四轮驱动系统及工程机械的制作方法

1.本实用新型涉及传动技术领域，具体涉及一种四轮驱动系统及工程机械。


背景技术：

2.目前，对于电动装载机等工程机械，已有驱动系统实现四个车轮的独立驱动。对于该种驱动系统，其每个车轮对应连接有一个驱动电机，每个驱动电机均通过减速箱和半轴等传动结构与车轮连接，以实现四轮独立驱动。然而，对于现有的该种驱动系统，其整体尺寸较大，车内布置较为困难，综合成本较高。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的四轮驱动系统的整体尺寸较大、综合成本较高的缺陷，从而提供一种四轮驱动系统及工程机械。
4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种四轮驱动系统，其包括电机机构、减速机构和车轮。其中，电机机构设置有四个；减速机构设置有四个，每个减速机构包括依次传动连接的多级齿轮减速机构；车轮设置有四个。电机机构、减速机构和车轮三者一一对应设置，且电机机构的输出端与多级齿轮减速机构中第一级的输入端传动直连，多级齿轮减速机构中最后一级的输出端与车轮传动直连。
5.可选地，每个减速机构包括依次传动连接的第一级齿轮减速机构、第二级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构，电机机构的输出端与第一级齿轮减速机构的输入端传动直连，第三级齿轮减速机构的输出端与车轮传动直连。
6.可选地，第一级齿轮减速机构、第二级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构均设置为行星排齿轮机构。
7.可选地，第一级齿轮减速机构、第二级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构三者的太阳轮同轴设置。
8.可选地，每个电机机构包括一个双驱动电机，双驱动电机的输出端与第一级齿轮减速机构的太阳轮传动连接；或每个电机机构包括一个单驱动电机，单驱动电机的输出端与第一级齿轮减速机构的太阳轮传动连接。
9.可选地，第一级齿轮减速机构设置为第一齿轮对机构，第一齿轮对机构包括相啮合的第一主动齿轮和第一从动齿轮，第二级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构均设置为行星排齿轮机构；电机机构包括第一单驱动电机，第一单驱动电机的输出端与第一主动齿轮传动连接，第一从动齿轮与第二级齿轮减速机构的太阳轮传动连接。
10.可选地，第一齿轮对机构还包括第二主动齿轮，第二主动齿轮和第一从动齿轮相啮合；电机机构还包括第二单驱动电机，第二单驱动电机的输出端与第二主动齿轮传动连接。
11.可选地，第一级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构均设置为行星排齿轮机构，第二级齿轮减速机构设置为第二齿轮对机构，第二齿轮对机构包括相啮合的第三主动齿轮
和第二从动齿轮；第一级齿轮减速机构的行星架与第三主动齿轮传动连接，第二从动齿轮与第三级齿轮减速机构的太阳轮传动连接。
12.可选地，每个电机机构包括一个单驱动电机，单驱动电机的输出端与第一级齿轮减速机构的太阳轮传动连接。
13.本实用新型还提供了一种工程机械，其包括如上所述的四轮驱动系统。
14.本实用新型具有以下优点：
15.1、电机机构、减速机构和车轮一一对应设置并依次传动连接，可实现四个车轮的独立驱动。在此基础上，通过使多级齿轮减速机构分别与电机机构和车轮直接传动连接，可获得较大的传动比，从而可采用小扭矩高速电机，减小电机机构的尺寸，同时省去半轴的设置，进一步减小四轮驱动系统的整体尺寸，简化整体结构，降低综合成本。
16.2、减速机构包括第一级齿轮减速机构、第二级齿轮减速机构和第三级齿轮减速机构共三级齿轮减速机构，可获得较大的传动比，保证较高的传动效率，且减速机构整体尺寸较小。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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获得其他的附图。
18.图1示出了本实用新型实施例一提供的四轮驱动系统的结构示意图；
19.图2示出了本实用新型实施例二提供的四轮驱动系统的结构示意图；
20.图3示出了本实用新型实施例三提供的四轮驱动系统的结构示意图；
21.图4示出了本实用新型实施例四提供的四轮驱动系统的结构示意图。
22.附图标记说明：
23.10、电机机构；11、双驱动电机；12、单驱动电机；20、减速机构；21、第一级齿轮减速机构；211、第一内齿圈；212、第一太阳轮；213、第一行星轮；214、第一行星架；215、第一主动齿轮；216、第一从动齿轮；217、第二主动齿轮；22、第二级齿轮减速机构；221、第二内齿圈；222、第二太阳轮；223、第二行星轮；224、第二行星架；225、第三主动齿轮；226、第二从动齿轮；23、第三级齿轮减速机构；231、第三内齿圈；232、第三太阳轮；233、第三行星轮；234、第三行星架；30、车轮。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。
27.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
28.实施例一
29.参考图1，本实施例提供了一种四轮驱动系统，其包括四个电机机构10、四个减速机构20和四个车轮30，电机机构10、减速机构20和车轮30三者一一对应设置。其中，每个减速机构20包括依次传动连接的多级齿轮减速机构；电机机构10的输出端与多级齿轮减速机构中第一级的输入端传动直连，多级齿轮减速机构中最后一级的输出端与车轮30传动直连。
30.按以上设置，由于电机机构10、减速机构20和车轮30三者一一对应且依次传动连接，所以可实现四个车轮30的独立驱动。在此基础上，通过将减速机构20设为多级齿轮减速机构的形式，可获得较大的传动比，从而可采用小扭矩高速电机作为电机机构10，减小电机机构10的尺寸。同时，通过使多级齿轮减速机构分别与电机机构10和车轮30直接传动连接，省去了半轴的设置，可以进一步减小四轮驱动系统的整体尺寸，简化整体结构，降低综合成本。
31.优选地，每个减速机构20包括依次传动连接的第一级齿轮减速机构21、第二级齿轮减速机构22和第三级齿轮减速机构23，电机机构10的输出端与第一级齿轮减速机构21的输入端传动直连，第三级齿轮减速机构23的输出端与车轮30传动直连。
32.对于减速机构20，其所包含的齿轮减速机构的级数越少，则传动比越小，需要使用更低转速更大扭矩的电机作为电机机构10，电机机构10的尺寸和重量更大；反之，齿轮减速机构的级数越大，则传动比越大，对电机机构10的转速要求更高，且传动效率会降低，对轴承和油封等密封结构的要求会更高。因此，通过将齿轮减速机构20的级数设计为三级，可获得较大的传动比，保证较高的传动效率，且减速机构20整体尺寸较小，整体性能和成本更加平衡。
33.本实施例中，如图1所示，第一级齿轮减速机构21、第二级齿轮减速机构22和第三级齿轮减速机构23均设置为行星排齿轮机构。此时，减速机构20具有以下优点：结构外形方面，结构紧凑、体积小；传动方面，运行平稳、承载能力强，能够承受较强的冲击，且传动比范围大、整体传动效率高。
34.具体结构方面，参考图1，第一级齿轮减速机构21包括第一内齿圈211、第一太阳轮212、第一行星轮213和第一行星架214。其中，第一内齿圈211固定，第一太阳轮212和第一行星轮213均设置在第一内齿圈211内，且第一太阳轮212、第一行星轮213和第一内齿圈211依次啮合，第一行星轮213还和第一行星架214连接以带动第一行星架214转动。第二级齿轮减速机构22包括第二内齿圈221、第二太阳轮222、第二行星轮223和第二行星架224，第三级齿
轮减速机构23包括第三内齿圈231、第三太阳轮232、第三行星轮233和第三行星架234，第二级齿轮减速机构22和第三级齿轮减速机构23内部各零部件间的连接关系与第一级齿轮减速机构21相同，在此不再赘述。
35.进一步地，电机机构10和第一太阳轮212传动连接，第一行星架214和第二太阳轮222传动连接，第二行星架224和第三太阳轮232传动连接，第三行星架234和车轮30传动连接。
36.以任一车轮30为例，该四轮驱动系统的传动过程如下：开始时，电机机构10带动第一太阳轮212转动，第一太阳轮212带动第一行星轮213转动，第一行星轮213带动第一行星架214转动；之后，第一行星架214带动第二太阳轮222转动，第二太阳轮222带动第二行星轮223转动，第二行星轮223带动第二行星架224转动；最后，第二行星架224带动第三太阳轮232转动，第三太阳轮232带动第三行星轮233转动，第三行星轮233带动第三行星架234转动，第三行星架234带动车轮30转动，实现转速和扭矩的传递。
37.优选地，如图1所示，第一级齿轮减速机构21、第二级齿轮减速机构22和第三级齿轮减速机构23三者的太阳轮同轴设置，以使减速机构20整体更加紧凑。
38.本实施例中，还对电机机构10进行了特别设置。如图1所示，每个电机机构10均包括一个双驱动电机11，该双驱动电机11的输出端与第一级齿轮减速机构21的太阳轮(即第一太阳轮212)传动连接。具体地，参考图1，四轮驱动系统中共设置有四个双驱动电机11，分别用m1 m2、m3 m4、m5 m6，及m7 m8表示。
39.四轮驱动系统运行时，通过控制双驱动电机11正转，可以使车辆工作在一档状态；通过控制双驱动电机11反转，可以使车辆工作在二档状态。此外，通过使用双驱动电机11，还可提高电机机构10的冗余度，提高四轮驱动系统整体的可靠性。
40.根据以上描述，本实施例提供的四轮驱动系统具有以下优点：
41.1、双驱动电机11、减速机构20和车轮30依次传动连接，无需设置半轴，整体结构紧凑，利于整车布置，且传动效率高；
42.2、减速机构20包括多级齿轮减速机构，传动比范围大，车辆动力性、驾驶舒适性和行驶安全性更高；
43.3、四个车轮30的驱动设置相同，可实现对任一车轮30的单独驱动，并根据路面工况适时调整驱动状态，作业机动性高，可满足多种作业环境的使用。
44.本实施例还提供了一种工程机械，其包括如上所述的四轮驱动系统。具体地，该工程机械可以为电动装载机、电动挖掘机等。
45.实施例二
46.本实施例提供了一种四轮驱动系统及包括该四轮驱动系统的工程机械。
47.如图2所示，该四轮驱动系统与实施例一提供的四轮驱动系统的设置基本相同，区别在于：每个电机机构10包括一个单驱动电机12，单驱动电机12的输出端与第一级齿轮减速机构21的太阳轮(即第一太阳轮212)传动连接。
48.本实施例中，四轮驱动系统中共设置有四个单驱动电机12，分别用m1、m2、m3及m4表示。此时，电机机构10整体结构更加简单，质量更轻，成本更低。
49.实施例三
50.本实施例提供了一种四轮驱动系统及包括该四轮驱动系统的工程机械。
51.如图3所示，该四轮驱动系统与实施例一提供的四轮驱动系统的设置基本相同，区别在于：电机机构10和第一级齿轮减速机构21的设置不同。
52.本实施例中，第一级齿轮减速机构21设置为齿轮对机构(为便于后续叙述和理解，将此齿轮对机构记为第一齿轮对机构)，其包括相啮合的第一主动齿轮215和第一从动齿轮216。第二级齿轮减速机构22和第三级齿轮减速机构23均设置为行星排齿轮机构。
53.与行星排齿轮机构相比，齿轮对机构更加简单，但相对尺寸较大。因此，本实施例中，仅将第一级齿轮减速机构21设置为了齿轮对机构，以在结构复杂性和结构尺寸之间进行更好的平衡。
54.相应地，电机机构10包括第一单驱动电机，第一单驱动电机的输出端与第一主动齿轮215传动连接，第一从动齿轮216与第二级齿轮减速机构22的太阳轮(即第二太阳轮222)传动连接。本实施例中，四个第一单驱动电机分别用m1、m3、m5及m7表示。四轮驱动系统运行时，通过第一单驱动电机能够驱动第一主动齿轮215转动，第一主动齿轮215再带动第一从动齿轮216转动；之后，第一从动齿轮216带动第二太阳轮222转动，再通过第二行星轮223等结构(具体传动过程参考实施例一)将转速和扭矩传递给车轮30，实现对车轮30的驱动。
55.进一步地，参考图3，第一齿轮对机构还包括第二主动齿轮217，第二主动齿轮217和第一从动齿轮216相啮合。
56.电机机构10还包括第二单驱动电机，第二单驱动电机的输出端与第二主动齿轮217传动连接。本实施例中，四个第二单驱动电机分别用m2、m4、m6及m8表示。按此，如果第一单驱动电机发生故障，仍可通过第二单驱动电机实现对车轮30的驱动，从而增加了系统的冗余度，提高了四轮驱动系统整体的可靠性。当然，如果第二单驱动电机发生故障，也可通过第一单驱动电机实现对车轮30的驱动。
57.此外，需说明的是，对于任一车轮30的驱动，由于第一单驱动电机和第二单驱动电机共用一个第二主动齿轮217，所以进一步减少了零件的数量，简化了系统整体结构。
58.实施例四
59.本实施例提供了一种四轮驱动系统及包括该四轮驱动系统的工程机械。
60.如图4所示，该四轮驱动系统与实施例一提供的四轮驱动系统的设置基本相同，区别在于电机机构10和第二级齿轮减速机构22的设置不同。
61.本实施例中，第一级齿轮减速机构21和第三级齿轮减速机构23均设置为行星排齿轮机构。第二级齿轮减速机构22设置为第二齿轮对机构，其包括相啮合的第三主动齿轮225和第二从动齿轮226。第一级齿轮减速机构21的行星架与第三主动齿轮225传动连接，第二从动齿轮226与第三级齿轮减速机构23的太阳轮传动连接。
62.与将第一级齿轮减速机构21设置为第一齿轮对机构类似，仅将第二级齿轮减速机构22设置为第二齿轮对机构，也可在结构复杂性和结构尺寸之间进行更好的平衡。
63.此外需说明的是，结合实施例三和实施例四，设置齿轮对机构时，优选将第一级齿轮减速机构21或第二级齿轮减速机构22设置为齿轮对机构，而未选择将第三级齿轮减速机构23设置为齿轮对机构，其原因在于：多级齿轮减速机构在进行传动比分配时，最后一级齿轮减速机构的传动比往往最大，而传动比越大，则齿轮对机构的尺寸通常也较大，因此通过将第一级齿轮减速机构21或第二级齿轮减速机构22设置为齿轮对机构，可以避免齿轮对机
构的尺寸过大，以利于减小减速机构的体积。
64.进一步地，参考图4，每个电机机构10包括一个单驱动电机12，单驱动电机12的输出端与第一级齿轮减速机构21的太阳轮传动连接，以实现动力传递，整体结构较为简单，成本较低。本实施例中，四个单驱动电机12分别用m1、m2、m3及m4表示。
65.作为本实施例的一个变形，另一实施例中，对于任一车轮30的驱动，也可采用双驱动电机11作为电机机构10，以提高四轮驱动系统整体的冗余度。
66.作为本实施例的一个变形，另一实施例中，对于任一车轮30的驱动，也可再在第二齿轮对机构中设置与第二从动齿轮226啮合的第四主动齿轮，并相应增设一个第一级齿轮减速机构21和一个单驱动电机12，增设的单驱动电机12、第一级齿轮减速机构21及第四主动齿轮依次传动连接，以提高四轮驱动系统整体的冗余度。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。