CN110762178A - 一种角位移微驱动机构 - Google Patents

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Abstract

一种角位移微驱动机构，属于机械设计与制造技术领域，包括输入轴(1)、空心轴(2)、齿轮I(3)、弹性挡圈(4)、弹性挡圈(5)、套筒(6)、齿轮IV(7)、动力输出轴(8)、套筒(9)、轴承(10)、轴承端盖(11)、螺栓(12)、转动工作台(13)、轴承(14)、轴承(15)、端盖螺栓(16)、齿轮III(17)、轴套(18)、中间轴(19)、行星架(20)、齿轮II(21)、套筒(22)、支架(23)、轴承(24)、轴承端盖(25)、螺栓(26)、轴承(27)、轴承端盖(28)、蜗轮(29)、蜗杆(30)、密封圈(31)、螺栓(32)、挡圈(33)、弹性垫圈(34)、螺母(35)，箱体(36)，可以实现精密的角位移传动。

Description

一种角位移微驱动机构
技术领域
本发明是属于机械设计与制造技术领域，特别涉及一种角位移微驱动机构。
背景技术
机械零件加工后形成的表面形貌对零件的摩擦特性、接触刚度、疲劳强度、配合、振动及运转精度等有很大的影响，工件加工表面的微观形貌直接是判断工件质量的重要指标]。如在机械工业中。因此，对工件的表面的面微观形貌进行测量具有重要意义。为了获得工件表面的微观形貌，采用非接触式测量方法的白光干涉轮廓仪是一种高精度获得工件表面粗糙度等参数的一种精密仪器。利用白光干涉轮廓仪测量工件粗糙度时，需要精密微转动工作台，单目前还没法做到。随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光电子器件的制备中也需要精密的角位移微动机构，但目前的微动角位移机构难以达到所需要的精度要求，且价格比较高。因此，亟需设计一种既能实现精密微传动的角位移驱动机构。
发明内容
本发明的目的是：为了实现精密的角位移微传动，解决目前缺乏精密角位移驱动机构的问题，提供了一种可以实现精密微转动的一种角位移微驱动机构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种角位移微驱动机构，包括输入轴、空心轴、齿轮I、弹性挡圈、弹性挡圈、套筒、齿轮IV、动力输出轴、套筒、轴承、轴承端盖、螺栓、转动工作台、轴承、轴承、端盖螺栓、齿轮III、轴套、中间轴、行星架、齿轮II、套筒、支架、轴承、轴承端盖、螺栓、轴承、轴承端盖、蜗轮、蜗杆、密封圈、螺栓、挡圈、弹性垫圈、螺母，箱体，其特征在于：空心轴穿过箱体的轴孔通过空心轴上的固定轴段和固定凸台由螺栓固定在箱体上，螺栓同时固定轴承端盖，齿轮I通过花键安装到空心轴上的花键上，并通过弹簧挡圈压紧在空心轴上的凸台上，齿轮II与齿轮I为无侧隙啮合，无侧隙啮合可以保证有精密的传动精度，空心轴为中空形状，输入轴经空心轴通过轴承安装在箱体上，蜗轮通过弹簧挡圈固定在输入轴的端部，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆的两端通过轴承安装在箱体上，蜗杆可以相对于箱体自由转动，行星架利用花键安装在输入轴上的花键上，由弹簧挡圈将行星架压紧在输入轴的凸台上，动力输出轴的轴段安装在输入轴的光孔中，所述动力输出轴的轴段与输入轴的光孔为过渡配合，过渡配合可以保证有精密的传动精度，齿轮IV通过花键安装在动力输出轴的花键上，并由套筒压紧在动力输出轴的凸台上，动力输出轴通过套筒和轴承安装在箱体上，轴承端盖通过螺栓固定在箱体压紧在轴承的外圈上，动力输出轴的另一端有外螺纹，转动工作台安装在动力输出轴的外螺纹上，并由螺栓、弹簧垫圈、挡圈紧固在动力输出轴上，所述转动工作台由固定座、薄弹簧片、工作台组成，薄弹簧片连接固定座和工作台，进行角位移驱动时，动力输出轴带动固定座转动，固定座通过薄弹簧片带动工作台转动，薄弹簧片能够消除运动中的振动，提高传动精密性，中间轴的左端安装在轴承的内圈中，所述轴承的外圈安装在支架上，轴承端盖通过螺栓固定在支架上并压紧轴承的外圈，所述中间轴的右端安装在轴承的内圈中，所述轴承的外圈安装在支架上，轴承端盖通过螺栓固定在支架上并压紧轴承的外圈，所述中间轴上设计有两个花键和花键，齿轮III通过花键与中间轴上的花键配合，优选的花键形式为渐开线花键，渐开线花键具有很好的对中性，提高了安装精度，齿轮II安装在中间轴上的花键处，在套筒和轴承的内圈的作用下将齿轮II压紧在中间轴上的凸台上，所述中间轴的光轴段上安装行星架，行星架的光孔与中间轴的光轴段为过渡配合，以保证光孔与中光轴段紧密接触且能够自由相对转动。工作时的驱动力由蜗杆传入蜗轮，并通过蜗轮传递到由输入轴带动行星机构运转。
本发明专利的有益效果是：本发明通过蜗轮蜗杆与行星齿轮传动结合，产生极大的传动比，实现纳米级微角位移的转动；本发明的一种角位移微驱动机构是一种纯粹机械式的角位移微驱动机构，不需要电容，不会产生电磁效应，也不会产生电热效应，因此这种机构不会对其他部件的运行产生影响，提高了设备的运转精度；本发明的一种角位移微驱动机构不采用压电陶瓷，成本低；动工作台设计有薄弹簧片，薄弹簧片能够消除运动中的振动，提供高精密的传动。
附图说明
图1 是本发明一种角位移微驱动机构示意图。
图2 输入轴
图3 动力输出轴
图4 空心轴
图5 中间轴
图6 行星架
图7 转动工作台剖面图
图8 图7的A向视图
图中，1、输入轴，2、空心轴，3、齿轮I，4、弹性挡圈，5、弹性挡圈，6、套筒，7、齿轮IV，8、动力输出轴，9、套筒，10、轴承，11、轴承端盖，12、螺栓，13、转动工作台，14、轴承，15、轴承端盖，16、螺栓，17、齿轮III，18、轴套，19、中间轴，20、行星架，21、齿轮II，22、套筒，23、支架，24、轴承，25、轴承端盖，26、螺栓，27、轴承，28、轴承端盖，29、蜗轮，30、蜗杆，31、密封圈，32、螺栓，33、挡圈，34、弹性垫圈，35、螺母，36、箱体，101、花键，102、弹簧挡圈，103、光孔，104、凸台，201、弹簧挡圈槽、202、花键，203、凸台，204、固定轴段，205、固定凸台，801、花键，802、外螺纹，803、光轴段，804、凸台，1301、固定座1301，1302、薄弹簧片，1303、工作台组成，1901、花键，1902、光轴段，1903、花键，1904、凸台，2001、光孔，2002、倒角，2003、花键，2004、倒角。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明提出了一种角位移微驱动机构，所述角位移微驱动机构，包括输入轴1、空心轴2、齿轮I3、弹性挡圈4、弹性挡圈5、套筒6、齿轮IV7、动力输出轴8、套筒9、轴承10、轴承端盖11、螺栓12、转动工作台13、轴承14、轴承15、端盖螺栓16、齿轮III17、轴套18、中间轴19、行星架20、齿轮II21、套筒22、支架23、轴承24、轴承端盖25、螺栓26、轴承27、轴承端盖28、蜗轮29、蜗杆30、密封圈31、螺栓32、挡圈33、弹性垫圈34、螺母35，箱体36，其特征在于：空心轴2穿过箱体36的轴孔通过空心轴2上的固定轴段204和固定凸台205由螺栓32固定在箱体36上，螺栓32同时固定轴承端盖28，齿轮I3通过花键安装到空心轴2上的花键202上，并通过弹簧挡圈4 压紧在空心轴2上的凸台203上，所述齿轮II21与齿轮I3为无侧隙啮合，无侧隙啮合可以保证有精密的传动精度，空心轴2为中空形状，输入轴1经空心轴2通过轴承27安装在箱体36上，蜗轮29通过弹簧挡圈5固定在输入轴1的端部，所述蜗轮29与蜗杆30啮合，蜗杆30的两端通过轴承安装在箱体36上，蜗杆30可以相对于箱体36自由转动，行星架20利用花键2003安装在输入轴1上的花键101上，由弹簧挡圈5将行星架20压紧在输入轴1的凸台104上，动力输出轴8的轴段803安装在输入轴1的光孔103中，所述动力输出轴8的轴段803与输入轴1的光孔103为过渡配合，过渡配合可以保证有精密的传动精度，齿轮IV7通过花键安装在动力输出轴8的花键801上，并由套筒9压紧在动力输出轴8的凸台804上，动力输出轴8通过套筒9和轴承10安装在箱体36上，轴承端盖11通过螺栓12固定在箱体36压紧在轴承10的外圈上，动力输出轴8的另一端有外螺纹802，转动工作台13安装在动力输出轴8的外螺纹802上，并由螺栓35、弹簧垫圈34、挡圈33紧固在动力输出轴8上，所述转动工作台13由固定座1301、薄弹簧片1302、工作台1303组成，薄弹簧片1302连接固定座1301和工作台1303，进行角位移驱动时，动力输出轴8带动固定座1301转动，固定座1301通过薄弹簧片1302带动工作台1303转动，薄弹簧片1302能够消除运动中的振动，提高传动精密性，中间轴19的左端安装在轴承14的内圈中，所述轴承14的外圈安装在支架23上，轴承端盖15通过螺栓16固定在支架23上并压紧轴承14的外圈，所述中间轴19的右端安装在轴承24的内圈中，所述轴承24的外圈安装在支架23上，轴承端盖25通过螺栓26固定在支架23上并压紧轴承24的外圈，所述中间轴19上设计有花键1901和花键1903，齿轮III17通过花键与中间轴19上的花键1901配合，优选的花键形式为渐开线花键，渐开线花键具有很好的对中性，提高了安装精度，齿轮II21安装在中间轴19上的花键1903处，在套筒22和轴承24的内圈的作用下将齿轮II21压紧在中间轴19上的凸台1904上，所述中间轴19的光轴段1902上安装行星架20，行星架20的光孔2001与中间轴19的光轴段1902为过渡配合，以保证光孔2001与中光轴段1902紧密接触且能够自由相对转动。
本发明的一种角位移微驱动机构，工作时的驱动力由蜗杆30传入蜗轮29，并通过 蜗轮29传递到由输入轴1、星架20、中间轴19、齿轮I3、齿轮II21、齿轮III17、齿轮IV7、动力 输出轴8组成的行星机构中，及传递到蜗轮的动力首先传递到输入轴1上，由输入轴1带动行 星架20转动，进一步中间轴19转动，中间轴19转动带动齿轮II21、齿轮III17转动，齿轮 III17齿轮IV7无侧隙啮合，最终将动力通过齿轮IV7、动力输出轴8传递到转动工作台13上， 实现对转动工作台13的角位移微驱动，所述角位移微驱动机构中，设齿轮I3的齿数为z3，齿 轮II21的齿数为z21，齿轮IV7的齿数为z7，齿轮III17的齿轮的齿数为z17，那么，输入轴1到动 力输出轴8的传动比为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
，优选地z7=100，z17=101，z21=100，z3=99时，
Figure RE-7072DEST_PATH_IMAGE002
，设蜗轮蜗杆的传动比为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE003
，那么从蜗轮30到动力输入再 到旋转工作台13的总的传动比为蜗轮蜗杆传动比与行星机构传动比之积
Figure RE-377005DEST_PATH_IMAGE004
，由于蜗轮蜗杆的传动可以很大，甚至可以到千分之一，因此本发明 的一种角位移驱动机构总传动比可达千万分之一，可以实现精密的角位移传动。
最后，还需要注意的是，以上举例仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明的公开内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种角位移微驱动机构，所述角位移微驱动机构，包括输入轴(1)、空心轴(2)、齿轮I(3)、弹性挡圈(4)、弹性挡圈(5)、套筒(6)、齿轮IV(7)、动力输出轴(8)、套筒(9)、轴承(10)、轴承端盖(11)、螺栓(12)、转动工作台(13)、轴承(14)、轴承(15)、端盖螺栓(16)、齿轮III(17)、轴套(18)、中间轴(19)、行星架(20)、齿轮II(21)、套筒(22)、支架(23)、轴承(24)、轴承端盖(25)、螺栓(26)、轴承(27)、轴承端盖(28)、蜗轮(29)、蜗杆(30)、密封圈(31)、螺栓(32)、挡圈(33)、弹性垫圈(34)、螺母(35)，箱体(36)，其特征在于：空心轴(2)穿过箱体(36)的轴孔通过空心轴(2)上的固定轴段(204)和固定凸台(205)由螺栓(32)固定在箱体(36)上，螺栓(32)同时固定轴承端盖(28)，齿轮(I3)通过花键安装到空心轴(2)上的花键(202)上，并通过弹簧挡圈(4) 压紧在空心轴(2)上的凸台(203)上。
2.根据权利要求1 所述的一种角位移微驱动机构，其特征在于，所述齿轮II(21)与齿轮I(3)为无侧隙啮合，无侧隙啮合可以保证有精密的传动精度，空心轴（2）为中空形状，输入轴1经空心轴(2)通过轴承(27)安装在箱体(36)上。
3.根据权利要求1 所述的一种角位移微驱动机构，其特征在于，所述行星架(20)利用花键(2003)安装在输入轴(1)上的花键(101)上，由弹簧挡圈5将行星架(20)压紧在输入轴(1)的凸台(104)上，动力输出轴(8)的轴段(803)安装在输入轴(1)的光孔(103)中，所述动力输出轴(8)的轴段(803)与输入轴(1)的光孔(103)为过渡配合，过渡配合可以保证有精密的传动精度。
4.根据权利要求1 所述的一种角位移微驱动机构，其特征在于，齿轮IV(7)通过花键安装在动力输出轴(8)的花键(801)上，并由套筒(9)压紧在动力输出轴(8)的凸台(804)上，动力输出轴(8)通过套筒(9)和轴承(10)安装在箱体(36)上，轴承端盖(11)通过螺栓(12)固定在箱体(36)压紧在轴承(10)的外圈上，动力输出轴(8)的另一端有外螺纹(802)，转动工作台(13)安装在动力输出轴(8)的外螺纹(802)上，并由螺栓(35)、弹簧垫圈(340、挡圈(33)紧固在动力输出轴(8)上。
5.根据权利要求1 所述的一种角位移微驱动机构，其特征在于，所述转动工作台(13)由固定座(1301)、薄弹簧片(1302)、工作台(1303组成)，薄弹簧片(1302)连接固定座(1301)和工作台(1303)，进行角位移驱动时，动力输出轴(8)带动固定座(1301)转动，固定座(1301)通过薄弹簧片(1302)带动工作台(1303)转动，薄弹簧片(1302)能够消除运动中的振动，提高传动精密性。
6.根据权利要求1 所述的一种角位移微驱动机构，其特征在于，通过蜗轮蜗杆与行星齿轮传动结合，从蜗轮(30)到动力输入再到旋转工作台(13)的总的传动比为蜗轮蜗杆传动比与行星机构传动比之积，所述一种角位移驱动机构总传动比可达千万分之一，可以实现精密的角位移传动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111678011A (zh) * 2020-05-30 2020-09-18 怀爽 一种监控系统
WO2021114869A1 (zh) * 2019-12-09 2021-06-17 山东建筑大学 一种角位移微驱动机构

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