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1、(10)申请公布号 CN 102359557 A (43)申请公布日 2012.02.22 CN 102359557 A *CN102359557A* (21)申请号 201110224180.8 (22)申请日 2011.08.06 F16H 3/02(2006.01) F16H 63/30(2006.01) (71)申请人 刘之乾 地址 264200 山东省威海市环翠区张村镇海 滨明珠 26 号楼 209 室 (72)发明人 刘之乾 (74)专利代理机构 威海科星专利事务所 37202 代理人 于涛 (54) 发明名称 频率及间歇转速可调的齿式自动换向器 (57) 摘要 本发明属于动力的传。
2、递装置， 具体地说是一 种采用齿轮来传递动力， 改变变速器或者工作机 旋转方向的频率及间歇转速可调齿式自动换向 器， 包括壳体， 输入轴和输出轴分别经轴承与壳体 相连接， 输入轴和输出轴经齿轮组相连接， 主动齿 轮设有连接内齿并经轴承过渡与输入轴相连接， 被动齿轮与输出轴相连接， 其特征在于壳体设有 换向机构， 输入轴等速旋转状态下， 可以使输出轴 间歇的转速相同、 转向相同输出 ； 转速不同、 转向 相同输出 ； 转速相同、 转向不同输出 ； 转速不同、 转向不同输出等多种状态， 本发明在具有自动换 向、 传递扭矩大、 传动效率高、 使用寿命长、 结构紧 凑等优点， 可应用于石油、 冶金、 。
3、矿山、 化工等众多 恶劣环境。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 CN 102359573 A1/1 页 2 1. 一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 包括壳体， 输入轴和输出轴分别经轴 承与壳体相连接， 输入轴和输出轴经齿轮组相连接， 主动齿轮设有连接内齿并经轴承过渡 与输入轴相连接， 被动齿轮与输出轴相连接， 其特征在于壳体设有换向机构， 换向机构设有 凸轮支座、 杠杆支座、 换向轮支座和弹簧支座， 凸轮、 杠杆和换向轮分别与凸轮支座、 杠杆支 座和换向轮支座相连接， 弹簧的一端与弹簧。
4、支座相连接， 换向轮上分别设有主动偏心销轴 和被动偏心销轴， 杠杆一端与偏心轮连杆一端相铰接， 偏心轮支杆另一端与凸轮相抵触， 杠 杆另一端分别与弹簧的一端相连接、 换向轮连杆的一端相铰接， 换向轮连杆的另一端与主 动销轴相铰接， 拨叉连杆的一端与被动销轴相连接， 拨叉连杆的另一端与拨叉相连接， 拨叉 与输入轴上的拨轮相连接， 拨轮与输入轴经花键相连接。 2. 根据权利要求 1 所述的一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 其特征在于壳 体内设有两套齿轮组， 在输入轴上设有两个主动齿轮， 其间设有拨轮。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 其特征在。
5、 于设有同步驱动齿轮组， 同步驱动齿轮组的主动齿轮与输入轴相连接， 被动齿轮与凸轮轴 相连接。 4. 根据权利要求 3 所述的一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 其特征在于设 有外挂齿轮组， 外挂齿轮组的主动齿轮与动力输入轴相连接， 被动齿轮与输入轴相连接。 5. 根据权利要求 3 所述的一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 其特征在于同 步驱动齿轮组的传动比i2与输出轴一个工作周期内N的转数满足关系式 ： aNns= n3i2， 其中 ： a 为凸轮每旋转一圈完成的换向次数 ； N 为输出轴完成一次正反转、 即一个工作周期 ； ns为 输出轴一个工作周期内的转数 （正、 反转转数之。
6、和） ； n3为凸轮的转速 ； i2为同步齿轮组的传 动比。 权 利 要 求 书 CN 102359557 A CN 102359573 A1/4 页 3 频率及间歇转速可调的齿式自动换向器 技术领域 0001 本发明属于动力的传递装置， 具体地说是一种采用齿轮来传递动力， 改变变速器 或者工作机旋转方向的频率及间歇转速的齿式自动换向器。 背景技术 0002 众所周知， 针对中大功率设备的换向问题， 目前的通用手段是采用电器自动控制， 其最大缺点是电器元件易老化、 寿命短、 造价昂贵。其次是电路以及自动控制编程复杂， 日 常的维护修理等需要高水平的专业人员， 再者， 电器控制普遍对工作环境的要。
7、求比较高。 0003 齿轮由于加工工艺相对简单， 造价低廉， 对工作环境无特殊要求等， 同时齿轮传动 还具有精确度高、 效率高、 寿命高、 传递扭矩大、 维修维护简便易行等特点， 所以动力传递大 部分都采用齿轮组件。如齿式离合器， 其特点是传递扭矩大， 结构紧凑。 发明内容 0004 本发明针对现有技术中存在的不足， 提出一种自动换向、 传递扭矩大、 传动效率 高、 寿命长、 结构紧凑， 对工作环境无特殊要求的频率及间歇转速可调的齿式自动换向器。 0005 本发明可以通过如下措施达到。 0006 一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 包括壳体， 输入轴和输出轴分别经 轴承与壳体相连接， 输。
8、入轴和输出轴经齿轮组相连接， 主动齿轮设有连接内齿并经轴承过 渡与输入轴相连接， 被动齿轮与输出轴相连接， 其特征在于壳体设有换向机构， 换向机构设 有凸轮支座、 杠杆支座、 换向轮支座和弹簧支座， 凸轮、 杠杆和换向轮分别与凸轮支座、 杠杆 支座和换向轮支座相连接， 弹簧的一端与弹簧支座相连接， 换向轮上分别设有主动偏心销 轴和被动偏心销轴， 杠杆一端与凸轮顶杆一端相连接， 凸轮顶杆另一端与凸轮间歇接触， 杠 杆另一端分别与弹簧的一端相连接、 换向轮连杆的一端相铰接， 换向轮连杆的另一端与主 动销轴相铰接， 拨叉连杆的一端与被动销轴相铰接， 另一端与拨叉连接， 拨叉与输入轴上的 拨轮相连接。。
9、 拨轮与输入轴经花键相连接， 拨轮上设有与主动齿轮内齿啮合的外齿， 通过凸 轮的旋转可以使拨叉做直线往复运动， 以驱动输入轴上的拨轮与主动齿轮处于啮合或分离 状态， 当拨轮与主动齿轮处于啮合状态时， 主动齿轮随输入轴一起旋转并经被动齿轮带动 输出轴旋转， 当拨轮与主动齿轮处于分离状态时， 主动齿轮不随输入轴旋转， 输出轴无动力 输入而不转动。 0007 本发明可以在壳体内设有两套传递齿轮组， 在输入轴上设置两个主动齿轮， 拨轮 设置在其间， 通过拨轮与不同主动齿轮的啮合， 使输出轴输出相同或不同转速、 使输出轴的 转向与输入轴相同或相反。 0008 本发明可以设有同步驱动齿轮组， 同步驱动齿轮。
10、组的主动齿轮与输入轴相连接， 被动齿轮与凸轮轴相连接， 当输入轴旋转时， 凸轮轴也随着旋转， 从而带动拨叉做直线往复 运动， 改变输出轴的工作状态。 0009 本发明中的同步驱动齿轮组的传动比 i2与输出轴一个工作周期内 N 的转数满足 说 明 书 CN 102359557 A CN 102359573 A2/4 页 4 关系式 ： aNns= n3i2。其中 ： a 为凸轮每旋转一圈完成的换向次数 ； N 为输出轴完成一次正反 转、 即一个工作周期 ； ns为输出轴一个工作周期内的转数 （正、 反转转数之和） ； n3为凸轮的转 速 ； i2为同步齿轮组的传动比。 0010 本发明还可以设有。
11、外挂齿轮组， 外挂齿轮组的主动齿轮与动力输入轴相连接， 被 动齿轮与输入轴相连接。 0011 本发明在输入轴等速旋转状态下， 可以使输出轴间歇的转速相同、 转向相同输出 ； 转速不同、 转向相同输出 ； 转速相同、 转向不同输出 ； 转速不同、 转向不同输出等多种状态， 具有自动换向、 传递扭矩大、 传动效率高、 使用寿命长、 结构紧凑等优点， 可广泛应用于石 油、 冶金、 矿山、 化工等众多恶劣环境， 也可应用在汽车、 电力、 船舶、 以及大型机械加工设备 等的自动换向装置中。 附图说明 0012 附图是发明的一种示意图， 也是一种实施例的示意图。 0013 图 1 是本发明的一种示意图。 。
12、0014 图 2 是本发明中换向机构的示意图。 0015 图 3 是图 2 的 W 向示意图。 具体实施方式 0016 下面结合附图对本发明作进一步描述。 0017 如图所示， 一种频率及间歇转速可调的齿式自动换向器， 包括壳体 101， 输入轴 201 和输出轴 301 分别经轴承与壳体 101 相连接， 输入轴 201 和输出轴 301 经齿轮组相连 接， 主动齿轮 202 设有连接内齿并经轴承过渡与输入轴 201 相连接， 被动齿轮 302 与输出轴 301 相连接， 上述各组成部分的结构与连接方式与现有技术相同， 此不赘述。本发明的特征 在于壳体 101 设有换向机构 102， 换向机。
13、构 102 设有凸轮支座 1、 杠杆支座 2、 换向轮支座 3 和弹簧支座 4， 凸轮支座 1、 杠杆支座 2、 换向轮支座 3 和弹簧支座 4 的结构及连接方式与现 有技术相同， 如凸轮支座 1 可以认为是壳体 101 的壁， 也可以在壳体 101 内单独设置， 此不 赘述。凸轮 5、 杠杆 6 和换向轮 7 分别与凸轮支座 1、 杠杆支座 2 和换向轮支座 3 相连接， 凸 轮 5、 杠杆 6 和换向轮 7 的结构及与凸轮支座 1、 杠杆支座 2 和换向轮支座 3 的连接方式与 现有技术相同， 如凸轮 5 经凸轮轴、 轴承、 轴承座与凸轮支座 1 （壳体 101 的壁） 相连接， 此不 赘。
14、述。弹簧 8 的一端与弹簧支座 4 相连接， 换向轮 7 上分别设有主动偏心销轴 9 和被动偏 心销轴 10， 主动偏心销轴 9 和被动偏心销轴 10 可以设在同一半径的圆周上， 也可以设在不 同半径的圆周上， 以调节拨叉 15 的位移距离， 杠杆 6 一端与凸轮顶杆 11 一端连接， 凸轮顶 杆11另一端与凸轮5间歇接触， 凸轮顶杆11也可以经滚子12与凸轮5间歇接触， 以减少对 凸轮的磨损。杠杆 6 另一端与弹簧 8 的一端相连接、 与换向轮连杆 13 的一端相铰接， 换向 轮连杆 13 的另一端与主动销轴 9 相铰接， 拨叉连杆 14 的一端与被动销轴 10 相铰接， 拨叉 连杆 14 。
15、的另一端与拨叉 15 相铰接， 拨叉 15 与输入轴 101 上的拨轮 16 相连接， 拨轮 16 与 输入轴 101 经花键相连接， 拨轮 16 上设有与主动齿轮 202 内齿相啮合的连接外齿， 通过凸 轮 5 的旋转可以使拨叉 15 摆动， 以驱动输入轴 201 上的拨轮 16 与主动齿轮 202 处于啮合 或分离状态， 当拨轮 16 与主动齿轮 202 处于啮合状态时， 主动齿轮 202 随输入轴 201 一起 说 明 书 CN 102359557 A CN 102359573 A3/4 页 5 旋转并经被动齿轮 302 带动输出轴 301 旋转， 当拨轮 16 与主动齿轮 202 处于。
16、分离状态时， 主动齿轮 202 不随输入轴 201 旋转， 输出轴 301 无动力输入而不转动。 0018 本发明可以在壳体 101 内设有两套齿轮组， 在输入轴 101 上设有两个主动齿轮 202、 203， 两个主动齿轮之间设有拨轮16， 通过拨轮16与主动齿轮202或主动齿轮203的啮 合而使输出轴 301 输出相同或不同转速、 使输出轴 301 的转向与输入轴 201 相同或相反， 本 发明可以设有同步驱动齿轮组， 同步驱动齿轮组的主动齿401轮与输入轴201相连接， 被动 齿轮 402 与凸轮 5 的凸轮轴相连接， 当输入轴 201 旋转时， 凸轮轴也随着旋转， 从而带动拨 叉 15。
17、 进行摆动， 改变输出轴 301 的工作状态。另外， 本发明还可以设有外挂齿轮组， 外挂齿 轮组的主动齿轮 501 与动力输入轴相连接， 被动齿轮 502 与输入轴 201 相连接。 0019 本发明中的同步驱动齿轮组的传动比 i2与输出轴一个工作周期内 N 的转数满足 关系式 ： aNns= n3i2。其中 ： a 为凸轮每旋转一圈完成的换向次数 ； N 为输出轴完成一次正反 转、 即一个工作周期 ； ns为输出轴一个工作周期内的转数 （正、 反转转数之和） ； n3为凸轮的转 速 ； i2为同步齿轮组的传动比。 0020 本发明在输入轴等速旋转状态下， 可以使输出轴间歇的转速相同、 转向相。
18、同输出 ； 转速不同、 转向相同输出 ； 转速相同、 转向不同输出 ； 转速不同、 转向不同输出等多种状态， 具有自动换向、 传递扭矩大、 传动效率高、 使用寿命长、 结构紧凑等优点， 可广泛应用于石 油、 冶金、 矿山、 化工等众多恶劣环境， 也可应用在汽车、 电力、 船舶、 以及大型机械加工设备 等的自动换向装置中。 0021 本发明的传动如图1所示， 本发明分为动力输入部分 （即外挂齿轮组） 、 凸轮转速控 制齿轮组、 换向机构和齿式离合器四个部分， 各部分的原理与功能如下 ： 第一部分 A1 ： 动力输入部分 （即外挂齿轮组） 由齿轮副 Z1、 Z2（俗称 “挂轮” ） 把经动力 输入。
19、轴输入的扭矩传递给输入轴 201， 当改变 Z1、 Z2的齿数比时， 可以同时改变凸轮 5 的凸 轮轴、 输出轴 301 的转速。设定轴的输入转速为 n1, 输出轴 301 的输出转速为 n2， 那么 ， 所以， 当n1一定时， 为了满足变速器或者工作机对n2的需求， 可以通过改变i1， 即改变 Z1、 Z2的齿数来实现。 0022 第二部分 B1 ： 凸轮转速控制齿轮组， 其由 Z3、 Z4、 Z5、 Z6 组成， 设定传动比为 i2， 凸轮 5 的凸轮轴的转速、 即凸轮的转速为 n3， 那么 ， 。 0023 第三部分 C1 ： 换向机构如图 2 所示， 当间凸轮 5 逆时针旋转， 凸轮 。
20、5 上 H 点运转到 B 点时， 滚子 12， 由 B 点向上移动到 B 点， 行程为 S1。杠杆 6 的一端与凸轮顶杆 11 连接点 P 点 随 B 点向上移动至 P 点， 行程为 S2， S1 =S2。在 P 点向上运动时， 会带动杠杆 6 绕杠杆支座 2 的 C 点转动， 使杠杆 6 另一端的 D 点向下移动， 产生行程 S3， 由于 S1 =S2， 那么， 换向 轮连杆 13 随之向下运动， 主动偏心销轴 9 由 E 点移至 E 点， 带动换向轮 7 围绕换向轮支座 3 支点 O 顺时针转动， 换向轮上的 E 点产生行程 S4， S4= S3， 换向轮 7 上的被动偏心销轴 10 同时。
21、顺时针旋转由 F 移至 F ， 产生行程是 S5， 由于 E 点与 F 点是换向轮 7 上以 O 点为圆心 说 明 书 CN 102359557 A CN 102359573 A4/4 页 6 的同一圆周上的两个点， 所以S5= S4， 这时， 在被动偏心销轴10的带动下， 拨叉连杆14带 动拨叉 15 由 K 点运行到 K 点。凸轮 5 继续旋转， 当 I 点越过 B 点的瞬间， 凸轮顶杆 11、 杠 杆 6、 换向轮连杆 13 通过复位弹簧 8 恢复到原来的位置， 即 B 点回复到 B 点， 同时带动换向 轮 7 逆时针旋转， 并恢复原来的位置， 在被动偏心销轴 10 的带动下， 拨叉连杆。
22、 14 带动拨轮 15 由 K 点回到 K 点。 0024 换向轮 7 上的被动偏心销轴 10 通过拨叉 15 带动拨轮 16 做直线往复运动， 其行程 为 S6， 设定拨轮 16 在点 K 和 K 点停歇的时间分别为 t1、 t2 ； 当 = 180， t1=t2 ； 当 180， t1 t2 ； 当 180， t1 t2 ； 所以， 当改变 的值时， 可以改变拨轮 16 在 K 点和 K 点停歇的时间。 0025 同时， 由于， 当 S1 一定时， 改变支点 C 在杠杆 6 上的位置， 可以改变 S3 的 值 ； 当支点C在杠杆6上的位置固定时， 改变S1的值， 也可以改变整个机构的行程 。
23、； 再者， 把 支点 C 与杠杆 6 的连接做成可调连接， 杠杆 6 做成有一定伸缩性的连杆， 那么整个机构行程 的可调节性会得到很大的提高。 0026 第四部分 D1 ： 齿式离合器， 由齿轮 Z7、 Z8、 Z9、 Z10、 Z11、 Z12 、 Z13 、 Z14， 其中 Z7= Z8= Z9； Z10= Z11； Z12 = Z13= Z14。 0027 Z7、 Z8、 Z9齿轮组输出转向与动力输入轴的输入转向相反 ； Z10、 Z11齿轮副输出转向 与动力输入轴的输入转向相同。Z12 、 Z13 、 Z14齿轮组组成双向离合器， 其中 Z12为外齿， Z13 、 Z14为内齿。轴 2。
24、01 为花键轴， 离合器 Z12在拨叉的拨动下， 可以沿轴 201 往返滑动， 从而和 Z13 、 Z14进行离合。当 Z12和 Z13啮合时， 轴 201 通过 Z12把扭矩传递给 Z7， 然后经过 Z8、 Z9传 递给轴 301。由于 Z10是通过轴承过渡与轴 201 连接的， 所以 Z7工作时， Z10空转。当 Z12和 Z14啮合时， 轴 201 通过 Z12把扭矩传递给 Z10， 再经过 Z11传递给轴 301。由于 Z7也是通过轴 承过渡和轴 201 连接的， 所以 Z10工作时， Z7空转。 0028 离合器 Z12的动作频率由第三部分来控制。由于凸轮的结构形式决定了 ： 在凸 。
25、轮的一个圆周运动中， 转换机构完成一次直线往复运动， 即拨轮 Z12完成一次离 （Z14） - 合 （Z13） - 离 （Z13） - 合 （Z14） ， 即输出轴 301 完成一次正、 反转转换。如果我们把输出轴 301 正 转、 反转各一次称为一个工作周期， 一分钟内的工作周期次数为 N, 一个工作周期内轴 301 的转数 （正向转数 nz， 反向转数 nf） 为 ns（ns=nz+nf） 。由于凸轮每旋转一周， 换向器完成一个 工作周期， 那么， 如果不计单位的话， N的值等于n3的值， 即N=n3， 由于Nns= n2 ， 3i2= n2那么 Nns= n3i2， 因此， 不计单位的话。
26、， ns的值与 i2的值相等， 即， 当 n1和 i2一定时， 只要改 变 i1的值， 就可以同步改变 n3和 N 的值。也就是说， 只要改变第一部分齿轮副 Z1、 Z2( 俗称 “挂轮” ) 的齿数， 就可以改变齿式自动换向器的换向频率。又由于 ns的值等于 i2的值， 所 以当 n1和 i2一定时， 不论 i1的值如何变化， ns始终为一常数 ； 换言之， 就是在轴的输入转 速及 “间歇与行程可调、 垂直与直线往复运动垂直转换机构控制齿轮组” 的传动比 Z4 Z6/ (Z3 Z5) 一定时， 不论第一部分 Z1、 Z2齿轮副 ( 俗称 “挂轮” ) 的传动比 (Z2/ Z1) 如何变化， 轴 301 在一个工作周期内的转数 ns的值固定不变。 说 明 书 CN 102359557 A CN 102359573 A1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102359557 A CN 102359573 A2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102359557 A CN 102359573 A3/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102359557 A 。