CN107387588B - 具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离合器，特别涉及一种适用于空间机器人的机械式离合器。具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，其技术方案是：它包括：电机、壳体、安装在壳体内的滚珠丝杠、定齿以及动齿；电机为动力输入源，其输出经过蜗轮蜗杆减速后带动滚珠丝杠发生转动，丝杠螺母沿滚珠丝杠轴线方向运动，利用压簧推动定齿支架平动，定齿支架带动定齿在壳体内平动，通过定齿与动齿的啮合或断开实现两个零部件之间的离合。本发明采用蜗轮蜗杆驱动，一方面利用了蜗轮蜗杆的减速功能，另一方面利用了蜗轮蜗杆的自锁功能，实现了离合器掉电制动功能，与电机加制动器和减速器的设计相比，简化了机构设计，减轻了质量，与电磁式等离合器相比具有负载能力大的优点。

Description

具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器

技术领域

本发明涉及一种离合器，特别涉及一种适用于空间机器人的机械式离合器。

背景技术

离合器是一种可以通过各种操纵方式，实现主从动部分在轴线上传递运动和动力时具有接合或分离功能的装置。离合器类似于开关，其用于控制驱动单元与被驱动单元之间力或力矩的传递，可根据需要实现驱动单元与被驱动单元之间的连接或断开。离合器有各种不同的用途，根据原动机和工作机之间或机械中各部分之间的工作要求，离合器可以实现相对起动或停止。按离合器接合元件传动的工作原理，可分为嵌合式离合器和摩擦式离合器，按离合器的操纵方式，可分为机械式、气压式、液压式和电磁式等。对离合器的基本要求包括离、合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠，结构简单、质量轻，体积小，工作安全、效率高，承载能力强、使用寿命长。

随着空间探测技术的发展，对空间机器人等的功能、性能提出了越来越高的要求。为了适应功能多样化的要求，空间机器人的构成越来越复杂，复杂的机构设计导致空间机器人质量、体积、功耗等的增大，这对空间探测来说是不利的。因此，质量轻、体积小、功耗低、负载比高的机器人是完成任务的最优选择，这就对组成机器人本体的机构设计提出了质量轻、体积小、功耗低、负重比高的要求。气压式、液压式离合器由于在使用过程中需要气压源和液压源，电磁离合器的承载能力与机械式离合器相比较小，因此均不适合在空间机器人上使用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适用于空间机器人的机械式离合器，利用该离合器实现主动件与被动件之间的动力传递或断开。

本发明的技术方案是：具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，包括：电机、壳体、安装在所述壳体内的滚珠丝杠、定齿以及动齿；

所述电机输出的动力通过蜗轮蜗杆传递至所述滚珠丝杠，与所述滚珠丝杠配合的丝杠螺母上套接有压簧；压簧的一端与丝杠螺母的轴肩抵触，另一端与定齿支架抵触，所述定齿与所述定齿支架固接；

所述动齿通过轴承安装于所述壳体内；所述轴承的外圈由轴承外圈压盖进行轴向限位，内圈由轴承内圈压盖压紧，所述轴承内圈压盖与主动件固定连接，被动件与所述壳体外圆周上的接口固定连接；

当所述电机通过所述蜗轮蜗杆带动所述滚珠丝杠转动，使所述丝杠螺母沿所述滚珠丝杠轴线方向运动时，所述压簧通过所述定齿支架推动所述定齿在与所述壳体固接的滑套内平动，使所述定齿与所述动齿的啮合或断开，以实现所述主动件与所述被动件之间的离合。

有益效果：

(1)本发明采用蜗轮蜗杆驱动，一方面利用了蜗轮蜗杆的减速功能，另一方面利用了蜗轮蜗杆的自锁功能，实现了离合器掉电制动功能，与电机加制动器和减速器的设计相比，简化了机构设计，减轻了质量。

(2)本发明采用机械齿式啮合的方式实现离合功能，与电磁式等离合器相比具有负载能力大的优点。

(3)本发明在丝杠螺母与定齿支架之间设计了压簧，起到了过载保护和蓄能的效果：当定齿齿顶与动齿齿顶之间接触且电机在驱动时，离合器不能发生正常啮合，此时压簧将被压缩，当动齿发生轻微转动时，在压簧推动下定齿瞬间插入动齿，发生啮合。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

参见附图1，具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，它包括：电机1、壳体8、安装在壳体8内的滚珠丝杠3、定齿6以及动齿13。其中定齿6为外齿轮，动齿13为内齿轮。

电机1的输出轴通过蜗轮蜗杆2连接滚珠丝杠3，滚珠丝杠3上设有丝杠螺母4，丝杠螺母4上套接有经压簧端盖12预紧的压簧11，压簧11的一端与丝杠螺母4的轴肩抵触，另一端与定齿支架5抵触，由此定齿支架5与丝杠螺母4之间通过压簧11实现柔性连接，定齿6与定齿支架5固定连接。

动齿13通过角接触球轴承14安装于壳体8内，且与定齿6同轴；角接触球轴承14的外圈由轴承外圈压盖15进行轴向限位，内圈由轴承内圈压盖17压紧，在轴承外圈压盖15与轴承内圈压盖17之间设计有密封圈16，防止轴承内外圈转动时杂质落入壳体8的内部。轴承内圈压盖17与主动件固定连接，被动件与壳体8外圆周上的接口7固定连接。

电机1为动力源，其输出的动力经过蜗轮蜗杆2减速后带动滚珠丝杠3转动，使丝杠螺母4沿滚珠丝杠3轴线方向运动，丝杠螺母4运动过程中利用压簧11推动定齿支架5平动：当丝杠螺母4向右平动时，丝杠螺母4经压簧11推动定齿支架5向右平动，平动的定齿支架5带动定齿6沿固定在壳体8内的滑套向右平动，使定齿6与动齿13啮合，其中滑套对定齿6的平动起导向作用；反之，当电机1反向转动时，定齿6沿壳体8内的滑套向左平动，使定齿6与动齿13断开。由于主动件与轴承内圈压盖17固定连接，被动件与壳体8固定连接，当定齿6与动齿13啮合时，该离合器处于结合状态，此时定齿6与动齿13形成一个整体，主动件的运动和动力便可依次通过轴承内圈、动齿13、定齿6、壳体8、接口7传递至被动件；当定齿6与动齿13断开，该离合器处于分离状态，此时主动件的运动和动力只能传递至动齿13，使得动齿13在壳体8内发生自由转动。由此通过定齿与动齿的断开或啮合实现主动件与被动件之间的离合。

其中蜗轮蜗杆2具有自锁功能，啮合的齿之间具有较大的扭矩承载能力，承载能力与质量比值可达300Nm/kg。

实施例2：

在上述实施1方案的基础上增加旋变轴19，具体为：旋变轴19安装于壳体8内，旋变轴19上安装有用于测量动齿13相对于壳体8转动角度的旋变器18；当定齿6与动齿13之间断开不啮合后，动齿13可在壳体8内部自由转动；动齿13相对于壳体8转动的角度由旋变19进行测量。

实施例3：

再进一步的，定齿支架5上设有限位开关片9，壳体8的内圆周面上定齿支架5的运动方向上设有限位开关柱10；离合器结合过程中，定齿支架5向右运动，当定齿6与动齿13之间完全啮合时，限位开关片9与限位开关柱10的右侧柱接触，产生限位信号，该限位信号指示离合器已完全啮合，此时电机1断电。离合器分离过程中，定齿支架5向左运动，当定齿6与动齿13之间完全断开且定齿支架5向左继续运行一定距离后，限位开关片9与限位开关柱10的左侧柱接触，产生限位信号，该限位信号指示离合器已完全分离，此时电机1断电。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，其特征在于：包括：电机(1)、壳体(8)、安装在所述壳体(8)内的滚珠丝杠(3)、定齿(6)以及动齿(13)；

所述电机(1)输出的动力通过蜗轮蜗杆(2)传递至所述滚珠丝杠(3)，与所述滚珠丝杠(3)配合的丝杠螺母(4)上套接有压簧(11)；压簧(11)的一端与丝杠螺母(4)的轴肩抵触，另一端与定齿支架(5)抵触，所述定齿(6)与所述定齿支架(5)固接；

所述动齿(13)通过轴承安装于所述壳体(8)内；所述轴承的外圈由轴承外圈压盖(15)进行轴向限位，内圈由轴承内圈压盖(17)压紧，所述轴承内圈压盖(17)与主动件固定连接，被动件与所述壳体(8)外圆周上的接口(7)固定连接；

当所述电机(1)通过所述蜗轮蜗杆(2)带动所述滚珠丝杠(3)转动，使所述丝杠螺母(4)沿所述滚珠丝杠(3)轴线方向运动时，所述压簧(11)通过所述定齿支架(5)推动所述定齿(6)在与所述壳体(8)固接的滑套内平动，使所述定齿(6)与所述动齿(13)的啮合或断开，以实现所述主动件与所述被动件之间的离合；

所述定齿支架(5)上设有限位开关动片(9)，所述壳体(8)内设有限位开关柱(10)，所述限位开关柱(10)包括设置在定齿支架(5)运动方向上的两个侧柱；所述限位开关动片(9)通过与限位开关柱(10)中两个侧柱之间的接触判断所述动齿(13)与所述定齿(6)之间的啮合或断开状态。

2.如权利要求1所述的具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，其特征在于：所述壳体(8)内固定连接有旋变轴(19)，所述旋变轴(19)上安装有用于测量所述动齿(13)相对于所述壳体(8)转动角度的旋变器(18)。

3.如权利要求1或2所述的具有自锁功能的丝杠传动齿啮合式离合器，其特征在于：所述轴承外圈压盖(15)与所述轴承内圈压盖(17)之间设有密封圈(16)。