CN205632003U - 一种二自由度解耦减速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种二自由度解耦减速机构，旨在克服动力输出端的不规律受迫振动与驱动力稳定传递之间的矛盾，在减小动力输出端惯性力的同时使其能够输出稳定动力。该机构包括机架(1)，动力输出轴(2)，动力输出轮(3)，第Ⅰ、第Ⅱ惰轮(4、5)，第Ⅰ、Ⅱ次级减速轮(6、7)，Ⅰ、Ⅱ轴(8、9)，第Ⅰ、Ⅱ初级减速轮(10、11)，第Ⅰ、Ⅱ分动轮(12、13)，差速器总成(14)，直线导向机构(15)，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ连杆轴承总成(16、17、18、19)。应用该机构，可实现动力输出端直线运动与转动的解耦，使动力源不随动力输出端做平动，从而减小动力输出端的惯性力，并保持输出动力平稳。该装置总体尺寸小，传动链短，方便安装应用。

Description

一种二自由度解耦减速机构

技术领域

本实用新型属机械工程领域，具体涉及一种将直线平动自由度与定轴转动自由度相互解耦的动力传递装置。

背景技术

分布式驱动电动汽车可实现多种动力学控制，具有良好的机动性和稳定性。目前在分布式驱动电动汽车的结构实现上，普遍采用的方案是每个车轮配有一个轮毂/轮边驱动系统。但轮毂/轮边驱动系统使得悬架簧下质量较传统汽车高出2～3倍，使得车身垂直加速度和车轮动载荷均大幅增加，进而汽车平顺性明显变差。同时，根据轮胎动力学理论，平均载荷一定的情况下，轮胎的动载荷越大其有效的轮胎侧偏刚度越小，对汽车的操纵稳定性越不利。专利ZL201110053092.6等提出了降低悬架簧下质量的方案，但将驱动电机安装于纵臂悬架(等效)旋转中心附近处，悬架形式的选择受到限制。同时，车轮跳动会引起车轮转速产生相应波动。对于车轮而言，其转速较高，跳动总是存在且无特定规律，利用电子控制方法消除波动受到了信号检测和动力源响应性能等的限制。

实用新型内容

为解决技术背景中提出的问题，本实用新型提供了一种二自由度解耦减速机构，旨在克服动力输出端不规律受迫振动与驱动力稳定传递之间的矛盾，适用于分布式驱动电动汽车，在减小悬架簧下质量的同时使其能够获得稳定的动力输出，且其应用不会受到悬架形式的束缚。

本实用新型的技术方案结合附图说明如下：

一种二自由度解耦减速机构，主要由差动机构，对称布置的连杆滑块机构、齿轮传动机构组成，构成所述连杆滑块机构的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ连杆轴承总成16、17、18、19均为两端镶嵌有轴承的连杆；动力输出轮3与动力输出轴2固定联接，并与第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17同轴共同安装于直线导向机构15的滑块上，直线导向机构15的滑轨固定在机架1上，直线导向机构15确保动力输出轮3沿一直线平动；所述第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17一端通过轴承分别安装第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5，两惰轮轴分别安装于第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成18、19一端，所述第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成18、19的另一端分别安装第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7，第Ⅰ次级减速轮6和第一初级减速轮10、第Ⅱ次级减速轮7和第Ⅱ初级减速轮11分别通过Ⅰ轴、Ⅱ轴8、9实现双联，Ⅰ轴、Ⅱ轴8、9通过轴承安装于机架1上；所述第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7分别与第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5啮合，第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5分别与动力输出轮3啮合，第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11分别与第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13啮合；第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13位于同一轴线上，分别与差速器总成14中两个锥齿轮固定联接在相应的轴上；差速器壳体14C通过轴承安装于机架1上，其转动轴线与Ⅰ、Ⅱ轴8、9平行。

所述第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17分置于动力输出轮3做直线运动时其回转轴线所扫过平面的两侧，两连杆均能以动力输出轮3的旋转轴线为轴摆动。

所述差速器壳体14C作为动力的输入端与动力源联接，动力经由差速器总成14中的锥齿轮分为两支，分别经由同轴布置的第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13传递至位于两侧的第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11上，再经由第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7以及与之相啮合的第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5，最终同时传递至动力输出轮3。

所述第Ⅰ、Ⅲ连杆轴承总成16、18与直线导向机构15、所述第Ⅱ、Ⅳ连杆轴承总成17、19与直线导向机构15，分别构成了两个曲柄连杆机构，在动力输出轮3不转动而只做直线运动时，通过曲柄连杆滑块以及各齿轮副的作用，会在第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7上产生一对大小相等且反向的转动，这一对相等大小且反向的转动最终传递至差速器中相消，该过程与前述的动力传递过程叠加后，动力输出轮3的沿直线导向机构15的平动和差速器壳体14C以及动力输出轮3转动之间互不影响。

本实用新型所涉及的机构不只限于实现减速功能，通过调节传动比，亦可实现增速或等速传动；本实用新型中所涉及的传动形式不限于齿轮传动，亦可通过带传动、链传动、摩擦传动等其他形式实现功能。

应用本实用新型所提供的机构，动力源不随动力输出端做平动，故大大减小了动力输出端的惯性力，同时机构输出动力的转速与转矩不会受其直线运动的影响。本实用新型所提供的装置总体尺寸小，可安装在悬架总成所包围的空间之内，传动链短，为布置安装提供了便利。

在应用于汽车驱动时，汽车行驶中车轮的运动除绕其轴线的转动之外，在其他自由度上的运动均会受到悬架导向机构的约束，其平动路径呈现为一条空间曲线，并且存在除车轮坐标系y轴之外的少量摆动(转动)。为解决动力输出轮与车轮之间的运动干涉，且能够使输出动力的波动以及悬架等效簧下质量最低，可在动力输出轴与车轮之间设置带花键轴的等速万向节，以允许车轮相对动力输出轮的摆动(转动)以及投影到车轮轴线上的平动；在机架合适位置上设置转轴，通过轴承将本实用新型所提供的机构以及电机所组成的动力总成整体安装于车身，转轴位置选取在动力总成质心处，轴线平行于动力输出轴，保证等效簧下质量最小，使动力总成整体可绕该转轴相对车身摆动，以允许车轮在汽车纵向上的少量平动。

附图说明

图1和图2为本实用新型所提供装置的组成示意图。

图3为本实用新型所提供装置的正视原理简图。

图4为本实用新型所提供装置的俯视原理简图。

图5为本实用新型所提供装置的动力传递示意图。

图6为本实用新型所提供装置的机构运动示意图。

图中：1-机架，2-动力输出轴，3-动力输出轮，4-第Ⅰ惰轮、5-第Ⅱ惰轮，6-第Ⅰ次级减速轮，7-第Ⅱ次级减速轮，8-Ⅰ轴，9-Ⅱ轴，10-第Ⅰ初级减速轮，11-第Ⅱ初级减速轮，12-第Ⅰ分动轮，13-第Ⅱ分动轮、14-差速器总成，15-直线导向机构，16-第Ⅰ连杆轴承总成，17-第Ⅱ连杆轴承总成，18-第Ⅲ连杆轴承总成，19-第Ⅳ连杆轴承总成。

具体实施方式

下面结合附图所述实施进一步说明本实用新型的具体内容及其具体实施方式:

本实用新型所提供装置对解耦功能的实现主要依靠连杆滑块机构、齿轮传动机构以及差动机构，主要包括：机架1，动力输出轴2，动力输出轮3，第Ⅰ惰轮4、第Ⅱ惰轮5，第Ⅰ次级减速轮6，第Ⅱ次级减速轮7，Ⅰ轴8，Ⅱ轴9，第Ⅰ初级减速轮10，第Ⅱ初级减速轮11，第Ⅰ分动轮12，第Ⅱ分动轮13、差速器总成14，直线导向机构15，第Ⅰ连杆轴承总成16，第Ⅱ连杆轴承总成17，第Ⅲ连杆轴承总成18，第Ⅳ连杆轴承总成19。

直线导向机构15可确保动力输出轮3的平动沿一直线，动力输出轴2固定联接于动力输出轮3用以输出动力，通过轴承安装于直线导向机构15滑块上，直线导向机构15的滑轨固定于机架1之上；第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ连杆轴承总成16、17、18、19均为两端镶嵌有轴承的连杆。第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17分置于动力输出轮3做直线运动时其回转轴线所扫过平面的两侧，两连杆一端的连杆孔同时通过滑动轴承安装于滑块，连杆孔与动力输出轮3的转轴同轴，两连杆均能以动力输出轮3的旋转轴线为轴摆动；第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17另一端连杆孔通过轴承分别安装第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5，第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5与动力输出轮3的轮齿啮合，同时两惰轮轴分别安装于第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成18、19一端；在第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成18、19的另一端连杆孔中分别安装第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7；第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7分别同第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5啮合，并与第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11固定联接于Ⅰ轴、Ⅱ轴8、9上，Ⅰ轴、Ⅱ轴8、9通过轴承安装于机架1上；第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11分别与第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13啮合；第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13位于同一轴线上，分别与差速器总成14中两个锥齿轮固定联接在相应的轴上；差速器壳体14C通过轴承安装于机架1之上，其转动轴线与Ⅰ、Ⅱ轴8、9平行。

差速器壳体14C作为动力的输入端与动力源联接，动力经由差速器总成14中的锥齿轮分为两支，分别经由同轴布置的第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13传递至位于两侧的第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11上，再经由第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7以及与之相啮合的第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5，最终同时传递至动力输出轮3。

第Ⅰ、Ⅲ连杆轴承总成16、18同直线导向机构15、第Ⅱ、Ⅳ连杆轴承总成17、19同直线导向机构15，分别构成了两个曲柄连杆机构。在动力输出轮3不转动而只做直线运动时，通过曲柄连杆滑块以及各齿轮副的作用，会在第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7上产生一对等大反向的转动，这一对等大反向的转动最终传递至差速器中相消。该过程与前述的动力传递过程叠加后，动力输出轮3的沿直线导向机构15的平动和差速器壳体14C以及动力输出轮15转动之间互不影响。

参阅图1、图2。图为本实用新型所提供装置的一种结构实现方案，包括机架1，动力输出轴2，动力输出轮3，第Ⅰ惰轮4、第Ⅱ惰轮5，第Ⅰ次级减速轮6，第Ⅱ次级减速轮7，Ⅰ轴8，Ⅱ轴9，第Ⅰ初级减速轮10，第Ⅱ初级减速轮11，第Ⅰ分动轮12，第Ⅱ分动轮13、差速器总成14，直线导向机构15，第Ⅰ连杆轴承总成16，第Ⅱ连杆轴承总成17，第Ⅲ连杆轴承总成18，第Ⅳ连杆轴承总成19。

参阅图1、图4。直线导向机构15限制动力输出轮3的平动路径沿一条直线，动力输出轴2与动力输出轮3固定联接，共同安装于直线导向机构15的滑块上，直线导向机构15的轨道固定于在机架1之上；第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ连杆轴承总成16、17、18、19均为两端镶嵌有轴承的连杆，其中第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成16、17分置于动力输出轮3跳动时其轴线3A所扫过的平面的两侧，两连杆一端连杆孔同时通过滑动轴承安装于滑块，连杆孔与输出轮的转动轴线3A同轴，两连杆均能绕轴线3A摆动。

第Ⅰ、Ⅱ连杆总成16、17另一端连杆孔分别安装第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5，第Ⅰ、第Ⅱ惰轮4、5都与动力输出轮3轮齿啮合，同时两惰轮的转轴分别安装于第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成16、17一端连杆孔，在第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成16、17的另一端连杆孔中又分别安装第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7。

参阅图2、图3。第Ⅰ次级减速轮6与第Ⅰ初级减速轮10固定联接于Ⅰ轴8上，第Ⅱ次级减速轮7与第Ⅱ初级减速轮11固定联接于Ⅱ轴9上，Ⅰ轴8和Ⅱ轴9通过滚动轴承安装于机架1上。

第Ⅰ初级减速轮10与第Ⅰ分动轮12啮合、第Ⅱ初级减速轮11与第Ⅱ分动轮13啮合，第Ⅰ分动轮12与差速锥齿轮14A通过轴固定联接、第Ⅱ分动轮13与差速锥齿轮14B通过空套轴固定联接。

差速器壳体14C通过轴承安装于机架1之上，差速器总体的转动轴线14D与上述的Ⅰ、Ⅱ轴8、9平行。

参阅图5，以部件转动方向为图中箭头所示方向为例说明。差速器壳体14C联接动力源，动力经由差速器总成14内的锥齿轮后分为两支，分别通过同轴安装的第Ⅰ、第Ⅱ分动轮12、13传递至位于两侧的第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮10、11上，再经由第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7，以及与之相啮合的两惰轮4、5，最终汇合传递至动力输出轮3。

参阅图6，以动力输出轮3向上做直线运动为例说明。第Ⅰ、Ⅲ连杆轴承总成16、18与直线导向机构15构成了曲柄连杆机构，同时，第Ⅱ、Ⅳ连杆轴承总成17、19与直线导向机构15也构成了曲柄连杆机构，这两套曲柄连杆机构共用直线导向机构15的滑块。假设动力输出轮3只做直线运动而不转动，通过曲柄连杆滑块机构和各个齿轮副的作用，会在第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮6、7上分别产生一对等大反向的转动，由差动原理，这一对等大反向的转动由差速器总成14中的锥齿轮组消除，对差速器壳体14C的转动没有影响。

综上，两个过程叠加后，动力输出轮的沿直线导向机构的平动自由度和绕其轴的转动自由度之间的运动互不影响，遂实现解耦功能。

Claims (4)

1.一种二自由度解耦减速机构，主要由差动机构、对称布置的连杆滑块机构、齿轮传动机构组成，其特征在于：

构成所述连杆滑块机构的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ连杆轴承总成(16、17、18、19)均为两端镶嵌有轴承的连杆，动力输出轮(3)与动力输出轴(2)固定联接，并与第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成(16、17)同轴安装于直线导向机构(15)的滑块上，直线导向机构(15)的滑轨固定在机架(1)上，直线导向机构(15)确保动力输出轮(3)沿一直线平动；所述第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成(16、17)一端通过轴承分别安装第Ⅰ、第Ⅱ惰轮(4、5)，两惰轮轴分别安装于第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成(18、19)一端，所述第Ⅲ、第Ⅳ连杆轴承总成(18、19)的另一端分别安装第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮(6、7)，第Ⅰ次级减速轮(6)和第Ⅰ初级减速轮(10)、第Ⅱ次级减速轮(7)和第Ⅱ初级减速轮(11)分别固定联接于Ⅰ轴、Ⅱ轴(8、9)上，Ⅰ轴、Ⅱ轴(8、9)通过轴承安装于机架(1)上；所述第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮(6、7)分别与第Ⅰ、第Ⅱ惰轮(4、5)啮合，第Ⅰ、第Ⅱ惰轮(4、5)分别与动力输出轮(3)啮合，第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮(10、11)分别与第Ⅰ、第Ⅱ分动轮(12、13)啮合；第Ⅰ、第Ⅱ分动轮(12、13)位于同一轴线上，分别与差速器总成(14)中两个锥齿轮固定联接在相应的轴上；差速器壳体(14C)通过轴承安装于机架(1)上，其转动轴线与Ⅰ、Ⅱ轴(8、9)平行。

2.根据权利要求1所述的一种二自由度解耦减速机构，其特征在于：

所述第Ⅰ、Ⅱ连杆轴承总成(16、17)分置于动力输出轮(3)做直线运动时其回转轴线所扫过平面的两侧，两连杆均能以动力输出轮(3)的旋转轴线为轴摆动。

3.根据权利要求1所述的一种二自由度解耦减速机构，其特征在于：

所述差速器壳体(14C)作为动力的输入端与动力源联接，动力经由差速器总成(14)中的锥齿轮分为两支，分别经由同轴布置的第Ⅰ、第Ⅱ分动轮(12、13)传递至位于两侧的第Ⅰ、第Ⅱ初级减速轮(10、11)上，再经由第Ⅰ、第Ⅱ次级减速轮(6、7)以及与之相啮合的第Ⅰ、第Ⅱ惰轮(4、5)，最终同时传递至动力输出轮(3)。

4.根据权利要求1所述的一种二自由度解耦减速机构，其特征在于：

所述第Ⅰ、Ⅲ连杆轴承总成(16、18)与直线导向机构(15)、所述第Ⅱ、Ⅳ连杆轴承总成(17、19)与直线导向机构(15)，分别构成了两个曲柄连杆机构。