CN105864381A - 一种改进的软轴螺旋传动装置 - Google Patents

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张延恒
徐剑
范润露
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    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
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Abstract

本发明涉及传动机构研究领域，尤指一种改进的软轴螺旋传动装置。本装置主要包括传动螺母、滚子以及软轴。传动螺母及滚子与软轴构成螺旋传动，传动螺母旋转可驱动软轴进给运动，软轴为特殊设计的弹簧体，可以随着外界荷载的情况发生弯曲变形，使得驱动力可以向不同的方向传递，从而实现曲线传动，传动螺母内嵌的滚子及两端的滚动轴承减小了软轴与螺母体间的摩擦，使装置完成曲线传动的同时具有较高的传动效率。本装置在管道清理机器人等涉及曲线路径传动的领域有重要的应用价值。

Description

一种改进的软轴螺旋传动装置
技术领域
本发明属于传动机构研究领域，具体涉及一种拥有柔性传动轴的可用于弯曲传动的传动机构。
背景技术
在一些对机构的驱动路径有特殊要求的领域，比如管道自动化清理领域，要求自动化设备的驱动机构具备弯曲传动能力，普通驱动机构因自身刚性特点无法适应空间环境的变化，而柔性机构则是满足这些特殊条件的最佳选择。同时，柔性机构因其储能特性和可抵抗冲击、可一体化加工等优点，成为近年来的研究热点。专利ZL200810106352.X公布了一种可用于曲线传动的软轴螺旋传动装置，但由于其传动螺母与软轴仅采用最简单的滑动接触方式进行传动，因而存在驱动力太小、稳定性不足、效率低等缺点，而无法满足实际应用要求。本发明在该专利的基础上改进了该传动装置的设计，通过内嵌滚子的传动螺母与软轴配合，使机构具备弯曲传动能力，同时驱动过程中机构内部摩擦小、输出驱动力大，该新型柔性驱动机构在管道清理机器人等涉及弯曲传动的领域有重要的应用价值。
发明内容
技术问题：本发明所需要解决的技术问题：提供一种可实现弯曲传动的柔性驱动机构，该机构在弯曲状态下能提供较大驱动力并且机构内部摩擦小传动效率高。
技术方案：一种改进的软轴螺旋传动装置主要由传动螺母，滚子和软轴组成，所述滚子沿传动螺母轴向以螺旋线方式分布在螺母体上，滚子一端伸入螺旋形的软轴间隙中与软轴接触，基于螺旋传动原理，传动螺母旋转带动滚子转动，滚子与软轴构成螺旋传动，从而推动软轴沿传动螺母轴向运动。由于滚子通过轴承与传动螺母连接，滚子与软轴接触端为球形，这种设计使滚子与软轴间的摩擦为滚动摩擦，极大地减小了摩擦力，提高了机构传动效率。同时传动螺母两端安装的滚动轴承也使软轴与传动螺母的摩擦大幅降低，提高了整个传动机构的传动效率。所述软轴为矩形截面的螺旋弹簧，矩形截面设计使得软轴具有较大轴向刚度和较小横向刚度，使其在传动过程中既具备较大的轴向传动力，又可以适应环境和载荷的变化而发生弯曲变形从而实现机构的弯曲传动。
有益效果：通过上述设计方案，本发明具有以下有益效果：
1、可实现弯曲传动。本发明中机构的传动轴为柔性轴，不同于刚性传动轴，柔性传动轴可以在传动过程中适应环境和载荷的变化发生弯曲变形，使得驱动力可以沿不同的方向传递，从而实现机构的弯曲传动。
2、机构的内部摩擦小。本发明中滚子通过轴承与螺母体连接，且滚子与软轴接触段为球形，使滚子与软轴间的摩擦为滚动摩擦，传动过程中滚子沿软轴侧面滚动，这种设计极大地减小了机构内部摩擦力，提高了机构的传动效率；同时传动螺母两端内嵌的滚动轴承，减少了传动螺母与软轴间的由于先对转动而产生的摩擦阻力。
3、机构的传动间隙小。本发明的改进的软轴螺旋传动装置，基于螺旋传动原理，滚子交替与软轴左右两侧面接触，使软轴螺旋传动过程中，无论传动螺母正向转动还是反向转动，传动螺母与软轴间的传动间隙均为零或最小。
附图说明
图1为本发明的三维结构局部剖面图。
图2为本发明主剖面图。
图3为本发明滚子的局部剖面图。
图中有1.传动螺母、101.滚动轴承、102.螺母体、2.滚子、201.球端接触体、202.卡簧、203.轴承、3.软轴。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、结构特点更加清楚，下面结合附图对发明实施例中的技术方案进行完整、清楚地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种改进的软轴螺旋传动装置，主要由传动螺母(1)、滚子(2)和软轴(3)三部分组成。
软轴(3)安装在传动螺母(1)内部，并可以沿传动螺母轴向移动。
如图2所示，传动螺母(1)主要包括滚动轴承(101)和螺母体(102)，滚动轴承(101)安装于螺母体(102)两端。滚动轴承(101)安装到螺母体(102)后，滚动轴承(101)内圈直径小于螺母体(102)内部未安装滚动轴承(101)的部分的直径。该设计使得软轴(3)外表面仅与滚动轴承(101)内圈接触，软轴(3)与传动螺母(1)间的摩擦仅存在于软轴(3)与滚动轴承(101)的接触处，由于滚动轴承(101)内圈可随软轴(3)一起转动，因而，软轴(3)与滚动轴承(101)的摩擦只有沿传动螺母(1)轴向移动时的摩擦，从而大大降低了软轴(3)与传动螺母(1)间的传动摩擦力，提高了传动效率。
如图3所示，滚子(2)主要包括球端接触体(201)、卡簧(202)和轴承(203)；球端接触体(201)一端为半球形，一端为圆柱形。
如图2所示，滚子(2)通过轴承(203)安装在传动螺母(1)的螺母体(101)上，滚子(2)的球端接触体(101)可以相对传动螺母(1)转动。滚子(2)数量大于4个，并沿传动螺母(1)轴向以螺旋线形式分布。滚子(2)的球端接触体(201)的球形端伸入软轴(3)间隙，并与软轴(3)侧面接触。由于滚子(2)沿传动螺母(1)轴向以螺旋线方式分布，则传动螺母(1)、滚子(2)与软轴(3)构成了螺旋传动。滚子(2)的球形端与软轴(3)接触，使得滚子(2)与软轴(3)的接触为点接触，当传动螺母(1)带动滚子(2)转动时，滚子(2)与软轴(3)的接触摩擦为滚动摩擦，从而减少了滚子(2)与软轴(3)的传动摩擦，提高了传动效率。
如图2所示，滚子(2)沿滚动螺母体(1)轴向以螺旋线方式分布的圈数大于两圈；所有沿螺旋线分布的滚子(2)分为两部分，两部分滚子(2)的球端接触体(201)分别与软轴(3)的不同侧面接触。该设计方式使得传动螺母(1)、滚子(2)与软轴(3)的传动间隙为零，在传动螺母(1)正向及反向转动时，软轴(3)都能紧密与滚子(2)接触，提高了本发明传动装置的传动精度。
本发明的传动装置的具体工作过程为：传动螺母(1)转动，带动安装在传动螺母(1)螺母体(101)上的滚子(2)转动，由于滚子(2)沿传动螺母(1)轴向以螺旋线分布的方式安装，故而传动螺母(1)、滚子(2)与软轴(3)构成了螺旋传动。传动螺母(1)正向转动，则软轴(3)沿传动螺母(1)轴向向前移动；传动螺母(1)反向转动，则软轴(3)沿传动螺母(1)轴向向后移动。
本发明的传动装置的另一种工作过程为：由于软轴(3)与传动螺母(1)和滚子(2)构成螺旋传动，软轴(3)正向转动，则软轴(3)通过滚子(2)推动传动螺母(1)向前移动；软轴(3)反向转动，则软轴(3)通过滚子(2)推动传动螺母(1)向后移动。
当本发明的传动装置的软轴(3)发生弯曲时，由于在传动螺母(1)内部的软轴(3)部分轴线仍然为直线，因此传动螺母(1)、滚子(2)与软轴(3)仍然可以构成螺旋传动，在此状态下，本发明的传动装置仍然可以正常工作，从而使本发明的传动装置可以适应软轴弯曲状态下的传动即曲线传动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改进的软轴螺旋传动装置，其特征在于该装置包括传动螺母(1)，滚子(2)，软轴(3)三个部分。
2.根据权利要求1所述的改进的软轴螺旋传动装置，其特征在于：所述的传动螺母(1)主要包括滚动轴承(101)和螺母体(102)，滚动轴承(101)安装于螺母体(102)两端。
3.根据权利要求2所述的传动螺母(1)，其特征在于：滚动轴承(101)安装到螺母体(102)后，滚动轴承(101)内圈直径小于螺母体(102)内部未安装滚动轴承(101)的部分的直径。
4.根据权利要求1所述的改进的软轴螺旋传动装置，其特征在于：所述的滚子(2)主要包括球端接触体(201)、卡簧(202)和轴承(203)；球端接触体(201)一端为半球形，一端为圆柱形。
5.根据权利要求4所述的滚子(2)，其特征在于：所述的滚子(2)数量大于四，且沿传动螺母(1)轴向以螺旋线分布的方式安装在螺母体(102)中；滚子(2)的球端接触体(201)的球形端伸入软轴(3)间隙，并与软轴(3)侧面接触。
6.根据权利要求4所述的滚子(2)，其特征在于：所述的滚子(2)沿滚动螺母体(1)轴向以螺旋线方式分布的圈数大于两圈；所有沿螺旋线分布的滚子(2)分为两部分，两部分滚子(2)的球端接触体(201)分别与软轴(3)的不同侧面接触。
7.根据权利要求1所述的改进的软轴螺旋传动装置，其特征在于：所述的软轴(3)为矩形截面弹簧。
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