CN107399360A - 柔性减震装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性减震板，适用于柔性减震装置中，用于与两个不同机械的轴连接与吸收转矩，使两个不同机械在传动过程中共轴，其特征在于，柔性减震板夹设在二个不同机械之间，且与两个不同机械紧密贴合，且柔性减震板在第一平面上以放射状设置；其中第一平面为笛卡尔坐标系中X轴和Y轴所构成的平面。于柔性减震板安装于车辆时，能使车辆在行驶过程中，吸收由车轮受到的较大瞬时外力冲击，减小外力对转向电机及齿轮箱内部的大第二齿轮等结构的冲击，实现对这些零件的保护。

Description

柔性减震装置

技术领域

本发明是一种柔性减震装置，特别是用于移动设备的底盘，以减缓移动设备在行动中，外力对于移动机械的车轮以及内部构件冲击的柔性减震装置。

背景技术

在一般车辆中，为实施车辆的转向，故在车轮附近需附有转向器使车辆能顺利转向。但是，一般的转向器多为刚性连接，若是车辆行进间，轮胎因为地面的坑洞而发生颠簸时，轮胎会在瞬间产生相对于车轮中心线的侧偏角，此侧偏角不仅对妨碍车轮的行进，轮胎在颠簸时产生的瞬时力量亦会传到转向器中。由于多数车辆中并无安装防护装置在转向器上以抵御这些瞬时力，故这些瞬时力会对转向器产生伤害，长久下来转向器容易耗损。

以下详述这些瞬时力如何对转向器产生伤害。习知的车辆中，车轮是与齿轮箱连接，齿轮箱再与转向器连接。齿轮箱内附有多个齿轮，这些齿轮会相互啮合或两两的沿着齿轮转动轴的方向迭设。若是此多个迭设的齿轮转动轴为共轴的状况下，假设齿轮箱受到来自于车轮的这些瞬时力时，这些多个迭设的齿轮就不会「共轴」的旋转了。为了使此些多个迭设的齿轮在受到这些瞬时力影响下依然能共轴的旋转，一种共轴装置被使用在齿轮箱中的多个迭设的齿轮之间，以使多个迭设的齿轮能在外力下依然共轴的旋转。

一般此种共轴装置是装设在欲共轴的两机械装置(例如两个齿轮)的两格传动轴之间。在此两机械装置中，第一个机械装置的传动轴经由共轴装置与此两机械装置中的另一个机械装置的传动轴连接，以藉此校准此两个传动轴。此种共轴装置有如下的设计。其一是采用一种包含挠性件、外联轴节、销轴、螺帽、内联轴节、档环、档环螺帽及减摩衬套所组成的共轴装置，以各种挠性件作为共轴装置的弹性传动组件，并将挠性件绕在特定的内、外联轴节各个相互平行的销轴上，以形成有效可靠的弹性联接，并藉此吸收两传动轴不相等的力矩大小与方向，达成两传动轴的共轴的目的。但此种共轴装置构造复杂，包含了多个轴节、销轴、螺帽的配件，造成生产不易，且为数众多的配件造成了共轴装置本身重量重，造成装设不易，并且会影响传动轴的传动效果，故此种设计使用上极为不便。

另外，有一种设计是采用包括了第一半共轴器、第二半共轴器、定位套及弹性体所构成的共轴装置，其采用第一半共轴器、第二半共轴器的对称型设计，使用时将弹性体夹设于两个半共轴器之间，两个半共轴器藉由螺丝结合，结合处以定位套，套设保护以形成整个共轴装置。虽然此设计是易于拆装此两个半共轴器，以方便的更换弹性体，但此共轴装置的所包含的组件、螺孔及螺丝太多，且并非一体式的形成此共轴装置，造成制造时所耗的成本极高，制作此共轴装置亦极为不便。另外，在第一半共轴器第二半共轴器构成的密闭的空间置放弹性件时，易使弹性件容易劣化，故需时常更换弹性件，并造成浪费。

此外，车辆通常在较为平坦的道路或平面上行驶，受外界冲击的次数较少，而且冲击载荷也较小。但对于现代高精密度的机械设备，例如轮式机器人或是特种车辆，由于其活动环境的复杂性，其内部的转向器会比车辆的转向器受到更多的冲击而导致损坏。

发明内容

综上叙述，为改进现有技术所提及的缺陷，本发明提供一种柔性减震装置，包含了柔性减震板及多个齿轮与传动轴。此柔性减震板构造简单，易于制作、方便抽换及维修，一体成形的设计更可减轻重量，不会对专行减震装置中的其他零件造成负荷，且不需要大量的螺丝及组合螺孔，大幅减低制造时的成本，实为方便。

本发明提供一种柔性减震板，用于与二个不同机械的轴连接与吸收转矩，使两个不同机械在传动过程中共轴，其特征在于，柔性减震板夹设在二个不同机械之间，且与两个不同机械紧密贴合，且柔性减震板在第一平面上以放射状设置；其中第一平面为笛卡尔坐标系中X轴和Y轴所构成的平面。

柔性减震板的材质可以选择有弹性的金属材质或者合成高分子材质，包括钢，合成橡胶材质，聚氨酯材质。优选的，柔性减震板的构成选自于弹簧钢板。

优选的，当所述柔性减震板的数量超过1个，且在转轴圆周方向均匀分布。当所述柔性减震板的数量为偶数时，则两两对称分布；当所述柔性减振板的数量为单数时，则相互之间的夹角相等分布。

本发明中采用了联轴器和柔性减震板，到受到外力冲击和震动时，柔性减震板发生变形，吸收外力引起的冲击，减小外力对转向电机及齿轮等结构的冲击，实现对其的保护；当外力消失时，柔性减震板的变形得到恢复，使车轮能够回到初始的运动状态，保证车轮的正常工作。

本发明更提供一种柔性减震装置，使用如上述的柔性减震板组成，用于车辆的底盘，柔性减震装置连接底盘中的转向电机与车轮安装座，柔性减震装置其特征在于，包括:联轴器、第二齿轮、转向上半轴、第一齿轮、柔性减震板与转向下半轴，联轴器的一端与转向电机连接，另一端与第二齿轮连接、第二齿轮与第一齿轮啮合，第一齿轮带动与转向上半轴以上轴心为轴旋转，柔性减震板夹设在转向上半轴与转向下半轴之间，转向下半轴连动于转向上半轴，并以一下轴心为轴旋转，转向下半轴与车轮安装座连接、车轮设于车轮安装座上，藉此，在车辆移动时，轮胎于第一方向行进的状况下，当车轮受到来自第二方向的不为零的外力时，柔性减震装置处于受力状态，以吸收外力并确保上轴心与下轴心在第一平面上的投影点共点。

优选的，当车轮受到来自第二方向为零的另一外力时，柔性减震板处于初始状态。

优选的，在初始状态时，柔性减震板在第一平面上的投影图案为第一花纹。

优选的，在受力状态时，柔性减震板在第一平面上的投影图案为第二花纹。

优选的，其中第一花纹是由多个长方形所构成，第二花纹是由多个多边形所构成。

优选的，其中柔性减震装置是安装于移动设备的齿轮箱中。

本发明所提供的柔性减震转向装置，能在移动设备行驶过程中，吸收由车轮受到的较大瞬时外力冲击，减小外力对转向电机及齿轮箱内部的大第二齿轮等结构的冲击，实现对这些零件的保护；当外力消失时，柔性减震板的变形得到恢复，使车轮能够回到初始的运动状态，保证移动设备的正常工作。

附图说明

图1是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板组成的侧视图；

图2是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板组成的俯视图；

图3是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板处于一初始状态下，示意为二个不同机械的轴心配置的俯视图；

图4是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板的组成，处于一受力状况下的俯视图；

图5是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置的侧视图；

图6是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置内部组成的侧视图；以及

图7是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳具体实施方式进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

于具体实施方式中的说明与说明书附图的标示中所称的坐标系是采用笛卡尔坐标系，即三轴的(x,y,z)的正交坐标系，采用左旋坐标，三个轴的方向如各个图所标示。坐标轴的方向以图1为基准，其他各图皆是图1不同方向的视图。在本发明中，将Y轴的轴向称为第一方向，将X轴的轴向称为第二方向，将Z轴的轴向称为第三方向；将X轴和Y轴所构成的平面称为第一平面，在此将Y轴和Z轴所构成的平面称为第二平面，将X轴和Z轴所构成的平面称为第三平面，坐标轴原点订在上轴心11的中心点。

请参照图1，图1是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板41组成的侧视图。图1中的柔性减震板41与两个不同机械的转轴连接，使两个机械在传动过程中共轴的旋转。在这边所称的「共轴」，意思为两个不同机械的转轴，即上轴心11与下轴心21在第三平面上的投影线仅为一直线，如图1所示。此两个不同机械分别藉由转向上半轴1与转向下半轴2带动旋转，在本发明的实施例中，转向上半轴1的转轴称为上轴心11，转向下半轴2的转轴称为下轴心21。转向上半轴1连接动力装置(图1未示)，动力装置驱动转向上半轴1进行旋转，转向上半轴1与转向下半轴2接触后，转向上半轴1旋转时，产生力矩，并将力矩传给转向下半轴2，转向下半轴2接收此力矩后进行旋转，并带动转向下半轴所接触的第二机械40旋转。第二机械40可以是任何可以经由转向下半轴2带动的机械，例如是齿轮或是移动设备中的车轮，图1中的第二机械40是一个齿轮。若是力矩在能量无耗损的状况下进行传递，转向下半轴2与转向上半轴1则会以同轴、同向及同速度进行旋转，接着转向下半轴2再带动转向下半轴2所接触的第二机械40旋转，以完成此传动过程。要说明的是，「同向旋转」是指转向上半轴1与转向下半轴2在旋转时，两半轴旋转时的力矩方向相同。而本发明的所有具体实施方式中所述的两个机械，可以是两个转动轴平行或是共轴的齿轮或是机械设备。在本具体实施方式中，此两个机械一个是第一机械，第一机械在本具体实施方式中是一个第一齿轮3；另一个是第二机械40，第一齿轮3与转向上半轴1接触，第二机械40与转向下半轴2接触。在其他具体实施方式中，此两个机械亦可是两个圆盘所构成。另外，柔性减震板41是设置在转向上半轴1与转向下半轴2之间，可以是板材，且将此板材的中心挖空，将柔性减震板41的挖空部固定在转动轴上。板材中心的挖空部(图1未示)的直径并不一定是均匀的，可配合转向上半轴1与转向下半轴2的安装，而有不均匀的直径，板材的中心挖空部的直径大小及直径变化范围并不在本发明的权利要求的限制。柔性减震板41连接转向上半轴1与转向下半轴2。

在本发明中，设置柔性减震板41的目的在于，若是两转向半轴(转向上半轴1及转向下半轴2)在传动过程中产生上轴心11与下轴心21不共轴的状况，柔性减震板41可以让上轴心11与下轴心21由不共轴变成共轴的旋转，以顺利进行传动过程。

请接着参考图2，图2是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板41组成的俯视图。图2是将图1沿W-W剖开后，在第一平面上的俯视图。柔性减震板41是以上轴心11的轴心为基准点呈现放射状设置，故这些柔性减震板41相对于转向上半轴1在第一平面上构成类似太阳的形状。柔性减震板41的材质一般是选用挠曲应变度较好的可挠性材料，例如金属板，硬质橡胶板，聚氨酯块，等，本实施方式选用弹簧钢板。这些材料在受到应力时会产生形变；应力消失后，这些材料可能会回复形变前的形状，或是维持在形变的状况下。在本具体实施例中，柔性减震板41的数量为8个，并且以上轴心1为对称点，在第一平面上呈现点对称的设置。根据本实施对称方式所揭露地对称的精神，在其他实施例中，柔性减震板41的数量可以是6个、4个或是2个，叶片数量仅要偶数个皆可。在本发明另一具体实施方式中，柔性减震版41的数量可以是奇数个。但以奇数个的设置为最佳具体实施方式。从第三方向观之，第一齿轮3是设置在柔性减震板41的上方，在本具体实施方式中，第一齿轮3的形状的设计是顺应柔性减震板41的形状，也就是说，在第一齿轮3遮蔽柔性减震板41的位置，第一齿轮3有开口以露出柔性减震板41，故从第三方向观看柔性减震板41时，柔性减震板41是露出于第一齿轮3的。

图1及图2详述了柔性减震板41的各个零件与其构成，以及其在静止时的状态与相对于其他机械的连接关系，后续说明柔性减震板41在使用时的状态。请参考图3，图3是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板41处于初始状态下，示意为二个不同机械的轴心配置的俯视图。图3为简视图，仅呈现转向上半轴1、第二齿轮80、上轴心11、转向下半轴2、第二机械40与下轴心21等零件。图3中，在初始状况下，即在转向下半轴2和第二机械40所受的外力为零的条件下，转向上半轴1与转向下半轴2是以共轴的方式进行旋转，转向上半轴1的转轴上轴心11，与转向下半轴2的转轴下轴心21在第一平面上的投影点为同一点。但是，当转向下半轴2或是转向上半轴1受到不为零的外力时，上轴心11与下轴心21在第一平面上的投影点就为不同的坐标位置。两机械都可能因为受到外界撞击、或是因为本身的震动使两机械不共轴的旋转。两机械不共轴的旋转会造成传动效果差，即第一齿轮3的能量与功无法完整的传递给第二机械40，造成能量损耗与浪费。若要使不共轴的两机械共轴的旋转，则需要将本发明所提供的柔性减震板41装设于转向上半轴1与转向下半轴2之间，即如图1和图2所示，以使两机械共轴的旋转，以避免不共轴旋转的状况发生。

使用时，柔性减震板41的状态如图4所表示，图4是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震板的组成，处于受力状况下的俯视图。图4是将图1沿W-W剖开后，在第一平面上的俯视图。当旋转中的转向上半轴1或是第一齿轮3接受到不为零的外力时，此外力会传递到柔性减震板41上，此外力会造成一个额外的转矩。在初始状况下，柔性减震板41是随着第一齿轮3与第二机械40旋转，故第一齿轮3与第二机械40的旋转轴、旋转速度和力与方向是相同的，也就是说，柔性减震板41的质心与第一齿轮3及第二机械40的质心是共点的。但在旋转中的转向上半轴1或是第一齿轮3接受到此外力时，转向上半轴1或是第一齿轮3会将此外力传递给柔性减震版4，也会将此额外的转矩传递给柔性减震版4。柔性减震板41接受此外力时，柔性减震板41瞬间产生一相对于第二机械40的位移，也就是说，柔性减震板41的质心亦会产生一相对于第二机械40质心的位移，在此称此位移后的质心为柔性减震板41新质心。此外力会施加柔性减震板41的新质心。而且此额外的转矩会使柔性减震板41形变并且扭曲。若此额外的转矩与原先转向上半轴1或是第一齿轮3固有的转矩所合成的总转矩超过柔性减震板41所能承受的最大力矩时，柔性减震板41就会绕着柔性减震板41新质心转动，这时柔性减震板41就处于一受力状态，柔性减震板41并非是协助同轴转动的工具，而成为一种破坏工具。于此，设计柔性减震板41所能承受的最大力矩是本发明中的一个重点。于本具体实施方式中，柔性减震板41可以承受的最大力矩为40至70牛顿·米，但柔性减震板41可以承受的最大力矩并非是权利要求中，柔性减震板41可以承受的最大力矩是根据柔性减震板41设置的数量、尺寸以及材料有关系。另外，因为每个柔性减震板41的细部组成不同，所以每个柔性减震板41的形变及扭曲的状态不相同。在初始状态时，柔性减震板41在第一平面上的投影图案为第一花纹。但在受力状态时，柔性减震板41在第一平面上的投影图案为第二花纹。第一花纹与第二花纹的图案可以相同或是不同。其中此第一花纹是由多个长方形，此第二花纹是由多个多边形，此多边形可以是多角形，例如是多个三角形、多个四边形、或是多个菱形所构成的组合。

当柔性减震板41形变发生后，第一齿轮3与第二机械40就会同轴旋转，柔性减震板41亦会以形变的柔性减震板41态样与第一齿轮3同轴转动。且此额外的转矩就会被柔性减震板41所吸收，此额外的转矩就不会传递给第二机械40。在第一齿轮3与第二机械40同时停转时，柔性减震板41才会恢复形变前的态样。在另一具体实施方式中，在第一齿轮3与第二机械40同轴旋转后，柔性减震板41的质心就会恢复原始质心，及与第一齿轮3与第二机械40的质心相同，所以柔性减震板41的形变消失，由第二花纹恢复程第一花纹。

本发明所提供的柔性减震板41不仅构造简单，不需要销轴、螺帽等复杂的配件，本身重量轻巧，制作时极为方便。且柔性减震板41不容易劣化，故不需时常更换弹性件，使用方便。

接着请看图5，图5是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置6的侧视图。柔性减震装置6是本发明的另一具体实施方式。本具体实施方式中，柔性减震装置6是安装在移动设备的轮体部5的齿轮箱中。此移动设备包括了可移动，且附有轮子的设备，例如是特种车辆、轮式机器人，或是航天器与航空器等等。在图5中，齿轮箱是由齿轮箱壳体70包覆各种齿轮构件、转轴构件及柔性减震装置6所形成的。齿轮箱壳体70的材料主要是以金属构成，例如铁或是铝等，以能确实保护齿轮箱中的内部构件。本柔性减震装置6的第一端与转向电机50连接，第二端车轮安装座100连接。车轮110轮设于所述车轮安装座100上。柔性减震装置6的第三端与转向安装座90连接，藉由此转向安装座90以将齿轮箱的壳体架设于移动设备的底盘上。转向电机50是移动设备控制车轮110转动方向的机械，内部亦附有多个齿轮，其输出转矩以供其他机械旋转。在本具体实施方式中仅示意一组轮体部5，要知道的是，一般移动设备中是由四个轮子所组成的，所以轮体部5在一个移动设备中具有四组，但不排除有六组、八组等等。

接着请看图6，图6是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置6内部组成的侧视图。柔性减震装置6包括：联轴器60、第二齿轮80、转向上半轴1、第一齿轮3、柔性减震板41与转向下半轴2，联轴器60的一端与转向电机50连接，另一端与第二齿轮80连接。其中联轴器60能使转向电机50与第二齿轮80同轴旋转，以及确保转向电机50的力矩能够无缺漏的转移给第二齿轮80。第二齿轮80位于齿轮箱上壳体701中，与第一齿轮3啮合，第二齿轮80将电机50的动力传递给第一齿轮3，降低转速，增加扭矩。如同上述柔性减震板41，第一齿轮3带动与转向上半轴1以上轴心11为轴旋转，柔性减震板41夹设在转向上半轴1与转向下半轴2之间，转向下半轴2连动于转向上半轴1，并以下轴心21为轴共轴的旋转。转向下半轴2将力矩藉由车轮安装座100传递给车轮110以供车轮110旋转，此车轮安装座100与车轮110及是上述第二机械40的实施例。车轮安装座100亦附有多个齿轮，以将力矩方向转换，并传递给车轮110以供车轮110旋转。车轮110旋转时，力矩方向是垂直于转向上半轴1与转向下半轴2。当外力施加于车轮110时(如图6中的黑色箭头所示)，车轮110与车轮安装座100会往受力方向歪斜偏移，连带使转向下半轴2一并歪斜，因此，下轴心21偏离上轴心11，进而使两轴心不共轴。若是不共轴的状况发生在移动设备内部时，轻则使内部齿轮零件损耗、转向电机50异常，重则使轮胎打滑，车子有失控的可能。将柔性减震装置6安装于移动设备内，藉由上述柔性减震板41吸收外力，以使齿轮箱内部的转向下半轴2与转向上半轴1共轴的旋转，有效确保行车顺畅。在本具体实施方式中，柔性减震装置6在初始状态与受力状态下的运作方式是同本发明的柔性减震板41的实施状况的叙述，于此不在赘述。

最后，请参考图7，图7是根据本发明所揭露的技术，表示柔性减震装置6的俯视图。图7是根据图6，将图6中的V-V联机剖开后，以第三方向观之，在第一平面的俯视图。如图7所揭露，柔性减震装置6中，柔性减震板41是以上轴心11为轴心，轴设于此转向上半轴1。柔性减震板41系安装于齿轮箱上壳体702内。图7仅例视柔性减震板41于齿轮箱中的装设位置，柔性减震板41的功效、连接关系与在初始状态与受力状态下的实施态样系如本发明的柔性减震板41的实施状况的叙述，于此不再赘述。

本发明所提供的柔性减震转向装置，能在车辆行驶过程中，吸收由车轮110受到的较大瞬时外力冲击，减小外力对转向电机50及齿轮箱内部的大第二齿轮80等结构的冲击，实现对这些零件的保护；当外力消失时，柔性减震板41的变形得到恢复(亦可能不会恢复)，使车轮110能够回到初始的运动状态，保证车轮110的正常工作，确保驾驶安全。

以上此仅为本发明之各种具体实施方式，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (8)

1.一种柔性减震板，用于与二个不同机械的轴连接与吸收转矩，使所述两个不同机械在传动过程中共轴，其特征在于，所述柔性减震板夹设在所述二个不同机械之间，与所述两个不同机械紧密贴合，且所述柔性减震板在第一平面上以放射状设置；其中所述第一平面为笛卡尔坐标系中X轴和Y轴所构成的平面。

2.如权利要求1所述的柔性减震板，其特征在于，所述柔性减震板的构成材质包括金属材质或高分子合成材质。

3.如权利要求1所述的柔性减震板，其特征在于，所述柔性减震板数量超过1个，且在转轴圆周方向均匀分布。

4.一种柔性减震装置，使用如权利要求1所述的柔性减震板组成，用于车辆的底盘，所述柔性减震装置连接所述底盘中的转向电机与车轮安装座，其特征在于：

所述柔性减震装置包括：联轴器、第二齿轮、转向上半轴、第一齿轮、柔性减震板与转向下半轴，所述联轴器的一端与所述转向电机连接，另一端与第二齿轮连接、所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮带动所述转向上半轴以所述上轴心为轴旋转，所述多个柔性减震板夹设在所述转向上半轴与所述转向下半轴之间，所述转向下半轴连动于所述转向上半轴，并以所述下轴心为轴旋转，所述转向下半轴与所述车轮安装座连接、车轮轮设于所述车轮安装座上，藉此，在所述车辆移动时，所述车轮于第一方向行进的状况下，当所述车轮受到来自第二方向的不为零的外力时，所述柔性减震装置处于受力状态，以吸收所述外力并确保所述上轴心与所述下轴心在所述第一平面上的投影点共点，其中所述第一方向为笛卡尔坐标系中的Y轴方向，所述第二方向为笛卡尔坐标系中的X轴方向。

5.如权利要求4所述的柔性减震装置，其特征在于，当所述车轮受到所述来自第二方向为零的另一外力时，所述柔性减震板处于初始状态。

6.如权利要求5所述的柔性减震装置，其特征在于，在所述初始状态时，所述柔性减震板在所述第一平面上的投影图案为第一花纹，其中该第一花纹是多个长方形。

7.如权利要求4所述的柔性减震装置，其特征在于，在所述受力状态时，所述柔性减震板在所述第一平面上的投影图案为第二花纹，其中该第二花纹是多个多边形。

8.如权利要求4所述的柔性减震装置，其特征在于，所述柔性减震装置是安装于移动设备的齿轮箱中。