一种小型农机用双速轮毂电机及其工作方法与流程

1.本发明涉及农用机械设备技术领域，特别是一种小型农机用双速轮毂电机及其工作方法。


背景技术：

2.小型农耕机械由于体积小，结构紧凑，不会采用普通机械那样配有专用减速箱和传动机构，一般采用2个轮毂电机。在田间作业时行走距离小，每小时几公里，但需要足够的扭力进行耕作或播种，因此需要低转速大扭矩，在道路上行走时要有一定的行驶速度，又因为耕作机械的小型化，轮毂电机直径受到限制，用普通轮毂电机输出转矩有限，而且在低速状态下输出特性很差，效率很低，且轮胎直径不可能大，无法满足要求农耕机械对电机的要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、运行稳定、具备不同转速能力的小型农机用双速轮毂电机及其工作方法。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的小型农机用双速轮毂电机，包括轮毂、动力结构、主轴、一级减速机构、二级减速结构，所述一级减速机构包括传动配合的一级中心齿轮、多个一级行星轮、一级齿圈、一级行星架，所述一级中心齿轮与所述动力机构传动配合，所述一级齿圈固定设置在轮毂内壁，由一级齿圈驱动轮毂转动，所述二级减速机构包括传动配合的二级中心齿轮、多个二级行星轮、二级齿圈、二级行星架，所述二级齿圈固定设置在轮毂内壁，所述主轴的前端伸出轮毂设置，主轴的中部与二级行星架的中部固定相连，一级行星架的中心与主轴经轴承转动配合，所述一级行星架与二级中心齿轮之间经离合装置传动配合，以使一级行星架与二级中心齿轮之间的离合装置处于联动状态时由动力结构经一级减速机构、二级减速机构减速后带动轮毂转动，一级行星架与二级中心齿轮之间的离合装置处于分离状态时由动力结构经一级减速机构减速后带动轮毂转动，由轮毂带动二级齿圈、二级行星轮、二级中心齿轮空转。
5.进一步，所述离合装置包括离合器座、动衔铁、衔铁柱，所述离合器座的一侧与所述一级行星架固定相连，所述离合器座的另一侧沿轴向凸出设置多个离合传动齿，各离合传动齿均布在同一圆周上，所述二级中心齿轮包括一体成型设置的齿轮盘和齿轮套，所述齿轮盘的一侧沿轴向凸出设置多个二级传动齿，各二级传动齿均布在同一圆周上以使相邻两二级传动齿之间形成与离合传动齿相适配的传动槽，所述齿轮盘的边缘固定设置动衔铁，所述动衔铁上设置多个导向柱，所述一级行星架上设置与导向柱相适配的沉头孔，所述沉头孔内设置与导向柱套接的复位弹簧，所述二级行星架上沿轴向凸出设置多个衔铁柱，各衔铁柱置于相邻二级行星轮的间隙之间，各衔铁柱的端部伸出二级行星轮的端面设置且
与动衔铁之间留有间隙，各衔铁柱内设置电磁铁，电磁铁断电时动衔铁在复位弹簧作用下紧贴一级行星架，使得离合器座上的离合器传动齿与齿轮盘上的传动槽相楔合，一级行星架经离合器座与二级中心齿轮传动配合，由一级行星架作为二级减速机构的输入，二级齿圈作为二级减速机构的输出端带动轮毂转动，并由二级行星架带动主轴转动，实现二级减速；电磁铁通电时产生磁性以吸附动衔铁沿主轴轴向移动，复位弹簧被压缩，动衔铁带动二级中心齿轮移动以使离合器座上的离合器传动齿与齿轮盘上的传动槽脱离，动衔铁与衔铁柱吸附固定，二级中心齿轮与二级行星轮脱离啮合，由一级齿圈带动轮毂转动，轮毂带动二级中心齿轮、二级行星轮空转。
6.进一步，所述动力机构包括由定子线圈、定子支架、定子铁芯组成的定子总成，所述定子支架与轮毂内壁固定相连，动力机构还包括由转子磁环和转子支架组成的转子总成，所述一级中心齿轮与转子支架固定相连，所述转子总成与定子总成相配合以使定子铁芯通电后可驱动所述转子支架转动，由转子支架带动一级中心齿轮转动。
7.进一步，所述一级齿圈与一级中心齿轮之间设置3个一级行星轮，各一级行星轮的两侧分别与一级齿圈、一级中心齿轮相啮合，各一级行星轮的中心与一级行星架上的行星柱经轴承滚动连接，所述一级行星架与主轴之间经轴承传动配合。
8.进一步，所述二级齿圈与二级中心齿轮之间设置3个二级行星轮，各二级行星轮的两侧分别与二级齿圈、二级中心齿轮相啮合，各二级行星轮的中心与二级行星架上的行星柱经轴承滚动连接，二级行星架的中心与主轴紧密固定相连。
9.进一步，小型农机用双速轮毂电机还包括前端盖、后端盖，所述定子支架、转子支架的中心设置适于主轴穿过的通孔，以使所述主轴的尾端经后端盖轴承与后端盖的中心转动配合，主轴的前端穿过前端盖并经前端盖轴承与前端盖的中心转动配合。
10.上述小型农机用双速轮毂电机的工作方法，包括如下步骤：a、路面高速行驶状态：定子线圈和电磁铁通电，衔铁柱产生磁性以吸附动衔铁沿主轴轴向移动，复位弹簧被压缩，动衔铁带动二级中心齿轮移动以使离合器座上的离合器传动齿与齿轮盘上的传动槽脱离，动衔铁与衔铁柱吸附固定，二级中心齿轮与一级行星架脱离啮合，转子总成带动一级中心齿轮转动，一级中心齿轮带动一级行星轮转动，一级行星轮驱动一级齿圈和轮毂转动，二级齿圈与轮毂同步转动，二级齿圈带动二级行星轮、二级中心齿轮同步空转；b、田间低速作业状态：定子线圈通电、电磁铁断电，动衔铁在复位弹簧作用下紧贴一级行星架，离合器座上的离合器传动齿与齿轮盘上的传动槽相楔合，且二级中心齿轮与二级行星轮相啮合，由定子总成驱动转子总成转动，转子总成带动一级中心齿轮转动，一级中心齿轮带动一级行星轮、一级行星架、离合器座转动，由一级行星架经离合器座带动二级中心齿轮转动，二级中心齿轮带动二级行星轮转动，二级行星轮驱动二级齿圈，以二级齿圈作为二级减速机构的输出端带动轮毂转动，实现二级减速。
11.发明的技术效果：（1）本发明的小型农机用双速轮毂电机，相对于现有技术，在二级行星架上设置衔铁柱和电磁铁，使得电磁铁通电后可将离合器座、动衔铁直接吸附到二级行星架上，不再对二级中心齿轮提供动力输入，并且通过动衔铁导柱使得一级行星架不再转动，直接由一级行星轮和一级齿圈对轮毂进行一级减速传动，满足小型农耕机械在道路上高速行走的要求，电磁铁失电后，动衔铁与离合器座直接与二级行星架的衔铁柱贴合，
二级中心齿轮与离合器座楔合，一级行星架对二级中心齿轮进行动力输入，动力机构的动力经两级减速机构传送至二级齿圈，驱动轮毂低速转动，以满足小型农耕机械田间作业的要求；（2）主轴与一级行星架之间轴承的设置，避免一级行星架在空转时对主轴形成干涉；（3）离合器座和动衔铁由导向柱、沉孔、复位弹簧提供复位弹力，结构简单，易于实现。
附图说明
12.下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：图1是本发明小型农机用双速轮毂电机的结构示意图；图2是本发明小型农机用双速轮毂电机的剖面结构示意图；图3是发明小型农机用双速轮毂电机内部的剖面结构示意图；图4是一级中心齿轮、一级行星轮、一级行星架的平面结构示意图；图5是二级行星架的结构示意图；图6是二级行星架的剖面结构示意图；图7是离合器座的平面结构示意图；图8是离合器座的剖面结构示意图；图9是二级中心齿轮的剖面结构示意图；图10是二级中心齿轮的平面结构示意图。
13.图中：轮毂1，转子磁环2，转子支架3，定子线圈4，定子支架5，定子铁芯6，一级中心齿轮7，一级行星轮8，一级行星架9，一级齿圈10，二级中心齿轮11，二级行星轮12，二级行星架13，二级齿圈14，离合器座15，动衔铁16，衔铁柱17，电磁铁18，行星柱19，导向柱20，后端盖21，前端盖22，复位弹簧23，后端盖轴承24，前端盖轴承25，轴承26，主轴安装方孔27，行星柱安装孔28，连接销29，主轴30，离合器座中心孔34，离合传动齿35，离合器座安装孔36，齿轮套37，齿轮盘38，二级啮合齿39，主轴装配孔40，二级传动齿41，传动槽42。
具体实施方式
14.实施例1如图1至图3所示，本实施例的小型农机用双速轮毂电机，包括轮毂1、动力结构、主轴30、一级减速机构、二级减速结构、离合装置、前端盖22、后端盖21，轮毂1的两端经螺钉与前端盖22、后端盖21固定相连；动力机构包括由定子线圈4、定子支架5、定子铁芯6组成的定子总成，定子支架5与轮毂1内壁固定相连，动力机构还包括由转子磁环2和转子支架3组成的转子总成，动力机构置于轮毂1内的尾部。
15.一级减速机构包括一级中心齿轮7、3个一级行星轮8、一级齿圈10、一级行星架9，一级齿圈10固定设置在轮毂1内，3个一级行星轮8设置在一级齿圈10与一级中心齿轮7之间，且各一级行星轮8的两侧分别与一级齿圈10、一级中心齿轮7相啮合，各一级行星轮8的中心设置行星柱装配孔和轴承，行星柱19的一端与轴承转动配合，行星柱19的另一端与一级行星架9固定相连，一级中心齿轮7、一级行星轮8、一级齿圈10的齿数比为19:35:89，使得一级减速机构的速比为4.68，其分布结构如图4所示。
16.离合装置包括离合器座15、动衔铁16、衔铁柱17，离合器座15的一侧与一级行星架
9经螺钉固定相连，其结构如图7和图8所示，离合器座15的中心设置适于主轴30通过的离合器座中心孔34，离合器座15的边缘设置6个置于同一圆周上的离合器座安装孔36，以使离合器座15经6个螺钉与一级行星架9固定相连，离合器座15的另一侧沿轴向凸出设置多个离合传动齿35，各离合传动齿35均布在同一圆周上。
17.二级减速机构包括二级中心齿轮11、3个二级行星轮12、二级齿圈14、二级行星架13，二级齿圈14固定设置在轮毂1内，3个二级行星轮12设置在二级齿圈14与二级中心齿轮11之间，各二级行星轮12的两侧分别与二级齿圈14、二级中心齿轮11相啮合，各二级行星轮12的中心设置行星柱装配孔和轴承，行星柱19的一端与轴承转动配合，二级行星架13上设置行星柱安装孔28，行星柱19的另一端固定设置在行星柱安装孔28内，以使行星柱19与二级行星架13固定相连，二级中心齿轮11、二级行星轮12、二级齿圈14的齿数比为19:35:89，使得二级减速机构的速比为4.68。
18.如图9和图10所示，二级中心齿轮11包括一体成型设置的齿轮盘38和齿轮套37，齿轮套37上设置与二级行星轮12相适配的二级啮合齿39，齿轮套37和齿轮盘38的中心设置适于主轴30通过的主轴装配孔40，齿轮盘38的一侧沿轴向凸出设置多个二级传动齿41，各二级传动齿41均布在同一圆周上以使相邻两二级传动齿41之间形成与离合传动齿35相适配的传动槽42，齿轮盘38的边缘固定设置环形的动衔铁16，动衔铁16与齿轮盘38经6个螺钉进行固定，且动衔铁16上设置3个导向柱20，一级行星架9上设置3个与导向柱20相适配的沉头孔，沉头孔内设置与导向柱20套接的复位弹簧23，各导向柱20的一端与动衔铁16固定相连，导向柱20的另一端伸入沉头孔内后套接复位弹簧23，由复位弹簧23对导向柱20进行限位，使得导向柱20可在沉头孔沿轴向移动，并由复位弹簧23驱动导向柱20复位。
19.主轴30穿过二级行星架13、齿轮盘38、齿轮套37、离合器座15、一级行星架9的中心，定子支架5、转子支架3的中心设置适于主轴30穿过的通孔，以使主轴30的尾端经后端盖轴承24与后端盖21的中心转动配合，主轴30的前端穿过前端盖22并经前端盖轴承25与前端盖22的中心转动配合；一级行星架9与主轴30之间设置轴承26，如图5和图6所示，二级行星架13的中心设置主轴安装方孔27，二级行星架13上沿轴向凸出设置3个衔铁柱17，各衔铁柱17置于相邻两二级行星轮12的间隙之间，各衔铁柱17的前端经连接销29与二级行星架13固定相连，各衔铁柱17的尾端伸出二级行星轮12的端面设置且与动衔铁16之间留有间隙，各衔铁柱17内分别设置电磁铁18，电磁铁18断电时动衔铁16在复位弹簧23作用下紧贴一级行星架9，使得离合器座15上的离合器传动齿35与齿轮盘38上的传动槽42相楔合，一级行星架9经离合器座15与二级中心齿轮11传动配合，由一级齿圈10带动轮毂1，由一级行星架9作为二级减速机构的输入，二级齿圈14作为二级减速机构的输出端带动轮毂1转动，二级行星架12带动主轴30转动，实现二级减速；电磁铁18通电时产生磁性以吸附动衔铁16沿主轴30轴向移动，复位弹簧23被压缩，动衔铁16带动二级中心齿轮11移动以使离合器座15上的离合器传动齿35与齿轮盘38上的传动槽42脱离，动衔铁16与衔铁柱17吸附固定，二级中心齿轮11与二级行星轮12脱离啮合，由一级齿圈10带动轮毂1转动，二级齿圈14与轮毂1同步转动，带动二级行星轮12、二级中心齿轮11空转，实现一级减速。
20.实施例2上述小型农机用双速轮毂电机的工作方法，包括如下步骤：a、路面高速行驶状态：定子线圈4和电磁铁18通电，衔铁柱17产生磁性以吸附动衔铁16
沿主轴30轴向移动，复位弹簧23被压缩，动衔铁16带动二级中心齿轮11移动以使离合器座15上的离合器传动齿35与齿轮盘38上的传动槽42脱离，动衔铁16与衔铁柱17吸附固定，二级中心齿轮11与二级行星轮12脱离啮合，定子线圈4通电后由定子总成驱动转子总成转动，转子总成带动一级中心齿轮7转动，一级中心齿轮7带动一级行星轮8、一级行星架9、离合器座15转动，由一级行星轮8驱动一级齿圈10和轮毂1转动，由轮毂1带动二级齿圈14转动，二级齿圈14带动二级行星轮12、二级中心齿轮11空转；b、田间低速作业状态：定子线圈4通电、电磁铁18断电，动衔铁16在复位弹簧23作用下紧贴一级行星架9，离合器座15上的离合器传动齿35与齿轮盘38上的传动槽42相楔合，且二级中心齿轮11与二级行星轮12相啮合，定子线圈4通电后由定子总成驱动转子总成转动，转子总成带动一级中心齿轮7转动，一级中心齿轮7带动一级行星轮8、一级行星架9、离合器座15转动，由一级行星架9经离合器座15带动二级中心齿轮11转动，二级中心齿轮11带动二级行星轮12、二级行星架13转动，二级行星轮12与二级齿圈14相适配，以二级齿圈14作为二级减速机构的输出端带动轮毂1转动，实现二级减速。
21.小型农机用双速轮毂电机处于路面高速行驶状态时，轮毂1的输出转速为转子支架3转速的4.68分之一，小型农机用双速轮毂电机处于田间低速作业状态时，轮毂1的输出转速为转子支架3转速的21.9分之一。
22.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。