具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電動汽車驅傳動領域，具體涉及一種具有轉矩實時檢測功能的兩 級對心式輪邊減速器結構。
【背景技術】
[0002] 轉矩是各種工作機械傳動軸的基本載荷形式，與動力機械的工作能力、能源消耗、 效率、運轉壽命及安全性能等元素緊密聯系，轉矩的測量對傳動軸載荷的確定與控制、傳動 系統工作零件的強度設計、原動機容量的選擇、各種機械產品開發、質量檢測、優化控制、工 況監測和故障診斷等都具有重要的意義。
[0003] 目前轉矩檢測方法主要包括平衡力法、能量轉換法和傳遞法。平衡力法直接從機 體上測扭矩，不存在從旋轉件到靜止件的扭矩傳遞問題，但它僅適合檢測勻速工作情況下 的扭矩，不能測量動態扭矩。能量轉化法為間接測量法，測量誤差比較大，通常達1〇°/p15%， 一般只在電機和液機扭矩測量方面有較多的應用。傳遞法大多采用非接觸式測量，使用方 便，結構簡單，但非接觸式測量由于溫度、算法等因素的影響以及相關信號的采集困難，精 度還需進一步提高。
[0004] 電動汽車的車輛穩定系統和動力驅動系統都需要使用轉矩信號。電動汽車轉矩信 號的獲得通常是根據電機電壓、電流及轉速信號，按照能量轉換法間接估計出電機瞬時轉 矩，精度較差。到目前為止，對動力驅動系統的轉矩檢測研宄很少。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型旨在提出一種具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，通過 合理布置對心式輪邊減速器結構，在保證基本傳動要求的前提下，可實時檢測出減速器傳 遞的轉矩，并以電信號的形式輸出，從而用于驅動系統的控制，具有測量精度高、結構簡單、 成本低等優點。
[0006] 本實用新型的技術方案是：
[0007] 該具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構包括減速器殼體、輸入齒輪 軸、中間齒輪軸、第一級從動齒輪、第二級從動齒輪、輸出軸、偏心套筒、力傳感器、擺臂、支 承軸承等。
[0008] 具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器輸入軸采用齒輪軸的形式，右端通過 輸入軸右軸承內圈支承于減速器右殼體。輸入齒輪軸左端通過中間軸承外圈支承于減速器 輸出軸，輸入齒輪軸與輸出軸米用相互支撐的方式。
[0009] 中間軸與第二級主動齒輪作為一體設計成齒輪軸的形式。第一級從動齒輪與中間 軸通過鍵連接，其左端通過第二級主動齒輪右側定位，簡化了中間齒輪軸的結構。中間齒輪 軸右端通過中間軸右軸承內圈支承于減速器右殼體，中間齒輪軸左端通過中間軸左軸承內 圈支承于偏心套筒的內孔。
[0010] 偏心套筒通過偏心套筒軸承內圈支承于減速器左殼體。偏心套筒內孔軸線與其外 軸軸線并不重合，兩者在中間軸齒輪受到的徑向力方向存在偏心距e，該方向既可以沿徑向 力方向，也可以沿周向力方向，這是本結構方案可實現轉矩檢測的關鍵。偏心套筒左端通過 鍵與擺臂連接，螺釘可將擺臂緊固在偏心套筒上，從而防止擺臂沿偏心套筒軸向竄動；當裝 配完成后，可將擺臂與偏心套筒視為一個構件。力傳感器兩端都有螺柱，可分別擰入擺臂和 減速器左殼體相應的螺紋孔內。力傳感器可同時承受拉力和壓力，其在受到力的作用時，將 會有電壓信號輸出。減速器工作時，偏心套筒(擺臂與其視為一個構件）會受到來自中間軸 左軸承、偏心套筒軸承和力傳感器的力，使其始終保持靜止狀態，因此中間軸始終繞其自身 軸線轉動，而沒有其它運動，從而保證齒輪的正常傳動。
[0011] 第二級從動齒輪與輸出軸通過鍵連接，輸出軸左端通過輸出軸左軸承內圈支承于 減速器左殼體。輸出軸右端通過中間軸承內圈支承于輸入齒輪軸。
[0012] 與現有技術相比，本實用新型的優越性在于：
[0013] 1.在保證對心式輪邊減速器正常傳動的前提下，可實現對減速器轉矩的實時檢 測，測量精度高；
[0014] 2.該對心式輪邊減速器結構使用的力傳感器可測拉、壓力，即可測出兩個方向的 轉矩；
[0015] 3.該對心式輪邊減速器結構在傳統減速器基礎上稍加改動即可，結構簡單，測試 方便，具有很好的通用性；
[0016] 4.該對心式輪邊減速器結構成本低，具有較大的應用價值和市場潛力。
【附圖說明】
[0017] 附圖1轉矩檢測機構裝配圖；
[0018] 附圖2轉矩檢測機構測量端側視圖；
[0019] 附圖3偏心套筒剖視圖；
[0020] 附圖4偏心套筒受力分析圖。
[0021] 附圖中標號說明：
[0022] 1 減速器右殼體； 2 輸入軸右軸承；
[0023] 3--輸入齒輪軸； 4--中間軸承；
[0024] 5--輸出軸套筒； 6--中間齒輪軸；
[0025] 7--中間軸右軸承； 8--中間軸套筒；
[0026] 9--第一級從動齒輪； 10--偏心套筒軸承；
[0027] 11--中間軸左軸承； 12--力傳感器；
[0028] 13--平鍵； 14--偏心套筒； 15--螺釘；
[0029] 16一一擺臂； 17-一第二級從動齒輪；
[0030] 18--輸出軸左軸承； 19--輸出軸；
[0031] 20 減速器左殼體；
[0032] 21 減速器左右殼體連接螺檢；
[0033] 22 減速器殼體/電機殼體連接螺檢。
【具體實施方式】
[0034] 以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0035] 具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，包括減速器右殼體1、輸入軸右 軸承2、輸入齒輪軸3、中間軸承4、輸出軸套筒5、中間齒輪軸6、中間軸右軸承7、中間軸套 筒8、第一級從動齒輪9、偏心套筒軸承10、中間軸左軸承11、力傳感器12、平鍵13、偏心套 筒14、螺釘15、擺臂16、第二級從動齒輪17、輸出軸左軸承18、輸出軸19、減速器左殼體20、 減速器左右殼體連接螺栓21、減速器殼體/電機殼體連接螺栓22等部件。
[0036] 如圖1和圖2所示，輸入齒輪軸3右端通過輸入軸右軸承2內圈支承于減速器右 殼體1。左端通過中間軸承4外圈支承于減速器輸出軸19,輸入齒輪軸3與輸出軸19采用 相互支撐的方式。
[0037] 第一級從動齒輪9與中間齒輪軸6通過鍵連接，中間齒輪軸6右端通過中間軸右 軸承7內圈支承于減速器右殼體1，中間齒輪軸6左端通過中間軸左軸承11內圈支承于偏 心套筒14的內孔。偏心套筒14通過偏心套筒軸承10內圈支承于減速器左殼體20。偏心 套筒14左端通過鍵13與擺臂16連接，螺釘15可將擺臂16緊固在偏心套筒14上，從而防 止擺臂16沿偏心套筒14軸向竄動。力傳感器12兩端都有螺柱，可分別擰入擺臂16和減 速器左殼體20相應的螺紋孔內。
[0038] 第二級從動齒輪17與輸出軸19通過鍵連接，輸出軸19左端通過輸出軸左軸承18 內圈支承于減速器左殼體20。輸出軸19右端通過中間軸承4內圈支承于輸入齒輪軸3。
[0039] 偏心套筒14內孔軸線與其外軸軸線并不重合，兩者在中間軸齒輪受到的徑向力 方向存在偏心距e。如圖4所示，當減速器正常工作時，偏心套筒14將受到中間軸左軸 承11的反作用力，其X方向的分力產生的轉矩將使偏心套筒14有繞偏心套筒外軸軸線 轉動的趨勢，力傳感器12作用于擺臂16上的力對偏心套筒14產生的轉矩將與前者 轉矩相互平衡，使偏心套筒處于平衡狀態。當減速器正常工作時，力傳感器所測的力與減速 器輸入軸轉矩之間為線性比例關系，故在減速器工作時通過力傳感器的信號可換算得到減 速器的實時轉矩。
[0040] 本方案的特殊之處在于中間軸左軸承的外圈并不像其它軸承一樣支承于減速器 殼體上，而是支承于偏心套筒的內孔，內孔軸線為qq，如圖3所示，該軸線同樣為中間軸 左軸承的軸線。偏心套筒通過偏心套筒軸承支承于減速器左殼體上，偏心套筒外軸軸線為 qq，該軸線同樣為偏心套筒軸承的軸線。由此可知，中間軸左軸承的軸線與偏心套筒軸 承的軸線并不重合，兩者在齒輪受到的徑向力方向存在偏心距e。
[0041] 根據中間軸受力可得中間軸左軸承的受力，該力可分解為徑向力和周向力辱。 其中
[0042] Fx=kJ- CO
[0043] 其中，系數k只和減速器結構有關，在減速器結構確定的情況下為定值，即中間軸 左軸承所受的力與輸入轉矩成線性關系。將中間軸左軸承受力分解為徑向力&和周向力 芩后，結合圖4,分析偏心套筒的受力情況。
[0044] 根據作用力與反作用力的關系，可得偏心套筒受到的中間軸左軸承的力為^和 Fn ( Ffi未在圖4中畫出)，其分別與咎、乓大小相等，方向相反，咎和4的方向必通過點 q。偏心套筒通過偏心套筒軸承內圈支承于減速器左殼體，故偏心套筒受到的來自偏心套 筒軸承的力必通過點q，同時也將其分解為與(巧2未在圖4中畫出）。同時，偏心 套筒通過與其固聯的擺臂還受到來自力傳感器的力的作用，方向如圖4所示，P jf作用線 到q點的距離為。根據偏心套筒受力及轉矩平衡，對q點求轉矩可得：
【主權項】
1. 一種具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在于：包括減速器殼 體、輸入齒輪軸、中間齒輪軸、第一級從動齒輪、第二級從動齒輪、輸出軸、偏心套筒、力傳感 器、擺臂、支承軸承；中間軸與第二級主動齒輪作為一體設計成齒輪軸的形式。
2. 根據權利要求1所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：第一級從動齒輪與中間軸通過鍵連接，其左端通過第二級主動齒輪右側定位。
3. 根據權利要求1所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：中間齒輪軸右端通過中間軸右軸承內圈支承于減速器右殼體，中間齒輪軸左端通過中 間軸左軸承內圈支承于偏心套筒的內孔。
4. 根據權利要求1所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：輸入齒輪軸左端通過中間軸承外圈支承于減速器輸出軸，輸入齒輪軸與輸出軸采用相 互支撐的方式。
5. 根據權利要求1所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：偏心套筒通過偏心套筒軸承內圈支承于減速器左殼體；偏心套筒內孔軸線與其外軸軸 線不重合，兩者在中間軸齒輪受到的徑向力方向存在偏心距。
6. 根據權利要求5所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：在中間軸齒輪受到的徑向力方向既可以沿徑向力方向，也可以沿周向力方向。
7. 根據權利要求1所述的具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，其特征在 于：第二級從動齒輪與輸出軸通過鍵連接，輸出軸左端通過輸出軸左軸承內圈支承于減速 器左殼體；輸出軸右端通過中間軸承內圈支承于輸入齒輪軸。
【專利摘要】轉矩實時信號對電動汽車穩定系統和驅動系統控制具有非常重要的意義，而現在輪邊驅動電機的轉矩大多采用能量轉換法間接換算得到，精度較差。本實用新型提出了一種具有轉矩實時檢測功能的對心式輪邊減速器結構，通過合理布置對心式輪邊減速器結構，在保證基本傳動要求的前提下，可實時檢測減速器傳遞的轉矩，并以電信號的形式輸出，從而用于驅動系統的控制，具有測量精度高、結構簡單、成本低等優點。
【IPC分類】F16H1-20, F16H57-023, F16H57-021
【公開號】CN204572932
【申請號】CN201520166206
【發明人】陳辛波, 王葉楓, 杭鵬, 王弦弦, 王威
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月20日