CN113991936B - 一种深水用耐高压驱动器 - Google Patents

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    • F16H1/222—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with non-parallel axes

Abstract

本发明公开了一种深水用耐高压驱动器，包括有第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、输出轴、电控装置和外壳体，其中第一电动推杆与第一电机相连接并由第一电机控制工作，第二电动推杆与第二电机相连接并由第二电机控制工作，第一电动推杆通过驱动机构与输出轴相连接，第一电动推杆控制输出轴的转动，第二电动推杆通过转向机构控制输出轴的转向，电控装置分别与第一电机和第二电机相连接，有益效果：耐压范围更大。同时结构简单、紧凑，输出扭矩大，工作可靠，有利于解决深水环境下密封不稳定、补偿形式功率消耗大、发热等问题。

Description

一种深水用耐高压驱动器
技术领域
本发明涉及一种驱动器，特别涉及一种深水用耐高压驱动器。
背景技术
目前，深水电机(深水驱动器)的使用环境通常为压强大、温度低的海底，一般工作深度在1000m以下，压力可达到10MPa以上，因此需具备耐高压、耐腐蚀、耐低温等性能。深水驱动器主要用于深海水下装备，例如潜水器、水下机器人、深海空间站等，是深海装备的关键和基础部件，直接影响其在海底的运行效率及续航能力。常规深水电机的结构主要为内部充油补偿压力和动密封两种形式。对于前者而言，转子、刹车及编码器等装在电机内部，随着压力升高转子阻力增大，消耗功率增加，并且由于内部充满高压油，刹车性能与编码器工作不稳定。对于后者而言，动密封形式为动静环结构，最大耐压仅为5MPa，而且动密封不能完全做到零泄漏。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的深水驱动器工作不稳定以及耐压达不到要求的问题而提供的一种深水用耐高压驱动器。
本发明提供的深水用耐高压驱动器包括有第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、输出轴、电控装置和外壳体，其中第一电动推杆与第一电机相连接并由第一电机控制工作，第二电动推杆与第二电机相连接并由第二电机控制工作，第一电动推杆通过驱动机构与输出轴相连接，第一电动推杆控制输出轴的转动，第二电动推杆通过转向机构控制输出轴的转向，电控装置分别与第一电机和第二电机相连接，电控装置控制第一电机和第二电机的工作，第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、输出轴和电控装置均密封在外壳体内，输出轴的头端伸出外壳体的顶盖。
第一电动推杆和第一电机装配在第一耐压仓内，第一电动推杆的中心轴顶端穿过第一耐压仓的顶盖枢接有棘爪，第一电动推杆的中心轴顶端与棘爪的连接处设置有棘爪固定板，棘爪固定板的下部与第一耐压仓的顶盖之间设置有第一金属波纹管，第一金属波纹管能够与第一电动推杆同步进行伸缩，第一金属波纹管的上端与棘爪固定板底部之间设置有第一密封圈，第一电动推杆与输出轴相连接的驱动机构包括有棘轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、蜗杆轴、蜗杆齿轮和涡轮，其中棘爪的顶端与棘轮相咬合，棘爪在第一电动推杆的带动下能够推动棘轮进行转动，棘轮与第一锥齿轮同轴设置，棘轮与第一锥齿轮同步转动，第二锥齿轮和第三锥齿轮均套设在蜗杆轴的一端，第二锥齿轮和第三锥齿轮相对设置，第二锥齿轮和第三锥齿轮的形状和尺寸相应，第一锥齿轮能够分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮相啮合，第二锥齿轮和第三锥齿轮通过滚针轴承与蜗杆轴相连接，第二锥齿轮和第三锥齿轮相对应侧均开设有卡槽，蜗杆齿轮固连在蜗杆轴的另一端，蜗杆轴与蜗杆齿轮同步转动，蜗杆齿轮与涡轮相啮合并带动涡轮进行转动，涡轮套设在输出轴上，涡轮带动输出轴同步转动。
棘爪的一侧连接有拉簧，拉簧能够控制棘爪在设定的行程内运动。
棘轮上部的架体上设置有定向卡爪，定向卡爪与棘轮相啮合，定向卡爪能够控制棘轮在一个方向上转动。
第二电动推杆和第二电机装配在第二耐压仓内，第二电动推杆控制输出轴转向的转向机构是由拨叉和滑套组成，其中拨叉的前端与第二电动推杆中心轴相枢接，第二电动推杆中心轴与拨叉的连接处设置有拨叉固定板，拨叉固定板与第二耐压仓之间设置有第二金属波纹管，第二金属波纹管与第二电动推杆同步进行伸缩，第二金属波纹管与拨叉固定板之间设置有第二密封圈，拨叉的后端与滑套相连接，滑套套设在第二锥齿轮和第三锥齿轮之间的蜗杆轴上，滑套能够在第二锥齿轮和第三锥齿轮之间的蜗杆轴上进行滑动，滑套的两端设置有与第二锥齿轮和第三锥齿轮上卡槽相匹配的卡爪，滑套通过两端的卡爪能够分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮相卡接，当滑套与第二锥齿轮卡接时第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合并带动蜗杆轴驱使输出轴进行正转，当滑套与第三锥齿轮卡接时第一锥齿轮与第三锥齿轮相啮合并带动蜗杆轴驱使输出轴进行反转。
电控装置包括有信号输入模块、信号处理模块和信号输出模块，其中信号输入模块与信号处理模块相连接，信号处理模块还与信号输出模块相连接，信号输入模块能够把接收到的数据实时传输给信号处理模块进行处理，信号处理模块把接收到的数据处理后发送给信号输出模块向外传输，信号输入模块分别与第一电机和第二电机相连接，信号输入模块能够接收第一电机和第二电机的实时数据，信号输出模块与第一电机和第二电机相连接，信号输出模块控制第一电机和第二电机的工作。
第一电机和第二电机均为伺服电机。
上述的第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、信号输入模块、信号处理模块和信号输出模块均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理如下：
本发明提供的深水用耐高压驱动器需要工作时，首先电控装置控制第一电机启动，使第一电动推杆向上伸出，带动棘爪固定板和棘爪向上运动，棘爪尖端上行的过程中会带动棘轮旋转，在定向卡爪的作用下棘轮始终按同一方向转动。此时第一金属波纹管可随之伸缩，同时能够时刻保持静密封。棘爪一侧的拉簧可在棘爪上行偏离棘轮时将其拉回。当第一电动推杆上行至行程最大值后，第一电动推杆带动棘爪收回原位置，深水驱动器在工作时不断重复此过程。
棘爪推动棘轮转动过程中带动第一锥齿轮旋转，由于第一锥齿轮能够分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮相啮合，第二锥齿轮或第三锥齿轮也能够随第一锥齿轮进行运转。第二锥齿轮对应蜗杆轴的正转,第三锥齿轮对应蜗杆轴的反转。驱动器正反转的原理是：通过拨叉与拨叉固定板的前后运动带动滑套在蜗杆轴上移动，进而实现滑套分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮上开设的凹槽相互配合，传递扭矩。拨叉的运行是由第二电机驱动第二电动推杆完成的。
第二锥齿轮或第三锥齿轮带动蜗杆轴、蜗杆齿轮旋转，蜗杆齿轮带动涡轮旋转，进而将动力输出至输出轴，实现驱动器工作。
本发明的有益效果：
本发明提供的深水用耐高压驱动器能够在深水或高压力下运转，相较于常规深水电机的充油内补偿和动密封结构，本发明提供的驱动器为静密封设计，其耐压范围更大。同时结构简单、紧凑，输出扭矩大，工作可靠，有利于解决深水环境下密封不稳定、补偿形式功率消耗大、发热等问题。
附图说明
图1为本发明所述的驱动器整体结构示意图。
图2为本发明所述的驱动器内部结构示意图。
图3为本发明所述的驱动器内部结构俯视图。
图4为本发明所述的驱动器侧向剖视结构示意图。
图5为本发明所述的驱动机构及转向机构结构示意图。
图6为本发明所述的驱动机构局部剖视图。
图7为本发明所述的电控装置及连接关系结构框图。
上图中的标注如下：
1、第一电动推杆2、第二电动推杆3、第一电机4、第二电机
5、输出轴6、电控装置7、外壳体8、第一耐压仓9、棘爪
10、棘爪固定板11、第一金属波纹管12、第一密封圈13、棘轮
14、第一锥齿轮15、第二锥齿轮16、第三锥齿轮17、蜗杆轴
18、蜗杆齿轮19、涡轮20、滚针轴承21、拉簧22、定向卡爪
23、第二耐压仓24、拨叉25、滑套26、拨叉固定板
27、第二金属波纹管28、第二密封圈29、信号输入模块
30、信号处理模块31、信号输出模块。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示：
本发明提供的深水用耐高压驱动器包括有第一电动推杆1、第二电动推杆2、第一电机3、第二电机4、输出轴5、电控装置6和外壳体7，其中第一电动推杆1与第一电机3相连接并由第一电机3控制工作，第二电动推杆2与第二电机4相连接并由第二电机4控制工作，第一电动推杆1通过驱动机构与输出轴5相连接，第一电动推杆1控制输出轴5的转动，第二电动推杆2通过转向机构控制输出轴5的转向，电控装置6分别与第一电机3和第二电机4相连接，电控装置6控制第一电机3和第二电机4的工作，第一电动推杆1、第二电动推杆2、第一电机3、第二电机4、输出轴5和电控装置6均密封在外壳体7内，输出轴5的头端伸出外壳体7的顶盖。
第一电动推杆1和第一电机3装配在第一耐压仓8内，第一电动推杆1的中心轴顶端穿过第一耐压仓8的顶盖枢接有棘爪9，第一电动推杆1的中心轴顶端与棘爪9的连接处设置有棘爪固定板10，棘爪固定板10的下部与第一耐压仓8的顶盖之间设置有第一金属波纹管11，第一金属波纹管11能够与第一电动推杆1同步进行伸缩，第一金属波纹管11的上端与棘爪固定板10底部之间设置有第一密封圈12，第一电动推杆1与输出轴5相连接的驱动机构包括有棘轮13、第一锥齿轮14、第二锥齿轮15、第三锥齿轮16、蜗杆轴17、蜗杆齿轮18和涡轮19，其中棘爪9的顶端与棘轮13相咬合，棘爪9在第一电动推杆1的带动下能够推动棘轮13进行转动，棘轮13与第一锥齿轮14同轴设置，棘轮13与第一锥齿轮14同步转动，第二锥齿轮15和第三锥齿轮16均套设在蜗杆轴17的一端，第二锥齿轮15和第三锥齿轮16相对设置，第二锥齿轮15和第三锥齿轮16的形状和尺寸相应，第一锥齿轮14能够分别与第二锥齿轮15和第三锥齿轮16相啮合，第二锥齿轮15和第三锥齿轮16通过滚针轴承20与蜗杆轴17相连接，第二锥齿轮15和第三锥齿轮16相对应侧均开设有卡槽，蜗杆齿轮18固连在蜗杆轴17的另一端，蜗杆轴17与蜗杆齿轮18同步转动，蜗杆齿轮18与涡轮19相啮合并带动涡轮19进行转动，涡轮19套设在输出轴5上，涡轮19带动输出轴5同步转动。
棘爪9的一侧连接有拉簧21，拉簧21能够控制棘爪9在设定的行程内运动。
棘轮13上部的架体上设置有定向卡爪22，定向卡爪22与棘轮13相啮合，定向卡爪22能够控制棘轮13在一个方向上转动。
第二电动推杆2和第二电机4装配在第二耐压仓23内，第二电动推杆2控制输出轴5转向的转向机构是由拨叉24和滑套25组成，其中拨叉24的前端与第二电动推杆2中心轴相枢接，第二电动推杆2中心轴与拨叉24的连接处设置有拨叉固定板26，拨叉固定板26与第二耐压仓23之间设置有第二金属波纹管27，第二金属波纹管27与第二电动推杆2同步进行伸缩，第二金属波纹管27与拨叉固定板26之间设置有第二密封圈28，拨叉24的后端与滑套25相连接，滑套25套设在第二锥齿轮15和第三锥齿轮16之间的蜗杆轴17上，滑套25能够在第二锥齿轮15和第三锥齿轮16之间的蜗杆轴17上进行滑动，滑套25的两端设置有与第二锥齿轮15和第三锥齿轮16上卡槽相匹配的卡爪，滑套25通过两端的卡爪能够分别与第二锥齿轮15和第三锥齿轮16相卡接，当滑套25与第二锥齿轮15卡接时第一锥齿轮14与第二锥齿轮15相啮合并带动蜗杆轴17驱使输出轴5进行正转，当滑套25与第三锥齿轮16卡接时第一锥齿轮14与第三锥齿轮16相啮合并带动蜗杆轴17驱使输出轴5进行反转。
电控装置6包括有信号输入模块29、信号处理模块30和信号输出模块31，其中信号输入模块29与信号处理模块30相连接，信号处理模块30还与信号输出模块31相连接，信号输入模块29能够把接收到的数据实时传输给信号处理模块30进行处理，信号处理模块30把接收到的数据处理后发送给信号输出模块31向外传输，信号输入模块29分别与第一电机3和第二电机4相连接，信号输入模块29能够接收第一电机3和第二电机4的实时数据，信号输出模块31与第一电机3和第二电机4相连接，信号输出模块31控制第一电机3和第二电机4的工作。
第一电机3和第二电机4均为伺服电机。
上述的第一电动推杆1、第二电动推杆2、第一电机3、第二电机4、信号输入模块29、信号处理模块30和信号输出模块31均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理如下：
本发明提供的深水用耐高压驱动器需要工作时，首先电控装置6控制第一电机3启动，使第一电动推杆1向上伸出，带动棘爪固定板10和棘爪9向上运动，棘爪9尖端上行的过程中会带动棘轮13旋转，在定向卡爪22的作用下棘轮13始终按同一方向转动。此时第一金属波纹管11可随之伸缩，同时能够时刻保持静密封。棘爪9一侧的拉簧21可在棘爪9上行偏离棘轮13时将其拉回。当第一电动推杆1上行至行程最大值后，第一电动推杆1带动棘爪9收回原位置，深水驱动器在工作时不断重复此过程。
棘爪9推动棘轮13转动过程中带动第一锥齿轮14旋转，由于第一锥齿轮14能够分别与第二锥齿轮15和第三锥齿轮16相啮合，第二锥齿轮15或第三锥齿轮16也能够随第一锥齿轮14进行运转。第二锥齿轮15对应蜗杆轴17的正转,第三锥齿轮16对应蜗杆轴17的反转。驱动器正反转的原理是：通过拨叉24与拨叉固定板26的前后运动带动滑套25在蜗杆轴17上移动，进而实现滑套25分别与第二锥齿轮15和第三锥齿轮16上开设的凹槽相互配合，传递扭矩。拨叉24的运行是由第二电机4驱动第二电动推杆2完成的。
第二锥齿轮15或第三锥齿轮16带动蜗杆轴17、蜗杆齿轮18旋转，蜗杆齿轮18带动涡轮19旋转，进而将动力输出至输出轴5，实现驱动器工作。

Claims (4)

1.一种深水用耐高压驱动器，包括有第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、输出轴、电控装置和外壳体，其中第一电动推杆与第一电机相连接并由第一电机控制工作，第二电动推杆与第二电机相连接并由第二电机控制工作，第一电动推杆通过驱动机构与输出轴相连接，第一电动推杆控制输出轴的转动，第二电动推杆通过转向机构控制输出轴的转向，电控装置分别与第一电机和第二电机相连接，电控装置控制第一电机和第二电机的工作，第一电动推杆、第二电动推杆、第一电机、第二电机、输出轴和电控装置均密封在外壳体内，输出轴的头端伸出外壳体的顶盖，其特征在于：所述的第一电动推杆和第一电机装配在第一耐压仓内，第一电动推杆的中心轴顶端穿过第一耐压仓的顶盖枢接有棘爪，第一电动推杆的中心轴顶端与棘爪的连接处设置有棘爪固定板，棘爪固定板的下部与第一耐压仓的顶盖之间设置有第一金属波纹管，第一金属波纹管能够与第一电动推杆同步进行伸缩，第一金属波纹管的上端与棘爪固定板底部之间设置有第一密封圈，第一电动推杆与输出轴相连接的驱动机构包括有棘轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、蜗杆轴、蜗杆齿轮和涡轮，其中棘爪的顶端与棘轮相咬合，棘爪在第一电动推杆的带动下能够推动棘轮进行转动，棘轮与第一锥齿轮同轴设置，棘轮与第一锥齿轮同步转动，第二锥齿轮和第三锥齿轮均套设在蜗杆轴的一端，第二锥齿轮和第三锥齿轮相对设置，第二锥齿轮和第三锥齿轮的形状和尺寸相应，第一锥齿轮能够分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮相啮合，第二锥齿轮和第三锥齿轮通过滚针轴承与蜗杆轴相连接，第二锥齿轮和第三锥齿轮相对应侧均开设有卡槽，蜗杆齿轮固连在蜗杆轴的另一端，蜗杆轴与蜗杆齿轮同步转动，蜗杆齿轮与涡轮相啮合并带动涡轮进行转动，涡轮套设在输出轴上，涡轮带动输出轴同步转动，第二电动推杆和第二电机装配在第二耐压仓内，第二电动推杆控制输出轴转向的转向机构是由拨叉和滑套组成，其中拨叉的前端与第二电动推杆中心轴相枢接，第二电动推杆中心轴与拨叉的连接处设置有拨叉固定板，拨叉固定板与第二耐压仓之间设置有第二金属波纹管，第二金属波纹管与第二电动推杆同步进行伸缩，第二金属波纹管与拨叉固定板之间设置有第二密封圈，拨叉的后端与滑套相连接，滑套套设在第二锥齿轮和第三锥齿轮之间的蜗杆轴上，滑套能够在第二锥齿轮和第三锥齿轮之间的蜗杆轴上进行滑动，滑套的两端设置有与第二锥齿轮和第三锥齿轮上卡槽相匹配的卡爪，滑套通过两端的卡爪能够分别与第二锥齿轮和第三锥齿轮相卡接，当滑套与第二锥齿轮卡接时第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合并带动蜗杆轴驱使输出轴进行正转，当滑套与第三锥齿轮卡接时第一锥齿轮与第三锥齿轮相啮合并带动蜗杆轴驱使输出轴进行反转，电控装置包括有信号输入模块、信号处理模块和信号输出模块，其中信号输入模块与信号处理模块相连接，信号处理模块还与信号输出模块相连接，信号输入模块能够把接收到的数据实时传输给信号处理模块进行处理，信号处理模块把接收到的数据处理后发送给信号输出模块向外传输，信号输入模块分别与第一电机和第二电机相连接，信号输入模块能够接收第一电机和第二电机的实时数据，信号输出模块与第一电机和第二电机相连接，信号输出模块控制第一电机和第二电机的工作。
2.根据权利要求1所述的一种深水用耐高压驱动器，其特征在于：所述的棘爪的一侧连接有拉簧，拉簧能够控制棘爪在设定的行程内运动。
3.根据权利要求1所述的一种深水用耐高压驱动器，其特征在于：所述的棘轮上部的架体上设置有定向卡爪，定向卡爪与棘轮相啮合，定向卡爪能够控制棘轮在一个方向上转动。
4.根据权利要求1所述的一种深水用耐高压驱动器，其特征在于：所述的第一电机和第二电机均为伺服电机。
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