CN109236983A - 柔性金属齿轮及舵机 - Google Patents
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Abstract
一种柔性金属齿轮及舵机，包括刚性金属外齿圈、软胶转接套及柔性金属内齿轮。本发明的柔性金属齿轮，通过设置刚性金属外齿圈、软胶转接套及柔性金属内齿轮。在实际的应用过程中，由于软胶转接套的设置，软胶转接套分别与刚性金属外齿圈和柔性金属内齿轮结合组成复合型齿轮，相比于传统的金属材质的齿轮，在实际应用过程中发出的噪音较小，且软胶转接套的设置使得柔性金属齿轮具备了一定的减震效果，在柔性金属齿轮运转的过程中，柔性金属齿轮与其他部件之间的摩擦力也相对较小，使得柔性金属齿轮不容易因摩擦力过大而损坏。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮结构领域，特别是涉及一种柔性金属齿轮及舵机。
背景技术
齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮在传动中的应用很早就出现了。19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位。渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝对多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮，虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。
目前，齿轮已经被广泛应用于各种领域，就以舵机领域来说，考虑到齿轮需要在舵机内部长期运转，齿轮的机械强度是研发人员首要考虑的因素，现有的齿轮为了加长齿轮的机械强度，延长齿轮的使用寿命，通常是齿轮做成金属齿轮，依靠金属的高硬度物理性质，增强齿轮的整体机械强度；再者是齿轮的噪音问题，根据噪音产生的机理不同，可将噪音分成加速度噪音和自鸣噪音两个种，加速度噪音是指在齿轮轮齿啮合时，由于冲击而使齿轮产生很大的加速度并引起周围介质扰动，由这种扰动产生的声音辐射成为齿轮的加速度噪音；另一方面，在齿轮动态啮合力作用下，系统的各零部件会产生振动，这些振动所产生的声音辐射成为自鸣噪音，虽然采用金属材质的可以在一定程度上增加齿轮的整体机械强度，延长齿轮的使用寿命，但金属材质的齿轮同时也会暴露一些问题，例如，金属材质的齿轮容易在运作的过程中与其他物件发生一定的摩擦，产生一定量的噪音，倘若噪音的分贝过大，就会产生噪音污染；此外，金属材质的齿轮，由于其高硬度的特性，金属材质的齿轮没有具备减震效果，导致齿轮在运作的过程中，容易损坏；再者，金属材质的齿轮在运作过程与其他物件发生摩擦时，齿轮与其他部件之间的摩擦系数过大，亦即齿轮与其他部件之间摩擦力大，同样也容易损坏齿轮；最后，采用金属材质的齿轮会在一定程度上增加产品的重量，尤其的对于一些飞行产品，对重量要求严格的，金属材质的齿轮就无法适用此类飞行产品。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种在运作过程时噪声较小的、具备减震性能的、摩擦力较小的以及整体重量较低的柔性金属齿轮及舵机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种柔性金属齿轮，包括：
刚性金属外齿圈，所述刚性金属外齿圈的外边缘设置有外齿环，所述刚性金属外齿圈内开设有转接孔，所述转接孔的孔壁上设置有内齿环，所述内齿环包括多个内齿；
软胶转接套，所述软胶转接套包括软胶上环、软胶下环及褶皱环，所述褶皱环的两端分别与所述软胶上环及所述软胶下环相固定，所述褶皱环嵌置于所述转接孔内；所述褶皱环具有连续弯折结构，以使所述褶皱环的外侧壁形成多个内齿嵌槽，并使所述褶皱环的内侧壁形成多个转接齿嵌槽，且各所述内齿嵌槽与各所述转接齿嵌槽交替错位设置，各所述内齿一一对应嵌置于各所述内齿嵌槽内，所述软胶上环及所述软胶下环分别与所述刚性金属外齿圈的相对的两侧面连接；及
柔性金属内齿轮，所述柔性金属内齿轮套置于所述软胶转接套内，所述柔性金属内齿轮的外边缘设置有多个转接齿，各所述转接齿一一对应嵌置于各所述转接齿嵌槽内。
在其中一个实施方式中，所述刚性金属外齿圈于所述转接孔的一端的边缘位置处开设有嵌置上环形槽，所述软胶上环嵌置于所述嵌置上环形槽内，以使所述软胶上环所在的平面与所述刚性金属外齿圈的一侧面相平齐；
所述刚性金属外齿圈于所述转接孔的另一端的边缘位置处开设有嵌置下环形槽，所述软胶下环嵌置于所述嵌置下环形槽内，以使所述软胶下环所在的平面与所述刚性金属外齿圈的另一侧面相平齐。
在其中一个实施方式中，所述转接齿的高度、与所述内齿的高度相同；
并且转接齿的高度及所述内齿的高度均小于刚性金属外齿圈的厚度。
在其中一个实施方式中，所述柔性金属齿轮还包括动力齿轴，所述动力齿轴与所述柔性金属内齿轮的中部位置处连接。
在其中一个实施方式中，所述刚性金属外齿圈的直径比所述软胶转接套的直径大，所述软胶转接套的直径比所述柔性金属内齿轮的直径大，所述柔性金属内齿轮的直径比所述动力齿轴的直径大。
一种舵机，包括上述所述的柔性金属齿轮。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明的柔性金属齿轮及舵机，通过设置刚性金属外齿圈、软胶转接套及柔性金属内齿轮。在实际的应用过程中，由于软胶转接套的设置，软胶转接套分别与刚性金属外齿圈和柔性金属内齿轮结合组成复合型齿轮，相比于传统的金属材质的齿轮，在实际应用过程中发出的噪音较小，且软胶转接套的设置使得柔性金属齿轮具备了一定的减震效果，在柔性金属齿轮运转的过程中，柔性金属齿轮与其他部件之间的摩擦力也相对较小，使得柔性金属齿轮不容易因摩擦力过大而损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的一实施方式中的柔性金属齿轮的组装示意图；
图2为本发明的一实施方式中的柔性金属齿轮的的爆炸示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前，舵机，是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面转动的一种执行部件。分有：1、电动舵机，由电动机、传动部件和离合器组成。接受自动驾驶仪的指令信号而工作，当人工驾驶飞机时，由于离合器保持脱开而传动部件不发生作用；2、液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成，当人工驾驶飞机时，旁通活门打开，由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨害人工操纵；此外，还有电动液压舵机，简称“电液舵机”。舵机的工作原理为：舵机的主控PCBA发出脉冲控制信号，舵机接收到指令给IC进行解码并发出正负电压给马达使其转动，带动齿轮转动到指定位置，电位器将识别到输出齿轮的位置反馈给PCBA已经到达，马达会停止运行并定位在指定位置。需要说明的是，常见的舵机采用的金属材质的直齿轮进行转动，金属材质的直齿轮同样存在噪声较大的、不具备减震性能的、摩擦系数较大的以及整体重量较大的问题。如此，采用金属材质的直齿轮的舵机存在较多的缺陷。因此，为了解决上述问题，本申请提供了一种柔性金属齿轮10，以此来解决噪声较大的、不具备减震性能的、摩擦系数较大的以及整体重量较大的问题。
一实施方式中，柔性金属齿轮包括刚性金属外齿圈、软胶转接套及柔性金属内齿轮；所述刚性金属外齿圈的外边缘设置有外齿环，所述刚性金属外齿圈内开设有转接孔，所述转接孔的孔壁上设置有内齿环，所述内齿环包括多个内齿；所述软胶转接套包括软胶上环、软胶下环及褶皱环，所述褶皱环的两端分别与所述软胶上环及所述软胶下环相固定，所述褶皱环嵌置于所述转接孔内；所述褶皱环具有连续弯折结构，以使所述褶皱环的外侧壁形成多个内齿嵌槽，并使所述褶皱环的内侧壁形成多个转接齿嵌槽，且各所述内齿嵌槽与各所述转接齿嵌槽交替错位设置，各所述内齿一一对应嵌置于各所述内齿嵌槽内，所述软胶上环及所述软胶下环分别与所述刚性金属外齿圈的相对的两侧面连接；所述柔性金属内齿轮套置于所述软胶转接套内，所述柔性金属内齿轮的外边缘设置有多个转接齿，各所述转接齿一一对应嵌置于各所述转接齿嵌槽内。
为了进一步对柔性金属齿轮的结构进行详细说明，请一并参阅图1和图2，在一实施方式中，柔性金属齿轮10包括刚性金属外齿圈100、软胶转接套200及柔性金属内齿轮300；刚性金属外齿圈100的外边缘设置有外齿环110，刚性金属外齿圈100内开设有转接孔120，转接孔120的孔壁上设置有内齿环121，内齿环121包括多个内齿1211；软胶转接套200包括软胶上环210、软胶下环220及褶皱环230，褶皱环230的两端分别与软胶上环210及软胶下环220相固定，褶皱环230嵌置于转接孔120内；褶皱环230具有连续弯折结构，以使褶皱环230的外侧壁形成多个内齿嵌槽231，并使褶皱环230的内侧壁形成多个转接齿嵌槽232，且各内齿嵌槽231与各转接齿嵌槽232交替错位设置，各内齿1211一一对应嵌置于各内齿嵌槽231内，软胶上环210及软胶下环220分别与刚性金属外齿圈100的相对的两侧面连接；柔性金属内齿轮300套置于软胶转接套200内，柔性金属内齿轮300的外边缘设置有多个转接齿310，各转接齿310一一对应嵌置于各转接齿嵌槽232内。如此，在实际的应用过程中，由于软胶转接套200的设置，软胶转接套200分别与刚性金属外齿圈100和柔性金属内齿轮300结合组成复合型齿轮，相比于传统的金属材质的齿轮，在实际应用过程中发出的噪音较小，且软胶转接套200的设置使得柔性金属齿轮10具备了一定的减震效果，在柔性金属齿轮10运转的过程中，柔性金属齿轮10与其他部件之间的摩擦力也相对较小，使得柔性金属齿轮10不容易因摩擦力过大而损坏。
需要说明的是，当安装软胶转接套200时，将各内齿1211一一对应嵌置于各内齿嵌槽231内，各转接齿310一一对应嵌置于各转接齿嵌槽232内，由于各内齿嵌槽231与各转接齿嵌槽232交替错位设置，使得软胶转接套200可以稳定的安装在刚性金属外齿圈100上开设的转接孔120内，交错设置可以提高软胶转接套200的整体机械强度，防止内齿1211对内齿嵌槽231以及转接齿310对转接齿嵌槽232的挤压力不会集中在同一个方向，挤压力的方向交错，有利于保证软胶转接套200的整体机械强度。
还需要说明的是，由于软胶转接套200为弹性件，例如，软胶转接套200由硅胶材质制作而成；又如，软胶转接套200由橡胶材质制作而成。生产商可以结合实际的需要灵活选用软胶转接套200的制作材料，以此来达到最佳的减震效果。由于软胶转接套200具备一定的减震性能，因此，在柔性金属齿轮10运转时震动较为剧烈时，内齿1211对内齿嵌槽231的挤压力以及转接齿310对转接齿嵌槽232的挤压力会施加到软胶转接套200，又因为软胶转接套200具备减震性能，亦即具备一定的缓冲性能，施加到软胶转接套200的挤压力而迫使软胶转接套200发生一定量的形变去进行减震，相比于传统的金属材料齿轮，当金属材质的齿轮运转时发生剧烈的震动时，由于金属材质的齿轮其高硬度的物理性质，金属材质的齿轮无法在受到剧烈震动时发生相应的形变，导致金属材质的齿轮极容易在此种情况下发生损坏，严重时甚至内部因震动剧烈而产生相应的裂痕，损坏齿轮，倘若不及时对发生裂痕的齿轮进行更换或者维护，就极其容易造成产品的工作不良，甚至危及到使用当前产品用户的生命安全。
还需要说明的是，各内齿嵌槽231与各转接齿嵌槽232交替错位设置，当柔性金属齿轮10运转时，内齿1211对内齿嵌槽231的挤压力与转接齿310对转接齿嵌槽232的挤压力的方向同样也交错，使得软胶转接套200可以稳定安装在刚性金属外齿圈100内，不会因为柔性金属齿轮10运转过快而从刚性金属外齿圈100内脱出。
还需要说明的是，柔性金属内齿轮300采用的是柔性金属材料制作而成，目的是保证柔性金属内齿轮300具备一定的减震性能，不单单依靠软胶转接套200的减震性能来保持柔性金属齿轮10的减震性能。柔性金属材料为市面上常销售的柔性金属材料，其成分和原理为本领域技术人员所熟知，不再详细阐述。
进一步地，在一实施方式中，刚性金属外齿圈100于转接孔120的一端的边缘位置处开设有嵌置上环形槽，软胶上环210嵌置于嵌置上环形槽内，以使软胶上环210所在的平面与刚性金属外齿圈100的一侧面相平齐；刚性金属外齿圈100于转接孔120的另一端的边缘位置处开设有嵌置下环形槽，软胶下环220嵌置于嵌置下环形槽内，以使软胶下环220所在的平面与刚性金属外齿圈100的另一侧面相平齐。如此，刚性金属外齿圈100于转接孔120的一端的边缘位置处开设有嵌置上环形槽，软胶上环210嵌置于嵌置上环形槽内，以使软胶上环210所在的平面与刚性金属外齿圈100的一侧面相平齐，使得在软胶转接套200时，软胶转接套200的软胶上环210可以直接嵌置在嵌置上环形槽内，嵌置上环形槽的内侧壁起到限位固定的作用，防止软胶上环210产生晃动，再加上软胶上环210所在的平面与刚性金属外齿圈100的一侧面相平齐，可以保证软胶上环210与刚性金属外齿圈100的一侧面之间的表面平整度，软胶上环210不会在刚性金属外齿圈100的一侧面上发生翘起，导致表面平整度不高，降低柔性金属齿轮10的整体机械强度，且软胶上环210所在的平面与刚性金属外齿圈100的一侧面相平齐可以在一定程度上缩小柔性金属齿轮10的整体体积，柔性金属齿轮10结构更加紧凑，柔性金属齿轮10占用更小的空间面积，提高空间利用率；同理，刚性金属外齿圈100于转接孔120的另一端的边缘位置处开设有嵌置下环形槽，软胶下环210嵌置于嵌置下环形槽内，以使软胶下环220所在的平面与刚性金属外齿圈100的另一侧面相平齐，使得在软胶转接套200时，软胶转接套200的软胶下环220可以直接嵌置在嵌置下环形槽内，嵌置下环形槽的内侧壁起到限位固定的作用，防止软胶下环220产生晃动，再加上软胶下环220所在的平面与刚性金属外齿圈100的另一侧面相平齐，可以保证软胶下环220与刚性金属外齿圈100的另一侧面之间的表面平整度，软胶下环220不会在刚性金属外齿圈100的另一侧面上发生翘起，导致表面平整度不高，降低柔性金属齿轮10的整体机械强度，且软胶下环220所在的平面与刚性金属外齿圈100的另一侧面相平齐可以在一定程度上缩小柔性金属齿轮10的整体体积，柔性金属齿轮10结构更加紧凑，柔性金属齿轮10占用更小的空间面积，提高空间利用率。
进一步地，请再次参阅图1，在一实施方式中，转接齿的高度、与内齿的高度相同；并且转接齿的高度及内齿的高度均小于刚性金属外齿圈的厚度。如此，转接齿的高度、与内齿的高度相同，可以保证在软胶转接套200安装在刚性金属外齿圈100内时以及柔性金属内齿轮300安装在软胶转接套200内时，软胶转接套200的受力均匀，软胶转接套200的各个方向受力大小均一致，在一定程度上可以保护软胶转接套200，防止软胶转接套200受力不均匀而损坏；转接齿的高度及内齿的高度均小于刚性金属外齿圈的厚度，可以保证软胶转接套200可顺利的安装在刚性金属外齿圈100内，柔性金属内齿轮300安装在软胶转接套200内，安装稳定性高。
进一步地，请再次参阅图1和图2，在一实施方式中，柔性金属齿轮10还包括动力齿轴400，动力齿轴400与柔性金属内齿轮300的中部位置处连接。如此，柔性金属齿轮10通过动力齿轴400与外部的驱动装置的驱动轴连接，驱动装置的驱动轴与动力齿轴400连接，驱动装置输出动力驱动驱动轴转动，进而带动动力齿轴400转动。具体地，在一实施方式中，刚性金属外齿圈100的直径比软胶转接套200的直径大，软胶转接套200的直径比柔性金属内齿轮300的直径大，柔性金属内齿轮300的直径比动力齿轴400的直径大。如此，当驱动装置驱动动力齿轴400转动时，由于刚性金属外齿圈100的直径比软胶转接套200的直径大，软胶转接套200的直径比柔性金属内齿轮300的直径大，柔性金属内齿轮300的直径比动力齿轴400的直径大，使得驱动装置只需要驱动动力齿轴400转动较小的角度就可以迫使柔性金属齿轮10发生较大的转动，亦即驱动装置仅需输出较小的动力即可促使柔性金属齿轮10发生较大的转动，节省驱动装置的工作能耗，驱动装置仅需输出较小的动力即可带动柔性金属齿轮10发生大转动。
本发明的柔性金属齿轮及舵机，通过设置刚性金属外齿圈、软胶转接套及柔性金属内齿轮。在实际的应用过程中，由于软胶转接套的设置，软胶转接套分别与刚性金属外齿圈和柔性金属内齿轮结合组成复合型齿轮，相比于传统的金属材质的齿轮，在实际应用过程中发出的噪音较小，且软胶转接套的设置使得柔性金属齿轮具备了一定的减震效果，在柔性金属齿轮运转的过程中，柔性金属齿轮与其他部件之间的摩擦系数也相对较小，使得柔性金属齿轮不容易因摩擦力过大而损坏。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种柔性金属齿轮，其特征在于，包括：
刚性金属外齿圈，所述刚性金属外齿圈的外边缘设置有外齿环，所述刚性金属外齿圈内开设有转接孔，所述转接孔的孔壁上设置有内齿环，所述内齿环包括多个内齿；
软胶转接套，所述软胶转接套包括软胶上环、软胶下环及褶皱环，所述褶皱环的两端分别与所述软胶上环及所述软胶下环相固定，所述褶皱环嵌置于所述转接孔内；所述褶皱环具有连续弯折结构，以使所述褶皱环的外侧壁形成多个内齿嵌槽，并使所述褶皱环的内侧壁形成多个转接齿嵌槽，且各所述内齿嵌槽与各所述转接齿嵌槽交替错位设置，各所述内齿一一对应嵌置于各所述内齿嵌槽内，所述软胶上环及所述软胶下环分别与所述刚性金属外齿圈的相对的两侧面连接；及
柔性金属内齿轮，所述柔性金属内齿轮套置于所述软胶转接套内，所述柔性金属内齿轮的外边缘设置有多个转接齿，各所述转接齿一一对应嵌置于各所述转接齿嵌槽内。
2.根据权利要求1所述的柔性金属齿轮，其特征在于，所述刚性金属外齿圈于所述转接孔的一端的边缘位置处开设有嵌置上环形槽，所述软胶上环嵌置于所述嵌置上环形槽内，以使所述软胶上环所在的平面与所述刚性金属外齿圈的一侧面相平齐；
所述刚性金属外齿圈于所述转接孔的另一端的边缘位置处开设有嵌置下环形槽，所述软胶下环嵌置于所述嵌置下环形槽内，以使所述软胶下环所在的平面与所述刚性金属外齿圈的另一侧面相平齐。
3.根据权利要求1所述的柔性金属齿轮，其特征在于，所述转接齿的高度、与所述内齿的高度相同；
并且转接齿的高度及所述内齿的高度均小于刚性金属外齿圈的厚度。
4.根据权利要求1所述的柔性金属齿轮，其特征在于，所述柔性金属齿轮还包括动力齿轴，所述动力齿轴与所述柔性金属内齿轮的中部位置处连接。
5.根据权利要求4所述的柔性金属齿轮，其特征在于，所述刚性金属外齿圈的直径比所述软胶转接套的直径大，所述软胶转接套的直径比所述柔性金属内齿轮的直径大，所述柔性金属内齿轮的直径比所述动力齿轴的直径大。
6.一种舵机，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的柔性金属齿轮。
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