CN1541170A - 车辆的转向驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种转向驱动装置将相应的左、右轨道齿轮驱动装置(20，22)放入在发动机/变速箱(10，12)和车辆每侧的相应推进轴之间的车辆驱动链中。轨道驱动单元仅包括通过至少一个轨道多联齿轮(60，61)互连的输入齿轮(54)和输出齿轮(58)，所述多联齿轮支撑在转动的壳体上，且仅与输入和输出齿轮啮合。所述轨道单元这样设计，即(a)当阻止壳体(64)的转动时，驱动扭矩以实际上接近1∶1的选定速度比传递，(b)当转向扭矩导致壳体转动时，转向扭矩同时增加，与轨道单元相等且方向相反，致使车辆一侧的驱动装置以相同的速度减速。所述转向驱动装置适用于履带车辆、船和飞机的驱动链中。

Description

车辆的转向驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于履带车辆(即，使用环形履带而不是轮胎覆盖的转向轮接触驱动它们时所在的地面的车辆，例如拖拉机、坦克、推土机等)或船和飞机的简化的转向系统，尤其涉及一种允许车辆在任何时间通过传统的转向执行机构转向，而无需使用转向轮或方向舵的简化的转向系统。

背景技术

目前，急需一种适用于公路和在冰雪覆盖的、非常不平坦的或泥泞的地面上越野使用的履带式车辆。对于这种车辆的需求在自然事故(雪和风暴、洪水等)后非常迫切，目前在发展中国家尤其需要。令人遗憾的是，几乎所有目前可用的汽车车辆在实际工作时都需要基础设施(铺设公路、桥梁等)，而发展中国家距离这些普通车辆必须的基础设施还有几十年的差距。而且，目前使用的唯一载重越野车具有非常大的轮子，或非常笨重的履带，它们笨重、移动缓慢，破坏未铺筑的道路，并且不适于在铺设的公路上使用。虽然较小的全地形车辆已经在市场上可买到，但这些车辆不能运载用于正常的多位乘客或生产运输的足够载荷，且它们的驱动轮不仅会损坏未铺设的地面，而且还容易陷入粘稠的泥浆或冰雪中。

我们早期的发明(例如，美国专利US4776235，V.E.Gleasman等)可以使用单个转向轮以与其他公路车辆转向相同的方式使履带车辆转向。在这些早期的转向驱动装置(例如，参见美国专利US4895052，V.E.Gleasman等)中，一对标准的差动装置或一对标准的减速齿轮驱动装置互连，作为液—(或电—)机系统的一部分，加入到在车辆变速箱和履带驱动轴之间的车辆驱动链中。这些转向驱动装置对供应到车辆的每一相应履带上的驱动扭矩上增加或减去转向扭矩，因此使所述车辆可以使用普通的转向轮转向，而不需要对任一履带进行任何同时锁定或制动。

虽然上述现有技术的系统可以满意地操作，但是它们较大，且机械上很复杂。因为这些转向驱动系统不代替汽车车辆必须的普通发动机和变速箱，所以它们需要额外的空间并增加重量。因此，商业上希望减小转向驱动装置的尺寸和重量。这种尺寸和重量的减小主要受到将来自发动机的车辆驱动扭矩经变速箱传递到履带所需的材料的尺寸和强度的限制。

通过位于整个车辆驱动链的多个元件传递的最大扭矩，是由发动机的输出、以及由于在整个驱动链上实现的各种齿轮比减速造成的发动机输出的机械增益确定的。例如，如果驱动链包括将给定的转动输入轴的速度以2∶1的比值减小的机械减速单元，那么导致产生使传递的扭矩有效加倍的机械增益，因此与以更高的速度正常转动的其他类似的驱动链元件相比，需要所述减速单元的元件具有两倍的强度。

从这一点上，标准的行星齿轮驱动装置(例如，上述现有专利中示出的几种不同装置)提供了有限的减速输出范围[注意：“标准的行星齿轮驱动装置”包括恒星齿轮、外围的环形齿轮，和与恒星齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮，所述行星齿轮由支架的臂支撑。这种行星齿轮驱动装置可以不同的方式使用，提供多种正、负减速，即，输入可以转动任一部件(恒星齿轮、环形齿轮或支架)，而输出可以从其他任一个部件上引出。然而，对于组合转向和驱动扭矩的实际应用来说，输入是通过恒星齿轮接收的]。根据汽车教科书，使用恒星齿轮输入，标准的行星齿轮驱动装置在实际应用中都限于产生范围在2.5∶1～5∶1的减速输出。即，这种行星齿轮驱动装置的元件必须足够大，以支撑由于内在齿轮减速导致的2.5～5倍的扭矩增加。因此，这些现有技术的行星齿轮驱动装置必须包括比提供更低减速的部件所需强度更高的元件(更大且更重)。

本发明是在试图研制一种早期转向系统的另一个更轻更紧凑的变体时，在新型的转向驱动车辆的测试过程中想到的。虽然本发明使用了相同的组合转向和驱动扭矩的转向驱动基本概念，但它使用已知的、相对简单的齿轮装置替换了现有技术的转向驱动装置的主要元件，在这种新的组合中，产生了一种新的转向驱动装置，不仅更紧凑而且重量更轻，而且，令人惊异的是，在机械上更简单，且降低了成本。而且，这种更简单、更轻且更紧凑的转向驱动装置也适用于非汽车车辆，即，船和飞机。

发明内容

在其主要应用中，这种转向驱动装置设计为用于履带车辆，不仅可用于越野操作，还可以专门用于在经过铺设的路面上以一般的公路速度驱动。如同在汽车界已知的那样，大多数以公路速度驱动的标准车辆，以相对于车辆发动机总减速比约为4～5∶1转动直接驱动车辆轮胎的轴。本发明的一个主要目的是实现这种正常的、接近实际的、直接驱动车辆履带或推进器的驱动轴的总减速比的大部分。即，本发明的转向驱动装置试图并优选设计为提供如同实际的接近1∶1的速度比(在所述转向驱动装置的输入，即所述车辆变速箱的输出，和转向驱动装置本身的输出之间)，而实际上达不到1∶1。

现有技术的转向驱动装置使用成对的标准差动装置或成对的标准齿轮减速驱动装置，后者位于车辆驱动轴附近。在此公开的转向驱动装置既没有使用标准的差动装置组合，也没有使用标准的齿轮减速驱动装置组合。替代地，通过相应的左、右轨道齿轮驱动装置实现了所需的驱动和转向扭矩组合。[注意：轨道齿轮装置(有时称作“反向行星齿轮链”)是公知的，例如参见V.E.Gleasman等的美国专利US5186692，名称为“水力机械的轨道传动”]。

在此公开的转向驱动单元的轨道齿轮部分形式上非常简单，仅包括输入齿轮和输出齿轮，它们通过至少一个轨道多联齿轮互连。如同本发明使用的，这些轨道齿轮装置优选设计为以选定的如同实际接近1∶1的速度比传递驱动扭矩，且在任何情况下，所述比值都低于现有技术的转向驱动装置中所示的标准齿轮减速驱动装置实际达到的比值[注意，当用于转向驱动的目的时，轨道齿轮驱动装置必须以高于或低于1∶1的比值运行。下面将更详细地论述决定这种齿轮比选择的实际考虑因素，所公开的优选轨道驱动单元是这样设计的，即当转向扭矩的增加和减小可以忽略不计时，驱动扭矩通过每一单元以1∶1.36的比传递]。

每个轨道单元具有输入齿轮和输出齿轮，沿同一第一轴排列，且通过至少一个轨道多联齿轮互连，所述多联齿轮用于在与所述第一轴平行放置的轨道轴上转动。所述轨道轴支撑在也绕所述第一轴转动的壳体上。当阻止所述壳体的转动时，输入齿轮的转动驱动所述多联齿轮，此后，使所述输出齿轮转动(例如，以1∶1.36的速度比)。然而，支撑轨道轴的壳体的转动导致所述多联齿轮绕所述输入和输出齿轮运动；即使所述输入齿轮的转速保持稳定，多联齿轮的这种轨道运动导致所述输出齿轮的速度变化。因此，所述壳体沿一个方向的转动导致所述输出齿轮速度增加，而所述壳体沿相反方向的转动导致所述输出齿轮速度降低。

转向控制是通过使用简单的机械装置控制每个轨道单元的壳体的转动实现的。即，每个轨道单元壳体的转动是由转向驱动马达控制的，该马达响应于车辆转向执行机构的操作，其中转向执行机构运动的方向和距离转化成转向驱动马达方向和速度的相应变化。由转向马达产生的转向扭矩通过相应的转动连接器传递到所述轨道单元的外壳上，例如，与分别固定于壳体上的涡轮相连的蜗杆。这种转向扭矩沿相反的方向同时施加于左、右轨道单元上；且所述转向扭矩叠加在传递于每个轨道单元的输入和输出齿轮之间的任何驱动扭矩上。即，以这种简单的方式，驱动和转向扭矩瞬间组合在每个轨道单元上。因为这种转向扭矩同时施加，所以导致位于车辆一侧的推进元件(例如，履带，推进器，喷射器)加速，而位于车辆另一侧的推进元件的以同样的速度减速；这种履带(推进器，喷射器)相互之间的速度变化导致车辆向较慢移动的推进元件的方向转弯。

[注意：因为驱动轴的rpm决定了车辆在任一给定时刻的运动速度和方向，而且因为所述rpm是由所携带的载荷和传递的扭矩决定的，因此术语“驱动扭矩”和“转向扭矩”在此(以及现有技术中)可以与“驱动rpm”和“转向rpm”互换使用，每个词都指在当时条件下驱动并使所述车辆转向所需的运动变化。]当车辆的发动机工作，但未向两轨道单元的输入齿轮传递驱动rpm时，仍可以通过转向驱动马达向所述轨道单元的壳体传递转向rpm。当车辆的刹车(如果有的话)未啮合时进行这种传递，车辆将会绕其中心原地转弯。即，例如在履带车辆的情况下，转向驱动马达的运行将会使履带同时以同样的速度向相反的方向移动。因为两个履带都在移动，所以无需拖曳任何一条履带就能完成原地转弯，且因此对车辆所在的地面影响最小。

在所公开的优选的履带车辆实施例中，每条履带都是由相应的前和后驱动轴驱动；并且，为了避免每一驱动履带前后之间出现的不需要的“缠绕”，由每一轨道转向驱动单元的相应输出齿轮传递的驱动和转向组合扭矩与相应的左、右侧的扭矩配比差动装置连接，然后，该差动装置将所述组合的驱动和转向扭矩在每一履带的前、后驱动轴之间差动地分配和传递。虽然这种公知的扭矩配比差动装置用于现有的转向驱动装置，但应当指出的是，利用本发明优选的转向驱动装置实施例(用于使减速最小)，这些已知差动装置的尺寸可以减小。

除了具有更少且成本更低廉的零部件，且除了提供更简单的组合转向和驱动扭矩的方式之外，本发明的轨道转向驱动单元比现有技术具有另一重要的优点。设计改变很容易，因为齿轮速度比可以在整个很宽的实际范围(例如，1∶1至13∶1)上进行选择；以及在整个扩展范围上选择，所以本发明的轨道驱动单元的物理尺寸(例如，测量的外径)小于用于所选择的任何特定速度比的标准减速齿轮驱动装置的尺寸。然而，考虑到本发明的所述目标是在用于履带车辆时限制转向驱动系统的尺寸和重量，推荐选择齿轮比等于或小于3∶1。

因此，我们的轨道转向驱动装置的部件(以及用于为履带车辆设计的实施例中的相应扭矩配比差动装置的部件)可以更小、更轻、更紧凑；且发动机和每一车辆推进元件之间所需的几乎全部的减速都可以在所述轨道驱动单元的输出轴和推进元件之间实现，或者在履带车辆的情况下，在每一扭矩配比差动装置和每一相应履带的前、后驱动轴之间实现。例如，所述转向驱动装置设计为用于公路速度使用的履带车辆的情况下，在每一差动装置和每一履带的驱动轴之间的最终连接包括所选择的另一减速，即当变速箱在与车辆发动机的传动比为1∶1下运行时，总减速比约4-5∶1。

附图

图1是与履带车辆的一部分组织在一起的主要的转向驱动部件的组合框图和示意图。

图2是图1所示本发明的轨道驱动单元的放大的局部剖视图。

图3是在图1的框图中示出的本发明的差动装置之一的放大的局部剖视图，包括连接于差动装置的两个输出端的驱动链轮。

图4是与船的驱动单元装在一起的主要的转向驱动部件的组合框图和示意图，左(舷)侧推进元件示为推进器，而右(右舷)侧推进元件示为流体喷射装置。

图5是与飞机的一部分组织在一起的主要的转向驱动部件的组合框图和示意图，左(舷)和右(舷)推进元件示为推进器。

详细描述

在图1所示的框图和示意图中，本发明的转向驱动装置与履带车辆的主要元件一起示出，所述车辆由左履带L和右履带R支撑并驱动。在优选实施例中，履带L和R主要由橡胶或其他弹性体材料制成；且由本发明的转向驱动系统通过与轮胎T₁、T₂、T₃和T₄的摩擦接触驱动，所述轮胎如图所示被绕在每条履带的前部和后部。

车辆发动机10和变速箱12通过主驱动轴14和伞齿轮15、16将驱动扭矩传递到沿中心轴19对齐的中心推进轴18上。中心推进轴18将驱动扭矩输入在相应的左、右轨道单元20和22之间分配。转向马达24(液力或电力)响应所述车辆的转向执行机构26的操作，驱动相应的左、右组转动连接器。即，转向马达24驱动左侧的蜗杆28，因此将转向扭矩从左侧的蜗轮30传递到左轨道单元20；链驱动装置32直接将左侧的蜗杆28连接到右侧的蜗轮34上，因此，将转向扭矩从转向马达24通过右侧的蜗轮36传递到右轨道单元22[注意：本领域的技术人员可以理解(并如上述引用的现有技术的转向驱动专利所述)，用于转向马达26的动力优选来源于发动机10上包括的动力输出装置]。

当左、右侧的蜗杆/蜗轮组28/30，34/36尺寸、螺距和齿数比都相同时，所述组的齿具有相反的螺旋角。即，当蜗杆34与蜗杆28一直以相同的速度沿相同的方向转动时，所述齿的相反旋向使蜗轮36沿与蜗轮30相反的方向转动。

左、右轨道装置20，22分别具有相应的输出轴40、41，将组合的驱动和转向扭矩(将在下文中详细描述)传递到相应的左、右差动装置42，44上。所述驱动和转向扭矩，如上所述，被分配到相应左、右轨道装置上，并通过差动装置42、44在相应的前、后驱动链轮之间分配。即，后驱动链轮46、48向后驱动轴50、51传递扭矩，前驱动链轮47、49向前驱动轴52、53传递扭矩。因此每条履带L、R由独立的驱动和转向扭矩组合驱动，且此外，通过每条履带的前、后驱动轴之间的扭矩差动分配，避免了每条履带L、R的前、后之间的卷绕。

现在将描述在图2中放大且详细示出的左轨道单元20和右轨道单元22，其中重点放在在更高的速度下简化转向控制和扭矩传动，从而与前面讨论的现有技术相比，减小这些转向驱动单元的尺寸和重量的特征。

如上述，沿中心轴19排列的中心推进轴18固定在伞齿轮16上，且与主驱动轴14和伞齿轮15一起转动。中心轴18还固定在轨道单元20、22的输入齿轮54、55上。

因为单元20和22基本上相同，所以仅详细描述单元20。

固定在左输出轴40上的输出齿轮58与输入齿轮54同轴安装在中心轴19上。输入齿轮54和输出齿轮58通过两组多联齿轮60/61的啮合齿互连，每一多联齿轮绕与中心轴19平行的轨道轴62转动。(尽管仅示出了两组多联齿轮，本领域的技术人员应当理解还可以使用三到四组多联齿轮)。每根轨道轴62由壳体64保持位置并随之移动，所述壳体也绕中心轴19转动。因此，壳体64的任何运动都会导致多联齿轮60/61在输入和输出齿轮54，58的周围作轨道运动。

然而，当阻止壳体64运动时，多联齿轮60/61并不轨道运动，且按照所述匹配齿轮对的齿数确定的传动比将输入齿轮54的转动传递到输出齿轮58，即，输入齿轮54与多联齿轮60匹配，多联齿轮61与输出齿轮58匹配。

如上所述，通过使齿轮减速比的增长最小化、从而减小伴随机械增益增加产生的扭矩负载增加，可以在整个车辆的驱动链上显著减小尺寸和重量。因此，在本发明的优选实施例中，伞齿轮15、16使用了接近1∶1的传动比，使传递到左、右轨道单元20、22的扭矩载荷稍高于或低于主驱动装置14的载荷。在另一将描述的优选实施例中，伞齿轮15、16设计为提供稍稍不足的驱动，即，1.36∶1，原因将在下文中解释。

类似地，在每一轨道单元20、22中的齿轮比也保持稍高于或低于1∶1，优选为在转向马达24(仅在图1中示出)的所需尺寸和速度的限制下，尽可能靠近1∶1，将在下文中论述。对于优选实施例，选择下述齿数比：

                 齿轮                     齿数

                 输入齿轮54               28

                 多联齿轮60               24

                 多联齿轮61               28

                 输出齿轮58               24

当阻止壳体64转动时，这种齿数组合将驱动扭矩从中心推进轴18以1∶1.36的传动比传递到每根输出轴40、41。应当注意的是，这一速度增加抵消了由伞齿轮15、16带来的稍稍驱动不足，因此以与主驱动轴14以1∶1的速度传递由输出轴40、41形成的驱动扭矩输出。

如上述，蜗轮30形式的转动联接器固定在壳体64上，且蜗轮30通过相应的匹配蜗杆28转动，蜗杆28由转向马达24响应转向执行机构(轮)26的操作(马达24和转向轮26仅在图1中示出)而驱动。当转向轮26转向中心线位置的右侧时，转向马达24沿第一方向转动，转动速度直接随转向轮26移动的距离(即，弧长)而变；当转向轮26转向中心线位置的左侧时，转向马达24沿相反方向转动，转动速度直接随转向轮26移动的弧长而变。

转向马达24的这种转动通过链驱动装置32(图1)驱动蜗杆28和蜗杆34。因为蜗杆28和34具有相反的螺旋角，转向马达24的转动使蜗轮30、36以同样的速度沿相反的方向转动。因此，当转向轮26向右转时，转向马达24的转动使蜗轮30和轨道单元20的壳体64沿使输出齿轮58和轴40加速的方向转动，并且同时使蜗轮36和轨道单元22的壳体沿相反的方向转动，使输出轴41的速度减小同样的量。当将这些速度变化传递到履带L、R时，致使所述车辆向右转。

转向扭矩的转动通过“轨道比”从输出轴40、41的转动增加或减下，其中“轨道比”是由轨道单元的齿轮齿数决定的。所述轨道比确定了当阻止输入齿轮54的转动时(即，没有从主驱动轴14传来的驱动扭矩)，响应壳体64的一条轨道的输出齿轮58转动圈数。使用上表示出的齿轮传动装置，所述轨道比为2.77∶1。即，根据驱动方向，壳体64的每周转动在输出齿轮58上增加或减小0.36圈。

如上所述，尽管需要将所述转向驱动装置的齿轮减速比向1∶1减小，但实际因素决定了这种减速比的选择。这些多种实际考虑因素的确定是折衷以下因素的结果：(i)产生所述转向扭矩需要的转向马达的尺寸；(ii)在车辆的所有预期操作中，确保适当的转向控制所需的蜗杆/蜗轮组合(蜗轮的直径、蜗杆螺距数等)；(iii)车辆运行所需的各种扭矩。

例如，假定当经历非常高的摩擦系数(即当车辆继续保持原来的满载状态，既不向前移动也不向后移动时)时，所述转向驱动装置必须能够使车辆原地转弯。虽然需要相当大的转向扭矩(推进车辆所需扭矩的60％的数倍)，但可以通过较小的马达24，以及经蜗杆/蜗轮28/30，34/36的适当组合和轨道单元20、22的轨道比提供的非常高的机械增益(例如，在转向马达24和输出轴40之间非常高的减速比60∶1)来提供这种相当大的转向扭矩。

然而，在这种非常高的减速比(例如，60∶1)下，当所述车辆以公路速度行驶时，为了增加或减小适当转向调整所需的转速，所述转向马达需要非常快的反应时间，并以非常高的速度运转。并且，除了原地转弯和高速公路运行之外，车辆运行所需的其他技术参数，例如，转弯周期，也会受到为转向控制选择非常高的减速比的不利影响。

因此，在实际操作中，减速比的选择应折衷考虑，即能够为所有预期的车辆功能提供适当的转向控制。在示出的优选转向驱动装置中，除了转向驱动扭矩比1.36∶1(在输入齿轮54和输出齿轮58之间，如上所述)外，蜗杆28和蜗轮30之间的减速比约为15∶1是结合上述的轨道比2.77∶1选择的，以提供在转向马达24的输出轴和输出齿轮58之间的总减速比为41.5∶1。这些选择的减速比与液力转向马达24组合，当由车辆的轻型柴油发动机10操作时该马达能够获得的最大速度接近2800rpm，从而可以在混凝土上实现原地转弯，还可以公路速度快速响应转向，并还可以保证商业上具有竞争性的转弯周期，即，履带车辆可以6转/分钟的速度原地转弯，且在正常操作中，当以11.2公里(7英里)/小时的速度行驶时，在半径10.5米(35英尺)的圆中转弯的能力。

应当理解上述比仅是示例性的，可以改变，同时仍可以获得优选的配置，在这种配置中变速箱的输出和所述轨道单元的输出之间的总比值保持接近1∶1。例如，在另一可能配置中，选择下述齿数比：

                 齿轮                  齿数

                 输入齿轮54            24

                 多联齿轮60            28

                 多联齿轮61            24

                 输出齿轮58            28

这种组合为所述轨道单元提供了稍稍减小的速度比，即1∶0.74。为了补偿这种减小，可以选择伞齿轮15和16，以提供约0.74∶1的稍稍速度增加，保持所述转向驱动装置的所需的接近1∶1的总速度比。

如上所述，在本发明的用于履带车辆的优选实施例中，使用扭矩配比差动装置，避免履带“卷绕”。虽然本发明还可以使用其他不同类型的已知扭矩配比差动装置，但下述内容中示出并粗略描述了包括公知类型的全齿轮、“交叉轴”和扭矩配比差动装置的本发明(例如，用于四轮驱动车辆的中心箱中的Torsen差动装置)[在美国专利US2859641(Gleasman)中详细示出并描述了交叉轴差动装置的设计]。

现在参照图3中示出的左差动装置42的放大视图。如上面关于图1的描述所述，在左轨道单元20上组合的驱动和转向扭矩通过左输出轴40传递到左差动装置42[注意：仅限于差动装置42和链驱动链轮46、47的下述描述同样也涉及右差动装置44和右链驱动链轮48、49，后者与前者具有镜像类似关系]。

差动装置42优选是上述已知类型的全齿轮扭矩配比差动装置。差动装置42具有壳体70，该壳体与与输出轴40键连接，并与输出轴40一起围绕中心轴19转动。分别连接于空心轴76和实心轴78上的两个侧齿轮72、74也绕中心轴19转动。

虽然仅在图3中示意地示出，但差动装置42包括众所周知的复合行星齿轮装置，其中轴76、78被支撑以便沿相反方向相对转动(即差动)，使所述轴以不同的速度驱动。侧齿轮72、74用作恒星齿轮，并且通过一对由壳体70支撑的联合齿轮80、81互连，以便绕中心轴19作轨道运动。联合齿轮80、81以成组的啮合对(只示出了一个)排布，等距离地绕中心轴19沿圆周间隔。每个联合齿轮80、81具有相应的蜗轮中部，该蜗轮中部与所述侧齿轮72、74之一的螺旋蜗杆的齿啮合，而每一组联合齿轮通过外端的正齿轮齿(未示出)互相啮合。

空心轴76与左后链轮46键连接，通过驱动轴50和轮胎T₂(参见图1)驱动履带L的后部，而实心轴78与左前链轮47键连接，通过驱动轴52和轮胎T₁(参见图1)驱动履带L的前部。差动装置42使履带L的前、后之间不需要的“卷绕”最小化，其中该差动装置42按比例在轴76、78之间分配扭矩，确保较大的扭矩到达较慢移动的轴上。

如前所述，当用于设计为在经过铺设的公路上高速行驶，以及用于越野地形的履带车辆时，在车辆的传动输出(主驱动轴14)设定为其最高速度时，需要发动机和履带之间的总齿轮减速比保持在4-5∶1。因此(再次参照图1)，由于最高速度传动比经常使用稍稍超速的驱动(即，低于1∶1)，且由于上述转向驱动装置并没有加剧任何进一步的降低，所以必须在输出轴40、41和履带L、R之间提供进一步的减速。这是通过相对于链轮50、51、52和53增加链驱动链轮84、85、86、87的直径实现的。在示出的优选配置中，这种建议的进一步减速为约4.6∶1。

而且，引起注意的是在本发明的整套转向驱动部件上较小的减速(例如，1.36∶1±转向扭矩)，可以使尺寸和重量明显减小，使转向驱动部件更紧凑，更易于集成到现有的驱动链中。而且，本发明的转向驱动装置使转向和驱动扭矩的组合更简单，且更容易组装，制造更低廉。本发明的这些刚列出的优点还使这种新颖的转向驱动装置适用于船和飞机。

参照图4，船100装备有发动机110和变速箱112，该变速箱为转向驱动装置114提供驱动rpm，转向驱动装置114包括相应的左、右轨道单元120、122。转向驱动装置114基本上与上文中参照图1和图2详细描述的转向驱动装置相同。即，除了上述驱动rpm外，转向驱动装置114还从转向马达124接收转向rpm，所述转向rpm的方向和速度由转向马达124直接响应于由船驾驶员施加在船的转向执行机构126上的运动方向和距离而产生。

如上所述，所述轨道单元120、122的输出是传递到转向驱动装置114上的驱动rpm分别加上或减去上述转向rpm的组合。所述轨道单元120、122的输出分别传递到左舷(左侧)驱动单元132和右舷驱动单元136上，这些驱动单元分别操作相应的左舷和右舷推进元件134、138。

在这种非常简化的示意图中，左舷推进元件134示为推进器，右舷推进元件138示为流体喷射装置[注意：当然，应当理解，在实际中，左舷和右舷推进元件可以同为推进器或流体喷射装置，并且对于船100上的两个元件的描述仅仅是为了说明在这个实施例中，本发明的转向驱动装置可以与任一类型的推进元件组合使用]。

当船100处于运转和航行状态响应通过变速箱112传递到转向驱动装置114上的驱动扭矩时，转向执行机构126的转动将产生转向扭矩，该转向扭矩将增加或减小传递到左、右舷推进元件134、138上的驱动扭矩；结果，当船100在水中前进时，它将沿转向执行机构126转动的方向转弯，转弯的角度和锐度直接响应于执行机构126移动的速度和角距离。船100的这种转向可以使用或不用普通舵的帮助实现。

而且，重要的是，尽管船100仅有一个发动机110，也实现了推进单元134、138的方向和动力的上述同时变化。

下面参照图5的示意图，飞机200装备有发动机210和减速装置212，该减速装置为转向驱动装置214提供驱动扭矩，转向驱动装置214包括相应的左、右轨道单元220、222。转向驱动装置214基本上与上文中参照图1、2和4详细描述的转向驱动装置相同。即，除了上述驱动扭矩外，转向驱动装置214还从转向马达224接收转向扭矩，所述转向扭矩的方向和速度由转向马达224直接响应于由飞机驾驶员施加在飞机的转向执行机构226上的运动方向和距离而产生。

如上所述，所述轨道单元220、222的输出是传递到转向驱动装置214上的驱动扭矩分别加上或减去上述转向扭矩的组合。所述轨道单元220、222的输出分别传递到左舷(左侧)驱动单元232和右舷驱动单元236上，这些驱动单元分别操作相应的左舷和右舷推进元件234、238。

当飞机200处于运转和航行状态时，响应于传递到转向驱动装置214上的驱动扭矩，转向执行机构226的转动将产生转向扭矩，该转向扭矩将增加或减小传递到左、右舷推进元件234、238上的驱动扭矩；结果，当飞机200在空中前进时，它将沿转向执行机构226转动的方向转弯，转弯的角度和锐度直接响应于执行机构226移动的速度和角距离。飞机200的这种转向可以使用或不用普通舵的帮助实现。然而，擅长飞机操作的人应当理解，正确的控制还需要使用飞机副翼。

而且，重要的是，尽管飞机200仅有一个发动机210，也实现了推进单元234、238的方向和动力的上述同时变化。

当普通驱动的飞机和船没有处于航行状态或飞行状态时，改变它们的位置是非常困难的；本发明的另一个重要特征是当推进器用作推进元件时，能够使飞机或船原地转弯。因此，尽管下述解释参照图4和5，但假定(a)轮船100的驱动单元132、136操作一对类似的推进器134，(b)飞机200的驱动单元232、236操作一对类似的推进器234。

再次参照图4，在船100处于运转状态但没有航行、并且没有通过变速箱112将驱动扭矩传递到转向驱动装置114上时，转向执行机构126的转向将导致左、右舷驱动单元132、136产生相等但方向相反的转向扭矩，因此，将导致与每个驱动单元相应的推进器134沿相反的方向转动，使船100沿转向执行机构126转动的方向在水中原地转弯。不使用普通舵就可以实现这种原地转弯。

类似地，在飞机200处于运转状态(参照图5)但没有在空中飞行、并且没有通过发动机210将驱动扭矩传递到转向驱动装置214上时，所述转向执行机构226的转向将导致左、右舷驱动单元232、236产生相等但方向相反的转向扭矩，导致与每个驱动单元相应的推进器234沿相反的方向转动，使沿相反的方向驱动的推进器的机翼效应无效，使飞机200沿转向执行机构226转动的方向原地转弯。不使用普通舵或起落装置的制动装置就可以实现这种原地转弯，并且还非常有利于飞机200在地面上的机动。

当飞机200是水上飞机，试图入坞机动时，飞机200的上述附加机动能力非常有益，因为这种飞机在水上低速机动很难，特别是在有风的条件下。

如上所述，在此公开的新型转向驱动装置更轻、更小、更紧凑、便于组装、制造成本低廉；并且提供了更大范围的减速比设计。而且，本发明的这些优点将大大提高履带机动车辆的操作，并为轮船和飞机的推进创造全新的机遇。

Claims (12)

1.一种转向驱动系统，接收、组合驱动扭矩和转向扭矩并传递到相应的左、右驱动装置，所述系统包括：

相应的左、右轨道单元，每一单元具有：

安装在第一轴上的输入齿轮，

安装在所述第一轴上的输出齿轮，

至少一个仅与所述输入和输出齿轮啮合并安装成在平行于所述第一轴的轨道轴上转动的多联齿轮，

所述轨道轴支撑在壳体中，所述壳体安装成绕所述第一轴转动，以使所述轨道轴和所述多联齿轮分别绕所述第一轴以及所述输入和输出齿轮转动，

当阻止所述壳体的转动时，选择所述多联齿轮与所述输入和输出齿轮之间的齿数比，使所述输入齿轮的转动以小于3∶1的比值产生所述输出齿轮的转动；

连接于每一所述输入齿轮以提供驱动扭矩的输入驱动装置；

用于在转动元件之间传递扭矩的两组转动连接器，每一组的一个连接器被固定以与每一所述壳体一起转动；以及

可运行地连接于两组转动连接器以同时为所述相应壳体提供转向扭矩的转向马达，所述转向扭矩导致所述壳体相等且相反地转动，从而使所述转向扭矩与通过所述输入齿轮的转动传递到所述输出齿轮的任何驱动扭矩组合。

2.如权利要求1所述的转向驱动系统，其特征在于，当阻止所述输入齿轮转动，并且所述同时的转向扭矩致使所述壳体相等且相反地转动时，仅所述转向扭矩传递到所述输出齿轮。

3.如权利要求1所述的转向驱动系统，其特征在于，当阻止所述壳体转动时，

所述输出齿轮响应所述输入齿轮的转动以x∶1的速度比转动(其中x小于2，但大于0)，以及

所述中心推进轴以1∶x的速度比从所述主驱动装置接收所述驱动扭矩。

4.如权利要求1所述的转向驱动系统，其特征在于，所述选择的齿数比产生比值为(a)小于2∶1但大于1∶1或(b)小于1∶1的所述输出齿轮的转动。

5.如权利要求1所述的转向驱动系统，其特征在于，

所述每一组转动连接器包括匹配的螺旋蜗杆和蜗轮，且所述的螺旋蜗杆和蜗轮组分别具有相反的螺旋角；

所述转向马达驱动所述蜗杆中的第一个；

所述另一蜗杆连接于所述第一蜗杆，以便沿相同的方向转动。

6.如权利要求5所述的转向驱动系统，其特征在于，所述蜗杆通过链传动连接。

7.如权利要求1所述的转向驱动系统，其特征在于，还包括：

车辆，所述车辆具有：

(a)相应的左、右侧驱动单元；

(b)用于将驱动扭矩传递到所述驱动单元的主驱动装置；和

(c)用于指示所需的车辆运动方向的转向执行机构；

所述输入驱动装置包括与所述主驱动装置连接的中心推进轴，以为每一所述输入齿轮提供驱动扭矩。

8.如权利要求7所述的转向驱动系统，其特征在于：

两所述轨道单元的所述第一轴同轴对准，

所述中心推进轴也绕同一轴转动。

9.如权利要求7所述的转向驱动系统，其特征在于，(a)所述车辆是机动车，且具有连接于所述相应左、右侧驱动单元的左、右侧履带，以及(b)每一所述履带具有相应的前、后驱动轴，且所述转向驱动装置还包括：

分别与所述左、右侧履带相应的左、右差动装置，每一所述差动装置用于从所述轨道单元相应之一的输出齿轮接收扭矩，并将该扭矩在所述相应的前、后驱动轴之间差分，使得传递到所述轨道单元的所述每一相应的输出齿轮上的所述驱动和转向扭矩差分地分配并传递到所述相应的前、后驱动轴。

10.如权利要求7所述的转向驱动系统，其特征在于，所述车辆是船，且具有连接于所述相应的左、右侧驱动单元的相应的左、右侧推进元件，使得传递到所述轨道单元的每一所述相应的输出齿轮的所述组合的驱动和转向扭矩被传递到所述相应的左、右侧推进元件。

11.如权利要求10所述的转向驱动系统，其特征在于，所述相应的左、右侧推进元件分别包括(a)推进器或(b)流体喷射装置之一。

12.如权利要求7所述的转向驱动系统，其特征在于，所述车辆是飞机，且具有连接于所述相应的左、右侧驱动单元的相应的左、右侧推进器，使得传递到所述轨道单元的每一所述相应的输出齿轮的所述组合的驱动和转向扭矩传递到所述相应的左、右侧推进器。

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