專利名稱：齒輪變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪變速裝置，特別是那種應(yīng)用卡爪離合器的裝置。根據(jù)本發(fā)明的裝置可使用在多種車輛應(yīng)用中或應(yīng)用在一些需要簡(jiǎn)單、穩(wěn)定且緊湊的變速箱的裝置上，還可特別應(yīng)用于戰(zhàn)斗坦克、沖壓機(jī)或其他一些如WO-02/083483描述的帶有驅(qū)動(dòng)裝置的剎車制動(dòng)車輛上。
背景技術(shù)：
在選擇不同的齒輪速比時(shí)，常嚙合變速箱通常使用卡爪離合器。在一種典型的設(shè)置中，齒輪選擇器通過(guò)花鍵配合到輸出軸上，并可沿該軸在軸向自由滑動(dòng)，但是該軸必須始終與上述選擇器一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由發(fā)動(dòng)機(jī)或其他起動(dòng)機(jī)以不同的速比驅(qū)動(dòng)的齒輪同軸設(shè)置在選擇器的任一側(cè)。選擇器和齒輪的相對(duì)面形成有互補(bǔ)的軸向突出和/或凹槽(卡爪)，使得當(dāng)選擇器在一個(gè)相關(guān)的操作裝置驅(qū)動(dòng)下從中間的空檔位置在任一方向朝其中一個(gè)齒輪滑動(dòng)時(shí)，選擇器和齒輪上相應(yīng)的卡爪分別以相應(yīng)的速比從選定的齒輪將扭矩傳遞到選擇器和輸出軸上。這種裝置簡(jiǎn)單、穩(wěn)定而且有效，但是問(wèn)題是，由于齒輪有間距、選擇器相對(duì)端需要配置卡爪，以及選擇器需要空間以在齒輪間來(lái)回移動(dòng)，使得這種裝置在軸向需要很大的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種應(yīng)用卡爪離合器原理的齒輪變速裝置，但這種裝置至少在軸向比傳統(tǒng)的裝置更加緊湊。
相應(yīng)地，本發(fā)明的一方面在于提供了一種齒輪變速裝置，其包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入部件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出部件；一個(gè)行星齒輪系，其包括一中心齒輪、一組與中心齒輪嚙合并由一個(gè)共用行星齒輪架所支持的行星齒輪，以及一個(gè)與上述行星齒輪嚙合的齒圈；和一個(gè)齒輪選擇器，其設(shè)置成與上述輸入部件和輸出部件中的一個(gè)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并被支持成相對(duì)于行星齒輪系軸向移動(dòng)；上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第一個(gè)設(shè)置成與上述輸入部件和輸出部件中的另一個(gè)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第二個(gè)保持不轉(zhuǎn)動(dòng)；上述齒輪選擇器包括第一和第二卡爪組，其中卡爪組在徑向相對(duì)分離；上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第一和第三個(gè)分別設(shè)置成與第三和第四卡爪組一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其中當(dāng)齒輪選擇器移動(dòng)到一個(gè)相應(yīng)的軸向位置時(shí)，這些卡爪組分別與第一和第二卡爪組嚙合；上述每個(gè)卡爪組的扭矩傳遞接觸面的徑向尺寸大于軸向尺寸，而且上述每個(gè)卡爪組的卡爪周向?qū)挾刃∮诟鱾€(gè)相互嚙合的卡爪組的周向間距。
在本發(fā)明的裝置中，由于配置的行星齒輪系能提供齒輪速比(和/或方向)的變化，以及相應(yīng)的卡爪組在徑向上存在間距，這樣可以得到軸向緊湊的裝置。借助上面限定的沒(méi)有損失扭矩傳遞能力的卡爪的扭矩傳遞接觸面，以及上述卡爪的間距便利各部件間相互配合而不需要精確的速度同步，該裝置需要的軸向空間進(jìn)一步最小化。上述這些都將會(huì)在下面詳細(xì)描述。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用于剎車制動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，其包括位于車輛每一側(cè)的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件；至少一個(gè)推進(jìn)電機(jī)，其用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)上述驅(qū)動(dòng)部件，并通過(guò)一個(gè)受控差速器連接到一個(gè)操縱電機(jī)上；以及一個(gè)如上所述的獨(dú)立的齒輪變速裝置，其用于在上述推進(jìn)電機(jī)和上述每個(gè)驅(qū)動(dòng)部件之間傳動(dòng)。


現(xiàn)在通過(guò)實(shí)施例，并參考相應(yīng)的示意圖，更加詳細(xì)地描述本發(fā)明中的上述以及其他的方面和特性，其中圖1為應(yīng)用本發(fā)明的剎車制動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)裝置分解圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，齒輪變速裝置位于空檔位置時(shí)的軸向剖面圖；圖3為圖2所示的裝置中包括的爪環(huán)和齒輪選擇器的側(cè)面視圖；圖4為圖3所示組件的相對(duì)側(cè)的側(cè)面視圖；
圖5為圖2的裝置在低齒輪速比條件下的軸向剖視圖；和圖6為圖2所示裝置在高齒輪速比條件下的軸向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1圖解地示出了驅(qū)動(dòng)裝置的一種形式，其中本發(fā)明的變速齒輪驅(qū)動(dòng)裝置帶有該驅(qū)動(dòng)裝置，其作為WO-02/083483中的剎車制動(dòng)車輛的履帶驅(qū)動(dòng)裝置是特別有用的。但可以理解的是，目前的該裝置通常應(yīng)用于車輛或其他機(jī)械、特別是需要軸向緊湊裝置的機(jī)械上的齒輪變速系統(tǒng)中。
圖1中，一橫向驅(qū)動(dòng)裝置包括2個(gè)用來(lái)驅(qū)動(dòng)軸2a和2b的推進(jìn)電機(jī)1a和1b。在電機(jī)的外部，傳動(dòng)裝置在每一側(cè)均包括齒輪變速單元3a、3b，制動(dòng)器4a、4b和最后的驅(qū)動(dòng)齒輪減速器5a、5b，所有這些都位于車輛外殼內(nèi)，使得各自的履帶傳動(dòng)鏈輪6a和6b分別位于車輛的相對(duì)側(cè)。在電機(jī)內(nèi)部，軸2a和2b與由操縱電機(jī)8驅(qū)動(dòng)的受控差速器7相連接，上述所有這些在WO-02/083483中描述的內(nèi)容在此引入作為參考。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置的實(shí)施例，其可用來(lái)改變從輸入軸2到輸出軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞的齒輪速比。因此，聯(lián)系圖1，這種類型的裝置可用在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軸2a、2b和輸出軸9a、9b之間的車輛(結(jié)構(gòu)上鏡像對(duì)稱)相對(duì)側(cè)上的單元3a和3b中。
圖2中，一個(gè)空心輸入軸2在其部分長(zhǎng)度上環(huán)繞著輸出軸9。軸2的端部形成為行星齒輪系中的中心齒輪10，其與多個(gè)(在本實(shí)施例中為4個(gè))行星齒輪12在11處相互嚙合。行星齒輪12由滾針軸承13所支撐，其中上述軸承相對(duì)于保持在共用行星齒輪架15中的各個(gè)滾針14轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪12還與齒圈或環(huán)形齒輪17在16處相互嚙合，其中的齒輪17由花鍵18非轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在固定外殼內(nèi)(沒(méi)有示出)?？梢钥闯?，輸入軸2和中心齒輪10的轉(zhuǎn)動(dòng)使得行星齒輪12相對(duì)上述中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)(在固定的齒圈17作用下)，因此使得行星齒輪架15以同樣的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，但其轉(zhuǎn)速比輸入軸和中心齒輪低，在本實(shí)施例中轉(zhuǎn)速減速比通常為4∶1。
圖2示出了位于空檔位置的裝置，其中當(dāng)輸入軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪系僅處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。然而，為了將轉(zhuǎn)動(dòng)以兩個(gè)齒輪速比中選定的一個(gè)傳遞到輸出軸9上，一個(gè)齒輪選擇器19通過(guò)花鍵20安裝到輸出軸上，從而使得選擇器和軸必須一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但選擇器可從圖2所示的位置上在軸上朝任意方向軸向滑動(dòng)。同時(shí)參考圖3和圖4，選擇器19有一個(gè)盤狀環(huán)形法蘭部21，其相對(duì)兩側(cè)有2個(gè)卡爪組在其左側(cè)(如示出的)有交替的軸向突起(卡爪)22和凹槽23，在右側(cè)(如示出的)有交替的突起(卡爪)24和凹槽25，其中卡爪24設(shè)置在距選擇器軸線的半徑比卡爪22更小的位置。
進(jìn)一步參考圖2到圖4，爪環(huán)26通過(guò)花鍵27安裝到行星齒輪架15上，并由螺旋保持環(huán)28所保持。在其右側(cè)(如示出的)，環(huán)26形成有一系列卡爪，其中卡爪包括交替的軸向突起29和凹槽30。第二爪環(huán)31通過(guò)花鍵32安裝到中心齒輪10上，并由螺旋保持環(huán)33所保持。在其左側(cè)(如示出的)，環(huán)31形成有一系列卡爪，其中卡爪包括交替的軸向突起34和凹槽35。如圖3和圖4所示，環(huán)31的花鍵32為螺旋形切口，它們?cè)谥行凝X輪的端部處與螺旋型齒輪齒的切口部分嚙合。
為了完成低速比或高速比傳動(dòng)，選擇器19從如圖2所示的位置在軸9上向左邊或右邊(如示出的)移動(dòng)。為此，設(shè)置了一個(gè)終止于選擇器分叉(未示出)處的適當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該分叉可與選擇器內(nèi)的環(huán)形槽36接合。圖5示出了低速比時(shí)的配合狀態(tài)。在選擇器19移動(dòng)到左邊時(shí)(如示出的)，其卡爪22被壓入爪環(huán)26的凹槽30中，并且在其周向移動(dòng)一個(gè)小角度后，可彌補(bǔ)相應(yīng)的卡爪間的周向間隙，卡爪22的側(cè)面與卡爪29的側(cè)面相鄰接，以將扭矩以行星齒輪架15的速度傳遞到軸9上(即，速度從輸入軸2通過(guò)上述的比例4∶1降低)。圖6示出了高速比時(shí)的配合狀態(tài)。當(dāng)選擇器19移動(dòng)到右邊時(shí)(如示出的)，其卡爪24被壓入爪環(huán)31的凹槽35中，當(dāng)周向移動(dòng)一個(gè)小角度后，可以彌補(bǔ)相應(yīng)的卡爪間的周向間隙，卡爪24的側(cè)面與卡爪34的側(cè)面鄰接，以將扭矩以中心齒輪10的速度傳遞到軸9上(即，相對(duì)于輸入軸2以1∶1的速比)。
在高低速比間的任一轉(zhuǎn)換中，選擇器19都通過(guò)圖2所示的空檔位置。一個(gè)受到軸9的徑向孔內(nèi)的彈簧37偏壓的球36設(shè)置在選擇器19內(nèi)的三個(gè)相應(yīng)凹槽(未示出)的相應(yīng)的一個(gè)中，用來(lái)在空檔、低速或高速三個(gè)可能的狀態(tài)提供制動(dòng)作用。如圖1所示，當(dāng)用在驅(qū)動(dòng)裝置中時(shí)，一旦選擇器19移動(dòng)到與一齒輪脫離，推進(jìn)電機(jī)1a和1b立刻斷電以釋放所施加的扭矩，而當(dāng)選擇器轉(zhuǎn)換為與齒輪嚙合時(shí)，它們的速度將會(huì)得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)以將相應(yīng)的卡爪22或24推入相應(yīng)的凹槽30或35中。然而，每個(gè)卡爪組22/29和24/34的形狀和間隙非常精確，以至于不需要為了嚙合齒輪而使各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件間實(shí)現(xiàn)精確的速度同步，在圖示實(shí)施例中，通常允許環(huán)26或31與選擇器19之間有±200rpm的速度差。在這方面可以看出，各個(gè)組合中爪環(huán)22、24、29和34的周向?qū)挾让黠@小于與相應(yīng)凹槽30、35、23和25嚙合的各組卡爪的周向間距。這意味著，盡管各部件間有轉(zhuǎn)速差，當(dāng)向著爪環(huán)26或31推動(dòng)選擇器19而“看到”相應(yīng)的凹槽時(shí)，也會(huì)有足夠的時(shí)間來(lái)軸向移動(dòng)選擇器以與相應(yīng)的卡爪完全嚙合。如果卡爪和凹槽在初始接觸時(shí)未對(duì)準(zhǔn)，卡爪組的平坦的軸向相對(duì)表面也便于部件間滑動(dòng)，直到“看到”凹槽。
可以理解，在圖示的機(jī)構(gòu)中，用來(lái)將轉(zhuǎn)動(dòng)以選定的齒速比傳遞到軸9上的兩個(gè)部件-也就是中心齒輪10和行星齒輪架15-在徑向而不是在軸向相分離，而且兩組分別位于中心齒輪和行星齒輪架的突起34和29以及選擇器19的突起24和22上的配合卡爪也相類似地徑向分離。這樣就形成了一裝置，其與傳統(tǒng)的卡爪離合器齒輪變速裝置相比在軸向更加緊湊，其中傳統(tǒng)裝置上的卡爪放置在選擇器的相對(duì)端以與軸向有間距的齒輪嚙合?？ㄗ?2、24、29和34的側(cè)面有一個(gè)比軸向尺寸大的徑向尺寸，該尺寸進(jìn)一步減小了軸向空間需求，同時(shí)保證了相應(yīng)卡爪組的側(cè)面之間、用于它們之間扭矩傳遞所需的、充分的接觸面積，而且這些側(cè)面為漸開形，即使在選擇器19和環(huán)26/31的徑向?qū)R中存在較大的公差，也足以保持面面接觸。還有，對(duì)于兩組卡爪34/24和29/22，在更大半徑處的卡爪29/22用于低齒輪速比傳遞，這組卡爪設(shè)計(jì)成比在更小半徑處用于高齒輪速比傳遞的卡爪34/24具有更大的負(fù)載能力，能夠與那個(gè)速比下所需的更高扭矩相匹配。
雖然參考一個(gè)其中齒輪選擇器可在行星齒輪系的外側(cè)發(fā)揮作用的裝置來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不僅限于該實(shí)施例。例如，在當(dāng)軸9為輸入軸，而軸2為輸出軸時(shí)，如圖2到圖6所示的裝置可以相反的方式高效動(dòng)作。在這種情況下，選擇器19或者通過(guò)卡爪24/34與中心齒輪10嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)軸2并以1∶1速比輸出到軸9上，或者通過(guò)卡爪22/29與行星齒輪架15嚙合以相對(duì)于軸9增加的速比驅(qū)動(dòng)軸2。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以選擇行星齒輪系部件的不同布置以使其不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定、由輸入軸驅(qū)動(dòng)以及通過(guò)卡爪與輸出軸嚙合。在一個(gè)這樣的例子中，如圖2到圖6所示的裝置改變?yōu)楣潭ㄗ⌒行驱X輪架15而不是齒圈17，因此該齒圈可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且上述齒圈代替上述行星齒輪架而設(shè)置卡爪以配合選擇器。在這種情況下，軸9或者受驅(qū)動(dòng)，并從中心齒輪以1∶1速比輸出到軸2上，或者從齒圈以降低的速比相對(duì)于軸2反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)齒輪之間選擇時(shí)這樣一個(gè)裝置是有用的。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)1a和1b本身能夠在一個(gè)較大速度范圍上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐ぞ厮剑虼巳鐖D2到圖6所示的齒輪變速裝置的實(shí)施例以及結(jié)合到圖1的驅(qū)動(dòng)裝置中對(duì)于只有兩種不同齒輪速比(高和低)的選擇來(lái)說(shuō)就已經(jīng)足夠了。但是，在其他需要更大齒輪速比的應(yīng)用中，可以按順序串聯(lián)使用多個(gè)這樣的裝置。
權(quán)利要求
1.一種齒輪變速裝置，包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入部件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出部件；一個(gè)行星齒輪系，其包括一中心齒輪、一組與中心齒輪嚙合并由一個(gè)共用的行星齒輪架所支持的行星齒輪，以及一個(gè)與上述行星齒輪嚙合的齒圈；和一個(gè)齒輪選擇器，其設(shè)置成與上述輸入部件和輸出部件之一一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并被支持成可相對(duì)于行星齒輪系軸向移動(dòng)；上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第一個(gè)設(shè)置成與上述輸入部件和輸出部件中的另一個(gè)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第二個(gè)保持不轉(zhuǎn)動(dòng)；上述齒輪選擇器包括彼此間徑向分開的第一和第二卡爪組；上述中心齒輪、行星齒輪架和齒圈中的第一和第三個(gè)分別設(shè)置成與第三和第四卡爪組一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其中當(dāng)齒輪選擇器移動(dòng)到一個(gè)相應(yīng)的軸向位置時(shí)，第三和第四卡爪組分別與第一或第二卡爪組嚙合；上述每個(gè)卡爪組的扭矩傳遞接觸面的徑向尺寸大于軸向尺寸，而且上述每個(gè)卡爪組的卡爪周向?qū)挾刃∮诟鱾€(gè)相互嚙合的卡爪組的周向間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述齒輪選擇器設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)輸出部件上，以向輸出部件傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)但可相對(duì)于輸出部件軸向自由移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于中心齒輪設(shè)置成與轉(zhuǎn)動(dòng)輸入部件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈保持不可轉(zhuǎn)動(dòng)，中心齒輪和行星齒輪架設(shè)置成與相應(yīng)的卡爪組一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于中心齒輪設(shè)置成與轉(zhuǎn)動(dòng)輸入部件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪架保持不可轉(zhuǎn)動(dòng)，中心齒輪和齒圈設(shè)置成與相應(yīng)的卡爪組一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于齒輪選擇器包括一盤狀部，所述第一和第二卡爪組形成在該盤狀部的相對(duì)側(cè)上。
6.根據(jù)以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于第三和第四卡爪組位于相應(yīng)的獨(dú)立的環(huán)形部件上，其中上述部件裝配成與相應(yīng)的中心齒輪、行星齒輪架或齒圈有扭矩傳遞關(guān)系。
7.一種用于剎車制動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，包括位于車輛每一側(cè)的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件；至少一個(gè)推進(jìn)電機(jī)，其用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)上述驅(qū)動(dòng)部件，并通過(guò)一個(gè)受控差速器連接到一個(gè)操縱電機(jī)上；以及一個(gè)根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的獨(dú)立的齒輪變速裝置，其用于在上述推進(jìn)電機(jī)和上述每個(gè)驅(qū)動(dòng)部件之間傳動(dòng)。
8.一種配置有權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)裝置的車輛。
全文摘要
將一對(duì)軸(2)和(9)配合連接的齒輪變速裝置應(yīng)用了一行星齒輪系，其中該齒輪系包括同軸(2)固定配合的中心齒輪(10)、在行星齒輪架(15)上的行星齒輪(12)、以及一固定在后者上的齒圈或環(huán)形齒輪(17)。一可在軸(9)上滑動(dòng)的選擇器(19)設(shè)置有多組徑向有間距的卡爪(22)和(24)，它們分別同行星齒輪架和中心齒輪上相應(yīng)的卡爪(29)和(34)配合，從而根據(jù)選擇器的軸向位置以兩個(gè)不同的速比同軸(2)和(9)配合。結(jié)果是，與傳統(tǒng)的卡爪離合器齒輪變速裝置相比，該裝置在軸向結(jié)構(gòu)上更加緊湊。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)固定行星齒輪架以及根據(jù)選擇器軸向位置將其同中心齒輪或齒圈配合，可以得到一反向裝置。
文檔編號(hào)F16D11/14GK1890487SQ200480035612
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者R·W·湯普遜 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司