Speed reducing device
United States Patent 3955445
Abstract:
A speed reducing device which is capable of large speed reductions and torque multiplication in a single stage is disclosed. The device includes input and output shafts in axial alignment, together with a transformer gear component having primary and secondary gears which rotate together. The primary gear engages a fixed gear spline while the secondary gear engages a rotatable output gear spline. This combination of gears, together with an eccentric and counterweight mounted on the input shaft, provides a system having numerous advantages in the field of high-ratio mechanical power transmission.
Inventors:
Osterwalder, Jean-pierre F. (812 Cottage St., Vienna, VA, 22180)
Application Number:
05/524230
Publication Date:
05/11/1976
Filing Date:
11/15/1974
Export Citation:
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Assignee:
OSTERWALDER; JEAN-PIERRE F.
Primary Class:
475/176
Other Classes:
475/181
International Classes:
F16H1/32; (IPC1-7): F16H1/28
Field of Search:
74/804, 74/805
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US Patent References:
3552812 N/A 1971-01-05 Howe, Jr. 308/189R
3037400 Differential gear reducer 1962-06-05 Sundt 74/804
2966078 Driving means for conveyors 1960-12-27 Wright 74/805
2956632 Wheel hub assembly 1960-10-18 Forbush et al. 308/189
2481627 Transmission unit 1949-09-13 Sharpe 74/804
2250259 Speed reducing gearing 1941-07-22 Foote, Jr. 74/805
1392508 Mechanical movement 1921-10-04 Krohn 74/805
Foreign References:
FR727755A 1932-06-24 73/805
Primary Examiner:
Scott, Samuel
Assistant Examiner:
Chandler, Lance W.
Attorney, Agent or Firm:
Bergert, Frederick L.
Claims:
It is claimed:
1. A speed reducing device, comprising: an input shaft; an output transmitting member journaled in axial alignment with said input shaft; an eccentric and a counterweight carried by the input shaft, the center of gravity of the counterweight lying on a line which extends from the input shaft diametrically opposite to a line from the input shaft to the center of gravity of the eccentric; a primary and a secondary gear mounted upon the eccentric for rotation together about said input shaft, said primary gear having a different number of teeth than said secondary gear, the primary and secondary gears being axially spaced along the input shaft to form a cavity and the counterweight being disposed within the cavity between said primary and secondary gears; a fixed gear spline in engagement with said primary gear, the primary gear having a smaller number of teeth than the fixed gear spline; said output transmitting member including a rotatable output gear spline in engagement with said secondary gear, the secondary gear having a smaller number of teeth than the output gear spline; a casing secured to said fixed gear spline; a bearing assembly mounted between said casing and said rotatable output gear spline in a direct straight line with the lines of force transferred by the gear teeth which are in mesh, said output gear spline being in direct engagement with said fixed gear spline through said casing and said bearing assembly, said casing and bearing assembly being located radially outwardly from said secondary gear to thereby achieve a short, compact, stiff torque path which extends from the fixed gear spline through the periphery of the primary and secondary gears to the output gear spline.
2. The device of claim 1 wherein the primary and secondary gears ar integrally joined, and wherein a single counterweight is carried by said input shaft.
3. The device of claim 1, wherein said output transmitting member includes an output shaft.
4. The device of claim 1 wherein the primary gear has a greater number of teeth than the secondary gear.
5. The device of claim 1 wherein the primary and secondary gears are spur gears.
6. The device of claim 1 wherein the counterweight is provided with at least one removably mounted member for adjusting the amount of weight carried by the counterweight.
7. The device of claim 1 wherein said input shaft is mounted on preloaded bearings.
8. The device of claim 1 wherein said primary and secondary gears are mounted upon the eccentric on preloaded bearings.
9. The device of claim 1 wherein the output transmitting member is mounted on a pair of preloaded peripheral bearings.
10. The device of claim 1 wherein the teeth of said gears have a contact pressure angle of 30°.
Description:
BACKGROUND AND SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention is concerned with a speed reducing and torque increasing device. More particularly, the present invention is concerned with a speed reduction gear arrangement which forms a dynamically balanced speed reducing system having an extremely short torque path. The system of the present invention is capable of large speed reductions in a single stage.
Many grear devices are known in the prior art for reducing the speed of an input shaft. In some speed reducing devices, particularly those developed earlier in the art having conventional involute gears, the gears are arranged so that only one or two teeth of each gear are in mesh at any one time, giving rise to various problems of vibration, gear wear and lost motion as these few teeth are required to absorb the entire shock of overload and stress on the gears.
In other known speed reducing devices, eccentric means is provided in combination with various types of inner ring assemblies, such devices providing for a larger number of teeth of each engaged gear to be in engagement at any time during rotation of the gear. Speed reducing devices of the latter ty
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第一篇
用于工业车辆的耦合的行星齿轮减速器
摘要:
大型车辆中的耦合的行星齿轮系统主要是二级行星齿轮和环形齿轮固定在车轮中组装。输入轴驱动主行星齿轮，主行星齿轮驱动二级齿轮。
声明:
内容是:
- 车辆有一个行星齿轮减速传动系统，位于相邻的一个轮子安装在一个轴间,齿轮系统包括:
(a)一个框架固定的车辆安全;
(b可旋转的输入轴意味着能够高速旋转;
(c)二级行星齿轮传动组成第二个齿轮安装旋转对输入轴的意思是说,一群二级行星齿轮每一可旋转的安装在轴固定在车轮旁,和第二个环形齿轮固定车身;
(d)行星齿轮传动定位表面上从说二级齿轮传动,主要有太阳齿轮固定担保与表示输入轴和旋转,主环形齿轮旋转对框架扩展,和一群一级行星齿轮传动二级太阳齿轮之间的和可旋转的安装主要说是环形齿轮
2.主要的行星齿轮传动是说轮组装在外的位置。
3齿轮系统中定义进一步包括:主要行星齿轮架说主要行星齿轮上安装有齿轮齿与二级齿轮
径向的初级和二级行星齿轮和被驱动连接到一个二级行星齿轮架。
4齿轮系统中定义所述主行星架进行二级太阳齿轮径向对齐。
内容:
转移扶轮力量通过差动轮总成提供车辆,至关重要的是,高速旋转的被简化为一个可用的水平。对于某些应用程序,如非常大,工程机械卡车,需要实现减速比的范围从10:1 15:1。行星齿轮的先前技术包括许多安排适应提供各种齿轮比率,但没有一个安排提供所需的10 15:1比一个实际的,有效的和可靠的方式。,从理论上说,可以使用许多不同大小的齿轮安排的先前技术以达到所需的比率,有实际极限的大小齿轮,可以使用。为了大多数之前的安排来实现所需的10 15:1比率,他们必须使用非常小的行星齿轮。小的行星齿轮的使用需要小轴承的使用,这就增加了机械故障发生率。此外,可能会有一个问题在维护温度足够低的水平有效的操作系统的,一般来说,所有的组件必须广泛收藏
典型的串联行星齿轮装置现有技术的初级和二级环齿轮固定在框架,第二个齿轮驱动二级行星齿轮和输出来自在二级行星齿轮。这种安排示意图见图4。速度换算公式的这种安排,是主齿轮,是主要的环形齿轮,年代是次要的是次要的环形齿轮,如下速度比率,通过典型的装置大小不同的齿轮将首选体现的描述所示,
例子,一个行星齿轮安排,似乎最接近的安排本发明所示比利时帕特。专利被引用在此注册。比利时装置和美国装置包括一个两阶段双行星齿轮装置的两个环形齿轮旋转功率输出。每个设备都有两个行星,一个固定和旋转。使用上面相同的符号来表示在各自的齿轮齿数,速度比公式的装置
是派拉蒙本发明的对象提供一个新颖的行星齿轮减速系统用于车辆,尤其是在大型工业车辆,该系统提供了一个减速的范围从10:1 15:1与维持适当的温度水平,现有技术中缺点普遍减速机应用于大型车辆
总结
耦合的行星齿轮系统定位在靠近车辆的车轮装配。一个旋转的轴通常从车辆微分提供输入。耦合的齿轮系统本身是由行星齿轮系统在初级和二级行星齿轮驱动。二级齿轮传动的齿轮安装在输入轴和多数二级行星齿轮,每一个可旋转的安装在轴上轮组装。二级齿轮传动的齿圈固定在固定的。
行星齿轮传动的主要定位从第二个齿轮表面上,是由输入轴直接驱动的。与主齿轮啮合是一组主齿轮,绕旋转齿轮,和一个主环齿轮与车轮总成。主要的行星齿轮驱动二级齿轮。
行星齿轮系统的输出可以采取两个行星齿轮驱动二级齿轮传动和行星齿轮的主齿轮传动的齿圈。减少输出允许一个有利的位置的大小主要由于主行星齿轮传动可以定位以外的。这也减少组件的数量,在高负载下,提供更好的温度控制。
发明的详细描述
计划视图的图1,它可能会看到一个旋转输入轴10延伸到12,和反过来转让通过高速驱动轴22一个减速机14住相邻轮组装16。18轮安装在车轮装配20由减速机驱动的14。减速机的细节可能会出现在图2的剖视图。
22是输入轴驱动行星齿轮减速器。二级太阳齿轮24说明是可旋转的安装轴22和可能支持通过轴承25。二级行星齿轮的多数26,最好是三个,是可旋转的安装在轴通过轴承27 28依次安装在二级行星齿轮架23形成整体的径向扩展10轮组20。这些二级行星齿轮,使它在太阳齿轮轴22。二级环形齿轮30螺栓固定部分的汽车,在此显示为32。
22轴一端花键和主要太阳齿轮34。多数初级行星齿轮36,、之间主要太阳齿轮34和初级环形齿轮38,后者被固定到车轮20、。一级行星齿轮36与合适的轴承旋转安装在轴40 42。主行星齿轮36碟二级太阳齿轮24通过载体41,轴40安装。
在操作中,22轴驱动器主要太阳齿轮34,导致主行星齿轮的旋转36轴40。这一级行星齿轮旋转36,网格与主环齿轮38岁,也会造成轴40个主要行星齿轮36和主行星齿轮架41移动相对于主环齿轮38。38因为主要环形齿轮与车轮20这是朝着同一个方向承运,它会导致承运41移动速度相对于一个固定部分的车辆比如果主环齿轮38是固定的。这导致载波41传输高速旋转二次太阳齿轮24比将如果主环齿轮38固定帧扩展32,因此导致减速比的情况下如果主环齿轮38固定框架。二次太阳齿轮24导致二级行星齿轮26对他们的轴旋转28。二级行星齿轮的旋转26日与二级网格环形齿轮30日也会引起二级行星齿轮架23移动相对于二次环形齿轮30。二次环形齿轮30是固定的框架32,因此相对于车辆不会移动。自轴28日安装在载体23日与车轮装配住房积分20日23载体的运动相对于环形齿轮30,这是固定的框架,然后转移到轮总成20输出轮总成16。
速度比公式,本发明是::R是牙齿的数目在初选中环形齿轮38;S是牙齿的数目在初选中太阳齿轮34;R”是第二环形齿轮的齿数30;和S”是第二个太阳齿轮的齿数24。
使用相同的参考各种齿轮,比现有技术示意图所示的公式图5
公式比典型的串联行星齿轮安排早些时候提到在这个规范和说明示意图在图
它随时可以看到三个速度比公式是不同的,但是下面的表最好的说明了速度比率的差异将产生的各种大小齿轮操作的三个安排。在下表中,列标题下R,S,R和S代表这些各自的齿轮的齿数。
很容易看出不同的齿轮安排提供完全不同的速度比率,只有本发明展示速度比整个范围从10:1 15:1的齿轮在一个合理的尺寸范围和足够大的可靠运行。所示的安排实际上导致车轮转向相反的方向的方向输入,减号(-)表示的速度比之前的值。
因为特殊的行星齿轮装配结构的本发明,可以看出,输出不采取“远程端”的行星齿轮传动,即。,边差,而是采取通过径向扩展之间的初级和二级齿轮驱动器。这个结构提供的主要优势是减速的范围从10:1 15:1当使用齿轮的规模大到足以允许运行可靠。它也不需要车轮装配的主要部分包括主齿轮传动。相反,较轻的覆盖组件。这将导致更少的体重总齿轮传动装置是一个有吸引力的经济优势。扩展的主要外齿轮传动轮还提供了冷却器组装操作温度下沉重的负荷
第二篇
电力传输及减速系统
这项发明与电力传输和齿轮减速系统有关。
我在1930年11月12日申请的专利（专利号为495035）中提出一种恒定张力，它包括一个新型弹性联轴器和齿轮减速系统。而我这次所申请的一项专利，相比于之前那个专利来说，与这个新型联轴器和齿轮减速系统联系更为紧密。
这项发明的主体是一个齿轮减速系统及机械装置，不同于其他类似装置的是，它可以在不增加齿轮所需零件及不增加齿轮大小的情况下，确保装置的简洁性和可操作性，达成我们想要的齿轮减速比。更为新颖的是，这个新型的弹性联轴器和齿轮减速系统还包括一个相对静止的回转齿轮，它可以传动内部的齿轮元件，并通过该装置带有的一个弹性可伸缩的连接装置限制回转齿轮的旋转速度。这项发明还有进一步地配置，其主体为我们上面提到的那种类型进化来的多级式齿轮减速系统，其中，高速级的这种装置，更能体现弹性联轴器。这项发明所包含的其他部件和特点将会在后文中介绍。
想要更好地了解这项发明，还需参照一部分这项装置的附图说明：
图1为这项发明里的减速装置的剖视图；
图2为从图1中2-2切线中观察的剖视图；
图3为我设计的另一种改良型减速装置的剖视图；
图4为我改良型发明中的减速装置剖视图；
图5是在图4中5-5切线处观察的剖视图。
在图1和图2中，可以看出我的减速系统和电力传输系统中有一个装置外形1，里面分别有一个高速和低速的电力传输传动轴2和3. 该装置外形可以制造作成任何想要的形式，而在图1中呈现的装置中，它包含了一个大体呈圆柱形的零件4、终盘5（其中传动轴2安装在上面）和终盘6（传动轴3安装在上面）。齿轮减速系统可能会包括一个或多个减速元件和多级系统，比如图中所呈现的版本，我设计的是一个双级系统，在图中用数字7和8标出了。传动轴9是用来链接这两个元件和系统的，其中后面的一个被安装在腹板或隔板10上。传动轴2，9和3安置在一条直线上。短轴9上有一个齿轮零件11，它通过螺丝或其他方法固定在了上面。齿轮零件11包括一个由正齿轮13传动的环形的齿圈12，正齿轮13通过偏心轴14（它固定在传动轴2上）上的滚珠15带动进行旋转并传动齿轮零件12的。正齿轮13可以靠偏心轴14来进行旋转，但是不允许其通过杠杆支架16的作用进行旋转。支架16牢牢的安置在正齿轮上的13上，与杠杆18互相起借力作用。而支架18则可屈缩调节。轴承座19安置在弹簧20的对面，它可支撑轴承座19，并使支架18垂直延展。滚柱轴承21包含在轴承座19中，支架18则上下延展，滚柱轴承允许支架18调节其在轴承座19上的安置角度。这个轴承座和弹簧装置在一个隆起的內箱22里，上面有一个恰好的盖子23，而且，这个盖子是可以移动的，以方便接触箱内的装置。箱室里的下表面有一个狭槽25，使支架18可以在合适的角度范围内移动。
阶板8与7是有本质区别的，为了方便表述，我对那些相似或其中对应部分元件处采用了相同的数字标识——我们可以在先前的数字上加一符号 rsquo; 即可。例如，齿轮零件11rsquo;包括一个由正齿轮13rsquo;传动的环形的齿圈12rsquo;，正齿轮13rsquo;通过偏心轴14rsquo;（它固定在传动轴2rsquo;上）上的滚珠15带动进行旋转并传动齿轮零件12rsquo;的。正齿轮13rsquo;可以靠偏心轴14rsquo;来进行旋转，但是不允许其通过杠杆支架16的作用进行旋转。支架16牢牢的安置在正齿轮上的13rsquo;上，与杠杆18rsquo;互相起借力作用。而支架18则可屈缩调节。轴承座19rsquo;安置在弹簧20rsquo;的对面，它可支撑轴承座19rsquo;，并使支架18rsquo;垂直延展。滚珠轴承21rsquo;包含在轴承座19rsquo;中，支架18rsquo;则上下延展，滚柱轴承允许支架18rsquo;调节其在轴承座19rsquo;上的安置角度。这个轴承座和弹簧装置在一个隆起的內箱22rsquo;里。
该减速装置的运行原理如下：
对传动轴2进行通电，通过主齿轮13传动齿轮12，这样实现了齿轮12和传动轴9的低速回转。主齿轮13的轮齿数越接近于齿轮12的轮齿数，那么就会带来越大的减速比。被支架16,17和18限制住的齿轮13在减速状态下将电从传动轴2上传输至传动轴9上，弹簧滑块轴承座装置在此起媒介左右。相似地，电还从传动轴9上以低速状态传送至传动轴3上，当然，总的减速比是这两段减速比相乘得出的数值。
在图3的改良型剖视图中，我呈现了一个仅用一个元件的双级减速装置和弹性联轴器。图3上解释的很彻底。减速装置包含在一个外形大体是圆柱形的外形中，其中，上面有一个圆盖盘盖住在上面。数字28指示的是一个高速传动轴，与此同时，和它安置在同一直线上的有一个低速的传动轴。 减速轮级在数字30和31上指示着，其中，主要图3中主要呈现的是30。我们可以这样理解：装置在腹板或隔板上的短轴或主动轴，会与高速和低速传动轴在一条直线上。齿轮级30包括一个中介传动轴上带的一个齿轮元件，还有一个内部齿圈35。转动的正齿轮则被用来传动这个内部齿圈35。它是由偏心传动轴38上的滚珠轴承或其他方式固定在主动轴28上面的。转动的主齿轮36不允许通过振荡的支架40作用。支架40，并非是固定在元件结构上进行旋转，而是固定在一个有伸缩性的固定好的轴承组合件45上，对于这个轴承组合件45，它介于一对被压缩的弹簧46之间。该附图为有意的图解，这种装置可以因此提供一个弹性的、可伸缩的动力轴。其原理如下：
对主传动轴28进行通电，通过齿轮36传动带动内部齿轮35的转动，这样实现了齿轮35的低速回转。主齿轮35的轮齿数接近于齿轮36的轮齿数。 狭槽处连接装置43和44位于齿轮36与限制元件40间，使得转动的齿轮36实现自由的上下运动。而偏心轴42，其凭借着36的转动的传导，也保持转动状态，这就引起了限制元件40在一定的角度内振荡。通多这些手段，转动齿轮元件36在整个旋转系统中，一直保持着与主齿轮统一的转动方向，因此，其节线速度也与主动轮保持一致。通过使偏心齿42呈偏心齿38的两倍大小，以及通过开口销43和44的作用。第二阶31与上一阶相似，该装置联合的减速比当然同样也是两段减速比相乘得出的数值。
在图4和图5这一改良型发明中的减速装置剖视图中，我们可以发现其呈现的也是双级减速装置和弹性联轴器。数字56和56代表着这两阶级。该减速装置也包含在一个外形大体是圆柱形的外形中，其中，上面有一个圆盖盘57和58盖住在上面，他们分别被安置在高速传动轴63和低速传动轴80上。短轴81装置在腹板或隔板上，比如图中所指示的82。它是由偏心传动轴64上的滚珠轴承或其他方式固定在主动轴63上面的。这种装置可以因此提供一个弹性的、可伸缩的动力轴。通多这些手段，转动齿轮元件63在整个旋转系统中，一直保持着与主齿轮统一的转动方向，因此，其节线速度也与主动轮保持一致。对主传动轴71进行通电，通过齿轮69传动带动内部齿轮68的转动，这样实现了齿轮35的低速回转。主齿轮68的轮齿数接近
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