CN109277740A - 水下驱动机构 - Google Patents

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巴金玉
谭伟洪
王国河
张美玲
李兵
董鹏飞
陈少南
吴玉
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China General Nuclear Power Corp
China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
CGN Power Co Ltd
China Nuclear Power Institute Co Ltd
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China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
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    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0247Driving means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

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Abstract

本发明公开一种水下驱动机构,包括外壳、驱动组件、驱动轴及传动组件;其中,外壳呈中空结构,外壳内形成密封舱;驱动组件容置于密封舱内且其输出轴沿第一方向延伸;驱动轴可转动地连接于外壳上且一端伸出外壳之外,驱动轴与外壳之间密封连接,驱动轴沿第二方向延伸,且第二方向与第一方向相垂直;传动组件容置于密封舱并分别连接输出轴、驱动轴,驱动组件藉由传动组件驱动驱动轴转动。由于将驱动组件、传动组件均密封在密封舱内,因此密封效果好,使用寿命更长,传动效率更高,且横向空间占用小,结构简单可靠。

Description

水下驱动机构
技术领域
本发明涉及驱动装置技术领域,尤其涉及一种能够实现低速大扭矩输出的水下驱动机构。
背景技术
在进行水下作业时,设备需要保持良好的密封性以防止外部的水进入设备内部,因此对设备的要求非常高。以核电站反应堆水池、乏燃料水池等区域为例,许多检测、维修、应急救援等等工作都需要派设备进入有辐射的水下环境中实施,对设备的要求相较于普通水下设备更高。
众所周知的是,在核电站反应堆水池、乏燃料水池等的检测、维修、应急救援作业中,需要众多的机器和设备,水下机器人就是其中常见的一种,水下机器人应用于上述作业中相较于传统设备具有工作效率高、人员安全性高等诸多优势,在核电站反应堆水池、乏燃料水池等的应急救援、日常保养与维护作业中发挥着重要作用。
用于核电站检测、维护及事故应急救援的水下机器人有众多类型,水下焊接机器人是其中一种,利用水下焊接机器人执行水下焊接操作,有助于保障操作人员的安全,提高核电运行增强站基准事故及后应护维修操作人员的安全,提高核电运行增强站基准事故及后应急处理能力。
水下焊接机器人主要包括焊接作业装置及承载焊接作业装置移动的移动载体,焊接作业装置在移动载体的驱动下到达焊接位置区域,并在地面人员的指示下进行焊接作业,从而完成水下焊接。其中,适用于移动载体的驱动设备作为动力源,对整个水下焊接机器人的运行起着至关重要的作用,因此,需要对驱动设备进行良好密封,以防止含有放射性物质的水进入设备内部造成内部沾污、元器件损坏以及驱动部件的锈蚀等,保证驱动设备能在具有放射性物质的水下环境中正常运行,同时需要简化其结构及体积以便于安装及操作。但现有的驱动设备在体积、密封性及输出转速、转矩等方面的综合性能指标不能满足使用需求。
因此,有必要提供一种简单可靠、密封效果好、能够实现低速大扭矩输出的水下驱动机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单可靠、密封效果好、能够实现低速大扭矩输出的水下驱动机构。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:提供一种水下驱动机构,其包括外壳、驱动组件、驱动轴及传动组件;其中,外壳呈中空结构,所述外壳内形成密封舱;驱动组件容置于所述密封舱内且其输出轴沿第一方向延伸;驱动轴可转动地连接于所述外壳上且一端伸出所述外壳之外,所述驱动轴与所述外壳之间密封连接,所述驱动轴沿第二方向延伸,且所述第二方向与所述第一方向相垂直;传动组件容置于所述密封舱并分别连接所述输出轴、所述驱动轴,所述驱动组件藉由所述传动组件驱动所述驱动轴转动。
较佳地,所述传动组件包括传动轴、第一齿轮及第二齿轮;传动轴的一端与所述输出轴相连接并沿所述第一方向延伸;第一齿轮连接于所述传动轴的另一端;第二齿轮连接于所述驱动轴上并与所述第一齿轮相啮合;所述驱动组件驱动所述传动轴转动,并藉由所述第一齿轮、所述第二齿轮带动所述驱动轴转动。
较佳地,所述第一齿轮、所述第二齿轮均为锥齿轮。
较佳地,所述传动组件还包括联轴器,所述联轴器设于所述密封舱内并连接于所述传动轴与所述输出轴之间。
较佳地,所述外壳上开设有与所述联轴器相对应的固定孔,且所述固定孔内可分离地设有孔塞,藉由所述固定孔可对所述联轴器进行固定。
较佳地,所述传动组件还包括至少一个设于所述密封舱内的第一轴承,所述传动轴设于所述第一轴承上。
较佳地,所述驱动组件包括电机及与所述电机相连接的减速器,所述减速器具有所述输出轴。
较佳地,所述水下驱动机构还包括相间隔地设于所述密封舱内的第二轴承、第三轴承及第四轴承,所述驱动轴设于所述第二轴承、所述第三轴承及所述第四轴承上。
较佳地,所述水下驱动机构还包括设于所述驱动轴与所述外壳之间的密封组件。
较佳地,所述密封组件包括机械密封件及至少一个密封圈,所述密封圈、所述机械密封件分别套设于所述驱动轴外。
较佳地,所述驱动轴上开设有凹槽,所述密封圈容置于所述凹槽内并密封地抵压于所述外壳的内壁上。
较佳地,所述机械密封件包括静止环及旋转环,所述静止环固定于所述外壳的内壁上并与所述驱动轴转动配合,所述旋转环套设于所述驱动轴外并与之同步转动。
较佳地,所述外壳上开设有润滑剂注入孔,且所述润滑剂注入孔内可分离地设有螺塞。
与现有技术相比,由于本发明的水下驱动机构,其驱动组件、传动组件、驱动轴均集成在外壳的密封舱内,密封效果好,能够有效防止零部件的锈蚀,使用寿命更长,且传动效率更高;同时,由于驱动组件、传动组件均密封在密封舱内,不会暴露在水中,所以可选用硬度、强度更高的碳钢作为传动组件的材料,使减速比更高,输出转速更低,输出力矩与体积比更大;而将最终的低速驱动轴作为输出端,与高速转动的输出相比,更易于实现动密封;另外,驱动组件的输出轴与驱动轴相垂直设置,使横向空间占用小,结构简单可靠。
附图说明
图1是本发明水下驱动机构的结构示意图。
图2是图1另一角度的结构示意图。
图3是图1的侧视图。
图4是沿图3中A-A线的剖视图。
图5是图1的俯视图。
图6是沿图5中B-B线的剖视图。
图7是图6中驱动轴与机械密封件相配合的另一剖视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。
首先参看图1-图6所示,本发明所提供的水下驱动机构100,其包括外壳110、驱动组件120、传动组件130及驱动轴140。其中,外壳110呈中空结构,外壳110的中空结构形成密封舱110a;驱动组件120容置于密封舱110a内且其输出轴1221(详见图6)沿第一方向延伸;驱动轴140可转动地连接于外壳110上,其一端位于密封舱110a内,其另一端伸出外壳110之外,且驱动轴140与外壳110之间密封连接,所述驱动轴140沿第二方向延伸,第二方向与第一方向相垂直;传动组件130容置于密封舱110a并分别连接输出轴1221、驱动轴140,驱动组件120藉由传动组件130驱动所述驱动轴140转动。
结合图1-图2、图6所示,外壳110包括第一壳体111及第二壳体112,第一壳体111、第二壳体112均为一体成型结构,第一壳体111、第二壳体112之间通过法兰密封连接,第一壳体111的另一端通过法兰端盖113密封,第二壳体112的另一端通过端盖114密封。由于第一壳体111、第二壳体112均为一体成型结构,因此减少了密封面,提高了密封效果。
再次参看图1、图3所示,密封于第一壳体111端部的法兰端盖113上设有适用于水下的密封接头115。第二壳体112还具有一安装面1121,该安装面1121上开设有多个安装孔1122,通过安装面1121可将水下驱动机构100固定在安装基体上;同时,安装面1121上还凸设有一凸起部1123,凸起部1123上开设有连通第二壳体112内部的通孔1124,该通孔1124用于供驱动轴140伸出。另外,第二壳体112上还设有第一固定孔1125、第二固定孔1126及注入孔1127,其中,第一固定孔1125优选开设于安装面1121上,用于安装联轴器131,第二固定孔1126用于安装密封组件150,注入孔1127用于向密封舱110a内注入润滑剂(详见后述)。
优选地,安装孔1122为螺纹孔,因此通过螺钉即可方便地实现外壳110的安装,安装方便。
下面参看图6所示,驱动组件120包括电机121及与电机121相连接的减速器122,电机121、减速器122均容置于第一壳体111内,且两者均沿第一方向延伸,同时减速器122具有所述输出轴1221。
继续参看图6,所述传动组件130包括联轴器131、传动轴132、第一齿轮133及第二齿轮134。其中,联轴器131、传动轴132、第一齿轮133均容置于第二壳体112内,且联轴器131、输出轴1221均沿所述第一方向延伸,联轴器131的两端分别连接输出轴1221、传动轴132,传动轴132连接于两第一轴承135上,当然第一轴承135的数量不以此为限,第一齿轮133连接于传动轴132的端部,第二齿轮134连接于驱动轴140上并与第一齿轮133相啮合。所述电机121驱动减速器122的输出轴1221转动,输出轴1221通过联轴器131带动传动轴132转动,再藉由第一齿轮133、第二齿轮134带动驱动轴140转动。由于将高减速比的第一齿轮133、第二齿轮134均密封在密封仓110a内,一方面使第一齿轮133、第二齿轮134的总传动比可达到186,输出转速低至14rpm,另一方面由于将所有传动零部件均密封在密封仓110a内,因此传动零部件不会暴露在水中,能够有效防止零部件的锈蚀,故可选用硬度、强度更高的碳钢作为齿轮材料,输出的力矩大小相同的情况下,齿轮更小,输出力矩与体积之比更大,实现了小型电机的大扭矩输出。
本发明中,所述第一齿轮133、第二齿轮134均为锥齿轮,但不以此为限。另外,第二壳体112上的注入孔1127与第一齿轮133、第二齿轮134的位置相对应(结合图1、图6),通过注入孔1127对第一齿轮133、第二齿轮134补充润滑剂,保证两者能够得到良好的润滑,传动效率更高、使用寿命更长,且注入孔1127内可分离地设有螺塞来对其进行密封。
如图1、图6所示,安装面1121上开设的第一固定孔1125与联轴器131的位置相对应,且第一固定孔1125内可分离地设有孔塞,在装配时通过第一固定孔1125可便于螺丝刀进入内部以紧固联轴器131,为方便联轴器131的安装紧固,装配完成后再利用孔塞将第一固定孔1125封住,以保证密封舱110a的密封性。
继续参看图4-图6所示,驱动轴140通过相间隔设置的第二轴承141、第三轴承142、第四轴承143安装于第二壳体112内,第二轴承141设于靠近第二齿轮134一端,第四轴承143设于临近通孔1124的位置处,相较于传统的设置方式,由于在驱动轴140的中部增设了第三轴承142,因此提高了驱动轴140的抗弯能力,弯曲变形更小,并使齿轮传动更加稳定;同时,驱动轴140与输出轴1221的垂直设置,可减小所占用的横向空间,解决了占用横向空间大的问题。另外,本发明中将低速驱动轴140作为输出端,与高速转动的输出相比,更容易实现动密封。
再次参看图4、图6所示,所述水下驱动机构100还包括设于驱动轴140与第二壳体112之间的密封组件150。具体地,密封组件150包括机械密封件151及至少一个密封圈152,机械密封件151、密封圈152分别设于驱动轴140外,通过两者的配合以保证驱动轴140与外壳110之间的密封连接。
更具体地,所述驱动轴140上开设有凹槽143,密封圈152容置于凹槽143内并密封地抵押于外壳110的内壁上,密封圈152与驱动轴140之间形成静密封,密封圈152与外壳110的内壁之间形成动密封。
结合图4、图6、图7所示,机械密封件151包括静止环1511及旋转环1512,静止环1511、旋转环1512均套设于驱动轴140之外,且静止环1511靠近于密封圈152,一定位销153穿设于第二固定孔1126内并连接于静止环1511(见图4),从而将静止环1511固定于外壳110的内壁上,且静止环1511与驱动轴140之间旋转配合,同时,旋转环1512容置于凸起部1123内并靠近第四轴承143,旋转环1512与驱动轴140同步转动,通过静止环1511、旋转环1512的配合,以防止外部液体(例如水)从两者之间渗入外壳110内。
综上,由于本发明的水下驱动机构100,其驱动组件120、传动组件130、驱动轴140均集成在外壳110的密封舱110a内,密封效果好,能够有效防止零部件的锈蚀,使用寿命更长,且传动效率更高;同时,由于驱动组件120、传动组件130均密封在密封舱110a内,不会暴露在水中,所以可选用硬度、强度更高的碳钢作为传动组件130的材料,使减速比更高,输出转速更低,输出力矩与体积比更大;而将最终的低速驱动轴140作为输出端,与高速转动的输出相比,更易于实现动密封;另外,驱动组件120的输出轴1221与驱动轴140相垂直设置,使横向空间占用小,结构简单可靠。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (13)

1.一种水下驱动机构,其特征在于,包括:
呈中空结构的外壳,所述外壳内形成密封舱;
驱动组件,其容置于所述密封舱内且其输出轴沿第一方向延伸;
驱动轴,其可转动地连接于所述外壳上且一端伸出所述外壳之外,所述驱动轴与所述外壳之间密封连接,所述驱动轴沿第二方向延伸,且所述第二方向与所述第一方向相垂直;
传动组件,其容置于所述密封舱并分别连接所述输出轴、所述驱动轴,所述驱动组件藉由所述传动组件驱动所述驱动轴转动。
2.如权利要求1所述的水下驱动机构,其特征在于,所述传动组件包括:
传动轴,其一端与所述输出轴相连接并沿所述第一方向延伸;
第一齿轮,其连接于所述传动轴的另一端;
第二齿轮,其连接于所述驱动轴上并与所述第一齿轮相啮合;
所述驱动组件驱动所述传动轴转动,并藉由所述第一齿轮、所述第二齿轮带动所述驱动轴转动。
3.如权利要求2所述的水下驱动机构,其特征在于,所述第一齿轮、所述第二齿轮均为锥齿轮。
4.如权利要求2所述的水下驱动机构,其特征在于,所述传动组件还包括联轴器,所述联轴器设于所述密封舱内并连接于所述传动轴与所述输出轴之间。
5.如权利要求4所述的水下驱动机构,其特征在于,所述外壳上开设有与所述联轴器相对应的固定孔,且所述固定孔内可分离地设有孔塞,藉由所述固定孔可对所述联轴器进行固定。
6.如权利要求2所述的水下驱动机构,其特征在于,所述传动组件还包括至少一个设于所述密封舱内的第一轴承,所述传动轴设于所述第一轴承上。
7.如权利要求1所述的水下驱动机构,其特征在于,所述驱动组件包括电机及与所述电机相连接的减速器,所述减速器具有所述输出轴。
8.如权利要求1所述的水下驱动机构,其特征在于,还包括相间隔地设于所述密封舱内的第二轴承、第三轴承及第四轴承,所述驱动轴设于所述第二轴承、所述第三轴承及所述第四轴承上。
9.如权利要求1所述的水下驱动机构,其特征在于,还包括设于所述驱动轴与所述外壳之间的密封组件。
10.如权利要求9所述的水下驱动机构,其特征在于,所述密封组件包括机械密封件及至少一个密封圈,所述密封圈、所述机械密封件分别套设于所述驱动轴外。
11.如权利要求10所述的水下驱动机构,其特征在于,所述驱动轴上开设有凹槽,所述密封圈容置于所述凹槽内并密封地抵压于所述外壳的内壁上。
12.如权利要求10所述的水下驱动机构,其特征在于,所述机械密封件包括静止环及旋转环,所述静止环固定于所述外壳的内壁上并与所述驱动轴转动配合,所述旋转环套设于所述驱动轴外并与之同步转动。
13.如权利要求1所述的水下驱动机构,其特征在于,所述外壳上开设有润滑剂注入孔,且所述润滑剂注入孔内可分离地设有螺塞。
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