CN114268203A - 同向双输出轴自由转动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同向双输出轴自由转动装置，包括壳体以及封装在壳体内的驱动机构、第一运动组件和第二运动组件，所述第一运动组件包括同轴设置且固定连接的第一运动机构和第一转轴，所述第二运动组件包括同轴设置且固定连接的第二运动机构和第二转轴，所述第一转轴还分别经第一轴承、第二轴承与外壳、第二转轴配合；所述第二转轴还经第三轴承、第四轴承与外壳配合。本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置通过对驱动机构、第一运动组件、第二运动组件以及相关轴承组的分布形式进行整体设计，解决了双输出轴对转甚至自由转动的问题，同时还提高了装置整体的稳定性和精度要求。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种同向双输出轴自由转动装置，属于机电涉及技术领域。
背景技术
目前在旋转运动系统中，大部分都是单输出轴的结构装置，这种旋转运动系统已经很成熟，但是将它尾端装上螺旋桨应用在航空或者航海的推进系统中，螺旋桨尾流中涡动能量无法得到利用，输出动力方面将会受到一定的限制，而将这种旋转运动系统改成双输出轴对转结构，前螺旋桨产生的未被有效利用的涡动能量在后一螺旋桨上得到了利用，可以提高有效推动力。
目前大部分对转输出轴结构采用反转齿轮机构，这种结构非常复杂，装配和密封性难度也很大，经过长期的研究，现在对转系统已经开始向直接驱动双输出轴方向转移。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种同向双输出轴自由转动装置，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种同向双输出轴自由转动装置，包括壳体以及封装在壳体内的驱动机构、第一运动组件和第二运动组件，
所述第一运动组件包括同轴设置且固定连接的第一运动机构和第一转轴，所述第二运动组件包括同轴设置且固定连接的第二运动机构和第二转轴，所述第一运动机构和第二运动机构沿轴向对应设置在所述驱动机构的两侧，且分别与所述驱动机构传动配合；所述第二转轴与第一转轴同向输出且同轴套设在所述第一转轴外部；以及
所述第一转轴还分别经第一轴承、第二轴承与外壳、第二转轴配合，使所述第一转轴可以自由转动，所述第一轴承和第二轴承沿第一转轴的轴向依次间隔设置在所述第一转轴的第一端部和第二端部之间；所述第二转轴还经第三轴承、第四轴承与外壳配合，使所述第二转轴可以自由转动，所述第三轴承、第四轴承沿第二转轴的轴向依次间隔设置在所述第一转轴的第三端部和第四端部之间，其中，所述第二端部和第四端部设置在同一端。
与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置通过对驱动机构、第一运动组件、第二运动组件以及相关轴承组的分布形式进行整体设计，解决了双输出轴对转甚至自由转动的问题，同时还提高了装置整体的稳定性和精度要求。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种同向双输出轴自由转动装置的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中提供的第一转轴/第二转轴的结构和受力原理示意图；
图3是本发明一典型实施案例中提供的一种同向双输出轴自由转动装置中第一运动组件的结构示意图；
图4是本发明一典型实施案例中提供的一种同向双输出轴自由转动装置中第二运动组件的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种同向双输出轴自由转动装置，可以解决双输出轴对转甚至自由转动的问题，还可以提高装置的稳定性和精度要求。
本发明实施例提供了一种同向双输出轴自由转动装置，包括壳体以及封装在壳体内的驱动机构、第一运动组件和第二运动组件，
所述第一运动组件包括同轴设置且固定连接的第一运动机构和第一转轴，所述第二运动组件包括同轴设置且固定连接的第二运动机构和第二转轴，所述第一运动机构和第二运动机构沿轴向对应设置在所述驱动机构的两侧，且分别与所述驱动机构传动配合；所述第二转轴与第一转轴同向输出且同轴套设在所述第一转轴外部；以及
所述第一转轴还分别经第一轴承、第二轴承与外壳、第二转轴配合，使所述第一转轴可以自由转动，所述第一轴承和第二轴承沿第一转轴的轴向依次间隔设置在所述第一转轴的第一端部和第二端部之间；所述第二转轴还经第三轴承、第四轴承与外壳配合，使所述第二转轴可以自由转动，所述第三轴承、第四轴承沿第二转轴的轴向依次间隔设置在所述第一转轴的第三端部和第四端部之间，其中，所述第二端部和第四端部设置在同一端。
在一些具体的实施方式中，所述第二转轴的第四端部自所述外壳内伸出，所述第一转轴的第二端部自所述第二转轴的第四端部伸出。
在一些具体的实施方式中，所述第二轴承、第四轴承分别对应设置在所述第一转轴、第二转轴的位置C处，所述第一转轴和第二转轴至少满足式1)-式6)中的一者：
M1为一转轴或第二转轴端部的转矩，L1为第一转轴或第二转轴轴向上的跨度，E为一转轴或第二转轴的弹性模量，Ic为第一转轴或第二转轴位置C处的惯性矩，θc1转轴受到转矩M1的作用下，在位置C处引起的转角；
F1为第一转轴或第二转轴轴端的作用力、b为第一转轴或第二转轴的位置C与第二端部或第四端部的距离、E为第一转轴或第二转轴的弹性模量；θc2为在F1的作用下引起第一转轴或第二转轴在位置C处的转角；
θc为第一转轴或第二转轴在位置C处的叠加转角；
ωc1为第一转轴或第二转轴在位置C处由于转角引起的挠度；
ωc2为第一转轴或第二转轴CD段在F1的作用下引起的挠度，D位置位于所述第一转轴的第二端部或第二转轴的第四端部；
ωc为第一转轴的第二端部或第二转轴的第四端部的叠加挠度。
在一些具体的实施方式中，所述外壳上还固定设置有第一连接机构，所述第一轴承同轴设置在所述第一连接机构与所述第一转轴之间，所述第一连接机构、第一转轴、第一轴承和第二轴承形成外伸梁结构；例如，所述第一连接机构可以是法兰。
在一些具体的实施方式中，所述外壳上还固定设置有第二连接机构，所述第三轴承、第四轴承同轴设置在所述第二连接机构和第二转轴之间，所述第二连接机构、第二转轴、第三轴承和第四轴承形成简支梁结构；例如，所述第二连接机构可以是法兰。
在一些具体的实施方式中，所述第二轴承对应设置在所述第三轴承与第四轴承之间的区域。
在一些具体的实施方式中，所述第二运动机构与所述第一转轴之间还同轴设置有第五轴承，所述第五轴承对应设置在所述第一轴承与第三轴承之间的区域。
在一些具体的实施方式中，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承和第五轴承为单个轴承或由两个以上轴承组合形成的轴承组合体。
在一些具体的实施方式中，所述第一运动机构和第二运动机构沿轴向对称设置在所述驱动机构的两侧，所述驱动机构为两侧单独驱动的合成体，所述驱动机构可对第一运动机构和第二运动机构分别进行驱动。
在一些具体的实施方式中，所述第一运动机构、第二运动机构、第一转轴和第二转轴同轴设置。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例所采用的驱动机构、轴承、法兰以及转轴等均可以通过市购获得，或者通过对市购获得的部件进行改进加工获得。
请参阅图1、图3和图4，一种同向双输出轴自由转动装置，包括壳体6以及封装在壳体6内的驱动机构1、第一运动机构2、第二运动机构3、第一转轴4和第二转轴5，所述第一运动机构2和第二运动机构3沿轴向对称设置在所述驱动机构1的两侧，且分别与所述驱动机构1传动配合，所述第一运动机构2还与第一转轴4固定连接，所述第一运动机构2与第一转轴4组成第一运动组件16并可同步自由转动，所述第二运动机构3与第二转轴5组成第二运动组件17并可同步自由转动，其中，所述第一转轴4和第二转轴5同向输出，所述第二转轴5同轴套设在第一转轴4的外部，且所述第一转轴4和和第二转轴5的一端部自所述外壳6内伸出。
在本实施例中，所述第一运动机构2和第二运动机构3沿轴向对称设置在所述驱动机构1的两侧，所述驱动机构1为两侧单独驱动的合成体，所述驱动机构可对第一运动机构2和第二运动机构3分别进行驱动，例如，所述驱动机构1可以是定子组件，所述第一运动机构2、第二运动机构3可以是转子组件。
在本实施例中，所述第一运动机构2、第二运动机构3、第一转轴4和第二转轴5均是同轴设置的。
在本实施例中，所述第一转轴4与外壳6、第二转轴5之间分别同轴设置有第一轴承9、第二轴承10，所述第一转轴4经第一轴承9、第二轴承10与外壳6、第二转轴5配合，使所述第一转轴4可以自由转动，所述第一轴承9和第二轴承10沿第一转轴4的轴向依次间隔设置在所述第一转轴4的第一端部和第二端部之间。
在本实施例中，所述第一轴承9、第二轴承10不仅可以对所述第一转轴4进行径向和轴向上的定位、支撑，还可以实现所述第一转轴4与第二转轴5以及外壳6的运动隔离，在保持第一转轴4结构稳定的同时，自由转动。
在本实施例中，所述外壳6上还固定设置有第一连接机构7，所述第一轴承9同轴设置在所述第一连接机构7与所述第一转轴4之间，所述第一连接机构7和第一转轴4在所述第一轴承9和第二轴承10的支撑下形成外伸梁结构14；例如，所述第一连接机构可以是法兰。
在本实施例中，所述第二转轴5与外壳6之间还同轴设置有第三轴承11和第四轴承12，所述第二转轴5经第三轴承11和第四轴承12与外壳6配合，使所述第二转轴5可以自由转动，所述第三轴承11和第四轴承12沿第二转轴5的轴向依次间隔设置在所述第二转轴5的第三端部和第四端部之间，其中，所述第二转轴5的第四端部与第一转轴4的第二端部设置在同一端，所述第二转轴5的第四端部自所述外壳6内伸出，所述第一转轴4的第二端部自所述第二转轴5的第四端部伸出。
在本实施例中，所述第三轴承11和第四轴承12不仅可以对所述第二转轴5进行径向和轴向上的定位、支撑，还可以实现所述第二转轴5与外壳6的运动隔离，在保持第二转轴5结构稳定的同时，自由转动。
在本实施例中，所述外壳6上还固定设置有第二连接机构8，所述第三轴承11、第四轴承12同轴设置在所述第二连接机构8和第二转轴5之间，所述第二连接机构8、第二转轴5、第三轴承11和第四轴承12形成简支梁结构15；例如，所述第二连接机构8可以是法兰。
在本实施例中，所述第二运动机构3与所述第一转轴4之间还同轴设置有第五轴承13，所述第五轴承13对应设置在所述第一轴承9与第三轴承11之间的区域，所述第二轴，10对应设置在所述第三轴承11与第四轴承12之间的区域。
在本实施例中，所述第一转轴4与第一轴承9、第二轴承10、第五轴承13对应的位置处还具有用于定位和限制轴承沿轴向运动的定位槽，所述第一轴承9、第二轴承10、第五轴承13的内圈与所述第一转轴4固定连接，请参阅图3，所述第一转轴4在周向上与第一轴承9、第五轴承13、第二轴承10这三个轴承对应的区域直径不同，且呈阶梯状依次减小；相应的，所述第二转轴5与第三轴承11、第四轴承12对应的位置处也具有用于定位和限位的定位槽。
在本实施例中，所述第一轴承9、第二轴承10、第三轴承11、第四轴承12和第五轴承13可以为单个轴承或由两个以上轴承组合形成的轴承组合体；所述第一轴承9、第二轴承10、第三轴承11、第四轴承12和第五轴承13可以是深沟球轴承、角接触球轴承或者其他形式的滚动轴承等。
在本实施例中，请参阅图2，所述第一转轴4和第二转轴5的结构可以是相近的，定义第一转轴4的第一端部、第二转轴5的第三端部的位置为A，所述第一轴承9于第一转轴4上的位置、第三轴承11于第二转轴5上的位置为B，所述第二轴承10于第一转轴4上的位置、第四轴承12于第二转轴5上的位置为C，所述第一转轴4的第二端部、第二转轴5的第四端部的位置为D，所述第一转轴4和第二转轴5至少满足式1)-式6)中的一者，
M1为一转轴或第二转轴端部的转矩，L1为第一转轴或第二转轴轴向上的跨度(即轴向上的长度)，E为一转轴或第二转轴的弹性模量，Ic为第一转轴或第二转轴位置C处的惯性矩，θc1转轴受到转矩M1的作用下，在位置C处引起的转角；
F1为第一转轴或第二转轴轴端的作用力、b为第一转轴或第二转轴的位置C与第二端部或第四端部的距离(即第一转轴4在第二轴承10处的支撑点与第一转轴4的第二端部之间的距离，或者，第二转轴5在第四轴承12处的支撑点与第二转轴5的第四端部之间的距离，亦可称之为伸出长度)、E为第一转轴或第二转轴的弹性模量；θc2为在F1的作用下引起第一转轴或第二转轴在位置C处的转角；
θc为第一转轴或第二转轴在位置C处的叠加转角；
ωc1为第一转轴或第二转轴在位置C处由于转角引起的挠度；
ωc2为第一转轴或第二转轴CD段在F1的作用下引起的挠度，D位置位于所述第一转轴的第二端部或第二转轴的第四端部；
ωc为第一转轴的第二端部或第二转轴的第四端部的叠加挠度。
由式6)可以看出挠度与M1，F1，b，L之间的关系，在具体应用时，可以根据实际需要的M1、F1确定b、L、ωc的关系，可以看出，b的影响因素大于L的影响因素，当b+L是一个定值时，b值越小、L值越大，则挠度也就越小，相应轴端跳动也就越小，转轴越稳定；也就是说，第一转轴和/或第二转轴的伸出段的长度越小，跨度越大，轴端的跳动越小，稳定性也就越好。
本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置，也可以被认为是一种盘式双转子对转电机。
本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置的第一运动机构和第二运动机构可独立运转，且第一运动机构和第二运动机构的输出轴(第一转轴和第二转轴)可以通向伸出；并且，本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置中的输出轴的稳定性更高，承载能力更大、旋转精度更高。
本发明实施例提供的一种同向双输出轴自由转动装置通过对驱动机构、第一运动组件、第二运动组件以及相关轴承组的分布形式进行整体设计，解决了双输出轴对转甚至自由转动的问题，同时还提高了装置整体的稳定性和精度要求。
需要说明的是，在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同向双输出轴自由转动装置，其特征在于包括壳体(6)以及封装在壳体(6)内的驱动机构(1)、第一运动组件(16)和第二运动组件(17)，
所述第一运动组件(16)包括同轴设置且固定连接的第一运动机构(2)和第一转轴(4)，所述第二运动组件(17)包括同轴设置且固定连接的第二运动机构(3)和第二转轴(5)，所述第一运动机构(2)和第二运动机构(3)沿轴向对应设置在所述驱动机构(1)的两侧，且分别与所述驱动机构(1)传动配合；所述第二转轴(5)与第一转轴(4)同向输出且同轴套设在所述第一转轴(4)外部；以及
所述第一转轴(4)还分别经第一轴承(9)、第二轴承(10)与外壳(6)、第二转轴(5)配合，使所述第一转轴(4)可以自由转动，所述第一轴承(9)和第二轴承(10)沿第一转轴(4)的轴向依次间隔设置在所述第一转轴(4)的第一端部和第二端部之间；所述第二转轴(5)还经第三轴承(11)、第四轴承(12)与外壳(6)配合，使所述第二转轴(5)可以自由转动，所述第三轴承(11)、第四轴承(12)沿第二转轴(5)的轴向依次间隔设置在所述第一转轴(4)的第三端部和第四端部之间，其中，所述第二端部和第四端部设置在同一端。
2.根据权利要求1所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第二转轴(5)的第四端部自所述外壳(6)内伸出，所述第一转轴(4)的第二端部自所述第二转轴(5)的第四端部伸出。
3.根据权利要求2所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第二轴承(10)、第四轴承(12)分别对应设置在所述第一转轴(4)、第二转轴(5)的位置C处，所述第一转轴(4)和第二转轴(5)至少满足式1)-式6)中的一者：
M1为一转轴(4)或第二转轴(5)端部的转矩，L1为第一转轴(4)或第二转轴(5)轴向上的跨度，E为一转轴(4)或第二转轴(5)的弹性模量，Ic为第一转轴(4)或第二转轴(5)位置C处的惯性矩，θc1转轴受到转矩M1的作用下，在位置C处引起的转角；
F1为第一转轴(4)或第二转轴(5)轴端的作用力、b为第一转轴(4)或第二转轴(5)的位置C与第二端部或第四端部的距离、E为第一转轴(4)或第二转轴(5)的弹性模量；θc2为在F1的作用下引起第一转轴(4)或第二转轴(5)在位置C处的转角；
θc为第一转轴(4)或第二转轴(5)在位置C处的叠加转角；
ωc1为第一转轴(4)或第二转轴(5)在位置C处由于转角引起的挠度；
ωc2为第一转轴(4)或第二转轴(5)CD段在F1的作用下引起的挠度，D位置位于所述第一转轴(4)的第二端部或第二转轴(5)的第四端部；
ωc为第一转轴(4)的第二端部或第二转轴(5)的第四端部的叠加挠度。
4.根据权利要求1或2所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述外壳(6)上还固定设置有第一连接机构(7)，所述第一轴承(9)同轴设置在所述第一连接机构(7)与所述第一转轴(4)之间，所述第一连接机构(7)、第一转轴(4)、第一轴承(9)和第二轴承(10)形成外伸梁结构。
5.根据权利要求1或2所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述外壳(6)上还固定设置有第二连接机构(8)，所述第三轴承(11)、第四轴承(12)同轴设置在所述第二连接机构(8)和第二转轴(5)之间，所述第二连接机构(8)、第二转轴(5)、第三轴承(11)和第四轴承(12)形成简支梁结构。
6.根据权利要求1所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第二轴承(10)对应设置在所述第三轴承(11)与第四轴承(12)之间的区域。
7.根据权利要求1或6所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第二运动机构(3)与所述第一转轴(4)之间还同轴设置有第五轴承(13)，所述第五轴承(13)对应设置在所述第一轴承(9)与第三轴承(11)之间的区域。
8.根据权利要求1所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第一轴承(9)、第二轴承(10)、第三轴承(9)、第四轴承(10)和第五轴承(13)为单个轴承或由两个以上轴承组合形成的轴承组合体。
9.根据权利要求1所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第一运动机构(2)和第二运动机构(3)沿轴向对称设置在所述驱动机构(1)的两侧，所述驱动机构(1)为两侧单独驱动的合成体，所述驱动机构(1)可对第一运动机构(2)和第二运动机构(3)分别进行驱动。
10.根据权利要求1所述的同向双输出轴自由转动装置，其特征在于：所述第一运动机构(2)、第二运动机构(3)、第一转轴(4)和第二转轴(5)同轴设置。
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