CN111474634B - 一种多芯小结构光旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种多芯小结构光旋转连接器，包括内设有定子端光纤准直器、转子端光纤准直器、棱镜机构、从动组件、芯轴机构以及主动组件的外壳体；主动组件包括前端固定有齿轮Ⅰ的与外壳体转动配合的旋转轴；从动组件包括尾部设有外壳体转动配合的转动筒的齿轮Ⅳ；所述芯轴机构包括芯轴支架和至少两组通过弹性元件均匀分布在该芯轴支架内的芯轴部件；芯轴部件包括芯轴壳体以及转动装配在该芯轴壳体内的两端分别固定有用于与齿轮Ⅰ啮合的齿轮Ⅱ和用于与齿轮Ⅳ啮合的齿轮Ⅲ的转动轴；从动组件和/或主动组件与外壳体之间设有用于实现其轴向浮动的波纹簧。本发明具有结构紧凑、运转稳定性高的特点。

Description

一种多芯小结构光旋转连接器

技术领域

本发明有关于光旋转连接器技术领域，具体涉及一种多芯小结构光旋转连接器。

背景技术

随着武器装备小型化、密集化要求提高，小结构光旋转连接器的研制需求迫在眉睫，小结构光旋转连接器的设计技术和工艺技术在我国还是个空白，同时高精度机械传动机构和光路加工等基础研究是实现产品功能的基础，所以研制该产品需要配备高精度数控加工中心、光学器件装配车间及光路自动化装配生产线。

现有小结构光旋转连接器由于产品体积小，齿轮和轴承及相关配合零件加工难度大，装配要求高，因此存在以下问题：(1)技术水平方面：国内已有产品的工作原理已经得到验证，技术指标与国外同类产品基本一致，但是在芯数相同外形尺寸整体缩小的情况下，技术指标与国外产品有很大的差距。(2)可靠性、稳定性不足：国内该类产品的装配工艺技术较为落后，基础零部件的生产无法与国外相比，比如说光路自动化装配方案、高精度迷你型齿轮，满足高低温要求的固化用粘接剂等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型结构的多芯小结构光旋转连接器，使其通过调整机械转动机构的结构，使机械传动机构中行星轮之间的负荷得到均匀分配，从而使整个产品结构紧凑、运转稳定性高，此外还通过设置波纹簧使机械传动部分能够进行轴向浮动。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多芯小结构光旋转连接器，包括内设有定子端光纤准直器、转子端光纤准直器、棱镜机构、从动组件、芯轴机构以及主动组件的外壳体；所述主动组件包括前端固定有齿轮Ⅰ的与外壳体转动配合的旋转轴；所述从动组件包括尾部设有与外壳体转动配合的转动筒的齿轮Ⅳ；所述芯轴机构包括芯轴支架和至少两组通过弹性元件均匀分布在该芯轴支架内的芯轴部件；所述芯轴部件包括芯轴壳体以及转动装配在该芯轴壳体内的两端分别固定有用于与齿轮Ⅰ啮合的齿轮Ⅱ和用于与齿轮Ⅳ啮合的齿轮Ⅲ的转动轴；所述从动组件和/或主动组件与外壳体之间设有用于实现其轴向浮动的波纹簧。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的芯轴机构包括两组芯轴部件，弹性元件的两端分别固定在其中一组芯轴部件的芯轴壳体上，将呈 180度分布两组的芯轴部件压紧在芯轴支架内。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的旋转轴和转动筒均通过轴承组件Ⅰ与外壳体转动配合，所述转动轴通过轴承组件Ⅱ与芯轴壳体转动配合。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的旋转轴外周套设有两个轴承Ⅰ，两个轴承Ⅰ通过挡圈Ⅰ将两个轴承Ⅰ的轴承内圈分别压紧在齿轮Ⅰ后端面和旋转轴外周凸起上实现轴向定位，两个轴承Ⅰ外圈外端面分别与波纹簧和压在芯轴支架外周端面上的挡圈Ⅱ挡止配合实现外圈的轴向定位。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的转动筒外周套设有两个通过挡圈Ⅰ将内圈压紧在转动筒两端的外翻沿上的轴承Ⅰ，两个轴承Ⅰ外圈外端面分别与波纹簧和芯轴支架外周轴向伸出的凸部挡止配合实现轴向限位。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的转动轴和齿轮Ⅲ为一体式结构，齿轮Ⅱ过盈装配在转动轴另一端。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的转动轴外周套设有两个外圈过盈装配在芯轴壳体上、内圈通过挡圈Ⅲ间隔的轴承Ⅱ，且两轴承Ⅱ内圈与齿轮Ⅲ之间有间距。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的两轴承Ⅱ外圈位于芯轴壳体内凸台两侧，靠近齿轮Ⅱ的轴承Ⅱ内圈与齿轮Ⅱ之间设有挡圈Ⅳ。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中所述的转动筒和齿轮Ⅳ为一体式结构。

前述的多芯小结构光旋转连接器，其中设置在主动组件与外壳体之间的波纹簧位于远离芯轴机构侧的轴承Ⅰ的外圈端面与封盖在外壳体端部的金属封盖之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明机械传动机构为减速行星轮，主要由主动组件、从动组件以及连接两组件的芯轴机构组成，芯轴机构是机械传动机构的核心部件，机械传动机构旋转稳定性及传动比的准确性由该部件决定。本发明芯轴机构由至少两个芯轴部件组成，而芯轴部件的定位则由弹性元件完成，弹性元件的设置保证齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ和齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ柔性浮动连接，这种浮动结构的特点是通过弹性元件的弹性变形使行星轮之间的负荷得到均匀分配，从而使整个产品结构紧凑、运转稳定性高。本发明还设有能够浮动调节机械传动机构轴向位置的波纹簧，波纹簧的设置还能够使整个机械传动机构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明多芯小结构光旋转连接器的结构示意图；

图2为本发明多芯小结构光旋转连接器机械传动部分的结构示意图；

图3为本发明多芯小结构光旋转连接器齿轮Ⅰ结构示意图；

图4为本发明多芯小结构光旋转连接器齿轮Ⅱ结构示意图；

图5为本发明多芯小结构光旋转连接器齿轮Ⅲ结构示意图；

图6为本发明多芯小结构光旋转连接器齿轮Ⅳ结构示意图；

图7为本发明多芯小结构光旋转连接器芯轴机构结构示意。

【主要元件符号说明】

1：定子端光纤准直器

2：转子端光纤准直器

3：棱镜机构

4：机械传动机构

5：外围金属部件

6：外壳体

7：波纹簧

8：轴承Ⅰ

9：挡圈Ⅰ

10：芯轴机构

11：挡圈Ⅱ

12：金属端盖

13：旋转轴

14：齿轮Ⅰ

15：齿轮Ⅱ

16：齿轮Ⅲ

17：齿轮Ⅳ

18：轴芯支架

19：挡圈Ⅲ

20：轴承Ⅱ

21：挡圈Ⅳ

22：芯轴壳体

23：弹性元件

24：转动筒

25：转动轴

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多芯小结构光旋转连接器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1-7，其为本发明多芯小结构光旋转连接器的各部分结构示意图，该连接器包括光学系统和机械传动机构4，其中光学系统包括定子端光纤准直器1、转子端光纤准直器2和棱镜机构3；所述机械传动机构4采用了一组典型的减速行星轮机构，包括外壳体6以及同轴装配在该外壳体6 内从动组件、芯轴机构10以及主动组件；其中所述主动组件包括旋转轴13 和固定在旋转轴13前端的齿轮Ⅰ14，其中旋转轴13通过其外周套设的轴承Ⅰ8实现与外壳体6之间的转动配合。在本发明实施例中，所述旋转轴 13外周套设有两个轴承Ⅰ8，挡圈Ⅰ9将两个轴承Ⅰ8分别压紧在齿轮Ⅰ14 后端面和旋转轴外周凸起上，实现两轴承Ⅰ8的轴向定位。

所述从动组件包括齿轮Ⅳ17和固定在该齿轮Ⅳ17尾部的转动筒24，所述棱镜机构3固定在该转动筒24内，所述转动筒24通过其外周套设的轴承Ⅰ8实现与外壳体之间的转动配合。在本发明实施例中，所述转动筒24 和齿轮Ⅳ17为一体式结构，即该转动筒24前端设有内齿。较佳的，所述转动筒前后两端均设有用于挡止轴承Ⅰ内圈的外翻沿，但并不限定于此。所述转动筒24外周套设有两个轴承Ⅰ8，挡圈Ⅰ9将两个轴承Ⅰ8压紧在转动筒24两端的外翻沿上，实现轴承Ⅰ8的轴向定位。

所述芯轴机构10包括装配在外壳体内的芯轴支架18和至少两组通过弹性元件23均匀分布在该芯轴支架内的芯轴部件。所述芯轴部件包括芯轴壳体22和两端还分别固定有与齿轮Ⅰ14啮合的齿轮Ⅱ15以及与齿轮Ⅳ17 啮合的齿轮Ⅲ16的转动轴25，该转动轴25通过其外周套设轴承Ⅱ20转动装配在芯轴壳体22内。本发明齿轮Ⅱ15和齿轮Ⅲ16既有公转又有自转。

本发明弹性元件的设置保证齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ和齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ柔性浮动连接，这种浮动结构的特点是通过弹性元件的弹性变形使行星轮之间的负荷得到均匀分配，从而使整个产品结构紧凑、运转稳定性高。

在本发明实施例中，所述芯轴机构包括两组芯轴部件，弹性元件23的两端分别固定在其中一组芯轴部件的芯轴壳体上，将两呈180度分布的芯轴部件压紧在芯轴支架内。较佳的，支撑两组芯轴部件的弹性元件由两根弹簧组成，但并不限定于此。

在本发明实施例中，所述转动轴25外周套设有两个轴承Ⅱ20，该轴承Ⅱ20的外圈过盈装配在芯轴壳体内。具体的，所述两个轴承Ⅱ20内圈之间设有挡圈Ⅲ19，轴承外圈之间为芯轴壳体内凸台，靠近齿轮Ⅱ的轴承Ⅱ20 内圈与齿轮Ⅱ之间设有挡圈Ⅳ21。

在本发明实施例中，所述转动轴和齿轮Ⅲ16为一体式结构，齿轮Ⅱ15 过盈装配在转动轴另一端。

所述芯轴机构通过其芯轴支架与定子端和转子端传动部件的端面接触实现轴向定位。在本发明实施例中，所述芯轴支架通过一端外周沿轴向伸出的凸部与定子端/转子端轴承Ⅰ外圈挡止配合以及另一端外周端面通过挡圈Ⅱ11与转子端/定子端轴承Ⅰ外圈的挡止配合实现芯轴机构的轴向定位，但并不限定于此。

本发明从动组件和/或主动组件的外端面与外壳体之间设有用于实现其轴向浮动的波纹簧7。在本发明实施例中，设置在从动组件与外壳体之间的所述波纹簧7位于外壳体内台阶面和转动筒外轴承Ⅰ外圈端面之间；设置在主动组件与外壳体之间的波纹簧7位于旋转轴上套设的轴承Ⅰ外圈端面与封盖在外壳体端部的金属封盖之间。较佳的，所述波纹簧与轴承Ⅰ外圈端面之间还设有垫片。

所述定子端光纤准直器固定在外壳体内，所述转子端光纤转准直器固定在旋转轴内。

本发明实施例中的多芯小结构光旋转连接器机械传动机构的装配简述如下：首先将2个轴承Ⅰ和1个挡圈Ⅰ装到旋转轴上，然后齿轮Ⅰ固定到旋转轴端面；接着将2个轴承Ⅰ和1个挡圈Ⅰ装到齿轮Ⅳ 的转动筒上，齿轮Ⅰ与芯轴机构的齿轮Ⅱ啮合，芯轴机构上的齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合；然后与挡圈Ⅱ一同装入外壳体中，两端的轴承Ⅰ外侧分别装入1个波纹簧，波纹簧起到浮动调节机械传动机构轴向位置的作用，最后用金属端盖将其固定住。

其中芯轴部件的齿轮Ⅲ自带旋转轴，轴承Ⅱ、挡圈Ⅲ、挡圈Ⅳ和齿轮Ⅱ依次装到旋转轴上。因为轴承Ⅱ外圈固定在芯轴壳体上，所以齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ可以自转。

当旋转轴以角速度ω进行旋转时，齿轮Ⅰ带动转动轴上的齿轮Ⅱ公转，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ同向同速自转，齿轮Ⅲ带动齿轮Ⅳ进行旋转，棱镜机构固定在齿轮Ⅳ上的转动筒内，与齿轮Ⅳ同速旋转，整个机械传动机构的传动比为2，所以棱镜机构以角速度ω/2进行旋转，使得一端光纤准直器发出的平行光通过棱镜全反射到另一端光纤准直器中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多芯小结构光旋转连接器，包括外壳体，该外壳体内设有定子端光纤准直器、转子端光纤准直器、棱镜机构、从动组件、芯轴机构以及主动组件；其特征在于：所述主动组件、芯轴机构及从动组件同轴传动，组成传动比为2的减速传动机构，所述主动组件包括前端固定有齿轮Ⅰ的与外壳体转动配合的旋转轴；所述从动组件包括尾部设有与外壳体转动配合的转动筒的齿轮Ⅳ；所述芯轴机构包括芯轴支架和两组通过弹性元件连接的芯轴部件，弹性元件将两个呈180度的芯轴部件压紧在芯轴支架内；所述芯轴部件包括芯轴壳体以及转动装配在该芯轴壳体内的两端分别固定有用于与齿轮Ⅰ啮合的齿轮Ⅱ和用于与齿轮Ⅳ啮合的齿轮Ⅲ的转动轴；所述从动组件和/或主动组件与外壳体之间设有用于实现其轴向浮动的波纹簧。

2.根据权利要求1所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的旋转轴和转动筒均通过轴承组件Ⅰ与外壳体转动配合，所述转动轴通过轴承组件Ⅱ与芯轴壳体转动配合。

3.根据权利要求2所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的旋转轴外周套设有两个轴承Ⅰ，两个轴承Ⅰ通过挡圈Ⅰ将两个轴承Ⅰ的轴承内圈分别压紧在齿轮Ⅰ后端面和旋转轴外周凸起上实现轴向定位，两个轴承Ⅰ外圈外端面分别与波纹簧和压在芯轴支架外周端面上的挡圈Ⅱ挡止配合实现外圈的轴向定位。

4.根据权利要求2所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的转动筒外周套设有两个通过挡圈Ⅰ将内圈压紧在转动筒两端的外翻沿上的轴承Ⅰ，两个轴承Ⅰ外圈外端面分别与波纹簧和芯轴支架外周轴向伸出的凸部挡止配合实现轴向限位。

5.根据权利要求2所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的转动轴和齿轮Ⅲ为一体式结构，齿轮Ⅱ过盈装配在转动轴另一端。

6.根据权利要求2或5所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的转动轴外周套设有两个外圈过盈装配在芯轴壳体上、内圈通过挡圈Ⅲ间隔的轴承Ⅱ，且两轴承Ⅱ内圈与齿轮Ⅲ之间有间距。

7.根据权利要求6所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的两轴承Ⅱ外圈位于芯轴壳体内凸台两侧，靠近齿轮Ⅱ的轴承Ⅱ内圈与齿轮Ⅱ之间设有挡圈Ⅳ。

8.根据权利要求2所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中所述的转动筒和齿轮Ⅳ为一体式结构。

9.根据权利要求3所述的多芯小结构光旋转连接器，其特征在于：其中设置在主动组件与外壳体之间的波纹簧位于远离芯轴机构侧的轴承Ⅰ的外圈端面与封盖在外壳体端部的金属封盖之间。

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