CN113048171B - 一种双向自锁传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向自锁传动装置，包括主动轴、从动轴和固定环，主动轴和固定环之间设置主动轴轴承，从动轴和固定环之间设置从动轴轴承，主动轴和从动轴之间连接扭转弹簧；主动轴设有中空腔，中空腔内沿径向相对设置两个扇形块，中空腔内一侧端面上位于扇形块之间设置两个轴销一；从动轴的端面上开设圆柱盲孔，从动配合端的侧面开设一对与圆柱盲孔相通的方孔一，圆柱盲孔的开口端面上还设有与方孔一相通的一对楔形槽；每个方孔一内均活动设置一个止动杆，两个止动杆之间连接压缩弹簧，止动杆上设置销轴二，相邻的销轴一和销轴二之间设置连接部件；固定环的环面上开设若干方孔二。本发明所公开的装置可高转速、高精度、大扭矩实现双向自锁。

Description

一种双向自锁传动装置

技术领域

本发明涉及一种自锁装置，特别涉及一种双向自锁传动装置。

背景技术

在机械设备上经常会要求只能从主动端输入任意方向的转矩并传递到从动端，而当主动端无输入转矩时，从动端无论有顺时针还是逆时针的转矩都不能转动，更不能将转矩传递到主动端。

目前常用的双向止回装置的原理有楔形摩擦自锁、弹簧扭转自锁、行星齿轮自锁等，但有的装置需要利用手动方式更换自锁方向，有的在应用于严重振动等复杂工况时会磨损严重，甚至出现打滑或者自锁失效等情况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双向自锁传动装置，以达到可高转速、高精度、大扭矩、可双向自锁的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双向自锁传动装置，包括主动轴、从动轴和固定环，所述主动轴和固定环之间设置主动轴轴承，所述从动轴和固定环之间设置从动轴轴承，所述主动轴和从动轴之间连接扭转弹簧；

所述主动轴包括输入端和与从动轴相配合的主动配合端，所述主动配合端设有中空腔，所述中空腔内沿径向相对设置两个扇形块，所述中空腔内一侧端面上位于两个扇形块之间设置下凹的扇形面，所述扇形面上设置销轴一；所述从动轴包括输出端和与主动轴相配合的从动配合端，所述从动配合端的端面上开设用于容纳所述主动配合端的圆柱盲孔，所述从动配合端的侧面开设一对与所述圆柱盲孔相通的方孔一，所述圆柱盲孔的开口端面上还设有与方孔一相通的一对楔形槽；

每个所述方孔一内均活动设置一个止动杆，两个止动杆之间连接压缩弹簧，所述止动杆上设置销轴二，相邻的销轴一和销轴二之间设置连接部件，所述止动杆、压缩弹簧和连接部件均位于中空腔和圆柱盲孔内；

所述固定环的环面上开设若干方孔二，所述止动杆的一端可插入所述方孔二中；

当对主动轴输入任意方向的转矩时，主动轴将随转矩转动；主动轴首先通过连接部件拉动两根止动杆克服压缩弹簧的阻力向内移动脱离固定环的方孔二，解除从动轴的锁定，此时主动轴相对于从动轴转动一定的角位移，扭转弹簧也随之产生变形；

然后主动轴继续旋转，中空腔内两个扇形块的各一个侧面分别贴在一根止动杆的侧面上，通过止动杆将转矩传递到从动轴上，从而带动从动轴转动，在从动轴旋转阻力及其他负载的作用下，压缩弹簧与扭转弹簧始终保持锁定解除的变形状态，主动轴与从动轴的角位移也保持不变，因此止动杆不会向外滑动伸入固定环的方孔二内，不影响装置的正常转动；

所述主动轴的输入端和主动配合端之间设置轴肩一，所述从动轴的输出端和从动配合端之间设置轴肩二。

上述方案中，所述主动轴的输入端开设挡圈槽一，所述挡圈槽一内嵌有轴承挡圈一，所述主动轴轴承位于轴承挡圈一和轴肩一之间。

上述方案中，所述从动轴的输出端开设挡圈槽二，所述挡圈槽二内嵌有轴承挡圈二，所述从动轴轴承位于轴承挡圈二和轴肩二之间。

上述方案中，所述固定环的内表面设有用于分别固定主动轴轴承和从动轴轴承的轴肩三和轴肩四。

进一步的技术方案中，所述轴肩一朝向主动配合端的一侧面上开设安装孔一，所述从动配合端的端面上开设安装孔二，所述扭转弹簧的两端分别嵌于所述安装孔一和安装孔二内。

上述方案中，所述连接部件为连杆或连接绳。

进一步的技术方案中，所述连杆两端分别开设与销轴一和销轴二铰接的安装孔三。

进一步的技术方案中，所述固定环外设置法兰盘或安装座，以便于将其固定在其它设备基座上。

进一步的技术方案中，所述止动杆底部设置固定轴，所述压缩弹簧两端分别套于两根止动杆的固定轴上。

通过上述技术方案，本发明提供的一种双向自锁传动装置具有如下有益效果：

1、本发明通过扇形块和止动杆的设置，将主动轴的扭矩通过扇形块传递给止动杆，进而通过止动杆传递给从动轴，实现主动轴和从动轴的联动。

2、本发明利用压缩弹簧将止动杆推出从动轴的方孔一，进而插入到固定环的方孔二内，实现自锁，此时无论从动轴有任何方向的负载，均无法转动，从而实现装置的锁定功能。

3、本发明采用扭转弹簧实现主动轴和从动轴的复位，当主动轴和从动轴有任意方向的相对旋转位移时，扭转弹簧将发生扭转，从而提供使二者复位的力矩。

4、本发明在主动轴转动时，利用连接部件可以将止动杆从固定环的方孔二中拉回，可解除自锁状态。

5、本发明结构设计新颖巧妙，可以传递大扭矩，实现高转速、高精度、双向自锁功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种双向自锁传动装置组装示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种双向自锁传动装置爆炸示意图；

图3a为主动轴结构示意图；

图3b为主动轴的中空腔剖面图;

图4a为从动轴结构示意图一；

图4b为从动轴结构示意图二；

图5a为固定环结构示意图；

图5b为固定环径向剖面图；

图6a为固定环加法兰盘结构图；

图6b为固定环加安装座结构图；

图7为扭转弹簧结构示意图；

图8为止动杆结构示意图；

图9为连杆结构示意图；

图10为去掉固定环后的传动装置组合示意图；

图11为主动轴和从动轴连接示意图；

图12为主动轴内部连接关系示意图；

图13为剖切和观察方式示意图；

图14为图13的剖切示意图；

图15a为装置自锁状态平面图；

图15b为装置自锁状态立体剖面图；

图16a为装置锁定解除状态平面图；

图16b为装置锁定解除状态立体剖面图；

图17a为装置正常旋转状态平面图；

图17b为装置正常旋转状态立体剖面图。

图中，1、主动轴；2、主动轴轴承；3、轴承挡圈一；4、扭转弹簧；5、固定环；6、从动轴；7、从动轴轴承；8、轴承挡圈二；9、压缩弹簧；10、止动杆；11、连杆；12、输入端；13、主动配合端；14、中空腔；15、扇形块；16、扇形面；17、销轴一；18、轴肩一；19、挡圈槽一；20、输出端；21、从动配合端；22、圆柱盲孔；23、方孔一；24、楔形槽；25、轴肩二；26、挡圈槽二；27、固定轴；28、销轴二；29、安装孔一；30、安装孔二；31、安装孔三；32、方孔二；33、轴肩三；34、轴肩四；35、法兰盘；36、安装座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种双向自锁传动装置，如图1和图2所示，包括主动轴1、主动轴轴承2、轴承挡圈一3、扭转弹簧4、固定环5、从动轴6、从动轴轴承7、轴承挡圈二8、压缩弹簧9、止动杆10和连杆11。如图10所示的组装图，主动轴1和固定环5之间设置主动轴轴承2，从动轴6和固定环5之间设置从动轴轴承7，如图11所示的组装图，主动轴1和从动轴6之间连接扭转弹簧4。

如图3a和图3b所示，主动轴1包括输入端12和与从动轴6相配合的主动配合端13，主动配合端13设有中空腔14，中空腔14由轴向方向的两个侧面以及上下两个扇形块15围成，如图12所示，可以容纳两个止动杆10、两个连杆11和一个压缩弹簧9在其中运动；扇形块15的两个矩形平面可与止动杆10的侧面紧密相贴，并通过止动杆10向从动轴6传递转矩。

中空腔14内一侧端面上设置下凹的扇形面16，每个扇形面16上设置一个销轴一17，销轴一17可与连杆11一端的安装孔三31铰接，下凹的扇形面16为连杆11在一定角度范围内旋转提供了空间。

主动轴1的输入端12和主动配合端13之间设置轴肩一18，主动轴1的输入端12开设挡圈槽一19，挡圈槽一19内嵌有轴承挡圈一3，主动轴轴承2安装于主动轴1上，位于轴承挡圈一3和轴肩一18之间，主动轴轴承2的内圈通过轴承挡圈一3和轴肩一18固定，外圈通过固定环5的轴肩三33固定，用于固定环5和主动轴1的相对旋转运动。

如图4a和图4b所示，从动轴6包括输出端20和与主动轴1相配合的从动配合端21，从动配合端21的端面上开设圆柱盲孔22，圆柱盲孔22用于容纳主动轴1的主动配合端13在其中旋转，从动配合端21的侧面开设一对与圆柱盲孔22相通的方孔一23，方孔一23用于容纳止动杆10在其中沿径向伸缩滑动。圆柱盲孔22的开口端面上还设有与方孔一23相通的一对楔形槽24，楔形槽24用于容纳连杆11在其中摆动。

从动轴6的输出端20和从动配合端21之间设置轴肩二25，从动轴6的输出端20开设挡圈槽二26，挡圈槽二26内嵌有轴承挡圈二8，从动轴轴承7安装于从动轴6上，位于轴承挡圈二8和轴肩二25之间，从动轴轴承7的内圈通过轴承挡圈二8和轴肩二25固定，外圈通过固定环5的轴肩四34固定，用于固定环5和从动轴6的相对旋转运动。

轴肩一18朝向主动配合端13的一侧面上开设安装孔一29，从动配合端21的端面上开设安装孔二30，如图7所示的扭转弹簧4的两端分别嵌于安装孔一29和安装孔二30内。

每个方孔一23内均活动设置一个止动杆10，如图8所示，止动杆10底部设置固定轴27，压缩弹簧9两端分别套于两根止动杆10的固定轴27上，将两个止动杆10向外推。止动杆10中部设置销轴二28，相邻的销轴一17和销轴二28之间设置连接杆，如图9所示，连杆11两端分别开设与销轴一17和销轴二28铰接的安装孔三31。止动杆10、压缩弹簧9和连接杆均位于中空腔14和圆柱盲孔22内。另外，连杆11可以使用结实的细绳代替。

如图5a和图5b所示，固定环5的环面上开设若干方孔二32，止动杆10的一端可插入方孔二32中。固定环5的内表面设有用于分别固定主动轴轴承2和从动轴轴承7的轴肩三33和轴肩四34。如图6a和图6b所示，固定环5外设置法兰盘35或安装座36，以便于将其固定在其它设备基座上。

为更好地说明装置在使用过程中内部零件的运动，将装置剖开只保留一侧，并显示剖面的一侧，如图13和图14所示。

首先，假定装置的初始状态为自锁状态，如图15a和图15b所示，此时主动轴1无输入转矩，主动轴1与从动轴6无相对转动位移，扭转弹簧4无变形，两个止动杆10分别被压缩弹簧9推出从动轴6伸入止动环的方孔内。

当对主动轴1输入任意方向的转矩时（此处假定为顺时针转矩），主动轴1将随转矩转动。主动轴1首先通过连杆11拉动两根止动杆10克服压缩弹簧9的阻力向内移动脱离固定环5的方孔二32，解除从动轴6的锁定，如图16a和图16b所示。此时主动轴1相对于从动轴6转动一定的角位移，扭转弹簧4也随之产生变形。

然后主动轴1继续旋转，中空腔14内两个扇形块15的各一个侧面分别贴在一根止动杆10的侧面上，通过止动杆10将转矩传递到从动轴6上，从而带动从动轴6转动，如图17a和图17b所示。在从动轴6旋转阻力及其他负载的作用下，压缩弹簧9与扭转弹簧4始终保持锁定解除的变形状态，主动轴1与从动轴6的角位移也保持不变，因此止动杆10不会向外滑动伸入固定环5的方孔二32内，也就不会影响装置的正常转动。

当主动轴1的转矩消失后，扭转弹簧4首先克服主动轴1的转动惯性、旋转阻力等带动主动轴1相对于从动轴6反向旋转，直至主动轴1与从动轴6的角位移消失，扭转弹簧4恢复原状。同时，压缩弹簧9推动止动杆10沿从动轴6的径向向外伸出。此时，止动杆10有可能顶在固定环5内圆环侧而非直接插入固定环5的方孔二32内，但只要从动轴6有任意方向的微小转动（如在负载作用下的反向转动），止动杆10将立即插入最近的固定环5的方孔二32内，从而恢复到自锁状态。

在自锁状态下，若主动轴1无输入转矩，由于止动杆10同时卡在从动轴6和固定环5的方孔二32内，因此，无论从动轴6有什么方向的负载，均无法转动，从而从动轴6的锁定，实现装置的预定功能。

另外，由于受尺寸和结构强度的限制，固定环5的方孔二32数量有限，装置无法在任意位置实现即时自锁，但通过在传动中（如主动轴1与动力源之间或从动轴6与负载之间）加入大传动比的齿轮副，可极大地减小自锁空行程对负载定位的影响，从而提高装置锁定位置的精度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种双向自锁传动装置，其特征在于，包括主动轴、从动轴和固定环，所述主动轴和固定环之间设置主动轴轴承，所述从动轴和固定环之间设置从动轴轴承，所述主动轴和从动轴之间连接扭转弹簧；

所述主动轴包括输入端和与从动轴相配合的主动配合端，所述主动配合端设有中空腔，所述中空腔内沿径向相对设置两个扇形块，所述中空腔内一侧端面上位于两个扇形块之间设置下凹的扇形面，所述扇形面上设置销轴一；

所述从动轴包括输出端和与主动轴相配合的从动配合端，所述从动配合端的端面上开设用于容纳所述主动配合端的圆柱盲孔，所述从动配合端的侧面开设一对与所述圆柱盲孔相通的方孔一，所述圆柱盲孔的开口端面上还设有与方孔一相通的一对楔形槽；

每个所述方孔一内均活动设置一个止动杆，两个止动杆之间连接压缩弹簧，所述止动杆上设置销轴二，相邻的销轴一和销轴二之间设置连接部件，所述止动杆、压缩弹簧和连接部件均位于中空腔和圆柱盲孔内；

所述固定环的环面上开设若干方孔二，所述止动杆的一端可插入所述方孔二中；

当对主动轴输入任意方向的转矩时，主动轴将随转矩转动；主动轴首先通过连接部件拉动两根止动杆克服压缩弹簧的阻力向内移动脱离固定环的方孔二，解除从动轴的锁定，此时主动轴相对于从动轴转动一定的角位移，扭转弹簧也随之产生变形；

然后主动轴继续旋转，中空腔内两个扇形块的各一个侧面分别贴在一根止动杆的侧面上，通过止动杆将转矩传递到从动轴上，从而带动从动轴转动，在从动轴旋转阻力及其他负载的作用下，压缩弹簧与扭转弹簧始终保持锁定解除的变形状态，主动轴与从动轴的角位移也保持不变，因此止动杆不会向外滑动伸入固定环的方孔二内，不影响装置的正常转动；

所述主动轴的输入端和主动配合端之间设置轴肩一，所述从动轴的输出端和从动配合端之间设置轴肩二。

2.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述主动轴的输入端开设挡圈槽一，所述挡圈槽一内嵌有轴承挡圈一，所述主动轴轴承位于轴承挡圈一和轴肩一之间。

3.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述从动轴的输出端开设挡圈槽二，所述挡圈槽二内嵌有轴承挡圈二，所述从动轴轴承位于轴承挡圈二和轴肩二之间。

4.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述固定环的内表面设有用于分别固定主动轴轴承和从动轴轴承的轴肩三和轴肩四。

5.根据权利要求2所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述轴肩一朝向主动配合端的一侧面上开设安装孔一，所述从动配合端的端面上开设安装孔二，所述扭转弹簧的两端分别嵌于所述安装孔一和安装孔二内。

6.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述连接部件为连杆或连接绳。

7.根据权利要求6所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述连杆两端分别开设与销轴一和销轴二铰接的安装孔三。

8.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述固定环外设置法兰盘或安装座。

9.根据权利要求1所述的一种双向自锁传动装置，其特征在于，所述止动杆底部设置固定轴，所述压缩弹簧两端分别套于两根止动杆的固定轴上。

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