CN100575135C - 用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置(1，53，54)，具有一行驶电机(2)、一行驶传动机构(21)、一转向电机(4)和一转向传动机构(5，32，32′)，至少一个装在车轮轮毂(22)上的转动轮(23)可通过它驱动并可垂直于垂直轴线(V)摆动。为了实现紧凑的结构以及低的制造成本，在这种转向和车轮驱动装置中设想，行驶电机(2)、转向电机(4)和转向传动机构(5，32，32′)相互同心设置。行驶电机(2)通过两个圆柱齿轮(19，20)驱动行驶传动机构，并且行驶电机(2)、转向电机(4)和转向传动机构(5，32，32′)按这个顺序轴向依次设置，以及，行驶传动机构(21)与一个由转向电机(4)驱动的旋转法兰(27)连接并且沿轴向设置在转向传动机构后面。

Description

用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置。
背景技术
由DE 4110792C2已知一种用于具有两个驱动轮的地面运输工具的可转向车轮驱动装置。在两个驱动轮之间设有一带两个锥齿轮副的锥齿轮传动机构，其相应的输出轴驱动所述驱动轮。锥齿轮传动机构由一驱动电机通过一行星齿轮传动机构驱动，它与装置的中央旋转轴平行或同心设置。此外设置一转向驱动电机，它在齿轮传动机构壳体外部直接固定在地面运输工具的底盘上或一不可旋转地配置在底盘上的附加的顶板上。在操作该转向驱动电机时，它通过转向传动级使车轮传动机构壳体或传动机构支承在其旋转法兰轴承内旋转，从而也使车轮传动机构连同两个驱动轮绕转向轴旋转。这种可转向的车轮驱动装置的缺点是，至少转向驱动电机的侧向布置使整个装置不太紧凑。
此外DE19904552A1指出一种用于地面运输工具的车轮驱动装置，其中与一转动轮的轮毂纵轴同心设置一行驶电机和一由它驱动的行驶传动机构。这里行驶电机设计成盘形转子电机。此外车轮驱动装置具有一带有转向电机的电动转向装置和一转向传动机构，其中转向电机基本上垂直于一在转动轮旋转时通过轮毂、行驶电机和行驶传动机构的共同纵轴线确定的平面布置。转向传动机构例如是摇摆板传动机构(Wolfrom-Getriebe)。
即使通过所述的车轮轮毂驱动装置以及将转向电机和转向传动机构集中在总装置内使得这个车轮驱动装置非常紧凑，但是其结构特别是由于在车轮轮毂区域内窄的空间条件而是比较复杂的，因此成本高昂。此外注意到，所公布的由行驶电机和行驶传动机构以及转向电动和转向传动机构组成的组合使得组成一直径比较大的车轮驱动装置，这是不利的。
发明内容
基于这样的背景本发明的目的是，创造一种用于地面运输工具的结构简单的电动转向和行驶驱动装置，它在可接受的结构高度的条件下具有比已知转向和车轮驱动装置小的直径，并且可以成本比较低廉地制造。
用本发明的转向和车轮驱动装置的特征来实现这个目的，而本发明优良的改进结构和方案可由以下的描述得到。
按本发明的用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置，具有一行驶电机、一行驶传动机构、一转向电机和一转向传动机构，至少一个安装在车轮轮毂上的转动轮可通过该转向和车轮驱动装置驱动并可绕垂直轴线摆动，其中行驶电机、转向电机和转向传动机构相互同心设置，其特征为：行驶电机通过两个圆柱齿轮驱动行驶传动机构，并且行驶电机、转向电机和转向传动机构按这个顺序轴向依次设置，以及，行驶传动机构与一个由转向电机驱动的旋转法兰连接并且沿轴向设置在转向传动机构后面。
因此本发明涉及一种用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置，它具有一行驶电机、一行驶传动机构、一转向电机和一转向传动机构，通过它可驱动至少一个设置在地面运输工具车轮轮毂上的转动轮，并可绕一垂直轴线摆动。这里在这种转向和车轮驱动装置中特别重要的是，行驶电机、转向电机和转向传动机构相互同心设置。由此在结构高度可以接受的条件下得到特别是径向非常紧凑的结构，通过提高的集成度，例如通过壳体组成部分的双重利用，产生比较小的制造费用。
其中本发明一种特别优选的实施形式设想，行驶电机、转向电机和转向传动机构轴向按这个顺序依次设置，而做成圆锥齿轮传动机构的行驶传动机构与一由转向电机通过转向传动机构驱动的旋转法兰连接并沿轴向设置在转向传动机构后面。
在上述结构原理的一种结构改进方案中设想，行驶电机轴做成实心轴，转向电机轴做成空心轴，行驶电机轴同心地穿过转向电机轴。
此外设想，行驶电机轴在其远离行驶电机的末端上携带一圆柱齿轮，它与一在设计成锥齿轮传动机构的行驶传动机构的输入轴上的圆柱齿轮啮合。这个行驶传动机构的输出轴与所述至少一个转动轮的车轮轮毂连接。
在本发明另一种结构中转向传动机构设计成多级行星传动机构或设计成摇摆板传动机构，其中后者由于其轴向长度小在高转速比时具有与此相关的优点。
此外本发明涉及转向电机和转向传动机构之间以及转向传动机构和行驶传动机构或与后者连接的至少一个转动轮的摆动驱动装置之间的传动连接。在这种情况下设想，转向电机轴设计成第一太阳轮，其外齿与转向传动机构的行星轮的齿啮合。
在利用多级行星齿轮传动机构作为转向传动机构时优选考虑，第一行星轮级的行星轮与所述的第一太阳轮啮合并可旋转地支承在第一行星轮架上，第一行星轮架与一第二太阳轮不可旋转地连接。此外第二行星轮级的可旋转地支承在该第二行星轮架上的行星轮与第二太阳轮的外齿啮合，其中第一和第二行星轮级的行星轮与一固定不动的内齿轮或两个固定不动的内齿轮啮合。此外设想，第二行星轮架与一第三太阳轮不可旋转地连接，使得第三太阳轮与一第三行星轮级的行星轮啮合，第三行星轮级的行星轮可旋转地支承在一第三行星轮架上，它与内齿轮不可旋转地连接，并且第三行星轮系的行星轮与一旋转法兰轴承的轴承内环的内齿啮合，旋转法兰轴承与旋转法兰或直接与行驶传动机构的壳体不可旋转地连接。
本发明另一个细节的特征是，旋转法兰轴承的轴承外环与地面运输工具的车架不可旋转地连接。
此外可以设想，转向电机的壳体通过固定元件轴向固定在轴承外环上。此外通过这样的方法有利于这个转向和车轮驱动装置结构的紧凑性，即在转向电机壳体外壁和轴承外环之间轴向依次设置所述的内齿轮和第三行星轮架的径向外端。用这种方法可以通过所述固定元件使转向电机壳体这样地相对于旋转法兰轴承的轴承外环固定，使同时也起转向传动机构壳体作用的内齿轮及第三行星轮架轴向相互连接。
但是也可以与此不同地设想，通过单独的固定元件将转向传动机构壳体不可旋转地固定在旋转法兰轴承的轴承外环上。
本发明一种优选方案通过这样的方法给定，即在转向和车轮驱动装置的远离行驶传动机构的末端上设置一对行驶电机轴起作用的制动器。该制动器最好设计成可电动操作的制动器，而对于转向电机将它设计成盘状转子电机是有意义的。
此外可以设想，将行驶电机的壳体固定在转向电机的壳体上，或者两个机组利用一个共同的壳体，这个壳体和/或各个壳体例如做成板式结构。
此外如果转向传动机构壳体、旋转法兰轴承的轴承外环或旋转法兰具有一用来安装一转角传感器的孔是有利的，借助于转角传感器可测量转动轮绕其转向轴的转动角并将它传送给控制器。
关于转向角的测量以用在配设于转向和车轮驱动装置的控制器中，可以在转向电机的转子上、旋转法兰轴承固定不动的轴承外环上和/或旋转法兰上设置一信号发生器如磁铁，它们与所述的转角传感器共同作用，以测出转角。
按照本发明的另一个方面设想，在转向传动机构壳体上以及转向电机壳体上分别形成一径向指向外部的凸缘，尤其是环形凸缘，固定螺钉穿过其相应的轴向孔，以将凸缘固定在轴承外环上。
这样做成具有个别或所述所有特征的高集成的转向和车轮驱动装置作为另一些优点具有一特别是在负荷变化时减小的噪声发射量，并且少维护或不需要维护，因为转向传动机构可装灌永久润滑剂，转向电机也可以通过采用标准型或盘形转子结构的无刷直流或交流电机而做得不需要维护。
此外为了降低成本建议，将行星轮架做成开式或闭式结构形式的板式结构。
附图说明
为了说明本发明，说明书附带有附图，附图中表示转向和车轮驱动装置的三种实施形式。附图中表示：
图1用于地面运输工具的电动转向和车轮驱动装置的局部剖开的侧视图，以及
图2和图1一样的视图，但是关系到本发明的另两个实施例。
具体实施方式
按照图1，按本发明构成的用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置作为主要部件首先包括一行驶电机2，通过其行驶电机轴3用还待说明的方法经由一行驶传动机构21驱动一转动轮23。为了控制地面运输工具1转动轮23和行驶传动机构21一起可绕一垂直轴线V摆动。为了进行这个摆动运动，转向和车轮驱动装置1具有一转向电机4，它在输出端配设有一转向传动机构5，以使转向电机转速减速。这个转向传动机构5的输出作用在一旋转法兰27上，它和行驶传动机构21的壳体51不可旋转地连接。在按本发明构成的转向和车轮驱动装置1中特别重要的是，行驶电机2、转向电机4和转向传动机构5相互同心设置。
具体来说该转向和车轮驱动装置1现在制造成这样，使得行驶电机轴3做成实心轴并穿过做成空心轴的转向电机轴9。在行驶电机轴3上在其远离行驶电机的一端处固定一圆柱齿轮19，它与一装在行驶传动机构21的未画出的传动机构输入轴上的圆柱齿轮20啮合。在该行驶传动机构内，驱动扭矩以公知的方式通过锥齿轮传动机构传递到传动机构输出轴上，输出轴与车轮轮毂22不可旋转地连接。转动轮23借助于螺钉固定在该车轮轮毂22上。
此外在行驶电机2上方与垂直轴线V同心地在行驶电机壳体上固定一制动器42，它在必要时作用在行驶电机轴3上，并尤其是用弹簧力操纵和电动脱开(gelüftet)。
这里转向电机4设计成盘状转子电机，并具有一定子6和一转子7，它们安装在转向电机壳体8、8′内。这里定子6通过未详细表示的固定元件与转向电机壳体8、8′连接，而转子7固定在已经叙述过的转向电机轴9上。
如图1中垂直轴线V左边所示，行驶电机2的壳体可借助于固定螺钉28固定在转向电机壳体8上，而图纸的右半边可以看到与此不同的结构形式，其中转向电机4和行驶电机工具有一共同的壳体8′。
此外图1表示，转向电机4的远离行驶电机的一侧被一盖子47遮盖，它轴向夹紧在转向电机3的壳体8、8′和一也用作壳体件的内齿轮16之间。
转向电机轴9通过滚动轴承30、31可旋转地支承在用作轴承盖的盖子47上和转向和/或行驶电机的壳体8、8′上，以及通过密封件密封。该转向电机轴在一按传动技术设置在转向电机4后面的多级行星齿轮传动机构5中用作第一太阳轮。这里此第一太阳轮的外齿与第一级行星轮级的行星轮10的齿啮合，第一级行星轮级可旋转地支承在第一行星轮架上。此第一行星轮架11与一第二太阳轮13不可旋转地连接，它朝圆柱齿轮19方向轴向邻接第一太阳轮9(转向电机轴9)。
该第二太阳轮13的外齿与第二行星轮级的行星轮12啮合，它可旋转地支承在第二行星轮架14上。这里第一和第二行星轮级的行星轮10、12与固定不动的内齿轮16啮合。
第二行星轮架14与一第三太阳轮15不可旋转地连接，它与第三行星轮级的行星轮17啮合。第三行星轮级的该行星轮17可旋转地支承在一与所述内齿轮16不可旋转地连接的第三行星轮架18上。
最后第三行星轮系的行星轮18起驱动作用地与旋转法兰轴承24的轴承内环25的内齿啮合，旋转法兰轴承通过固定螺钉44与旋转法兰27不可旋转地连接。该旋转法兰轴承24包括一外环50及包围在这两个环25、50之间的滚动体29。
在图1中还可以看到，尤其是行驶传动机构壳体51也通过固定螺钉46与旋转法兰27不可旋转地连接。此外该视图还表示，行驶电机轴3在圆柱齿轮19上方通过滚动轴承48旋转地支承在旋转法兰27内，并且在其下方通过滚动轴承49旋转地支承在行驶传动机构壳体51内。
旋转法兰轴承24的外环50可与这里未画出的地面运输工具底盘固定连接一为此在该外环50上设置一带有螺纹的孔26，一连接这两个零件的固定螺钉可拧入此孔内。
最后图1表示，在转向电机4的壳体8上设置一径向指向外部的凸缘52，它也可以做成一块或多块连接板，一固定螺钉37穿过其轴向孔。该固定螺钉37的螺纹段拧入旋转法兰轴承24外环50上的螺纹内，使得转向电机壳体8′连同用作壳体部分的内齿轮16和第三行星轮架18及盖子17轴向固定在轴承外环50上，从而也固定在地面运输工具的底盘上。
在图2中所示的按本发明设计的转向和车轮驱动装置53、54的另两种方案的结构与图1中所示的转向和车轮驱动装置1的区别在于，这里转向传动机构不是设计成多级行星齿轮传动机构而是设计成摇摆板传动机构32，32′。
在这两种实施形式时转向电机轴55也用作太阳轮并因此带有外齿，它与行星轮33或35的齿啮合。在垂直轴线V右面旁边所示的第二种结构方案中行星轮33旋转支承在行星轮架34上，此外与一在转向传动机构壳体43的径向朝内的部分上的内齿啮合。此外行星轮33与由图1所知的旋转法兰轴承24的内环25的内齿啮合，使得旋转法兰27可由转向电机4绕垂直轴线V旋转。
其中内齿轮36固定在转向传动机构壳体43的径向朝内伸出的部分上或与它成一体，转向传动机构壳体本身借助于固定螺钉45固定在旋转法兰轴承24的外环50上。
如图2垂直轴线V右边所示，在这种情况下如果固定螺钉45穿过转向传动机构壳体8的凸缘52上的安装孔以及转向传动机构壳体43的凸缘58上的孔是有利的，使得用这种方法使两个上部的驱动机组2、4与转向传动机构壳体43同心，并固定在旋转法兰轴承24的轴承外环50上。
在垂直轴线V左面所示的第三种方案中，摇摆板传动机构32′的行星轮35具有不同于上述行星轮33的几何形状。其中特别引人注目的是，它没有用来安装行星轮架的旋转轴的孔，而是具有在行星轮架33上形成的旋转轴。它们嵌入一这里只能示意地看到的行星轮架的安装孔内。
此外在图2中可以看到，轴向做得非常短的转向传动机构32′具有一内齿轮36，行星轮35与它啮合。此内齿轮36与转向传动机构壳体43的径向朝内的部分不可旋转地连接或做成一体。转向传动机构壳体43本身在中间连接转向电机4的盖子或轴承盖47的情况下轴向夹紧在其壳体8和旋转法兰轴承24的外环50之间。
最后图2表示，在转向和车轮驱动装置32、32′内可有利地装入传感器38、40，用它们可以确定旋转法兰27相对于位于它上面的驱动机组的旋转。
在转向和车轮驱动装置32的第二种方案的情况下，该转角传感器40装入行驶和转向电机的共同壳体8′的径向朝内的并用作轴承盖的部分57的一安装孔41内，并测量转向电机4转子7所述的旋转运动。
在转向和车轮驱动装置32′的第三种方案(垂直轴线V左边所示)中，这种传感器38装入旋转法兰轴承24外环50上的一安装孔39内。在这种情况下测出外环50和旋转法兰27之间的旋转，并传输给一这里未画出的控制器。
图形标记表
1转向和车轮驱动装置                    28固定螺钉
2行驶电机                              29滚动体
3行驶电机轴                            30滚动轴承
4转向电机                              31滚动轴承
5转向传动机构                          32摇摆板转向传动机构(方案2)
6转向电机的定子                        32′摇摆板转向传动机构(方案3)
7转向电机的转子                        33摇摆板转向传动机构的行星轮
8转向电机的壳体                        (方案2)
9转向电机轴，第一太阳轮                34摇摆板转向传动机构的行星轮
10第一行星轮级的行星轮                 架
11第一行星轮架                         35摇摆板转向传动机构的行星轮
12第二行星轮级的行星轮                 (方案3)
13第二太阳轮                           36摇摆板转向传动机构的内齿轮
14第二行星轮架                         37固定螺钉
15第三太阳轮                           38转角传感器
16内齿轮                               39旋转法兰轴承外环上的安装孔
17第三行星轮级的行星轮                 40转角传感器
18第三行星轮架                         41壳体部分57上的安装孔
19圆柱齿轮                             42制动器
20圆柱齿轮                             43摇摆板传动机构的壳体(方案
21行驶传动机构                         2)
22车轮轮毂                             44固定螺钉
23转动轮                               45固定螺钉
24旋转法兰轴承                         46固定螺钉
25带内轮齿的轴承内环                   47转向传动机构盖
26孔                                   48滚动轴承
27旋转法兰                             49滚动轴承
50旋转法兰轴承的外环        机轴
51行驶传动机构壳体          57壳体8′上的壳体部分
52壳体8上的凸缘             58转向传动机构壳体43上的连
53转向和车轮驱动装置        接板或凸缘
54转向和车轮驱动装置        V垂直轴线
55用于摇摆板传动机构的转向电

Claims (19)

1.用于地面运输工具的转向和车轮驱动装置(1，53，54)，具有一行驶电机(2)、一行驶传动机构(21)、一转向电机(4)和一转向传动机构(5，32，32′)，至少一个安装在车轮轮毂(22)上的转动轮(23)可通过该转向和车轮驱动装置驱动并可绕垂直轴线(V)摆动，其中行驶电机(2)、转向电机(4)和转向传动机构(5，32，32′)相互同心设置，其特征为：行驶电机(2)通过两个圆柱齿轮(19，20)驱动行驶传动机构，并且行驶电机(2)、转向电机(4)和转向传动机构(5，32，32′)按这个顺序轴向依次设置，以及，行驶传动机构(21)与一个由转向电机(4)驱动的旋转法兰(27)连接并且沿轴向设置在转向传动机构后面。
2.按权利要求1所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：行驶电机轴(3)设计成实心轴，转向电机轴(9，55)设计成空心轴。
3.按权利要求2所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：行驶电机轴(3)同心地穿过转向电机轴(9，55)。
4.按权利要求2所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：行驶电机轴(3)在其远离行驶电机(2)的末端上带有一圆柱齿轮(19)，该圆柱齿轮与行驶传动机构(21)的输入轴上的一圆柱齿轮(20)啮合。
5.按权利要求4所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：圆柱齿轮(20)固定在做成锥齿轮传动机构的行驶传动机构(21)的输入轴上，行驶传动机构的输出轴与所述至少一个转动轮(23)的轮毂(22)连接。
6.按权利要求1所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向传动机构(5)设计成多级行星齿轮传动机构或摇摆板传动机构(32，32′)。
7.按权利要求2所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向电机轴设计成第一太阳轮(9，55)，其外齿与转向传动机构(5，32，32′)的行星轮(10，33，35)的齿啮合。
8.按权利要求7所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：
第一行星轮级的行星轮(10)与第一太阳轮(9)啮合并可旋转地支承在第一行星轮架(11)上，第一行星轮架与第二太阳轮(13)不可旋转地连接；
第二行星轮级的可旋转地支承在第二行星轮架(14)上的行星轮(12)与第二太阳轮(13)的外齿啮合；
第一和第二行星轮级的行星轮(11，12)与一固定不动的内齿轮(16)啮合；
第二行星轮架(14)与一第三太阳轮(15)不可旋转地连接；
第三太阳轮(15)与第三行星轮级的行星轮(17)啮合；
第三行星轮级的行星轮(17)可旋转地支承在一与内齿轮(16)不可旋转地连接的第三行星轮架(18)上；以及
第三行星轮级的行星轮(17)与一旋转法兰轴承(24)的轴承内环(25)的内齿啮合，该轴承内环与旋转法兰(27)或直接与行驶传动机构(21)的壳体(51)不可旋转地连接。
9.按权利要求8所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：旋转法兰轴承(24)的轴承外环(50)与地面运输工具的车架不可旋转地连接。
10.按权利要求1所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向电机(4)的壳体(8，8′)通过固定元件(37)与轴承外环(50)轴向连接。
11.按权利要求8所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：内齿轮(16)以及第三行星轮架(18)的径向外端设置在转向电机壳体(8，8′)的外壁和轴承外环(50)之间。
12.按权利要求10所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向传动机构壳体或内齿轮(16)通过单独的固定元件与旋转法兰轴承(24)的轴承外环(50)不可旋转地连接。
13.按权利要求1所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：在转向和车轮驱动装置的远离行驶传动机构的末端上设置一个对行驶电机轴(3)起作用的制动器(42)。
14.按权利要求1所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向电机(4)设计成盘状转子电机。
15.按权利要求10所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：行驶电机(2)的壳体固定在转向电机(4)的壳体(8)上，或两个机组(2，4)利用一个共同的壳体(8′)。
16.按权利要求10所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：转向电机壳体(8′)具有一用来安装转角传感器(40)的安装孔(41)。
17.按权利要求9所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：旋转法兰轴承(24)的轴承外环(50)或旋转法兰(27)具有一用来安装转角传感器(38)的安装孔(39)。
18.按权利要求1或16所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：在转向电机(4)的转子(7)上，在旋转法兰轴承(24)的固定不动的轴承外环(50)上和/或在旋转法兰(27)上设置信号发生器，所述信号发生器与转角传感器共同作用，以识别转角。
19.按权利要求15所述的转向和车轮驱动装置，其特征为：在转向传动机构(32，32′)的壳体(43)上以及在转向电机壳体(8，8′)上分别形成一径向指向外部的凸缘(52)或连接板(58)，固定螺钉(45)穿过凸缘或连接板的相应的轴向孔，以将凸缘或连接板固定在轴承外环(50)上。
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