一种用于电驱动零部件技术验证的变速传动装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种传动装置，尤其涉及一种变速传动装置。


背景技术：

2.目前，在大多数汽车零部件开发过程中，许多活动部件都是基于驱动电机进行控制的，若要进行全新电控系统的试验测试，一般都是经由设计人员专门设计和制作一套针对具体车型、具体零件设计制造对应的物理样机，对电驱动零部件技术方案进行验证。
3.这种针对试验的物理样机仅适用于特定项目、特定车型、特定零部件，当开发任务完成后，上述用于试验的物理样机基本就只能报废处理。这一过程显著增加了开发费用，其不仅是物理样机的制作成本，还有设计成本、时间周期成本、沟通协调成本、待报废件仓储成本等。
4.此外，在开发过程中，许多设计方案本来就存在多次更改调整的可能性，若采用的是一套不具备柔性化或柔性化程度比较低的机械装置作为物理样机，则在实际使用中，一定会带来诸多不便，费用投入也会持续增加。
5.因此，为了解决上述现有技术所存在的技术问题，降低开发费用，本实用新型提出了一种结构简单、操作容易、通用性高且拓展性好的变速传动装置，以测试和验证电驱动传动技术方案中的电机选型、传动比设置是否满足技术要求。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种用于电驱动零部件技术验证的变速传动装置，该变速传动装置结构简单、操作容易、通用性高且拓展性好，其能够模拟尽可能多的汽车电驱动部件的传动机构，且通过增减部件可以适用于尽可能多的电机型号，进而测试和验证电驱动传动技术方案中的电机选型、传动比设置是否满足技术要求，降低开发费用。
7.为了实现上述目的，本实用新型提出了一种用于电驱动零部件技术验证的变速传动装置，其包括：
8.箱体；
9.贯穿箱体设置的传动轴，其包括彼此平行设置的输入传动轴和输出传动轴；
10.支架，其固定设于所述箱体外侧，其用以安装待测电机；
11.齿轮，其包括：若干组成对设置的大小齿轮，其中每一对均包括分别设于输入传动轴和输出传动轴上的小齿轮和大齿轮，所述小齿轮和大齿轮相互啮合；其中所述小齿轮的分度圆半径小于大齿轮的分度圆半径。
12.在本实用新型的上述技术方案中，发明人合理地设计了一种用于电驱动零部件技术验证的变速传动装置，利用该变速传动装置，可以模拟汽车上常见电驱动部件的传动系统，进而测试和验证电机选型、传动比设置是否满足技术要求。
13.需要说明的是，为了增强本实用新型所述的变速传动装置的适用性，发明人对用于传动的齿轮进行了特殊设置，其设计了若干组成对设置的大小齿轮，通过替换增减齿轮，
可以使变速传动装置变换出的传动比尽可能地多，进而使其应用范围变广。
14.在本实用新型中，发明人设计的变速传动装置的结构简单，部件极少，加工成本很低，尺寸十分小巧，其能够比较方便的固定在试验桌上配合试验人员进行试验测试。该变速传动装置的变速过程简单、便捷、通用性高且拓展性好，其能够模拟尽可能多的汽车电驱动部件的传动机构，且通过增减部件可以适用于尽可能多的电机型号。
15.基于这种设计，实验人员在验证新的驱动部件的传动系统时，无需单独设计对应的物理样机来匹配电机性能与传动比，仅需采用本实用新型所述的变速传动装置，进行适应性调整，即可得到满足试验要求的传动比，以对汽车电驱动部件的传动技术方案验证，从而大大降低开发费用。
16.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述齿轮还包括：若干组成对设置的中齿轮，其中每一对中齿轮中的两个分别设于输入传动轴和输出传动轴上，且相互啮合；所述中齿轮的分度圆半径大于小齿轮的分度圆半径且小于大齿轮的分度圆半径，两个中齿轮分度圆半径之和等于小齿轮分度圆半径与大齿轮分度圆半径之和。
17.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述支架上还安装有传感器、编码器和电位器的至少其中之一。
18.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述传感器包括扭矩传感器。
19.需要指出的是，在实际对于电驱动零部件传动技术方案进行验证时，在本实用新型所述的变速传动装置中，除了安装待测电机，支架上还可以安装有扭矩传感器、编码器和电位器等传感器，以对电机功率、扭矩、转速、转角、传动比等参数进行验证和匹配。
20.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述齿轮与传动轴之间为圆柱副连接。
21.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述齿轮上设有在其轴向方向贯通的齿轮键槽，所述传动轴上设有若干个沿其轴向方向设置的传动轴键槽，所述齿轮与传动轴通过第一键连接。
22.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，设于同一输入传动轴或同一输出传动轴上的紧靠在一起的齿轮通过第二键彼此连接。
23.需要注意的是，在设计时，第一键选用短平键，第二键选用长平键，设计第二键(长平键)高度比第一键(短平键)小，大约为后者的一半。第二键由于长度远远超过了传动轴上的传动轴键槽，因此第二键不会陷入传动轴键槽中，而是能够跟随齿轮一起绕传动轴旋转运动。
24.在本实用新型中，利用第一键可以实现齿轮与传动轴的连接，当传动轴绕自身轴心转动时，则与之通过第一键连接的齿轮也会绕自身轴心转动。相应地，设于同一输入传动轴或同一输出传动轴上的紧靠在一起的齿轮通过不会陷入传动轴键槽的第二键彼此连接。
25.由于采用长平键的第二键35并不会陷入传动轴键槽，因此，只有短平键才能实现齿轮与传动轴之间的动力传递。位于输入传动轴和输出传动轴上相互啮合的齿轮，利用齿轮相互间的啮合实现动力传递。在单根传动轴上，紧靠在一起的两个齿轮可以两两成组，彼此之间通过特制的第二键来实现动力传递。
26.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述传动轴上设有卡环槽，所述卡环槽内设有卡环，以对齿轮进行轴向限位。
27.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述箱体的两个端侧面设有端盖。
28.进一步地，在本实用新型所述的变速传动装置中，所述端盖与传动轴之间设有轴承环。
29.相较于现有技术，本实用新型所述的变速传动装置具有如下所述的优点和有益效果：
30.(1)本实用新型设计的变速传动装置，在不增减部件的情况下，仅通过切换第一键、第二键，便可自由组合出多种传动比。
31.(2)本实用新型设计的变速传动装置，传动比变换操作简单、便捷，除部分零部件需要借助工具安装外，剩余操作徒手即可完成。
32.(3)本实用新型设计的变速传动装置，大量采用相同规格的零件，由简易结构的零件组合出复杂的功能，同时也显著降低了加工制造成本、后期维护成本、迭代升级成本。
33.(4)本实用新型设计的变速传动装置，模块化、柔性化程度高，通用性与可拓展性强，这也意味着本发明应用范围很广，具有良好的推广前景和应用价值。
34.(5)在本实用新型设计的变速传动装置中，箱体、支架、端盖、传动轴等部件的结构设计各有特色，考虑了更多的用途和更大范围的拓展性。
35.综上所述，本实用新型设计了一种体积小、重量轻、制作成本低、柔性化好、通用化高、可拓展性强的变速传动装置，其能够很容易地模拟汽车上常见电驱动部件的动力传递，从而帮助工程师对电驱动部件的传动方案进行模拟、验证、测试和优化。
附图说明
36.图1为本实用新型所述的变速传动装置在一种实施方式下的结构示意图。
37.图2为图1所示变速传动装置的箱体结构示意图。
38.图3示意性地显示了传动轴与箱体侧面端盖的装配结构图。
39.图4示意性地显示了设于输入传动轴和输出传动轴上的中齿轮彼此之间相互啮合的结构示意图。
40.图5示意性地显示了设于输入传动轴小齿轮与设于输出传动轴的大齿轮彼此之间相互啮合的结构示意图。
41.图6示意性地显示了短平键与传动轴键槽的结构示意图。
42.图7示意性地显示了长平键与齿轮键槽的结构示意图。
43.图8示意性地显示了齿轮利用短平键与传动轴配合的结构示意图。
44.图9示意性地显示了同一传动轴上紧靠在一起的齿轮通过长平件彼此连接的结构示意图。
45.图10为本实用新型所述的变速传动装置在一种实施方式下的齿轮4之间的动力传递路径。
46.图11为本实用新型所述的变速传动装置在另一种实施方式下的齿轮之间的动力传递路径。
47.图12为本实用新型所述的变速传动装置在又一种实施方式下的齿轮之间的动力传递路径。
48.图13示意性地显示了将待测电机安装在支架上的结构示意图。
49.图14示意性地显示了箱体上下两个端面设置端盖的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的车身尺寸测量系统做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本实用新型的技术方案构成不当限定。
51.图1为本实用新型所述的变速传动装置在一种实施方式下的结构示意图。
52.如图1所示，在本实施方式中，本实用新型所述的变速传动装置包括：箱体1、端盖2、传动轴3、齿轮4和支架5。其中，端盖2设置在箱体1的两个端侧面；传动轴3贯穿整个箱体1设置；支架5固定在箱体1的外侧，以用于安装待测电机。
53.图2为图1所示变速传动装置的箱体结构示意图。
54.在本实用新型中，箱体1可以设计为上下、左右、前后均能够对称的结构，箱体1是该变速传动装置其余部件安装的基体，其上可以设有若干个螺栓孔11。在实际使用时，也是通过箱体1将整套变速传动装置安装固定在试验平台上，用短螺栓穿过箱体1的螺栓孔11和试验台架安装面，即可直接将箱体1紧固在试验台架上。
55.需要说明是，根据变速传动装置最终需要承受的负载大小，可选择不同的材质来制作箱体1，如铝合金、工程塑料、复合材料。
56.相应地，进一步参阅图1可以看出，在本实用新型中，贯穿箱体1设置的传动轴3包括：彼此平行设置的输入传动轴31和输出传动轴32，二者可以选用为同一型零件。其中，输入传动轴31可以与安装在支架5上的待测电机的输出轴连接，另一根输出传动轴32可以与负载连接。箱体1也需要承受负载由输出传动轴32传递过来的反向作用力与力矩。
57.由于箱体1的两个端侧面设置有端盖2，在输入传动轴31和输出传动轴 32贯穿箱体1时，同时也会贯穿端盖2，为确保传动轴能够正常绕自身轴心转动，在端盖2与输入传动轴31和输出传动轴32之间可以进一步地设置圆柱轴承或轴承环，在本实施例中选用轴承环6(如下述图3所示)。轴承环连接左右端盖2和传动轴3，用以减小阻力、减少磨损。
58.图3示意性地显示了传动轴与箱体侧面端盖的装配结构图。
59.如图3所示，在本实施方式中，设置在箱体1两个端侧面的端盖2上分布有两个用以支撑传动轴的通孔21，两个通孔21之间的间距l1与设置于输入传动轴31和输出传动轴32上的成对啮合匹配的齿轮规格相关。当操作人员需要整体更换齿轮规格时，仅需要更改箱体1两个端侧面的端盖2的通孔 21间距并重新制作即可，其余部件均可沿用。
60.此外，需要说明的是，在本实用新型中，该变速传动装置可以采用三种规格的齿轮4，即：小齿轮41、中齿轮42、大齿轮43。且小齿轮41、中齿轮42和大齿轮43的分度圆半径依次增大。
61.其中，中齿轮42成对设置，每一对中齿轮42中的两个分别设置在输入传动轴31和输出传动轴32上，彼此之间相互啮合，以形成1:1传动，其啮合结构见于下述图4。图4示意性地显示了设于输入传动轴和输出传动轴上的中齿轮彼此之间相互啮合的结构示意图。
62.同样地，设于输入传动轴31或输出传动轴32上的小齿轮41能够与设于另一传动轴上的大齿轮43一一匹配，相互啮合，以形成一个固定的传动比，例如：0.5、0.625、0.75，小齿轮41与大齿轮43的啮合结构见于下述图5。图5示意性地显示了小齿轮与大齿轮彼此之间相
互啮合的结构示意图。
63.由此，在实际使用时，针对所需的传动比，本实用新型所述的变速传动装置中的齿轮4根据需求，可以设计包括有：若干组成对设置的中齿轮42 和/或若干组成对设置的大小齿轮。在本实用新型中，对于成对设置的中齿轮以及成对设置的大小齿轮的具体对数并不做特殊限定，操作人员可以根据实际使用需求，设计所需的具体对数进行实施。
64.此外，需要注意的是，参阅图3、图4和图5，在本实用新型中，在设计时，两个通孔21之间的间距l1、小齿轮41和大齿轮43分度圆半径之和 l2以及中齿轮42的分度圆直径l3是相等的，即l1＝l2＝l3。
65.图6示意性地显示了短平键与传动轴键槽的结构示意图。
66.图7示意性地显示了长平键与齿轮键槽的结构示意图。
67.如图6和图7所示，在本实施方式中，齿轮4可以包括若干组成对设置的大小齿轮，各齿轮4设于传动轴3的输入传动轴31和输出传动轴32上，齿轮4与传动轴3之间为圆柱副连接，且各齿轮4与对应的传动轴3同轴心设置。
68.进一步参阅图6和图7可以看出，在本实用新型中，传动轴3上均布地设计了多个沿其轴向方向设置的传动轴键槽33；同时，无论是小齿轮41还是大齿轮43，各齿轮4上均设有在其轴向方向贯通的齿轮键槽44。
69.需要说明的是，在本实施方式中，在传动轴键槽33可以设置第一键34，齿轮4上的齿轮键槽44的槽尺寸能够与第一键34和第二键35的键尺寸配合。其中，第一键34选用短平键，第二键35选用长平键。
70.在设计时，设计第二键35(长平键)高度比第一键34(短平键)小，大约为后者的一半。由于第二键35长度远远超过了传动轴3上的传动轴键槽 33，因此第二键35不会陷入传动轴键槽33中，而是能够跟随齿轮4一起绕传动轴3旋转运动。
71.此外，在传动轴3上还均布地设计了多个沿其轴向方向设置的卡环槽，该卡环槽内设有卡环7，以对齿轮4进行轴向限位，进而确保齿轮4一直处于正确的位置。传动轴3与齿轮4之间的配合关系如下述图8和图9所示。
72.图8示意性地显示了齿轮利用短平键与传动轴配合的结构示意图。
73.图9示意性地显示了同一传动轴上紧靠在一起的齿轮通过长平件彼此连接的结构示意图。
74.如图8和图9所示，同时参阅图6和图7可以看出，在本实用新型中，利用第一键34，可以实现齿轮4与传动轴3的连接，当传动轴3绕自身轴心转动时，则与之通过第一键34连接的齿轮4也会绕自身轴心转动。
75.相应地，设于同一输入传动轴31或同一输出传动轴32上的紧靠在一起的齿轮4通过不会陷入传动轴键槽33的第二键35彼此连接。
76.需要注意的是，由于采用长平键的第二键35并不会陷入传动轴键槽33，因此，只有选用为短平键的第一键34才能实现齿轮4与传动轴3之间的动力传递(见图8)。位于输入传动轴31和输出传动轴32上相互啮合的齿轮4，利用齿轮4相互间的啮合实现动力传递。在单根传动轴3上，上述单个小齿轮41和单个大齿轮43可以两两成组，彼此之间通过特制的第二键35来实现动力传递(见图9)。
77.图10为本实用新型所述的变速传动装置在一种实施方式下的齿轮4之间的动力传
递路径。
78.如图10所示，在本实施方式中，齿轮4包括7组成对设置的大小齿轮，即包括7个小齿轮41和7个大齿轮43，其各个齿轮之间的动力传递路径如图中多个箭头a所表示。
79.在本变速传动装置中，沿输入传动轴31的轴向方向依次设有：小齿轮、大齿轮、小齿轮、大齿轮、小齿轮、大齿轮和小齿轮。其中，输入传动轴31 前端设置的小齿轮41利用第一键34实现与输入传动轴31的连接，其后的大小齿轮两两一组紧靠在一起，并利用第二键35彼此连接。
80.相应地，沿输出传动轴32的轴向方向上依次设有：大齿轮、小齿轮、大齿轮、小齿轮、大齿轮、小齿轮和大齿轮。其中，输出传动轴32末端设置的大齿轮43利用第一键34实现与输出传动轴32的连接，其前面的大小齿轮两两一组紧靠在一起，并利用第二键35彼此连接。
81.在试验过程中，待测电机的输出轴会带动输入传动轴31绕自身轴心旋转，输入传动轴31能够将动力传递给与之连接的首端小齿轮41，以使该小齿轮41同样进行旋转。
82.相应地，该小齿轮41与输出传动轴32上与之对应的大齿轮43啮合连接，利用齿轮啮合运动能够有效传递动力，可以理解为动力沿齿轮径向传递。在输入传动轴41首端的小齿轮的带动下，输出传动轴32首端的大齿轮43 以及与其利用第二键35彼此连接的小齿轮41也会绕自身轴心转动，二者将同步、同速旋转，动力由此沿输出传动轴32的轴向传递，但此时输出传动轴 32并不会转动。
83.当与输出传动轴32首端大齿轮43连接的小齿轮41转动时，小齿轮41 又会带动与之啮合的且设于输入传动轴41上的大齿轮转动，进而实现动力传递。由此，依靠大小齿轮间的啮合连接，可以有效传递动力至输出传动轴32 末端的大齿轮43，以使其绕自身轴心旋转。
84.由于设于输出传动轴32末端的大齿轮43利用第一键34与输出传动轴 32连接，因此当输出传动轴绕自身轴心旋转时，会将动力传递给输出传动轴 32，以使输出传动轴32绕自身轴心旋转。
85.需要说明的是，长平键与短平键可以在本变速传动装置中交替使用，进而能够自由组合变换出多种传动比，增速传动、减速传动、等比传动均可实现，这是本变速传动装置的关键特点。
86.图10展示了本实用新型所述的变速传动装置的一种传动方案，当小齿轮41与大齿轮43之间的传动比为1:0.625时，在图10所示的图示组合下共进行了七档减速(即七级传动)，最终本变速传动装置输出的转速是输入转速的0.03725倍，即实现了近27倍的减速增矩传动。
87.此外，除了上述图10所展示的小齿轮41与大齿轮43，在一些实施方式中，齿轮4中还可以设有多组成对设置的中齿轮42，动力在相互啮合的中齿轮42之间，亦可实现传递。
88.图11为本实用新型所述的变速传动装置在另一种实施方式下的齿轮之间的动力传递路径。
89.如图11所示，当将图10和图11所示实施方式中的一组成对设置的大小齿轮替换为一组成对设置的中齿轮42后，可以实现中间比值的传动比。其各个齿轮之间的动力传递路径如图中多个箭头b所表示。
90.在图11所示的组合方案下，若采用同上述图10规格的大齿轮43、小齿轮41进行动力传递，则最终实现的传动比为1:0.39。
91.综上，按照上述方法，当本变速传动装置在采用七组成对设置的齿轮时，可以自由组合出的传动比如下述表1所示。
92.表1.
[0093][0094]
需要说明的是，在实际使用时，若需要更大范围传动比变换，则可以采用更薄的齿轮4，并重新定制输入传动轴31和输出传动轴32，其余部件则可以沿用。
[0095]
此外，需要注意的是，除了进行减速增矩传动外，本变速传动装置也可以进行增速降矩传动，如下述图12所示。图12为本实用新型所述的变速传动装置在又一种实施方式下的齿轮之间的动力传递路径。
[0096]
如图12所示，其可以沿用图10实施方式的齿轮4，即包括7个小齿轮 41和7个大齿轮43。但由于齿轮4彼此之间的连接设置以及齿轮4与传动轴 3之间的连接，在本实施方式中，实际用于动力传递的仅包括五组成对设置的大小齿轮，且各个齿轮之间的动力传递路径如图中多个箭头c所表示。
[0097]
在输入传动轴31上，输入传动轴31首端和尾端的小齿轮41均不参与动力传递，即沿输入传动轴31的轴向方向参与动力传递的齿轮4依次为：大齿轮、小齿轮、大齿轮、小齿轮和大齿轮。其中，最末一个大齿轮43利用第一键34实现与输入传动轴31的连接，其前面的大小齿轮两两一组紧靠在一起，并利用第二键35彼此连接。
[0098]
相应地，在输出传动轴32上，在输出传动轴32首端和尾端的大齿轮43 均不参与动力传递，即沿输出传动轴32的轴向方向参与动力传递的齿轮4 依次为：小齿轮、大齿轮、小齿轮、大齿轮和小齿轮。其中，首端的第一个小齿轮41利用第一键34实现与输出传动轴32的连接，后面的大小齿轮两两一组紧靠在一起，并利用第二键35彼此连接。
[0099]
由此，不同于图10所示的实施方式，在输入传动轴32绕自身轴心旋转时，其会带动与之连接的最末大齿轮43同步转动，经多个齿轮啮合传动，最终可以将动力传递至输出传动轴32首端的第一个小齿轮41，以使其带动输出传动轴32绕自身轴心旋转。
[0100]
综上所述可以看出，图12所示情况下实现了五级增速(即五级传动)，若大小齿轮的传动比同上述图10，则能够实现1:10.486的增速降矩传动。此外，若需要实现1:1传动，则使用一组成对设置的中齿轮42啮合传动即可。
[0101]
图13示意性地显示了将待测电机安装在支架上的结构示意图。
[0102]
在实际使用时，本实用新型所述的变速传动装置中的支架5可根据实际使用的待测电机8的规格单独定值，该支架5可以很方便的对接多种类型的待测电机8，如直流电机、步进电机、伺服电机。
[0103]
除安装待测电机8外，该支架5也安装扭矩传感器，以检测转矩；其同样可以安装编
码器和电位器，以用于检测传动轴的转速、转角信息。
[0104]
图14示意性地显示了箱体上下两个端面设置端盖的结构示意图。
[0105]
如图14所示，在图14所示的方式中，除了在箱体1的两个端侧面设有端盖2外，为了封闭箱体，避免异物进入或对实验人员造成物理伤害，在箱体1的上下两个端面还可以设有端盖9。
[0106]
参阅图14，在该端盖9上还设有螺栓孔91，在试验台上安装箱体1时，可以采用长螺栓以此穿过上端盖的螺栓孔91，箱体1、下端盖的螺栓孔92、试验台架安装面，拧紧螺栓螺母后，箱体1将被紧固在试验台架的安装面上。
[0107]
需要说明的是，本实用新型保护范围中现有技术部分并不局限于本技术文件所给出的实施例，所有不与本实用新型的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本实用新型的保护范围。
[0108]
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
[0109]
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。