CN114183512A - 具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及机械传动领域的具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，包括两组换向机构和一组丝杆机构，换向机构由转动模块、联轴器、齿轮箱、单向联轴器、滑动模块、第一传动轴和第二传动轴组成，往复摆动运动通过转动模块和滑动模块输入，依靠第一单向轴承和第二单向轴承，转换为单向转动运动并由第一传动轴输出；滑动模块在丝杆机构的驱动下，可沿第二传动轴作直线运动，主动调整与转动模块间的距离。本发明具有承载能力强、维护便捷、适用性好等特点，可作为水下机器人随体波浪能发电装置的换向装置。

Description

具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构

技术领域

本发明涉及机械传动领域，具体地，涉及具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构。

背景技术

在波浪能发电领域中，往复摆动变单向转动的传动机构能够将波浪的垂荡运动转换为单向旋转运动并驱动发电机组发电，从而避免发电装置因承受交变应力而导致使用寿命降低。然而，现有的双向驱动、单向输出的传动装置结构复杂、承载能力有限且体积质量较大，无法适用于中小型的波浪能发电装置，尤其是随体波浪能发电装置。

现有公开号为CN107235130A的中国专利，其公开了一种往复旋转运动变单向旋转运动的传动装置，采用多级齿轮传动，并通过两个单向联轴器将输入轴上的往复旋转运动通过多级齿轮传动，并带动单向联轴器的爪轮顺时针或逆时针旋转，使两个单向联轴器产生顺时针的旋转或逆时针的旋转，使输入轴无论逆时针旋转还是顺时针旋转，输出轴式中保持顺时针旋转，实现输出轴的单向转动输出，具有往复旋转驱动、单向旋转输出的特点。

现有技术中的往复摆动变单向转动的传动机构无法同时保证较大的承载能力和较小的体积质量，结构设计上多以齿轮构件为主，整个装置的安装维修复杂。

经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN109099125A，公开了一种带传动换向机构，属于机械传动技术领域，解决了现有的换向机构结构复杂以及输出轴需要正转、反转或停止动作时，易因频繁起停导致装置寿命低的问题。第一从动带轮、第二从动带轮、第三从动带轮、输入锥齿轮以及输出锥齿轮从左到右依次同轴套设在输出轴上，第一从动带轮及输出锥齿轮均固装在输出轴上，第二从动带动、第三从动带轮及输入锥齿轮均空套在输出轴上，第三从动带轮与输入锥齿轮固接为一体，输入锥齿轮与输出锥齿轮通过过渡锥齿轮啮合传动，皮带套设在主动带轮与第一从动带动上，移动轴设置在输入轴与输出轴之间，若干滚轮均转动设置在移动轴上且对称设置在皮带的左右两侧，所述移动轴沿其轴线方向存在位移。而本发明提供了同轴线连接的转向机构，解决满足承载能力的同时拥有较小的体积和质量的技术问题。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构。

根据本发明提供的一种具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，包括换向机构和丝杆机构，换向机构对称连接于丝杆机构的两侧，换向机构两端通过轴承座支撑固定；

换向机构包括转动模块、联轴器、齿轮箱、单向联轴器、滑动模块、第一传动轴以及第二传动轴，第一传动轴穿过转动模块后通过联轴器与齿轮箱连接，第二传动轴穿过滑动模块后通过单向联轴器与齿轮箱连接；

转动模块和滑动模块在外部设备输入下进行往复摆动运动，滑动模块通过丝杆机构在第二传动轴上滑动。

一些实施例中，丝杆机构包括电机、挡板、推力轴承、轴承架、螺母以及丝杆，挡板的两端通过轴承架对称连接有推力轴承，挡板通过螺母连接于丝杆上，丝杆连接电机；

电机驱使丝杆进行转动，丝杆的转动使挡板进行直线运动，挡板通过推力轴承带动滑动模块在第二传动轴上做直线运动。

一些实施例中，丝杆机构还包括电机座和丝杆座，丝杆的两端分别通过电机座和丝杆座进行支撑连接，电机连接于电机座上。

一些实施例中，齿轮箱包括锥齿轮一、箱体、锥齿轮二和锥齿轮三，锥齿轮二位于箱体底部，锥齿轮一与锥齿轮三分别位于箱体两侧，锥齿轮一连接联轴器，锥齿轮三连接单向联轴器，锥齿轮一和锥齿轮三分别与锥齿轮二啮合。

一些实施例中，锥齿轮一与锥齿轮三在同一轴线上，锥齿轮二的轴线与锥齿轮一的轴线相垂直。

一些实施例中，单向联轴器包括单向联轴器壳体和第二单向轴承，第二单向轴承安置在单向联轴器壳体内部的一侧，第二单向轴承用于传递第二传动轴与锥齿轮三之间的扭矩。

一些实施例中，转动模块包括转动模块壳体和第一单向轴承，第一单向轴承对称分布在转动模块壳体内部的两侧，第一单向轴承用于传递转动模块壳体与第一传动轴之间的扭矩。

一些实施例中，滑动模块与第二传动轴采用滑键传递扭矩。

一些实施例中，第一传动轴、联轴器、单向联轴器、第二传动轴、锥齿轮一以及锥齿轮三在同一轴线上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明采用合理的结构设计，使得换向机构中的组件处于同一轴线上，具有体积小、可靠性高、维护便捷的特点，当滑动模块和转动模块受到往复摆动驱动时，第一传动轴始终能够输出单向转动，实现双向驱动、单向输出的功能。

2.本发明通过丝杆机构，能够根据外部连接设备的尺寸大小主动调整滑动模块和转动模块间的距离，增强整个装置的适用性。

3.本发明中第一单向轴承和第二单向轴承可根据装置承受的负载大小调整安装数量及安装位置，使得传动机构在满足较高承载能力的是同时拥有较小的体积和质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现传动机构的整体结构图；

图2为本发明主要体现传动机构实现滑动模块直线移动的运动示意图

图3为本发明主要体现转动模块的内部结构示意图；

图4为本发明主要体现齿轮箱的内部结构示意图；

图5为本发明主要体现单向联轴器的内部结构示意图；

图6为本发明主要体现丝杆机构的整体结构示意图。

图中所示：

第一传动轴1、轴承座2、转动模块3、转动模块壳体31、第一单向轴承32、联轴器4、齿轮箱5、锥齿轮一51、箱体52、锥齿轮二53、锥齿轮三54、单向联轴器6、单向联轴器壳体61、第二单向轴承62、滑动模块7、第二传动轴8、丝杆机构9、电机91、电机座92、挡板93、推力轴承94、轴承架95、螺母96、丝杆97、丝杆座98。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，根据本发明提供的一种具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，包括轴承座2、换向机构和丝杆机构9；两组换向机构对称布置在丝杆机构 9两侧，每一侧的换向机构均可通过滑动模块7和转动模块3连接外部机构，并随外部机构一同作往复摆动运动；轴承座2位于换向机构的两端，起到支撑和固定作用。

如图1-2所示，换向机构包括转动模块3、联轴器4、齿轮箱5、单向联轴器6、滑动模块7、第一传动轴1以及第二传动轴8，第一传动轴1穿过转动模块3后通过联轴器4与齿轮箱5连接，第二传动轴8穿过滑动模块7后通过单向联轴器6与齿轮箱5连接，且第一传动轴1和第二传动轴8位于同一轴线上。

如图3所示，转动模块3包括转动模块壳体31和第一单向轴承32，第一单向轴承32对称分布在转动模块壳体31内部的两侧，第一单向轴承32用于传递转动模块壳体31与第一传动轴1间的扭矩。优选的，无论滑动模块7和转动模块3是作顺时针转动还是逆时针转动，第一传动轴1均输出顺时针运动。如图5所示，单向联轴器6包括单向联轴器壳体61和第二单向轴承62，第二单向轴承62安置在单向联轴器壳体61内部的一侧，第二单向轴承62用于传递第二传动轴8与锥齿轮三54 间的扭矩。优选的，第一单向轴承32和第二单向轴承62可根据装置负载大小调整摆放位置和数量。

更为具体的，增加第一单向轴承32和第二单向轴承62的布置数量，可在不改变换向机构整体尺寸的前提下，提高换向机构所能承载的扭矩峰值。

如图4所示，齿轮箱5包括锥齿轮一51、箱体52、锥齿轮二53和锥齿轮三54，锥齿轮二53位于箱体52底部，锥齿轮一51与锥齿轮三54分别位于箱体52两侧，锥齿轮一51连接联轴器4，锥齿轮三54连接单向联轴器6，锥齿轮一51和锥齿轮三54分别与锥齿轮二53啮合。优选的，锥齿轮一51、锥齿轮三54、第一传动轴1 和第二传动轴8均在同一轴线上。更为具体的，齿轮箱5内部的锥齿轮组可由其他形式的能够实现换向功能的齿轮组代替。

如图6所示，丝杆机构9包括电机91、电机座92、挡板93、推力轴承94、轴承架95、螺母96、丝杆97和丝杆座98。丝杆97的两端分别通过电机座92和丝杆座98进行支撑连接，电机91连接于电机座92上。挡板93的两端通过轴承架95对称连接有推力轴承94，挡板93通过螺母96连接于丝杆97上，丝杆97连接电机91。

更为具体的，丝杆97的一端与电机91连接，与螺母96间采用螺纹连接，螺母 96固定在挡板93一侧，推力轴承94通过轴承架95固定在挡板93的两端，电机座 92和丝杆座98位于丝杆97两端，用于支撑和固定丝杆机构。优选的，滑动模块7 与第二传动轴8采用滑键连接，滑动模块7在沿着第二传动轴8作直线运动的同时，能够将扭矩传递给第二传动轴8。滑动模块7在丝杆机构9的驱动下，能够根据外部机构的尺寸大小主动调整与转动模块间的距离，提高装置的适用性。

工作原理：将滑动模块7和转动模块3连接外部结构输入往复摇摆运动，以换向机构的轴线为基准，滑动模块7和转动模块3在顺时针转动和逆时针转动之间切换；

当滑动模块7和转动模块3作顺时针转动时，第一单向轴承32将扭矩传递至第一传动轴1，在联轴器4作用下，锥齿轮一51作顺时针转动，同时锥齿轮三54作逆时针转动，第二传动轴8与滑动模块7采用固定连接，作顺时针转动，此时第二单向轴承62不传递扭矩；电机91驱动丝杆97旋转后，螺母96带动挡板93沿着丝杆97轴线作直线运动，挡板93通过轴承架95和推力轴承94，将作用力传递给滑动模块7，由此驱动两侧的滑动模块7沿着第二传动轴8作直线运动。

当滑动模块7和转动模块3作逆时针转动时，第二传动轴8作逆时针转动，第二单向轴承62将扭矩传递至锥齿轮三54，锥齿轮三54作逆时针转动，同时锥齿轮一51作顺时针转动，在联轴器4作用下，第一传动轴1作顺时针运动，由于转动模块3作逆时针转动，因此第一单向轴承32不传递扭矩。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，包括换向机构和丝杆机构(9)，所述换向机构对称连接于所述丝杆机构(9)的两侧，所述换向机构两端通过轴承座(2)支撑固定；

所述换向机构包括转动模块(3)、联轴器(4)、齿轮箱(5)、单向联轴器(6)、滑动模块(7)、第一传动轴(1)以及第二传动轴(8)，所述第一传动轴(1)穿过所述转动模块(3)后通过所述联轴器(4)与所述齿轮箱(5)连接，所述第二传动轴(8)穿过所述滑动模块(7)后通过所述单向联轴器(6)与所述齿轮箱(5)连接；

所述转动模块(3)和所述滑动模块(7)在外部设备输入下进行往复摆动运动，所述滑动模块(7)通过所述丝杆机构(9)在所述第二传动轴(8)上滑动。

2.根据权利要求1所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述丝杆机构(9)包括电机(91)、挡板(93)、推力轴承(94)、轴承架(95)、螺母(96)以及丝杆(97)，所述挡板(93)的两端通过所述轴承架(95)对称连接有所述推力轴承(94)，所述挡板(93)通过所述螺母(96)连接于所述丝杆(97)上，所述丝杆(97)连接所述电机(91)；

所述电机(91)驱使所述丝杆(97)进行转动，所述丝杆(97)的转动使所述挡板(93)进行直线运动，所述挡板(93)通过推力轴承(94)带动所述滑动模块(7)在所述第二传动轴(8)上做直线运动。

3.根据权利要求2所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述丝杆机构(9)还包括电机座(92)和丝杆座(98)，所述丝杆(97)的两端分别通过所述电机座(92)和所述丝杆座(98)进行支撑连接，所述电机(91)连接于所述电机座(92)上。

4.根据权利要求1所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述齿轮箱(5)包括锥齿轮一(51)、箱体(52)、锥齿轮二(53)和锥齿轮三(54)，所述锥齿轮二(53)位于所述箱体(52)底部，所述锥齿轮一(51)与所述锥齿轮三(54)分别位于所述箱体(52)两侧，所述锥齿轮一(51)连接所述联轴器(4)，所述锥齿轮三(54)连接所述单向联轴器(6)，所述锥齿轮一(51)和所述锥齿轮三(54)分别与所述锥齿轮二(53)啮合。

5.根据权利要求4所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述锥齿轮一(51)与所述锥齿轮三(54)在同一轴线上，所述锥齿轮二(53)的轴线与所述锥齿轮一(51)的轴线相垂直。

6.根据权利要求1或5所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述单向联轴器(6)包括单向联轴器壳体(61)和第二单向轴承(62)，所述第二单向轴承(62)安置在单向联轴器壳体(61)内部的一侧，所述第二单向轴承(62)用于传递所述第二传动轴(8)与所述锥齿轮三(54)间的扭矩。

7.根据权利要求1所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述转动模块(3)包括转动模块壳体(31)和第一单向轴承(32)，所述第一单向轴承(32)对称分布在所述转动模块壳体(31)内部的两侧，所述第一单向轴承(32)用于传递所述转动模块壳体(31)与所述第一传动轴(1)之间的扭矩。

8.根据权利要求8所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述滑动模块(7)与所述第二传动轴(8)采用滑键传递扭矩。

9.根据权利要求1所述具有单自由度的往复摆动变单向转动的传动机构，其特征在于，所述第一传动轴(1)、所述联轴器(4)、所述单向联轴器(6)、所述第二传动轴(8)、所述锥齿轮一(51)以及所述锥齿轮三(54)在同一轴线上。

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