三迷你CIM气动换挡FRC变速箱结构

　　这款三迷你CIM输入的气动换挡变速箱，核心面向FRC机器人竞赛场景的动力传输需求设计，在机器人对抗类赛事的动力单元选型中，这类紧凑布局的双速变速箱一直是行走机构、执行机构动力匹配的核心部件。从实际赛事应用来看，FRC赛事对动力单元的重量、体积、传动效率、换挡可靠性都有极高要求，常规单速减速箱很难同时兼顾起步大扭矩输出和高速行进的转速需求，这款带气动换挡机构的变速箱，就是针对这一矛盾点做的结构优化。

　　从功能特性上看，该变速箱集成三个迷你CIM电机作为动力输入源，相比单电机或双电机输入的结构，三电机并联输入能在不提升单电机功率负载的前提下，大幅提升整体输入功率上限，匹配赛事规则下的电机使用配额，避免单电机过载烧损的风险。换挡机构采用气动活塞驱动，相比舵机换挡、电磁换挡的结构，气动换挡的响应速度更快，锁止力矩更大，在机器人对抗的强冲击工况下，不会出现跳挡、脱挡的问题，两个挡位的传动比分别为10.83:1和15.78:1，低挡位可以输出大扭矩，满足机器人起步、攀爬、推挤对抗的动力需求，高挡位可以实现更高的输出转速，满足长距离快速移动、机构快速动作的需求。

　　设计思路上，这款变速箱采用了集成式的镂空端盖结构，端盖同时承担轴承定位、齿轮轴支撑、壳体连接、减重的多重作用，端盖上的镂空结构不是随意开设的减重孔，而是经过受力路径优化后的拓扑结构，在保证支撑刚度的前提下，尽可能去除非受力区域的材料，降低整体重量，这在对重量控制极其严格的FRC赛事中尤为关键，每减少一克无效重量，就能给其他执行机构留出更多的重量配额。齿轮组采用平行轴布置，三个输入电机的动力通过一级直齿轮汇流后，再经过换挡滑套切换不同的传动路径，最终从单输出轴传出，输出轴采用六角轴结构，能够直接和赛事通用的轮组、传动链轮连接，不需要额外做轴连接结构的适配，降低整车装配的复杂度。

　　从安装边界来看，三个迷你CIM电机采用并排平行布置的方式，整体壳体的外轮廓做了圆角处理，避免和机器人车架上的其他结构产生干涉，端盖上预留了多个标准安装孔位，孔位的间距和尺寸匹配FRC赛事常用的铝型材安装标准，可以直接通过螺栓固定在2英寸×1英寸的铝型材车架上，不需要额外设计转接安装板。气动换挡活塞的安装位置集成在变速箱壳体侧面，气路接口采用标准快插接口规格，能够直接和赛事通用的气动系统管路连接，不需要额外做接头转接。输出轴的伸出长度经过优化，既能够保证轮组、链轮的安装定位长度，又不会因为轴伸过长导致受力时弯曲变形，输出轴的支撑采用双轴承跨距布置，能够承受径向的冲击载荷，匹配机器人对抗时的碰撞、颠簸工况。

　　在实际装配调试的维度，这款变速箱的齿轮啮合间隙可以通过端盖的加工精度保证，不需要额外添加调整垫片，装配时只需要按照顺序将齿轮、轴、轴承装入端盖定位槽，再合上端盖锁紧螺栓即可完成主体装配，换挡滑套的行程通过气动活塞的行程限位，不需要额外调整换挡位置，装配难度低，适合赛事备赛阶段的快速组装、快速更换。齿轮采用直齿圆柱齿轮设计，相比斜齿齿轮，直齿齿轮的加工成本更低，传动时没有轴向力，对轴承的轴向承载要求更低，在赛事场景下备件更换也更方便，不需要定制特殊规格的齿轮配件。壳体的整体宽度控制在两个CIM电机直径叠加的尺寸范围内，不会在车架上占用过多的横向安装空间，给电池、控制板、气动元件等其他部件留出充足的布置空间。