CN113883185A - 基于伺服控制的微型离合器装置 - Google Patents

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朱帅
袁盈
马玉轩
刘慧�
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Abstract

本发明公开了一种基于伺服控制的微型离合器装置，伺服控制输入、输出轴之间扭矩传递通断；离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共三部分，所述动力部分由伺服舵机作为控制源；离合部分由螺纹套筒、螺管齿轮、输入端、输出端、弹簧挡片及标准件组成。所述伺服舵机转动148.68°，所述舵机带动螺管齿轮进行转动，进而带动螺纹套筒向齿轮端平移，使输入、输出端的啮合部脱离接触，扭矩的传递中断；所述伺服舵机继续转动31.32°，螺纹套筒回弹，使输入、输出端的啮合部恢复接触，啮合部随载荷输入单向啮合，实现扭矩传递。本发明装置体积小、质量轻，可控制小扭矩传输的通断，适用于教育机器人以及民用需要伺服控制扭矩传输中断功能的领域，市场前景广阔。

Description

基于伺服控制的微型离合器装置
技术领域
本发明涉及一种基于伺服控制的微型离合器装置，用于伺服控制 输入、输出轴之间扭矩传递的通断。
背景技术
对于小型教育机器人而言，现有成熟的离合器多用于汽车等高转 速大载荷的工作环境，因此一般为钢结构件，其质量重、体积大，无 法应用在小尺寸低载荷的工作环境。尤其是对于现阶段教育机器人而 言，单一的运动控制方式已经无法满足教育教学需求，需要一种可伺 服控制的微型离合器将直流电机的连续运动进行合理控制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可伺服 控制的微型离合器，所述离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共 三部分组成，外壳部分包括顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部 外壳(3)，顶部外壳(1)与中部衔接外壳(2)，中部衔接外壳(2)与底部外壳(3)之间配合安装在一起；动力部分包括可360°连续 旋转的伺服舵机(4)、舵盘和自攻螺钉(5)、凹槽齿轮(6)；离合部 分包括输入端联轴部(7)、输出端联轴部(18)、输入端啮合部(15)、 输出端啮合部(17)、螺管齿轮(8)、螺纹套筒(16)、弹簧底座(9)、 弹簧标准件(10)、限位螺钉(11)、螺母(12)、钢珠挡片(13)、钢 珠(14)。
可360°连续旋转的伺服舵机(4)转动148.68°，可360°连续 旋转的伺服舵机连接的凹槽齿轮带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上 的限位螺钉受到螺纹的作用，带动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮 合部跟随螺纹套筒移动并与输出端啮合部脱离接触，此时离合器处于 分离状态，转矩的传递被中断；伺服舵机继续转动31.32°，此时螺 纹套筒内的限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的 作用下，螺纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触，但不一 定啮合。此时输入端载荷驱动输入端啮合部缓慢转动，在弹簧回复力 的作用下，使输出端啮合部和输入端啮合部在正确位置单向啮合，此 时当载荷输入时，输出端联轴部跟随输入端联轴部同步转动，完成转 矩的传递。
作为本发明的进一步的改进，所述离合器包括用于固定所述伺服 舵机的底部外壳，底部外壳中设置有伺服舵机卡槽、通信数据线开口、 以及与中部衔接外壳的固定孔。
作为本发明的进一步的改进，凹槽齿轮预设三个连接孔，通过自 攻螺钉与舵盘连接。
作为本发明的进一步的改进，与凹槽齿轮啮合的是螺管与齿轮一 体化加工的螺管齿轮，其螺纹置于管外壁高度6.5mm、螺距25mm、 直径18mm、圈数0.26，螺纹预制断口用于限位螺钉的回弹。
作为本发明的进一步的改进，螺管齿轮内部放置1*12*30(mm) 弹簧标准件，弹簧标准件与钢珠挡片一侧接触，钢珠挡片侧面开设4 个φ1.5限位孔，钢珠挡片另一侧放置传输轴的输入端啮合部。
作为本发明的进一步的改进，输入端啮合部放置于螺纹套筒内部， 啮合部一侧通过铺设φ2钢珠与螺纹套筒底部接触，另一侧通过铺设 φ2钢珠与钢珠挡片接触，输入端啮合部的两啮合面夹角为30°保证 与输出端啮合部的单侧啮合，输入端啮合部和输出端啮合部的啮合面 之间预留0.25mm空隙保证其能够顺利脱离接触。
作为本发明的进一步的改进，螺纹套筒筒壁上开设4个φ1.5限 位孔，将钢珠挡片与螺纹套筒固定，进而限制输入端啮合部的轴向移 动，螺纹套筒外壁设有两个对称凸台用于限制套筒旋转，凸台上对称 开设φ2限位孔安装限位螺钉，当螺纹套筒上的限位螺钉受到螺管齿 轮上螺纹的作用时，会带动螺纹套筒向齿轮端平移。
作为本发明的进一步的改进，输入端连轴部侧面开设2个φ3顶 丝孔用于连接外部φ4输入D字轴，所述联轴部与φ4传输轴一体化 加工，传输轴长40mm，末端为D字轴与输入端啮合部连接。
作为本发明的进一步的改进，输出端联轴部侧面开设2个φ3顶 丝孔用于连接外部φ4输出D字轴，所述联轴部与其啮合部整体加工。
作为本发明的进一步的改进，中部衔接外壳和顶部外壳开设限位 槽，用于限制内部螺管齿轮、输入端联轴部、输出端联轴部的轴向位 移，限制螺纹套筒的旋转。
本发明为利用360°伺服舵机的可控旋转作为离合器伺服控制的 动力源，伺服舵机的旋转一定角度带动螺管齿轮旋转，进一步带动螺 纹套筒进行轴向位移，使得输入端啮合部与输出端啮合部脱离接触实 现中断扭矩传输；伺服舵机继续旋转一定角度，使限位螺钉运动至螺 管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下螺纹套筒回弹，输出端 啮合部和输入端啮合部恢复接触，允许扭矩传输。
本发明的基于伺服控制的微型离合器装置体积小、质量轻，可控 制小扭矩传输的通断，适用于教育机器人以及民用需要伺服控制扭矩 传输中断功能的领域，市场前景广阔
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请 的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明离合器分解图；
图2为本发明离合器的三维部分剖面图；
图3为本发明伺服舵机通过凹槽齿轮与螺管齿轮啮合示意图；
图4为本发明剖面位置示意图；
图5为本发明伺服舵机转动148.68°时，输入端和输出端的啮合 部脱离接触示意图；
图6为本发明伺服舵机继续转动31.32°时，输入端和输出端的 啮合部单项啮合示意图；
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明 的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限 定。
如附图1所示，所述离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共 三部分组成，外壳部分包括顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部 外壳(3)，动力部分包括可360°连续旋转的伺服舵机(4)、舵盘和 自攻螺钉(5)、Z30M1凹槽齿轮(6)、离合部分包括输入端联轴部 (7)、输出端联轴部(18)、输入端啮合部(15)、输出端啮合部(17)、 螺管齿轮(8)、螺纹套筒(16)、弹簧底座(9)、1*12*30(mm)弹簧 标准件(10)、M2*4限位螺钉(11)、M2螺母(12)、钢珠挡片(13)、 φ2钢珠(14)；
如附图2所示，离合器长93.6mm，宽59mm，高65mm，装配 好后顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部外壳(3)将内部结构 包裹固定，起保护作用；
如附图3所示，Z30M1凹槽齿轮预设三个φ2连接孔，通过自攻 螺钉与舵盘连接，与凹槽齿轮啮合的是螺管与齿轮一体化加工的螺管 齿轮，其螺纹置于管外壁高度6.5mm、螺距25mm、直径18mm、圈 数0.26，螺纹预制断口用于限位螺钉的回弹。
如附图5、6为在图示位置啮合部脱离和接触时的剖面图；
如附图5所示，转伺服舵机转动148.68°，舵机连接的凹槽齿轮带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上的限位螺钉受到螺纹的作用，带动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮合部跟随螺纹套筒移动并与输出端啮合部脱离接触，此时离合器处于分离状态的剖面图；
如附图6所示，伺服舵机继续转动31.32°，此时螺纹套筒内的限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下，螺纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触的剖面图。
如附图5所示，转伺服舵机转动148.68°，舵机连接的凹槽齿轮 带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上的限位螺钉受到螺纹的作用，带 动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮合部跟随螺纹套筒移动并与输出 端啮合部脱离接触，此时离合器处于分离状态的剖面图；
如附图6所示，伺服舵机继续转动31.32°，此时螺纹套筒内的 限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下，螺 纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触的剖面图。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中 应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以 上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于 本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本 发明的限制。

Claims (5)

1.基于伺服控制的微型离合器装置，其特征在于：所述离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共三部分组成，所述动力部分由伺服舵机(1)作为控制源，所述离合部分由螺管齿轮(8)、螺纹套筒、输入端、输出端组成；
所述伺服舵机转动148.68°，所述舵机带动螺管齿轮进行转动，进而带动螺纹套筒向齿轮端平移，使输入、输出端的啮合部脱离接触，扭矩的传递中断；
所述伺服舵机继续转动31.32°，螺纹套筒回弹，使输入、输出端的啮合部恢复接触，啮合部随载荷输入单向啮合，实现扭矩传递。
2.根据权利要求1所述的一种基于伺服驱动的微型离合器装置，其特征在于：Z30M1凹槽齿轮与螺管齿轮啮合，其螺纹置于管外壁高度6.5mm、螺距25mm、直径18mm、圈数0.26，螺纹预制断口。
3.根据权利要求1所述的一种基于伺服驱动的微型离合器装置，其特征在于：螺管齿轮内部放置弹簧标准件，弹簧标准件与钢珠挡片一侧接触，钢珠挡片侧面开设4个限位孔。
4.根据权利要求1所述的一种基于伺服驱动的微型离合器装置，其特征在于：啮合部一侧铺设钢珠与螺纹套筒底部接触，另一侧铺设φ2钢珠与钢珠挡片接触，啮合部的两啮合面夹角为30°，输入与输出端啮合部的啮合面间预留空隙。
5.根据权利要求1所述的一种基于伺服驱动的微型离合器装置，其特征在于：螺纹套筒筒壁上开设4个限位孔，螺纹套筒外壁设有两个对称凸台，凸台上对称开设限位孔安装限位螺钉。
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