CN101984383B - 双轴间歇联动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴间歇联动装置，包括底座，其还包括：第一轴及其驱动装置；第二轴及其减速装置，该第二轴的回转轴线与所述第一轴的回转轴线相同，记该回转轴线为枢轴线；第一转动体，固连于所述第一轴并固连于所述减速装置的外壳上；单向止退机构，配置在所述第二轴的输入端并安装在所述底座上，用于第二轴回转的单向锁定；以及机械正弦机构，其输出轴用于连接待驱动的部分，输入轴则连接所述第二轴的输出端。本发明结构紧凑，传动环节少，节约了制造、维护成本，并保证运行的可靠性和较高的传动精度。

Description

双轴间歇联动装置

技术领域

本发明涉及涉及一种双轴间隙联动装置，是一种主要应用于太阳跟踪设备上以跟踪太阳的装置。

背景技术

涉及到太阳跟踪的设备，已经体现在诸如中国第911032479号、981157122号和011241764号发明专利申请，及2007201583065号、2007201583050号实用新型专利上，这些专利文献对太阳跟踪的原理已经给出了详细的解释，其中中国第981157122号发明专利的授权文本给出的同步跟踪太阳的方法所依据的原理，是目前太阳能同步跟踪设备所普遍使用的原理，也就是需要形成一个跟踪太阳时角的轴和一个修正正弦函数跟踪太阳的机构，使太阳光直射到采集器上；实现同步跟踪的条件是跟踪时角的运行轴线与地轴平行，跟踪赤纬角运行的轴线与地轴和太阳的时角垂直。而中国第011241764号发明专利申请则深入剖析了时间和日视规律之间的对应关系，以及太阳与地球的位置变化规律，这些自然规律是太阳跟踪设备设计所依据的自然规律。另外，中国科学技术出版社于2009年7月1日出版的《太阳能热利用》则更详细、更规范的阐述了上述自然规律，上述981157122号发明专利所公开的方法则是对该自然规律的具体阐释。

具体到太阳同步跟踪设备上，中国第981157122号发明专利阐述了之前跟踪设备(包含了中国第911032479号发明专利申请)的不足，并具体公开了一种能源站，该能源站的驱动部分使用了两个支架，并基于这两个支架构建了一个平行于地轴的A轴，其结构形式导致该能源站在A轴轴向尺寸偏长，且采集器受限于其中一个支架的结构尺寸，从传动原理上看，另一支架也难以做到小型化，使得其整体结构庞大。此外，该能源站的驱动装置部分的传动环节比较多，且对某些机构或者运动副有比较高的技术要求，势必造成成本高，可维护性能差，且过多的传动环节会影响整体的传动精度。

中国第011241764号发明专利申请则采用了两套驱动装置以相应地进行仰角调整和自转角调整，但其结构仍然偏复杂，实现难度比较大，体积也比较大，调整起来也不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，传动环节少的双轴间歇联动的装置，以节约制造、维护成本，并保证运行的可靠性和较高的传动精度。

本发明采用以下技术方案：

该发明双轴间歇联动装置，包括底座，其还包括：

第一轴及其驱动装置；

第二轴及其减速装置，该第二轴的回转轴线与所述第一轴的回转轴线相同，记该回转轴线为枢轴线；

第一转动体，固连于所述第一轴并固连于所述减速装置的外壳上；

单向止退机构，配置在所述第二轴的输入端并安装在所述底座上，用于第二轴回转的单向锁定；以及

机械正弦机构，其输出轴用于连接待驱动的部分，输入轴则连接所述第二轴的输出端。

依据本发明技术方案的双轴间歇联动装置从其基本应用出发，第一转动体跟踪地球的自转即“时角”的变化。通过单向锁定机构及减速装置相匹配的正弦机构驱动法向轴跟踪地球的公转即“赤纬角”的变化。

第一轴的运动形式跟现在有些跟踪装置的主驱动装置部分没有实质的区别，都是产生一个正反转，若白天定义为正转，晚上则是反转，那么受其直接驱动的第一转动体则具有相同的运动形式，相应地，第二轴的座壳或者说机体部分也跟随第一轴转动。匹配地，配置在所述第二轴的输入端并安装在所述底座上的单向止退机构用于所述减速装置的单向锁定，当其锁定时，相应的机械正弦机构就会被驱动；第二轴反转时，解除锁定，那么机械正弦机构就不会被驱动，第二轴及减速装置同步转动，不形成相对运动，机械正弦机构的位置保持不变，第二天，机械正弦机构就会从当前位置被驱动，从而，就满足了机械正弦机构被间歇驱动的形式需要，保证了机械正弦机构被驱动的衔接性。从整体上讲，本装置的传动部分的传动环节远少于任一既有太阳跟踪装置的传动环节，且传动链短，大大减小了传动误差，并减少了维护环节。用一套电机驱动，减少了制造和维护成本。

机械正弦机构则是产生正弦波运动形式的机械机构，符合地球绕太阳公转时赤纬角的变化规律，已经为背景技术部分所具体阐明。

在多种机械正弦机构中，优选了一种结构进行阐述。

所述机械正弦机构包括：

第二转动体，其座体部分安装于所述第一转动体，并在座体部分安装有轴线垂直于所述枢轴线的从动轴，记从动轴轴线与枢轴线同属的平面为基准平面；

第一传动部，主要由安装于所述第二轴一端的第一构件与安装于从动轴一端的第二构件所形成，用于第二轴与所述从动轴的传动；且第二构件的反向于从动轴的端面为驱动平面，该平面的法线与从动轴轴线的夹角为23°26′21″或11°43′11″；

法向轴，该轴的轴座从动于第一转动体，且该轴的回转轴线垂直于所述基准平面并与从动轴的轴线相交；以及

第二传动部，主要由所述第二构件与安装于所述法向轴上并作用于所述驱动平面的第三构件所形成的摩擦副，以驱动第三构件在以法向轴轴线为法线的平面内摆动。

在上述基础方案的基础上，本领域的技术人员可以选择或者组合以下技术手段：

上述双轴间歇联动装置，所述第三构件为垂直于所述法向轴并平行于驱动平面的构件，该第三构件与所述法向轴形成十字轴。

上述双轴间歇联动装置，所述第三构件两端设有与所述驱动平面形成滚动摩擦副的滚轮。

上述双轴间歇联动装置，所述法向轴两端设有用于连接待驱动装置的法兰。

上述双轴间歇联动装置，所述从动轴的另一端装有指针，并在所述第一转动体上配有该指针的表盘。

上述双轴间歇联动装置，所述第一传动部优选为相互啮合而形成90°传动的一对锥齿轮所形成。

上述双轴间歇联动装置，所述单向止退机构为超越离合器；且该超越离合器的壳体安装于所述底座上。

上述双轴间歇联动装置，所述枢轴线在配置的底座上与底座基平面的夹角为当地的纬度。

上述双轴间歇联动装置，所述第一转动体介于第一轴与第二轴之间。

进一步地，下面结合说明书附图对发明的技术方案作进一步的说明。

附图说明

图1为依据本发明技术方案的一种双轴间歇联动装置的剖视结构示意图。

图2为图1的N-N剖视图。

图3为本发明所依据的技术路线图。

图中：1、正反转电机，2、主减速箱，3、支座，4、轴承，5、箱体，6、轴承，7、大锥齿轮，8、小锥齿轮，9、轴承，10、轴承，11、副减速器，12、超越离合器，13、底座，14、法兰，15、锁紧螺栓，16、压盖，17、轴承，18、十字输出轴，19、指针，20、刻度盘，21、轴承，22、轴承。

具体实施方式

参照说明书附图1上述双轴间歇联动装置，其示出了一种双轴间歇联动装置的基础方案，包括底座13，其还包括：

第一轴及其驱动装置；

第二轴及其减速装置，该第二轴的回转轴线与所述第一轴的回转轴线相同，记该回转轴线为枢轴线；

第一转动体，固连于所述第一轴并固连于所述减速装置的外壳上；

单向止退机构，配置在所述第二轴的输入端并安装在所述底座上，用于第二轴回转的单向锁定；以及

机械正弦机构，其输出轴用于连接待驱动的部分，输入轴则连接所述第二轴的输出端。

对于正弦传动机构，均可以使用在本方案中，上述基础方案的所使用的机械正弦机构已进行清楚表述，结构紧凑，传动精度也高，满足太阳跟踪的刚性需要。

优选地，所述机械正弦机构包括：

第二转动体，其座体部分安装于所述第一转动体，并在座体部分安装有轴线垂直于所述枢轴线的从动轴，记从动轴轴线与枢轴线同属的平面为基准平面；

第一传动部，主要由安装于所述第二轴一端的第一构件与安装于从动轴一端的第二构件所形成，用于第二轴与所述从动轴的传动；且第二构件的反向于从动轴的端面为驱动平面，该平面的法线与从动轴轴线的夹角为23°26′21″或11°43′11″；

法向轴，该轴的轴座从动于第一转动体，且该轴的回转轴线垂直于所述基准平面并与从动轴的轴线相交；以及

第二传动部，主要由所述第二构件与安装于所述法向轴上并作用于所述驱动平面的第三构件所形成的摩擦副，以驱动第三构件在以法向轴轴线为法线的平面内摆动。

本方案采用了一个相对倾斜的平面驱动，是一种特定的驱动形式，第三构件固定于法向轴上，不会跟着第二构件转动，所说的驱动是通过第二构件的所说的相对倾斜的平面的变化使得第三构件产生摆动，摆动的第三构件就驱动了法向轴的转动。显然的一点是，倾斜平面的上述驱动形式恰好使法向轴形成正弦波转动的运动形式，正好与地球绕太阳公转赤纬角的变化一致。第一轴运动和机械正弦机构的合运动，其输出法兰形成了对太阳的准确跟踪。

除此之外，装置在运动形式的保证上仅在于对传动比的保证上了，通过机械传动部分的选择是很容易保证的。该装置所要求保证的几个几何参量都是垂直和特定角度，从机械加工和装配上很容易保证。

关于驱动平面的法线与从动轴轴线的夹角实际反映了两种应用，第一种是在所说的角度为23°26′21″的条件下，要求光伏电池板垂直于阳光；另一种则是所说的角度为11°43′11″的条件下，聚光太阳能发电跟踪时，利用阳光入射角等于反射角原理将阳光反射到聚光器上；两类应用对第一周的转速也有不同要求，后者等于前者的一半。

鉴于本发明的机械结构，结构尺寸仅限于传动部分，其传动部分不产生较大长度的轴或者旋臂，结构尺寸大大减小，保证了结构的紧凑性要求。

对于所说的驱动装置，可以采用正反转电机1并配置主减速箱2的形式，对于所说的正反转电机可以选用普通的电机，也可以选择可精确控制的伺服电机或者步进电机，当然，本方案优选可精确控制的电机。对于主减速箱的选择，则以传动精度和目标传动比为基础，目标传动比则充分考虑第一轴的转速，在用于接收型应用时第一轴的角速度应当是360°÷24h＝15°/h＝15″/s，用于反射型应用时所说的角速度则是7.5″/s＝7.5°/h。

对于机械正弦机构，均可以使用在本方案中，多种形式的机械正弦机构不一一举例。第二轴通过传动部与机械正弦机构匹配，使输出法兰的角度变化为在一标准年时间内转动360°范例中的结构。

关于减速装置，所述第二轴更多的则是位置要求，第一轴与第二轴的同轴度应当小于0.02mm，保证使用的可靠性，从传动上来讲，从动轴需要有更低的转速，参考值则是标准年，保证形式则是以第一传动部为主的传动部分，当然，单纯的传动副从简化结构方面是我们想要的，本方案也可以采用之，这类传动部要想有比较大的传动比会比较困难，只有少量机构能够做到，比如蜗杆蜗轴机构，为此，对该基础的第一传动部为减小其自身的传动比，可以复合其他的传动部分，只需要保证第二构件的输出转速满足要求即可。这里所指的传动部为清楚表征传动部分的自定义名称，可以是传动副，也可以是传动机构，还可以是传动装置。进一步地，所说的传动部可以选择齿轮机构，此类机构中最简单的一种结构则是所述第一传动部优选为相互啮合而形成90°传动的一对锥齿轮所形成，这样就要求两构件具有较大的传动比，所以最佳的方式仍然是不单纯的采用传动副，应附加额外的传动部分，可以安装于第一轴上的小锥齿轮8驱动一个减速箱，所述第二构件则作为该减速箱的输出部分，当然，强调小锥齿轮的时候是配合大锥齿轮7而存在的，如采用减速箱，则无需强调小锥齿轮，圆柱齿轮就可以满足要求，当然，相应减速箱的传动还要包括传动方向的变动。

如图1中所示的副减速器11，则提供了另一种传动关系，此时，图1中所示的一对锥齿轮中的小锥齿轮8作为副减速器的动力输出轴直接连接的构件，那么齿轮传动机构配合副减速器就容易获得较大的传动比。按照常规的接收型应用时，所需要的总的传动比应当在1∶182.62，反射性应用时为91.31，在有副减速器存在的情况下是能够比较容易保证的。

至于第一转动体，采用箱式结构，为机械领域中为保护传动部分所普遍采用的结构形式，如图1中的箱体5，用于容纳本联动装置主要的传动部分。这里需要注意，第一轴、箱体和第二轴的座壳是同步运动的，简单的固定联接就可以实现，尤其是所说的座壳直接以箱体为安装座，这些简单的机械连接下面不再赘述。

进一步地，至于第二转动体，其座体部分则是跟随第一转动体同步转动的，那么所说的从动轴则是传动的核心部分，承接上面所说的第一传动部，应当认为是第一传动部的输出轴。

关于第二构件的反向于从动轴的端面为驱动平面，根据不同的应用，该平面的法线与从动轴轴线的夹角为23°26′21″和11°43′11″的条件是必要的，涉及到该双轴间歇联动装置的安装为满足太阳同步跟踪的的要求还需考虑底座的安装，安装状态下，枢轴线应当与当地的法平面的夹角为当地的纬度，底座可以为固定结构形式的底座，安装结构取决于枢轴线，底座也可以做成可调整的底座，无非是可以调整底座俯仰角度的问题，属于一种简单的机械结构，此时，则取决于底座的结构和安装结构。一种选择则是所述枢轴线在配置的底座上与底座基平面的夹角为当地的纬度，这种情况则要求底座按照所安装位置进行分类设计，但这种结构则给客户的安装带来方便，为服务于客户的目的，这种结构属于一种较佳的设计。

至于平面驱动形式，这里所考虑的是所说的驱动平面与第三构件的关系，首先，第三构件固定于法向轴上，而法向轴则安装在箱体5上，第三构件不会跟随第二构件作沿第二构件周向的运动，而是形成一个摆动副，所形成的是沿第二构件轴向的驱动，当然，第二构件结构未定，本段内的周向或者轴向更准确的参考应当为从动轴。关于驱动平面与第三构件的关系，最简单的莫过于第二构件与第三构件的直接接触配合，形成滑动摩擦，但摩擦系数相对来说比较大，当然，两构件相对运动比较慢，一定程度上来说，类似于静摩擦，价值本装置承载的物体可能会比较大，造成摩擦力会比较大。因此本方案倾向于采用滚动摩擦的形式，滚动摩擦也有很多种形式，一种较佳的选择是所述第三构件两端设有与所述驱动平面形成滚动摩擦副的滚轮，可以采用图1所示的轴承6。还有一种较佳的选择则是在第三构件与驱动平面接触的部位设置滚珠，滚珠部分地嵌入第三构件，是一种比较简单的结构。

另外，需要注意的是，所说的法向轴，参考说明书附图2中的十字输出轴18，构成十字输出轴的一部分是所说的法向轴，另一个部分则是所说的第三构件，附图2中所指十字输出轴中部的带剖面线的圆。其中，法向轴的轴承座孔最佳的选择是设置于所述箱体上。

承接上段说明，所述第三构件为垂直于所述法向轴并平行于驱动平面的构件，该第三构件与所述法向轴形成十字轴，保证驱动平面驱动的平稳性。当然，本方案也可以采用丁字轴形式，也就是第三构件仅存在于法向轴的一边，因为存在所承载物的压力，一定程度上也能够保证驱动平面的稳定驱动。联动装置，所述法向轴两端设有用于连接待驱动装置的法兰。

优选地，所述第一转动体介于第一轴与第二轴之间，便于简化结构设计。

对于所说的单项止推机构引入到本方案中，是一种简单的应用，机械领域中的此类机构从形式上看都是可以使用的，优选地，所述单向止退机构为超越离合器，便于标准化采购，维护也方便。

进一步地，较佳地，所述超越离合器的壳体安装于所述底座上。

为便于检修和调试，所述从动轴的另一端装有指针，并在所述第一转动体上配有该指针的表盘，用于安装调试时使用。

Claims (10)

1.一种双轴间歇联动装置，包括底座，其特征在于其还包括：

第一轴及其驱动装置；

第二轴及其减速装置，该第二轴的回转轴线与所述第一轴的回转轴线相同，记该回转轴线为枢轴线；

第一转动体，固连于所述第一轴并固连于所述减速装置的外壳上；

单向止退机构，配置在所述第二轴的输入端并安装在所述底座上，用于第二轴回转的单向锁定；以及

机械正弦机构，其输出轴用于连接待驱动的部分，输入轴则连接所述第二轴的输出端。

2.根据权利要求1所述的双轴间歇锁定机构，其特征在于：所述机械正弦机构包括：

第二转动体，其座体部分安装于所述第一转动体，并在座体部分安装有轴线垂直于所述枢轴线的从动轴，记从动轴轴线与枢轴线同属的平面为基准平面；

第一传动部，主要由安装于所述第二轴一端的第一构件与安装于从动轴一端的第二构件所形成，用于第二轴与所述从动轴的传动；且第二构件的反向于从动轴的端面为驱动平面，该平面的法线与从动轴轴线的夹角为23°26′21″或11°43′11″；

法向轴，该轴的轴座从动于第一转动体，且该轴的回转轴线垂直于所述基准平面并与从动轴的轴线相交；以及

第二传动部，主要由所述第二构件与安装于所述法向轴上并作用于所述驱动平面的第三构件所形成的摩擦副，以驱动第三构件在以法向轴轴线为法线的平面内摆动。

3.根据权利要求2所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述第三构件为垂直于所述法向轴并平行于驱动平面的构件，该第三构件与所述法向轴形成十字轴。

4.根据权利要求3所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述第三构件两端设有与所述驱动平面形成滚动摩擦副的滚轮。

5.根据权利要求2至4任一所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述法向轴两端设有用于连接待驱动装置的法兰。

6.根据权利要求5所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述从动轴的另一端装有指针，并在所述第一转动体上配有该指针的表盘。

7.根据权利要求6所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述第一传动部为相互啮合而形成90°传动的一对锥齿轮所形成。

8.根据权利要求7所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述单向止退机构为超越离合器；且该超越离合器的壳体安装于所述底座上。

9.根据权利要求1所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述枢轴线在配置的底座上与底座基平面的夹角为当地的纬度。

10.根据权利要求1所述的双轴间歇联动装置，其特征在于：所述第一转动体介于第一轴与第二轴之间。

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