一种两挡变速箱的制作方法

本发明属于履带式机器人底盘车和轮式机器人底盘车技术领域，具体涉及一种两挡变速器。

背景技术：

市面上现有的采用直流无刷电机或伺服电机驱动的履带式机器人底盘车、轮式机器人底盘车，在爬坡过程中存在机器的极限运动速度与爬坡角度不能兼具的矛盾，现有技术中常采用电机减速机超载爬坡或极速状态电机冗余过多的方式解决该矛盾。但若采用电机减速机超载爬坡，则在短时间的超载后会导致电机和驱动器升温，从而影响电机和驱动器的使用寿命；而且当该机器人底盘车长时间爬坡后，长时间的超载会导致电机和驱动器积聚热量，严重时会导致电机绝缘层击穿烧坏电机，或者驱动器启动温控保护系统使底盘在一定时间内失去运动能力；另外，若在行驶过程中电机严重超载，则会使电机和驱动器在短时间内急剧升温，从而烧毁电机和驱动器。此外，若在极速状态下电机冗余过多，则会使底盘车运行速度过低，能耗偏高，续航变差。所以需要提供一种能够对履带式机器人底盘车、轮式机器人底盘车的驱动装置进行变速处理的变速箱，使该机器人底盘车在进行爬坡时能够暂时提供较大的输出转矩，且降低爬坡过程中驱动电机的功耗，拓宽其爬坡角度。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术中机器人底盘车在爬坡时不能兼具速度、功耗和爬坡角度的缺陷，提出并设计了一种两挡变速箱，以解决上述技术问题，使履带式机器人底盘车、轮式机器人底盘车的驱动系统具备变速功能，且在爬坡上既能够提供足够的输出转矩，又能减少驱动电机的负荷。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种两挡变速箱，其包括内壳，所述内壳上可转动安装有一轴和二轴，所述一轴上固定安装有齿轮一，所述二轴上固定安装有齿轮二，所述齿轮一与齿轮二啮合；所述二轴上还依次设置有齿轮三、换挡齿轮和齿轮五，所述换挡齿轮与二轴固定连接；所述齿轮三和齿轮五均与二轴可转动连接；所述二轴上还设置有同步锁环，所述同步锁环包括同步锁环一和同步锁环二，所述同步锁环一位于齿轮三与换挡齿轮之间，同步锁环一与齿轮三固定连接，所述同步锁环二位于齿轮五与换挡齿轮之间，同步锁环二与齿轮五固定连接；所述换挡齿轮上设置有换挡机构，所述换挡机构能够连接同步锁环与换挡齿轮。这样通过换挡机构将换挡齿轮和不同的同步锁环连接在一起，就可以带动不同的齿轮随二轴一起转动，从而可以改变输出轴的输出转速、输出转矩，改变底盘车的速度，使底盘车能够在高速挡和低速挡之间进行转变，使其能够在爬坡或平地行走时采用不同的速度，并减少爬坡运动中驱动电机的能耗。

本发明的进一步改进还有，所述换挡机构包括换挡电机，所述换挡电机固定安装在内壳上，所述换挡电机的输出轴传动连接换挡轴，所述换挡轴的一端设置外螺纹，所述换挡轴上安装有拨叉，所述拨叉与换挡轴上的外螺纹螺纹连接，在拨叉的下端卡接有换挡套，所述换挡套套设在换挡齿轮上，所述换挡套的内圈设置有内齿牙，所述换挡套的内齿牙能够与换挡齿轮的外齿牙和同步锁环的外齿牙啮合。这样只需要开启换挡电机，就可以带动拨叉进行横向运动，使换挡齿轮与不同的同步锁环啮合在一起，实现换挡。

本发明的进一步改进还有，所述换挡机构还包括导向光轴，所述导向光轴固定安装在内壳上，所述导向光轴与换挡轴平行，所述拨叉的上端与导向光轴滑动连接，从而保证拨叉在换挡轴转动时不会发生转动。

本发明的进一步改进还有，所述换挡机构还包括换挡传感器，所述换挡传感器用来感应拨叉是否到达对应位置，所述换挡传感器通信连接换挡电机控制器，所述换挡电机控制器控制换挡电机的开关，这样可以自动控制换挡电机进行关停。

本发明的进一步改进还有，所述内壳上可转动安装有三轴和四轴，所述三轴上依次固定安装有齿轮六、齿轮七和齿轮四，所述四轴上固定安装有齿轮八，所述齿轮六与齿轮五啮合，齿轮七与齿轮八啮合，齿轮四与齿轮三啮合，这样通过三轴上设置的不同齿数的齿轮六和齿轮四提供不同的传动比，最终使四轴的输出转速具有两个不同的挡位。

本发明的进一步改进还有，所述三轴上安装有转速编码器，所述转速编码器用来测量三轴的转速并将其转化为电信号，这样当在行驶过程中进行变挡处理时，可以通过转速编码器对三轴的输出转速进行测量并输出信号给底盘车的驱动电机控制器，从而控制驱动电机的输出转速与三轴的转速相对应，使换挡套能够与对应的同步锁环啮合。

本发明的进一步改进还有，齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四、齿轮五、齿轮六、齿轮七、齿轮八均为斜齿轮，从而降低高速传动过程中的齿轮噪音。

本发明的进一步改进还有，所述内壳包括左内壳和右内壳，所述左内壳和右内壳通过紧固件连接在一起，所述左内壳和右内壳之间设置有密封圈，方便对内壳内部零件进行检修。

本发明的有益效果在于，本发明提供的变速箱可以在底座车静止状态和行驶过程中进行对整个驱动系统进行变挡处理，使整个底座车具备高速挡和低速挡两个挡位，适合不同的路况。这样底座车可以在进行爬坡运动时可以将其调自动至低速挡，并可以暂时输出较大输出转矩，在满足底盘车行驶速度的要求下尽可能的拓宽底盘车的爬坡角度。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式的结构示意图。

图2是本发明去掉内壳后的结构示意图。

图3是图2的主视图。

图4是图2的剖视图。

图中，1.一轴，2.齿轮一，3.同步锁环二，4.齿轮五，5.二轴，6.换挡齿轮，7.齿轮二，8.导向光轴，9.拨叉，10.换挡轴，11.同步锁环一，12.齿轮三，13.换挡电机，14.转速编码器，15.三轴，16.四轴，17.齿轮六，18.齿轮七，19.齿轮四，20.齿轮八，21.左内壳，22.右内壳，23.密封圈，24.换挡套。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面对本发明中出现的关键术语进行解释。

如图1至图4所示，本发明提供一种两挡变速箱，其包括左内壳21和右内壳22，所述左内壳21和右内壳22通过紧固件连接在一起，构成整个内壳，且在左内壳21和右内壳22之间优选设置密封圈23，增加整个内壳的密封性。在内壳的壳体内可转动安装有一轴1、二轴5、三轴15和四轴16。其中所述一轴1作为动力输入轴，所述四轴16为输出轴，所述二轴5和三轴15为中间轴。

所述一轴1上固定安装有齿轮一2，所述二轴5一端固定安装有齿轮二7，所述齿轮一2与齿轮二7啮合。所述二轴5上还依次设置有齿轮三12、换挡齿轮6和齿轮五4，其中，所述换挡齿轮6与二轴5之间通过键固定连接；所述齿轮三12和齿轮五4均通过轴承与二轴5可转动连接在一起。所述二轴5上还设置有同步锁环，所述同步锁环包括同步锁环一11和同步锁环二3，其中，所述同步锁环一11位于齿轮三12与换挡齿轮6之间，且所述同步锁环一11与齿轮三12固定连接；所述同步锁环二3位于齿轮五4与换挡齿轮6之间，且所述同步锁环二3与齿轮五4固定连接，所述换挡齿轮6上还设置有换挡机构，所述换挡机构能够与同步锁环一11或同步锁环二3啮合，并将对应的同步锁环与换挡齿轮6啮合在一起。

所述换挡机构包括换挡电机13，所述换挡电机13的输出轴传动连接换挡轴10，所述换挡轴10的一端设置外螺纹，所述换挡轴10上安装有拨叉9，所述拨叉9与换挡轴10上的外螺纹螺纹连接。进一步地，为保证换挡轴10转动时，所述拨叉9能够在换挡轴10上沿轴向直线运动，在所述内壳上固定安装有导向光轴8，所述导向光轴8与换挡轴10平行设置，且所述拨叉9的上端与导向光轴8滑动连接。在拨叉9的下端卡接有换挡套24，所述换挡套24套设在换挡齿轮6上，且所述换挡套24的内圈设置有内齿牙，所述换挡套24的内齿牙能够同时与换挡齿轮6的外齿牙和一个同步锁环的外齿牙啮合。作为优选，所述换挡机构还包括换挡传感器，所述换挡传感器用来感应拨叉9是否到达对应位置。所述换挡传感器与用来控制换挡电机13开关的换挡电机控制器通信连接。

所述三轴15上依次固定安装有齿轮六17、齿轮七18和齿轮四19，所述四轴16上固定安装有齿轮八20。其中所述齿轮六17与齿轮五4啮合，齿轮七18与齿轮八20啮合，齿轮四19与齿轮三12啮合。进一步地，所述三轴15上安装有转速编码器14，所述转速编码器14用来测量三轴15的转速，并将其转换为电信号传输给整个底盘车的驱动电机控制器。

当底盘车处于静止状态时，若利用本发明提供的变速箱将底盘车从高速挡挂入低速挡，此时一轴1无动力输入，整个内壳的壳体内部全部齿轮处于静止状态。换挡电机控制器控制换挡电机13进行动力输入，换挡电机13带动换挡轴10转动，从而驱动拨叉9沿换挡轴10轴向方向进行移动，拨叉9带动换挡套24进行横向移动，当换挡电机13运行指定圈数或换挡传感器检测到拨叉9到位后，换挡电机13停止动力输入。此时，换挡套24同时与同步锁环一11和换挡齿轮6啮合，将二轴5上的动力通过齿轮三12和齿轮四19传递到三轴15上，变速箱挂入低速挡。当将变速箱挂入高速挡时，其运作方式与上述运作同理，此时换挡套24同时与同步锁环二3和换挡齿轮6啮合，将二轴5上的动力通过齿轮五4和齿轮六17传递到三轴15上。

当底盘车处于运动状态时，若利用本发明提供的变速箱进行从低速挡挂入高速挡，此时一轴1有动力输入，其以一定速度进行转动，在换挡指令发出后，驱动电机控制器根据驱动电机电流判断驱动电机的运行状态，使驱动电机在输出动力情况下减小电流，驱动电机在制动情况下加大正向电流，驱动电机在不输出动力也不制动的情况下保持不变。当换挡齿轮6与换挡套24之间发生脱力时，所述换挡电机13带动换挡轴10转动，驱动拨叉9在换挡轴10上沿轴向方向运动，直至所述换挡套24只与换挡齿轮6啮合，此时所述换挡机构处于空挡位置，换挡电机13暂停动力输入。此时，转速编码器14读取三轴15的转速，并将其转换为电信号传输给驱动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机同步至与转速编码器14所测转速相适配的转速。此时，齿轮三12和齿轮五4相对静止，换挡电机13输入动力，换挡电机13带动换挡轴10转动，从而驱动拨叉9沿换挡轴10轴向方向进行移动，拨叉9带动换挡套24进行横向移动，当换挡电机13运行指定圈数或换挡传感器检测到拨叉9到位后，换挡电机13停止动力输入。此时，换挡套24同时与同步锁环二3和换挡齿轮6啮合，将二轴5上的动力通过齿轮五4和齿轮六17传递到三轴15上，变速箱挂入高速挡。反之，当将变速箱挂入低速挡时，其运作方式与上述运作同理。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。