Редуктор с плавающим колесом
Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к редукторам с зубчатыми передачами. Редуктор с плавающим колесом и многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом содержат: переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу, плавающее колесо с двумя зубчатыми венцами. Передний сателлит в редукторе установлен на неподвижной относительно входного вала оси. Две солнечные шестерни связаны входным валом. Шестерни могут иметь различные диаметры, обеспечивая требуемые понижающие передаточные отношения. Достигается простота конструкции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ
Данное изобретение относится к области редукторов и в частности к редуктору с плавающим колесом, основанным на использовании конструкции планетарной зубчатой передачи.
Редуктор представляет собой типичное устройство зубчатой передачи, широко применяемое для механической трансмиссии, передаточное отношение и размеры которого и т.п. определяют надежность, коэффициент полезного действия, а также габаритные размеры оборудования, использующего редуктор. Что касается шестерни, редуктора и механизма переключения передач и т.д., все они принадлежат к области конструкции коробки передач, и в качестве главного направления разработки новых методов для зубчатой трансмиссии в последние годы коробку передач совершенствовали в направлении высокой надежности и низкого веса.
В настоящее время существуют следующие три тенденции в отношении научно-технических исследований и разработок для коробки передач в нашей стране и за рубежом:
1. Разработка легких материалов и усовершенствование технологии термической обработки. К примеру, разрабатывают и применяют высококачественную легированную сталь, технологию закалки и отпуска для зубчатой передачи нормируют и совершенствуют, и наиболее типичный технологический прогресс представляет собой технологию изготовления твердой поверхности зубьев и непрерывную разработку технологии закалки и отпуска. Однако ограничение для такой технологии заключается в том, что применение этой технологии увеличило бы ее стоимость для сырых материалов, а что касается традиционного изготовления коробки передач, то преимущественный результат может быть обеспечен только тогда, когда прибыль, полученная в результате снижения веса коробки передач, больше, чем связанные с этим затраты.
2. Разработка способа идеально выполненного конструирования и точных процессов изготовления, таких как расчет прочности, анализ высокой надежности и т.п. Однако технологии конструирования и изготовления для различных коробок передач применялись достаточно преимущественно и прогрессивно в нашей стране и за рубежом, особенно на протяжении последних десятилетий, инженеры из разных стран мира разрабатывали идеально выполненную конструкцию различных редукторов и механизмов переключения передач и обновляли изделия много раз, так чтобы традиционная конструкция коробки передач, как правило, была бы еще более правильной и совершенной, таким образом, даже с имеющимся в настоящее время программным обеспечением для автоматизированного компьютерного проектирования все же существует крайне малое пространство для дальнейшего совершенствования коробки передач, и эффект был бы очень ограниченным, когда имеется в виду оптимизация конструкции существующей конфигурации.
3. Инновационное конструирование принципа зубчатой трансмиссии выражаются в конфигурации трансмиссии. По сравнению с вышеуказанными двумя тенденциями разработок, этот технологический прогресс является еще более тщательным и совершенным. В этом отношении любой технологический прогресс, достаточно доказанный практикой, обеспечил бы фундаментальную техническую поддержку для модернизации и обновления зубчатой трансмиссии. К примеру, инновация, сделанная на основе конфигурации планетарного колеса в последние десятилетия, привела к созданию нескольких инновационных коробок передач с высоким передаточным отношением, таких как «редуктор с циклоидным цевочным колесом», «редуктор с волновой зубчатой передачей», «редуктор с тремя кольцами» и т.д., которые, по сравнению с традиционным редуктором с цилиндрическими шестернями, имеют преимущества компактности, компактной структуры, будучи легкими по весу и т.д., и в результате нашли широкое применение.
В случае традиционного зубчатого редуктора более высокое передаточное отношение всегда требует взаимодействия между многоступенчатыми наборами шестерен, для того чтобы обеспечить желаемое отношение скоростей, такого как сложная конфигурация, больший объем и вес и более высокая стоимость и т.д. Некоторые редукторы специального типа, имеющие большие передаточные отношения, используют инновационный принцип зубчатой трансмиссии для уменьшения их объема и веса, такие как вышеупомянутый «редуктор с волновой зубчатой передачей» и т.п. Однако гибкая кольцевая шестерня с внутренним зацеплением не имеет высокой надежности, которая характерна для традиционных механических элементов, надежность которых была доказана на протяжении почти столетней практики. Соответствующий побочный эффект заключается в том, что специальный тип конфигурации гибкой кольцевой шестерни с внутренним зацеплением делает производственный процесс сложным, увеличивает стоимость изготовления в определенной степени, в то время как надежность и ремонтопригодность уменьшаются.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель данного изобретения - преодолеть вышеуказанные недостатки уровня техники, предшествующего данному изобретению, и создать редуктор с плавающим колесом, имеющий правильную конструкцию, хорошую применимость, более низкую стоимость изготовления, более высокую надежность и облегчающего электромеханическое комплексное автоматизированное управление.
Техническое решение редуктора с плавающим колесом, предложенное данным изобретением, заключается в следующем: редуктор с плавающим колесом, содержащий переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо, причем передняя планетарная зубчатая передача состоит их передней солнечной шестерни, переднего сателлита и передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, задняя планетарная зубчатая передача состоит из задней солнечной шестерни, заднего сателлита и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, причем передняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением выполнены на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса заодно целое с ним, центры шестерен передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни жестко соединены друг с другом через входной вал, передняя солнечная шестерня кинематически связана с передней кольцевой шестерней через передний сателлит а задняя солнечная шестерня кинематически связана с задней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через задний сателлит, передний сателлит вращается вокруг неподвижной оси, и центр задней планетарной шестерни соединен с выходным валом передачи мощности.
Предпочтительно, чтобы водило для соединения выходного вала передачи мощности было связано с центром заднего планетарного колеса.
Плавающее колесо выполнено за одно целое с передней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением, расположенными на его внутренней периферийной поверхности, передняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением предпочтительно представляют собой жесткие кольцевые шестерни с внутренним зацеплением. Согласно конструкции редуктора с плавающим колесом передняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением выполнено за одно целое с плавающим колесом и оно может быть установлено без какой-либо опоры, т.е. плавающее колесо 1 будет перемещаться при нагрузке по периферийным поверхностям переднего и заднего сателлитов, в результате чего его называют «плавающим колесом».
Редуктор с плавающим колесом, выполненный согласно данному изобретению, обеспечивает инновационную конфигурацию зубчатой трансмиссии, которая позволяет обеспечить различные передаточные отношения с помощью использования различных диаметров передней и задней планетарных передач и плавающего колеса. Редуктор с плавающим колесом имеет простую конструкцию, более высокую надежность, тем самым преодолевая недостаток уровня техники, предшествующего данному изобретению, в котором трансмиссионный механизм для многоступенчатого переключения передач требуется для достижения большего передаточного отношения, увеличивая его габаритные размеры и стоимость.
В редукторе с плавающим колесом согласно данному изобретению, если каждый набор из трех наборов шестерен, т.е. передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни, переднего и заднего сателлитов, а также передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, выполнен так, что он имеет одинаковый диаметр, т.е. передняя солнечная шестерня и задняя солнечная шестерня соответствуют друг другу по числу зубьев и модулю зацепления, передний сателлит и задний сателлит соответствуют друг другу по числу зубьев и модулю зацепления, и передняя кольцевая шестерня и задняя кольцевая шестерня соответствуют друг другу по числу зубьев и модулю зацепления, то выходной вал передачи мощности, соединенный с водилом, имеет нулевую скорость вращения и нулевой вращающий момент, независимо от входной скорости вращения, обеспечиваемой входным валом.
Предпочтительно, чтобы начальные окружности передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни имели одинаковые диаметры, и/или начальные окружности переднего и заднего сателлитов имели одинаковые диаметры, и/или начальные окружности передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением имели одинаковые диаметры.
Предпочтительно, чтобы начальные окружности переднего солнечного колеса и заднего солнечного колеса отличались по диаметру и начальные окружности переднего и заднего сателлита отличались по диаметру и начальные окружности передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением отличались по диаметру.
Предпочтительно, чтобы начальные окружности передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни имели разные размеры, так, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Предпочтительно, чтобы начальные окружности передней планетарной шестерни и задней планетарной шестерни имели разные размеры, так, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Предпочтительно, чтобы начальные окружности передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением имели разные размеры, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Благодаря выбору диаметров начальных окружностей передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни, диаметров начальных окружностей передней планетарной шестерни и задней планетарной шестерни, а также диаметров начальных окружностей передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением можно обеспечить, чтобы два набора передней и задней планетарных передач имели разные скорости вращения с требуемым передаточным отношением, так чтобы было можно обеспечить различие в скорости вращения входного вала и выходного вала, для того чтобы получить редуктор с разными передаточными отношениями.
Предпочтительно, чтобы количество передних планетарных шестерен и/или задних планетарных шестерен равнялось трем.
Предпочтительно, чтобы зубья переднего, заднего сателлитов и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением представляли собой косые зубья, и косые зубья переднего, заднего сателлитов и соответствующие косые зубья передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением имели противоположное направление.
Косые зубья передней, задней планетарных шестерен и косые зубья соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением имеют противоположную направленность, для того чтобы было можно ограничить осевое перемещение плавающего колеса.
Предпочтительно, чтобы зубья передней, задней планетарных шестерен и зубья соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением представляли собой шевронные зубья.
Зубья передней, задней планетарных шестерен и зубья соответствующих передней, задней кольцевой шестерен с внутренним зацеплением представляют собой шевронные зубья, для того чтобы также было возможно ограничить осевое перемещение плавающего колеса.
Предпочтительно, чтобы плавающее колесо было оснащено подшипником скольжения или подшипником качения для предотвращения его осевого перемещения. Подшипник скольжения или подшипник качения может быть смонтирован на наружную периферийную поверхность плавающего колеса, а также часть внутренней периферийной поверхности плавающего колеса может проходить радиально по направлению к входному валу передачи мощности, и подшипник скольжения или подшипника качения может быть смонтирован между входным валом передачи мощности и радиально проходящей частью плавающего колеса, для того чтобы ограничить осевое перемещение плавающего колеса. Естественно, также возможно, чтобы подшипник скольжения или подшипника качения был смонтирован на плавающем колесе в любом положении, чтобы можно было ограничить осевое перемещение плавающего колеса.
Подшипник скольжения используется в данном изобретении для ограничения осевого перемещения плавающего колеса.
В случае редуктора с плавающим колесом, выполненного согласно данному изобретению, чем в большей степени рабочие скорости перемещения передней планетарной зубчатой передачи и задней планетарной зубчатой передачи близки друг другу, тем больше передаточное отношение и вращающий момент редуктора с плавающим колесом; тогда как чем в большей степени рабочие скорости передней планетарной зубчатой передачи и задней планетарной зубчатой передачи отличаются друг от друга, тем меньше понижающее передаточное отношение с плавающим колесом, и вращающий момент также уменьшается соответственно. В уровне техники, предшествующем данному изобретению, когда в различных традиционных редукторах желают увеличить понижающее передаточное отношение на основании первоначальной конфигурации, такая цель увеличения передаточного отношения может быть достигнута только за счет увеличения количества шестерен, валов редуктора и изменения или увеличения размера зубчатой коробки передач и аналогичных частей, для того чтобы создать конфигурацию из двух или более ступеней. Однако, редуктор с плавающим колесом, согласно данному изобретению, может обеспечить понижающие передаточные отношения 30:1…, 300:1…, 10000:1…, с помощью ограниченного числа шестерен и валов в передней планетарной зубчатой передаче и задней планетарной зубчатой передаче. Кроме того, шестерни, валы и аналогичные части, используемые в редукторе с плавающим колесом, являются механическими конструктивными элементами, доказавшими свою эффективность на протяжении почти столетнего производства и практического применения, следовательно, редуктор с плавающим колесом обеспечивает значительное улучшение во многих аспектах, таких как общие эксплуатационные характеристики всего комплекта, надежность, модульность производственного стандарта, упрощение и малый вес конструкции всего комплекта, стандартизация производственного процесса и ремонтопригодность и т.д.
Согласно еще одному варианту осуществления данного изобретения, предложена многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом, содержащая переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо, причем передняя планетарная зубчатая передача состоит из одного многоступенчатого механизма переключения передач, задняя планетарная зубчатая передача состоит из задней солнечной шестерни, заднего сателлита и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, задняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением выполнена на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса за одно целое с ним, многоступенчатый механизм переключения передач содержит одну входную шестерню, множество наборов выходных шестерен и переднюю кольцевую шестерню с внутренним зацеплением, входная шестерня кинематически связана с передней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через набор выходных шестерен, и задняя солнечная шестерня кинематически связана с задней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через задний сателлит, причем центры задней солнечной шестерни и входной шестерни жестко соединены с входным валом, и центр задней планетарной шестерни соединен с выходным валом, причем передаточное отношение одного набора из множества наборов выходных шестерен к входной шестерне является идентичным передаточному отношению задней планетарной шестерни к задней солнечной шестерне.
Предпочтительно, чтобы водило для соединения выходного вала передачи мощности было связано с центром заднего сателлита.
Предпочтительно, чтобы многоступенчатый механизм переключения передач был выполнен с числом ступеней от 3 до 30.
Предпочтительно, чтобы передаточное отношение одного набора из множества наборов выходных шестерен к входной шестерне и передаточное отношение задней планетарной шестерне к задней солнечной шестерне имели значение 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
В случае многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом, выполненной согласно данному изобретению, обеспечивается такой эффект, что выходная скорость вращения выходного вала передачи мощности равна нулю независимо от входной скорости вращения входной вала передачи мощности, и такой эффект может быть достигнут, когда входная шестерня зацепляется с набором выходных шестерен из множества наборов выходных шестерен, передаточное отношение которого к входной шестерне является идентичным передаточному отношению задней планетарной шестерни к задней солнечной шестерне. Когда входная шестерня зацепляется с другими наборами выходных шестерен, различные передаточные отношения могут быть достигнуты для всей многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом, что также имеет преимущества, аналогичные преимуществам редуктора с плавающим колесом, выполненного согласно другому варианту осуществления данного изобретения, причем его подробное описание здесь не приводится.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прочие преимущества и признаки данного изобретения будут очевидны из последующих конкретных вариантов осуществления данного изобретения, приведенных с помощью примеров, не ограничивающих рамки изобретения, и проиллюстрированных на чертежах, на которых:
На фиг. 1 дана схема редуктора с плавающим колесом, выполненного согласно одному варианту осуществления данного изобретения.
На фиг. 2 дана схема многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом, выполненной согласно другому варианту осуществления данного изобретения.
Условные обозначения:
1 - плавающее колесо
2 - входной вал передачи мощности
3 - передняя солнечная шестерня
4 - передний сателлит
5 - задняя солнечная шестерня
6 - задний сателлит
7 - водило
8 - выходной вал передачи мощности
9 - передняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением
10 - задняя кольцевая шестерня с внутренним зацеплением
11 - многоступенчатый механизм переключения передач
12 - неподвижная ось
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Характеристики редуктора с плавающим колесом описаны подробно ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2. Для ясности и простоты одинаковые или аналогичные части в различных вариантах осуществления данного изобретения будут обозначены с помощью одинаковых условных обозначений.
Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, редуктор с плавающим колесом, показанный на фиг. 1, выполнен на основе традиционной планетарной передачи и является более совершенным, чем «редуктор с циклоидным цевочным колесом», «редуктор с волновой зубчатой передачей», «редуктор с тремя кольцами» и аналогичные коробки передач, и содержит переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо 1, причем передняя планетарная зубчатая передача состоит из передней солнечной шестерни 3, переднего сателлита 4 и передней кольцевой шестерни 9 с внутренним зацеплением, задняя планетарная зубчатая передача состоит из задней солнечной шестерни 5, заднего сателлита 6 и задней кольцевой шестерни 10 с внутренним зацеплением, причем передняя кольцевая шестерня 9 с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня 10 с внутренним зацеплением выполнены на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса 1 за одно целое с ним, центры передней солнечной шестерни 3 и задней солнечной шестерни 5 жестко соединены друг с другом с помощью входного вала 2, передняя солнечная шестерня 3 кинематически связана с передней кольцевой шестерней 9 с внутренним зацеплением через передний сателлит 4, а задняя солнечная шестерня 5 кинематически связана с задней кольцевой шестерней 10 с внутренним зацеплением через задний сателлит 6, водило выходного вала 8 вращается относительно центра задней планетарной шестерни 6, а передний сателлит 4 вращается вокруг неподвижной оси 12.
Плавающее колесо 1 отлито за одно целое с передней кольцевой шестерней 9 с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерней 10 с внутренним зацеплением, выполненными на его внутренней периферийной поверхности, и представляют собой жесткие кольцевые шестерни с внутренним зацеплением. Согласно конструктивному исполнению редуктора с плавающим колесом данного изобретения передняя кольцевая шестерня 9 с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня 10 с внутренним зацеплением отлиты за одно целое с плавающим колесом 1 и оно может быть установлено без какой-либо опоры, т.е. плавающее колесо 1 будет перемещаться при нагрузке по периферийным поверхностям переднего сателлита 4 и заднего сателлита 6, и поэтому его называют «плавающим колесом».
Редуктор с плавающим колесом согласно данному изобретению обеспечивает инновационную конструкцию зубчатой трансмиссии, которая обеспечивает различные передаточные отношения с помощью различных диаметров передней, задней планетарных передач и плавающего колеса. Редуктор с плавающим колесом имеет простую конструкцию, более высокую надежность, преодолевая недостаток уровня техники, предшествующего данному изобретению, в котором механизм для многоступенчатого переключения передач для достижения большего передаточного отношения имеет уменьшенные габариты и стоимость.
В редукторе с плавающим колесом согласно данному изобретению начальные окружности передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни имеют одинаковые диаметры, и/или начальные окружности переднего и заднего сателлитов и/или начальные окружности передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением могут быть выполнены одинаковыми или различными. На фиг. 1 показан пример, в котором вышеуказанные начальные окружности имеют одинаковые диаметры.
Когда начальные окружности передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни имеют разные диаметры, передаточное отношение может составлять 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Когда начальные окружности переднего сателлита и заднего сателлита имеют разные диаметры, передаточное отношение может составлять 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Когда начальные окружности передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением имеют разные диаметры, передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
Благодаря выбору диаметров начальных окружностей передней солнечной шестерни и задней солнечной шестерни, диаметров начальных окружностей переднего и заднего сателлитов, а также диаметров начальных окружностей передней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, можно обеспечить, чтобы два набора передней и задней планетарных зубчатых передач имели разные скорости в соответствии с требуемым передаточным отношением, так что можно получить редуктор, обеспечивающий различные передаточные отношения.
В общем случае количество передних планетарных шестерен и/или задних планетарных шестерен равно трем. Однако их количество может быть больше 3, например, 4, и учитывая пространство, выделенное для планетарных шестерен, количество передних планетарных шестерен и/или задних планетарных шестерен в общем случае составляет не более 4, но, по меньшей мере, 1. Количество передних планетарных шестерен и количество задних планетарных шестерен может быть одинаковым, а также может быть разным.
Для цели ограничения осевого перемещения плавающего колеса зубья переднего и заднего сателлитов и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением выполнены косыми, так, что зубья переднего и заднего сателлитов и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением имеют противоположное направление. Косые зубья передают аксиальное усилие на вал и, когда они находятся в зацеплении, то зубья, имеющие противоположную направленность создают усилия, противодействующие друг другу, ограничивая осевое перемещение плавающего колеса.
Для ограничения осевого перемещения плавающего колеса зубья переднего и заднего сателлитов и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением могут быть выполнены шевронными. Аналогично косым зубьям шевронные зубья также ограничивают осевое перемещение плавающего колеса.
Плавающее колесо может также быть оснащено подшипником скольжения или подшипником качения для предотвращения его осевого перемещения. В частности, подшипник скольжения или подшипника качения может быть смонтирован на наружной периферийную поверхность плавающего колеса, так, что часть внутренней периферийной поверхности плавающего колеса проходит радиально к входному валу и подшипник скольжения или подшипника качения смонтированы между входным валом передачи мощности и радиально проходящей частью плавающего колеса, для того чтобы ограничить осевое перемещение плавающего колеса. Естественно, также возможно, чтобы подшипник скольжения или подшипник качения был смонтирован на плавающем колесе в любом положении для ограничения осевого перемещения плавающего колеса.
Согласно редуктору с плавающим колесом, изображенному на фиг. 1, когда передняя солнечная шестерня 3 и задняя солнечная шестерня 5, передний сателлит 4 и задний сателлит 6, а также передняя кольцевая шестерня 9 с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня 10 с внутренним зацеплением имеют одинаковый диаметр, скорость вращения выходного вала 8 передачи мощности будет равна нулю, независимо от скорости вращения входного вала 2. Путем изменения диаметров одного набора шестерен в передней, задней планетарных зубчатых передачах (передней, задней солнечных шестерен, переднего, заднего сателлитов, передней, задней кольцевых шестерен с внутренним зацеплением), с тем чтобы передний сателлит и задний сателлит и задняя планетарная зубчатая передача имели различные скорости движения, можно создать редуктор с различным передаточным отношением. Чем больше скорости движения передней планетарной зубчатой передачи и задней планетарной зубчатой передачи близки друг другу, тем большими являются передаточное отношение и вращающий момент редуктора с плавающим колесом; тогда как чем больше скорости движения передней планетарной зубчатой передачи и задней планетарной зубчатой передачи отличаются друг от друга, тем меньшим является передаточное отношение редуктора с плавающим колесом, и вращающий момент также уменьшается соответственно. В уровне техники, предшествующем данному изобретению, когда желают увеличить передаточное отношение различных традиционных редукторов на основе первоначальной конфигурации, такая цель увеличения передаточного отношения может быть достигнута только путем увеличения количества шестерен, валов редуктора и изменения или увеличения коробки передач и аналогичных частей, с тем чтобы создать конфигурацию с двумя или большим числом ступеней. Однако, редуктор с плавающим колесом, предложенный данным изобретением, может обеспечить передаточные отношениями, такие как 30:1…, 300:1…, 3000:1…, 10000:1…, с помощью ограниченного количества шестерен и валов в передней планетарной зубчатой передаче и задней планетарной зубчатой передаче. Кроме того, шестерни, валы и аналогичные части, используемые в редукторе с плавающим колесом, являются механическими конструктивными элементами, доказавшими свою эффективность на протяжении почти столетнего производства и практики, следовательно, редуктор с плавающим колесом данного изобретения обеспечивает значительное улучшение во многих аспектах, таких общие эксплуатационные характеристики всего комплекса, надежность, модульность производственного стандарта, упрощение и легкий вес всей конструкции комплекта, стандартизация производственного процесса и ремонтопригодность, и т.д.
Согласно другому варианту осуществления данного изобретения, предложена реверсируемая многоступенчатая трансмиссия с плавающим колесом, как показано на фиг. 2, содержащая переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо 1, причем передняя планетарная зубчатая передача состоит из одного многоступенчатого механизма 11 переключения передач, который имеет конфигурацию, идентичную конфигурации механизма переключения передач в уровне техники, предшествующем данному изобретению, задняя планетарная зубчатая передача состоит из задней солнечной шестерни 5, заднего сателлита 6 и задней кольцевой шестерни 10 с внутренним зацеплением, причем задняя кольцевая шестерня 10 с внутренним зацеплением выполнена на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса 1 за одно целое с плавающим колесом 1, а многоступенчатый механизм 11 переключения передач содержит одну входную шестерню, множество наборов выходных шестерен и переднюю кольцевую шестерню с внутренним зацеплением (не показана), причем входная шестерня входит в зацепление с одним набором из множества наборов выходных шестерен, входная шестерня кинематически связана с передней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через набор выходных шестерен, и задняя солнечная шестерня кинематически связана с передней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через набор выходных шестерен, а задняя солнечная шестерня 5 кинематически связана с задней кольцевой шестерней 10 с внутренним зацеплением через задний сателлит 6, причем центры шестерен задней солнечной шестерни 5 и входной шестерни жестко соединены с входным валом 2, и водило 7 для соединения с выходным валом 8 связано с центром заднего сателлита 6, причем передаточное отношение одного набора из множества наборов выходных шестерен к входной шестерне равно передаточному отношению заднего сателлита к солнечной шестерне.
В этом варианте осуществления данного изобретения многоступенчатый механизм переключения передач представляет собой механизм переключения передач с 3-10 ступенями.
В этом варианте осуществления данного изобретения передаточное отношение одного набора из наборов выходных шестерен к входной шестерне и передаточное отношение задней планетарной шестерни к солнечной шестерни могут иметь значение, составляющее 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
В случае многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом, выполненной согласно данному изобретению, обеспечивается такой эффект, что выходная скорость вращения выходного вала передачи мощности равна нулю, независимо от входной скорости вращения входного вала передачи мощности, и такой эффект может быть достигнут, когда входная шестерня входит в зацепление с выходной шестерней набора из множества наборов выходных шестерен, передаточное отношение которого к входной шестерне равно передаточному отношению задней планетарной шестерни к задней солнечной шестерне. Когда входная шестерня входит в зацепление с другими наборами выходных шестерен, различные передаточные отношения могут быть выбраны для всей многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом, которая также имеет преимущества, аналогичные преимуществам редуктора с плавающим колесом, выполненного согласно первому варианту осуществления данного изобретения, подробное описание которых здесь не приводится.
На основе редуктора с плавающим колесом, показанного на фиг. 1, многоступенчатую реверсируемую трансмиссию с плавающим колесом выполняют путем замены передней планетарной передачи входного вала 2 полностью механическим многоступенчатым механизмом 11 переключения передач, т.е. передняя планетарная передача состоит из одного многоступенчатого механизма 11 переключения передач. Когда входная шестерня входит в зацепление с выходной шестерней набора из множества наборов выходных шестерен, передаточное отношение которого к входной шестерне равно передаточному отношению заднего сателлита к задней солнечной шестерне, можно достичь нулевой скорости вращения выходного вала 8, а когда входная шестерня входит в зацепление с другим набором шестерен, можно обеспечить различные передаточные отношения для многоступенчатой реверсируемой трансмиссии с плавающим колесом.
Благодаря тому, что она полностью выполнена с традиционными механическими шестернями и т.д., многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом может передавать больший вращающий момент и имеет более высокую надежность, что отличает ее от традиционной механической трансмиссии, например, коробки передач для автотранспортных средств и характеризуется тем, что во время работы машины можно переключать коробку передач от передачи переднего хода к передаче заднего хода через нейтральную передачу. Такая функция не может быть обеспечена в случае коробки передач в традиционных автотранспортных средствах, которую можно переключать только от передачи переднего хода к передаче заднего хода, когда транспортное средство не движется вперед и останавливается неподвижно.
Кроме того, в том случае, когда многоступенчатый механизм 11 переключения передач выполнен в виде бесступенчатого механизма переключения скоростей, управляемого, например, механическими или гидравлическими средствами и т.д., данное изобретение может быть преобразовано в «бесступенчатую реверсируемую трансмиссию с плавающим колесом», которая имеет более широкий диапазон регулирования скорости и автоматическое управление электромеханической интеграцией, хотя передаваемый ею вращающий момент является меньшим, чем вращающий момент, передаваемый многоступенчатой реверсируемой трансмиссией.
Кроме того, в двух типах редукторов с плавающим колесом, показанных на фиг. 1 и фиг. 2, если входной вал 2 и выходной вал 8 передачи мощности поменять друг с другом в их функциях, т.е. входной вал 2 используется в качестве выходного вала, тогда как выходной вал 8 используется в качестве входного вала передачи мощности, данное изобретение может обеспечить мультипликатор (повышающую передачу), который также имеет разнообразные преимущества в отношении регулирования отношения скоростей, которыми обладают редукторы, изображенные на фиг. 1 и 2.
Изменения, выполненные специалистом в данной области техники, на основании идеи осуществления данного изобретения относительно конкретных вариантов осуществления данного изобретения и диапазона применения не должны восприниматься как отходящие от объема патентной защиты данного изобретения, любая модификация в пределах объема защиты формулы изобретения попадает в объем защиты данного изобретения, и в общем случае содержание настоящего технического описания не следует понимать как ограничивающее данное изобретение.
1. Редуктор с плавающим колесом, характеризующийся тем, что содержит переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо (1), причем передняя планетарная зубчатая передача содержит переднюю солнечную шестерню (3), передний сателлит (4) и переднюю кольцевую шестерню (9) с внутренним зацеплением, задняя планетарная зубчатая передача содержит заднюю солнечную шестерню (5), задний сателлит (6) и заднюю кольцевую шестерни (10) с внутренним зацеплением, передняя кольцевая шестерня (9) с внутренним зацеплением и задняя кольцевая шестерня (10) с внутренним зацеплением выполнены на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса (1) за одно целое с ним, причем центр передней солнечной шестерни (3) жестко соединен с центром задней солнечной шестерни (5) через входной вал (2), передняя солнечная шестерня (5) кинематически связана с передней кольцевой шестерней (9) через передний сателлит (4), и задняя солнечная шестерня (5) кинематически связана с задней кольцевой шестерней (10) через задний сателлит (6), причем передний сателлит (4) установлен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси (12), а центр задней планетарной шестерни (6) соединен с выходным валом (8).
2. Редуктор с плавающим колесом по п. 1, отличающийся тем, что начальные окружности передней солнечной шестерни (3) и задней солнечной шестерни (5) имеют одинаковые диаметры, и/или начальные окружности переднего сателлита (4) и заднего сателлита (6) имеют одинаковые диаметры, и/или начальные окружности передней кольцевой зубчатой шестерни (9) с внутренним зацеплением и задней кольцевой зубчатой шестерни (10) с внутренним зацеплением имеют одинаковые диаметры.
3. Редуктор с плавающим колесом по п. 1, отличающийся тем, что начальные окружности передней солнечной шестерни (3) и задней солнечной шестерни (5) отличаются друг от друга по диаметру, и/или начальные окружности переднего сателлита (4) и заднего сателлита (6) отличаются друг от друга по диаметру, и/или начальные окружности передней кольцевой шестерни (9) с внутренним зацеплением и задней кольцевой шестерни (10) с внутренним зацеплением отличаются друг от друга по диаметру.
4. Редуктор с плавающим колесом по п. 3, отличающийся тем, что начальные окружности передней солнечной шестерни (3) и задней солнечной шестерни (5) имеют разные диаметры, так, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
5. Редуктор с плавающим колесом по п. 3, отличающийся тем, что начальные окружности переднего сателлита (4) и заднего сателлита (6) имеют разные диаметры, так, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
6. Редуктор с плавающим колесом по п. 3, отличающийся тем, что начальные окружности передней кольцевой зубчатой шестерни (9) с внутренним зацеплением и задней кольцевой зубчатой шестерни (10) с внутренним зацеплением имеют разные диаметры, так, что передаточное отношение составляет 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
7. Редуктор с плавающим колесом по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что зубья переднего и заднего сателлитов (4, 6) и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен (9, 10) с внутренним зацеплением выполнены косыми, так, что косые зубья переднего и заднего сателлитов (4, 6) и косые зубья соответствующих передней, задней кольцевых шестерен (9, 10) с внутренним зацеплением имеют противоположное направление.
8. Редуктор с плавающим колесом по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что зубья переднего, заднего сателлитов (4, 6) и соответствующих передней, задней кольцевых шестерен (9, 10) с внутренним зацеплением выполнены шевронными.
9. Редуктор с плавающим колесом по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что плавающее колесо (1) снабжено подшипником скольжения или качения для предотвращения осевого перемещения.
10. Многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом, характеризующаяся тем, что она содержит переднюю планетарную зубчатую передачу, заднюю планетарную зубчатую передачу и плавающее колесо (1), причем передняя планетарная зубчатая передача состоит из одного многоступенчатого механизма (11) переключения передач, задняя планетарная зубчатая передача состоит из задней солнечной шестерни (5), заднего сателлита (6) и задней кольцевой шестерни (10) с внутренним зацеплением, которая выполнена на внутренней периферийной поверхности плавающего колеса (1) за одно целое с ним, причем многоступенчатый механизм (11) переключения передач содержит одну входную шестерню, множество наборов выходных шестерен и переднюю кольцевую шестерню с внутренним зацеплением, причем входная шестерня входит в зацепление с одним набором из множества наборов выходных шестерен, входная шестерня кинематически связана с передней кольцевой шестерней с внутренним зацеплением через набор выходных зубчатых шестерен, а задняя солнечная шестерня (5) кинематически связана с задней кольцевой шестерней (10) с внутренним зацеплением через задний сателлит (6), причем центр задней солнечной шестерни (5) и центр входной шестерни жестко соединены с входным валом (2), и центр задней планетарной шестерни (6) соединен с выходным валом (8), причем понижающее передаточное отношение одного набора из множества наборов выходных шестерен к входной шестерне является идентичным понижающему передаточному отношению задней планетарной шестерни (6) к задней солнечной шестерне (5).
11. Многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом по п. 10, отличающаяся тем, что водило (7) для соединения с выходным валом (8) передачи мощности связано с центром заднего сателлита (6).
12. Многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что многоступенчатый механизм (11) переключения передач имеет от 3 до 30 ступеней.
13. Многоступенчатая реверсируемая трансмиссия с плавающим колесом по п. 10, отличающаяся тем, что понижающее передаточное отношение одного набора из множества наборов выходных шестерен к входной шестерне и понижающее передаточное отношение заднего сателлита (6) к задней солнечной шестерне (5) имеют значение, составляющее 1,0001 ~ 1000:1 или 1:1,0001 ~ 1000.
