專利名稱：機械式自動變速機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械式自動變速機構(gòu)，該機構(gòu)適用于機械傳動領(lǐng)域。
變速換檔裝置廣泛應(yīng)用于機械傳動領(lǐng)域，例如汽車拖拉機普遍采用的齒輪變速箱，油田修井作業(yè)時擰緊或卸下管線而使用的動力鉗(也稱擰扣機)中所采用的齒輪換擋裝置。這些變速裝置的特點是根據(jù)外界負荷的大小利用不同的嚙合齒輪對傳遞動力以達到換檔變速和完成功率匹配的目的，而實現(xiàn)變速的方法均為手動換檔變速。顯然，若能根據(jù)外界負荷的變化自動選擇不同的嚙合齒輪對達到自動換檔變速，對于提高作業(yè)效率，減少能耗，降低勞動強度將大有裨益。但就目前現(xiàn)狀而言，能夠?qū)崿F(xiàn)機械式自動變速的機構(gòu)所見極少，能夠付諸實踐的自動變速機構(gòu)則更為罕見。由姜校林發(fā)明的“帶有超越離合器的行星齒輪式兩檔自動變速機構(gòu)(專利號99202478.1)”，雖然解決了機械式自動變速機構(gòu)這一問題，但由于行星齒輪機構(gòu)制作加工麻煩，在現(xiàn)有的齒輪變速箱中應(yīng)用很少，且在低檔運行時，動力流同時經(jīng)高低檔元件傳遞到輸出軸上，導(dǎo)致傳動效率的降低，因此限制了該專利的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的目的是提供一種新的易于在普通手動換檔變速箱上推廣應(yīng)用的兩檔位的機械式自動變速機構(gòu)，它能根據(jù)外界負荷的變化自動改變動力輸出軸的轉(zhuǎn)速，以達到功率匹配的目的。若將兩個以上的該機構(gòu)進行串聯(lián)組合，則可實現(xiàn)多檔位的自動變速機構(gòu)。
該機構(gòu)具有顯著的優(yōu)點是①智能變速，提高了工作效率。②換檔及時準確，節(jié)約能源。③自動運行，減輕了操作人員的勞動強度。④實用性強，易于在普通變速箱上推廣應(yīng)用。⑤高、低速檔運行時，動力完全分離而不產(chǎn)生功率消耗。
為達此目的，本技術(shù)方案是在普通的同軸線式齒輪減速器上進行的改進，采用了扭矩限制器(類同于安全聯(lián)軸器)和超越離合器兩個機構(gòu)，將二者進行了結(jié)合。扭矩限制器的作用是當外界負荷處在扭矩限制器工作扭矩的范圍內(nèi)時，由動力輸入軸傳遞的扭矩經(jīng)扭矩限制器傳遞到動力輸出軸上，實現(xiàn)小負荷高轉(zhuǎn)速輸出。當外界負荷超出扭矩限制器工作扭矩范圍而處在大負荷時，扭矩限制器打滑，此時動力輸入軸的動力經(jīng)超越離合器星輪帶動超離合器外圈，經(jīng)減速齒輪對傳遞到動力輸出軸上，實現(xiàn)大負荷低轉(zhuǎn)速輸出。超越離合器的作用是當外界處在小負荷狀態(tài)時，超越離合器自動脫開，即超越離合器的星輪與其外圈分開而不傳遞動力。當外界處在大負荷狀態(tài)時，超越離合器接合，動力輸入軸的動力經(jīng)超越離合器的星輪帶動超越離合器的外圈實現(xiàn)大扭矩低轉(zhuǎn)速輸出。因此對于超越離合器和扭矩限制器而言，二者是根據(jù)外界負荷的變化交替運行輪流工作而實現(xiàn)自動換檔變速的。由于普通扭矩限制器〔一般主要由主動盤、從動盤、傳動銷及測力彈簧等組成〕在大扭矩打滑時仍然消耗一部分能量，故本發(fā)明特在輸出軸上加裝上傳動螺旋爪，將傳動螺旋爪的被動部分與扭矩限制器中的傳動銷軸向剛性聯(lián)接，將測力彈簧壓緊在被動螺旋爪上，在大扭矩時被動螺旋爪在主動螺旋爪的驅(qū)動下克服測力彈簧的預(yù)緊力做軸向移動，進而帶動傳動銷脫離扭矩限制器中的主動盤，使高速檔傳遞的動力得以切斷，動力只從低速檔傳出。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。


圖1為本發(fā)明總成剖面圖；圖2為圖1的A-A剖面圖；圖3為圖1的B-B剖面圖；圖4為輸出齒輪右視圖；圖5為輸出齒輪主視圖；圖6為圖1C向視圖(去掉其它件，僅對被動螺旋爪所做的向視圖)。圖7為被動螺旋爪受力分析圖。
圖中1，輸入軸；2，襯套(滑動軸承)；3，輸入齒輪；4，超越離合器外圈；5，滾柱；6，星輪；7，傳動銷；8，被動螺旋爪；9，輸出軸；10，測力彈簧；11輸出齒輪；12，聯(lián)二齒輪；13，中間軸；14，殼體；15，螺母；16，環(huán)形槽孔；17，主動螺旋爪；18，圓柱孔；19，橢圓孔；20，正壓力N；21，圓周力F；22測力彈簧作用力P；23，止推銅墊(止推軸承)。
下面介紹本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
見圖1，圖中輸入軸1與超越離合器的星輪6做成一體，輸入軸1左端通過滾珠軸承支撐在殼體14上，另一端通過襯套2(注意所有的襯套2均是外圈為靜配合，內(nèi)圈為動配合)支撐在輸出齒輪11左端的內(nèi)孔中，該內(nèi)孔裝有止推銅墊23，起到止推軸承的作用，使星輪6與輸出齒輪11相互壓緊時二者能相互轉(zhuǎn)動。輸入齒輪3與超越離合器外圈4做成一體，其內(nèi)孔通過襯套2支撐在輸入軸1上，在星輪6與超越離合器外圈4之間裝有滾柱5，輸入齒輪3與聯(lián)二齒輪12的大齒輪嚙合，聯(lián)二齒輪12通過兩個襯套2裝在中間軸13上，聯(lián)二齒輪12的小齒輪與輸出齒輪11相嚙合，輸出齒輪11軸向上開有5個圓柱孔18，其右端做成螺旋面形狀的主動螺旋爪17，主動螺旋爪17與具有相應(yīng)形狀的被動螺旋爪8相咬合。在被動螺旋爪8的右面裝有具有一定數(shù)值預(yù)緊力的測力彈簧10，測力彈簧10的另一端頂在向心推力球軸承上，輸出軸9右端通過向心推力球軸承支撐在殼體14上，其左端上的花鍵與被動螺旋爪8的內(nèi)孔花鍵相配合，傳動銷7從被動螺旋爪8的橢圓孔19中伸出，經(jīng)輸出齒輪11上的圓柱孔18，頂在星輪6的環(huán)形槽孔16內(nèi)，因傳動銷7有一個凸肩及螺母15，故被動螺旋爪8軸向左右移動時均能帶動傳動銷7移動，但傳動銷7在輸出齒輪11驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，因被動螺旋爪8上的橢圓孔19的存在，可使傳動銷7與被動螺旋爪8有一個相對的角位移。
由以上構(gòu)造知，本發(fā)明中的超越離合器主要由星輪6(主動部分)、滾柱5、超越離合器外圈4(從動部分)組成，扭矩限制器則由星輪6(主動部分)，傳動銷7，測力彈簧10、以及輸出齒輪11、被動螺旋爪8、輸出軸9(該三者為扭矩限制器的從動部分)構(gòu)成。
下面來說明本發(fā)明的工作原理。
首先作出被動螺旋爪8的爪部受力分析圖。設(shè)20為主動螺旋爪17作用在被動螺旋爪8上的法向正壓力N，21為外界載荷作用下產(chǎn)生的圓周力F，22為測力彈簧10的作用力P，a為螺旋角，為簡化起見此處忽略摩擦力的影響，設(shè)在三力的作用下，被動螺旋爪8處于平衡狀態(tài)，則P＝N.COSa，F(xiàn)＝N.Sina，故P＝F/tga由于a為定值，故F值(外界載荷)越高，P值越大，當F增大到足以克服測力彈簧10的預(yù)緊力時，被動螺旋爪8即可右移。
現(xiàn)在來說明本發(fā)明的工作過程。
首先動力經(jīng)輸入軸1帶動星輪6順時針轉(zhuǎn)動(從輸入端看，下同)當輸出端為小負荷時，動力經(jīng)星輪6、傳動銷7，帶動輸出齒輪11，經(jīng)主動螺旋爪17、被動螺旋爪8，再經(jīng)花鍵聯(lián)接帶動輸出軸9輸出。因動力未經(jīng)減速齒輪對減速，故此時為小負荷高轉(zhuǎn)速輸出，此時動力的傳遞路線為輸入軸1，經(jīng)星輪6，經(jīng)傳動銷7、經(jīng)輸出齒輪11、經(jīng)主動螺旋爪17，經(jīng)被動螺旋爪8，經(jīng)輸出軸9輸出。
這里，動力傳遞的另一路經(jīng)輸出齒輪11、聯(lián)二齒輪12、輸入齒輪3、超越離合器外圈4，因超越離合器外圈4以順時針方向高于星輪6的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，故此時超越離合器脫開而不產(chǎn)生干涉。
當外界為大負荷時，由于在主動螺旋爪17和被動螺旋爪8的螺旋面之間產(chǎn)生的軸向推力超過測力彈簧10的預(yù)緊力時、被動螺旋爪8將軸向帶動傳動銷7從星輪6的環(huán)形槽孔16中抽出、此時因星輪6的繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，動力便經(jīng)滾柱5、超越離合器外圈4、輸入齒輪3，經(jīng)聯(lián)二齒輪12減速后從動力輸出軸9低速輸出、此時動力的傳遞路線為輸入軸1，經(jīng)星輪6、經(jīng)滾柱5、經(jīng)超越離合器外圈4，經(jīng)輸入齒輪3，經(jīng)聯(lián)二齒輪12(大)，經(jīng)聯(lián)二齒輪12(小)，經(jīng)輸出齒輪11、經(jīng)主動螺旋爪17，經(jīng)被動螺旋爪8，經(jīng)輸出軸9輸出。
因動力的傳遞路線經(jīng)過聯(lián)二齒輪12對應(yīng)的兩對齒輪對降速，因此在大負荷狀態(tài)下動力是低速輸出的，這樣就完成了根據(jù)外界負荷的變化自動調(diào)節(jié)動力輸出軸9的轉(zhuǎn)速的目的。
這里應(yīng)注意①，主動螺旋爪17與被動螺旋爪8上的螺旋面的軸向長度應(yīng)大于傳動銷7伸入到星輪6上的環(huán)形槽孔16內(nèi)的長度，以保證主、被螺旋面始終處在咬合狀態(tài)而不脫離。②，在大負荷、被動螺旋爪8沿軸向右移時，主動螺旋爪17與被動螺旋爪8之間有一個相對的轉(zhuǎn)角，但由于被動螺旋爪8上的橢圓孔19的存在，使得傳動銷7在輸出齒輪11的作用下沿著橢圓孔19周向轉(zhuǎn)動不受限制。
以上是小負荷變?yōu)榇筘摵傻墓ぷ鬟^程，從大負荷變?yōu)樾∝摵傻倪^程類似，不再贅述。
權(quán)利要求
1，機械式自動變速機構(gòu)，是在同軸線式齒輪減速機構(gòu)的基礎(chǔ)上進行的改進，使原來的定比減速機構(gòu)成為能根據(jù)外界負荷的變化自動改變傳動比的變速機構(gòu)。其特征在于在同軸線式齒輪減速機構(gòu)的輸入軸〔1〕與輸入齒輪〔3〕的動力傳遞之間加裝上超越離合器，超越離合器的主動部分由輸入軸〔1〕驅(qū)動，從動部分與輸入齒輪〔3〕做成一體，在輸入軸〔1〕與輸出軸〔9〕之間采用扭矩限制器聯(lián)接，扭矩限制器的主動部分用輸入軸〔1〕驅(qū)動，其從動部分在圓周方向上與輸出軸〔9〕剛性聯(lián)接。
2，根據(jù)權(quán)力要求1所述的機械式自動變速機構(gòu)，其特征在于在輸出軸〔9〕中間加裝有主、被動螺旋爪〔7〕和〔8〕，動力由此而輸出，扭矩限制器上的傳動銷〔7〕的軸向驅(qū)動是通過裝在輸出軸〔9〕上的被動螺旋爪〔8〕的軸向移動，帶動與之軸向固聯(lián)的傳動銷〔7〕而完成的，被動螺旋爪〔8〕的左端與輸出齒輪〔11〕做成一體的主動螺旋爪〔17〕相咬合，其右端頂?shù)教自谳敵鲚S〔9〕上的測力彈簧〔10〕上，被動螺旋爪〔8〕的內(nèi)孔采用了花鍵與輸出軸〔9〕聯(lián)接。
3，根據(jù)權(quán)力要求1所述的機械式自動變速機構(gòu)，其特征在于被動螺旋爪〔8〕上開有能讓傳動銷〔7〕作自由周向轉(zhuǎn)動用的橢圓形孔〔9〕。
全文摘要
一種用于機械傳動的自動換檔變速機構(gòu),是在同軸線式齒輪減速器的基礎(chǔ)上,在輸入軸①與輸入齒輪⑤之間加裝上超越離合器(主要由星輪②、滾柱③、外圈④組成),在動力輸入軸①與輸出軸⑥之間加裝上扭矩限制器(主要由傳動銷⑦、測力彈簧⑧、星輪②、輸出軸⑥組成)。當外界為大負荷時,動力經(jīng)超越離合器、聯(lián)二齒輪⑨到輸出軸⑥低轉(zhuǎn)速輸出;當外界為小負荷時,動力直接經(jīng)扭矩限制器到動力輸出軸⑥上高轉(zhuǎn)速輸出。
文檔編號F16H3/08GK1326872SQ0011841
公開日2001年12月19日 申請日期2000年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月5日
發(fā)明者姜校林, 單鳳賢, 姜杉 申請人:姜校林