CN101956801B - 同轴变速器 - Google Patents

Abstract

本发明的同轴变速器涉及一种输入轴与输出轴共轴线的变速器。其目的是为了提供一种结构简单、体积小、成本低、不易损坏的同轴变速器。本发明同轴变速器包括由内轴、中圈、外圈和传动构件，其中内轴、中圈和外圈由内向外依次设置且三者共轴心，内轴的外缘和外圈的内缘都为均匀分布若干数量波的曲线，传动构件设置在外圈上的径向槽内，传动构件可以与内轴的外缘和外圈的内缘相接触，当内轴转动时，内轴外缘的波就可以推动传动构件沿径向向外滑动，传动构件向外滑动的同时可以推动外圈内缘的波，从而带动外圈相对中圈进行转动，且内轴与外圈相对于中圈的传动比由内轴外缘和外圈内缘的波数所决定。

Description

同轴变速器

技术领域

本发明涉及一种变速装置，特别是涉及一种输入轴与输出轴共轴线的同轴变速器。

背景技术

变速器被广泛的应用在机床、车辆和其他需要变速的机器上，其主要目的是为了根据不同情况的需要来改变输出端与输入端的传动比。目前，传统的变速器主要是由直径不同的齿轮组成，将这些齿轮安装在主动轴和从动轴上，利用这些直径不同的齿轮之间的啮合传动来改变从动轴的转速，从而实现传动比的改变。然而这种传统的变速器最少要具有两条平行的轴，并且在需要较大传动比的时候，就需要变速器内具有直径较大的齿轮，因此这种变速器所占的空间较大，齿轮在长期受力的情况下容易造成齿的磨损和碎裂，需要频繁的维护或者更换齿轮，诸多因素造成这种传统变速器也具有成本较高、寿命较短等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、体积小、成本低、不易损坏的同轴变速器。

本发明同轴变速器，包括外圈、中圈、内轴和传动构件，所述外圈、中圈和内轴共轴线O-O，所述内轴的外缘是均匀设有n_a个波b₁的曲线l₁，所述曲线l₁的基圆半径为r_a，所述外圈设置在内轴外侧，所述外圈的内缘是均匀设有n_b个波b₂的曲线l₂，所述曲线l₂的基圆半径为r_b，所述中圈设置在内轴与外圈之间，所述中圈上均匀设有n_c个径向槽，所述传动构件设置在径向槽内且可在径向槽内滑动，传动构件沿中圈径向的长度为r_b-r_a，传动构件的宽度与径向槽的宽度相同，所述波b₁与波b₂的波高a相同，所述n_c为n_a与n_b的和或差的绝对值；

当内轴以轴线O-O沿周向转动时，波b₁推动传动构件在径向槽内沿径向向外滑动，传动构件推动波b₂使外圈也以轴线O-O沿周向转动，当n_c为n_a与n_b的和时，内轴与外圈相对于中圈的转向相反；当n_c为n_a与n_b的差的绝对值时，内轴与外圈相对于中圈的转向相同。

本发明同轴变速器，其中所述曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：

$\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_a+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_a}{2}t\right)\right)}^2,$ (t为角变量)；所述曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：

$\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_b+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_b}{2}t\right)\right)}^2,$ (t为角变量)。

本发明同轴变速器，其中所述曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)＝r_a+a·sin(n_at)+a_Δ·cos(2n_at)，(t为角变量)；所述曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)＝r_b+a·sin(n_bt)+a_Δ·cos(2n_bt)，(t为角变量)；其中所述a_Δ小于a的1/4。

本发明同轴变速器，其中所述传动构件为大滚柱，所述大滚柱的直径为r_b-r_a。

本发明同轴变速器，其中所述传动构件包括推杆和两个小滚柱，所述两个小滚柱分别设置在推杆的两端，且小滚柱相对推杆可转动。

本发明同轴变速器，其中所述中圈上设有若干固定通孔，所述中圈的左、右两端面分别设有盖板，所述盖板上设有与固定通孔相对应的通孔，所述固定通孔与通孔内装有连接螺栓将中圈和盖板固定连接。。

本发明同轴变速器，其中所述其中一个盖板的外端面设有底座。

本发明同轴变速器与现有技术不同之处在于本发明同轴变速器主要是由内轴、中圈、外圈和传动构件构成，内轴的外缘和外圈的内缘都为均匀分布若干数量波的曲线，传动构件设置在外圈上的径向槽内，传动构件可以与内轴的外缘和外圈的内缘相接触，当内轴转动时，内轴外缘的波就可以推动传动构件沿径向向外滑动，传动构件向外滑动的同时可以推动外圈内缘的波，从而带动外圈相对中圈进行转动，且内轴与外圈相对于中圈的传动比由内轴外缘和外圈内缘的波数所决定，本发明同轴变速器的输入轴与输出轴共轴线，并且传动比与内轴和外圈的直径无关，因此本发明同轴变速器的体积比传统的变速器小，并且不需要加工齿轮，结构简单也使成本有所降低。

本发明同轴变速器中内轴外缘的曲线和外圈内缘的曲线由上述特定的极坐标方程所构成，在机械效率、噪音、振动等方面是性能最好的曲线；传动构件既可以是大滚柱，也可以是带有推杆的结构，使传动构件与内轴和外圈的产生滚动摩擦，提高了传动效率，减小能量损失和零件的磨损；在中圈和盖板上设有通孔是为了便于对中圈进行限位，当中圈被固定不动时，本发明同轴变速器就可以作为减速机使用，当中圈可以转动时，本发明同轴变速器就可以作为普通轴承或者差速器使用。

下面结合附图对本发明的同轴变速器作进一步说明。

附图说明

图1为本发明同轴变速器第一种实施方式的主视图；

图2为图1中A-A方向剖视图；

图3为本发明同轴变速器第二种实施方式的主视图；

图4为图3中B-B方向剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，第一种实施方式的同轴变速器包括外圈1、中圈2、内轴3和传动构件，外圈1、中圈2和内轴3共轴线O-O，内轴3的外缘是均匀设有n_a个波b₁的曲线l₁，n_a为7，波b₁的波高为a，曲线l₁的基圆半径为r_a，曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为： $\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_a+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_a}{2}t\right)\right)}^2,$ (t为角变量)；外圈1设置在内轴3外侧，外圈1的内缘是均匀设有n_b个波b₂的曲线l₂，n_b为3，波b₂的波高同为a，曲线l₂的基圆半径为r_b，曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为： $\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_b+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_b}{2}t\right)\right)}^2,$ (t为角变量)；中圈2设置在内轴3与外圈1之间，中圈2上均匀设有n_c个径向槽4，传动构件为大滚柱5，大滚柱5的直径为r_b-r_a，大滚柱5设置在径向槽4内且可在径向槽4内滑动，中圈2上设有若干固定通孔8，中圈2的左、右两端面分别设有盖板9、9’，盖板9、9’上设有与固定通孔8相对应的通孔10，其中一个盖板9的外端面设有底座11。

其中n_c为n_a与n_b的和，当内轴3以轴线O-O沿周向转动时，波b₁推动传动构件在径向槽4内沿径向向外滑动，传动构件推动波b₂使外圈1也以轴线O-O沿周向转动，当中圈2固定不动时，外圈1与内轴3的传动比 $i=\frac{n_b}{n_a}=\frac{3}{7},$ 内轴3与外圈1的转向相反。

其中n_c还可以为n_a与n_b的差的绝对值，则内轴3与外圈1的转向相同，传动比 $i=\frac{n_b}{n_a}=\frac{3}{7}.$

如图3和图4所示，第二种实施方式的同轴变速器与第一种实施方式的区别在于传动构件包括推杆6和两个小滚柱7，两个小滚柱7分别设置在推杆6的两端，且小滚柱7相对推杆6可转动，两个小滚柱7分别可以与内轴外缘和外圈内缘相接触，且整个传动构件在中圈2径向上的长度为r_b-r_a。

本发明同轴变速器的传动比取决于波b₁和b₂的数量n_a和n_b的比值，而不由外圈1和内轴3的直径大小所决定，因此在需要大传动比的情况下也可以做到很小的体积；并且当中圈2固定时，将内轴3与动力系统的输入轴相连接，将外圈1与输出轴相连接，本发明同轴变速器可以作为减速机使用；当中圈2固定时，将外圈1与动力系统的输入轴相连接，将内轴3与输出轴相连接，本发明同轴变速器就可以作为增速机使用；而当外圈1、中圈2和内轴3均不固定时，外圈1、内轴3和中圈2可以以一定规律同时进行转动，本发明同轴变速器也可以作为普通轴承或者差速器使用。

曲线l₁和l₂除了可以采用以上两种实施方式中所限定的曲线方程来实现发明目的之外，还可以采用其他曲线方程来实现发明目的，例如：曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)＝r_a+a·sin(n_at)+a_Δ·cos(2n_at)，(t为角变量)，曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)＝r_b+a·sin(n_bt)+a_Δ·cos(2n_bt)，(t为角变量)，其中a_Δ为a的1/5；当a_Δ为零时，曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：ρ(t)＝r_a+a·sin(n_at)，(t为角变量)，曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：ρ(t)＝r_b+a·sin(n_bt)，(t为角变量)；上述两组曲线方程所表示的曲线l₁和l₂同样可以实现本发明同轴变速器的发明目的和效果，只是其在机械效率、噪音、振动等方面的性能略次于前两种实施方式中所公开的曲线。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种同轴变速器，其特征在于：包括外圈（1）、中圈（2）、内轴（3）和传动构件，所述外圈（1）、中圈（2）和内轴（3）共轴线O-O，所述内轴（3）的外缘是均匀设有n_a个波b₁的曲线l₁，所述曲线l₁的基圆半径为r_a，所述外圈（1）设置在内轴（3）外侧，所述外圈（1）的内缘是均匀设有n_b个波b₂的曲线l₂，所述曲线l₂的基圆半径为r_b，所述中圈（2）设置在内轴（3）与外圈（1）之间，所述中圈（2）上均匀设有n_c个径向槽（4），所述传动构件设置在径向槽（4）内且可在径向槽（4）内滑动，传动构件沿中圈（2）径向的长度为r_b-r_a，传动构件的宽度与径向槽（4）的宽度相同，所述波b₁与波b₂的波高a相同，所述n_c为n_a与n_b的和或差的绝对值；

所述曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：

$\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_a+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_a}{2}t\right)\right)}^2,$ t为角变量，

所述曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：

$\mathrm{\ρ}\left(t\right)=r_b+a\·{\left(\sin \left(\frac{n_b}{2}t\right)\right)}^2,$ t为角变量；

或者，所述曲线l₁以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)=r_a+a·sin(n_at)+a_Δ·cos(2n_at)，t为角变量，

所述曲线l₂以轴心O为原点的极坐标方程为：

ρ(t)=r_b+a·sin(n_bt)+a_Δ·cos(2n_bt)，t为角变量；

其中所述a_Δ小于a的1/4；

当内轴（3）以轴线O-O沿周向转动时，波b1推动传动构件在径向槽（4）内沿径向向外滑动，传动构件推动波b₂使外圈（1）也以轴线O-O沿周向转动，当n_c为n_a与n_b的和时，内轴（3）与外圈（1）相对于中圈（2）的转向相反；当n_c为n_a与n_b的差的绝对值时，内轴（3）与外圈（1）相对于中圈（2）的转向相同。

2.根据权利要求1所述的同轴变速器，其特征在于：所述传动构件为大滚柱（5），所述大滚柱（5）的直径为r_b-r_a。

3.根据权利要求1所述的同轴变速器，其特征在于：所述传动构件包括推杆（6）和两个小滚柱（7），所述两个小滚柱（7）分别设置在推杆（6）的两端，且小滚柱（7）相对推杆（6）可转动。

4.根据权利要求2所述的同轴变速器，其特征在于：所述中圈（2）上设有若干固定通孔（8），所述中圈（2）的左、右两端面分别设有盖板（9、9’），所述盖板（9、9’）上设有与固定通孔（8）相对应的通孔（10），所述固定通孔（8）与通孔（10）内装有连接螺栓将中圈（2）和盖板（9、9’）固定连接。

5.根据权利要求3所述的同轴变速器，其特征在于：所述中圈（2）上设有若干固定通孔（8），所述中圈（2）的左、右两端面分别设有盖板（9、9’），所述盖板（9、9’）上设有与固定通孔（8）相对应的通孔（10），所述固定通孔（8）与通孔（10）内装有连接螺栓将中圈（2）和盖板（9、9’）固定连接。

6.根据权利要求4或5所述的同轴变速器，其特征在于：所述其中一个盖板（9）的外端面设有底座（11）。

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