CN112049915A - 一种多轴差速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多轴差速装置，包括依次串联的基元Ⅰ、第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N‑2元和第N‑1元，所述N为大于或等于4的正整数，所有单元的主回转中心均同轴设置；基元Ⅰ包括基元Ⅰ第一直齿太阳轮、基元Ⅰ第二直齿太阳轮和基元Ⅰ横轴，基元Ⅰ横轴为基元Ⅰ的主回转轴，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮和基元Ⅰ第二直齿太阳轮套设在基元Ⅰ横轴上且绕基元Ⅰ横轴转动；第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N‑2元的结构均相同，基元Ⅰ横轴与第Ⅱ元的内齿轮固连，第Ⅱ元、第Ⅲ元、...、第N‑2元、第N‑1元之间的连接方式均相同。本发明可以构建四轴及以上差速装置，填补了四轴及以上差速装置的空白，易于实现，结构简单、通用性强。

Description

一种多轴差速装置
技术领域
本发明属于机械传动领域，尤其是涉及一种多轴差速装置。
背景技术
差速装置是一种有向的运动转换与传递装置，它通过自身的机械结构在复杂以及不确定环境下实现单个主运动向多个分运动的自适应分解或者多个分运动向单个主运动的自主耦合。进行运动的自适应分解时，各分运动的转速比值随外部约束任意变化但分运动的转速之和与主运动转速具有确定的关系，并且各分输出力矩相等；进行运动的自主耦合时，各分运动的随机转速耦合成单个主运动转速，并将各分运动的动力进行合成。因此，差速装置在机器人领域多执行末端的驱动与控制方面有着重要的应用，以减少致动器的数目并自主保证操作的柔顺性。同时，差速装置还用于多个小输出能力的致动器替代大输出能力致动器的工作场合，以减低对技术及致动器能力的要求。目前，现有的差速装置最多仅能实现单个主运动与三个分运动之间的运动转换，即三轴差速装置。而越来越多的场合需要更高的差速数目，如多足机器人以及仿人机械手等。为此，本发明提供一种多轴差速装置，构建具有不同差速数目的差速装置，从而实现单个主运动与任意多个分运动之间的运动自适应转换。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种多轴差速装置，N-1个单元构建的差速装置具有N个差速数目，填补了四轴及以上差速装置的空白，该多轴差速装置易于构建，结构简单、加工方便。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种多轴差速装置，包括依次串联的基元Ⅰ、第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元和第N-1元，所述N为大于或等于4的正整数，所有单元的主回转中心均同轴设置；
所述的基元Ⅰ包括基元Ⅰ第一直齿太阳轮、基元Ⅰ第二直齿太阳轮和基元Ⅰ横轴，所述基元Ⅰ横轴为基元Ⅰ的主回转轴，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮和基元Ⅰ第二直齿太阳轮套设在基元Ⅰ横轴上且绕基元Ⅰ横轴转动；
所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元的结构均相同，均包括第一太阳轮、内齿轮、第二太阳轮、行星架、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮和单元转轴，所述单元转轴为对应单元的主回转轴，所述内齿轮与对应的单元转轴同轴并绕对应的单元转轴转动，所述第一太阳轮和第二太阳轮均与对应的单元转轴同轴并固连，所述第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮在行星架上沿圆周均布且可相对行星架转动，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮的回转轴相互平行且平行于对应元的单元转轴，所述第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮绕各自的单元转轴既有公转又有自转；所述行星架绕单元转轴转动，所述内齿轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合，所述第一太阳轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合；
所述的第N-1元包括第N-1元第一太阳轮、第N-1元内齿轮、第N-1元第二太阳轮、第N-1元行星架、第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮、第N-1元第三行星轮、第N-1元单元转轴和第N-1元第三太阳轮，所述的第N-1元单元转轴为第N-1元的主回转轴，所述第N-1元内齿轮、第N-1元第二太阳轮均与第N-1元单元转轴同轴并绕第N-1元单元转轴转动，所述第N-1元第一太阳轮和第N-1元第三太阳轮均与第N-1元单元转轴同轴并固连；所述第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮和第N-1元第三行星轮在第N-1元行星架上沿圆周均布且可相对第N-1元行星架转动，第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮和第N-1元第三行星轮的回转轴相互平行且平行于第N-1元单元转轴，所述的第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮和第N-1元第三行星轮绕第N-1元单元转轴既有公转又有自转，所述第N-1元行星架绕第N-1元单元转轴转动，所述第N-1元内齿轮与第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮和第N-1元第三行星轮均啮合，所述第N-1元第一太阳轮与第N-1元第一行星轮、第N-1元第二行星轮、第N-1元第三行星轮均啮合；
所述的基元Ⅰ横轴与第Ⅱ元的内齿轮固连，所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、...、第N-2元、第N-1元之间的连接方式均相同，均为相邻两个单元中，前一个单元中的行星架与后一个单元中的内齿轮固连。
进一步的，所述基元Ⅰ还包括基元Ⅰ第一锥齿太阳轮、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮、基元Ⅰ第一锥齿行星轮、基元Ⅰ第二锥齿行星轮和基元Ⅰ竖轴，基元Ⅰ第一锥齿太阳轮和基元Ⅰ第二锥齿太阳轮均与基元Ⅰ横轴同轴且绕基元Ⅰ横轴转动，所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮与基元Ⅰ第二锥齿行星轮分别对称装配在基元竖轴的两端且绕基元Ⅰ竖轴自转以及绕基元Ⅰ横轴公转，所述基元Ⅰ竖轴与基元Ⅰ横轴垂直相交并固连，所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮、基元Ⅰ第二锥齿行星轮分别与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮啮合。
进一步的，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮固连，所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮与基元Ⅰ第二锥齿太阳轮固连。
进一步的，所述第N-1元行星架与第N-1元第二太阳轮固连。
进一步的，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮、所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮、第Ⅱ元的第二太阳轮、第Ⅲ元的第二太阳轮、...、第N-2元的第二太阳轮及所述第N-1元第三太阳轮的齿数均相等。
进一步的，第Ⅱ元的内齿轮齿数是第Ⅱ元的第一太阳轮齿数的两倍，第Ⅲ元的内齿轮齿数是第Ⅲ元的第一太阳轮齿数的三倍，……，所述第N-1元内齿轮的齿数是第N-1元第一太阳轮齿数的N-1倍。
进一步的，所述基元Ⅰ横轴、第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴均同轴设置。
进一步的，所述第Ⅱ元的单元转轴为实心轴，所述第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴均为空心轴，所述第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和第N-1元单元转轴之间逐级套设。
进一步的，所述第Ⅲ元设置在第Ⅱ元的行星架与第Ⅱ元的第二太阳轮之间，……，所述第N-1元设置在第N-2元的行星架与第N-2元的第二太阳轮之间。
进一步的，所述第Ⅱ元与基元Ⅰ横轴的端部固定连接。
相对于现有技术，本发明所述的一种多轴差速装置具有以下优势：
本发明所述的一种多轴差速装置，
1)本发明的N-1个单元构建的差速装置具有N个差速数目，本多轴差速装置可以构建差速数目为大于等于4的正整数的差速装置，该多轴差速装置填补了四轴及以上差速装置的空白；
2)通过多轴差速装置可通过自身的机械结构在复杂以及不确定环境下实现单个主运动与N个分运动之间的双向自适应转换；
3)本发明的多轴差速装置易于构建、通用性强，所构建的N轴差速装置构型简单、结构紧凑、加工方便。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种多轴差速装置的结构示意图；
图2为第Ⅱ元的轴向传动原理图；
图3为第N-1元的轴向传动原理图；
图4为四轴差速装置的原理图；
图5为六轴差速装置的原理图；
图6为三轴差速装置的原理图。
附图标记说明：
基元Ⅰ：1-01A—基元Ⅰ第一直齿太阳轮，1-01B—基元Ⅰ第一锥齿太阳轮，1-02A—基元Ⅰ第二直齿太阳轮，1-02B—基元Ⅰ第二锥齿太阳轮，1-03—基元Ⅰ第一锥齿行星轮，1-04—基元Ⅰ第二锥齿行星轮，1-05—基元Ⅰ横轴，1-06—基元Ⅰ竖轴；
第Ⅱ元：2-01—第Ⅱ元第一太阳轮，2-02—第Ⅱ元内齿轮，2-03—第Ⅱ元第二太阳轮，2-04—第Ⅱ元行星架，2-05—第Ⅱ元第一行星轮，2-06—第Ⅱ元第二行星轮，2-07—第Ⅱ元第三行星轮，2-08—第Ⅱ元单元转轴；
第Ⅲ元：3-01—第Ⅲ元第一太阳轮，3-02—第Ⅲ元内齿轮，3-03—第Ⅲ元第二太阳轮，3-04—第Ⅲ元行星架，3-05—第Ⅲ元第一行星轮，3-06—第Ⅲ元第二行星轮，3-08—第Ⅲ元单元转轴，3-09—第Ⅲ元第三太阳轮；
第Ⅴ元：5-01—第Ⅴ元第一太阳轮，5-02—第Ⅴ元内齿轮，5-05—第Ⅴ元第二太阳轮，5-04—第Ⅴ元行星架，5-09—第Ⅴ元第三太阳轮；
第N-2元：(N-2)-01—第N-2元第一太阳轮，(N-2)-02—第N-2元内齿轮，(N-2)-03—第N-2元第二太阳轮，(N-2)-04—第N-2元行星架；
第N-1元：(N-1)-01—第N-1元第一太阳轮，(N-1)-02—第N-1元内齿轮，(N-1)-03—第N-1元第二太阳轮，(N-1)-04—第N-1元行星架，(N-1)-05—第N-1元第一行星轮，(N-1)-06—第N-1元第二行星轮，(N-1)-07—第N-1元第三行星轮，(N-1)-08—第N-1元单元转轴，(N-1)-09—第N-1元第三太阳轮。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图3所示，一种多轴差速装置，包括依次串联的基元Ⅰ、第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元和第N-1元，所述N为大于或等于4的正整数，所有单元的主回转中心均同轴设置；
所述的基元Ⅰ为2K-H锥齿轮系，包括基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第一锥齿太阳轮1-01B、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮1-02B、基元Ⅰ第一锥齿行星轮1-03、基元Ⅰ第二锥齿行星轮1-04、基元Ⅰ横轴1-05、基元Ⅰ竖轴1-06，所述基元Ⅰ横轴1-05为基元Ⅰ的主回转轴；所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第一锥齿太阳轮1-01B、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮1-02B均与基元Ⅰ横轴1-05同轴且绕基元Ⅰ横轴1-05转动；所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮1-01B固连；所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A与基元Ⅰ第二锥齿太阳轮1-02B固连；所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮1-03与基元Ⅰ第二锥齿行星轮1-04分别对称装配在基元竖轴1-06的两端且绕基元Ⅰ竖轴1-06自转以及绕基元Ⅰ横轴1-05公转；所述基元Ⅰ竖轴1-06与基元Ⅰ横轴1-05垂直相交并固连；所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮1-03、基元Ⅰ第二锥齿行星轮1-04分别与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮1-01B、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮1-02B啮合；所述基元Ⅰ通过第一直齿太阳轮1-01A、第二直齿太阳轮1-02A、基元横轴1-05与外部联系，当单动力源驱动时，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A成为该多轴差速装置的N个动力输出中的两个；当N个随机运动输入时，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A成为该多轴差速装置的N个动力输入中的两个。
所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元的结构均相同，均为2K-H直齿轮系，均包括第一太阳轮、内齿轮、第二太阳轮、行星架、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮和单元转轴，所述单元转轴为对应单元的主回转轴，所述内齿轮与对应的单元转轴同轴并绕对应的单元转轴转动，所述第一太阳轮和第二太阳轮均与对应的单元转轴同轴并固连，所述第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮在行星架上沿圆周均布且可相对行星架转动，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮的回转轴相互平行且平行于对应元的单元转轴，所述第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮绕各自的单元转轴既有公转又有自转；所述行星架绕单元转轴转动，所述内齿轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合，所述第一太阳轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合；
以第Ⅱ元、第Ⅲ元和第N-2元为例说明，所述第Ⅱ元通过第Ⅱ元内齿轮2-02、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅱ元行星架2-04与外部联系；第Ⅱ元内齿轮2-02的齿数是第Ⅱ元第一太阳轮2-01的齿数的两倍，当单动力源驱动时，所述第Ⅱ元第二太阳轮2-03成为该多轴差速装置的N个动力输出之一；当N个随机运动输入时，所述第Ⅱ元第二太阳轮2-03成为该多轴差速装置的N个动力输入之一；
所述第Ⅲ元通过第Ⅲ元内齿轮3-02、第Ⅲ元第二太阳轮3-03、第Ⅲ元行星架3-04与外部联系；所述第Ⅲ元内齿轮3-02的齿数是第Ⅲ元第一太阳轮3-01齿数的三倍。当单动力源驱动时，所述第Ⅲ元第二太阳轮3-03成为该多轴差速装置的N个动力输出之一；当N个随机运动输入时，所述第Ⅲ元第二太阳轮3-03成为该多轴差速装置的N个动力输入之一；
所述第N-2元通过第N-2元内齿轮(N-2)-02、第N-2元第二太阳轮(N-2)-03、第N-2元行星架(N-2)-04与外部联系；第N-2元内齿轮(N-2)-02的齿数是第N-2元第一太阳轮(N-2)-01齿数的N-2倍；当单动力源驱动时，所述第N-2元第二太阳轮(N-2)-03成为该多轴差速装置的N个动力输出之一；当N个随机运动输入时，所述第N-2元第二太阳轮(N-2)-03成为该多轴差速装置的N个动力输入之一；
第N-1元包括第N-1元第一太阳轮(N-1)-01、第N-1元内齿轮(N-1)-02、第N-1元第二太阳轮(N-1)-03、第N-1元行星架(N-1)-04、第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06、第N-1元第三行星轮(N-1)-07、第N-1元单元转轴(N-1)-08和第N-1元第三太阳轮(N-1)-09，所述的第N-1元单元转轴(N-1)-08为第N-1元的主回转轴，所述第N-1元内齿轮(N-1)-02、第N-1元第二太阳轮(N-1)-03均与第N-1元单元转轴(N-1)-08同轴并绕第N-1元单元转轴(N-1)-08转动，所述第N-1元第一太阳轮(N-1)-01和第N-1元第三太阳轮(N-1)-09均与第N-1元单元转轴(N-1)-08同轴并固连；所述第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06和第N-1元第三行星轮(N-1)-07在第N-1元行星架(N-1)-04上沿圆周均布且可相对第N-1元行星架(N-1)-04转动，第N-1元行星架(N-1)-04与第N-1元第二太阳轮N-1-03固连，第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06和第N-1元第三行星轮(N-1)-07的回转轴相互平行且平行于第N-1元单元转轴(N-1)-08，所述的第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06和第N-1元第三行星轮(N-1)-07绕第N-1元单元转轴(N-1)-08既有公转又有自转，所述第N-1元行星架(N-1)-04绕第N-1元单元转轴(N-1)-08转动，所述第N-1元内齿轮(N-1)-02与第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06和第N-1元第三行星轮(N-1)-07均啮合，所述第N-1元第一太阳轮(N-1)-01与第N-1元第一行星轮(N-1)-05、第N-1元第二行星轮(N-1)-06、第N-1元第三行星轮(N-1)-07均啮合；所述第N-1元内齿轮(N-1)-02的齿数是第N-1元第一太阳轮(N-1)-01齿数的N-1倍；所述第N-1元通过第N-1元内齿轮(N-1)-02、第N-1元第二太阳轮(N-1)-03、第N-1元第三太阳轮(N-1)-09与外部联系；当单动力源驱动时，所述第N-1元第二太阳轮(N-1)-03成为该N轴差速装置的主动力输入，并且第三太阳轮(N-1)-09成为该N轴差速装置的N个动力输出之一；当N个随机运动输入时，所述第N-1元第三太阳轮(N-1)-09成为该N轴差速装置的N个动力输入之一，并且第二太阳轮(N-1)-03成为该N轴差速装置的主动力输出；
基元Ⅰ横轴1-05与第Ⅱ元的内齿轮固连，所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、...、第N-2元、第N-1元之间的连接方式均相同，均为相邻两个单元中，前一个单元中的行星架与后一个单元中的内齿轮固连，即所述第Ⅱ元行星架2-04与所述第Ⅲ元内齿轮3-02固连，……，所述第N-2元行星架(N-2)-04与所述第N-1元内齿轮(N-1)-02固连。
基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元的第二太阳轮、第Ⅲ元的第二太阳轮、...、第N-2元的第二太阳轮及所述第N-1元第三太阳轮(N-1)-09的齿数均相等。
基元Ⅰ横轴1-05、第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴(N-1)-08均同轴设置。
第Ⅱ元的单元转轴为实心轴，所述第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴(N-1)-08均为空心轴，所述第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和第N-1元单元转轴(N-1)-08之间逐级套设，方便加工与安装。
第Ⅲ元设置在第Ⅱ元的行星架与第Ⅱ元的第二太阳轮之间，……，所述第N-1元设置在第N-2元的行星架与第N-2元的第二太阳轮之间。
所述第Ⅱ元与基元Ⅰ横轴1-05的端部固定连接。
N-1个单元构建的差速装置具有N个差速数目，即可以进行单个主运动与N个分运动的自适应双向转换。
本装置中，所述多轴差速装置对单个主运动向N个分运动的自适应分解为正向差速传动，正向差速传动时N个分力矩相等，且输出力矩对输入力矩的增益可由单元个数改变。所述多轴差速装置对N分运动向单个主运动的自主耦合为逆向耦合传动，逆向耦合传动时各输入力矩被合成。
下面以四轴差速装置和六轴差速装置为例来简要说明多轴差速装置的工作原理。
如图4所示，一种四轴差速装置，包括基元Ⅰ(1-01A～1-06)，第Ⅱ元(2-01～2-08)和第Ⅲ元(3-01～3-09)，此时第Ⅲ元即为该装置中的第N-1元。在四轴差速装置中，第Ⅱ元内齿轮2-02的齿数是第Ⅱ元第一太阳轮2-01齿数的两倍，第Ⅲ元内齿轮3-02的齿数是第Ⅲ元第一太阳轮3-01齿数的三倍；基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03和第Ⅲ元第三太阳轮3-09的齿数均相等；基元Ⅰ横轴1-05与第Ⅱ元内齿轮2-02固连，第Ⅱ元行星架2-04与第Ⅲ元内齿轮3-02固连，本四轴差速装置通过基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元第二太阳轮3-03和第Ⅲ元第三太阳轮3-09与外部联系；当正向差速传动时，单动力源驱动第Ⅲ元第二太阳轮3-03，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终动力从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03和第Ⅲ元第三太阳轮3-09输出，并且基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元第三太阳轮3-09的转速可随外部约束的不同而不同，但四个分输出转速之和与主输入转速存在确定的关系，四个分输出力矩相等；当逆向耦合传动时，四路随机转速分别从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03和第Ⅲ元第三太阳轮3-09输入，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终耦合成单个运动从第Ⅲ元第二太阳轮3-03输出，并且各分输入力矩进行合成。
如图5所示，一种六轴差速装置，包括基元Ⅰ、第Ⅱ元、第Ⅲ元、第Ⅳ元和第Ⅴ元，此时第Ⅴ元即为该多轴差速装置中的第N-1元，在六轴差速装置中，第Ⅱ元的内齿轮的齿数是第Ⅱ元的第一太阳轮齿数的两倍，第Ⅲ元的内齿轮的齿数是第Ⅲ元的第一太阳轮齿数的三倍，第Ⅳ元的内齿轮的齿数是第Ⅳ元的第一太阳轮齿数的四倍，第Ⅴ元内齿轮5-02的齿数是第Ⅴ元第一太阳轮5-01的齿数的五倍；所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元的第二太阳轮、第Ⅲ元的第二太阳轮、第Ⅳ元的第二太阳轮和第Ⅴ元第三太阳轮5-09的齿数均相等；第Ⅴ元行星架5-04与第Ⅴ元第二太阳轮5-03固连，本六轴差速装置通过基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元的第二太阳轮、第Ⅳ元的第二太阳轮、第Ⅴ元第二太阳轮5-03和第Ⅴ元第三太阳轮5-09与外部联系；当正向差速传动时，单动力源驱动第Ⅴ元第二太阳轮5-03，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终动力从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元的第二太阳轮、第Ⅳ元的第二太阳轮、第Ⅴ元第三太阳轮5-09输出，并且基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元的第二太阳轮、第Ⅳ元的第二太阳轮、第Ⅴ元第三太阳轮5-09的转速可随外部约束的不同而不同，但六个分输出转速之和与主输入转速存在确定的关系，六个分输出力矩相等；当逆向耦合传动时，六路随机转速分别从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第Ⅱ元第二太阳轮2-03、第Ⅲ元的第二太阳轮、第Ⅳ元的第二太阳轮、第Ⅴ元第三太阳轮5-09输入，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终耦合成单个运动从第Ⅴ元第二太阳轮5-03输出，并且各分输入力矩进行合成。
现有的三轴差速装置结构都比较复杂，本多轴差速装置，特别的，当N等于3时，为三轴差速装置，如图6所示，它包括基元Ⅰ和第N-1元，所述基元Ⅰ和第N-1元的结构与多轴差速装置中的基元Ⅰ和第N-1元的结构均相同，在此不再赘述，两个单元的主回转中心均同轴设置，基元Ⅰ横轴与第N-1元内齿轮固连，所述第N-1元内齿轮的齿数是第N-1元第一太阳轮的齿数的N-1倍，基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A和所述第N-1元第三太阳轮的齿数均相等，本三轴差速装置通过基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A、第N-1元第二太阳轮和第N-1元第三太阳轮与外部联系；当正向差速传动时，单动力源驱动第N-1元第二太阳轮，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终动力从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A和第N-1元第三太阳轮输出，并且基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A和第N-1元第三太阳轮的转速可随外部约束的不同而不同，但三个分输出转速之和与主输入转速存在确定的关系，三个分输出力矩相等；当逆向耦合传动时，三路随机转速分别从基元Ⅰ第一直齿太阳轮1-01A、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A和第N-1元第三太阳轮输入，输入动力在各个单元之间传递与转换，最终耦合成单个运动从第N-1元第二太阳轮输出，并且各分输入力矩进行合成。本三轴差速装置，结构更加简单紧凑，且能够实现单个主运动与三个分运动之间的双向自适应转换。
一种多轴差速装置中：
a)转速关系：令ω表示对应构件的转速，则有
ω1-01A+ω1-02A+ω2-03+ω3-03+...+ω(N-2)-03+ω(N-1)-09＝N·ω(N-1)-03
b)力矩关系：忽略各单元效率η的影响，即令ηj(j＝1,2,3,...,N-1)＝1，其中N≥4，N为正整数，则有
Figure BDA0002085321140000131
通过上述公式可以看出：1)该装置分速度的自适应关系；2)该装置正向差速传动时N个分力矩相等，且输出力矩对输入力矩的增益可由单元个数改变。
本发明的多轴差速装置，既可以构建差速数目为3的差速装置，又可以构建差速数目为大于等于4的正整数的差速装置，该多轴差速装置填补了四轴及以上差速装置的空白；多轴差速装置可通过自身的机械结构在复杂以及不确定环境下实现单个主运动与N个分运动之间的双向自适应转换；并且，多轴差速装置易于实现、通用性强，所构建的多轴差速装置构型简单、结构紧凑、加工方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴差速装置，其特征在于：包括依次串联的基元Ⅰ、第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元和第N-1元，所述N为大于或等于4的正整数，所有单元的主回转中心均同轴设置；
所述的基元Ⅰ包括基元Ⅰ第一直齿太阳轮(1-01A)、基元Ⅰ第二直齿太阳轮1-02A和基元Ⅰ横轴(1-05)，所述基元Ⅰ横轴(1-05)为基元Ⅰ的主回转轴，所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮(1-01A)和基元Ⅰ第二直齿太阳轮(1-02A)套设在基元Ⅰ横轴(1-05)上且绕基元Ⅰ横轴(1-05)转动；
所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、……、第N-2元的结构均相同，均包括第一太阳轮、内齿轮、第二太阳轮、行星架、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮和单元转轴，所述单元转轴为对应单元的主回转轴，所述内齿轮与对应的单元转轴同轴并绕对应的单元转轴转动，所述第一太阳轮和第二太阳轮均与对应的单元转轴同轴并固连，所述第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮在行星架上沿圆周均布且可相对行星架转动，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮的回转轴相互平行且平行于对应元的单元转轴，所述第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮绕各自的单元转轴既有公转又有自转；所述行星架绕单元转轴转动，所述内齿轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合，所述第一太阳轮与第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮均啮合；
所述的第N-1元包括第N-1元第一太阳轮((N-1)-01)、第N-1元内齿轮((N-1)-02)、第N-1元第二太阳轮((N-1)-03)、第N-1元行星架((N-1)-04)、第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)、第N-1元第三行星轮((N-1)-07)、第N-1元单元转轴((N-1)-08)和第N-1元第三太阳轮((N-1)-09)，所述的第N-1元单元转轴((N-1)-08)为第(N-1)元的主回转轴，所述第N-1元内齿轮((N-1)-02)、第N-1元第二太阳轮((N-1)-03)均与第N-1元单元转轴((N-1)-08)同轴并绕第N-1元单元转轴((N-1)-08)转动，所述第N-1元第一太阳轮((N-1)-01)和第N-1元第三太阳轮((N-1)-09)均与第N-1元单元转轴((N-1)-08)同轴并固连；所述第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)和第N-1元第三行星轮((N-1)-07)在第N-1元行星架((N-1)-04)上沿圆周均布且可相对第N-1元行星架((N-1)-04)转动，第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)和第N-1元第三行星轮((N-1)-07)的回转轴相互平行且平行于第N-1元单元转轴((N-1)-08)，所述的第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)和第N-1元第三行星轮((N-1)-07)绕第N-1元单元转轴((N-1)-08)既有公转又有自转，所述第N-1元行星架((N-1)-04)绕第N-1元单元转轴((N-1)-08)转动，所述第N-1元内齿轮((N-1)-02)与第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)和第N-1元第三行星轮((N-1)-07)均啮合，所述第N-1元第一太阳轮((N-1)-01)与第N-1元第一行星轮((N-1)-05)、第N-1元第二行星轮((N-1)-06)、第N-1元第三行星轮((N-1)-07)均啮合；
所述的基元Ⅰ横轴(1-05)与第Ⅱ元的内齿轮固连，所述的第Ⅱ元、第Ⅲ元、...、第N-2元、第N-1元之间的连接方式均相同，均为相邻两个单元中，前一个单元中的行星架与后一个单元中的内齿轮固连。
2.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述基元Ⅰ还包括基元Ⅰ第一锥齿太阳轮(1-01B)、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮(1-02B)、基元Ⅰ第一锥齿行星轮(1-03)、基元Ⅰ第二锥齿行星轮(1-04)和基元Ⅰ竖轴(1-06)，基元Ⅰ第一锥齿太阳轮(1-01B)和基元Ⅰ第二锥齿太阳轮(1-02B)均与基元Ⅰ横轴(1-05)同轴且绕基元Ⅰ横轴(1-05)转动，所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮(1-03)与基元Ⅰ第二锥齿行星轮(1-04)分别对称装配在基元竖轴(1-06)的两端且绕基元Ⅰ竖轴(1-06)自转以及绕基元Ⅰ横轴(1-05)公转，所述基元Ⅰ竖轴(1-06)与基元Ⅰ横轴(1-05)垂直相交并固连，所述基元Ⅰ第一锥齿行星轮(1-03)、基元Ⅰ第二锥齿行星轮(1-04)分别与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮(1-01B)、基元Ⅰ第二锥齿太阳轮(1-02B)啮合。
3.根据权利要求2所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮(1-01A)与基元Ⅰ第一锥齿太阳轮(1-01B)固连，所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮(1-02A)与基元Ⅰ第二锥齿太阳轮(1-02B)固连。
4.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述第N-1元行星架((N-1)-04)与第N-1元第二太阳轮((N-1)-03)固连。
5.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述基元Ⅰ第一直齿太阳轮(1-01A)、所述基元Ⅰ第二直齿太阳轮(1-02A)、第Ⅱ元的第二太阳轮、第Ⅲ元的第二太阳轮、...、第N-2元的第二太阳轮及所述第N-1元第三太阳轮((N-1)-09)的齿数均相等。
6.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：第Ⅱ元的内齿轮齿数是第Ⅱ元的第一太阳轮齿数的两倍，第Ⅲ元的内齿轮齿数是第Ⅲ元的第一太阳轮齿数的三倍，……，所述第N-1元内齿轮((N-1)-02)的齿数是第N-1元第一太阳轮((N-1)-01)的齿数的N-1倍。
7.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述基元Ⅰ横轴(1-05)、第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴((N-1)-08)均同轴设置。
8.根据权利要求7所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述第Ⅱ元的单元转轴为实心轴，所述第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和所述第N-1元单元转轴((N-1)-08)均为空心轴，所述第Ⅱ元的单元转轴、第Ⅲ元的单元转轴、...、第N-2元的单元转轴和第N-1元单元转轴((N-1)-08)之间逐级套设。
9.根据权利要求1所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述第Ⅲ元设置在第Ⅱ元的行星架与第Ⅱ元的第二太阳轮之间，……，所述第N-1元设置在第N-2元的行星架与第N-2元的第二太阳轮之间。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种多轴差速装置，其特征在于：所述第Ⅱ元与基元Ⅰ横轴(1-05)的端部固定连接。
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