[发明专利]钢球调速锥齿差速减速机构

摘要

本发明是一种钢球调速锥齿差速减速机构，其涉及一种减速机构，包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，所述减速机构的调速钢球径向外表面分别与摩擦盘一滚动面和摩擦盘二滚动面进行滚动运动，不会因滑动摩擦力产生更多的热量。所述减速机构运行过程中，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器，所述减速机构的输出轴转速与摩擦盘锥齿轮一和摩擦盘锥齿轮二转速之差相关，具有传动比大、输出转矩大、结构简单、使用寿命长的优点。所述减速机构能够实现原动机不停机时零转速输出，以及能够实现输入轴不改变旋转方向时改变输出轴旋转方向的功能。所述减速机构具备反向自锁功能。

主权项

1.一种钢球调速锥齿差速减速机构，其特征在于：所述减速机构包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，固定筒部件包括固定筒(14)、导向联动支架(15)，钢球部件包括调速钢球(12)、操作钢球(13)、联动销(44)、轴套四(46)、推力钢球(47)、弹簧(48)，摩擦盘锥齿轮部件包括摩擦盘锥齿轮一(1)、摩擦盘锥齿轮二(7)、轴套一(19)、挡圈一(18)、销一(17)、轴套二(8)、键条(9)、输入轴(10)，行星支架部件包括输出轴(16)、行星锥齿轮(2)、轴套三(3)、行星轴(5)、行星支架(6)，或者在上述部件中采用轴承分别替换轴套一(19)、轴套二(8)、轴套三(3)、轴套四(46)，该轴承承载径向负荷和轴向负荷；若干个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，或者，一个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，钢球部件和行星支架部件安装在固定筒(14)径向内侧，导向联动支架(15)安装在固定筒(14)径向外侧，摩擦盘锥齿轮部件把钢球部件与行星支架部件连接在一起；摩擦盘锥齿轮部件的输入轴(10)与行星支架部件的输出轴(16)同轴；所述减速机构若只包括一个钢球部件，所述减速机构的固定筒部件不包括导向联动支架(15)，此时通过操纵操作钢球(13)的位置控制所述减速机构的运行状态；所述减速机构在应用时，输入轴(10)轴向左端与原动机的输出轴连接在一起，输出轴(16)轴向右端与所述减速机构驱动的负载装置连接在一起；所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)沿着输出轴正向旋转方向(76)旋转，并且，输出轴正向旋转方向(76)与输入轴旋转方向(71)相同时，所述减速机构处于正向减速运行状态，若原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)沿着输出轴反向旋转方向(78)旋转，并且，输出轴反向旋转方向(78)与输入轴旋转方向(71)相反时，所述减速机构处于反向减速运行状态，若原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输出轴(16)的输出转速为零时，所述减速机构处于空转运行状态；所述减速机构停止运行，负载装置产生的反向力矩不能反向驱动输入轴(10)旋转时，所述减速机构处于反向自锁状态；所述减速机构的摩擦盘锥齿轮一(1)有内侧轮齿一(38)、摩擦盘一，内侧轮齿一(38)是圆锥形轮齿，摩擦盘锥齿轮二(7)有内侧轮齿二(41)、摩擦盘二，内侧轮齿二(41)是圆锥形轮齿；内侧轮齿一(38)与内侧轮齿二(41)齿数相等，摩擦盘一与摩擦盘二直径相等；行星支架部件的行星锥齿轮(2)分别与内侧轮齿一(38)和内侧轮齿二(41)啮合；钢球部件的调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一径向外表面的摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二径向外表面的摩擦盘二滚动面(42)接触安装在一起，调速钢球(12)旋转时，调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二滚动面(42)进行滚动运动；所述减速机构空转运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴轴线(11)垂直，即钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合；所述减速机构正向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)沿着导向联动支架正向移动方向(73)倾斜，钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α，偏移夹角α是锐角；所述减速机构反向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)沿着导向联动支架反向移动方向(77)倾斜，钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β，偏移夹角β是锐角；所述减速机构运行时，原动机驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输入轴(10)通过键条(9)驱动摩擦盘锥齿轮二(7)同方向旋转，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球(12)沿着调速钢球旋转方向(69)旋转，调速钢球(12)通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一(1)旋转，摩擦盘锥齿轮一旋转方向(82)与摩擦盘锥齿轮二旋转方向(79)相反；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合时，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长等于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度等于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转，行星支架(6)处于静止状态，输出轴(16)输出转速为零，所述减速机构处于空转运行状态；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长大于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度大于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)通过行星轴(5)驱动输出轴(16)低转速同方向旋转，输出轴(16)沿着输出轴正向旋转方向(76)旋转，所述减速机构处于正向减速运行状态；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长小于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度小于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)通过行星轴(5)驱动输出轴(16)低转速同方向旋转，输出轴(16)沿着输出轴反向旋转方向(78)旋转，所述减速机构处于反向减速运行状态；固定筒(14)呈圆筒形，固定筒(14)径向外表面有一个或者有若干个呈圆柱形的固定台(45)，固定台(45)有径向的固定台轴孔(57)，固定台轴孔(57)的截面呈长圆形，固定台轴孔(57)截面的长轴方向与固定筒(14)轴向平行，固定台轴孔(57)与固定筒(14)径向内侧相连通，固定台(45)位于固定筒(14)径向内侧的端面有呈半球形曲面的定位球面凹槽(58)；导向联动支架(15)的导向环(67)呈环形，导向环(67)径向外表面均布若干对联动杆(66)，每一对联动杆(66)之间是导向槽(68)，每一个联动杆(66)左端与导向环(67)径向外表面连接在一起，每一个联动杆(66)右端有一个联动槽孔(65)；操作钢球(13)下端是呈半球形的半球一(51)，半球一(51)上端径向外表面呈半球形曲面，半球一(51)下端面有呈环形的定位凹槽(49)，定位凹槽(49)径向内侧是半球内腔一(50)，操作钢球(13)上端是呈圆柱形的钢球操作轴(53)，钢球操作轴(53)上有联动销孔(52)；调速钢球(12)下端是呈半球形的半球二(54)，半球二(54)下端径向外表面呈半球形曲面，半球二(54)上端面有呈圆筒形的定位凸台(55)，定位凸台(55)径向内侧是半球内腔二(56)；联动销(44)呈圆柱形；轴套一(19)、轴套二(8)、轴套三(3)、轴套四(46)呈圆筒形，其径向中间是轴套轴孔(34)，轴向一端是轴套止推轴肩(33)；行星轴(5)呈圆柱形；行星锥齿轮(2)径向中间是锥齿轮轴孔(31)，径向外侧是轮齿，其轴向一端是齿轮前端面，轴向另一端是齿轮后端面(32)；行星支架(6)呈环形，行星支架(6)径向内侧是支架內腔(29)，行星支架(6)径向内表面均布若干个支架安装平面(28)，每一个支架安装平面(28)中心有一个支架固定轴孔(30)；输出轴(16)呈圆柱形，输出轴(16)从轴向一端至另一端依次是轴段一(20)、轴颈一(22)、固定轴肩(24)、轴颈二(25)，固定轴肩(24)径向外表面均布若干个径向的固定轴孔(23)，轴段一(20)靠近轴颈一(22)一端径向外表面有径向的定位销孔一(21)，轴颈二(25)与固定轴肩(24)之间有定位轴肩一(26)；输入轴(10)呈圆柱形，输入轴(10)轴向右端是轴颈三(59)，轴颈三(59)径向外表面有外键槽(60)，输入轴(10)轴向左端是轴段二(27)，轴颈三(59)与轴段二(27)之间是定位轴肩二(61)；挡圈一(18)呈圆筒形，挡圈一(18)径向中心是挡圈轴孔(36)，挡圈一(18)径向外表面有径向的挡圈销孔(35)；销一(17)呈圆柱形；摩擦盘锥齿轮一(1)径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)，摩擦盘锥齿轮一(1)径向内侧是内侧轮齿一(38)，摩擦盘锥齿轮一(1)径向外侧是圆盘形的摩擦盘一，摩擦盘一径向外表面是环形的摩擦盘一滚动面(39)，内侧轮齿一(38)、摩擦盘一滚动面(39)在轴向同一侧；摩擦盘锥齿轮二(7)轴向左端有轮毂(62)，轮毂(62)径向中间是摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)，摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)径向内表面有内键槽(63)，摩擦盘锥齿轮二(7)轴向右端的径向中间是轴套安装孔二(64)，摩擦盘锥齿轮二(7)轴向右端的径向内侧是内侧轮齿二(41)，内侧轮齿二(41)径向外侧是圆盘形的摩擦盘二，摩擦盘二径向外表面是环形的摩擦盘二滚动面(42)，内侧轮齿二(41)、摩擦盘二滚动面(42)在轴向同一侧；行星支架部件在装配时，把若干个行星锥齿轮(2)安装在输出轴(16)的固定轴肩(24)径向外侧，把每一个行星锥齿轮(2)的锥齿轮轴孔(31)与输出轴(16)的固定轴孔(23)对齐，使每一个行星锥齿轮(2)的齿轮后端面(32)位于径向外侧，把若干个轴套三(3)分别安装在行星锥齿轮(2)的锥齿轮轴孔(31)中，把轴套三(3)的轴套止推轴肩(33)与行星锥齿轮(2)的齿轮后端面(32)接触安装在一起，把行星支架(6)安装在若干个轴套三(3)径向外侧，把行星支架(6)的支架安装平面(28)与轴套三(3)的轴套止推轴肩(33)接触安装在一起，把行星支架(6)的支架固定轴孔(30)与轴套三(3)的轴套轴孔(34)对齐，把若干个行星轴(5)分别依次插入行星支架(6)的支架固定轴孔(30)、轴套三(3)的轴套轴孔(34)、输出轴(16)的固定轴孔(23)中，使行星锥齿轮(2)能够围绕行星轴轴线(4)旋转；钢球部件在装配时，把弹簧(48)和推力钢球(47)依次安装在调速钢球(12)的半球内腔二(56)中，使推力钢球(47)在弹簧(48)的上端，把轴套四(46)安装在操作钢球(13)的半球内腔一(50)中，使轴套四(46)的轴套止推轴肩(33)安装在操作钢球(13)的定位凹槽(49)中，把调速钢球(12)的定位凸台(55)安装在轴套四(46)的轴套轴孔(34)中，使调速钢球(12)的半球二(54)上端面与轴套四(46)的轴套止推轴肩(33)接触安装在一起，使推力钢球(47)的上端与操作钢球(13)的半球内腔一(50)内表面的上端接触安装在一起；所述减速机构在装配时，把导向联动支架(15)安装在固定筒(14)径向外侧，使导向联动支架(15)的导向环(67)径向内表面与固定筒(14)左端径向外表面接触安装在一起，把一个或者若干个钢球部件安装在固定筒(14)径向内侧，使钢球部件的操作钢球(13)的钢球操作轴(53)穿过固定筒(14)的固定台轴孔(57)，使操作钢球(13)的半球一(51)上端径向外表面与固定筒(14)的定位球面凹槽(58)接触安装在一起，使操作钢球(13)的钢球操作轴(53)上端位于固定筒(14)径向外侧，使操作钢球(13)的钢球操作轴(53)上端位于导向联动支架(15)的导向槽(68)中，把联动销(44)两端安装在导向联动支架(15)的一对联动杆(66)的联动槽孔(65)中，把联动销(44)中间位置安装固定在操作钢球(13)的钢球操作轴(53)的联动销孔(52)中；使调速钢球(12)能够围绕钢球操作轴轴线(43)旋转，导向联动支架(15)沿着固定筒(14)轴向移动时，使若干个钢球部件的操作钢球(13)的钢球操作轴(53)能够向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜，钢球操作轴轴线(43)也随之向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜；把行星支架部件安装在固定筒(14)径向内侧，把摩擦盘锥齿轮一(1)安装在行星支架部件的轴向右侧，使摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)安装在行星支架部件的输出轴(16)的轴颈一(22)径向外侧，使摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)与行星支架部件的行星锥齿轮(2)啮合，把轴套一(19)安装在输出轴(16)的轴颈一(22)径向外表面，使轴套一(19)径向外表面与摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘锥齿轮轴孔一(37)径向内表面接触安装在一起，使轴套一(19)的轴套止推轴肩(33)与摩擦盘锥齿轮一(1)没有内侧轮齿一(38)的一端接触安装在一起，把挡圈一(18)安装在输出轴(16)的轴段一(20)径向外表面，把销一(17)安装在挡圈一(18)的挡圈销孔(35)中和输出轴(16)的定位销孔一(21)中；把轴套二(8)安装在输出轴(16)的轴颈二(25)径向外表面，使轴套二(8)的轴套止推轴肩(33)与输出轴(16)的定位轴肩一(26)接触安装在一起；把输入轴(10)安装在行星支架部件的轴向左侧，把键条(9)安装在输入轴(10)的外键槽(60)中，把摩擦盘锥齿轮二(7)安装在行星支架部件的轴向左侧，使摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)与行星支架部件的行星锥齿轮(2)啮合，使摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘锥齿轮轴孔二(40)安装在输入轴(10)的轴颈三(59)径向外表面，使键条(9)安装在摩擦盘锥齿轮二(7)的内键槽(63)中，使摩擦盘锥齿轮二(7)的轴套安装孔二(64)安装在轴套二(8)径向外表面，使轴套二(8)的轴套止推轴肩(33)与摩擦盘锥齿轮二(7)有内侧轮齿二(41)的一端接触安装在一起；钢球部件位于行星支架部件的径向外侧，并且，钢球部件的调速钢球(12)安装在摩擦盘锥齿轮一(1)与摩擦盘锥齿轮二(7)轴向之间的位置，调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)接触安装在一起；所述减速机构装配后固定筒(14)固定不动，调速钢球(12)只有围绕钢球操作轴轴线(43)旋转的一个自由度；操作钢球(13)只有围绕半球一(51)的球心向固定筒(14)轴向左端或者向固定筒(14)轴向右端倾斜的一个自由度；所述减速机构的摩擦盘锥齿轮二(7)、行星锥齿轮(2)、行星轴(5)、行星支架(6)、摩擦盘锥齿轮一(1)组成锥齿行星齿轮减速器，锥齿行星齿轮减速器的主动件一是摩擦盘锥齿轮一(1)，主动件二是摩擦盘锥齿轮二(7)，从动件是行星支架(6)；锥齿行星齿轮减速器做减速传动；摩擦盘锥齿轮一(1)旋转方向与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转方向相反；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度相等，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转，行星支架(6)处于静止状态，输出轴(16)的转速为零；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度不相等，行星锥齿轮(2)在围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度之差的绝对值；若摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度，行星支架(6)旋转方向与摩擦盘锥齿轮二(7)旋转方向相同；若摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度，行星支架(6)旋转方向与摩擦盘锥齿轮一(1)旋转方向相同；钢球部件与摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二以及摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一共同组成一个钢球调速差速发生器，由钢球调速差速发生器驱动锥齿行星齿轮减速器组成所述减速机构；钢球部件装配后，调速钢球(12)的轴线与钢球操作轴轴线(43)重合，把调速钢球(12)的半球二(54)径向外表面划分经纬度，靠近半球二(54)的定位凸台(55)并远离钢球操作轴轴线(43)的区域是低纬度区域，远离半球二(54)的定位凸台(55)并靠近钢球操作轴轴线(43)的区域是高纬度区域；调速钢球(12)围绕钢球操作轴轴线(43)旋转时，调速钢球(12)的半球二(54)径向外表面不同纬度区域旋转线速度各不相同，半球二(54)径向外表面低纬度区域旋转线速度大于半球二(54)径向外表面高纬度区域旋转线速度；若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度等于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度；若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度小于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度；若钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β时，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二滚动面(42)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度大于摩擦盘锥齿轮一(1)的摩擦盘一滚动面(39)与半球二(54)径向外表面滚动接触的纬度，则调速钢球(12)旋转时摩擦盘锥齿轮二(7)旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一(1)旋转速度。