CN103465963B - 一种机械式差速传动机构 - Google Patents

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Abstract

一种机械式差速传动机构，其主要组成部件是换档拨叉、啮合套、直驶档和中心转向档的主被动齿轮、差速器、半轴以及结构支撑件等。具有结构简单、加工性好、成本低、工作可靠、使用广泛的优点。该机构通过换档拨叉的不同档位可实现直线行驶档位和中心转向档位，操作灵活，可进行手动或电动操作。特别适合中心转向型AGV车、中心转向型排爆机器人、特种电驱动客车以及电驱动履带车辆、残障人士电动轮椅以及电动医疗床使用。

Description

一种机械式差速传动机构
技术领域：
本发明是一种用于中心转向型AGV物流车、中心转向型排爆机器人以及残障人士电动轮椅的机械式中心转向机构。
背景技术：
以往的中心转向型AGV物流车、机器人、履带驱动车辆以及残障人士轮椅多采用双电机驱动的差速转向模式，此种类型的布置方案可以增加车身的行驶灵活性，能够对车身的行驶轨迹进行精确控制。但是由于中心转向型AGV物流车等产品的行驶工况极为简单，只包括直线行驶和原地中心转向工况，因此双电机布置和较为复杂的控制系统都使其制造成本较高，不适合大规模普及。
发明内容：
本发明是一种双轮驱动机械式差速传动机构。它可以提供直线行驶和原地中心转向两种驱动模式，两种模式之间的切换可以通过手动切换或伺服电机切换的方式。
本发明的技术方案是：所述机构包括支撑结构件、以及固定在其上的驱动电机；主动轴通过两端轴承安装在支撑结构件和上，其上通过滚针轴承嵌套着直驶主动齿轮和中心转向主动齿轮，这两个主动齿轮分别带有啮合花键；啮合套和主动轴上的花键啮合，并可以通过换挡拨叉的作用在主动轴花键上滑动；在挂入直驶档时，啮合套同时与主动轴花键、直驶主动齿轮的花键啮合；在挂入中心转向档时，啮合套同时与主动轴花键、中心转向主动齿轮的花键啮合；
在该机构中，直驶从动齿轮与直驶主动齿轮处于常啮合状态，并且通过周布的6个连接螺栓固连于差速器壳体上；中心转向从动齿轮与中心转向主动齿轮处于常啮合状态，并且通过键连接和挡圈固连于左侧半轴；左侧半轴、右侧半轴和差速器壳体通过轴承和挡圈安装在固定支撑座上，机构整体再通过固定支撑座固连于车身上。
其中，左右滑动换挡拨叉带动啮合套接合相应齿轮，从而产生中心转向档和直驶档。
其中，当向左移动换档拨叉时，将挂入中心转向档；此档位下，不仅啮合套与中心转向主动齿轮相互啮合，同时与换档拨叉联动的锁止花键也和直驶主动齿轮左侧的锁止花键啮合，达到锁止直驶主动齿轮的目的，进而通过与之啮合的直驶从动齿轮达到锁止差速器壳体的作用。
其中，当向左移动换档拨叉时，将挂入中心转向档；在此档位下，动力传递路线经由主动轴、啮合套、中心转向主动齿轮、中心转向从动齿轮最终传递至左侧半轴，即在中心转向档位下，动力只传递至左侧半轴，在锁止的差速器壳体的作用下，使右侧半轴产生与左侧半轴等速反向的旋转运动。
本发明将传统的差速器、半轴驱动单元和啮合套式换挡机构组合，形成具有两个档位及其对应的驱动模式的机械传动结构。两个档位下的动力由同一电机产生，并经过主动轴上的啮合套传递至相应的空套在主动轴上的主动齿轮，与主动齿轮啮合的从动齿轮分别固连于差速器壳体和其中的一个半轴上。由于啮合套在一个档位下只会将动力传递至一个主动齿轮，所以不会出现同时挂双档的现象。
本发明的技术特点是：在挂入直驶档位时，动力直接传递到差速器壳体，而半轴上的从动齿轮上没有扭矩输入。依靠差速器本身的锁紧系数使得动力从差速器内部传递到左右半轴驱动车辆行驶，实现直驶工况；在挂入中心转向档时，动力直接传递到一个半轴上，与拨叉联动的机构在挂入此档位时能够将差速器壳体传动路线上的主动齿轮锁死，从而实现差速器锁死。根据差速器运动学特性n左+n右＝2n0两个半轴等速反转，实现中心转向工况。
附图说明
图1为机械式差速传动机构的直驶档动力传动简图。
图2为机械式差速传动机构的中心转向档动力传动简图。
图3为机械式差速传动机构实体模型的旋转剖面线视图。
图4为机械式差速传动机构实体模型在中心转向档下的旋转剖视图。
图5为机械式差速传动机构实体模型在直驶档下的旋转剖视图。
具体实施方式：
在图1中，向右侧滑动操纵手柄将机构挂入直驶档，啮合套与直驶主动齿轮啮合，此时动力由主动轴上嵌套的直驶主动齿轮经固连于差速器壳体的直驶从动齿轮传递至差速器，差速器驱动左右半轴以相同的转速和方向旋转，从而实现直驶工况。
在图2中，向左侧滑动操纵手柄将机构挂入中心转向档，啮合套与中心转向主动齿轮啮合，此时动力由主动轴上嵌套的中心转向主动齿轮经固连于左侧半轴的中心转向从动齿轮传递至左侧半轴；与此同时，换档拨叉与直驶主动齿轮啮合锁死，导致差速器壳体锁死，右侧半轴与左侧半轴等速反向旋转，从而实现中心转向工况。
在图4中，具体说明中心转向档的下的工作原理：左侧支撑结构件1和右侧支撑结构件7分别对主动轴3及其上零件和驱动电机7起到支撑和定位作用。在中心转向工况下，向左滑动换挡拨叉5，使啮合套4与中心转向主动齿轮2啮合，实现花键链接。与此同时，换挡拨叉5右侧的锁止内花键和直驶主动齿轮6左侧的锁止外花键啮合，将直驶主动齿轮的旋转自由度消除。由于直驶主动齿轮6和直驶从动齿轮9处于常啮合状态，并且直驶从动齿轮9通过周布螺栓13固连于差速器壳体12，所以导致差速器壳体被锁死，差速器的旋转自由度消除。
在中心转向档位下，驱动电机8产生的动力经过主动轴3和啮合套4传递至中心转向主动齿轮2，继而传递至与其啮合的中心转向从动齿轮14，中心转向从动齿轮14通过花键固连于左侧半轴15，所以动力最终传递至左侧半轴15。由于差速器壳体12的旋转自由度被消除，根据差速器的运动学和动力学特性，通过花键链接在差速器上的左侧半轴15和右侧半轴11将以相等的角速度反向旋转，从而实现中心转向工况。
在图5中，具体说明直线行驶档的下的工作原理：在直线行驶工况下，向右滑动换档拨叉5，使啮合套4与中心直驶主动齿轮6啮合，实现花键链接。与此同时，换挡拨叉5右侧的锁止内花键和直驶主动齿轮6左侧的锁止外花键分离，不再通过换档拨叉5来约束直驶主动齿轮6。驱动电机8产生的动力经过主动轴3和啮合套4传递至直驶主动齿轮6，继而传递至与其啮合的直驶从动齿轮9。由于直驶从动齿轮9通过周布螺栓13固连于差速器壳体12，所以动力最终传递至差速器壳体12。根据差速器的运动学和动力学特性以及其自身锁紧系数，将驱动左侧半轴15和右侧半轴11以相等的角速度同向旋转，从而实现直线行驶工况。

Claims (4)

1.一种用于中心转向型AGV物流车、中心转向型排爆机器人、残障人士电动轮椅、特种电驱动客车以及电驱动履带车辆的机械式差速传动机构，其特征在于，所述机构包括支撑结构件(1、7)以及固定在其上的驱动电机(8)；主动轴(3)通过两端轴承安装在支撑结构件(1、7)上，其上通过滚针轴承嵌套着直驶主动齿轮(6)和中心转向主动齿轮(2)，这两个主动齿轮分别带有啮合花键；啮合套(4)和主动轴(3)上的花键啮合，并可以通过换挡拨叉(5)的作用在主动轴花键上滑动；在挂入直驶档时，啮合套(4)同时与主动轴花键、直驶主动齿轮(6)的花键啮合；在挂入中心转向档时，啮合套(4)同时与主动轴花键、中心转向主动齿轮(2)的花键啮合；
在该机构中，直驶从动齿轮(9)与直驶主动齿轮(6)处于常啮合状态，并且通过周布的6个连接螺栓(13)固连于差速器壳体(12)上；中心转向从动齿轮(14)与中心转向主动齿轮(2)处于常啮合状态，并且通过键连接和挡圈固连于左侧半轴(15)；左侧半轴(15)、右侧半轴(11)和差速器壳体(12)通过轴承和挡圈安装在固定支撑座(10)上，机构整体再通过固定支撑座(10)固连于车身上。
2.按照权利要求1所述的一种用于中心转向型AGV物流车、中心转向型排爆机器人、残障人士电动轮椅、特种电驱动客车以及电驱动履带车辆的机械式差速传动机构，其特征在于，左右滑动换挡拨叉(5)带动啮合套接合相应齿轮，从而产生中心转向档和直驶档。
3.按照权利要求1所述的一种用于中心转向型AGV物流车、中心转向型排爆机器人、残障人士电动轮椅、特种电驱动客车以及电驱动履带车辆的机械式差速传动机构，其特征在于，当向左移动换档拨叉(5)时，将挂入中心转向档；此档位下，不仅啮合套(4)与中心转向主动齿轮(2)相互啮合，同时与换档拨叉(5)联动的锁止花键也和直驶主动齿轮左侧的锁止花键啮合，达到锁止直驶主动齿轮(6) 的目的，进而通过与之啮合的直驶从动齿轮(9)达到锁止差速器壳体的作用。
4.按照权利要求1所述的一种用于中心转向型AGV物流车、中心转向型排爆机器人、残障人士电动轮椅、特种电驱动客车以及电驱动履带车辆的机械式差速传动机构，其特征在于，当向左移动换档拨叉(5)时，将挂入中心转向档；在此档位下，动力传递路线经由主动轴(3)、啮合套(4)、中心转向主动齿轮(2)、中心转向从动齿轮(14)最终传递至左侧半轴(15)，即在中心转向档位下，动力只传递至左侧半轴(15)，在锁止的差速器壳体(12)的作用下，使右侧半轴(11)产生与左侧半轴(15)等速反向的旋转运动。
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