一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮

1.本发明涉及转向舵轮技术领域，尤其涉及一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮。


背景技术：

2.舵轮是集成了驱动电机、转向电机、减速器等一体化的装置。传统的舵轮使用两个电机分别为轮子自转和轮子转向提供动力，但是随着舵轮航向的转动，前进动力电机的电缆有绞断的危险，使得航向不能无限制地自由转动，限制了舵轮的控制策略和性能。
3.为实现舵轮航向的无限制转动，在现有技术专利cn 115431749 a和专利cn 218172388 u中，轮子自转方向传动组件通过一组锥齿轮啮合传动使自转动力电机回转轴垂直于水平面，自转动力电机不随航向旋转，从而实现无限制旋转的效果。但是锥齿轮差分轮系结构啮合对齿轮安装精度要求高，传动中容易产生虚位，导致传动不稳定；零件标准化程度低，制作工艺复杂。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明公开了一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，相较于锥齿轮差分轮系结构齿轮在传动中无轴向力，啮合转动更加稳定。
5.为达到上述目的，本技术的具体技术方案如下：一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，包括：外壳，航向电机，轮动力电机，航向回转组件，动力传输组件，轮轴组和航向标定组件；在所述外壳顶部轴向并列设有航向电机和轮动力电机；所述动力传输组件位于航向回转组件中心；所述动力传输组件和航向回转组件相互耦合驱动轮轴组；所述轮轴组连接于航向回转组件底部；所述航向电机驱动航向回转组件回转，所述轮动力电机通过动力传输组件驱动轮轴组转动；所述动力传输组件包括第一传动锥齿轮，第二传动锥齿轮，行星齿轴，从动太阳齿轮，传动中心齿轮，轮动力输入齿轮和轮动力转接轴；其中所述从动太阳齿轮和传动中心齿轮位于法兰回转环中心，所述第二传动锥齿轮，行星齿轴环绕从动太阳齿轮，传动中心齿轮做行星啮合；所述轮动力输入齿轮套于轮动力转接轴上，带动从动太阳齿轮和传动中心齿轮旋转；所述动力传输组件固定在航向回转组件的中心和轮轴组顶部。
6.基于上述技术特征，进一步的，所述航向回转组件包括航向输入齿轮，航向大齿圈，舵动力转接轴和法兰回转环，所述法兰回转环顶部安装有航向大齿圈，所述航向输入齿轮套于舵动力转接轴上，所述航向大齿圈与所述航向输入齿轮啮合，通过所述舵航向输入齿轮带动所述舵航向大齿圈回转。
7.基于上述技术特征，进一步的，航向电机和轮动力电机共面放置于外壳中，航向输入齿轮套于舵动力转接轴上，轮动力输入齿轮套于轮动力转接轴上，所述航向输入齿轮和所述轮动力输入齿轮，所述舵动力转接轴和所述轮动力转接轴为同型号零件且可互换。
8.基于上述技术特征，进一步的，所述航向回转组件中舵航向输入齿轮，舵航向大齿圈，动力传输组件中传动中心齿轮，轮动力输入齿轮位于同一平面。
9.基于上述技术特征，进一步的，所述轮轴组包括轮轴限位安装座，包胶轮和限位轴；所述限位轴与所述包胶轮横向设置于轮轴限位安装座内，并通过第一传动锥齿轮，第二传动锥齿轮转动连接，所述包胶轮套于限位轴上，所述限位轴通过变径台阶将其自身及所述第一传动锥齿轮固定。
10.基于上述技术特征，进一步的，航向标定组件包括线性霍尔传感器，轴向充磁磁钢和磁钢安装座；所述线性霍尔传感器固定在外壳内部的支架上，所述轴向充磁磁钢和所述磁钢安装座固定在法兰回转环上；实现舵轮航向上的角度感知。
11.进一步的，所述外壳包括驱动器及编码器保护盖，止退安装保护壳，轮子保护罩和底面挡板，所述驱动器及编码器保护盖在最上方，下方依次为止退安装保护壳、轮子保护罩和底面挡板，结构清晰。
12.进一步的，所述轮动力电机与舵航向电机上方设有电机安装板，所述电机安装板上方设有编码器磁钢和电机驱动器。
13.与现有技术相比，本技术的有益效果为：1、在驱动方面，通过行星齿轴，从动太阳齿轮，传动中心齿轮和轮动力输入齿轮构成行星齿轮系实现驱动部分和运动部分的隔离，使运行更加稳定；2、从动太阳齿轮组和传动中心齿轮的中心和回转法兰轴向共面，同轴度高，啮合更加稳定；3、航向输入齿轮和轮动力输入齿轮，舵动力转接轴和轮动力转接轴为同型号零件且可互换。
14.4、限位轴通过变径台阶将其自身及第一传动锥齿轮固定，且第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮轴向均可调节，以进一步提高啮合的稳定性。
15.5、双层行星齿轮传动结构在小空间内集成了更大的减速比，有效降低了动力电机的负载，提高轮系运动性能和效率。
16.6、航向电机与轮动力电机共面放置，输出轴长相等，在相同情况下运行更加平稳，结构更加紧凑，本发明易于加工和实施，可用于商用agv底盘，使之小型化、便捷化，具有一定的市场前景。
附图说明
17.图1本发明一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮的结构示意图；图2本发明一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮的结构示意图；附图标识列表：1-驱动器及编码器保护盖，2-外壳，3-航向电机，4-航向输入齿轮，5-航向大齿圈，6-舵动力转接轴，7-轮轴限位安装座，8-止退安装保护壳，9-轮子保护罩，10-底面挡板，11-包胶轮，12-第一传动锥齿轮，13-限位轴，14-第二传动锥齿轮，15-行星齿轴，16-从动太阳齿轮，17-传动中心齿轮，18-法兰回转环，19-轮动力输入齿轮，20-轮动力转接轴，21-轮动力电机，22-电机安装板，23-编码器磁钢，24-电机驱动器，25-线性霍尔传感器，26-轴向充磁磁钢，27-磁钢安装座。
实施方式
18.下面结合附图1-2和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
19.需要说明的是，下面描述中使用的词语
ꢀ“
上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
20.如图1所示，一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，包括：外壳2，航向电机3，轮动力电机21，航向回转组件，动力传输组件，轮轴组和航向标定组件。所述动力传输组件固定在航向回转组件的中心和轮轴组顶部；所述动力传输组件位于航向回转组件中心；所述动力传输组件和航向回转组件相互耦合驱动轮轴组；所述轮轴组连接于航向回转组件底部；所述航向电机3驱动航向回转组件回转，所述轮动力电机21通过动力传输组件驱动轮轴组转动。
21.所述外壳2包括驱动器及编码器保护盖1，止退安装保护壳8、轮子保护罩9和底面挡板10；所述驱动器及编码器保护盖1在最上方，下方依次为止退安装保护壳8、轮子保护罩9和底面挡板10，整体结构清晰，易于维护、检测和更换。
22.在所述外壳2顶部轴向并列设有航向电机3和轮动力电机21，所述航向电机3和轮动力电机21安装在电机安装板22上。航向电机3和轮动力电机21共面放置于外壳2中。
23.所述动力传输组件包括第一传动锥齿轮12，第二传动锥齿轮14，行星齿轴15，从动太阳齿轮16，传动中心齿轮17，轮动力输入齿轮19和轮动力转接轴20；所述行星齿轴15，从动太阳齿轮16，传动中心齿轮17，行星齿轴15，从动太阳齿轮16，传动中心齿轮17构成行星齿轮系。其中所述从动太阳齿轮16和传动中心齿轮17位于法兰回转环18的中心，并且轴向共面，同轴度高，且相较于锥齿轮差分轮系结构齿轮在传动中无轴向力，啮合更加稳定。所述第一传动锥齿轮12，第二传动锥齿轮14轴向均可调，保证稳定啮合。所述第二传动锥齿轮14，行星齿轴15环绕从动太阳齿轮16，传动中心齿轮17做行星啮合。所述轮动力输入齿轮19套于轮动力转接轴20上，带动从动太阳齿轮16和传动中心齿轮17旋转。在结构上，该双层行星齿轮传动结构在小空间内集成了更大的减速比，有效降低了动力电机的负载，提高轮系运动性能和效率。航向输入齿轮4套于舵动力转接轴6上，轮动力输入齿轮19套于轮动力转接轴20上，所述舵航向输入齿轮4和所述轮动力输入齿轮19，所述舵动力转接轴6和所述轮动力转接轴20为同型号标准件且可互换，易于加工和实施。
24.所述航向回转组件包括航向输入齿轮4，航向大齿圈5，舵动力转接轴6和法兰回转环18，所述法兰回转环18顶部安装有舵航向大齿圈5，所述航向输入齿轮4套于舵动力转接轴6上，所述航向大齿圈5与所述航向输入齿轮4啮合，通过所述航向输入齿轮4带动所述航向大齿圈5回转，实现航向的调整。
25.所述航向回转组件中航向输入齿轮4，航向大齿圈5，动力传输组件中传动中心齿轮17，轮动力输入齿轮19位于同一平面，使运行时更加稳定，结构更加紧凑，体积更小，更加适合于狭小空间。
26.所述航向输入齿轮4和所述轮动力输入齿轮19，所述舵动力转接轴6和所述轮动力转接轴20为同型号零件且可互换。
27.所述限位轴13通过变径台阶将其自身及第一传动锥齿轮12固定，且第一传动锥齿轮12和第二传动锥齿轮14轴向均可调节，以进一步提高啮合的稳定性。
28.所述轮轴组包括轮轴限位安装座7，包胶轮11和限位轴13；所述限位轴13与所述包胶轮11横向设置于轮轴限位安装座7内，并通过第一传动锥齿轮12，第二传动锥齿轮14转动连接，所述包胶轮11套于限位轴13上，所述限位轴13与轮子保护罩9通过螺栓连接。
29.所述航向标定组件包括线性霍尔传感器25，轴向充磁磁钢26和磁钢安装座27；所述线性霍尔传感器25固定在外壳2内部的支架上，所述轴向充磁磁钢26和所述磁钢安装座27固定在法兰回转环18上；当法兰回转环18回转时，带动轴向充磁磁钢26磁场信号扫过线性霍尔传感器25，从而感知舵轮的航向角度变化，通过输出模拟量降低复位误差，航向更为精确。
30.如图2所示，电机安装板22上方还设有编码器磁钢23和电机驱动器24，所述编码器磁钢23和电机驱动器24上方设有驱动器及编码器保护盖1。
31.综上所述，本发明结构紧凑，通过行星齿轴，从动太阳齿轮，传动中心齿轮和轮动力输入齿轮构成行星齿轮系实现驱动部分和运动部分的隔离，在相同参数下使运行更加稳定；从动太阳齿轮组和传动中心齿轮的中心和回转法兰轴向共面，同轴度高，啮合更加稳定；舵航向电机与轮动力电机共面放置，输出轴长相等，且为可互换的同型号零件，在相同情况下运行更加稳定，结构更加紧凑。本发明采用常规工艺，易于加工和实施，可用于商用agv底盘，使之小型化、便捷化，具有一定的市场前景。
32.需要说明的是，附图仅仅说明了本发明的技术思想和较佳实施例，不能以此形状限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：包括：外壳，航向电机，轮动力电机，航向回转组件，动力传输组件，轮轴组和航向标定组件；在所述外壳顶部轴向并列设有航向电机和轮动力电机；所述动力传输组件位于航向回转组件中心；所述动力传输组件和航向回转组件相互耦合驱动轮轴组；所述轮轴组连接于航向回转组件底部；所述航向电机驱动航向回转组件回转，所述轮动力电机通过动力传输组件驱动轮轴组转动；所述动力传输组件包括第一传动锥齿轮，第二传动锥齿轮，行星齿轴，从动太阳齿轮，传动中心齿轮，轮动力输入齿轮和轮动力转接轴；其中所述从动太阳齿轮和传动中心齿轮位于法兰回转环中心，所述第二传动锥齿轮，行星齿轴环绕从动太阳齿轮，传动中心齿轮做行星啮合；所述轮动力输入齿轮套于轮动力转接轴上，带动从动太阳齿轮和传动中心齿轮旋转；所述动力传输组件固定在航向回转组件的中心和轮轴组顶部。2.根据权利要求1所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述航向回转组件包括航向输入齿轮，航向大齿圈，舵动力转接轴和法兰回转环，所述法兰回转环顶部安装有航向大齿圈，所述航向输入齿轮套于舵动力转接轴上，所述航向大齿圈与所述航向输入齿轮啮合，通过所述航向输入齿轮带动所述航向大齿圈回转。3.根据权利要求2所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：航向电机和轮动力电机共面放置于外壳中，航向输入齿轮套于舵动力转接轴上，轮动力输入齿轮套于轮动力转接轴上，所述航向输入齿轮和所述轮动力输入齿轮，所述舵动力转接轴和所述轮动力转接轴为同型号零件且可互换。4.根据权利要求2所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述航向回转组件中航向输入齿轮，航向大齿圈与动力传输组件中传动中心齿轮，轮动力输入齿轮位于同一平面。5.根据权利要求1所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述轮轴组包括轮轴限位安装座，包胶轮和限位轴；所述限位轴与所述包胶轮横向设置于轮轴限位安装座内，并通过第一传动锥齿轮，第二传动锥齿轮转动连接，所述包胶轮套于限位轴上；所述限位轴通过变径台阶将其自身及所述第一传动锥齿轮固定，且所述第一传动锥齿轮和所述第二传动锥齿轮轴向均可调节。6.根据权利要求1所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述航向标定组件包括线性霍尔传感器，轴向充磁磁钢和磁钢安装座；所述线性霍尔传感器固定在外壳内部的支架上，所述轴向充磁磁钢和磁钢安装座固定在法兰回转环上。7.根据权利要求1所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述外壳包括驱动器及编码器保护盖，止退安装保护壳，轮子保护罩和底面挡板。8.根据权利要求1所述的一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮，其特征在于：所述轮动力电机与舵航向电机上方设有电机安装板，所述电机安装板上方设有编码器磁钢和电机驱动器。

技术总结
本发明公开了一种稳定啮合的紧凑型差动轮系舵轮属于转向舵轮技术领域。本发明通过行星齿轴，从动太阳齿轮，传动中心齿轮和轮动力输入齿轮构成的行星齿轮系实现驱动部分和运动部分的隔离，使运行更加稳定；从动太阳齿轮组和传动中心齿轮的中心和回转法兰轴向共面，同轴度高，啮合更加稳定；航向电机与轮动力电机共面放置，其输出轴长相等，在相同情况下运行更加稳定，结构更加紧凑。本发明易于加工和实施，可用于商用AGV底盘，使之小型化、便捷化，具有一定的市场前景。具有一定的市场前景。具有一定的市场前景。


技术研发人员：梅轩宁 陈青
受保护的技术使用者：江苏第二师范学院
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/28