变速机构50而转动，因此可以无级地获得需要的速比。 

在该连续变速器中，由于行星滚筒增速机构30、行星滚筒减速机构40、和蜗轮变速机构50组合并设置在一个单一壳体20内，因此可以实现紧凑的结构。 

在该连续变速器中，由于扭矩传输是通过滚筒33、34、35、43、44和45利用摩擦力实现的，因此可以安静和平稳地实现驱动动力的传输，并且在往复运动的情况下，间隙降低并且响应度提高。 

在该连续变速器中，由于行星滚筒增速机构30的输出轴(恒星滚筒35)以及行星滚筒减速机构40的输入轴(恒星滚筒45)相连并且蜗轮变速机构50设置在行星滚筒减速机构40一侧，因此当在增大 输入转速阶段通过蜗轮变速机构50进行变速操作之后，减速由行星滚筒减速机构40进行并输出，并且可以提高变速操作的精确性。而且，可以将用于驱动蜗轮变速机构50的伺服电动机55的制作得更紧凑。 

在该连续变速器中，由于使用了双螺纹导程蜗杆52，因此当增速或减速时可以降低无效行程，减小间隙，并且可以提高变速操作的精确性。 

在该连续变速器中，由于用于扭矩传输的滚筒33、34、35、43、44和45是齿轮滚筒，因此当接受到滚筒本身不能应付的过量负载时，可以通过齿轮防止过量的旋转移位。 

在该连续变速器中，由于相啮合的齿轮的间隙增大从而在没有施加过量扭矩的正常状态时齿轮齿面不会接触，因此可以仅由滚筒获得平稳的传输。 

在该连续变速器中，由于齿轮滚筒环34由包括内环34a和内齿轮34b的独立构件形成，因此在将该内齿轮34b相对于壳体20设置后，可以将其装配为在***时使齿轮33b啮合齿轮行星滚筒33的端部，并且然后可以组装滚筒环34的内环34a。因此，可以容易地将齿轮行星滚筒33装配于滚筒环34。 

由于该连续变速器具有壳体20基本在中间部分紧固的结构，因此在将行星滚筒增速机构30和行星滚筒减速机构40在紧固前装配到独立的壳体(20a、20b、和20c)内之后，然后可以将壳体20a和20b结合并组装。因此，可以简化装配。 

在该连续变速器中，由于滚筒环34和壳体20通过花键固定，因此允许沿滚筒环34的径向方向的移动或变形。

在本实施例中，已经说明了以下的情况，其中两个同样的行星滚筒机构，即增速机构和减速机构，相对并按此顺序相连接，需要的变速在下游侧的减速机构中进行，并且当不进行变速时使用输入轴和输出轴的1∶1的标准转速比；但是，该结构可以如下修改。 

滚筒直径可以改变以获得除了1∶1之外的标准转速比的任何需要的值。 

而且，在类似于图1的结构中，两个行星滚筒机构，即输入侧的减速机构和输出侧的增速机构，可以相对并按此顺序相连接，并且需要的变速可以在输出侧的增速机构中进行。

Claims (5)

1.一种行星滚筒式连续变速器，包括：

行星滚筒增速机构，其输入轴是承载轴，其输出轴是恒星轴；

行星滚筒减速机构，其输入轴是恒星轴，其输出轴是承载轴；以及

滚筒环驱动机构，用于旋转地驱动与行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构中位于输出侧的行星滚筒机构的行星滚筒接触的滚筒环，

其中行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连，

行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构的恒星滚筒、行星滚筒、以及滚筒环是沿着滚筒轴向方向设置的齿轮滚筒，其齿轮节距圆直径等于相应的滚筒的直径，

齿轮滚筒环由独立的元件制成，所述独立的元件包括具有齿轮的齿轮部分和具有滚筒的滚筒部分，

齿轮滚筒环的齿轮部分和滚筒部分固定为如下状态，即设置在其外圆周上的外花键以允许径向的运动的方式啮合于设置在壳体内圆周上的内花键。

2.如权利要求1所述的行星滚筒式连续变速器，其特征在于，滚筒环驱动机构是蜗轮变速机构，其由设置在滚筒环外圆周上的蜗轮和啮合于蜗轮并由电机驱动的双螺纹导程蜗杆构成。

3.如权利要求1所述的行星滚筒式连续变速器，其特征在于，壳体在基本轴向中间部分通过紧固件固定。

4.如权利要求2所述的行星滚筒式连续变速器，其特征在于，蜗轮变速机构的蜗轮，其内径侧两端通过轴承分别可转动地支撑在壳体以及托架外圆周上。

5.如权利要求1所述的行星滚筒式连续变速器，其特征在于，行星滚筒增速机构和行星滚筒减速机构的恒星滚筒的每一个在一端设置有轴颈部和在另一端设置有花键轴部；并且

利用设置在托架中央的轴承支撑两个轴颈部，并且，通过在两个花键轴部形成花键座的套筒，行星滚筒增速机构的输出轴和行星滚筒减速机构的输入轴相连。

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