CN114754059B - 一种柔性传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性传动装置，包括柔性轴、运动转接元件和运动接受元件，所述柔性轴外包覆有弹性套层，所述柔性轴的端部与运动转接元件固定连接，所述柔性轴在弹性套层与运动转接元件之间预留有耦合段，所述运动转接元件插接在运动接受元件的第一容纳腔中，所述第一容纳腔的深处设有第二容纳腔，所述第二容纳腔容纳柔性轴穿出运动转接元件的冗余段，所述柔性轴旋转时，所述运动转接元件带动运动接受元件转动的同时沿运动接受元件轴向滑动。本发明柔性轴与运动元件之间设置运动转接元件，实现柔性轴与运动元件之间的自适应连接；运动元件设置冗余容纳空间，将柔性轴多余的部分，引导进入冗余容纳空间，避免切割，进而避免对柔性轴的破坏。

Description

一种柔性传动装置
技术领域
本发明涉及一种传动装置，尤其涉及一种柔性传动装置。
背景技术
在经皮跨瓣膜心室辅助系统中，泵体与电机间隔距离较远，而且由于系统本身的特点，需要采用柔性轴作为圆周运动的传递结构。
通常情况下，柔性轴与最终的运动元件之间采用刚性联接的方式传递动力，该方法比较简便可靠，制造和维护成本较低，是目前普遍被接收的连接方式，但该方法受到动力点到接受点之间距离长度以及旋转运动速度的限制，在高转速和远距离的情况下，由于柔性轴在运动状态下径向弯曲导致轴向长度缩短，以及随旋转速度的变化而造成长度收缩的变化，使得柔性轴由于轴向受力，导致柔性轴损坏或对应连接点脱落的现象，进而引起停机等严重后果。
同时，采用钢丝绳作为柔性运动接受元件，需要在柔性轴外设置多层弹性套层组成同心结构进行支撑，将旋转动力从电机输出端传递到泵体末端，由于钢丝绳的长径比巨大(接近2900：1)，同样多层弹性套层的长径比也是如此，在装配时多层弹性套层的长度与钢丝绳的长度有一定的匹配要求，需要预留设定长度的耦合段，但钢丝绳在制造过程中控制长度误差有一定的难度，因此，会将所有误差积累预留到装配，对钢丝绳过长的部分一般采用切割处理，钢丝绳采用由芯层和外围多股钢丝紧密缠绕并且在末端焊接的结构，一旦切割后，将引起钢丝松散和断股，进而钢丝绳传递动力能力下降，严重时钢丝绳完全断裂，泵体停止转动，造成严重医疗事故。因此，需要设计一种活动连接的自适应传动结构来满足使用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种柔性传动装置，柔性轴与运动元件之间设置运动转接元件，实现柔性轴与运动元件之间的自适应连接；运动元件设置冗余容纳空间，将柔性轴多余的部分，引导进入冗余容纳空间，避免切割，进而避免对柔性轴的破坏。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种柔性传动装置，包括柔性轴、运动转接元件和运动接受元件，所述柔性轴外包覆有弹性套层，所述柔性轴的端部与运动转接元件固定连接，所述柔性轴在弹性套层与运动转接元件之间预留有设定长度的耦合段，所述运动转接元件插接在运动接受元件的第一容纳腔中，将旋转运动传递到运动接受元件，所述第一容纳腔的深处设有第二容纳腔，所述第二容纳腔容纳柔性轴穿出运动转接元件的冗余段，所述柔性轴旋转时，所述运动转接元件带动运动接受元件转动的同时沿运动接受元件轴向滑动。
进一步地，所述运动转接元件包括径向定位单元和运动传递单元，所述径向定位单元为圆柱体；所述运动传递单元至少为2组，所运动传递单元轴向等间距设置在径向定位单元外表面；所述柔性轴的端部与径向定位单元同轴固定连接，所述径向定位单元与运动接受元件同轴设置，所述运动传递单元径向插入运动接受元件，所述径向定位单元中心设置有与柔性轴匹配的中心孔，所述柔性轴的端部设置在中心孔中固定。
进一步地，所述运动传递单元为六组或者四组，所运动传递单元对称设置在径向定位单元外表面形成花键。
进一步地，所述运动传递单元为两组，所运动传递单元对称设置在径向定位单元外表面形成两翼。
进一步地，所述运动接受元件为圆柱体，所述运动接受元件一端中心设有与径向定位单元匹配的定位槽，所述定位槽外周设有与运动传递单元匹配的插入槽，所述插入槽与定位槽连通形成第一容纳腔，所述定位槽的深度大于等于插入槽的深度，所述插入槽的深度大于运动转接元件的轴向长度。
进一步地，所述插入槽的深度为运动转接元件长度的1.5-2.5倍，使得所述运动转接元件插入运动接受元件中时，插入槽中留有冗余空间，所述冗余空间的轴向长度大于柔性轴旋转时的轴向收缩长度。
进一步地，所述第二容纳腔呈圆柱形，所述第二容纳腔与第一容纳腔同轴设置，所述第二容纳腔的直径为柔性轴直径的2.5-3倍；所述冗余段的长度为柔性轴长度的0.12％-0.15％，所述第二容纳腔的深度为冗余段长度的1.5-2倍。
进一步地，所述柔性轴与运动转接元件通过焊接、粘接、螺钉紧固或过盈压入的方式连接。
进一步地，所述柔性轴的直径范围为0.15mm-0.6mm，所述柔性轴由芯层和芯层外围的多股钢丝紧密缠绕并且在端部焊接而成。
进一步地，还包括设置在柔性轴、弹性套层、运动转接元件和运动接受元件外部的支撑壳体，所述支撑壳体在柔性轴耦合段上方设置有径向的观察孔。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的柔性传动装置，运动转接元件和运动接受元件插入式活动连接，在连接处沿轴向方向预留合适长度的冗余空间，柔性轴在高速旋转时产生轴向收缩由冗余空间吸收，避免柔性轴断裂或连接点脱落而造成不可接受的后果；在运动接受元件中设置容纳柔性轴冗余长度的第二容纳腔，无需切割柔性轴，避免切割引起柔性轴机械特性降低的结果；提高柔性轴的使用寿命，避免对病人的造成伤害；降低弹性套层与柔性轴之间耦合段长度的调整难度；运动传递方式新颖，传动可靠；结构简单，制造成本较低；适合大部分长距离柔性轴传动的场合。
附图说明
图1为本发明实施例中柔性传动装置结构示意图；
图2为本发明实施例中柔性传动装置部分剖视图；
图3为本发明实施例中柔性传动装置拆分图；
图4为本发明实施例中采用另一结构运动转接元件的柔性传动装置拆分图；
图5为本发明实施例中柔性传动装置应用示意图。
图中：1、柔性轴；2、运动转接元件；3、运动接受元件；4、弹性套层；5、支撑壳体；11、耦合段；12、冗余段；21、径向定位单元；22、运动传递单元；23、中心孔；31、定位槽；32、插入槽；33、冗余空间；34、第一容纳腔；35、第二容纳腔；51、观察孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明实施例中柔性传动装置结构示意图；图2为本发明实施例中柔性传动装置部分剖视图。
请参见图1和图2，本发明实施例的柔性传动装置，包括柔性轴1、运动转接元件2和运动接受元件3，所述柔性轴1外包覆有弹性套层4，所述柔性轴1的端部与运动转接元件2固定连接，所述柔性轴1在弹性套层4与运动转接元件2之间预留有设定长度的耦合段11，所述运动转接元件2插接在运动接受元件3的第一容纳腔34中，将旋转运动传递到运动接受元件3，所述第一容纳腔34的深处设有第二容纳腔35，所述第二容纳腔35容纳柔性轴1穿出运动转接元件2的冗余段12，所述柔性轴1旋转时，所述运动转接元件2带动运动接受元件3转动的同时沿运动接受元件3轴向滑动。
请同时参见图3和图4，本发明实施例的柔性传动装置，运动转接元件2包括径向定位单元21和运动传递单元22，所述径向定位单元21为圆柱体；所述运动传递单元22至少为两组，所运动传递单元22轴向等间距设置在径向定位单元21外表面；所述柔性轴1的端部与径向定位单元21同轴固定连接，所述径向定位单元21与运动接受元件3同轴设置，所述运动传递单元22径向插入运动接受元件3。
较优地，运动传递单元22为六组或者四组，所运动传递单元22对称设置在径向定位单元21外表面形成花键。由于柔性轴在高速旋转时，其长度的不确定性，需要在动力传递过程中，在主动元件与被动元件之间存在一个既能保证旋转运动被可靠传递，又可以在轴向方向有一定的位移，以适应柔性轴的长度变化，一般常用的结构为花键结构，花键结构可以为方形花键或者渐开线花键；花键结构具有传递力矩大，同心度精度高等优点。
由于花键结构的配合面很多，任何一处配合不当都会导致装配失败，因此，对花键的加工精度提出了极高的要求，另外，花键装配后接触面多，会增加轴向自适应调节的阻力。同时，在具体使用时，转速在10000转/分钟以上，甚至50000转/分钟，要求旋转部件的转动惯量越小越好，同轴度误差越小越好。而柔性轴传动系统为微型结构，运动接收元件3通常小于3mm，花键结构加工精度比较高，对加工设备提出相应的要求，制造成本提高，在渐开线花键中，运动接收元件3的内花键孔加工更为复杂。同时，对检验检测设备也提出较高的要求，提高了检测成本，花键结构的复杂性必然带来零件质量的增加，转动惯量也增大，高速旋转会产生振动。
为解决花键装配要求高的问题，考虑减少运动传递单元22的数量，将运动传递单元22设置为三组，简化了结构，传递力矩满足要求，装配较为方便，但运动接收元件3内孔加工较为复杂，加工精度不易控制，而且，该结构径向定位精度问题同样存在，同轴度误差使得部件在以40000转/分钟及以上的高速旋转时产生非常明显的高频振动和噪音，噪音超过60分贝。长期使用容易造成零部件的损坏。
更优地，运动传递单元22为两组，所运动传递单元22对称设置在径向定位单元21外表面形成两翼。运动转接元件，中间径向定位单元21呈圆柱状，对称的运动传递单元22形成两翼伸出。装配时，径向定位单元21与运动接收元件配合，实现径向中心定位，运动传递单元22插入，传递扭矩。大大降低了结构的复杂性，部件加工成本大幅降低，并且提高了传动精度、定位精度，在40000转/分钟工作时，噪音降至50分贝以下，提高了产品的使用寿命。
具体地，径向定位单元21中心设置有与柔性轴1匹配的中心孔23，所述柔性轴1的端部设置在中心孔23中固定；所述运动接受元件3为圆柱体，所述运动接受元件3一端中心设有与径向定位单元21匹配的定位槽31，所述定位槽31外周设有与运动传递单元22匹配的插入槽32，所述插入槽32与定位槽31连通形成第一容纳腔34。所述定位槽31的深度大于等于插入槽32的深度，所述插入槽32的深度大于运动转接元件2的轴向长度。
优选地，插入槽32的深度为运动转接元件2长度的1.5-2.5倍，使得所述运动转接元件2插入运动接受元件3中时，插入槽32中留有冗余空间33，所述冗余空间33的轴向长度大于柔性轴1旋转时的轴向收缩长度。保证有足够的冗余空间33供运动转接元件2自适应的轴向移动，而不脱离运动接受元件3。
请继续参见图2和图4，本发明实施例的柔性传动装置，第二容纳腔35呈圆柱形，所述第二容纳腔35与第一容纳腔34同轴设置，所述第二容纳腔35的直径为柔性轴1直径的2.5-3倍；所述冗余段12的长度为柔性轴1长度的0.12％-0.15％，所述第二容纳腔35的深度为冗余段12长度的1.5-2倍。保证第二容纳腔35有足够的空间容纳冗余段12。
优选地，柔性轴1与运动转接元件2通过焊接、粘接、螺钉紧固或过盈压入的方式连接。保证连接的牢固。
优选地，柔性轴1的直径范围为0.15mm-0.6mm，所述柔性轴1由芯层和芯层外围的多股钢丝紧密缠绕并且在端部焊接而成。
请同时参见图5，本发明实施例的柔性传动装置，还包括设置在柔性轴1、弹性套层4、运动转接元件2和运动接受元件3外部的支撑壳体5。运动传递单元22对位进入插入槽32比较困难，需要凭手感反复旋转和试插入，为保证合格率，装配工作时需要非常小心谨慎，装配耗时10分钟以上，尽管如此，还会导致大量不合格品的产生。因此，在支撑壳体5在柔性轴1耦合段11上方设置有径向的观察孔51。装配时可以通过观察孔51查看装配状态，观察各元件的相对位置和配合尺寸的精度，防止盲装配造成装配误差，装配工时显著减少，降至半分钟以内，装配平均效率提高10倍以上，装配合格率也提高至99％以上。在观察孔51处设置观察窗，观察窗由透明材质制成。在调试过程中，通过观察窗观察柔性传动装置在高速旋转过程中的细微变化，对设计参数的正确性提供可靠的理论依据。
综上所述，本发明实施例的柔性传动装置，运动转接元件2和运动接受元件3插入式活动连接，在连接处沿轴向方向预留合适长度的冗余空间33，柔性轴1在高速旋转时产生轴向收缩由冗余空间33吸收，避免柔性轴1断裂或连接点脱落而造成不可接受的后果；在运动接受元件3中设置容纳柔性轴1冗余长度12的第二容纳腔35，无需切割柔性轴1，避免切割引起柔性轴1机械特性降低的结果；提高柔性轴1的使用寿命，避免对病人的造成伤害；降低弹性套层4与柔性轴1之间耦合段11长度的调整难度；运动传递方式新颖，传动可靠；结构简单，制造成本较低；适合大部分长距离柔性轴1传动的场合。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种柔性传动装置，其特征在于，包括柔性轴、运动转接元件和运动接受元件，所述柔性轴外包覆有弹性套层，所述柔性轴的端部与运动转接元件固定连接，所述柔性轴在弹性套层与运动转接元件之间预留有设定长度的耦合段，所述运动转接元件插接在运动接受元件的第一容纳腔中，将旋转运动传递到运动接受元件，所述第一容纳腔的深处设有第二容纳腔，所述第二容纳腔容纳柔性轴穿出运动转接元件的冗余段，所述柔性轴旋转时，所述运动转接元件带动运动接受元件转动的同时沿运动接受元件轴向滑动；
所述运动转接元件包括径向定位单元和运动传递单元；所述运动接受元件一端中心设有与径向定位单元匹配的定位槽，所述定位槽外周设有与运动传递单元匹配的插入槽，所述插入槽与定位槽连通形成第一容纳腔，所述插入槽的深度大于运动转接元件的轴向长度。
2.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，所述径向定位单元为圆柱体；所述运动传递单元至少为两组，所述运动传递单元轴向等间距设置在径向定位单元外表面；所述柔性轴的端部与径向定位单元同轴固定连接，所述径向定位单元与运动接受元件同轴设置，所述运动传递单元径向插入运动接受元件，所述径向定位单元中心设置有与柔性轴匹配的中心孔，所述柔性轴的端部设置在中心孔中固定。
3.如权利要求2所述的柔性传动装置，其特征在于，所述运动传递单元为六组或者四组，所述运动传递单元对称设置在径向定位单元外表面形成花键。
4.如权利要求2所述的柔性传动装置，其特征在于，所述运动传递单元为两组，所述运动传递单元对称设置在径向定位单元外表面形成两翼。
5.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，所述运动接受元件为圆柱体，所述定位槽的深度大于等于插入槽的深度。
6.如权利要求5所述的柔性传动装置，其特征在于，所述插入槽的深度为运动转接元件长度的1.5-2.5倍，使得所述运动转接元件插入运动接受元件中时，插入槽中留有冗余空间，所述冗余空间的轴向长度大于柔性轴旋转时的轴向收缩长度。
7.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，所述第二容纳腔呈圆柱形，所述第二容纳腔与第一容纳腔同轴设置，所述第二容纳腔的直径为柔性轴直径的2.5-3倍；所述冗余段的长度为柔性轴长度的0.12%-0.15%，所述第二容纳腔的深度为冗余段长度的1.5-2倍。
8.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，所述柔性轴与运动转接元件通过焊接、粘接、螺钉紧固或过盈压入的方式连接。
9.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，所述柔性轴的直径范围为 0.15mm-0.6mm，所述柔性轴由芯层和芯层外围的多股钢丝紧密缠绕并且在端部焊接而成。
10.如权利要求1所述的柔性传动装置，其特征在于，还包括设置在柔性轴、弹性套层、运动转接元件和运动接受元件外部的支撑壳体，所述支撑壳体在柔性轴耦合段上方设置有径向的观察孔。
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