CN204572932U - 具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构 - Google Patents

Abstract

转矩实时信号对电动汽车稳定系统和驱动系统控制具有非常重要的意义，而现在轮边驱动电机的转矩大多采用能量转换法间接换算得到，精度较差。本实用新型提出了一种具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，通过合理布置对心式轮边减速器结构，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测减速器传递的转矩，并以电信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。

Description

具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构

技术领域

本实用新型属于电动汽车驱传动领域，具体涉及一种具有转矩实时检测功能的两级对心式轮边减速器结构。

背景技术

转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等元素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计、原动机容量的选择、各种机械产品开发、质量检测、优化控制、工况监测和故障诊断等都具有重要的意义。

目前转矩检测方法主要包括平衡力法、能量转换法和传递法。平衡力法直接从机体上测扭矩，不存在从旋转件到静止件的扭矩传递问题，但它仅适合检测匀速工作情况下的扭矩，不能测量动态扭矩。能量转化法为间接测量法，测量误差比较大，通常达10%~15%，一般只在电机和液机扭矩测量方面有较多的应用。传递法大多采用非接触式测量，使用方便，结构简单，但非接触式测量由于温度、算法等因素的影响以及相关信号的采集困难，精度还需进一步提高。

电动汽车的车辆稳定系统和动力驱动系统都需要使用转矩信号。电动汽车转矩信号的获得通常是根据电机电压、电流及转速信号，按照能量转换法间接估计出电机瞬时转矩，精度较差。到目前为止，对动力驱动系统的转矩检测研究很少。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，通过合理布置对心式轮边减速器结构，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测出减速器传递的转矩，并以电信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。

本实用新型的技术方案是：

该具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构包括减速器壳体、输入齿轮轴、中间齿轮轴、第一级从动齿轮、第二级从动齿轮、输出轴、偏心套筒、力传感器、摆臂、支承轴承等。

具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器输入轴采用齿轮轴的形式，右端通过输入轴右轴承内圈支承于减速器右壳体。输入齿轮轴左端通过中间轴承外圈支承于减速器输出轴，输入齿轮轴与输出轴采用相互支撑的方式。

中间轴与第二级主动齿轮作为一体设计成齿轮轴的形式。第一级从动齿轮与中间轴通过键连接，其左端通过第二级主动齿轮右侧定位，简化了中间齿轮轴的结构。中间齿轮轴右端通过中间轴右轴承内圈支承于减速器右壳体，中间齿轮轴左端通过中间轴左轴承内圈支承于偏心套筒的内孔。

偏心套筒通过偏心套筒轴承内圈支承于减速器左壳体。偏心套筒内孔轴线与其外轴轴线并不重合，两者在中间轴齿轮受到的径向力方向存在偏心距e，该方向既可以沿径向力方向，也可以沿周向力方向，这是本结构方案可实现转矩检测的关键。偏心套筒左端通过键与摆臂连接，螺钉可将摆臂紧固在偏心套筒上，从而防止摆臂沿偏心套筒轴向窜动；当装配完成后，可将摆臂与偏心套筒视为一个构件。力传感器两端都有螺柱，可分别拧入摆臂和减速器左壳体相应的螺纹孔内。力传感器可同时承受拉力和压力，其在受到力的作用时，将会有电压信号输出。减速器工作时，偏心套筒（摆臂与其视为一个构件）会受到来自中间轴左轴承、偏心套筒轴承和力传感器的力，使其始终保持静止状态，因此中间轴始终绕其自身轴线转动，而没有其它运动，从而保证齿轮的正常传动。

第二级从动齿轮与输出轴通过键连接，输出轴左端通过输出轴左轴承内圈支承于减速器左壳体。输出轴右端通过中间轴承内圈支承于输入齿轮轴。

与现有技术相比，本实用新型的优越性在于：

1.  在保证对心式轮边减速器正常传动的前提下，可实现对减速器转矩的实时检测，测量精度高；

2.  该对心式轮边减速器结构使用的力传感器可测拉、压力，即可测出两个方向的转矩；

3.  该对心式轮边减速器结构在传统减速器基础上稍加改动即可，结构简单，测试方便，具有很好的通用性；

4.  该对心式轮边减速器结构成本低，具有较大的应用价值和市场潜力。

附图说明

附图1 转矩检测机构装配图；

附图2 转矩检测机构测量端侧视图；

附图3 偏心套筒剖视图；

附图4 偏心套筒受力分析图。

附图中标号说明：

1——减速器右壳体；      2——输入轴右轴承；

3——输入齿轮轴；        4——中间轴承；

5——输出轴套筒；        6——中间齿轮轴；

7——中间轴右轴承；      8——中间轴套筒；

9——第一级从动齿轮；    10——偏心套筒轴承；

11——中间轴左轴承；     12——力传感器；

13——平键；             14——偏心套筒；         15——螺钉；

16——摆臂；             17——第二级从动齿轮；

18——输出轴左轴承；      19——输出轴；

20——减速器左壳体；

21——减速器左右壳体连接螺栓；

22——减速器壳体/电机壳体连接螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。

具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，包括减速器右壳体1、输入轴右轴承2、输入齿轮轴3、中间轴承4、输出轴套筒5、中间齿轮轴6、中间轴右轴承7、中间轴套筒8、第一级从动齿轮9、偏心套筒轴承10、中间轴左轴承11、力传感器12、平键13、偏心套筒14、螺钉15、摆臂16、第二级从动齿轮17、输出轴左轴承18、输出轴19、减速器左壳体20、减速器左右壳体连接螺栓21、减速器壳体/电机壳体连接螺栓22等部件。

如图1和图2所示，输入齿轮轴3右端通过输入轴右轴承2内圈支承于减速器右壳体1。左端通过中间轴承4外圈支承于减速器输出轴19，输入齿轮轴3与输出轴19采用相互支撑的方式。

第一级从动齿轮9与中间齿轮轴6通过键连接，中间齿轮轴6右端通过中间轴右轴承7内圈支承于减速器右壳体1，中间齿轮轴6左端通过中间轴左轴承11内圈支承于偏心套筒14的内孔。偏心套筒14通过偏心套筒轴承10内圈支承于减速器左壳体20。偏心套筒14左端通过键13与摆臂16连接，螺钉15可将摆臂16紧固在偏心套筒14上，从而防止摆臂16沿偏心套筒14轴向窜动。力传感器12两端都有螺柱，可分别拧入摆臂16和减速器左壳体20相应的螺纹孔内。

第二级从动齿轮17与输出轴19通过键连接，输出轴19左端通过输出轴左轴承18内圈支承于减速器左壳体20。输出轴19右端通过中间轴承4内圈支承于输入齿轮轴3。

偏心套筒14内孔轴线与其外轴轴线并不重合，两者在中间轴齿轮受到的径向力方向存在偏心距e。如图4所示，当减速器正常工作时，偏心套筒14将受到中间轴左轴承11的反作用力，其X方向的分力产生的转矩将使偏心套筒14有绕偏心套筒外轴轴线                                                转动的趋势，力传感器12作用于摆臂16上的力对偏心套筒14产生的转矩将与前者转矩相互平衡，使偏心套筒处于平衡状态。当减速器正常工作时，力传感器所测的力与减速器输入轴转矩之间为线性比例关系，故在减速器工作时通过力传感器的信号可换算得到减速器的实时转矩。

本方案的特殊之处在于中间轴左轴承的外圈并不像其它轴承一样支承于减速器壳体上，而是支承于偏心套筒的内孔，内孔轴线为，如图3所示，该轴线同样为中间轴左轴承的轴线。偏心套筒通过偏心套筒轴承支承于减速器左壳体上，偏心套筒外轴轴线为，该轴线同样为偏心套筒轴承的轴线。由此可知，中间轴左轴承的轴线与偏心套筒轴承的轴线并不重合，两者在齿轮受到的径向力方向存在偏心距。

根据中间轴受力可得中间轴左轴承的受力，该力可分解为径向力和周向力。其中

        

其中，系数k只和减速器结构有关，在减速器结构确定的情况下为定值，即中间轴左轴承所受的力与输入转矩成线性关系。将中间轴左轴承受力分解为径向力和周向力后，结合图4，分析偏心套筒的受力情况。

根据作用力与反作用力的关系，可得偏心套筒受到的中间轴左轴承的力为和（未在图4中画出），其分别与、大小相等，方向相反，和的方向必通过点。偏心套筒通过偏心套筒轴承内圈支承于减速器左壳体，故偏心套筒受到的来自偏心套筒轴承的力必通过点，同时也将其分解为与（未在图4中画出）。同时，偏心套筒通过与其固联的摆臂还受到来自力传感器的力的作用，方向如图4所示，作用线到点的距离为。根据偏心套筒受力及转矩平衡，对点求转矩可得：

        

          ——中间轴左轴承的轴线与偏心套筒轴承的轴线之间的偏心距

         ——力传感器对偏心套筒的作用力

         ——作用线到点的距离

由式(2)、(3)可以看出，传感器检测出的力与成线性关系，系数只与偏心距、偏心方向和传感器力臂有关。

由式（1）、（3）可得

        

即减速器输入轴转矩与力传感器受到的力之间为线性比例关系，故在减速器工作时通过力传感器的信号可换算得到减速器的实时转矩。

Claims (7)

1.一种具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：包括减速器壳体、输入齿轮轴、中间齿轮轴、第一级从动齿轮、第二级从动齿轮、输出轴、偏心套筒、力传感器、摆臂、支承轴承；中间轴与第二级主动齿轮作为一体设计成齿轮轴的形式。

2.根据权利要求1所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：第一级从动齿轮与中间轴通过键连接，其左端通过第二级主动齿轮右侧定位。

3.根据权利要求1所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：中间齿轮轴右端通过中间轴右轴承内圈支承于减速器右壳体，中间齿轮轴左端通过中间轴左轴承内圈支承于偏心套筒的内孔。

4.根据权利要求1所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：输入齿轮轴左端通过中间轴承外圈支承于减速器输出轴，输入齿轮轴与输出轴采用相互支撑的方式。

5.根据权利要求1所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：偏心套筒通过偏心套筒轴承内圈支承于减速器左壳体；偏心套筒内孔轴线与其外轴轴线不重合，两者在中间轴齿轮受到的径向力方向存在偏心距。

6.根据权利要求5所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：在中间轴齿轮受到的径向力方向既可以沿径向力方向，也可以沿周向力方向。

7.根据权利要求1所述的具有转矩实时检测功能的对心式轮边减速器结构，其特征在于：第二级从动齿轮与输出轴通过键连接，输出轴左端通过输出轴左轴承内圈支承于减速器左壳体；输出轴右端通过中间轴承内圈支承于输入齿轮轴。