CN111059258A - 双输入双输出减速器 - Google Patents

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Abstract

双输入双输出减速器，涉及减速器设计领域；包括实心轴输入轮、空心轴输入轮、实心轴、空心轴、轮毂、端盖、输入侧壳体、中间壳体和输出侧壳体；其中，输入侧壳体、中间壳体和输出侧壳体沿轴向依次对接形成封闭壳体；实心轴输入轮、空心轴输入轮、实心轴和空心轴设置在封闭壳体内；实心轴轴向水平放置；空心轴套装在实心轴的外壁；实心轴输入轮与实心轴螺纹对接；空心轴输入轮与空心轴螺纹对接；轮毂套装在空心轴的外壁，且与空心轴固定连接；端盖设置在轮毂的轴向外端处；输出侧壳体与轮毂外壁对接；实心轴与外部摇臂对接；本发明实现了无人车后轮的双路输出轴相互独立，互不影响，可以单独工作，也可以同时工作。

Description

双输入双输出减速器
技术领域
本发明涉及一种减速器设计领域，特别是一种双输入双输出减速器。
背景技术
地面无人车在行进过程中需要翻越各种复杂地势，比如雨后、坑坑洼洼、沙石、上下坡、台阶等路面，还需要随时停下来侦查周围的情况，因此无人车需要有较好的机动性，两个后轮和两个摇臂需要有不同的驱动，双输入双输出减速器安装在地面无人车的两个后轮处，后轮和摇臂同轴输出，这样，两个后轮和两个摇臂相互之间互不相干，互不影响。后轮用于较平地面上的无人车的驱动，摇臂用于车辆站立、爬坡、坡楼梯等的运动。
双输入双输出减速器安装在无人车的后轮处，后轮和摇臂之间同轴输出，后轮工作时，摇臂在后路外侧水平不动，需要爬楼等复杂地面时，摇臂投入工作，后轮悬空(可转可不转)。
但是这会带来诸多技术难题：(1)摇臂只能从后轮的中心穿过，后轮的尺寸大、转速较高、转矩较低，摇臂的尺寸小、速较低、转矩较高；(2)当摆臂受力不均衡时，会有轴向力，或在复杂地面转向时，摆臂和后轮之间存在相互作用轴向力；(3)且减速器本身和两个输入电机悬臂安装，会带来的弯矩，弯矩会作用在减速器输出连接面上。目前并没有相关设计能很好解决这些问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供双输入双输出减速器，实现了无人车后轮的双路输出轴相互独立，互不影响，可以单独工作，也可以同时工作。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
双输入双输出减速器，包括实心轴输入轮、空心轴输入轮、实心轴、空心轴、轮毂、端盖、输入侧壳体、中间壳体和输出侧壳体；其中，输入侧壳体、中间壳体和输出侧壳体沿轴向依次对接形成封闭壳体；实心轴输入轮、空心轴输入轮、实心轴和空心轴设置在封闭壳体内；实心轴轴向水平放置；空心轴套装在实心轴的外壁；实心轴输入轮与实心轴螺纹对接；空心轴输入轮与空心轴螺纹对接；轮毂套装在空心轴的外壁，且与空心轴固定连接；端盖设置在轮毂的轴向外端处；输出侧壳体与轮毂外壁对接；实心轴与外部摇臂对接。
在上述的双输入双输出减速器，所述减速器还包括第一轴承组；其中，第一轴承组包括2个角接触球轴承；2个角接触球轴承对称设置在实心轴与实心轴输入轮对接处的两侧；且2个角接触球轴承为面对面安装。
在上述的双输入双输出减速器，所述减速器还包括第二轴承组、轴套、轴承内圈锁紧螺母和轴承外圈压紧块；所述第二轴承组设置在实心轴的外壁；且第二轴承组位于实心轴与轮毂之间；轴套设置在第二轴承组之间；轴承外圈压紧块设置在第二轴承组的轴向外端；轴承内圈锁紧螺母设置在轴承外圈压紧块的内壁。
在上述的双输入双输出减速器，所述第二轴承组包括2个角接触球轴承；2个角接触球轴承背对背安装；轴套设置在2个角接触球轴承之间。
在上述的双输入双输出减速器，所述减速器还包括第一轴向密封结构、径向密封结构和第二轴向密封结构；其中，第一轴向密封结构设置在轴承外圈压紧块与端盖的连接处，且位于实心轴的外壁；实现轴向密封；径向密封结构设置在轴承外圈压紧块与轮毂的连接处；实现径向密封；第二轴向密封结构设置在输出侧壳体与轮毂的对接处；实现轴向密封。
在上述的双输入双输出减速器，所述空心轴与实心轴同轴嵌套同方向输出；两路相互独立，互不影响。
在上述的双输入双输出减速器，所述的双输入双输出减速器的工作过程为：
当无人车正常行驶时，空心轴输入轮驱动空心轴带动轮毂旋转，实现无人车行驶；实心轴输入轮此时不输入；当无人车行驶至存在高度差的地势时，实心轴输入轮驱动实心轴带动外部摇臂转动；外部摇臂的末端与地面对接；实现对无人车的支撑和推进；实心轴输入轮和空心轴输入轮共同输入，实现无人车行驶过至存在高度差的地势。
在上述的双输入双输出减速器，当空心轴与轮毂之间存在轴向拉压力时，由2个角接触球轴承和单个角接触球轴承承受；当空心轴和实心轴上存在弯矩时，由2个角接触球轴承和2个角接触球轴承共同承受。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明实心轴驱动后轮的摇臂，空心轴驱动后轮的轮毂，为双余度减速器，两路相互独立，互不影响，后轮上每个轮分别安装一个这样的减速器，通过控制算法可以实现象差速器一样的性能；；
(2)本发明通过更换与电机连接的转接轴套和转接法兰实现多种电机的连接，使得一种减速器适应多种不同的车辆，通用性好；
(3)本发明减速器输出止口和车辆壳体之间的静密封圈、输出止口和轮毂之间动密封圈、轮毂与塞块之间静密封圈、塞块与实心轴之间动密封圈实现减速器输出侧的防水和防尘功能；
(4)本发明减速器壳体分三层安装，依次安装实心轴输入轴、实心轴、空心轴输入轴、空心轴，这种布置方式分区分层布置，有效的降低了包络尺寸和重量。
附图说明
图1为本发明双输入双输出减速器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
地面无人车在行进过程中需要翻越各种复杂地势，比如雨后、坑坑洼洼、沙石、上下坡、台阶等路面，还需要随时停下来侦查周围的情况，因此无人车需要有较好的机动性，两个履带后轮和两个摇臂需要有不同的驱动。本发明设计的双输入双输出减速器安装在地面无人车的两个后轮处，后轮和摇臂同轴输出，这样，两个后轮和两个摇臂相互之间互不相干，互不影响。后轮用于较平地面上的无人车的驱动，摇臂用于车辆站立、爬坡、爬台阶等的运动。
如图1所示为双输入双输出减速器结构示意图，双输入双输出减速器主要包括实心轴输入轮1、空心轴输入轮2、实心轴3、空心轴4、轮毂5、端盖11、输入侧壳体15、中间壳体16和输出侧壳体17；其中，输入侧壳体15、中间壳体16和输出侧壳体17沿轴向依次对接形成封闭壳体；实心轴输入轮1、空心轴输入轮2、实心轴3和空心轴4设置在封闭壳体内；实心轴3轴向水平放置；空心轴4套装在实心轴3的外壁；实心轴输入轮1与实心轴3螺纹对接；空心轴输入轮2与空心轴4螺纹对接；轮毂5套装在空心轴4的外壁，且与空心轴4固定连接；端盖11设置在轮毂5的轴向外端处；输出侧壳体17与轮毂5外壁对接；实心轴3与外部摇臂对接。空心轴4与实心轴3同轴嵌套同方向输出；两路相互独立，互不影响。
减速器还包括第一轴承组6、第二轴承组7、轴套8、轴承内圈锁紧螺母9、轴承外圈压紧块10、第一轴向密封结构12、径向密封结构13和第二轴向密封结构14；其中，第一轴承组6包括2个角接触球轴承61；2个角接触球轴承61对称设置在实心轴3与实心轴输入轮1对接处的两侧；且2个角接触球轴承61为面对面安装。第二轴承组7设置在实心轴3的外壁；且第二轴承组7位于实心轴3与轮毂5之间；轴套8设置在第二轴承组7之间；轴承外圈压紧块10设置在第二轴承组7的轴向外端；轴承内圈锁紧螺母9设置在轴承外圈压紧块10的内壁。第二轴承组7包括2个角接触球轴承71；2个角接触球轴承71背对背安装；轴套8设置在2个角接触球轴承71之间。第一轴向密封结构12设置在轴承外圈压紧块10与端盖11的连接处，且位于实心轴3的外壁；实现轴向密封；径向密封结构13设置在轴承外圈压紧块10与轮毂5的连接处；实现径向密封；第二轴向密封结构14设置在输出侧壳体17与轮毂5的对接处；实现轴向密封。
实心轴3由2个面对面安装的角接触球轴承61支撑在输入侧壳体15、中间壳体16上，轮毂5由2个背对背安装的角接触球轴承71支撑在实心轴3的输出侧，轴套8增大了2个角接触球轴承71的跨度，当空心轴4和轮毂5之间有轴向拉压力时，由2个角接触球轴承71和单个角接触球轴承61承受，当两个轴上有弯矩时，分别由2个角接触球轴承71和2个角接触球轴承61承受。空心轴4和轮毂5之间的密封由轴向密封12和径向密封13实现，减速器壳体、轮毂5和空心轴3之间的密封由轮毂5与输出侧壳体17之间的轴向密封14实现。
双输入双输出减速器的工作过程为：
当无人车正常行驶时，空心轴输入轮2驱动空心轴4带动轮毂5旋转，实现无人车行驶；实心轴输入轮1此时不输入；当无人车行驶至存在高度差的地势时，实心轴输入轮1驱动实心轴3带动外部摇臂转动；外部摇臂的末端与地面对接；实现对无人车的支撑和推进；实心轴输入轮1和空心轴输入轮2共同输入，实现无人车行驶过至存在高度差的地势。当空心轴4与轮毂5之间存在轴向拉压力时，由2个角接触球轴承71和单个角接触球轴承61承受；当空心轴4和实心轴3上存在弯矩时，由2个角接触球轴承71和2个角接触球轴承61共同承受。
在本发明设计的双输入双输出减速器的带动下，无人车使用的路况包括泥土路面、连续越障、碎石路面、攀爬楼梯、沙地路面、天然水坑、草地、高速爬坡和水泥路面；具体为：
泥土路面行驶0-600s。平台以一定速度匀速在良好路面前进，履带后轮轮毂5作瞬间纯滚动，辅助履带收起，前进过程中因为速度较低，不考虑空气阻力的影响。行驶时间600s，经过测算所需减速器空心轴4和轮毂5输出转矩4Nm,空心轴4和轮毂5输出转速600rpm。
连续越障300s。越障高度30cm。平台行驶至废墟及野外时，需要越过岩石及水泥台等较高障碍物，需要左右摆臂辅助行驶，该工况下运行300s，经过测算所需减速器实心轴3输出转矩20Nm,实心轴3输出转速9rpm。
碎石路面行驶400s。平台以一定速度通过一段碎石路面，履带后轮轮毂5作瞬间纯滚动，控制辅助履带贴紧地面，辅助平台行驶。行驶400s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩8Nm,空心轴4输出转速1500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩2Nm,实心轴3输出转速1500rpm。
攀爬楼梯50s。平台以一定速度攀爬一段楼梯，后轮驱动装置与摆臂驱动装置同时工作，控制摆臂姿态来调节平台爬楼梯过程重心变化。行驶50s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩10Nm,空心轴4输出转速4500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩10Nm,实心轴3输出转速4500rpm。
沙地路面行驶90s。平台以一定速度通过一段沙地，沙地路面比较松软，行驶过程阻力较大。行驶90s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩3Nm,空心轴4输出转速3500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩3Nm,实心轴3输出转速3500rpm。
天然水坑行驶10s。平台整体满足IP67防护要求，以一定速度通过一段水坑，平台行驶过程中要克服淤泥及水共同带来的阻力。行驶10s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩10Nm,空心轴4输出转速4500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩10Nm,实心轴3输出转速4500rpm。
草地行驶390s。平台以一定速度通过草地路面。由于行驶速度较低，不考虑空气阻力。行驶390s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩3Nm,空心轴4输出转速1500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩3Nm,实心轴3输出转速1500rpm。
高速爬坡60s。平台以较高速度通过一段坡路面。行驶60s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩6Nm,空心轴4输出转速6000rpm；所需减速器实心轴3输出转矩6Nm,实心轴3输出转速6000rpm。
水泥路面行驶900s。平台以一定速度匀速在水泥路面前进，履带后轮作瞬间纯滚动，辅助摇臂收起，前进过程中因为速度较低，不考虑空气阻力的影响。行驶时间900s，经过测算所需减速器空心轴4输出转矩2Nm,空心轴4输出转速1500rpm；所需减速器实心轴3输出转矩2Nm,实心轴3输出转速1500rpm。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.双输入双输出减速器，其特征在于：包括实心轴输入轮(1)、空心轴输入轮(2)、实心轴(3)、空心轴(4)、轮毂(5)、端盖(11)、输入侧壳体(15)、中间壳体(16)和输出侧壳体(17)；其中，输入侧壳体(15)、中间壳体(16)和输出侧壳体(17)沿轴向依次对接形成封闭壳体；实心轴输入轮(1)、空心轴输入轮(2)、实心轴(3)和空心轴(4)设置在封闭壳体内；实心轴(3)轴向水平放置；空心轴(4)套装在实心轴(3)的外壁；实心轴输入轮(1)与实心轴(3)螺纹对接；空心轴输入轮(2)与空心轴(4)螺纹对接；轮毂(5)套装在空心轴(4)的外壁，且与空心轴(4)固定连接；端盖(11)设置在轮毂(5)的轴向外端处；输出侧壳体(17)与轮毂(5)外壁对接；实心轴(3)与外部摇臂对接。
2.根据权利要求1所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述减速器还包括第一轴承组(6)；其中，第一轴承组(6)包括2个角接触球轴承(61)；2个角接触球轴承(61)对称设置在实心轴(3)与实心轴输入轮(1)对接处的两侧；且2个角接触球轴承(61)为面对面安装。
3.根据权利要求2所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述减速器还包括第二轴承组(7)、轴套(8)、轴承内圈锁紧螺母(9)和轴承外圈压紧块(10)；所述第二轴承组(7)设置在实心轴(3)的外壁；且第二轴承组(7)位于实心轴(3)与轮毂(5)之间；轴套(8)设置在第二轴承组(7)之间；轴承外圈压紧块(10)设置在第二轴承组(7)的轴向外端；轴承内圈锁紧螺母(9)设置在轴承外圈压紧块(10)的内壁。
4.根据权利要求3所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述第二轴承组(7)包括2个角接触球轴承(71)；2个角接触球轴承(71)背对背安装；轴套(8)设置在2个角接触球轴承(71)之间。
5.根据权利要求4所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述减速器还包括第一轴向密封结构(12)、径向密封结构(13)和第二轴向密封结构(14)；其中，第一轴向密封结构(12)设置在轴承外圈压紧块(10)与端盖(11)的连接处，且位于实心轴(3)的外壁；实现轴向密封；径向密封结构(13)设置在轴承外圈压紧块(10)与轮毂(5)的连接处；实现径向密封；第二轴向密封结构(14)设置在输出侧壳体(17)与轮毂(5)的对接处；实现轴向密封。
6.根据权利要求5所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述空心轴(4)与实心轴(3)同轴嵌套同方向输出；两路相互独立，互不影响。
7.根据权利要求6所述的双输入双输出减速器，其特征在于：所述的双输入双输出减速器的工作过程为：
当无人车正常行驶时，空心轴输入轮(2)驱动空心轴(4)带动轮毂(5)旋转，实现无人车行驶；实心轴输入轮(1)此时不输入；当无人车行驶至存在高度差的地势时，实心轴输入轮(1)驱动实心轴(3)带动外部摇臂转动；外部摇臂的末端与地面对接；实现对无人车的支撑和推进；实心轴输入轮(1)和空心轴输入轮(2)共同输入，实现无人车行驶过至存在高度差的地势。
8.根据权利要求7所述的双输入双输出减速器，其特征在于：当空心轴(4)与轮毂(5)之间存在轴向拉压力时，由2个角接触球轴承(71)和单个角接触球轴承(61)承受；当空心轴(4)和实心轴(3)上存在弯矩时，由2个角接触球轴承(71)和2个角接触球轴承(61)共同承受。
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