用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统

1.本发明涉工程机械技术领域，具体是一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统。


背景技术：

2.电动车辆能够充分利用各动力源的优势，可以在不降低车辆性能的前提下降低油耗和排放。与传统的机械传动方式相比，采用电驱动技术在提高车辆机动性能方面具有很多优点，包括可以实现车辆无级变速、任意半径无级转向、高加速性，并且没有机械传动的换挡冲击振动，具有再生制动能量回馈。另外，动力传动系统布置灵活，还可为车辆其他系统提供充足的电能供给。因此，目前从能源危机、环境污染对车辆驱动提出的节能环保要求，现代车辆高机动性指标要求，传动技术更新换代的发展周期等角度来看，发展履带车辆电驱动技术成为重要方向。
3.随着电力电子技术、控制技术、大功率永磁同步电机、高性能蓄电池等核心关键部件技术的发展，电传动在履带车辆的应用研究越来越多。履带车辆一般较轮式车辆重、车上空间狭窄、传动功能多，因此对电机、电池等部件的功率指标、功率体积比、功率重量比要求都很高。如何在部件技术水平有限的前提下，将电机与机械有机集成，满足电传动系统在车辆上的布置要求，实现履带车辆传递功率、变速、转向、制动和操纵等功能，就显得至关重要。目前，电传动技术的将朝着紧凑型、集成化、轻量化、传动多样化方向发展。为此，国内外开展了许多研究工作，过去电传动技术的研究中在结构型式上主要归类为图1-4所示的四种基本方案。
4.参考图1为电传动技术的现有方案一：该方案中，发动机带动发电机发电，通过电力控制单元向车辆左、右侧的牵引电机供电，牵引电机驱动左、右两侧的主动轮实现直驶，转向时则通过控制左、右两侧的牵引电机产生转速差来实现；
5.参考图2为电传动技术的现有方案二：该方案中，发动机带动发电机发电，向直驶牵引电机供电，通过变速机构、侧传动驱动左右两侧主动轮实现直驶，转向时则转向电机驱动汇流排，在输出端形成速差来实现；
6.参考图3为电传动技术的现有方案三：方案三与上述方案二的结构基本相同，主要差别是驱动牵引电机由单个变成左右两个；
7.参考图4为电传动技术的现有方案四：在前三种方案中，牵引电机的能量均通过发电机提供，方案四的驱动功率则是由两路并联组成的，一路由发动机提供直接驱动机械结构，另一路通过发动机带动发电机，再提供电能给电机驱动，两路共同驱动车辆行驶，转向时则和结构方案二、三相同。
8.为了解决电驱传动履带式车辆在转向过程中功率回流问题，采用机械结构将左右驱动电机耦合是较好的解决方案。从上述四种现有方案可知，现有的机械耦合功率回流装置大部分是采用的行星排机构，但行星盘机构具有结构复杂、成本高、重量大的问题。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统，不仅简化了系统结构，同时可实现对于回流功率的动态调节。
10.为实现上述目的，本发明提供一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统，包括左侧电传动机构与右侧电传动机构，还包括机匣、差速电机、差速齿圈、左侧太阳轮、右侧太阳轮、行星轮与反向机构；
11.所述差速齿圈、所述左侧太阳轮、所述右侧太阳轮同轴转动连接在所述机匣上，所述行星轮转动连接在所述差速齿圈上，且所述左侧太阳轮、所述右侧太阳轮对称啮合在所述行星轮两侧；
12.所述差速电机与所述差速齿圈传动相连，所述左侧太阳轮与所述左侧电传动机构相连，所述右侧太阳轮与所述右侧电传动机构依次相连。
13.在其中一个实施例，所述差速齿圈的右侧端设有向右延伸的支撑板；
14.所述支撑板上转动连接有支撑轴，且所述支撑轴与所述差速齿圈的转动轴垂直，所述行星轮固定连接在所述支撑轴上。
15.在其中一个实施例，所述差速电机的输出端上设有第一传动齿轮，所述差速齿圈上设有齿圈，所述第一传动齿轮与所述齿圈啮合。
16.在其中一个实施例，功率回流及汇流传动系统还包括同轴转动连接在所述机匣上的第一传动轴、第二传动轴与第三传动轴，且所述第一传动轴与所述差速齿圈同轴；
17.所述左侧电传动机构包括依次传递相连的左侧驱动电机、左侧电机输出轴与左侧驱动轮，所述右侧电传动机构包括依次传递相连的右侧驱动电机、右侧电机输出轴与右侧驱动轮；
18.所述第一传动轴的一端与所述左侧太阳轮相连，所述第一传动轴的另一端与所述左侧驱动电机相连，所述第二传动轴的一端与所述右侧太阳轮相连，所述第二传动轴的另一端通过反向机构与所述第三传动轴的一端相连，所述第三传动轴的另一端与所述右侧驱动电机相连。
19.在其中一个实施例，所述反向机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮以及两个第三锥齿轮；
20.两个所述第三锥齿轮对称传动连接在所述机匣上，且转动轴垂直于所述第二传动轴，所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮对称啮合在所述第三锥齿轮两侧；
21.所述第二锥齿轮与所述第二传动轴的端部相连，所述第三锥齿轮与所述第三传动轴的端部相连。
22.在其中一个实施例，所述左侧电传动机构包括左侧驱动电机、左侧驱动轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮与第四传动齿轮；
23.所述第二传动齿轮固定连接在所述左侧驱动电机的输出端上，所述第三传动齿轮通过第四传动轴与所述左侧太阳轮相连，所述第四传动齿轮通过第五传动轴与所述左侧驱动轮相连；
24.所述第二传动齿轮、所述第四传动齿轮对称啮合在所述第三传动齿轮两侧。
25.在其中一个实施例，所述右侧电传动机构包括右侧驱动电机、右侧驱动轮、第五传动齿轮、第六传动齿轮与第七传动齿轮；
26.所述第五传动齿轮固定连接在所述右侧驱动电机的输出端上，所述第六传动齿轮通过第六传动轴与所述右侧驱动轮相连，所述第七传动齿轮通过第七传动轴与所述右侧太阳轮相连；
27.所述第七传动齿轮、所述第六传动齿轮对称啮合在所述第五传动齿轮两侧。
28.本发明提供的一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统中，巧妙的使用了一个反向机构和一个差速桥，实现了左侧电传动机构与右侧电传动机构之间的机构耦合和功率回流。不仅相对于行星排机构结构大大简化，而且还能够实现回流功率的动态调节，根据差速桥中差速锥齿轮作用力等大反向，且等于中间差速电机输出作用力一半的特点，可通过调整差速电机输出扭矩动态改变输出功率，实现高效差速控制。
附图说明
29.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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1为现有技术中方案一的原理示意图；
31.图2为现有技术中方案二的原理示意图；
32.图3为现有技术中方案三的原理示意图；
33.图4为现有技术中方案四的原理示意图；
34.图5为本发明实施例1中功率回流及汇流传动系统的结构原理示意图；
35.图6为本发明实施例1-2中功率回流及汇流传动系统在情况一下的工作原理图；
36.图7为本发明实施例1-2中功率回流及汇流传动系统在情况二下的工作原理图；
37.图8为本发明实施例2中功率回流及汇流传动系统的结构原理示意图。
38.附图标号：
39.机匣1、第一传动轴101、第二传动轴102、第三传动轴103、第四传动轴104、第五传动轴105、第六传动轴106、第七传动轴107；
40.差速电机2、第一传动齿轮201；
41.差速齿圈3、支撑板301、支撑轴302、齿圈303；
42.左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6；
43.左侧驱动电机701、左侧驱动轮702、左侧电机输出轴703、第二传动齿轮704、第三传动齿轮705、第四传动齿轮706；
44.右侧驱动电机801、右侧驱动轮802、右侧电机输出轴803、第五传动齿轮804、第六传动齿轮805、第七传动齿轮806；
45.第一锥齿轮901、第二锥齿轮902、第三锥齿轮903。
46.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
47.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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
49.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
50.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
52.实施例1
53.如图5所示为本实施例公开的一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统，其主要包括左侧电传动机构、右侧电传动机构、机匣1、差速电机2、差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6与反向机构。
54.差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5均通过轴承转动连接在机匣1上，差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5绕同一中心轴转动。差速齿圈3的右侧端的上、下两侧均设置有向右延伸的支撑板301，该支撑板301与中心轴平行。两支撑板301上均通过轴承转动连接有支撑轴302，且该支撑轴302与中心轴垂直。行星轮6的数量为两个且与支撑轴302一一对应，且行星轮6固定连接在对应支撑轴302的端部，即行星轮6与差速齿圈3之间可相对转动，传动运动和动力，左侧太阳轮4、右侧太阳轮5则对称啮合在行星轮6两侧。差速电机2则固定设置在机匣1上，且差速电机2的输出端上设有第一传动齿轮201，差速齿圈3上设有齿圈303，第一传动齿轮201与齿圈303啮合。
55.本实施例中，左侧电传动机构包括左侧驱动电机701、左侧电机输出轴703与左侧驱动轮702，右侧电传动机构包括右侧驱动电机801、右侧电机输出轴803与右侧驱动轮802，其中，左侧电机输出轴703、右侧电机输出轴803均与中心轴同轴。左侧驱动电机701通过左侧电机输出轴703与左侧驱动轮702相连，实现左侧动力输出。右侧驱动电机801通过右侧电机输出轴803与右侧驱动轮802相连，实现右侧动力输出。
56.左侧太阳轮4与左侧电传动机构相连，右侧太阳轮5与右侧电传动机构依次相连。机匣1上还通过轴承转动连接有第一传动轴101、第二传动轴102与第三传动轴103，且第一传动轴101、第二传动轴102、第三传动轴103均与上述的中心轴同轴。
57.在具体实施过程中，第一传动轴101的一端通过焊接或键连接的方式与左侧太阳轮4左侧端的中心位置固定相连，第一传动轴101的另一端与左侧驱动电机701通过螺栓连
接的方式固定相连，且第一传动轴101与左侧驱动电机701的输出轴同轴。
58.右侧传动系统与左侧类似，不同在于，右侧传动系统中增设了一反向机构，使得第二传动轴102与第三传动轴103的转动等大反向，具体地：反向机构包括第一锥齿轮901、第二锥齿轮902以及两个第三锥齿轮903。两个第三锥齿轮903通过轴承对称传动连接在机匣1上，且第三锥齿轮903的转动轴垂直于第二传动轴102、第三传动轴103，第一锥齿轮901、第二锥齿轮902则对称啮合在第三锥齿轮903两侧。第二传动轴102的一端通过焊接或键连接的方式与右侧太阳轮5右侧端的中心位置固定相连，第二传动轴102的另一端通过焊接或键连接的方式与第一锥齿轮901左侧端的中心位置固定相连，第三传动轴103的一端通过焊接或键连接的方式与第二锥齿轮902右侧端的中心位置固定相连，第三传动轴103的另一端与右侧驱动电机801相连，且第三传动轴103与右侧驱动电机801的输出轴同轴。
59.本实施例中功率回流及汇流传动系统的工作原理为：
60.当履带平台前进和后退时，两边履带速度基本一致，即左侧驱动轮702、右侧驱动轮802分别在左侧驱动电机701、右侧驱动电机801的驱动下同向转动且转速相同，此时左侧太阳轮4与右侧太阳轮5高速反向旋转，差速电机2工作在随动状态，差速电机2的力矩为零，同时此时行星轮6绕支撑轴302高速自转，且不传递功率。
61.当履带平台转向时，左右履带速度不一致，即左侧驱动轮702、右侧驱动轮802分别在左侧驱动电机701、右侧驱动电机801的驱动下同向转动且转速不同。此时左侧太阳轮4与右侧太阳轮5的转向相反，但是转速不一致，在左侧太阳轮4与右侧太阳轮5的带动下，行星轮6开始绕中心轴旋转。若此时差速电机2工作在随动状态，左侧驱动电机701与右侧驱动电机801之间无力矩传递，履带平台的转向力矩为左侧驱动电机701与右侧驱动电机801的力矩差。若此时给差速电机2设定一个力矩，左侧太阳轮4、右侧太阳轮5与行星轮6的受力情况可以表示为图6-7所示；
62.将作用在行星轮6上的力矩用作用力等效替代，假定作用在左侧太阳轮4、右侧太阳轮5上的力矩垂直于字面向外，这时作用在行星轮6上转轴上的力就垂直于纸面朝外，具体分为图6与图7两种情况：
63.参考图6为情况一：左侧履带速度大于右侧履带速度，左侧太阳轮4上的作用力与其转动方向相反，做负功，行星轮6上的作用力与转动方向相同，做正功，右侧太阳轮5上的作用力与其转动方向相同，做正功。功率从左侧太阳轮4向右侧太阳轮5传递。此时左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6转速满足以下关系：
64.v
l
+vr＝2vs65.式中，v
l
为左侧太阳轮4的转速，vr为右侧太阳轮5的转速，vs为行星轮6的转速；
66.左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6作用力满足以下关系：
67.f
l
+fr＝fs68.f
l
＝fr69.式中，f
l
为左侧太阳轮4的等效作用力，fr为右侧太阳轮5的等效作用力，fs为行星轮6的等效作用力；
70.那么左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6的功率存在如下关系：
71.p
l
+pr＝ps72.式中，p
l
为左侧太阳轮4的功率，pr为右侧太阳轮5的功率，ps为行星轮6的功率；
73.上式表明，左侧太阳轮4、右侧太阳轮5做功之和等于转向电机所做的功。
74.极限情况，当一侧履带速度为零，此时，该侧履带不做功，转向力矩则为t
turn
＝t
l
+ts。
75.参考图7为情况二：左侧履带速度小于右侧履带速度，该种情况与情况一类似，所不同的仅在于履带式平台转向方向不同，因此不再对其赘述。
76.综上所述，本实施例针对履带式车辆转向所需力矩大的问题设计了一种基于锥齿轮差速器耦合机理的双边功率机械耦合装置，相对现有的机械功率回流装置多使用行星轮6系的结构方案，本实施例结构更加简单可靠。同时，本实施例巧妙的利用了锥齿轮差速器左右输出轴力矩相等的特性，在原有的基础上，在差速器的单边增加了一个反向机构，巧妙的改变了差速器输出特性，在通过电机带动差速器行星架，一旦差速电机2对外出力，此时该优化后的锥齿轮差速器两个轴输出力矩反向等大。相当于削减了一侧功率，通过机械回流实现了向另一侧增加功率的目的。同时，本实施例中的功率回流及汇流传动系统使用了三台电机(左侧驱动电机701、右侧驱动电机801、差速电机2)，具备三台电机共同出力的模式，具备功率回流及功率叠加的特点，可以有效提高传动系统的输出力矩，充分发挥每台电机的能力，提高整体能量利用率。
77.实施例2
78.如图8所示为本实施例公开的一种用于履带式平台的功率回流及汇流传动系统，其主要包括左侧电传动机构、右侧电传动机构、机匣1、差速电机2、差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5、行星轮6与反向机构。
79.差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5均通过轴承转动连接在机匣1上，差速齿圈3、左侧太阳轮4、右侧太阳轮5绕同一中心轴转动。差速齿圈3的右侧端的上、下两侧均设置有向右延伸的支撑板301，该支撑板301与中心轴平行。两支撑板301上均通过轴承转动连接有支撑轴302，且该支撑轴302与中心轴垂直。行星轮6的数量为两个且与支撑轴302一一对应，且行星轮6固定连接在对应支撑轴302的端部，即行星轮6与差速齿圈3之间可相对转动，传动运动和动力，左侧太阳轮4、右侧太阳轮5则对称啮合在行星轮6两侧。差速电机2则固定设置在机匣1上，且差速电机2的输出端上设有第一传动齿轮201，差速齿圈3上设有齿圈303，第一传动齿轮201与齿圈303啮合。
80.本实施例中，左侧电传动机构包括左侧驱动电机701、左侧驱动轮702、第二传动齿轮704、第三传动齿轮705与第四传动齿轮706。第二传动齿轮704通过焊接或键连接的方式固定连接在左侧驱动电机701的输出端上。第三传动齿轮705通过第四传动轴104与左侧太阳轮4相连，具体地：第四传动轴104通过轴承转动连接在机匣1上且与中心轴同轴，第四传动轴104的一端通过焊接或键连接的方式与左侧太阳轮4左侧端的中心位置固定相连，另一端通过焊接或键连接的方式与第三传动齿轮705的中心位置固定相连。第二传动齿轮704、第四传动齿轮706称啮合在第三传动齿轮705两侧，第四传动齿轮706通过第五传动轴105与左侧驱动轮702相连，具体地：第五传动轴105通过轴承转动连接在机匣1上，第五传动轴105的一端通过焊接或键连接的方式与第四传动齿轮706的中心位置固定相连，另一端通过焊接或键连接的方式与左侧驱动轮702的中心位置固定相连。
81.本实施例中，右侧电传动机构包括右侧驱动电机801、右侧驱动轮802、第五传动齿轮804、第六传动齿轮805与第七传动齿轮806。第五传动齿轮804通过焊接或键连接的方式
固定连接在右侧驱动电机801的输出端上。第六传动齿轮805通过第六传动轴106与右侧驱动轮802相连，具体地：第六传动轴106通过轴承转动连接在机匣1上，第六传动轴106的一端通过焊接或键连接的方式与右侧驱动轮802的中心位置固定相连，另一端通过焊接或键连接的方式与第六传动齿轮805的中心位置固定相连。第七传动齿轮806、第六传动齿轮805对称啮合在第五传动齿轮804两侧，第七传动齿轮806通过第七传动轴107与右侧太阳轮5相连，具体地：第七传动轴107通过轴承转动连接在机匣1上且与中心轴同轴，第七传动轴107的一端通过焊接或键连接的方式与第七传动齿轮806的中心位置固定相连，另一端通过焊接或键连接的方式与右侧太阳轮5右侧端的中心位置固定相连。
82.本实施例中功率回流及汇流传动系统的工作原理与实施例1相同，因此本实施例中不再对其进行赘述。
83.本实施例的功率回流及汇流传动系统相对现有的机械功率回流装置多使用行星轮6系的结构方案更加简单可靠。巧妙的改变了差速器输出特性，在通过电机带动差速器行星架，一旦差速电机2对外出力，此时该优化后的锥齿轮差速器两个轴输出力矩反向等大。相当于削减了一侧功率，通过机械回流实现了向另一侧增加功率的目的。同时，本实施例中的功率回流及汇流传动系统使用了三台电机(左侧驱动电机701、右侧驱动电机801、差速电机2)，具备三台电机共同出力的模式，具备功率回流及功率叠加的特点，可以有效提高传动系统的输出力矩，充分发挥每台电机的能力，提高整体能量利用率。
84.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。