CN103968014A - 一种矿用机器人行星齿轮自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种满足矿用机器人的动力匹配需要行星齿轮自动变速器，包括：EBF0.6型电磁制动器、太阳轮轴、行星轮组、齿圈、ECS0.6型电磁离合器、盘型滑环、锥形齿轮、深沟球轴承、机壳、端盖等组成。本发明应用行星齿轮系的工作原理，设计三档变速器。本发明使用的电磁离合器和电磁制动器功率为11W，额定电压为24V，其电气参数满足本质安全电流、电压和功率的要求，因此可采用本质安全型防爆型式。本发明结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单，并且能够采用本质安全型防爆型式，因此特别适用于矿用机器人的驱动系统。

Description

一种矿用机器人行星齿轮自动变速器
所属领域
本发明专利涉及一种行星齿轮自动变速器，其应用于矿用机器人的驱动系统，为驱动系统提供两档减速比。当机器人在高速档运行时，能够快速行驶；在低速档运行时，能够具有大的输出扭矩，从而实现爬坡等功能。同时，可是使驱动电机工作在额定效率下。
背景技术
履带机器人由于具有良好的地面适应性、负载能力大和越野能力强等优点，已经被广泛地应用于消防救援、反恐防暴、防核化作业、军用侦查、煤矿救援和无人地面武器平台等多种特殊场合。在履带机器人设计中，驱动系统动力匹配是需要解决的首要问题。履带机器人的动力匹配要求驱动电机在平整路面时提供高速使机器人快速行驶，也要求驱动电机提供大的输出扭矩实现爬坡、越障等越野行驶。在两种工况，机器人所需的扭矩相差很大，目前已有的电机很难提供两种工况所需的扭矩。因此，履带机器人需要一种类似车辆变速器的变速机构，并且能够根据遥控指令进行换挡操作，即需要一种适用于机器人的自动变速器。
在变速机构的研究方面，主要集中于车辆变速器，其结构复杂、体积和质量较大，不适用于履带机器人。而适用于履带机器人的小型变速器并不多。如王华坤设计的一种弹性滑键变速机构，具有体积小、可实现自动变速，但在其换挡过程中，主要靠弹键切入空套键槽实现空套齿轮与转轴的结合，在换挡过程中会产生冲击。张振宇提出的一种基于齿轮离合器和气动执行机构的自动变速换挡器，可用于小型电动汽车以及履带机器人，但结构复杂，需要多个执行电机实现三档变速。欧屹设计的一种小型三档变速器，通过多对传动齿轮、一套锁销同步器、两个电磁离合器以及一套电动换挡装置构成，但换挡需要电机驱动换挡机构实现，结构较为复杂。对于矿用机器人，该种变速器难以进行防爆设计。
因此，需要一种适用于矿用机器人的自动变速器。
发明内容
本发明的目的是提供一种行星齿轮自动变速器，以满足矿用机器人的动力匹配需要。
本发明的技术方案是：为了实现上述目的，本发明包括：EBF0.6型电磁制动器、太阳轮轴、行星轮组、齿圈、ECS0.6型电磁离合器、盘型滑环、锥形齿轮、深沟球轴承、机壳、端盖等组成。
本发明应用行星齿轮系的工作原理，设计三档变速器。当齿圈固定、太阳轮输入、行星架输出时，行星齿轮系为减速输出，其减速比为2.5-5，输入输出方向相同；当行星齿轮系中齿圈与行星架固连，太阳输入，其减速比为1，即作为直接挡，输入输出方向相同；当行星齿轮系中齿圈和行星架都为自由状态使，太阳轮的输入不会被输出，此时为空挡。根据此原理，通过控制齿圈与行星架之间电磁离合器和齿圈与机壳之间电磁制动器固连，从而实现三档自动变速的功能。并且，行星齿轮系的结构紧凑、承载能力大，效率高，因此很容易实现变速器的小型化。
本发明使用的电磁离合器和电磁制动器功率为11W，额定电压为24V，其电气参数满足本质安全电流、电压和功率的要求，因此可采用本质安全型防爆型式。
本发明的电磁离合器与行星架输出轴连接而一同旋转，其供电与控制通过一个厚度小的盘式滑环提供。
本发明专利具有的有益效果是:本发明结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单，并且能够采用本质安全型防爆型式，因此特别适用于矿用机器人的驱动系统。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的爆炸图。
图4为本发明行星轮系的爆炸图。
图1中：29-电缆保护管。
图3中：1-输入轴端盖、2-61800深沟球轴承、3-机壳、4-输出端端盖、5-61802深沟球轴承、6-输出锥齿轮轴、7-输出锥齿轮、8-堵头端盖、9-EBF0.6型电磁制动器、10-61817深沟球轴承、11齿圈齿轮部分、12-61805深沟球轴承、13-A型10轴用弹性挡圈、14-太阳轮轴、15-行星轮组、16-齿圈端盖部分、17-M3×10内六角圆柱头螺钉、18-ECS0.6型电磁离合器、19-套筒、20-盘型滑环、21-轴承支座、22-输出锥形齿轮、23-端盖。
图4中：24-M3×8十字槽圆柱头螺钉、25-挡圈、26-输出轴行星架、27-行星齿轮、28-行星架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种矿用机器人行星齿轮自动变速器，包括：输入轴端盖1、61800深沟球轴承2、机壳3、输出端端盖4、61802深沟球轴承5、输出锥齿轮轴6、输出锥齿轮7、堵头端盖8、EBF0.6型电磁制动器9、61817深沟球轴承10、齿圈齿轮部分11、61805深沟球轴承12、A型10轴用弹性挡圈13、太阳轮轴14、行星轮组15、齿圈端盖部分16、M3×10内六角圆柱头螺钉17、ECS0.6型电磁离合器18、套筒19、盘型滑环20、轴承支座21、输入锥齿轮22、端盖23、M3×8十字槽圆柱头螺钉24、挡圈25、输出轴行星架26、行星齿轮27、行星架28、电缆保护管29。
本发明使用由3个行星齿轮27、行星架28、输出轴行星架26组成行星轮组15。行星齿轮27通过61800深沟球轴承与行星架28上轴配合。挡圈25压住行星架28上轴的另一端，通过轴端的M3×8十字槽圆柱头螺钉24将行星架28和输出轴行星架26连接起来。行星齿轮27在两个行星架之间。
本发明使用太阳轮轴14、齿圈端盖部分16、齿圈齿轮部分7和行星轮组15组成行星轮系。太阳轮轴14的齿数为19，齿圈齿轮部分7的齿数为77，行星齿轮27的齿数为29。太阳轮轴14作为输入轴，输出轴行星架26作为输出轴。齿圈端盖部分16和齿圈齿轮部分7通过6个M3×10内六角圆柱头螺钉连接成齿圈。当齿圈固定时，为减速档输出，其速比约为5，输入与输出同向；当齿圈不固定，但与行星架固连时，速比为1，为直档输出；当齿圈与行星架都不固定时，没有输出，为空挡。
本发明使用EBF0.6型电磁制动器9作为齿圈齿轮部分7与机壳3间的制动。当EBF0.6型电磁制动器9通电时，齿圈齿轮部分7与机壳3间固连；不通电时，齿圈齿轮部分7与机壳3间分离。使用ECS0.6型电磁离合器18作为齿圈端盖部分16与输出轴行星架26之间的离合器。当ECS0.6型电磁离合器18通电时，齿圈端盖部分16与输出轴行星架26固连，从而实现齿圈与行星架的固连；不通电时，齿圈端盖部分16与输出轴行星架26分离。当EBF0.6型电磁制动器9通电，ECS0.6型电磁离合器18不通电时，为减速档；当EBF0.6型电磁制动器9不通电，ECS0.6型电磁离合器18通电时，为直接挡；当EBF0.6型电磁制动器9不通电，ECS0.6型电磁离合器18也不通电时，为空挡。EBF0.6型电磁制动器9和ECS0.6型电磁离合器18不能同时通电。
本发明使用盘型滑环为ECS0.6型电磁离合器18供电和传输控制信号。由于ECS0.6型电磁离合器18一端与输出轴行星架26通过键连接，而输出轴行星架26作为输出轴，因此ECS0.6型电磁离合器18不通电时，会随着输出轴行星架26一起处于旋转状态，不能直接连接电缆，需要滑环为其传输电信号。盘式滑环20厚度小，特别适用于空间紧凑的环境，因此被用于为为ECS0.6型电磁离合器18供电和传输控制信号的滑环。盘式滑环20固定在轴承支座21上。轴承支座21固定在机壳3上。
本发明中EBF0.6型电磁制动器9和ECS0.6型电磁离合器18位于机壳3两端，中间有轴承阻断，因此EBF0.6型电磁制动器9的控制线和供电线从端盖处经电缆保护管29传至尾部。
本发明所采用的电气部件有EBF0.6型电磁制动器9、ECS0.6型
电磁离合器18和盘式滑环20。其中，EBF0.6型电磁制动器9、ECS0.6型电磁离合器18的功率为11W，额定电压为24V，其电气参数满足本质安全电流、电压和功率的要求；盘式滑环20为简单设备，因此可采用本质安全型防爆型式。
本发明中的齿圈通过两个61817深沟球轴承10与机壳3产生相对转动。1个61817深沟球轴承10由机壳3和齿圈齿轮部分11定位，1个61817深沟球轴承10由齿圈端盖部分16和轴承支座21定位。输出轴行星架26通过两个61805深沟球轴承12与齿圈产生相对旋转；通过1个61800深沟球轴承2与机壳3产生相对转动。1个61805深沟球轴承12由行星架28和齿圈齿轮部分11定位，1个由齿圈端盖部分16和输出轴行星架26定位；1个61800深沟球通过输出轴行星架26和轴承支座21定位。太阳轮轴14通过1个61800深沟球轴承2与行星架28产生相对转动，由太阳轮轴14和A型10轴用弹性挡圈13定位；通过1个61800深沟球轴承2与机壳3产生相对转动，由太阳轮轴14和机壳3定位。
本发明中的输出轴行星架26连接输入锥齿轮22，输入锥齿轮22与输出锥齿轮7啮合，起到换向作用。输出锥齿轮7连接在输出锥齿轮轴6上，最终通过输出锥齿轮轴6将功率传输出去。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明专利所作的进一步详细说明，不能认定本发明专利只局限于这些说明。对于本发明专利所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利结构的前提下，做出的推演和替换，都应属于本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种矿用机器人行星齿轮自动变速器，包括：输入轴端盖(1)、61800深沟球轴承(2)、机壳(3)、输出端端盖(4)、61802深沟球轴承(5)、输出锥齿轮轴(6)、输出锥齿轮(7)、堵头端盖(8)、EBF0.6型电磁制动器(9)、61817深沟球轴承(10)、齿圈齿轮部分(11)、61805深沟球轴承(12)、A型10轴用弹性挡圈(13)、太阳轮轴(14)、行星轮组(15)、齿圈端盖部分(16)、M3×10内六角圆柱头螺钉(17)、ECS0.6型电磁离合器(18)、套筒(19)、盘型滑环(20)、轴承支座(21)、输入锥齿轮(22)、端盖(23)、M3×8十字槽圆柱头螺钉(24)、挡圈(25)、输出轴行星架(26)、行星齿轮(27)、行星架(28)、电缆保护管(29)。
2.根据权利要求1所述，本发明使用由3个行星齿轮(27)、行星架(28)、输出轴行星架(26)组成行星轮组(15)；行星齿轮(27)通过61800深沟球轴承与行星架(28)上轴配合；挡圈(25)压住行星架(28)上轴的另一端，通过轴端的M3×8十字槽圆柱头螺钉(24)将行星架(28)和输出轴行星架(26)连接起来；行星齿轮(27)在两个行星架之间。
3.根据权利要求2所述，本发明使用太阳轮轴(14)、齿圈端盖部分(16)、齿圈齿轮部分(7)和行星轮组(15)组成行星轮系；太阳轮轴(14)的齿数为19，齿圈齿轮部分(7)的齿数为77，行星齿轮(27)的齿数为29；太阳轮轴(14)作为输入轴，输出轴行星架(26)作为输出轴；齿圈端盖部分(16)和齿圈齿轮部分(7)通过6个M3×10内六角圆柱头螺钉连接成齿圈；当齿圈固定时，为减速档输出，其速比约为5，输入与输出同向；当齿圈不固定，但与行星架固连时，速比为1，为直档输出；当齿圈与行星架都不固定时，没有输出，为空挡。
4.根据权利要求1所述，本发明使用EBF0.6型电磁制动器(9)作为齿圈齿轮部分(7)与机壳(3)间的制动；当EBF0.6型电磁制动器(9)通电时，齿圈齿轮部分(7)与机壳(3)间固连；不通电时，齿圈齿轮部分(7)与机壳(3)间分离；使用ECS0.6型电磁离合器(18)作为齿圈端盖部分(16)与输出轴行星架(26)之间的离合器；当ECS0.6型电磁离合器(18)通电时，齿圈端盖部分(16)与输出轴行星架(26)固连，从而实现齿圈与行星架的固连；不通电时，齿圈端盖部分(16)与输出轴行星架(26)分离；当EBF0.6型电磁制动器(9)通电，ECS0.6型电磁离合器(18)不通电时，为减速档；当EBF0.6型电磁制动器(9)不通电，ECS0.6型电磁离合器(18)通电时，为直接挡；当EBF0.6型电磁制动器(9)不通电，ECS0.6型电磁离合器(18)也不通电时，为空挡；EBF0.6型电磁制动器(9)和ECS0.6型电磁离合器(18)不能同时通电。
5.根据权利要求1所述，本发明使用盘型滑环(20)为ECS0.6型电磁离合器(18)供电和传输控制信号；盘式滑环(20)固定在轴承支座(21)上;轴承支座(21)固定在机壳(3)上。
6.根据权利要求4和权利要求5所述，本发明所采用的电气部件有EBF0.6型电磁制动器(9)、ECS0.6型电磁离合器(18)和盘式滑环(20)；其中，EBF0.6型电磁制动器(9)、ECS0.6型电磁离合器(18)的功率为11W，额定电压为24V，其电气参数满足本质安全电流、电压和功率的要求；盘式滑环(20)为简单设备，因此可采用本质安全型防爆型式。
7.根据权利要求1所述，本发明中EBF0.6型电磁制动器(9)和ECS0.6型电磁离合器(18)位于机壳3两端，中间有轴承阻断，因此EBF0.6型电磁制动器9的控制线和供电线从端盖处经电缆保护管29传至尾部。
8.根据权利要求1所述，本发明中的齿圈通过两个61817深沟球轴承(10)与机壳(3)产生相对转动；1个61817深沟球轴承(10)由机壳(3)和齿圈齿轮部分(11)定位，1个61817深沟球轴承(10)由齿圈端盖部分(16)和轴承支座(21)定位；输出轴行星架(26)通过两个61805深沟球轴承(12)与齿圈产生相对旋转；通过1个61800深沟球轴承(2)与机壳(3)产生相对转动；1个61805深沟球轴承(12)由行星架(28)和齿圈齿轮部分(11)定位，1个由齿圈端盖部分(16)和输出轴行星架(26)定位；1个61800深沟球通过输出轴行星架(26)和轴承支座(21)定位；太阳轮轴(14)通过1个61800深沟球轴承(2)与行星架(28)产生相对转动，由太阳轮轴(14)和A型10轴用弹性挡圈(13)定位；通过1个61800深沟球轴承(2)与机壳(3)产生相对转动，由太阳轮轴(14)和机壳(3)定位。
9.根据权利要求1所述，本发明中的输出轴行星架(26)连接输入锥齿轮(22)，输入锥齿轮(22)与输出锥齿轮(7)啮合，起到换向作用；输出锥齿轮(7)连接在输出锥齿轮轴(6)上，最终通过输出锥齿轮轴(6)将功率传输出去。
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