换轮机构的制作方法

本实用新型涉及机械设备配件技术领域，具体涉及换轮机构。

背景技术：

现今相关设备中，为能够实现两个自由度的移动，多使用万向轮、麦克纳姆轮等实现自由度的切换，但都存在一定的问题。万向轮难以作为动力轮，麦克纳姆轮能够作为动力轮但是缺点显著，如价格昂贵、速度慢寿命短以及转化效率低。因此，亟需一种对于定向的两个方向自由度的切换的动力轮换轮机构。

技术实现要素：

为了解决亟需一种使动力轮机构两个方向自由度切换的机构的问题，本实用新型提供换轮机构。

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：

换轮机构，包括支撑架体、输入轴、蜗杆、第一齿轮、第一轴、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、两个输出轴和两组传动组件；所述传动组件包括第二轴、第二齿轮、第三齿轮、第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮；两组传动组件相对于对称面对称，所述对称面为垂直于第一齿轮中心轴的平面；

所述蜗杆、第一轴、第二轴和第一圆锥齿轮均设置在支撑架体上；蜗杆连接输入轴，输入轴用于带动蜗杆转动；第一轴上套有第一不完全齿轮、第二不完全齿轮和啮合蜗杆的第一齿轮，所述第一不完全齿轮和第二不完全齿轮的轮齿部分所对圆心角均为180°，第一不完全齿轮和第二不完全齿轮的轮齿部分分别啮合两组传动组件的第二齿轮，第一不完全齿轮的轮齿部分与第二不完全齿轮的轮齿部分不同时啮合第二齿轮；第二齿轮和第三齿轮套在第二轴上，第三齿轮啮合第一圆锥齿轮，第一圆锥齿轮固定连接第二圆锥齿轮，第二圆锥齿轮啮合第三圆锥齿轮，两组传动组件的第三圆锥齿轮分别连接一个输出轴，所述输出轴用于连接动力轮机构。

进一步的，所述第一不完全齿轮的轮齿部分在对称面上的投影与第二不完全齿轮的轮齿部分在对称面上的投影不重合。

进一步的，所述输入轴的一端连接蜗杆，另一端用于连接步进电机。

进一步的，所述蜗杆、第一轴、第二轴和第一圆锥齿轮均通过轴承固定在支撑架体上。

进一步的，所述第一齿轮、第二不完全齿轮和第一不完全齿轮键连接第一轴。

进一步的，所述第二齿轮和第三齿轮键连接第二轴。

进一步的，所述换轮机构还包括连接输入轴的步进电机，所述步进电机设置在支撑架体上。

进一步的，所述换轮机构还包括连接输出轴的动力轮机构。

更进一步的，所述动力轮机构包括动力轮支架、联轴器、轮子、丝杠、滑块、连杆一、连杆二和位于轮子内且用于为轮子提供动力的轮毂电机；

所述联轴器连接输出轴；丝杠设置在动力轮支架上，丝杠通过联轴器连接输出轴；滑块安装在丝杠上；连杆一的一端固定在滑块上，另一端固定在轮子上；连杆二的一端固定在动力轮支架上，另一端固定在轮子上；输出轴旋转，通过联轴器带动丝杠旋转、丝杠旋转带动滑块在丝杠上移动、滑块带动连杆一和连杆二控制轮子升降。

更进一步的，所述动力轮机构还包括横梁，所述横梁设置在动力轮支架上，滑块安装在横梁和丝杠上，丝杠旋转带动滑块在丝杠和横梁上移动。

本实用新型的有益效果是：

1、通过第一不完全齿轮和第二不完全齿轮配合传动组件实现两个输出轴的依次旋转，对连接输出轴的动力轮机构实现换轮，实现动力轮机构两个方向自由度切换。

2、本实用新型通过齿轮的传动实现，高效且有着较高的精准度、同时保证了本实用新型的稳定性。

3、本实用新型换轮机构的成本低、应用范围广、适用范围广。

附图说明

图1为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的立体结构图。

图2为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的正视图。

图3为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的后视图。

图4为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的左视图。

图5为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的右视图。

图6为本实用新型的换轮机构的支撑架体内部的仰视图。

图7为本实用新型的换轮机构的整体结构示意图。

图8为本实用新型的换轮机构的箱底的结构图。

图9为本实用新型的换轮机构的箱盖的俯视图。

图10为本实用新型的换轮机构的结构图。

图中：1、输入轴，2、蜗杆，3、第一齿轮，4、第一轴，5、第一不完全齿轮，6、第二不完全齿轮，7、第二齿轮，8、第二轴，9、第三齿轮，10、第一圆锥齿轮，11、第二圆锥齿轮，12、第三圆锥齿轮，13、输出轴，14、支撑架体，14.1、箱盖，14.2、箱底，14.3、支撑部件，15、动力轮支架，16、轮子，17、丝杠，18、滑块，19、连杆一，20、连杆二，21、联轴器，22、横梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

换轮机构，包括支撑架体14、输入轴1、蜗杆2、第一齿轮3、第一轴4、第一不完全齿轮5、第二不完全齿轮6、两组对称设置的传动组件、输出轴13(数量为两个，分别称之为第一输出轴和第二输出轴)，如图1～7所示。两组对称设置的传动组件的对称面垂直于第一轴4的中心轴。每组传动组件包括第二轴8、第二齿轮7、第三齿轮9、第一圆锥齿轮10、第二圆锥齿轮11和第三圆锥齿轮12。

蜗杆2、第一轴4、第二轴8和第一圆锥齿轮10连接支撑架体14，支撑架体14起到支撑固定作用。输入轴1连接蜗杆2，蜗杆2通过轴承连接在支撑架体14上，蜗杆2啮合第一齿轮3，第一齿轮3固定在第一轴4上，第一轴4上还安装第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6，第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6的轮齿部位所对圆心角均为180°，第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6均为半侧是轮齿部位另半侧是无轮齿部位，但安装在第一轴4上时，第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6的轮齿部位刚好完全不相互对应，第一不完全齿轮5的轮齿部位对应第二不完全齿轮6的无轮齿部位，第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6在对称面上的投影，其轮齿部位的投影完全不重合(不存在任何的重合部分)。第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6分别啮合两组传动组件中的第二齿轮7，将两个第二齿轮7命名为第二齿轮A和第二齿轮B，第一不完全齿轮5能够啮合第二齿轮A，第二不完全齿轮6能够啮合第二齿轮B，则为第一轴4转动时，第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6同时转动，由于两不完全齿轮的轮齿特征，所以第一不完全齿轮5的轮齿部分与第二不完全齿轮6的轮齿部分不同时啮合第二齿轮7，在第一不完全齿轮5啮合带动第二齿轮A转动时，第二不完全齿轮6没有啮合第二齿轮B；在第一不完全齿轮5刚好与第二齿轮A脱离啮合时，第二不完全齿轮6刚好啮合第二齿轮B；在第二不完全齿轮6啮合带动第二齿轮B转动时，第一不完全齿轮5没有啮合第二齿轮A；在第二不完全齿轮6刚好与第二齿轮B脱离啮合时，第一不完全齿轮5刚好啮合第二齿轮7A。第二轴8连接支撑架体14，第二轴8上设有第二齿轮7和第三齿轮9，即第二齿轮7带动第二轴8转动，第二轴8带动第三齿轮9转动。第三齿轮9啮合第一圆锥齿轮10，第一圆锥齿轮10连接支撑架体14、同时固定连接第二圆锥齿轮11(即同时转动)，第一圆锥齿轮10和第二圆锥齿轮11构成双联齿轮，第二圆锥齿轮11啮合第三圆锥齿轮12，第三圆锥齿轮12连接输出轴13，即两个第三圆锥齿轮12分别连接第一输出轴和第二输出轴。输出轴13均用于连接动力轮机构。动力轮机构包括第一动力轮机构和第二动力轮机构，第一输出轴连接第一动力轮机构和第二输出轴连接第二动力轮机构。输入轴1连接步进电机，通过步进电机带动输入轴1转动。

上述齿轮和轴的固定连接均可采用键槽连接。蜗杆2、第一轴4、第二轴8和第一圆锥齿轮10均通过轴承固定设置在支撑架体14上。

支撑架体14可以为箱体形状，如图7～9所示，支撑架体14由箱底14.2和箱盖14.1构成，箱盖14.1盖在箱底14.2上，在箱底14.2或箱盖14.1上可设有支撑部件14.3，两个第二轴8均为一端连接的支撑部件14.3另一端连接箱体，或两端均连接支撑部件14.3，两个第二轴8能够独立转动即可。图8中为在箱底14.2设有一个支撑部件14.3，两个第二轴8均一端连接的支撑部件14.3另一端连接箱体。如图7所示，蜗杆2固定在箱底14.2，输入轴1从箱盖14.1上伸出以连接电机，电机位于箱盖14.1上侧箱体外侧，第一圆锥齿轮10通过轴承和轴套固定在箱盖14.1上，即第一圆锥齿轮10连接轴承，轴承连接轴套，轴套通过螺丝固定在箱盖14.1上。输出轴13伸出支撑架体14(伸出箱盖14.1)。

换轮机构还可以包括连接输入轴1的步进电机，步进电机设置在支撑架体14上。换轮机构还可以包括连接输出轴13的动力轮机构。

换轮机构的换轮过程为：通过步进电机(步进电机可由单片机控制)控制输入轴1转动，输入轴1上的蜗杆2转动，蜗杆2带动与其啮合的第一齿轮3转动，第一齿轮3带动第一轴4转动，第一轴4带动其上的第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6转动，两组传动组件依次工作，两组传动组件分别带动与其连接的第一输出轴和第二输出轴，也就是第一输出轴和第二输出轴分别转动，输出轴13带动与其连接的动力轮机构转动，即第一动力轮机构和第二动力轮机构分别起作用，即实现了换轮。两组传动组件的传动为第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6转动，带动处于啮合状态的第二齿轮7转动，第二齿轮7带动第二轴8转动，第二轴8带动第三齿轮9转动，第三齿轮9带动第一圆锥齿轮10转动，第二圆锥齿轮11同步转动，第二圆锥齿轮11带动第三圆锥齿轮12转动，第三圆锥齿轮12带动输出轴13转动。

上述的换轮机构换轮的后续实现过程可以为：动力轮机构包括动力轮支架15、轮子16、轮毂电机、丝杠17、滑块18、连杆一19、连杆二20、联轴器21。如图10所示，联轴器21连接输出轴13，可固定在动力轮支架15上。丝杠17设置在动力轮支架15上，丝杠17通过联轴器21连接输出轴13，一端连接联轴器21另一端连接动力轮支架15。滑块18安装在丝杠17上且丝杠17旋转时滑块18能在丝杠17上移动。连杆一19的一端固定在滑块18上，另一端固定在轮子16上。连杆二20的一端固定在动力轮支架15上，另一端固定在轮子16上。丝杠17水平设置，连杆二20的一端固定在动力轮支架15侧面上。换轮机构的输出轴13旋转带动丝杠17旋转，丝杠17旋转带动滑块18移动，滑块18移动带动连杆一19、轮子16和连杆二20运动，滑块18移动以及在连杆一19和连杆二20的牵制下，实现轮子16的升降。轮毂电机位于轮子16内为轮子16提供动力。由于第一输出轴和第二输出轴分别转动，所以第一动力轮机构的轮子16和第二动力轮机构的轮子16不同步工作，当第一动力轮机构的轮子16位于最低处(接触地面时)，第二动力轮机构的轮子16位于最高处(远离地面、不接触地面)；当第二动力轮机构的轮子16位于最低处(接触地面时)，第一动力轮机构的轮子16位于最高处(远离地面、不接触地面)，所以实现换轮，只有一个动力轮接触地面工作，轮毂电机为轮子16提供运动动力。其中优选的是动力轮支架15上设有横梁22，滑块18连接横梁22，也就是横梁22作为滑块18的滑道，同时滑块18连接丝杠17，丝杠17旋转带动滑块18在丝杠17和横梁22上移动，所以通过滑块18实现丝杠17与动力轮支架15的上方横梁22相接，使得横梁22与丝杠17共同受力，加大了动力轮机构的承重能力。

本实用新型通过第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6配合传动组件实现两个输出轴13的依次运动，以此实现了连接两个输出轴13的动力轮机构的依次工作，两个动力轮机构位于两个不同的自由度，实现两个方向自由度切换，使得第一动力轮机构在其自由度运动时第二动力轮机构悬空、第二动力轮机构在其自由度运动时第一动力轮机构悬空。第一不完全齿轮5和第二不完全齿轮6的运动能够实现第一动力轮机构和第二动力轮机构的依次升降，保证了本实用新型的稳定性。本实用新型的实现是通过齿轮的传动，高效且有着较高的精准度。同时本实用新型的成本低、制作简单；同时应用范围广，适合应用于机械行业、焊接行业或自动生产线行业等等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。