CN101722845B - 单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构。适用于拖动牵引机械和独立进行越野爬山运输货物。该机构主要由转向系统、行驶系统和传动系统组成，其中转向系统包括活动平面铰链机构和转动机构，将整个车架分为前框架和后框架，前后框架的一端分别焊接带有销轴螺栓孔的前后框架铰钢板，经销轴螺栓穿过销轴孔，并用螺母将前后框架连接在一起，该铰链为承载梁的连接点和前后框架的转向轴心；转动机构采用涡轮蜗杆机构或液缸助力机构控制前后框架绕销轴螺栓转动；行驶系统包括：前后框架的另一端分别经支架、钢板簧和桥安装有车轮；传动系统包括：变速箱输出轴经皮带传动机构或万向节传动机构驱动前后差速器、前后驱动桥和车轮。

Description

单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构

技术领域

本发明涉及一种行走机械的4轮主动转向、4轮驱动机构，不但适用于拖动牵引机械，也特别适用于独立进行越野爬山运输货物。

背景技术

目前，我国中小型拖拉机均采用2轮驱动方式，前2个车轮为转向轮，后2个车轮为驱动轮，2个驱动轮和2个转向轮之间形状相对差别很大，不但直径相差悬殊，而且车轮宽度差别也很大，主动车轮与被动车轮之间的结构尺寸严重比例失调，使得重心靠近后端，有时还要人为在前端加上配重，使得重心保持均衡，另外，驱动车轮没有转向功能，而转向车轮没有驱动功能，不但影响了牵引能力，而且也影响了转向性能，转向小轮是限制其越野工作能力的“瓶颈”，该结构存在如下几个缺点：

1.窄而小的前轮在凸凹不平环境条件下不利于小轮的行走，跨越能力差。

2.窄而小的前轮在松软地面环境条件下通过能力不好，容易陷入地面，控制方向能力差，前进阻力大。

3.窄而小的前轮在泥泞湿滑地面环境条件下非常不利于控制方向，小轮远离重心不利于控制后面重心的方向。

4.没有驱动能力的前轮被动行走通过能力差。

除了上面的缺点，拖拉机还需要拖车配合才能运输货物，增加没有动力源的拖车后其越野运输货物的能力还要变差，只有2轮驱动的4轮拖拉机再加上2轮或4轮拖车，驱动轮的比例分别只占有1/3或1/4。如果中小型农用拖拉机向越野吉普车那样采用4轮驱动方式，再能实现4轮主动转向功能，制造成本要成倍提高，目前还不适合在经济相对落后的广大农村推广使用，今后随着农村经济的快速发展，具有4轮主动转向、4轮驱动的牵引和运输机械必将受到广大农民朋友的欢迎。

发明内容

本发明的目的在于克服现有二轮拖动行走机械存在的上述缺点，提供一种制造成本相对较低，同时具有牵引、越野、爬山运输能力的单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构。

本发明的上述目的可通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，主要由转向系统、行驶系统和传动系统组成，所述的转向系统包括活动平面铰链机构和转动机构，活动平面铰链机构包括：将整个车架分为前框架1和后框架11，前后框架1、11的一端分别焊接带有销轴螺栓孔的前后框架铰钢板19、21，经销轴螺栓22穿过销轴孔，并用螺母23将前后框架1、11连接在一起，该铰链为承载梁的连接点和前后框架1、11的转向轴心；所述的转动机构采用蜗轮蜗杆机构或液缸助力机构控制前后框架1、11绕销轴螺栓22转动；所述的行驶系统包括：前后框架1、11的另一端分别经支架2、24、2’、24’、前后钢板簧28、15和前后驱动桥26、16安装有前后车轮25、17；所述的传动系统包括：变速箱8输出轴经皮带传动机构或万向节机构驱动前后差速器27、18、前后驱动桥26、16和前后车轮25、17。

所述的蜗轮蜗杆机构包括一套小蜗轮蜗杆和一套大蜗轮蜗杆，小蜗杆5、小蜗轮37和大蜗杆33安装在前框架1的横梁29上，大蜗轮34安装在后框架11上，小蜗轮37与大蜗杆33同轴装配，通过大蜗杆33驱动大蜗轮34和转动小蜗杆5调节前后框架1、11之间的转向夹角a的大小。

所述的皮带传动机构包括：变速箱8输出皮带轮6的旋转中心布置在销轴螺栓22的轴线上，经前后皮带4、12分别驱动前后皮带轮3、13、前后差速器27、18、前后驱动桥26、16和前后车轮25、17。

所述的输出皮带轮6布置在铰链销轴的上方或下方，布置在铰链销轴下方时，前后差速器27、18的上部分别伸入到前后带轮3、13的内部，销轴螺栓22为空心结构，空心轴的内半径为r2，外半径为r3，变速箱8输出轴经立轴套管38穿过空心轴内孔，再经前后皮带4、12分别驱动前后皮带轮3、13，同方向以角速度w3旋转，然后再分别经前后差速器27、18驱动前后车轮25、17以角速度w4旋转；前后驱动桥26、16分别与输出皮带轮6轴线之间的距离应满足S1＞R+R2、S2＞R+R2。

所述的变速箱8输出轴经立轴套管38’连接分动器41，分动器41布置在铰链销轴的下方，销轴螺栓22为空心结构，空心轴的内半径为r2，外半径为r3，变速箱8输出轴经立轴套管38’穿过空心销轴孔布置在铰链的下方，分动器41分别经前万向节40’、39’和后万向节40、39驱动前后差速器27、18和前后车轮25、17。

采用立轴套管销孔外布置万向节驱动方式，所述的变速箱8输出轴经立轴套管38’连接分动器41，分动器41布置在框架的下方，分别经前万向节40’、39’和后万向节40、39驱动前后差速器27、18和前后车轮25、17；立轴套管38’布置在以r1为半径铰链活动平面的外部，变速箱8输出轴离开了铰链接触活动平面，采用以r为半径的实心销轴结构，前后车轮25、17前进的角速度是w8。

用万向节40”、39”代替立轴套管38’，变速箱8’输出轴进一步远离铰链接触活动平面，布置在前差速器27的上方，变速箱8’输出轴平行于铰链活动平面，前后车轮25、17前进的角速度是w10，采用液缸42助力机构分别连接在前、后框架1、11之间，实现转向夹角a的改变。

本发明的上述技术方案具有特征：

1、车架分为前框架1和后框架11，两框架之间采用销轴螺栓22与螺母23连接，构成铰链承载梁，该铰链只允许绕销轴螺栓22转动的自由度存在，不允许其它所有自由度存在，销轴螺栓22可以分为实心轴和空心轴，实心轴半径为r，空心轴的内半径为r2，外半径为r3，铰链接触活动平面外半径为r1；该铰链也是前后框架1、11之间的相对摆动转向轴心，通过蜗轮蜗杆34、33或液缸42改变转向夹角a；发动机7动力传递到前后车轮25、17的方式分为两个路径，一是穿过以r2为半径的空心轴孔，另一种是在铰链半径r1以外的位置传递。

2、经销轴螺栓22和螺母23把前后框架1、11连接在一起，构成了承载梁连接点和转向轴心，当机构处于水平静止时，销轴螺栓22只承受沿着轴线的拉力，只要在销轴螺栓22轴线处有重力存在，销轴螺栓22就永远承受沿着轴线的拉力，而在进行牵引或转向过程中还会增加对销轴螺栓22的剪切力。

3、发动机7动力在经以r2为半径的空心轴孔内传递时，变速箱8输出轴垂直于铰链接触活动平面，其中驱动输出皮带轮6的旋转中心和销轴螺栓22的轴线重合，前后皮带轮3、13和输出皮带轮6可以布置在销轴螺栓22的上方，也可以布置在销轴螺栓22的下方；在经立轴套管38’连接分动器41时，其立轴套管38’轴线和销轴螺栓22的轴线可以重合，也可以不重合；轴线距离应满足关系式，S1＝S2＞R+R2，也可以S1≠S2。

4、发动机7动力在经以r1为半径的铰链平面以外位置传递时，变速箱8输出轴垂直于铰链接触活动平面，经立轴套管38’连接分动器41；而变速箱8’输出轴为水平轴方式，采用万向节39”、40”连接分动器41’，然后都分别经万向节40’、39’、万向节40、39、前后差速器27、18驱动前后车轮25、17。

5、框架1上连接有横梁29，横梁29上安装有小蜗杆5、小蜗轮37、大蜗杆33；经大蜗杆33驱动连接在后框架11上的大蜗轮34，通过转动小蜗杆5改变前后框架1、11之间的转向夹角a；也可以用液缸42连接在前后框架1、11之间，实现夹角a的改变。

本发明的有益效果

用比较简单的方法结构实现了4轮驱动方式、4轮主动转向功能。它可以直接作为牵引机械使用，当该机构被直接安装上货箱时就可以作为越野运输车使用。该机构采用驱动桥代替复杂的转向驱动桥，用一个平面铰链同时实现车架承载梁的连接和转向功能，可用简单的皮带传动代替复杂的滑动万向节传动，因此，制造成本相对较低，有利于推广应用。

附图说明

图-1皮带轮铰链上面布置驱动主视图；

图-2皮带轮铰链上面布置驱动俯视图；

图-3皮带轮铰链上面布置驱动侧视图；

图-4皮带轮铰链下面布置驱动主视图；

图-5皮带轮铰链下面布置驱动俯视图；

图-6皮带轮铰链下面布置驱动侧视图；

图-7立轴套管销孔内布置万向节驱动主视图；

图-8立轴套管销孔内布置万向节驱动俯视图；

图-9立轴套管销孔内布置万向节驱动侧视图；

图-10立轴套管销孔外布置万向节驱动主视图；

图-11立轴套管销孔外布置万向节驱动俯视图；

图-12立轴套管销孔外布置万向节驱动侧视图；

图-13铰链转向全万向节驱动主视图；

图-14铰链转向全万向节驱动俯视图；

图-15铰链转向全万向节驱动侧视图。

图中：1-前框架 2-固定支架 3-前皮带轮 4-前皮带 5-小蜗杆 6-输出皮带轮 7-发动机8、8’-变速箱 9-支撑胶垫 10-变速箱支架 11-后框架 12-后皮带 13-后皮带轮 14-限位胶垫 15-后钢板簧 16-后驱动桥 17-后车轮 18-后差速器 19-前框架铰钢板 20-减磨垫/轴承21-后框架铰钢板 22-销轴螺栓 23-销轴螺母 24-活动支架 25-前车轮 26-前驱动桥 27-前差速器 28-前钢板簧 29-横梁 30-前铰横梁 31-发动机支撑胶垫 32-前端梁 33-大蜗杆34-大蜗轮 35-后铰横梁 36-后端梁 37-小蜗轮 38、38’-立轴套管 39、39’、39”-万向节 40、40’、40”-滑动万向节 41-分动器 42-液缸 43-开销孔

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。

实施例1

本实施例为皮带轮铰链上面布置驱动方式，结合图-1、2、3说明如下：

前框架1和后框架11的一端分别焊接带有销轴螺栓孔的前后框架铰钢板19、21，用销轴螺栓22穿过前后框架铰钢板19、21的销轴螺栓孔，用销轴螺母23把前后框架1、11连接在一起，前后框架铰钢板19、21之间安装有减磨垫或轴承20，销轴螺栓22与前后框架铰钢板19、21销轴孔螺栓之间也可以安装有减磨垫或轴承，再用开口销43或锁片固定销轴螺栓22和螺母23之间的相对位置，构成平面活动铰链，该销轴螺栓22为实心结构，半径为r，铰链接触活动平面外半径为r1，该铰链不限制前后框架1、11绕销轴螺栓22转动的自由度，限制其它所有自由度，该铰链作为承载梁的连接点和前后框架1、11的转向轴心，当机构处于水平面静止时，销轴螺栓22只承受沿着轴线的拉力，只要在销轴螺栓22轴线处有重力存在，销轴螺栓22就永远承受沿着轴线的拉力，而当进行牵引或转向时还会增加对销轴螺栓22的剪切力。

前后框架1、11的另一端分别安装有固定支架2、2’、活动支架24、24’、前后钢板簧28、15、前后驱动桥26、16，构成了可以绕销轴螺栓22摆动的整个车架和悬架，当前后框架1、11绕销轴螺栓22相对转动时，框架分别带动前后驱动桥26、16进行摆动，使前后车轮25、17的旋转平面之间产生夹角a，实现4轮主动转向功能。

依靠蜗轮、蜗杆机构控制转向，框架1上连接有横梁29，横梁29上安装有小蜗杆5、小蜗轮37、大蜗杆33，通过大蜗杆33驱动连接在后框架11上的大蜗轮34，转动小蜗杆5就能调节前后框架1、11之间的转向夹角a的大小；也可以换成其它助力机构代替蜗轮、蜗杆机构实现夹角a的改变。

发动机7动力经变速箱8输出到皮带轮6，变速箱8输出轴垂直于铰链活动平面，输出皮带轮6布置在铰链销轴的上方，再经前后皮带4、12分别驱动前后皮带轮3、13，同方向以角速度w1旋转，然后再经前后差速器27、18分别驱动前后车轮25、17以角速度w2旋转，实现4轮驱动方式。

输出皮带轮6的轴线布置在销轴螺栓22的轴线上，两轴线重合的目的是保证在前后架1、11相对转动时，不改变前后皮带轮3、13分别与输出皮带轮6轴线之间的距离，即：当前后框架1、11之间的转向角a改变时，S1和S2始终保持不变，S1和S2之间可以满足S1＝S2、也可以S1≠S2，但必须S1＞R+R1、S2＞R+R1。

前后钢板簧28、15在垂直方向受重力而变形时，前后钢板簧28、15分别绕固定支架2、2’转动，S1和S2在水平方向的距离要分别产生变化量△S1和△S2；同时主动输出皮带轮6的旋转平面分别与被动前后皮带轮3、13旋转平面之间在垂直方向的距离也要分别产生变化量△H1和△H2，采用皮带轮传动必须控制水平方向和垂直方向的距离变化量，因此，安装有限位胶垫14控制前后皮带轮3、13在垂直方向的变化量△H1和△H2，也可以提高前后钢板簧28、15刚度减少变化量△H1和△H2，甚至还可以去掉前后钢板簧28、15，用支架2、24、2’、24’直接连接前后驱动桥26、16，消除变化量△H1和△H2；当输出皮带轮6分别和前后皮带轮3、13之间有变化量△H1和△H2时，可采用前后皮带轮3、13和输出皮带轮6边缘槽的开口宽度一定要大于前后皮带4、12的宽边宽度的方法，保证把皮带始终控制在轮槽之内；当产生变化量△S1和△S2时，可以通过前后皮带4、12的弹性来补偿，也可以通过支撑胶垫9、31、31’在前后方向适当调解输出皮带轮6的位移来补偿，还可以通过前后钢板簧28、15分别绕各自的固定支架2、2’的弹性变形来补偿。

实施例2

本实施例为皮带轮铰链下面布置驱动方式，结合图-4、5、6说明如下：

本实施例和实施例1的区别仅在于：输出皮带轮6布置在销轴螺栓22铰链的下方，为降低垂直方向高度，前后差速器27、18的上部分分别伸入到前后皮带轮3、13的内部，销轴螺栓22为空心结构，空心轴的内半径为r2，外半径为r3，变速箱8输出轴经立轴套管38穿过空心轴内孔，再经前后皮带4、12分别驱动前后皮带轮3、13，同方向以角速度w3旋转，然后再分别经前后差速器27、18驱动前后车轮25、17以角速度w4旋转，实现4轮驱动方式；前后驱动桥26、16分别与输出皮带轮6轴线之间的距离应满足S1＞R+R2、S2＞R+R2。

实施例3

本实施例为立轴套管销孔内布置万向节驱动方式，结合图-7、8、9说明如下：

本实施例和实施例1的区别在于：变速箱8输出轴经立轴套管38’连接分动器41，分动器41布置在铰链销轴的下方，销轴螺栓22为空心结构，空心轴的内半径为r2，外半径为r3，变速箱8输出轴经立轴套管38’穿过空心销轴螺栓22孔布置在铰链的下方，分动器41分别经前万向节40’、39’和后万向节40、39驱动前后差速器27、18和前后车轮25、17，由于前后差速器27、18之间布置方向相反，而经分动器41驱动的前万向节40’、39’与后万向节40、39之间的方向恰好也相反，其角速度都是w5，使前后车轮25、17的前进方向相同，角速度都是w6。S1和S2之间可以满足S1＝S2、也可以S1≠S2。

实施例4

本实施例为立轴套管销孔外布置万向节驱动方式，结合图-10、11、12说明如下：

本实施例和实施例3的区别仅在于：立轴套管38’布置在以r1为半径铰链活动平面的外部，变速箱8输出轴离开了铰链接触活动平面，采用以r为半径的实心销轴结构，前后车轮25、17前进的角速度是w8。

实施例5

本实施例为铰链转向全万向节驱动方式，结合图-13、14、15说明如下：

本实施例和实施例4的区别仅仅在于：用万向节40”、39”代替立轴套管38’，变速箱8’输出轴进一步远离铰链接触活动平面，布置在前差速器27的上方，变速箱8输出轴平行于铰链活动平面，前后车轮25、17前进的角速度是w10，采用液缸42助力机构分别连接在前后框架1、11之间，实现转向夹角a的改变。

Claims (5)

1.一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，主要由转向系统、行驶系统和传动系统组成，其特征在于，所述的转向系统包括活动平面铰链机构和转动机构，所述活动平面铰链机构包括用于连接前后框架（1、11）的前后框架铰钢板（19、21）和销轴螺栓（22），整个车架分为前框架（1）和后框架（11），前后框架（1、11）的一端分别焊接带有销轴螺栓孔的前后框架铰钢板（19、21），经销轴螺栓（22）穿过销轴螺栓孔，并用螺母（23）将前后框架（1、11）连接在一起，所述销轴螺栓（22）为承载梁的连接点和前后框架（1、11）的转向轴心；所述的转动机构采用蜗轮蜗杆机构或液缸助力机构控制前后框架（1、11）绕销轴螺栓（22）转动；所述的行驶系统包括支架（2、24、2’、24’）、前后钢板簧（28、15）、前后驱动桥（26、16）和前后车轮（25、17），前后框架（1、11）的另一端分别经支架（2、24、2’、24’）、前后钢板簧（28、15）和前后驱动桥（26、16）安装有前后车轮（25、17）；所述的传动系统包括变速箱（8）和皮带传动机构，所述变速箱（8）输出轴经皮带传动机构驱动前后差速器（27、18）、前后驱动桥（26、16）和前后车轮（25、17）。

2.根据权利要求1所述的一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，其特征在于，所述的前、后框架（1、11）依靠销轴螺栓（22）和螺母（23）连接在一起，构成了承载梁连接点和转向轴心，当机构处于水平静止时，只要在销轴螺栓（22）轴线处有重力存在，销轴螺栓（22）就永远承受沿着轴线的拉力，而在进行牵引或转向过程中还会增加对销轴螺栓（22）的剪切力，销轴螺栓（22）和铰链的摩擦表面采用减磨轴承。

3.根据权利要求1所述的一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，其特征在于，所述的蜗轮蜗杆机构包括一套小蜗轮蜗杆和一套大蜗轮蜗杆，小蜗杆（5）、小蜗轮（37）和大蜗杆（33）安装在前框架（1）的横梁（29）上，大蜗轮（34）安装在后框架（11）上，小蜗轮（37）与大蜗杆（33）同轴装配，通过大蜗杆（33）驱动大蜗轮（34）和转动小蜗杆（5）调节前后框架（1、11）之间的转向夹角a的大小。

4.根据权利要求1所述的一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，其特征在于，所述的皮带传动机构包括前后皮带（4、12）和前后皮带轮（3、13），变速箱（8）输出皮带轮（6）的旋转中心布置在销轴螺栓（22）的轴线上，经前后皮带（4、12）分别驱动前后皮带轮（3、13）、前后差速器（27、18）、前后驱动桥（26、16）和前后车轮（25、17）。

5.根据权利要求4所述的一种单螺栓铰链摆腰转向四轮驱动机构，其特征在于，所述的输出皮带轮（6）布置在铰链销轴螺栓（22）的上方或下方，布置在铰链销轴螺栓（22）下方时，前后差速器（27、18）的上部分别伸入到前后皮带轮（3、13）的内部，销轴螺栓（22）为空心结构，其内半径为r2，外半径为r3，变速箱（8）输出轴经立轴套管（38）穿过空心轴内孔，再经前后皮带（4、12）分别驱动前后皮带轮（3、13），同方向以角速度w3旋转，然后再分别经前后差速器（27、18）驱动前后车轮（25、17）以角速度w4旋转。

Images