專利名稱：慣性傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
行星傳動具有主動輪(太陽輪)、行星輪、外壓圈和轉(zhuǎn)臂輸出機構(gòu)，作圓周運動同時產(chǎn)生圓周力和離 心力，通常結(jié)構(gòu)未能利用離心力卻成阻力矩。 一種行星輪無外形心軸并與轉(zhuǎn)臂分開使圓周運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心 力能與圓周力合成推動轉(zhuǎn)臂的慣性傳動裝置。
背景技術(shù)：
通常的齒輪或摩擦式行星輪以心軸裝入轉(zhuǎn)臂機構(gòu)軸孔里傳力，尤其是高轉(zhuǎn)速圓周運動形成的徑向慣性 力既離心力成為阻矩或壓緊力。由于離心力與角速度平方成正比，當巨大的離心力作用到楔角較小的槽形 外壓圈上運轉(zhuǎn)甚至制止，所以轉(zhuǎn)速受到限制。
行星傳動的優(yōu)勢是制成數(shù)目眾多的行星輪，但由于精度一致性和傳力浮動性難以解決，僅有部分行星 輪在工作，偏差較大者或因運動誤差出現(xiàn)的相互干涉成為阻力矩，磨損與噪聲嚴重。
齒輪嚙合傳動具有齒面推力而有高效率高承載力，但很難實現(xiàn)無級變速， 一種結(jié)構(gòu)尺寸僅一種傳動比； 摩擦傳動容易以改變傳動副元件的工作半徑大小達到輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的無級升降，卻因摩擦力依賴于壓緊 力，并且通常采用鋼對鋼的全剛性摩擦副，所需的壓緊力巨大，發(fā)熱損耗和接觸應(yīng)力是限制承載力的主因， 摩擦傳動是"零距離"接觸傳遞，精度要求極高，在運動中出現(xiàn)的一些偏差已足以使部分行星輪脫離接觸 成為"被動件"增加阻力矩，部分受力件應(yīng)力更集中，因剛性大而彈性變形小，平均接觸應(yīng)力更高，降低 了使用壽命。
齒輪式行星減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行星輪的尺寸及數(shù)目受限制，制造成本高；摩擦式行星輪通常以心軸傳 力，又是剛性件，所以行星輪尺寸及數(shù)目也受到限制，其功率體積比常難以滿足需求，尤其是效率低、承 載力不足、變速比范圍小是通常摩擦傳力的結(jié)構(gòu)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
行星傳動有一系列優(yōu)勢，其數(shù)目眾多的行星輪，能實現(xiàn)多點傳力完成大功率又緊湊性傳動，尤其是外 形(工作面上)無心軸行星輪并與轉(zhuǎn)臂分開，構(gòu)成一種傳力關(guān)系就是將圓周力與離心力合成推力矩，帶有 一組滾輪和銷軸的轉(zhuǎn)臂(輸出機構(gòu))能阻擋行星輪受離心力而徑向外移，又接受這離心力轉(zhuǎn)換成圓周推力， 有效提高效率。
采用鋼M薄壁彈性體行星輪控制其自重(質(zhì)量)，其離心力能被圓周力轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)臂輸出的滾輪其接觸 點上，并形成合力。
鋼制組合型行星輪由薄壁二半錐體相滑動配合套為整體，外側(cè)工作面上無心軸，而內(nèi)側(cè)或稱內(nèi)部以心 軸與套筒互相滑配組合并有碟簧始終具有壓開(張開)二半錐體，迫使二外側(cè)工作面保持4二個主動輪及 二個外壓圈的傳力工作觸點接觸，避免出現(xiàn)間隙而失力。當受到二個主動輪及二個外壓圈軸向壓緊后，行 星輪的工作厚度達到一致性，就是符合二個主動輪及二個外壓圈其接觸間距或同步增減變動。以彈性變形 自行調(diào)整湊合補償各種誤差，達到每個行星輪受夾緊而傳力。尤其是多行星輪傳動，以每每各自的彈性變 形量調(diào)整所需的厚度，消除"被動"件，減少阻力矩，實現(xiàn)多點傳力，提高承載力。 行星輪無外形心軸，調(diào)速位移其工作點從錐頂o半徑至行星輪外緣接觸點的全半徑，輸出轉(zhuǎn)速達到輸入轉(zhuǎn) 速至零轉(zhuǎn)的突破。
行星輪制成薄壁可采用薄鋼板成形，降低了成本，減輕了質(zhì)量，以適應(yīng)更高的運行轉(zhuǎn)速，突破通常產(chǎn) 品的轉(zhuǎn)速限制。
內(nèi)有碟簧的組合結(jié)構(gòu)彈性行星輪，具有宏觀彈性變形量和微觀彈性變形的雙重因素，宏觀變形是內(nèi)部 碟簧可作軸向較大尺寸壓縮或張開的調(diào)整，消除制造、安裝及運動偏差，而微觀變形能形成摩擦面觸點受 力后易于出現(xiàn)剛?cè)釘D壓，形成凹凸共曲活性點或活動變遷的微凸坡角，相當于受力局部點形成微齒面推力，
3改變摩擦面狀況，提高摩擦力傳遞。
滾動摩擦力與彈性變形密切相關(guān)，彈性行星輪其彈性變形及回彈力提高了摩擦力又減少了所需的正壓 力，減少磨損與發(fā)熱，增長壽命。
行星輪以薄而柔，與二個主動輪及二個外壓圈的剛性件擠壓后以柔讓剛，剛?cè)崤鋵Γ蔀槿嵝詡鲃印?行星輪改通常的外伸心軸為內(nèi)部心軸而可得工作外圓徑的任意縮小來增多數(shù)目獲得大功率傳動。
利用離心力作功和采用彈性變形實現(xiàn)多點傳力的慣性傳動裝置獲得了高效率，它克服了通常摩擦式或 齒輪行星傳動的"生理性"缺陷，其主要創(chuàng)新是將行星輪更"自由化"和"適應(yīng)性"，行星輪與轉(zhuǎn)臂作相 對性分離，并形成由轉(zhuǎn)臂上的結(jié)構(gòu)外形來阻擋行星輪受離心力而外移，二個主動輪、一組行星輪、 一組轉(zhuǎn) 壁滾輪和銷軸、二個外壓圈的傳力應(yīng)形成同一個中心截面上的平面力系，銷軸中心圓半徑(轉(zhuǎn)臂傳力半徑) 應(yīng)較大，行星輪外形無軸化更"自由"些，而彈性體尤其是由碟簧可任意改變間距以及高柔度實現(xiàn)高"適 應(yīng)性"。
慣性傳動裝置具有多用性，可定速傳動，傳動比任意選用卻結(jié)構(gòu)尺寸甚至相同使制造容易成本降低。 制造無級變速具有大變速比及高效率大功率恒功率高壽命的實質(zhì)性優(yōu)勢。
還有細節(jié)上的改進也重要，本發(fā)明改通常產(chǎn)品單主動輪傳力(另一是壓緊輪，無鍵聯(lián)接)為雙主動輪 傳力，并創(chuàng)蝸輪與內(nèi)螺旋副調(diào)速及多組小型碟簧分布于移動的外壓圈上使壓緊力與恒功率傳動成正比自行 增減，輸入輸出同軸型、傳力件平行軸構(gòu)成籠形梁式輸出機構(gòu)均得到顯著效益。 下面結(jié)合附圖詳細說明實施本發(fā)明的具體細節(jié)和最佳方法。
附

圖1是慣性傳動裝置傳力平面力系示意圖。
附圖2是上結(jié)構(gòu)的軸向截面。 ' 附圖1 z是一種由行星輪內(nèi)部小軸徑與轉(zhuǎn)臂滾輪推動傳力平面力系示意圖。 附圖2Z是上圖的軸向截面。
附圖1 z '是一種制造無級變速器的慣性傳動裝置行星輪高低變速工位圖。
附圖2〃是上圖的軸向截面。
附圖3是慣性傳動裝置的一種行星輪結(jié)構(gòu)形狀。
附圖4是慣性傳動裝置另一行星輪的結(jié)構(gòu)形狀。
附圖5是慣性傳動裝置作無級變速器的軸向截面。
附圖6是慣性傳動裝置作無級變速器的平面受力狀況，示明平面力系。
附圖7是慣性傳動裝置作定速減速器結(jié)構(gòu)的軸向截面圖。
附圖8是慣性傳動裝置作定速減速器結(jié)構(gòu)平面力系傳動示意圖。
圖1中，1是主動輪，夾緊著行星輪2，運轉(zhuǎn)后行星輪2壓到滾輪4上，于觸點Q受力，高轉(zhuǎn)速時主 動輪以A點(接近或等于行星輪自轉(zhuǎn)中心點)夾緊行星輪，調(diào)速時行星輪可從A移到B或C， B點已經(jīng) 接近或等于零的輸出轉(zhuǎn)速，而A點接近或等于輸入轉(zhuǎn)速。從回轉(zhuǎn)中心0至觸點Q行星輪離心力為P (行 星輪推壓后其離心力的作用點及方向)，而圓周力為T, T力與P力合力為TP，通過滾輪銷軸中心O、 O(y為力臂，力矩-T》'X00、 3是外力圈，在徑向外圍夾緊著行星輪，左右二外壓圈構(gòu)成槽形，行星 輪無外伸心軸。
圖2中，二個主動輪1夾緊著行星輪2， F是觸點，夕卜側(cè)受到二個外壓圈3的夾緊，控制了徑向工位。 4為滾輪和銷軸組成的輸出轉(zhuǎn)臂機構(gòu)，OiOi為輸出軸，OO是輸入軸。
圖1"是行星輪由內(nèi)部小心軸的外徑與較大的滾輪外圓于Q點接觸傳力，有離心力P和圓周力T,合 力PT,對滾輪和銷軸中心OZ的力臂-Cxy，合力是T"P。行星輪自轉(zhuǎn)中心即A點，可移至B或C，從A
至c的范圍內(nèi)行星輪的離心力其傳力點位于oy截面徑向內(nèi)側(cè)(截面丄OOO均具有與圓周力T合成，
增大推力矩，這是因為行星輪受到滾輪的阻擋。
圖中輸入軸00上裝有二個主動輪1，主動輪1夾緊著行星輪2,行星輪2為半錐體與碟簧的組合， 外壓圈3控制行星輪的徑向工位，轉(zhuǎn)臂滾輪4滑套于輸出機構(gòu)上，OPi為輸出軸。
圖1〃是主動輪1高速時與行星輪2錐頂(既0半徑)接觸點為A，并可移至B或C， B點的輸出轉(zhuǎn)速已經(jīng)低速或零轉(zhuǎn)。仍有離心力能與圓周力T合成為TP力，因為截面CO"丄00。 B點位于角度AC弧 上，轉(zhuǎn)臂滾輪的外圓形成阻擋行星輪外移。
圖2〃是一個可移動的主動輪及一個可移動的外壓圈位移后工位，行星輪外圓徑(既全半徑)與主動 輪1接觸傳力，而錐頂近中心處(既零半徑)則與外壓圈的接觸，輸出轉(zhuǎn)速從接近或等于輸入轉(zhuǎn)速至接近 或等于零轉(zhuǎn)，就是速比i產(chǎn)l，及12=0
圖3中，薄壁型半錐體1與另一薄壁型半錐體2以較小的內(nèi)部心軸滑動配合套為一體，并有碟簧3具 有壓縮變形且有壓開二半錐體的彈力，隨時自行調(diào)整補償接觸間距，改變工作厚度。由于行星輪的離心力 與自重(質(zhì)量)成正比，控制自重與轉(zhuǎn)速共同實現(xiàn)最佳傳力。
圖4中是說明另一種彈性行星輪的結(jié)構(gòu)，它的壁厚可更薄可由薄鋼板成形制造，降低了成本。半錐體 l以內(nèi)孔滑配于套筒3上，碟簧2分隔在心套4上，具有張開二個半錐1增加厚度的宏觀彈性變形，(變形 量較大)，足以消除各種偏差，達到多方一致性要求。以薄而柔，摩擦工作錐面受到二個主動輪及二個外 壓圈剛性件的擠壓時，觸點以柔讓剛，增大受力面，降低接觸應(yīng)力，減少磨損降低發(fā)熱提高壽命。剛?cè)崤?對凹凸共曲潤滑更充分。滾動摩擦的彈性變形顯著提高摩擦力傳遞。彈性回彈力隨觸點變遷位移，相當于 一種活性微齒推力提高承載力，又減少對壓緊力的依賴性。傳力點形成一種既不同于純摩擦力又沒有固化 齒形阻礙位移，兼有齒輪和摩擦輪取長避短的優(yōu)勢。以薄而柔的行星輪適應(yīng)了極高轉(zhuǎn)速傳動，高速自轉(zhuǎn)使 其整體工作錐面增強抗塑性變形能力，提高整體剛度。由于高速圓周運行有著巨大的離心力，在大功率大 圓周力的推壓下形成更大的合力矩，加上多行星輪多點傳力，實現(xiàn)了高效率大功率減變速傳動。
圖5中，無級變速器1是電機聯(lián)接法蘭，2是滾針平面軸承能使蝸輪3的調(diào)速位移輕松省力。4是裝 于蝸輪軸孔的螺旋移動件，使一個可移動的主動輪7相對于軸向固定的另一個主動輪20作進合或分開， 讓一組行星輪8作徑向位移。6是輸入軸，鍵聯(lián)接二個主動輪7、 20,共同產(chǎn)生摩擦力傳動。 一組滾輪16 與滾針軸承17連接于銷軸11上接受行星輪的力矩，使銷軸11與其固聯(lián)的輸出軸19輸出轉(zhuǎn)矩。銷軸的另 一端聯(lián)接軸承套圈10和軸承9上，成梁式轉(zhuǎn)臂輸出機構(gòu)。二個主動輪、二個外壓圈、及一組行星輪和一 組滾輪銷軸形成同一截面上傳力的平面力系，提高了效率。12是蝸桿，可手動或電動自動控制調(diào)速。13 是機座。14是手輪或電機。15是固定外壓圈。18是可移動外壓圈。21是端蓋，使碟簧22裝在可移動外 壓圈間，壓緊力與恒功率傳動成正比自行增減。軸承23和軸承9組成一對梁式支承。24是測速元件。25、 26是一種行星輪的半錐體，27是碟簧。28是滾輪，滾輪進入行星輪二半錐體中間，與行星輪內(nèi)軸相接觸 滾動，使?jié)L輪的自轉(zhuǎn)速降低，減少損耗，延長壽命。
圖6中，行星輪8與滾輪16于Q點傳力，離心力P和圓周力T形成合力TP作用于滾輪16、銷軸17 的中心點Oi, OC^X合力fP^是推力矩。
圖7是定速比減速器。只要使行星輪裝置于確定工位即有確定的速比，范圍從1至0。傳動比范圍無 窮大。以ix=1.2~30有最佳傳動性能。1、 14是端蓋。軸承2、 16支承輸入軸3。而軸承6.17支承輸出結(jié)構(gòu)。 二個主動輪4由碟簧5產(chǎn)生夾緊力，又壓到外壓圈ll上。滾輪IO、滾針軸承9和銷軸8、軸承套圈7、輸 出軸15構(gòu)成梁式輸出轉(zhuǎn)臂。行星輪12以圓周運行推動著滾輪轉(zhuǎn)臂輸出，因為轉(zhuǎn)臂與行星輪改變通常的聯(lián) 接與傳力關(guān)系，獲得較"自由度"的行星輪，受到回轉(zhuǎn)離心力作徑向外移卻被阻擋于轉(zhuǎn)臂上，使離心力成 為附加推力矩，變有害為有利。如果行星輪直接套在轉(zhuǎn)臂軸上，其離心力只能增加磨損，消耗了功率。所 以行星輪無外形心軸又與轉(zhuǎn)臂分開，使轉(zhuǎn)臂(滾輪)受行星輪的推壓。18、 19是行星輪二半錐體，20是 碟簧，這種組合行星輪的工作厚度得到自行調(diào)整作適應(yīng)性變動，相比固定不變的通常行星輪制造精度寬松 又提高運轉(zhuǎn)中的實際精度。
圖8是上述減速機可采用多行星輪多點傳力高承載力的平面受力狀況，摩擦傳力一個輪的能力有限， 但可采用多輪的眾多傳力點，相比行星齒輪傳動，行星輪數(shù)目幾倍增多，因而具有高承載力，并且相比齒 輪傳動，浮動性易解決，行星輪間不存在相互干涉，所以達到高效率，尤其是高轉(zhuǎn)速效率接近100%的最 高值。
慣性傳動裝置由于采用無外形心軸既工作面無心軸，行星輪調(diào)速位移達到全半徑，不僅是變速比無窮 大，而且使二個主動輪及二個外壓圈其工作面(受力面)"弧長"成倍增大，提高耐用性。本發(fā)明改變通常產(chǎn)品的主動輪及外壓圈受力點或者線長十分狹窄、使用壽命極短的本質(zhì)缺陷。因為通常產(chǎn)品行星輪具有 心軸，因強度要求應(yīng)有所需軸徑，受此軸徑阻擋，傳動副其觸點線長必須較小才達到變速比要求，通常變 速比Rb《4 5時，這種觸點工作弧長(線長)僅為0.8 2毫米，而本發(fā)明弧長(線長)不受限制。
變速范圍的計算設(shè)行星輪工作半徑為rx， rx=0~r，主動輪觸點半徑(固定值)^，外壓圈觸點半徑 =r3，高速時，外壓圈半徑r3與行星輪接觸點至行星輪自轉(zhuǎn)中線為&,這時行星輪為全半徑，而主動輪半徑
ri點與行星輪接觸于錐頂rx、0點，所以輸出速比1 M+r>3'rVlra+G>^ 。
低速時，夕卜壓圈r3點與行星輪錐頂點r / 點接觸，這時主動輪n點與行星輪外徑rx (全半徑)處
,. 一 0
接觸 Vi +"^^'0+"1"3 。速比1 0范圍內(nèi)均可制成定速比減速機，且減速機的效率高，結(jié)構(gòu)簡化，
成本低，具有使用效益性，制成無級變速器更具大變比優(yōu)勢而擴大應(yīng)用范圍。
慣性傳動裝置與通常結(jié)構(gòu)的最主要區(qū)別是能夠利用圓周運動物體上同時產(chǎn)生的圓周力和離心力，而通 常的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的離心力總是有害因素，尤其是高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)形成巨大離心力是不允許而只得限制了轉(zhuǎn)速范 圍。當離心力能與圓周力合^^為推力后，這個高轉(zhuǎn)速限制就被突破了，還形成多種有益效應(yīng)。這就是本發(fā) 明新的貢獻。
權(quán)利要求
1、行星傳動有主動輪、行星輪、外壓圈和轉(zhuǎn)臂輸出機構(gòu)，作圓周運轉(zhuǎn)同時具有圓周力和離心力，尤其是慣性傳動裝置，其特征是無外形心軸的行星輪與轉(zhuǎn)臂分開，構(gòu)成轉(zhuǎn)臂的滾輪阻擋行星輪的徑向外移，使行星輪的離心力與圓周力合成推動滾輪，鋼質(zhì)彈性行星輪以薄壁成高柔度，與其他傳動副剛性件傳力相擠壓，剛?cè)崤鋵σ匀嶙寗偅瑥椥宰冃巫孕姓{(diào)整相關(guān)尺寸精度，接觸傳力點凹凸共曲，成活性微齒傳動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳動裝置，其特征是行星輪與滾輪、銷軸這個轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)位置形 成由滾輪外圓阻擋受離心力而徑向外移的行星輪，使圓周力與離心力聯(lián)合推動轉(zhuǎn)臂，達到利用離 心力并將其轉(zhuǎn)為推力矩。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性傳動裝置，其特征是行星輪無外形心軸卻有內(nèi)部心軸相滑 動配合套合為整體，行星輪與二個主動輪、二個外壓圈和滾輪及銷軸轉(zhuǎn)臂機構(gòu)形成同一中心截面 上傳力的平面力系，就是行星輪能由內(nèi)側(cè)中間心軸與滾輪外圓接觸傳力，并使離心力作用到該接 觸點上，達到離心力與圓周力組成合力，方向通過滾輪中心。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳動裝置，其特征是行星輪由鋼質(zhì)薄壁型彈性體二半錐體以內(nèi) 部心軸或軸套滑動配合為整體，并有碟簧始終具有壓開(張開)二半錐體增大錐體厚度尺寸，補 償與其接觸傳力的傳動副元件的工作間距，達到每個行星輪被夾緊傳力。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的慣性傳動裝置，其特征是行星輪以薄而柔，與二個主動輪及二 個外壓圈的剛性相比具有較大柔度而能以柔讓剛，接觸傳力點出現(xiàn)凹凸共曲的彈性變形，增大觸 點受力面積降低接觸應(yīng)力。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或4和5所述的慣性傳動裝置，其特征是行星輪有多種結(jié)構(gòu)形狀，均以內(nèi) 部心軸滑配或由鋼板成形制造二半錐殼體相套合，有碟簧將二半錐體壓開之勢，尤其是薄鋼板制 造彈性行星輪具有二種彈性變形利用，既碟簧壓縮變形調(diào)整行星輪工作厚度，而薄壁體的摩擦工 作面上受二個主動輪及二個外壓圈擠壓的觸點處形成凹凸共曲的微量變形，成為活性變遷的微觀 齒面推力而提高承載能力，采用薄鋼板制造空心組合行星輪達到自重輕適應(yīng)高轉(zhuǎn)速傳動。
全文摘要
行星傳動有數(shù)目眾多卻無外心軸的行星輪，作圓周運動同時產(chǎn)生圓周力和離心力，通常離心力未得利用卻成阻力矩。采用轉(zhuǎn)臂輸出的滾輪與行星輪分開并將行星輪的離心力及圓周力合成推力矩。鋼質(zhì)彈性行星輪以薄而柔，實現(xiàn)了多行星輪多點傳力的慣性傳動裝置。鋼制薄壁二半錐體相滑配套合并與碟簧組合成彈性行星輪被二個主動輪及二個外壓圈等剛性傳動副夾緊，運行中每個行星輪自行調(diào)整補償消除各種偏差達到一致性，實現(xiàn)高效率大功率大減速比傳動。傳動元件剛?cè)崤鋵?，以柔讓剛，接觸傳力點凹凸共曲成活性微凸坡角提高承載力。行星輪無外形心軸調(diào)速位移達全半徑，突破變速范圍。制成無級變速或定傳動比的減速器具有高效率大變速范圍凸顯高效益。
文檔編號F16H3/44GK101649890SQ20091012698
公開日2010年2月17日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者陳廣強 申請人:陳廣強