小型履带式智能车辆用行走驱动自动变速器设计与控制研究(2)
图1.1 几种不同特殊环境使用下的机器人系统
由于特殊的工作条件和环境，该类智能车辆一般都需要长时间独立作业，工作路面崎岖不平，同时受自身结构尺寸的限制，该车辆不可能携带太多的能源[5]。因此一个高效率、轻质量的自动变速器对其来说至关重要。该自动变速器一方面可以依据路况自动变速，从而提高传动效率，在相同能源的条件下延长作业时间，减轻自身震动，提高系统的可靠性；另一方面在崎岖地形中使其具有更大的牵引力，从而具有更强的越障能力，从而能够更好的完成任务。而传统的自动变速器无法满足其使用要求，本课题的目的是要设计一种适应小型履带式智能车辆行走机构使用的新型电控机械式自动变速器，同时完成其电子控制系统的设计，使变速器可根据工况的自动控制输出转速。
1．1 自动变速器的国内外发展现状
1．2 新型弹性滑键自动变速器的原理和特点
1.2.1 新型弹性滑键自动变速器的原理
鉴于小型智能车辆对自动变速器的重量体积的严格要求，我们考虑到使用新型弹性滑键自动变速器[17]。该弹性滑键自动变速器的传动简图如下图1.2所示：动力由驱动电
图1.2 弹性滑键自动变速器传动简图
机通过一对锥齿轮副传递到主动轴I，主动轴I上固联有齿轮Z3、Z4、Z5，齿轮Z6、Z7、Z8分别空套在从动轴II上，主动轴I上的齿轮Z3、Z4、Z5分别与从动轴II上的齿轮Z6、Z7、Z8相啮合。从动轴II上沿轴向开有键槽，弹性滑键安装在其中。弹性滑键径向具有一定的弹性，使其除了可沿轴向滑移外，还可沿轴的径向变形。再在两换挡齿轮之间加入挡圈，这样就可以拨动弹性滑键在轴II键槽内的滑动，通过依靠滑键的弹性力使键头分别楔入空套在轴II的各齿轮的键槽中，使得该齿轮与轴II固联，从而将输入轴的扭矩传递到输出轴。通过改变弹性滑键在输出轴II的不同位置，实现不同的传动比的输出。轴II上各空套齿轮之间的挡圈，除了可避免相邻齿轮之间因转速不等而引起的摩擦，还可以防止弹性滑键在移动过程中的同时进入相邻两个键槽内。
为实现输出转速的自动控制，我们只需控制弹性滑键的直线移动。为此，我们将弹性滑键套在滚动轴承的内圈上，通过控制滚动轴承的移动实现弹性滑键的直线移动，从而实现变速。为了达到该目的，同时又满足尺寸的要求，我们采用丝杠螺母机构带动轴承移动，通过步进式电机带动丝杠转动。将螺母与滚动轴承的外圈固定，实现键的直线移动。 为了实现电机带动弹性滑键移动到与齿轮上键槽恰好连接停止工作，我们在弹性滑键恰好进入键槽的三个位置处分别装上光电传感器，使得电机在弹性滑键运动到指定的三个位置时停止工作。
1.2.2 新型弹性滑键自动变速器的特点
由于弹性滑键自动变速器引入了弹性滑键这一新型换挡元件，使得换挡齿轮不必多轴排列，可以在同一根轴上连续排列。在工作中，不必移动齿轮，而只需移动弹性滑键在键槽内的位置，实现不同传动比的输出。所以该类自动变速器在满足变速器的功能、技术要求的条件下，可大大减小变速器的体积和制造成本，同时结构简单、自动换挡方便等优点，克服了传统自动变速器结构复杂，制造困难的缺点。
1．3 本论文的研究内容
由于弹性滑键自动变速器是一种新型自动变速器，在国内外很少被研究，可借鉴的经验不多，因此，本论文对其进行全面分析，论文主要研究内容有：
（1）完成自动变速器传动装置结构方案和控制系统的优化设计；