[0001] 描述
[0002] 本
发明涉及变速齿轮箱(speed gearbox)，且更具体地涉及适于安装在小的工作机器上的顺序式齿轮箱(sequential gearbox)。使用这种类型齿轮箱的最典型的领域是
园艺和园林机器领域，例如
割草机、旋转式翻土机或手扶
拖拉机。然而，这种类型的齿轮箱还可在相邻领域中有效使用，例如在微型倾卸车(mini-dumper)、小
涡轮除雪机(small turbine snow blower)或类似物上。为了更简化，下面的描述纯粹以示例方式具体指旋转式翻土机，但本领域技术人员将不会有任何困难来将其范围延伸到其可被使用到的其他机器。
[0003] 齿轮箱本身是广泛已知的机械系统。在其最基本的特征中，齿轮箱包括
输入轴和
输出轴，输入轴连接到
发动机，输出轴连接到必须被驱动的、在下面称之为使用者器械的机械设备，例如
驱动轮、割草机刀、开垦地面的锄刀、除雪的
涡轮机等。
[0004] 以本身已知的方式，齿轮箱还包括控制装置，该控制装置在多个
位置之间可运动，并允许操作者选择输入轴和输出轴之间的不同
传动比。换句话说，对于控制装置的每个有效位置(active position)，在由发动机给予输入轴的
角速度ωm和由齿轮箱给予输出轴的角速度ω1A之间存在相应的比。显然地，由发动机给予输入轴的转矩Cm和由齿轮箱给予输出轴的转矩C1A将与各自的速度所限定的比成反比。实际上，除了由于摩擦造成的任何不可避免的损耗外，输入功率必定与输出功率是相同的，为了本文档的目的，可忽略所述损耗。
[0005] 控制装置可有利地具有一个或多个非活动位置(inactive position)，在该位置处，输入轴与输出轴机械地拆分开。因此在被称为空档位置(neutral position)或空转位置的这些位置中，速度与转矩都不传动到输出轴。
[0006] 还已知的是其中控制装置可从一个位置运动到与该位置紧紧相邻的另一位置的顺序式类型的齿轮箱。换句话说，在顺序式齿轮箱中，控制装置不能任意地从任何一个位置运动到任何其他位置。
[0007] 通常安装在小的工作机器上的这些齿轮箱，虽然被广泛使用，但并非没有
缺陷。
[0008] 已知类型的齿轮箱常常有点庞大，特别是对于具有其将被用于的机器的典型特征的整个尺寸而言。此外，已知类型的齿轮箱被设计成使得需要周期性地补充油和/或更换油。对于不常具有适当设施和/或技术来正确进行这些操作的非专业用户以及对于必须经受不期望的机器停工期的专业用户来说，这些日常维修操作是特别不方便的。
[0009] 最后，已知类型的齿轮箱中的每个齿轮箱以完全自主地方式被设计，而未进行任何尝试来开发与整体系列齿轮箱(entire family of gearboxes)的设计相关联的优点，所述优点通常在制造、装配和物流阶段(logistic stage)期间产生。换句话说，如果我们纯粹以示例方式考虑2级变速齿轮箱和3级变速齿轮箱，两者均由相同制造者以相同目录来提供，则2级变速齿轮箱与3级变速齿轮箱毫无共同之处。这明显意味着，制造者必须维持完全分离的两条生产线并必须管理用于供应备用零件的两条分离的物
流线(logistic line)。此外，可在其上安装齿轮箱的机器只要具有带有分别的固定装置的两个不同安装座，该机器的制造者就可能提出两种不同的型式。
[0010] 因此，本发明的目的是至少部分地克服上面关于
现有技术所提及的缺点。
[0011] 特别地，本发明的目的是提供紧凑且有效率的顺序式齿轮箱。
[0012] 本发明的另一目的是提供在齿轮箱工作期限的过程期间不需要日常维修操作的顺序式齿轮箱。
[0013] 本发明的另一目的是提供顺序式齿轮箱系列，其中部件、生产步骤和备用零件尽可能地被共享。
[0014] 通过根据
权利要求1的顺序式齿轮箱来实现上述目标和目的。
[0015] 本发明的典型特征和另外的优点将通过下面提供的对通过参考
附图以非限制性示例的方式提供的实施方式的多个实例的描述而显露出来，在附图中：
[0016] -图1a、1b和1c示意性示出根据本发明的形成单系列的部分的顺序式齿轮箱的三个不同实施方式的侧视图；
[0017] -图2示出根据本发明的顺序式齿轮箱的一个实施方式的侧视图；
[0018] -图3示出根据本发明的顺序式齿轮箱的另一实施方式的侧视图；
[0019] -图4示出根据图2的顺序式齿轮箱的平面图；
[0020] -图5示出根据图3的顺序式齿轮箱的平面图；
[0021] -图6示出根据图2的顺序式齿轮箱的透视图；
[0022] -图7示出根据图3的顺序式齿轮箱的透视图；
[0023] -图8示出根据本发明的顺序式齿轮箱的分解的透视图，其中为了更清楚，某些部件被去除；
[0024] -图9示出根据本发明的顺序式齿轮箱的局部横截面图；
[0025] -图10示意性示出根据本发明的顺序式齿轮箱的控制装置；
[0026] -图11示意性示出沿图12的线XI-XI的横截面图；以及
[0027] -图12示意性示出沿图10的线XII-XII的横截面的部分的视图。
[0028] 参考附图，20以其整体表示根据本发明的顺序式齿轮箱。顺序式齿轮箱20包括：
[0029] -外罩30，其包括壳体31和
盖子32；
[0030] -第一轴41，其围绕轴线X1可旋转并从外罩30突出；
[0031] -第二轴42，其围绕平行于轴线X1的轴线X2可旋转，该第二轴从外罩30突出；以及
[0032] -至少一个
副轴43，其围绕平行于轴线X1和轴线X2的轴线Xr可旋转，该至少一个副轴43可完全地容纳在外罩30内。
[0033] 一个或多个齿轮44用键固定到轴41、42和43中的每个上。第一轴和第二轴中的一个41或42被设计成机械地连接到齿轮箱20上游的发动机，而另一轴42或41被设计成机械地连接到齿轮箱20下游的用户器械。第一轴41和第二轴42可通过齿轮44和至少一个副轴43以多种传动配置而机械地连接到一起，其中传动配置中的每种传动配置限定第一轴41和第二轴42之间的不同的传动比。
[0034] 顺序式齿轮箱20还包括控制装置50，控制装置50在多个顺次的工作位置之间可运动，其中控制装置的工作位置中的每个工作位置限定第一轴41和第二轴42之间的传动的不同配置。控制装置继而包括：
[0035] -控制轴51，其从外罩30突出，并围绕关于轴线X1和轴线X2偏离并与轴线X1和轴线X2垂直的轴线Xc可旋转，控制轴51能够呈现与控制装置50的工作位置相应的多个相继的角位置；
[0036] -叉状构件52，其插在控制轴51中，以便从轴线Xc径向地突出并被约束在相对于轴线Xc的周向方向中；以及
[0037] -
滑轮54，其安装在第一轴41上，以便被约束在相对于轴线X1的周向和径向的方向中，且以便能够沿轴线X1在轴向方向上滑动，从而呈现多个工作位置，滑轮54包括一组齿540和凹槽541。
[0038] 根据本发明，叉状构件51与滑轮54的凹槽541接合，使得在控制轴51的每个角位置中，存在滑轮54沿第一轴51的相应的不同位置。
[0039] 此外，齿轮箱20包括至少一个提升式球(poppet ball)53，提升式球53安装成使得倚着控制轴51被径向地推动，并适于相继地接合在多个径向凹部35的内部，该径向凹部35在控制轴51中形成并相互周向地间隔开。提升式球53与凹部35中的每个凹部的配合限定了控制轴51的稳定的平衡位置。
[0040] 此处应注意，关于通用轴线X，术语“轴向”理解为意指平行于轴线X的任何直线的方向；术语“径向”理解为意指使其原点在轴线X上并与轴线X垂直的任何半直线的方向；术语“周向”理解为意指中心在轴线X上并被包含在与轴线X垂直的平面内的圆周的方向。
由于齿轮箱20的特殊结构，在此处和下面的描述中通常参考一条或相互不同的多条轴线，例如X1、X2、Xc等。因此，在每种情况下，概念“径向”、“轴向”和“周向”仅参考这些轴线中的一个轴线来使用。未明确指明的地方，但读者应参考最接近的上下文，以便正确确定这些表述所指的轴线。
[0041] 参考上文已得出事实：轴线Xc相对于轴线X1(或X2)偏离并垂直。严格来讲，从几何学角度考虑，这种限定不是完全正确的。然而，其用于以合成并直观的方式表明平行于轴线X1(或X2)并穿过Xc的直线垂直于Xc。
[0042] 如上文提及的，齿轮箱20包括以本身已知的方式在多个彼此顺次的工作位置之间可运动的控制装置50。换句话说，控制装置50仅在单个方向中可运动，并且从每个位置仅可位移到紧紧相邻的工作位置中。在这种意义上，顺序式齿轮箱20不同于所谓的“H-型”齿轮箱，在“H-型”齿轮箱中，控制装置理论上可从每个位置运动到其他工作位置的任一个位置中。
[0043] 根据附图示出的实施方式，控制轴51在壳体31和盖子32之间的接合处从外罩30突出。
[0044] 以本身已知的方式，控制装置50的工作位置中的每个工作位置限定第一轴41和第二轴42之间的传动的不同配置。在本文档中，可由根据本发明的单个齿轮箱20限定的传动配置来形成组I(setI)。具体地，齿轮箱20的部件可布置成使滑轮54可从其工作位置中的一个位置移动到另一位置，使第一轴41和第二轴42之间的运动连接开始或终止。
[0045] 在此处和下文中，对于控制装置50和对于其部件(轴51、叉状构件52、滑轮54等)所考虑的工作位置仅是由至少一个提升式球53和径向座35之间的配合引起的被定义为稳定的平衡位置的工作位置。显然地，在从平衡位置过渡到其他位置的期间，控制装置50和其部件呈现无穷个其他的中间位置。然而，由于其他中间位置不是稳定的平衡位置且与齿轮箱20的任何特定的传动配置不相应，所以本文不考虑其他的中间位置。
[0046] 本发明还涉及齿轮箱类型20的系列F，齿轮箱类型20中的每个是根据上文描述的齿轮箱类型。在根据本发明的系列F中，齿轮箱类型20中的每个齿轮箱类型允许限定第一轴41和第二轴42之间的传动配置的不同组I，传动配置中的每个传动配置限定不同的传动比。此外，在系列F中，所有齿轮箱20包括相同的壳体31。
[0047] 根据本发明的某些实施方式，形成相同系列F的部分的单个齿轮箱类型20在传动配置的组I和/或不同的盖子32方面相互不同。一般来说，越大的齿轮比将需要在外罩30内部的越多的齿轮44，且因此需要越大尺寸的盖子32。这可通过相互比较示意性图1a、1b和1c以及图2和图3以及图6和图7在具体情况下来理解。
[0048] 仍参考图1示出的示意性实例，图1a示出根据本发明的齿轮箱20，齿轮箱20的控制装置50可呈现由1R(反向(reverse))、N(空档)和1A(向前(forward))表示的三个工作位置。根据该实例，控制装置50的位置1R(反向)与被限定为负传动比的传动配置相应，即在该位置，第一轴41和第二轴42在彼此相反的方向上旋转。控制装置50的位置1A(向前)与被限定为正传动比的传动装置相应，即在该位置，第一轴41和第二轴42在同一方向上旋转。最后，控制装置50的位置N(空档)表示空转状态，即与开式传动配置(open transmission configuration)相应，在该位置，两个轴各自独立地旋转。
[0049] 如本领域技术人员可易于理解的，与工作位置1A和1R相应的两种传动配置，除了限定两个轴的旋转方向外，还限定实际的传动比ωm/ω1A。换句话说，当例如控制装置在位置1A时，发动机给予第一轴41的角速度ωm产生通过在齿轮箱20中所选的具体传动配置给予第二轴42的相应的角速度ω1A。显然地，发动机给予第一轴41的转矩Cm产生被给予齿轮箱20的轴42的相应的转矩C1A。比ωm/ω1A的数值(等于比C1A/Cm)在设计阶段期间被限定成使得满足所设想的齿轮箱20的特定应用的要求。例如，在齿轮箱20用于安装在旋转式翻土机上的情况下，比ωm/ω1A优选地被限定成，使得当尖齿必须在工作方向(向前)以其操作速度旋转时，被直接连接到发动机的轴的典型角速度ωm(无任何中间
减速齿轮传动，在对于旋转式翻土机相当普遍的配置中)产生被直接连接到尖齿的轴的相应的典型角速度ω1A(无任何中间减速
齿轮传动，在旋转式翻土机中相当普遍的配置中)。
[0050] 图1b示出了根据本发明的齿轮箱20，其中控制装置50可呈现由1R(反向)、N(空档)、1A(缓慢向前)、N(空档)和2A(快速向前)表示的五个工作位置。根据该实例，控制装置50的位置1R(反向)与被限定为负传动比的传动配置相应，即在该位置，第一轴41和第二轴42在彼此相反的方向上旋转。控制装置50的工作位置1A(缓慢向前)和2A(快速向前)与被限定为正传动比的传动配置相应，即在这些位置，第一轴41和第二轴42在同一方向上旋转。在特定情况下，1A(缓慢向前)限定慢的比，而2A(快速向前)限定快的比，即在该情况下，ωm/ω1A大于ωm/ω2A。最后，控制装置50的两个工作位置N(空档)表示空转状态，即它们都与开式传动配置相应，在这些位置，两个轴各自独立地旋转。
[0051] 图1b中的齿轮箱因此允许选择其
中轴41和轴42在同一方向上旋转的两种不同的传动配置。对于第一配置，在齿轮箱的输出部可以获得鉴于低的角速度ω1A而相对高的转矩C1A，而对于第二配置，可以获得鉴于低的转矩C2A而相对高的角速度ω2A。
[0052] 图1c示出了根据本发明的齿轮箱20，其中控制装置50呈现由2R(快速反向)、N(空档)、1R(缓慢反向)、1A(缓慢向前)、N(空档)和2A(快速向前)表示的七个工作位置。根据该实例，控制装置50的工作位置1R和2R与被限定为负传动比的传动配置相应，即在这些位置，第一轴41和第二轴42在彼此相反的方向上旋转。在特定情况下，1R限定慢的比，而2R限定快的比。控制装置50的工作位置1A和2A与被限定为正传动比的传动配置相应，即在这些位置，第一轴41和第二轴42在同一方向上旋转。在特定情况下，1A限定慢的比，而2A限定快的比。最后，控制装置50的三个工作位置N表示空转状态，即它们与开式传动配置相应，在这些位置，两个轴各自独立地旋转。
[0053] 在所示的实例中，有效工作位置(1A、2A、1R和2R)，即限定第一轴41和第二轴42之间的实际传动配置的工作位置，被空档工作位置(N)分离开。这种方案是特别有利的，特别适合于用于小的工作机器的齿轮箱20。这种方案实际上阻止了当从一个传动比突然转到另一传动比时可对传动部件造成损害的可能性。
[0054] 根据未示出的其他实施方式，不同的选择是可替代地获得的：例如，在较慢的正比1A和较慢的负比1R之间可以仅具有一个空档位置N。在该配置中，根据本发明的齿轮箱20可限定更多数目的有效工作位置。
[0055] 图10以示意的形式地示出了控制装置50及其在外罩30内部的机构。该机构包括控制轴51、叉状构件52和沿第一轴51的滑轮54。如从图中可看见的，叉状构件52和滑轮54的凹槽541之间的接合限定工作角α，在工作角α内，运动学特性允许控制装置50的正确操作。具体地，在工作角α内，控制轴51的旋转和叉状构件52的旋转引起滑轮54的相应的显著位移。另一方面，在工作角α外，控制轴51的旋转和叉状构件52的旋转引起滑轮54的越来越小的位移。此外，在工作角α外，叉状构件52和凹槽541之间配合。因此，轴51的有用的角运动被限制于工作角α，控制装置50的所有工作位置必
定位于工作角α内。
[0056] 如上面已提及的，根据本发明的齿轮箱20包括至少一个提升式球53，提升式球53被安装成使得倚着控制轴51被径向地推动，并能够相继地接合在多个径向凹部35的内部，该径向凹部35在控制轴51中形成并相互周向地间隔开。提升式球53与凹部35中的每个凹部的配合限定了控制轴51的稳定的平衡位置。以本身已知的方式，至少一个提升式球53优选地安装在
弹簧上，例如圆柱形
螺旋弹簧上，使得在径向方向上倚着控制轴51被恒定地推动。在图11的横截面中可清楚看见这些技术特征。
[0057] 如可注意到的，径向凹部35具有其自身的周向尺寸且还必须相互间隔开，使得提升式球53的推
力对于控制轴51限定了两个相邻凹部之间的中立的(indifferent)平衡状态。由于这些原因，控制装置50的工作角α可包含控制轴51的有限数目的稳定的平衡状态。在根据图11的图中，这些工作位置为三个。
[0058] 显然地，在一些情况下，这种限制是过多的。在上面参考图1已描述的齿轮箱20的实施方式的实例中，仅图1a示出的更简单的类型可以被制成具有单个的提升式球53，而分别需要控制装置50的五个和七个工作位置的更复杂的类型，将需要过大的工作角(如以上所述的，其通过控制装置50的自身机构不可能被实现)或将需要非常小和/或非常紧密地靠近的径向凹部35，以便能够确保适当的操作。
[0059] 本发明的典型特征是使得可以获得这样的齿轮箱20，该齿轮箱20具有的控制装置50的工作位置的数目远大于在工作角α内包含的数目。如可根据图12的图看见的，如需要，根据本发明的齿轮箱20允许使用两个或更多个提升式球53，每个提升式球53在径向凹部35的相关联的群列(series)350上操作。径向凹部35的多种群列350沿轴线Xc彼此轴向地间隔开，且因此允许控制轴51的稳定的平衡位置的数目的全部限定值远大于在工作角α内包含的数目。在第一近似值中，可以考虑总稳定平衡位置的数目等于在工作角α内包含的稳定平衡位置的数目乘以提升式球53的数目。因此，控制轴51的工作位置如以上所述的比径向凹部35的单个群列350所允许的最小间隔更紧密地靠近。
[0060] 在根据图8示出的齿轮箱20的实施方式中，可看见与三个提升式球53的数目一样多的座。
[0061] 如本领域技术人员可易于理解的，由于能够增加控制装置50的工作位置的上述典型特征，所以可以获得不同类型的齿轮箱，不同类型的齿轮箱整体地形成相同系列F的部分。具体地，根据附图示出的实施方式，根据本发明的相同系列F的多种齿轮箱共同地具有壳体31，且可能地具有控制装置50的所有部件，例如控制轴51、叉状构件52、滑轮54和提升式球53。系列F中的多种齿轮箱的内部部件必须不同，以便能够在它们中的每个中获得不同数目的传动配置。显然地，具有更多齿轮比的齿轮箱包括用键固定在轴41、41和/或43上的更多数目的内部齿轮44。由于盖子32的不同形式，因而在每种情况下，更多数目的所述齿轮可以被封装。
[0062] 此外，根据一些实施方式，在根据本发明的齿轮箱20中：
[0063] -外罩30的壳体31和盖子32之间的闭合是紧密密封的；
[0064] -第一轴41、第二轴42和控制轴51包括在其从外罩30显露出的部位处的油
密封件；以及
[0065] -壳体31能够同时容纳轴41、42、43、大齿轮44和控制装置50的部分，依赖于设计的
润滑油量必须用于齿轮箱20的整个工作期限。
[0066] 此外，根据某些实施方式，齿轮箱20的大多数部件被容纳在壳体31内。这允许将齿轮箱几乎全部安装在壳体31内部，用润滑油填充壳体31并通过盖子32以密封方式闭合外罩30。以这种方式，根据本发明的齿轮箱20可持续其整个工作期限而不需要任何日常维修。
[0067] 对于在生产期间以密封的方式闭合外罩30和对于在其整个工作期将其保持闭合的上述可能性形成了与已知类型齿轮箱相比的另外的优点。对于相同的性能特征，根据本发明的顺序式齿轮箱20实际上可以以任何空间方位来安装。这通常允许，关于小的工作机器，根据本发明的齿轮箱20与垂直轴发动机结合以及同样地与
水平轴发动机结合的使用。相反，由于已知类型的齿轮箱的结构，使得已知类型的齿轮箱被设计成安装在具有良好限定的空间方位的机器上，否则存在润滑油泄露和随之而来的故障或齿轮箱自身卡住的
风险。
[0068] 鉴于上述内容，本领域技术人员能够领会，根据上述本发明可以获得能实现预定目标和目的的顺序式齿轮箱20和顺序式齿轮箱的系列F。
[0069] 特别地，根据本发明的顺序式齿轮箱20是紧凑且有效率的，且在其工作期限的过程期间不需要日常维修操作。
[0070] 此外，根据本发明的顺序式齿轮箱的系列F使得许多部件、生产步骤和备用零件可被多种齿轮箱类型共享。
[0071] 关于顺序式齿轮箱20和系列F的上述实施方式，为了满足特定需要，本领域技术人员可对所描述的元件做出
修改和/或用等同元件来替换，而并不偏离所附权利要求的范围。
