一种具有转矩实时检测功能的轮边减速器结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电动汽车驱传动领域，具体涉及一种具有转矩实时检测功能的轮 边减速器结构。
【背景技术】
[0002] 转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、 效率、运转寿命及安全性能等元素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动 系统工作零件的强度设计、原动机容量的选择、各种机械产品开发、质量检测、优化控制、工 况监测和故障诊断等都具有重要的意义。转矩实时信号对电动汽车稳定系统和驱动系统控 制具有非常重要的意义，而现在轮边驱动电机的转矩大多采用能量转换法间接换算得到， 精度较差。
[0003] 目前转矩实时检测方法主要包括平衡力法、能量转换法和传递法。平衡力法直 接从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题，但它仅适合检测匀速工作 情况下的转矩，不能测量动态转矩。能量转化法为间接测量法，测量误差比较大，通常达 109^15%，一般只在电机和液机转矩测量方面有较多的应用。传递法大多采用非接触式测 量，使用方便，结构简单，但非接触式测量由于温度、算法等因素的影响以及相关信号的采 集困难，精度还需进一步提高。
[0004] 电动汽车的车辆稳定系统和动力驱动系统都需要使用转矩信号。电动汽车转矩信 号的获得通常是根据电机电压、电流及转速信号，按照能量转换法间接估计出电机瞬时转 矩，精度较差。到目前为止，对动力驱动系统的转矩实时检测研宄很少。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提出了一种具有转矩实时检测功能的轮边减速器结构。通过合理布置 轮边减速器结构，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测出减速器传递的转矩，并以电 信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、稳定可靠、成本低 优点。
[0006] 在达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：
[0007] 输入转矩经输入轴传入减速器，输入轴齿轮与输入轴做成一体。输入轴齿轮与中 间轴大齿轮啮合，中间轴大齿轮通过键与中间轴相联。中间轴小齿轮与中间轴做成一体。
[0008] 中间轴右端通过中间轴右轴承内圈支承于减速器右壳体，中间轴左端通过中间轴 左轴承内圈支撑，中间轴左轴承由轴承套筒的内圈支撑，轴承套筒的外圈通过螺纹与力传 感器联接，力传感器两端都有螺柱，可分别拧入轴承套筒和减速器左壳体相应的螺纹孔内， 力传感器可同时承受拉力和压力，其在受到力的作用时，将会有电压信号输出。
[0009] 第二级从动齿轮与输出轴通过键连接，输出轴左端通过输出轴左轴承内圈支承于 减速器左壳体。输出轴右端通过输出轴右轴承内圈支承于减速器右壳体。
[0010] 布置力传感器时，其轴线方向与垂直方向存在安装角度《，即中间轴左轴承所受 支反力与垂直方向的夹角，换言之，力传感器的轴线方向必须与中间轴左轴承所受支反力 方向共线，则力传感器所测力即中间轴左轴承所受支反力。当减速器正常工作时，力传感器 所测的力与减速器输入轴转矩之间为线性比例关系，故在减速器工作时通过力传感器的信 号可换算得到减速器的实时转矩。
[0011] 较现有技术相比，本实用新型的优越性在于：
[0012] 1.在保证轮边减速器正常传动的前提下，可实现对减速器转矩的实时检测；
[0013] 2.力传感器直接测量中间轴受力情况，通过换算得出减速器传递转矩，稳定可靠， 测量精度高；
[0014] 3.该轮边减速器总成在传统减速器基础上稍加改动即可，结构简单，测试方便，具 有很好的通用性
[0015] 4.该轮边减速器总成总体结构简单，所用力传感器成本低，成本优势明显，具有较 大的应用价值和市场潜力。
【附图说明】
[0016] 图1转矩检测机构装配图；
[0017] 图2转矩检测机构测量端侧视图。
[0018] 图中标号说明：
[0019] 1--左壳体； 2--输出轴；
[0020] 3--输出轴左轴承； 4--第二级从动齿轮；
[0021] 5--中间轴左轴承；
[0022] 6--传感器； 7--轴承套筒；
[0023] 8--输入轴；
[0024] 9--中间轴大齿轮； 10--中间轴右轴承；
[0025] 11--中间轴； 12--中间轴套筒；
[0026] 13--输出轴右轴承；14--输出轴套筒；
[0027] 15--右壳体。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。
[0029] 如图1所示，输入转矩经输入轴8传入减速器，输入轴齿轮与输入轴8做成一体。 输入轴齿轮与中间轴大齿轮9啮合。中间轴大齿轮9通过键与中间轴11相联，右端通过中 间轴套筒定位12。中间轴小齿轮与中间轴11做成一体。中间轴11右端通过中间轴右轴承 10内圈支承于减速器右壳体15,中间轴左端通过中间轴左轴承内圈5支撑，中间轴左轴承 5由轴承套筒7的内圈支撑，轴承套筒7的外圈通过螺纹与力传感器6联接，力传感器6两 端都有螺柱，可分别拧入轴承套筒7和减速器左壳体1相应的螺纹孔内，力传感器6可同时 承受拉力和压力，其在受到力的作用时，将会有电压信号输出。
[0030] 第二级从动齿轮4与输出轴2通过键连接，右端通过输出轴套筒14定位。输出轴 左端通过输出轴左轴承3内圈支承于减速器左壳体1。输出轴右端通过输出轴右轴承13内 圈支承于减速器右壳体15。
[0031] 布置力传感器6时，其轴线方向与垂直方向存在安装角度》(如图2所示)，即中间 轴左轴承5所受支反力与垂直方向的夹角，换言之，力传感器6的轴线方向必须与中间轴左 轴承5所受支反力方向共线，则力传感器6所测力即中间轴左轴承5所受支反力。当减速 器正常工作时，力传感器6所测的力与减速器输入轴转矩之间为线性比例关系，故在减速 器工作时通过力传感器6的信号可换算得到减速器的实时转矩。
[0032] 如图2所示，根据中间轴受力可得中间轴左轴承所受的中间轴的作用力，该力可 分解为径向力F i.和周向力&，所受合力$ = 1?2 +巧3= 其中O1为合力P与周 向力巧的夹角。
[0033] 本实用新型的特殊之处在于中间轴左轴承的外圈并不像其它轴承一样支承在减 速器壳体上，而是支承于轴承套筒的内圈，轴承套筒通过螺纹和力传感器相联，保证力传感 器螺柱轴线与垂直方向夹角为《，即与轴承套筒所受中间轴左轴承的合力方向一致，所以 力传感器支撑力4与中间轴左轴承对轴承套筒的作用力i?互为作用力与反作用力，所以 Fk = P。
[0034] 对输入轴和中间轴进行受力分析可知，中间轴在左端支承轴承处所受的支反力的 大小与输入轴的转矩成线性关系：(该T即为图1中所示T)，即力传感器所测力的大 小与输入轴的转矩T成线性关系，系数i为与减速器固有参数有关的一个常量。
[0035] 综上所述，在减速器工作时通过力传感器的信号可换算得到减速器的实时转矩。
[0036] 本实用新型特别之处在于通过轴承套筒支撑轴承，直接测出轴承对中间轴的支反 力，通过计算得到实时转矩，和减速器具体结构无关，本实用新型也适用于其它各种类型的 轮边减速器。
【主权项】
1. 一种具有转矩实时检测功能的轮边减速器结构，其特征在于：包括减速器壳体、输 入齿轮轴、中间轴、第二级从动齿轮、输出轴、轴承套筒、力传感器、支承轴承；中间轴一端通 过中间轴右轴承内圈支承于减速器右壳体，中间轴另一端通过中间轴左轴承内圈支承于轴 承套筒，轴承套筒的外圈通过螺纹与力传感器联接，力传感器两端都有螺柱，可分别拧入轴 承套筒和减速器左壳体相应的螺纹孔内。
2. 根据权利要求1所述的一种具有转矩实时检测功能的轮边减速器结构，中间轴左 轴承通过轴承套筒支承于力传感器，力传感器轴线与中间轴对于中间轴左轴承合力方向一 致。
【专利摘要】转矩实时信号对电动汽车稳定系统和驱动系统控制具有非常重要的意义，而现在轮边驱动电机的转矩大多采用能量转换法间接换算得到，精度较差。本实用新型提出了一种具有转矩实时检测功能的轮边减速器结构，通过合理布置轮边减速器结构，使中间轴左轴承由轴承套筒支撑，从而在保证基本传动要求的前提下，可实时检测出中间轴左轴承受到的中间轴的作用力的大小，由此计算出减速器传递的转矩，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测减速器传递的转矩，并以电信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。
【IPC分类】F16H1-20
【公开号】CN204572931
【申请号】CN201520163049
【发明人】陈辛波, 王叶枫, 杭鹏, 王弦弦, 王威
【申请人】同济大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月20日