CN101323256A

CN101323256A - 越障驱动行走机构

Info

Publication number: CN101323256A
Application number: CNA2008101164395A
Authority: CN
Inventors: 魏文军; 董李扬; 李海涛; 刘平义; 张绍英
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: CN101323256B

Abstract

本发明公开了一种越障驱动行走机构，属于车辆行走系统。技术方案包括差动越障轮系和定轴行走轮系构成机构的右半驱动装置，完全相同对称的左半驱动装置沿前进方向对称布置于倾角架上，驱动力同时驱动越障和行走轮系，实现车辆的正常行驶、越障和转向等行驶状态。该机构采用机械强制越障连续行走方式，越障能力强，工作可靠。

Description

越障驱动行走机构

技术领域

本发明涉及一种越障驱动行走机构，属于车辆行走系统。该机构采用机械强制越障连续行走方式，具有较强的地面适应能力，能够在泥泞打滑、凹凸不平等不利作业条件下的复杂路面驱动行走。

技术背景

为了在各种凹凸不平等复杂路面上行进，要求行走系统具有较强的越障能力和较高的灵活性、适应性，人们设计了各种行走机构以期满足这种需求。

在哈尔滨工业大学学报2003年第2期发表的文章《行星越障轮式月球车的设计》中，描述月球车的每个行星越障轮都是一个只有一个中心轮的差动轮系，车轮与系杆外端行星轮固连，在中心轮上有独立的驱动。实际上，该差动轮系只是在定轴轮系和行星轮系之间转化，控制两侧中心轮上的驱动转速，可以实现直线行驶、转向和自动越障功能。由于系杆不是直接被驱动而是被动转动，所以其越障能力相对较低。

申请号为94236978.5的实用新型专利“登攀轮”，描述的每个登攀轮是在行星轮系和定轴轮系之间转化，与“月球车”的区别有三点：一是只有一个动力，采用控制机构来驱动不同的构件，二是越障时同时驱动两侧轮系的系杆，使两侧轮架同时越障，三是转向时只驱动一侧中心轮，而另一侧静止，其转向和越障都不灵活。申请号为200580008392.5的发明专利，描述的每个车轮机构都是有两个中心轮的差动轮系，车轮与系杆固连，主动力驱动两侧车轮机构的一个中心轮，左右侧各有一辅助动力分别驱动对应车轮机构的另一中心轮，可以控制车辆的直线行驶和转向，只适用于平地行走，无法实现越障。

发明内容

本发明的目的是要提供一种越障驱动行走机构，采用差动越障轮系和定轴行走轮系共同驱动行走机构，驱动车轮连续式越障、行走，能够在凹凸不平的复杂路面等不利作业条件下直线行驶、转向和跨越障碍。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：差动轮系由系杆3、中心齿轮4、行星齿轮5组成，越障轮6与行星齿轮5固连同轴转动，锥齿轮2与系杆3固连同轴转动，锥齿轮17与圆柱齿轮18固连同轴转动并与锥齿轮2形成90°啮合传动，构成越障轮系18-17-2-3-4-5-6，圆柱齿轮7、8定轴啮合传动，行走轮9通过长闭式扭矩离合器12与圆柱齿轮8同轴联接并绕车轴11转动，构成行走轮系7-8-11-12-9，由行走轮系和越障轮系组成右半驱动装置18-17-2-3-4-5-6-7-8-11-12-9，与右半驱动装置的结构、几何参数和连接组合形式完全相同对称的左半驱动装置18₁-17₁-2₁-3₁-4₁-5₁-6₁-7₁-8₁-11₁-12₁-9₁在保证圆柱齿轮18与18₁正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于倾角架19上，倾角架19相对于车架20可以绕车轴11转动倾角β，锥齿轮1、中心齿轮4和4₁、圆柱齿轮7和7₁由主轴10固连并在倾角架19上同轴转动，锥齿轮13与圆柱齿轮15固连同轴转动并与锥齿轮1形成90°啮合传动，锥齿轮14与圆柱齿轮16固连同轴转动并与锥齿轮2形成90°啮合传动，圆柱齿轮15、16保持正确啮合传动，驱动力驱动圆柱齿轮15，构成本发明越障驱动行走机构(如图1)。锥齿轮1、2、2₁和系杆3、3₁及中心齿轮4、4₁以及圆柱齿轮7、7₁具有同一理论回转轴线，差动轮系3-4-5、3₁-4₁-5₁中各齿轮满足正确啮合传动条件，锥齿轮副2-17、2₁-17₁、2-14、1-13及圆柱齿轮副7-8、7₁-8₁、18-18₁、15-16中各齿轮满足正确啮合传动条件；驱动力转速为n_d，行走轮9和9₁转速相等均为n₉＝n₉₁＝n_d×z₇×z₁₃/z₈/z₁，越障轮6和6₁转速相等均为n₆＝n₆₁＝n_d×z₄×z₁₃/z₅/z₁+n_d(1+z₄/z₅)×z₁₅×z₁₄/z₁₆/z₂，n_d正向及越障轮、行走轮转向如图1所示；当车辆正常行驶时，由行走轮9、9₁驱动车辆行走，当车辆需要越障时，由越障轮6、6₁驱动车辆越障，并与行走轮9、9₁配合共同驱动车辆行走，车辆转向时行走机构通过改变长闭式扭矩离合器12₁或12的接触状态并辅以对左、右车轮的机械制动实现，长闭式扭矩离合器12及12₁同时闭合时车辆直线行驶。

上述越障驱动行走机构中，行星齿轮5沿圆周方向可以均布k(k＝2、3、4、5、6、…)个于系杆3上，同时越障轮6的个数亦为k个。

上述越障驱动行走机构中，在中心齿轮4和行星齿轮5之间沿径向在系杆3上可串联2(或4、6、8、10、…)个行星齿轮(如图2、图3)，串联的行星齿轮越多，在所有行星齿轮半径不变的条件下越障轮6和6₁轴线的回转半径越大，行走轮9和9₁半径亦相应变大，机构的越障能力增强。

上述越障驱动行走机构中，倾角架19相对于车架20绕车轴11转动的倾角β可以调节(如图4)，行走过程中必须固定，可以提高行走系统对路面的适应性。

附图说明

图1为越障驱动行走机构的机构简图；

图2为串联2个行星齿轮的越障驱动行走机构的机构简图；

图3为串联2个行星齿轮k＝5时的越障驱动行走机构简图；

图4为倾角β＞0时越障驱动行走机构运动过程示意图；

图5为越障驱动行走机构越障过程示意图；

图6为越障驱动行走机构组成车辆行走系统示意图。

具体实施方案

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示为越障驱动行走机构的机构简图，差动轮系由系杆3、中心齿轮4、行星齿轮5组成，差动轮系中各齿轮均为圆柱齿轮且各齿轮模数m、压力角α相等，满足正确啮合传动条件，越障轮6与行星齿轮5固连同轴转动，越障轮6可以为气胎轮或多齿钢轮，锥齿轮2与系杆3固连同轴转动，锥齿轮17与锥齿轮2形成90°啮合传动，圆柱齿轮18与锥齿轮17固连同轴转动，形成越障轮系18-17-2-3-4-5-6，圆柱齿轮7、8定轴啮合传动，行走轮9通过长闭式扭矩离合器12与圆柱齿轮8同轴联接并绕车轴11转动，行走轮9为气胎轮，形成行走轮系7-8-11-12-9，由行走轮系和越障轮系构成右半驱动装置18-17-2-3-4-5-6-7-8-11-12-9，与其结构、几何参数和连接组合形式完全相同对称的左半驱动装置18₁-17₁-2₁-3₁-4₁-5₁-6₁-7₁-8₁-11₁-12₁-9₁在保证圆柱齿轮18与18₁正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于倾角架19上，倾角架19相对于车架20可以绕车轴11转动倾角β，锥齿轮1、中心齿轮4和4₁、圆柱齿轮7和7₁由主轴10固连并在倾角架19上同轴转动，锥齿轮13与锥齿轮1形成90°啮合传动，圆柱齿轮15与锥齿轮13固连同轴转动，锥齿轮14与锥齿轮2形成90°啮合传动，圆柱齿轮16与锥齿轮14固连同轴转动，圆柱齿轮15、16保持正确啮合传动，构成越障驱动行走机构。锥齿轮1、2、2₁和系杆3、3₁及中心齿轮4、4₁以及圆柱齿轮7、7₁具有同一理论回转轴线，锥齿轮副2-17、2₁-17₁、2-14、1-13及圆柱齿轮副7-8、7₁-8₁、18-18₁、15-16中各齿轮满足正确啮合传动条件；驱动力驱动圆柱齿轮15转速为n_d，行走轮9和9₁转速相等均为n₉＝n₉₁＝n_d×z₇×z₁₃/z₈/z₁，越障轮6和6₁转速相等均为n₆＝n₆₁＝n_d×z₄×z₁₃/z₅/z₁+n_d(1+z₄/z₅)×z₁₅×z₁₄/z₁₆/z₂，n_d正向及越障轮、行走轮转向如图1所示；当车辆正常行驶时，由定轴转动的行走轮9、9₁驱动车辆行走，当车辆需要越障时，由越障轮6、6₁的公转和自转驱动车辆越障，并与行走轮9、9₁配合共同驱动车辆行走；车辆转向时行走机构通过改变长闭式扭矩离合器12₁或12的接触状态并辅以对左、右车轮的机械制动实现，右转弯时脱开右边长闭式扭矩离合器12并依据路面状况及转弯条件辅以对右行走轮9机械制动，左转弯时脱开左边长闭式扭矩离合器12₁并依据路面状况及转弯条件辅以对左行走轮9₁机械制动，长闭式扭矩离合器12及12₁同时闭合时车辆直线行驶；越障驱动行走机构动力是通过相啮合的圆柱齿轮副15-16分配到锥齿轮副13-1和14-2，一路由锥齿轮1通过主轴10驱动中心齿轮4、4₁和圆柱齿轮7、7₁，通过圆柱齿轮副7-8、7₁-8₁分别驱动行走轮9、9₁，另一路由锥齿轮2直接驱动系杆3同时通过锥齿轮副2-17、圆柱齿轮副18-18₁和锥齿轮副17₁-2₁间接驱动系杆3₁，进而通过差动轮系由行星齿轮5、5₁分别驱动越障轮6、6₁，实现车辆的各种行驶状态。

图2所示为串联2个行星齿轮的越障驱动行走机构的机构简图，在中心齿轮4和行星齿轮5之间沿径向在系杆3上串联两个行星齿轮21、22，组成差动轮系3-4-21-22-5，差动轮系中各齿轮均为圆柱齿轮且各齿轮模数m、压力角α相等，满足正确啮合传动条件，其它配置方式、组合条件、各齿轮齿数不变时行走轮9、9₁和越障轮6、6₁转速和转向不变；通过增加串联的行星齿轮个数(偶数保持越障轮6、6₁的自转转向不变)，在所有行星齿轮半径不变的条件下越障轮6、6₁轴线的回转半径变大，行走轮9、9₁半径亦相应变大，机构的越障能力和行走通过能力都会相应增强，同时提供了增加行星齿轮组数k的条件；图3所示为串联2个行星齿轮k＝5时的越障驱动行走机构简图，行星齿轮组21-22-5在系杆3上沿圆周方向均布5组，同时越障轮6的个数亦为5个，实现行走机构的稳定行驶和连续越障。

图4所示为倾角β＞0时越障驱动行走机构运动过程示意图，为提高行走系统对路面的适应性，通过调节倾角架19相对于车架20绕车轴11转动的倾角β，可以适应泥泞路面打滑状态行驶或连续上下坡路面的越障行驶，行驶过程中倾角β必须固定，即倾角架19和车架20锁为一体，对于车辆正常行驶时倾角β＝0且倾角架19和车架20锁为一体，以保持系统行驶的稳定性。

图5所示为越障驱动行走机构越障过程示意图，行走机构依靠行走轮9、9₁与地面的摩擦力来驱动，正常行驶过程中倾角β＝0，越障轮6、6₁不干涉行走轮行走；当行走轮9遇到不可自行越过的障碍物时，行走轮9与地面打滑，越障轮6依靠公转和自转驱动越障，越障后仍由行走轮驱动机构前进；当行走机构在泥泞、打滑路面行驶时，调整倾角架19前倾或后倾使β＞0，并将倾角架19和车架20锁为一体，此时行走机构依靠行走轮9、9₁与越障轮6、6₁共同驱动行驶。

图6所示为越障驱动行走机构组成车辆行走系统示意图，在车架20上沿前进方向并列两个支撑后轮形成前轮驱动行走系统，可以在车架20上沿前进方向并列两个支撑前轮形成后轮驱动行走系统，也可以在车架20上沿前进方向并列两组越障驱动行走机构，形成四轮驱动行走系统，具有更强的驱动行走和越障能力。

Claims

1、越障驱动行走机构包括：差动轮系由系杆3、中心齿轮4、行星齿轮5组成，越障轮6与行星齿轮5固连同轴转动，锥齿轮2与系杆3固连同轴转动，锥齿轮17与圆柱齿轮18固连同轴转动并与锥齿轮2形成90°啮合传动，构成越障轮系18-17-2-3-4-5-6，圆柱齿轮7、8定轴啮合传动，行走轮9通过长闭式扭矩离合器12与圆柱齿轮8同轴联接并绕车轴11转动，构成行走轮系7-8-11-12-9，其特征在于，由行走轮系和越障轮系组成右半驱动装置18-17-2-3-4-5-6-7-8-11-12-9，与右半驱动装置的结构、几何参数和连接组合形式完全相同对称的左半驱动装置18₁-17₁-2₁-3₁-4₁-5₁-6₁-7₁-8₁-11₁-12₁-9₁在保证圆柱齿轮18与18₁正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于倾角架19上，倾角架19相对于车架20可以绕车轴11转动倾角β，锥齿轮1、中心齿轮4和4₁、圆柱齿轮7和7₁由主轴10固连并在倾角架19上同轴转动，锥齿轮13与圆柱齿轮15固连同轴转动并与锥齿轮1形成90°啮合传动，锥齿轮14与圆柱齿轮16固连同轴转动并与锥齿轮2形成90°啮合传动，圆柱齿轮15、16保持正确啮合传动，驱动力驱动圆柱齿轮15，进而驱动行走轮9及越障轮6转动。

2、根据权利要求1所述的越障驱动行走机构，其特征在于，行星齿轮5沿圆周方向可以均布k(k＝2、3、4、5、6、…)个于系杆3上，同时越障轮6的个数亦为k个。

3、根据权利要求1所述的越障驱动行走机构，其特征在于，在中心齿轮4和行星齿轮5之间沿径向在系杆3上可以串联p(偶数p＝2、4、6、8、10、…)个行星齿轮。

4、根据权利要求1所述的越障驱动行走机构，其特征在于，倾角架19相对车架20绕车轴11转动倾角β可以调节，行走过程中固定。