CN109210157A - 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构 - Google Patents

一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN109210157A
CN109210157A CN201811164492.2A CN201811164492A CN109210157A CN 109210157 A CN109210157 A CN 109210157A CN 201811164492 A CN201811164492 A CN 201811164492A CN 109210157 A CN109210157 A CN 109210157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
steamboat
bull wheel
coaxial
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811164492.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109210157B (zh
Inventor
王明超
杨晓强
张卫国
王涛
高瑜
李世尧
齐媛
侯军占
施道云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian institute of Applied Optics
Original Assignee
Xian institute of Applied Optics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian institute of Applied Optics filed Critical Xian institute of Applied Optics
Priority to CN201811164492.2A priority Critical patent/CN109210157B/zh
Publication of CN109210157A publication Critical patent/CN109210157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109210157B publication Critical patent/CN109210157B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/04—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with ropes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pulleys (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明是一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，属于精密传动领域，用以实现同轴定传动比传动。本发明包括过渡轮、过渡轮轴承、同轴轮外轴承、同轴轮内轴承、小轮、支架、大轮和钢丝绳；大轮为空心阶梯轴结构，阶梯轴两端为轴承安装面，中段为钢丝绳缠绕面；大轮中段圆柱面壁面上具有开口；小轮为圆柱阶梯轴结构，两端圆柱面为轴承安装面，中段为钢丝绳缠绕面；小轮通过轴承安装面与同轴轮内轴承配合，并同轴安装在大轮内侧；过渡轮通过过渡轮轴承固定在支架上，且过渡轮的中心轴线与小轮的中心轴线平行。本发明具有传动精度高、噪声低、传动平稳、无需润滑、易于安装和维护的特点，适用于光机系统及其他有限转角、定传动比传动的精密传动领域。

Description

一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构
技术领域
本发明涉及传动技术领域，具体为一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构。
背景技术
精密传动机构在航空航天、机器人、机械制造设备领域的应用广泛。目前常见的精密传动方式主要是精密齿轮传动。一方面，由于齿轮传动存在间隙、磨损等缺陷，齿轮传动空回严重制约传动精度和动态性能；另一方面长距离、大传动比的齿轮传动通常由多级传动实现，导致传动机构笨重，这些都限制了精密齿轮传动的应用范围。
钢丝绳传动精度高、噪声低、传动平稳、无需润滑、易于安装和维护，结构简单、紧凑、运动平稳，为机电产品的小型化和轻量化提供了途径。钢丝绳精密传动机构的形式多种多样，比较典型的结构形式有“Rot-Lok”型、多转向轮型等。钢丝绳传动已经被用于机器人和光电精密传动装置中，例如申请号为200610147223.6，名称为“用于机械臂的钢丝绳传动机构”公开了一种用于机械臂的钢丝绳传动机构。该传动机构通过应用钢丝绳传动机构，实现了将电机齿轮减速器等安装远离机械臂关节处，从而减轻了机械臂内部负载消耗，提高了对外输出效率。申请号为201410848341.4，名称为“一种基于钢丝绳传动的微创手术机器人用主操作手”的专利公开了一种基于钢丝绳传动的微创手术机器人用传动机构，在整体机构中前三关节采用了钢丝绳传动。申请号为201420529248.2，名称为“一种在三坐标测量机上使用的传动机构”的专利，公开了一种在三坐标测量机上使用的钢丝绳传动机构。在这些应用中，钢丝绳传动机构都提高了整体结构的传动刚性和安装紧凑性。
尽管目前精密钢丝绳传动在一些领域得到了应用，但在多数应用中，钢丝绳传动机构都用于异轴传动，同轴钢丝绳传动机构还很少见，而同轴传动的应用需求广泛，如反射镜稳定设备中使用的同轴2:1传动机构等，因此开发基于钢丝绳传动的同轴传动机构具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有精密传动机构存在的缺点，利用钢丝绳传动的特点，提供一种结构紧凑、适用于高精度精密传动的、基于钢丝绳传动的同轴有限转角传动机构。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：包括过渡轮(1)、过渡轮轴承(2)、同轴轮外轴承(5)、同轴轮内轴承(7)、小轮(3)、支架(4)、大轮(6)和钢丝绳(8)；
所述大轮(6)为空心阶梯轴结构，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中段圆柱面为钢丝绳缠绕面；所述大轮(6)段圆柱面壁面上具有开口；大轮(6)通过轴承安装面与同轴轮外轴承(5)配合固定在支架(4)上；
所述小轮(3)为圆柱阶梯轴结构，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中段圆柱面为钢丝绳缠绕面；小轮(3)通过轴承安装面与同轴轮内轴承(7)配合，并同轴安装在大轮(6)内侧；
过渡轮(1)通过过渡轮轴承(2)固定在支架(4)上，且过渡轮(1)的中心轴线与小轮(3)的中心轴线平行；
所述钢丝绳(8)的布置方式为：从大轮(6)的中段圆柱面开始，钢丝绳(8)绕过大轮(6)，然后绕过过渡轮(1)，再通过大轮(6)中部开口进入大轮(6)内部，绕过小轮(3)后，再绕回过渡轮(1)，最后绕回大轮(6)形成封闭环路；
在设定的转角范围内，所述钢丝绳(8)在与大轮(6)分离处始终与大轮(6)相切。
进一步的优选方案，所述一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：钢丝绳在小轮与过渡轮之间有两种布置方式：当采用交叉布置时，能够使大轮与小轮实现反向定比同轴传动；当采用非交叉布置时，能够使大轮与小轮实现同向定比同轴传动。
进一步的优选方案，所述一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：根据要求的大轮实际可转动角度β，传动机构的各轮半径、小轮与过渡轮中心距及大轮开口角度满足以下关系，其中小轮、大轮和过渡轮中段绕绳部分的圆柱半径分别为a、b、c，大轮绕绳部分圆柱内外半径之差为t，小轮与过渡轮的中心距为d，大轮开口角度为θ：
当主、从动轮同向传动时：
若a≥c>0，则
若a<c<b，则
若c>b，则
当主、从动轮反向传动且时：
若b≥c，则
若b<c，则
有益效果
本发明涉及的一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构与现有技术相比具有以下收益效果：
1.本发明采用主动轮与从动轮同轴安装的方式，实现了小角度、定传动比、同轴钢丝绳传动。
2.传动机构主动轮与从动轮通过轴承同轴安装，易于保证二者的同轴度，进而保证传动精度。
3.传动机构采用钢丝绳传动，通过适当选取主动轮、从动轮的直径，可以实现任意传动比的传动，且能够保证机构整体布局紧凑，有效减小传动机构所占体积。
4.传动机构各轮支承结构对称，轴长有限，易于保证机构刚性。
5.在2和4的前提下，通过本发明，易于实现高精度传动。
附图说明
图1是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构整体结构示意图。
图2是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构二维装配示意图。
图3是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构大轮结构示意图，其中左图(a)为大轮三维示意图，右图(b)为大轮二维剖视图，大轮开口角度用θ表示。
图4是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构小轮及过渡轮结构示意图。
图5是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构中的主要零件：主动轮、从动轮以及过渡轮，通过钢丝绳连接后的整体示意图。其中左图(a)为主、从动轮同向传动时的安装布置示意图，右图(b)为主、从动轮反向传动时的安装布置示意图。
图6是本发明一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构的钢丝绳布置示意图，其中左图(a)为主动轮、从动轮同向传动的钢丝绳布置示意，右图(b)为主动轮、从动轮反向传动的钢丝绳布置示意。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行作进一步说明：本实例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但发明的保护范围不限于下述的实例。
本发明是一种有限转角同轴钢丝绳传动机构，它包括支架4、大轮6、小轮3、过渡轮1以及过渡轮轴承2、同轴轮外轴承5、同轴轮内轴承7和钢丝绳8，其中，所有支承轴承均成对安装，如图1所示。
所述的支架4固定，大轮6和过渡轮1分别通过同轴轮外轴承5和过渡轮轴承2安装在支架4上，小轮3通过同轴轮内轴承7与大轮6同轴安装。所述的大轮6与小轮3同轴，过渡轮1轴线与大轮6、小轮3的轴线平行。
对照图3，大轮6为一空心阶梯轴，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中段圆柱面为钢丝绳缠绕面；大轮6中段圆柱面壁面上具有开口。
对照图4，小轮和过渡轮均为圆柱阶梯轴，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中部圆柱面为钢丝绳缠绕面。
对照图5和图6，该实施例中钢丝绳8的布置方式为：钢丝绳8起始于大轮6上，然后绕过过渡轮1、通过大轮6中部开口进入大轮6内部后，绕过小轮3，再绕回过渡轮1，最后绕回大轮6，形成封闭环路。
大轮6和小轮3均可作为主动轴或被动轴。当以大轮6为主动轴、小轮3为被动轴时，所述传动机构为同轴增速机构。反之，为同轴减速机构。具体的传动路线为：驱动力驱动主动轴(大轮6或小轮3)，通过钢丝绳，带动过渡轮1，然后通过钢丝绳将驱动力传递至被动轴(小轮3或大轮6)上，使被动轴转动。
传动机构的传动比由大轮6、小轮3以及钢丝绳8的直径确定，可按下述公式计算：
本文所述传动机构满足以上条件后，为能正常工作，传动机构的各轮半径、大/小轮与过渡轮中心距及大轮开口角度还应满足以下关系。
在此，不妨令小轮、大轮和过渡轮中段绕绳部分的圆柱半径分别为a、b、c，大轮绕绳部分圆柱内外半径之差为t，大/小轮与过渡轮的中心距为d，大轮开口角度为θ，大轮实际可转动角度为β。
根据附图，显然有a<b-t,b+c<d，在此前提下，大轮开口角度为θ与大轮实际可转动角度为β还存在以下关系:
1)、主、从动轮同向传动
a)当a≥c>0时：
b)当a<c<b时
c)当c>b时
2)、主、从动轮反向传动且
a)当b≥c时：
b)当b<c时
c)为保持传动机构紧凑灵巧，过渡轮的直径不宜过大，故不讨论的情况。
以上公式推导过程中未计入钢丝绳直径，也未考虑结构倒角等因素，故按以上公式所得θ与β范围为进行初始设计的参考值。

Claims (3)

1.一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：包括过渡轮(1)、过渡轮轴承(2)、同轴轮外轴承(5)、同轴轮内轴承(7)、小轮(3)、支架(4)、大轮(6)和钢丝绳(8)；
所述大轮(6)为空心阶梯轴结构，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中段圆柱面为钢丝绳缠绕面；所述大轮(6)段圆柱面壁面上具有开口；大轮(6)通过轴承安装面与同轴轮外轴承(5)配合固定在支架(4)上；
所述小轮(3)为圆柱阶梯轴结构，阶梯轴两端圆柱面为轴承安装面，中段圆柱面为钢丝绳缠绕面；小轮(3)通过轴承安装面与同轴轮内轴承(7)配合，并同轴安装在大轮(6)内侧；
过渡轮(1)通过过渡轮轴承(2)固定在支架(4)上，且过渡轮(1)的中心轴线与小轮(3)的中心轴线平行；
所述钢丝绳(8)的布置方式为：从大轮(6)的中段圆柱面开始，钢丝绳(8)绕过大轮(6)，然后绕过过渡轮(1)，再通过大轮(6)中部开口进入大轮(6)内部，绕过小轮(3)后，再绕回过渡轮(1)，最后绕回大轮(6)形成封闭环路；
在设定的转角范围内，所述钢丝绳(8)在与大轮(6)分离处始终与大轮(6)相切。
2.根据权利要求1所述一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：钢丝绳在小轮与过渡轮之间有两种布置方式：当采用交叉布置时，能够使大轮与小轮实现反向定比同轴传动；当采用非交叉布置时，能够使大轮与小轮实现同向定比同轴传动。
3.根据权利要求1或2所述一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构，其特征在于：根据要求的大轮实际可转动角度β，传动机构的各轮半径、小轮与过渡轮中心距及大轮开口角度满足以下关系，其中小轮、大轮和过渡轮中段绕绳部分的圆柱半径分别为a、b、c，大轮绕绳部分圆柱内外半径之差为t，小轮与过渡轮的中心距为d，大轮开口角度为θ：
当主、从动轮同向传动时：
若a≥c>0，则
若a<c<b，则
若c>b，则
当主、从动轮反向传动且时：
若b≥c，则
若b<c，则
CN201811164492.2A 2018-10-05 2018-10-05 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构 Active CN109210157B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811164492.2A CN109210157B (zh) 2018-10-05 2018-10-05 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811164492.2A CN109210157B (zh) 2018-10-05 2018-10-05 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109210157A true CN109210157A (zh) 2019-01-15
CN109210157B CN109210157B (zh) 2020-02-07

Family

ID=64982785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811164492.2A Active CN109210157B (zh) 2018-10-05 2018-10-05 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109210157B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030036453A1 (en) * 2001-08-20 2003-02-20 Kun-Sheng Kuo Planet gear retarder for a servo motor
JP2006018518A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Ricoh Co Ltd 駆動制御装置
CN105114564A (zh) * 2015-09-02 2015-12-02 西安应用光学研究所 同轴有限转角精密2比1传动装置
CN205260742U (zh) * 2015-11-29 2016-05-25 西南技术物理研究所 有限转角无隙柔性传动机构
CN105697697A (zh) * 2016-04-28 2016-06-22 邓品 一种同轴传动和变速装置
CN105757192A (zh) * 2015-05-27 2016-07-13 合肥智光应用技术研究所 同步带结构的周转轮系调速装置
US20180003266A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Chia-Sheng Liang Pancake motor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030036453A1 (en) * 2001-08-20 2003-02-20 Kun-Sheng Kuo Planet gear retarder for a servo motor
JP2006018518A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Ricoh Co Ltd 駆動制御装置
CN105757192A (zh) * 2015-05-27 2016-07-13 合肥智光应用技术研究所 同步带结构的周转轮系调速装置
CN105114564A (zh) * 2015-09-02 2015-12-02 西安应用光学研究所 同轴有限转角精密2比1传动装置
CN205260742U (zh) * 2015-11-29 2016-05-25 西南技术物理研究所 有限转角无隙柔性传动机构
CN105697697A (zh) * 2016-04-28 2016-06-22 邓品 一种同轴传动和变速装置
US20180003266A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Chia-Sheng Liang Pancake motor

Also Published As

Publication number Publication date
CN109210157B (zh) 2020-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106903712B (zh) 基于差动绳传动的两自由度共线机械臂关节
WO2022001296A1 (zh) 一种驱动关节及机器人
CN102452080A (zh) 机器人臂部件
CN102914300A (zh) 一种旋转绕环机构
WO2018049711A1 (zh) 一种可调整侧隙的组合式人字齿行星传动装置
CN109210157A (zh) 一种精密同轴有限转角钢丝绳传动机构
CN110861120B (zh) 基于双定子无框力矩电机的驱动关节及其应用
CN101793534B (zh) 一种内环直立式四轴稳定平台
CN205350247U (zh) 差速器行星齿轮结构和车辆
CN104669296A (zh) 一种高比功率空间机械臂模块化旋转关节
CN110271033B (zh) 一种无奇异位形的液压直驱三自由度球型手腕
CN105485291A (zh) 差速器行星齿轮结构和车辆
CN115750686A (zh) 一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置
CN210389199U (zh) 一种机器人关节减速输出机构
CN110878897A (zh) 一种高精度轻小型三轴稳定平台
CN210879639U (zh) 一种四自由度的混联机器人
CN108869674A (zh) 差动减速装置
CN109296706A (zh) 一种关节减速器
CN203837913U (zh) 螺旋式扭矩自加载装置
CN106808469B (zh) 一种具有力位测量功能的机械臂传动关节机构
WO2020034816A1 (zh) 一种端面齿摆线针轮副和章动减速装置
CN206358371U (zh) 一种油动多旋翼直升机发动机动力分配系统
CN110545008A (zh) 一种适用多种工况的紧凑型变减速比机电作动器
CN210240335U (zh) 一种多自由度变径联轴器
CN219013276U (zh) 少齿差行星减速器及带有该减速器的伺服系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant