扭矩传输装置、扭矩输出装置和换电机器人的制作方法

本实用新型属于动力传输技术领域，具体提供一种扭矩传输装置、扭矩输出装置和换电机器人。

背景技术：

目前，电动汽车的补能方式主要有两种，其一是通过充电桩或充电站直接对电动汽车进行充电；其二是将电动汽车上乏电的动力电池更换成满电的动力电池。

电动汽车进行换电时，通常需要借助换电机器人，换电机器人将电动汽车上乏电的动力电池拆卸下来并转运到用于对动力电池进行充电的电池存储柜中，以及将电池存储柜中满电的动力电池转动到电动汽车处并安装到电动汽车上。

为了方便电动汽车的换电，有些电动汽车采用了底盘式换电的方式。换电时，换电机器人行走至电动汽车的下方，换电机器人使其上的套筒扳手与动力电池上的螺栓对准并插接到一起。换电机器人上的电机驱动套筒扳手和螺栓转动，将乏电的动力电池从电动汽车上拆卸下来。将满电电池安装到电动汽车上时与该过程相反，此处不再做过多说明。

但是在现有技术中，换电机器人上的套筒扳手和电机之间采用的都是刚性连接，由于生产误差、换电机器人与电动汽车之间的位置误差，套筒扳手在与电动汽车上的螺栓插接到一起时往往会绕轴向发生些许的偏移，导致电机与套筒扳手之间在动力传输时容易出现卡顿，动力传输效率较低。

相应地，本领域需要一种扭矩传输装置、扭矩输出装置和换电机器人来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的换电机器人在执行换电作业时电机与套筒扳手之间动力传输效率低的问题，本实用新型提供了一种扭矩传输装置，所述扭矩传输装置包括浮动装置、万向节和扳手，所述浮动装置包括固定端、扭矩输入端和扭矩输出端，所述浮动装置通过所述固定端与动力装置的外壳固定连接；所述万向节包括扭矩输入关节和扭矩输出关节，所述扭矩输入关节与所述动力装置的输出轴驱动连接，所述扭矩输出关节与所述浮动装置的扭矩输入端固定连接；所述扳手与所述浮动装置的扭矩输出端驱动连接；所述浮动装置设置成允许所述扭矩输入端和/或所述扭矩输出端沿垂直于动力传输的方向浮动。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述浮动装置包括：

壳体，所述固定端位于所述外壳上；

传动轴，其位于所述壳体内，并且所述扭矩输入端和所述扭矩输出端分别是所述传动轴轴向上的第一端和第二端，所述第二端与所述扳手以周向固定的方式连接到一起；

多个滚珠，所述多个滚珠沿所述传动轴的周向分布并且在所述传动轴的周向上被固定，用于支撑所述传动轴沿径向浮动。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述壳体包括固定连接或一体制成的支架和浮动箱，所述固定端位于所述支架远离所述浮动箱的一端，所述传动轴和所述多个滚珠都位于所述浮动箱内。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述浮动箱包括环形侧板和分别设置在所述环形侧板轴向上两端的第一端板和第二端板，所述环形侧板的内径大于所述多个滚珠所构成的环形结构的外径，以便允许所述多个滚珠和所述传动轴沿径向浮动；所述第一端板与所述支架固定连接或一体制成；所述第一端板和所述第二端板上分别设置有一个允许所述传动轴沿径向浮动的通孔，并且所述第一端板和所述第二端板中的至少一个与所述多个滚珠相抵。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述浮动装置还包括沿径向设置在所述浮动箱和所述传动轴之间的第一弹簧，所述第一弹簧用于驱动浮动之后的所述传动轴恢复到原来的位置。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述第一弹簧是卷簧、拉簧或压簧。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述浮动装置还包括沿所述传动轴的轴向设置在所述第一弹簧和所述多个滚珠之间的滚珠盖板，所述滚珠盖板用于防止所述滚珠与所述第一弹簧接触。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述浮动装置还包括环形的滚珠支架，所述多个滚珠沿所述滚珠支架的周向均匀地分布在所述滚珠支架的一侧或两侧。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述滚珠支架与所述传动轴固定连接或一体制成。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述扳手和所述传动轴的第二端沿轴向插接到一起，并且所述扳手上设置有凸起结构，所述传动轴的第二端上设置有止挡结构，所述止挡结构用于阻碍所述凸起结构，防止所述凸起结构从所述传动轴中脱出。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述扭矩传输装置还包括沿轴向设置在所述传动轴和所述扳手之间的第二弹簧，所述第二弹簧用于给所述扳手提供远离所述传动轴的力。

在上述扭矩传输装置的优选技术方案中，所述动力装置是电机、油泵或气泵；并且/或者，所述扳手包括与螺栓或螺母匹配的套筒。

此外，本实用新型还提供了一种扭矩输出装置，所述扭矩输出装置包括上述优选技术方案中任一项所述的扭矩传输装置和动力装置。

进一步，本实用新型还提供了一种换电机器人，所述换电机器人包括上述优选技术方案中任一项所述的扭矩传输装置，所述扳手用于将电动汽车上的动力电池拆卸下来以及将拆卸下来的动力电池安装到电动汽车上。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，通过将万向节、浮动装置和扳手顺次连接到一起，使得动力装置的扭矩能够通过万向节和浮动装置顺次传递给扳手，即便是在扳手绕轴线发生偏移时，万向节也能够将扭矩顺利地传递给浮动装置，进而传递给扳手，保证了动力装置与扳手之间动力传输的效率。本领域技术人员应当知晓的是，万向节是用于实现变角度动力传递的机件。

进一步，本实用新型还通过将浮动装置设置成允许其扭矩输入端和/或其扭矩输出端沿垂直于动力传输的方向浮动，使得扳手能够沿垂直于动力传输的方向浮动。

因此，本实用新型的扭矩传输装置应用到换电机器人上时，与螺栓匹配的扳手不仅可以绕轴线摆动，还可以沿径向移动，使得扳手与螺栓的匹配更加容易，电机与扳手之间的动力传输效率也更加高。

在本实用新型一个可行的技术方案中，浮动装置包括与动力装置的外壳固定连接的壳体、设置在所述壳体内的传动轴、用于支撑所述传动轴在所述壳体内沿径向移动的多个滚珠。在组装好的状态下，传动轴的第一端与万向节的扭矩输出关节固定连接，传动轴的第二端与扳手固定连接。

方案1、一种扭矩传输装置，其特征在于，所述扭矩传输装置包括浮动装置、万向节和扳手，

所述浮动装置包括固定端、扭矩输入端和扭矩输出端，所述浮动装置通过所述固定端与动力装置的外壳固定连接；

所述万向节包括扭矩输入关节和扭矩输出关节，所述扭矩输入关节与所述动力装置的输出轴驱动连接，所述扭矩输出关节与所述浮动装置的扭矩输入端固定连接；

所述扳手与所述浮动装置的扭矩输出端驱动连接；

所述浮动装置设置成允许所述扭矩输入端和/或所述扭矩输出端沿垂直于动力传输的方向浮动。

方案2、根据方案1所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述浮动装置包括：

壳体，所述固定端位于所述外壳上；

传动轴，其位于所述壳体内，并且所述扭矩输入端和所述扭矩输出端分别是所述传动轴轴向上的第一端和第二端，所述第二端与所述扳手以周向固定的方式连接到一起；

多个滚珠，所述多个滚珠沿所述传动轴的周向分布并且在所述传动轴的周向上被固定，用于支撑所述传动轴沿径向浮动。

方案3、根据方案2所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述壳体包括固定连接或一体制成的支架和浮动箱，

所述固定端位于所述支架远离所述浮动箱的一端，

所述传动轴和所述多个滚珠都位于所述浮动箱内。

方案4、根据方案3所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述浮动箱包括环形侧板和分别设置在所述环形侧板轴向上两端的第一端板和第二端板，

所述环形侧板的内径大于所述多个滚珠所构成的环形结构的外径，以便允许所述多个滚珠和所述传动轴沿径向浮动；

所述第一端板与所述支架固定连接或一体制成；

所述第一端板和所述第二端板上分别设置有一个允许所述传动轴沿径向浮动的通孔，并且所述第一端板和所述第二端板中的至少一个与所述多个滚珠相抵。

方案5、根据方案4所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述浮动装置还包括沿径向设置在所述浮动箱和所述传动轴之间的第一弹簧，所述第一弹簧用于驱动浮动之后的所述传动轴恢复到原来的位置。

方案6、根据方案5所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述第一弹簧是卷簧、拉簧或压簧。

方案7、根据方案5所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述浮动装置还包括沿所述传动轴的轴向设置在所述第一弹簧和所述多个滚珠之间的滚珠盖板，所述滚珠盖板用于防止所述滚珠与所述第一弹簧接触。

方案8、根据方案3至7中任一项所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述浮动装置还包括环形的滚珠支架，所述多个滚珠沿所述滚珠支架的周向均匀地分布在所述滚珠支架的一侧或两侧。

方案9、根据方案8所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述滚珠支架与所述传动轴固定连接或一体制成。

方案10、根据方案2至7中任一项所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述扳手和所述传动轴的第二端沿轴向插接到一起，并且所述扳手上设置有凸起结构，所述传动轴的第二端上设置有止挡结构，所述止挡结构用于阻碍所述凸起结构，防止所述凸起结构从所述传动轴中脱出。

方案11、根据方案10所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述扭矩传输装置还包括沿轴向设置在所述传动轴和所述扳手之间的第二弹簧，所述第二弹簧用于给所述扳手提供远离所述传动轴的力。

方案12、根据方案1至7中任一项所述的扭矩传输装置，其特征在于，所述动力装置是电机、油泵或气泵；

并且/或者，所述扳手包括与螺栓或螺母匹配的套筒。

方案13、一种扭矩输出装置，其特征在于，所述扭矩输出装置包括方案1至12中任一项所述的扭矩传输装置和动力装置。

方案14、一种换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括方案1至12中任一项所述的扭矩传输装置，所述扳手用于将电动汽车上的动力电池拆卸下来以及将拆卸下来的动力电池安装到电动汽车上。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型的扭矩输出装置的侧视图；

图2是本实用新型的扭矩输出装置的结构爆炸示意图；

图3是本实用新型的扭矩输出装置的局部剖视图；

图4是图3中的扭矩输出装置的局部放大图。

附图标记列表：

1、电机；

2、浮动装置；21、壳体；211、支架；2111、第一支板；2112、第二支板；212、浮动箱；2121、环形侧板；2122、第一端板；2123、第二端板；22、传动轴；221、方形孔；23、滚珠；24、滚珠支架；25、滚珠盖板；26、第一弹簧；

3、万向节；31、扭矩输入关节；32、扭矩输出关节；

4、扳手；41、方形柱；42、套筒；

5、连接板。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，本节实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非用于限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的各部件之间是按一定比例关系绘制的，但是这种比例关系并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，调整后的技术方案仍将落入本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

进一步，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，螺栓既可以与螺母配合使用，也可以单独使用。

如图1所示，本实用新型的扭矩输出装置主要包括电机1和与电机1驱动连接的扭矩传输装置。扭矩传输装置用于将电机1输出的扭矩传递至目标机构，该目标机构可以是螺栓或螺母。本领域技术人员能够理解的是，在能够为扭矩传输装置提供扭矩的情况下，电机1还可以被替换成其它任意可行的动力装置，例如油泵或气泵。

继续参阅图1，扭矩传输装置主要包括浮动装置2、万向节3和扳手4。其中，浮动装置2包括固定端、扭矩输入端和扭矩输出端。浮动装置2通过固定端与电机1的外壳固定连接到一起，万向节3的第一端与电机1的输出轴固定连接，万向节3的第二端与浮动装置2的扭矩输入端固定连接，浮动装置2的扭矩输出端与扳手4固定连接到一起。其中，浮动装置2还设置成允许其扭矩输入端和/或其扭矩输出端沿垂直于动力传输的方向(图1中上下方向)浮动，以便允许扳手4沿径向(图1中左右方向)浮动。

如图1至图3所示，浮动装置2主要包括壳体21、传动轴22、滚珠23、滚珠支架24、滚珠盖板25和第一弹簧26。

如图1和图2所示，壳体21包括固定连接到一起的支架211和浮动箱212，或者本领域技术人员也可以根据需要，将支架211和浮动箱212一体制成。其中，支架211进一步包括对称设置的第一支板2111和第二支板2112。浮动装置2的固定端是第一支板2111和第二支板2112的第一端(图2中第一支板2111和第二支板2112的下端)，第一支板2111和第二支板2112的第一端分别与电机1的外壳(具体为电机1的法兰)固定连接到一起。如图2所示，第一支板2111和第二支板2112优选地通过连接板5固定到电机1的法兰上。示例性地，先通过螺栓将连接板5固定到电机1的法兰上，然后再通过螺栓将第一支板2111和第二支板2112固定到连接板5上。第一支板2111和第二支板2112的第二端(图2中第一支板2111和第二支板2112的上端)与浮动箱212固定连接。

如图2和图3所示，浮动箱212包括环形侧板2121、第一端板2122和第二端板2123。其中，环形侧板2121呈筒状，第一端板2122和第二端板2123分别设置在环形侧板2121轴向上的两端，并且第一端板2122与第一支板2111和第二支板2112固定连接或一体制成。示例性地，第一端板2122通过螺栓与第一支板2111和第二支板2112固定连接到一起，或者本领域技术人员也可以根据需要，将第一端板2122与第一支板2111和第二支板2112一体制成。第一端板2122上还设置有螺纹孔，环形侧板2121和第二端板2123上分别设置有通孔，螺栓穿过第二端板2123上的通孔和环形侧板2121上的通孔之后与第一端板2122上的螺纹孔拧紧到一起，从而将环形侧板2121、第一端板2122和第二端板2123固定到一起。

如图2至图4所示，第一端板2122和第二端板2123上还分别设置有允许传动轴22穿过的通孔，并且传动轴22与该两个通孔之间分别采用间隙配合的形式，以便传动轴23能够在该两个通孔内沿径向浮动。该间隙的大小可以根据实际需要设置成任意数值，例如1mm、2mm、3mm等。进一步，滚珠23、滚珠支架24、滚珠盖板25和第一弹簧26都设置在浮动箱212内。具体地，滚珠支架24套设在传动轴22的外侧，并且与传动轴22固定连接或一体制成，图3和图4中的滚珠支架24的上下两侧分别设置有多个滚珠23，优选地，多个滚珠23绕滚珠支架24的轴向等间距分布。滚珠盖板25位于第二端板2123与环形侧板2121之间，用于防止滚珠支架24上侧的滚珠23沿传动轴22的轴向移动。具体地，滚珠盖板25上设置有多个通孔，环形侧板2121上设置有多个螺纹孔，螺栓穿过滚珠盖板25上的通孔之后与环形侧板2121上的螺纹孔拧紧到一起，从而将滚珠盖板25和环形侧板2121固定到一起。或者，本领域技术技术人员也可以根据需要，在滚珠盖板25和环形侧板2121上分别设置多个通孔，在第一端板2122上设置多个螺纹孔，螺栓依次穿过滚珠盖板25和环形侧板2121上的通孔之后与第一端板2122上的螺纹孔拧紧到一起，从而将滚珠盖板25和环形侧板2121固定到一起。

如图4所示，滚珠支架24的外径小于环形侧板2121的内径，并且在组装好的状态下，滚珠支架24下侧的多个滚珠23与第一端板2122抵接，滚珠支架24上侧的多个滚珠23与滚珠盖板25抵接，以便传动轴22在滚珠23的支撑下能够沿径向浮动。本领域技术人员能够理解的是，多个滚珠23绕所述滚珠支架24构成的环形结构的外径也小于环形侧板2121的内径，以便允许所述多个滚珠23随着传动轴22一起浮动。

如图2所示，第二端板2123包括轴向部分(图中未标示)和径向部分(图中未标示)。第一弹簧26为四个，并且等间距地设置在传动轴22与第二端板2123的轴向部分之间。具体地，每一个第一弹簧26的一端分别与传动轴22可滑动地压接到一起，以便传动轴22能够相对于第一弹簧26自由转动；每一个第一弹簧26的另一端分别与第二端板2123的轴向部分的内壁固定地压接到一起。进一步，所述轴向部分的内壁设置有用于卡置第一弹簧26的凹槽，第一弹簧26的至少一部分和所述另一端插入所述凹槽中与所述轴向部分压接到一起。本领域技术人员能够理解的是，所述凹槽能够避免第一弹簧26随传动轴22转动。

本领域技术人员能够理解的是，四个第一弹簧26用于为传动轴22提供对中的力，使传动轴22与第二端板2123的轴向部分同轴或接近于同轴。本领域技术人员还能够理解的是，在能够实现传动轴22与第二端板2123的轴向部分同轴或接近于同轴的情况下，第一弹簧26不仅限于图2中所示的压簧，其还可以是其它任意可行的弹簧，例如拉簧、卷簧等。

继续参阅图2和图3，传动轴22包括与万向节3固定连接的第一端和与扳手4驱动连接的第二端，即浮动装置2的扭矩输入端是传动轴22的第一端，浮动装置2的扭矩输出端是传动轴22的第二端。万向节3包括扭矩输入关节31和扭矩输出关节32，扭矩输入关节31与电机1的输出轴固定连接到一起，扭矩输出关节32与传动轴22的第一端固定连接到一起。本领域技术人员能够理解的是，扭矩输入关节31与电机1的输出轴之间、扭矩输出关节32与传动轴22的第一端之间可以采用任意可行的方式连接到一起，例如花键连接、平键连接、螺栓连接等。示例性地，扭矩输入关节31上设置有内键槽，电机1的输出轴上设置有外键槽，扭矩输入关节31和电机1的输出轴通过平键同轴地连接到一起；扭矩输出关节32上设置有内键槽，传动轴22的第一端上设置有外键槽，扭矩输出关节32与传动轴22的第一端通过平键同轴地连接到一起。

此外，本领域技术人员还可以根据需要，在扭矩输入关节31与扭矩输出关节32之间设置一个、两个、三个或其它任意数量的关节。即，根据需要将万向节3设置成具有两个、三个、四个、五个等其它任意数量关节的万向节。

如图2所示，扳手4包括与传动轴22相连接的方形柱41和用于匹配螺栓或螺母的套筒42。传动轴22的第二端设置有与方形柱41相匹配的方向孔221。在安装好的状态下，方形柱41插入所述方形孔221中将扳手4和传动轴22以可轴向滑动、周向固定的方式连接到一起。进一步，为了防止方形柱41从方形孔221中滑脱，方形柱41远离套筒42的一端设置有凸起结构，方形孔221的内壁靠近扳手4的位置设置有止挡结构，当方形柱41插入方形孔221后，止挡结构与凸起结构相干涉，防止方形柱41从方形孔221中滑脱。具体地，方形柱41上沿径向设置有孔结构，所述凸起结构是可滑动地设置在所述孔结构内的滑动销，滑动销插进孔结构的一端通过弹簧与所述孔结构的底部相抵，所述弹簧能够给所述滑动销提供压紧所述方形孔221的侧壁的力。所述止挡结构是形成在方形孔221的侧壁上的环形凸起。

进一步，虽然图中并未示出，但是本实用新型的优选实施方案中，方形柱41与方形孔221之间采用间隙配合的形式，以便方形柱41能够在方形孔221内绕轴线摆动。该间隙的大小可以根据实际需要设置成任意数值，例如1mm、2mm、3mm等。

进一步，虽然图中并未示出，但是本实用新型的扭矩传输装置还包括沿轴向设置在扳手4和传动轴22之间的第二弹簧，该第二弹簧优选地是压簧，该压簧的一端与方形孔221的底端相抵，该压簧的另一端与方形柱41远离套筒42的一端相抵。该压簧用于给扳手4提供远离传动轴22的力。

下面结合图2和图3，来对本实用新型的扭矩输出装置的工作原理进行简单说明。

使用时，先使扳手4的套筒42套到螺母或螺栓上，然后使电机1开始工作，电机1的输出轴带动万向节3、传动轴22和扳手4转动，拧动螺母或螺栓。如果螺母或螺栓在轴向上不能够与套筒42对准，在套筒42套到螺母或螺栓上之后，扳手4会沿径向发生摆动，同时带动传动轴22沿径向移动，由于万向节3的存在，电机1与传动轴22之间的动力传输不会受到任何阻碍(或者阻碍非常小可以忽略)。

本领域技术人员能够理解的是，本实用新型通过允许扳手4绕轴线摆动、允许传动轴22沿径向移动以及通过设置万向节3，使得扳手4在与螺栓或螺母不能够轴向对准时，也能够使套筒42套到螺栓或螺母上，并使得电机1通过万向节3和浮动装置2将扭矩顺利地传递给扳手4，保证了动力传输的效率。

虽然图中并未示出，但是在本实用新型另一个可行的实施方式中，与上述优选实施方式不同的是，省去所述滚珠盖板25的设置，使滚珠支架24上侧的滚珠23直接与第二端板2123抵接，并将第一弹簧26相应地设置在环形侧板2121与传动轴22之间。此外，本领域技术人员还可以根据需要，使滚珠23仅与第一端板2122或第二端板2123抵接。

虽然图中并未示出，但是在本实用新型另一个可行的实施方式中，与上述优选实施方式不同的是，浮动装置2仅包括壳体21、传动轴22和多个滚珠23。并且，传动轴22上设置设有环形凹槽，多个滚珠23都卡置到所述环形凹槽中，并且第一端板2122和第二端板2123分别与多个滚珠23抵接。传动轴22通过所述多个滚珠23以沿径向可浮动，沿轴向被固定的方式与第一端板2122和第二端板2123连接到一起。本领域技术人员能够理解的是，多个滚珠23绕传动轴22构成的环形结构的外径也小于环形侧板2121的内径，以便允许所述多个滚珠23随着传动轴22一起浮动。此外，本领域技术人员还可以根据需要，使滚珠23仅与第一端板2122或第二端板2123抵接。

此外，本实用新型还提供了一种换电机器人，该换电机器人包括上述的扭矩传输装置和/或扭矩输出装置的全部技术特征或部分技术特征。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。