差速器的设计与制作

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差速器的设计与制作差速器的设计与制作 胡发焕蔡咸健
江西理工大学机电工程学院…西赣州，341000
摘要l本文以2009年亚太大学生机器人大赛为背景，系统阐述大赛用机器人的差速器和转向梯
形机构的设计与制作。
关键词l差速器，转向梯形
1 引言
在中央电视台举办的亚太大学生机器人大赛国内
盐活动中，机器人是-个典型的机电光-体化的作
品。通过该大赛，大学生可以实践计算机，控制论、机
构学、机械设计和制造、传感技术，人工智能等众多学
科的知识，是大学生开展综合知识训练的良好平台。同
时，机器人制作比赛作为-种创新教育的战略性手段已
经逐渐被教育界所认可，因此越来越受到各高校的重视
和积极参与。
在历次大赛中，机器人的驱动和导向方式在整个
机器人的设计中-直占有很大比重。本文将介绍-种借
鉴于汽车的驱动和导向模式，即后轮驱动，前轮导向的
方式。驱动和导向分开有利于控制。运动速度由后轮控
制，运动轨迹由前轮决定，前轮可以由数字舵机控制，
即类似于汽车驾驶员控制方向盘。机器人四轮着地，不
需万向轮，增加了机器人运动的稳定性，且制作成本
低，无需高精度的陀螺仪。尽管差速器驱动方式在汽车
领域中已经非常成熟，但由于其体积和质量的限制，不
能直接用于机器人大赛中。本文将系统讲解如何在-般
实验室的条件下设计，制作差速器和梯形转向机构。
2差速器的原理
差速器是-种将马达输出扭矩-分为二的装置，
允许转向时输出两种不同的转速。其示意图如图l所
示。图中cc，。为差速器盆齿的角速度I ct，，、(c，：分别
为左、右两半轴的角速度，瓦为差速器接受的转矩，t
为差速器的内摩擦力矩，z，L分别为左右两半轴对差
速器的反转矩。
根据运动分析可得
∞l(I，22wo (1)
显然，当-侧半轴不转时，另-侧半轴将以两倍的
差速器盆齿角速度旋转，当差速器盆齿不转时，左右半
轴能等速反向旋转。
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，
田1普通锥齿轮式差速器示意图
根据力矩平衡可得：
Tt瓦2 To
(2)
L-Lr
由公式(1)可得，左右两半轴的转速和是马达转
速的两倍，而左右半轴的转速可在0～2(E，。之间任意分
配：当车作直线运动时，cI，，∞，，左右轴转速相等，
当车向右拐弯时，(c，，>c，，；当车往左拐弯时，口，<(I，：。
差速器的这种调整是自动的，这是因为最小能耗原
理”，车轮在转弯时会自动趋向能耗最低的状态，自动
地按照转弯半径调整左右轮的转速。
3差速器的设计和制作
差速器在汽车领域已经是非常成熟的技术，但由
于其体积和质量的限制，我们不可能直接取用现成的产
品，而必须根据实验室现有的条件来设计和制作。笔者