CN1151502C - 柔性传动轴装置、操纵记录媒体的系统和传动轴 - Google Patents

Abstract

一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，用来驱动盒式磁带。该装置包括一根具有两个传动端的传动轴，一个与盒式磁带接合的机构以及至少一个柔性膜片。由于膜片极薄，无法承受推力载荷，同时由于膜片的抗扭刚度当膜片中心沿轴向移出外周传动点时会急剧降低，因此设有一个机构，可操作地与每一个扭矩传递机构连接，用来传递施加在传动装置旋转轴线方向上的推力载荷。通过这种结构，传动装置能轻易校正驱动装置与盒式磁带盒之间的未能对准，从而提供可靠的转动力。

Description

柔性传动轴装置、操纵记录媒体的 系统和传动轴

本发明涉及一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴系统，用来转动诸如磁带、磁盘或视盘那样的记录媒体。

在磁带驱动中将驱动电动机连接到一个或多个卷带盘上至少有三种可供选择的方法。这些方法一般都会遇到偏心驱动的问题，但各自由不同途径进行解决。第一种选择是数据盒式磁带用的皮带驱动。虽然在该磁带盒内的皮带除了能解决偏心驱动问题外还具有更多的功能，但仍不失为解决此问题的一种途径。第二种选择是在所有录音和录像盒式磁带系统中采用的，就是让卷带盘在磁带盒内“浮动”。在这种系统内的卷带盘并不严格围绕磁带盒轴线旋转，而是能在一定范围内移动，以便与驱动轴线对准。通常，这种连接方法具有某种自对中心装置，例如星形齿轮，或卷带盘可作少许摆动(对录音和录像磁带盒)。第三种选择是使卷带盘围绕紧固在磁带盒壳体上的轴旋转，而使驱动轴的轴线调整到与磁带盒卷带盘对准。这种系统的优点是磁带在磁带盒内走带精确，导引良好，磨损废物少等等。值得注意的是，在第一种选择中，磁带走带也是在磁带盒内全都得到限定。

在第三种选择中，每个卷带盘都包括一根轴和一个在设计上与它紧密配合的轴承；但是如果磁带驱动机构(“磁带驱动”)与这根轴对不准的话，那么这根轴会轻微摆动。这种摆动使磁带走带不再可靠，从而降低磁带的录放质量。

有些磁带带盒在每一个卷带盘轴上连接着一个齿轮。在磁带驱动机构上类似地也有一对驱动齿轮，每一驱动齿轮分别与相应的卷带盘轴齿轮啮合以便完成驱动磁带的功能。除了上述的磁带性能下降外，驱动系统和卷带盘轴线对得不准还会造成齿轮间啮合不准。这会导致齿轮磨损并生成能够有害地影响系统效能的磨损废物。

偏心驱动问题是一个经典的机械学问题，在现有技术中存在着多种解决方案。例如，汽车的驱动系统通常采用一对万向接头和一个可伸缩接头来解决这个问题。农具和其他重型机械通常采用弹性接头来适应偏心。精密设备通常采用手风箱式联轴节、欧氏联轴节和星轮联轴节。但这些现有技术中没有一种能够用来解决磁带盒的偏心驱动问题。盒式磁带带盒用的磁带驱动机构必须具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度，并且必须能够支承推力载荷。为了使磁带盒卷带盘旋转，需要高抗扭刚度；为了防止倾斜扭矩施加在卷带盘轴上，需要小轴向偏转刚度。过大的倾斜扭矩会使卷带盘来回摆动。问题在于既要有小轴向偏转刚度，同时还要能支承必要的推力截荷以便作驱动连接。磁带驱动还必须做到速度恒定和滞后量小。为了走带可靠，从而使磁媒体进行录放，以上这两点是必需的。另外，还必须使磁带驱动机构与磁带盒驱动轴线精确连接，以便减少齿轮磨损和摩损废物的生成。

许多上面提到的与磁带驱动有关的问题同样适用于磁盘驱动或视盘驱动。这两种驱动接受的是磁盘或光盘。磁盘或光盘通常有一中心孔与驱动系统的卡爪咬合，用动力使卡爪旋转便可使磁盘或光盘旋转。盘驱动机构必须与盘中心轴线对准以便防止发生任何摆动而影响磁盘或光盘在播放或收录时所走路径。

本发明解决了上述记录媒体驱动的现有技术中存在的问题，办法是提供一种柔性传动轴装置，该装置即使在驱动轴和记录媒体盘之间的轴线未能对准的情况下也能可靠地转动记录媒体而完成传送功能(例如搜索或快进/快退)和录放操作。盒式磁带带盒由于具有一对装在带盒壳体的固定轴上的卷带盘，问题更难于解决。对磁带驱动机构与带盒卷带盘轴之间的偏心问题，本发明用一些元件的独特组合予以解决。该组合包括：一根在其旋转轴线上具有两个对向传动端的传动轴，一个具有旋转轴线的连接装置，例如齿轮，以及一对柔性膜片。本发明的一个重要特征是如何把这些不同的元件连接在一起而成为本发明的重要连接机构。有一套组件连接在传动轴的一个传动端上，连接到第一个柔性膜片上，再连接到一个旋转的动力源如电动机上。这套连接组件的特征是使扭矩从电动机通过柔性膜片传递到传动轴。另一套组件连接到传动轴的另一传动端上，连接到第二柔性膜片和连接装置、例如上述齿轮上。这套组件将扭矩从传动轴通过另一柔性膜片传递到连接装置上。可以看到，柔性膜片是本发明的重要元件，因为每一个膜片都传递着驱动记录媒体所需的扭矩。本发明对膜片形状独特的设计使它们不仅容易弯曲以适应轴线的偏移，而且还具有高抗扭刚度可以传递扭矩，使记录媒体旋转。但当膜片中心移出外周连结点所在平面时，抗扭刚度会迅即下降。为了解决这个问题，本发明独特地设有一个与膜片有联系的装置，以便传递轴向推力载荷，并使膜片中心维持在外周连结点所在平面中。

本发明的一个目的是要提供一种柔性传动轴系统，该系统能够容易和可靠地偏转以适应驱动系统和所要驱动物之间的轴线未能对准或轴线偏移。

另一个目的是提供一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴系统以便可靠地旋转记录媒体。

再一个目的是要提供一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，该装置即使在磁带驱动机构的轴线与任一卷带盘轴线发生偏移的情况下也能可靠地驱动盒式磁带盒的卷带盘。

另一个目的是提供一种可靠的记录媒体录放系统。

再一个目的是提供一种用于柔性传动系统的独特的柔性膜片。

本发明的目的可以通过以下措施实现：

一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，通过动力装置，驱动一个转动物，该传动轴装置包括：一根在其旋转轴线上具有两个对向传动端的传动轴；与转动物接合的机构；一个机构，可操作地连接到相应扭矩传递装置上，以便传递施加在所有旋转轴线上的推力载荷；一对柔性膜片，由第一柔性膜片和第二柔性膜片构成；第一机构，它将第一传动端连接到第一柔性膜片上，再连接到动力装置上，以便通过柔性膜片将动力装置的扭矩传递到传动轴上；第二机构，它将第二传动端连接到第二柔性膜片上，再连接到转动物的接合机构上，以便通过所说第二柔性膜片，将扭矩从传动轴传递到与转动物接合的机构上；因此，柔性传动轴装置能够发生偏转，以适应传动轴与转动物之间的未能对准或轴线偏移。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

设有与传动轴连接的机构，以便使所说传动端中的一个沿着所说旋转轴线伸缩。每一柔性膜片基本上都是圆的，具有一根基本上与旋转轴线一致的中心轴线；每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；以及一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片基本同心。还有另一个传动轴装置，包括：另一根传动轴，另一个接合机构，另一对柔性膜片，另一个传递扭矩用的第一和第二机构，以及另一个传递推力载荷的机构；还设有机构，与两个传动轴装置中的每一个都连接，使它们在横向上相互间隔一定距离而定位，而且它们的旋转轴线基本上互相平行；与所说每一套装置接合的机构为一齿轮。还设有机构，与两根传动轴的每一根都连接，以便使其一个传动端沿传动轴的旋转轴线伸缩。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

一种用来驱动记录媒体、具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，该装置包括：具有两个对向传动端以便在第一旋转轴线上旋转的传动轴机构；具有输出元件的动力源，该输出元件围绕第二旋转轴线旋转；具有第三旋转轴线、用来接合记录媒体的机构；一对柔性膜片，每个膜片都具有两个对向而基本上平行的平面；将两个膜片分别连接到传动轴机构的相应端的装置，使每一膜片的平面在一相应平面内伸展，而每一相应平面基本上都垂直于第一旋转轴线；第一机构，用来在一个通常与传动轴机构一端对向的位置上将动力源的输出元件连结到第一柔性膜片上，第一和第二旋转轴线基本上对准，以致扭矩能从输出元件通过第一柔性膜片传递到传动轴机构上；第二机构，用来将上述用来接合记录媒体的机构连接到第二柔性膜片上，第一和第三旋转轴线基本上对准，以致扭矩能从传动轴机构通过第二柔性膜片传递到用来接合记录媒体的机构上；以及装在第一膜片和第一连结机构之间以及装在第二膜片和第二连结机构之间的机构，用来传递第一、第二和第三旋转轴线方向上的推力载荷。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：每一柔性膜片基本上都是圆的，具有一根基本上与第一旋转轴线一致的中心轴线；每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；以及一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片基本上同心。每一个柔性膜片都是不锈钢的，厚度在.002-.010英寸之间。动力源为一具有定子和空心轴输出元件的电动机；定子装在两个柔性膜片之间，而传动轴机构穿过整个空心轴。传递推力载荷的机构至少为一对部分钢球，而该部分钢球有一部分固定连接在一个相应的连接机构上，其球形部分则可滚动地与传动轴机构上的相应端接合。每一个钢球的球形部分是在一个与相应柔性膜片的平面基本上一致的平面内与传动轴的相应端接合的。用来接合记录媒体的机构为一齿轮。传动轴机构包括可伸缩的机构，用来伸长两个对向端之间的距离。设有连接在可伸缩机构上的弹簧机构，用来促使接合记录媒体的机构离开动力源。设有可操作地连接在可伸缩机构上的退回机构，用来克服弹簧机构的弹力而把接合记录媒体的机构推向动力源。设有挡止机构，用来限制柔性膜片和传动轴机构之间的偏转角。每一个将柔性膜片连接到传动轴机构相应端上的机构都含有一个轮毂；第一连接机构和第二连接机构都含有一个轭架；以及每一轮毂都连接到相应柔性膜片的中心部分上，而每一轭架都连接到相应柔性膜片的外周部分上。每一柔性膜片基本上都是圆的，具有一根基本上与第一旋转轴线一致的中心轴线；每一柔性膜片在其中心和外周连接部分之间都有一个环形部分；每一柔性膜片的环形部分至少设有两对弧形槽孔；以及一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片基本上同心。每一个传递推力载荷的机构至少为一部分钢球，它的一部分固定在相应轭架上；每一轮毂固定在驱动轴机构上，形成其在该处的相应端；以及每一部分钢球的球形部分在一个平面上滑动地与相应轮毂接合，该平面基本上与相应的柔性膜片的平面一致。传动轴机构包括一个可伸缩机构，用来伸长对向端之间的距离。动力源为一具有定子和输出元件的电动机，且该输出元件为一空心轴，并且该定子位于两柔性膜片之间，该传动轴装置穿过该空心轴。在每一个轮毂和轭架之间设有与它们连接的挡止机构，以便限制柔性膜片与传动轴机构之间的偏转角。接合记录媒体用的机构为一齿轮。设有与可伸缩机构连接的机构以便来回伸缩与记录媒体接合的机构。每一个柔性膜片都是不锈钢的，厚度在.002-.080英寸之间。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

一种操纵记录媒体的系统，该记录媒体具有接受驱动机构，使记录媒体转动，该系统包括：一个系统工作站；设在工作站内用来接受记录媒体机构的容器机构；装在工作站上可与接受驱动机构接合使记录媒体转动的传动装置，该装置包括：具有对向的传动端以便在第一旋转轴线上旋转的传动轴机构；一个动力源，其输出元件具有第二旋转轴线；接合记录媒体接受驱动机构用的机构，该接合机构具有第三旋转轴线；第一柔性膜片和第二柔性膜片，每一柔性膜片都具有对向而平行的两个平面；与动力源的输出元件，第一柔性膜片和传动轴机构的第一端连接的第一机构，用来将从动力源来的扭矩通过第一柔性膜片传递到传动轴机构上，第一柔性膜片因受扭矩而偏转，借以校正第一和第二旋转轴线之间的未能对准；以及与传动轴机构的第二端、第二柔性膜片和接合接受驱动机构用的机构连接的第二机构，用来将扭矩从传动轴机构通过第二柔性膜片传递到所说接受驱动机构，第二柔性膜片因受扭矩而偏转，借以校正第一和第三旋转轴线之间的未能对准。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

所述动力源具有开、关和变速诸种方式；与所说动力源连接、用来控制所说方式的控制机构；以及与上述控制机构连接、用来使记录媒体机构自动操作的计算机机构。设有与传动轴机构连接的机构，用来使接合机构与接受驱动机构接合或不接合。每一柔性膜片都基本上是圆的，具有一根与驱动轴机构基本上一致的中心轴线；每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片基本上同心；以及设有可操作地与第一机构和第二机构连接的机构，用来传递第一、第二和第三旋转轴线方向上的推力载荷，以便消除加在每一柔性膜片上的应力。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

一根传动轴，其特征在于，该轴包括：至少一个用来传递扭矩载荷的柔性膜片；用来传递轴向载荷和扭矩载荷的第一和第二传动元件；第一传动元件与膜片的中心部分连接，而第二传动元件与膜片的外周部分连接；与第一和第二传动元件接合的轴向载荷传递机构，用来传递其间的轴向载荷。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

该膜片具有一个中心孔；轴向载荷传递机构通过这个膜片上的中心孔与第一传动元件接合。轴向载荷传递机构至少包括一个钢球的一部分，该钢球部分固定地连接在一个传动元件上，同时又可滑动地与另一个传动元件接合。膜片具有一个通常为平的表面；钢球具有一个与所说另一传动元件可滑动地接合的球形表面；以及钢球球面与所说另一传动元件接合的位置通常就在上述膜片平面内。膜片是不锈钢的，厚度在.003-.005英寸之间。

从下面结合附图进行的详细说明中，上述目的以及其他目的将可得到更好理解。

在附图中：图1为说明现有技术背景情况的概略图。

图2为说明本发明在解决驱动装置和卷带盘轴之间偏心问题上所用原理的概略图。

图3为本发明的一个实施例的概略图。

图4为传动装置的一个柔性接头的概略图。

图5为用于传动装置接头的一个柔性膜片的平面视图，从图上可以看到其细部构造。

图6为传动装置与一个磁带卷带盘连接的概略图，用来说明柔性膜片的设计参数。

图7为柔性传动轴装置的侧视图。

图8为柔性传动轴装置的等角视图。

图9为柔性传动轴装置的等角视图，其中有些部分已经大致沿图8中的两个IX-IX平面剖开以便示出各个细节。

图10表示出一种用来限制柔性膜片偏转角的挡止块的概略图。

图11表示出另一种用来限制柔性膜片偏转角的挡止块的分解概略图。

图12为图11的XII-XII向视图。

图13为图11的XIII-XIII向视图。

图14为本发明改进型的概略图，其中，电动机的空心轴套在传动轴外，借以减少传动装置的长度。

图15为一磁带驱动系统的概略图，该系统有一盒式磁带带盒室、一对传动轴装置以及使传动轴装置连接和脱离卷带盘轴的装置。

图16为图15的俯视概略图。

图17为操作盒式磁带带盒使它完成各种录放功能的一种示范性系统的方框图。

下面这些附图示出本发明用于磁带器件的情况，在该器件中应用已知的磁学或光学方法，一般将信息写入磁带或从磁带上读出。这种磁带卷绕在单独的磁带盘上并存放在被称为卡型盒式磁带带盒(cassettes)或盒式磁带带盒(cartridges)的单盘式或双盘式磁带容器内。由盒式磁带带盒和磁带驱动机构为任一种磁带限定的磁带路径上有一个与磁带紧靠的磁头，磁头上有一个或多个转换元件以便读写磁带。转动磁带容器内的卷带盘，便能驱动磁带走过磁头。

现在参阅附图，在附图中相同的标号在所有视图中都代表相同的或相似的部件。图1画出一个驱动卷带盘22用的装置20。该磁带驱动装置20有一个与电动机28输出轴26连接的星形齿轮24。输出轴26有一旋转轴线30。卷带盘22也有一个星形齿轮32，它安装在与盒式磁带带盒壳体38连结的轴36上，可环绕轴线34旋转。从图1可以看到电动机轴线30和卷带盘轴线34未能对准。这使星形齿轮24与32不正确地啮合。结果卷带盘22会在其轴线34上摇动而两齿轮间出现磨损。这是高性能系统不能接受的。

图2说明当在电动机轴线30和卷带盘轴线34之间存在侧向偏移时本发明对准驱动轴装置的原理。为此，用一个柔性传动组件40使电动机轴26与星形齿轮驱动轮24相连结。该传动组件具有一对柔性接头42和44，将传动轴组件46的一端连接到电动机轴26而将传动轴组件46的另一端连接到星形齿轮24。在传动轴46上还设有可伸缩接头48。由于接头42和44可弯折，即使卷带盘轴线34偏离电动机轴线30，传动组件40也能对准卷带盘轴线。

图3为示出本发明进一步细节的另一个概略图。如图所示，柔性传动组件40包括一个具有对向传动端50和52的传动轴组件46。其上可设置一对柔性膜片54和56，每一膜片的对向两面基本上都是平的，这一点后面还要细说。膜片在不被弯曲时是平的。本发明将这两个膜片54和56分别连接到各自的轴端50和52上，使每一个膜片的平面各自在一个基本上垂直于传动轴26旋转轴线30的侧向平面上伸展。将轴底端50连接到膜片54上的机构包括轮毂58，用螺栓60将此轮毂拧紧在膜片54上。而将另一轴端52连接到膜片56上的机构包括轮毂62，用螺栓63拧紧在膜片56上。

柔性传动轴装置的星形齿轮24与磁带卷带盘22上的卷带盘星形齿轮32啮合。本发明使星形齿轮24与柔性膜片56在一个与传动轴端52对向的位置上进行连接。该连接方式是把轭架64外端用螺栓66等适当办法连接到柔性膜片56的外周位置上。轭架64在下面还要详说。传动装置40的动力是由电动机28的输出元件例如电动机轴26供给的。本发明还使电动机轴26与另一个柔性膜片54连接。这一连接是把另一个与轭架64相同的轭架68的外端用螺栓70等适当办法固定到柔性膜片54的外周位置上。

应该注意的是，轮毂54和轭架68与柔性膜片54的这种复合连接能将电动机28的扭矩通过柔性膜片54传递到传动轴组件46上。同样，轮毂62和轭架64与柔性膜片56的复合连接能将传动轴组件46的扭矩通过柔性膜片56传递到星形齿轮24上。膜片54和56按照设计是很薄的，下面还要详说。这种薄的结构使它们能够随意弯曲以便适应轴线30和34间的未能对准。但是由于这种薄的结构，柔性膜片无法承受作用在电动机轴26、传动轴组件46和星形齿轮24旋转轴线上的轴向力(图2)。为了解决这个问题，柔性接头42和44设有能够传递作用在所有上述旋转轴线上的推力载荷的设施。最好用一对钢球或球形部72和74来传递推力载荷，钢球的削平部用一种适当的办法例如环氧树脂粘结连结在轭架68和64的中心部上，而钢球的球形部则与轴端50和52接合，通过轮毂58和62将来自电动机轴26的轴向载荷传递到传动轴组件46，再从传动轴组件46传递到轭架和星形齿轮64和24。这样安排就可消除施加在柔性膜片54和56上的轴向应力。

图3的示范性传动轴组件还可上下伸缩，改变其两端50和52间的距离。伸缩性是由一根可在空心筒78内来回滑动的圆棒76提供的，圆棒76固定在轮毂58上，而空心筒78固定在轮毂62上。圆棒76上有一横向放置的销钉80嵌合在空心筒78的槽82内。空心筒78的外周套有环形颈圈84。压缩弹簧85设在凸缘84和轮毂58之间，使传动轴星形齿轮24与卷带盘星形齿轮22啮合。通过这种伸缩结构，柔性传动组件40能够施加必要的推力，使星形齿轮24和32正确啮合。为了脱离啮合并使星形齿轮24从卷带盘星形齿轮32上撤回，可设一可操作地连接到可伸缩传动轴组件46上的缩回组件，以便克服压缩弹簧的弹力，并将星形齿轮24推向电动机28。该缩回组件包括一个位于颈圈84的上方、套在空心筒78外周的轭架86。轭架86用轴90连接到一个纵向螺线管88上。开动螺线管88，轭架向下移动压在颈圈84上，从而使星形齿轮24从星形齿轮32上撤回。

图4为两个柔性接头中的一个的简化概略图，示出电动机轴26连接到轭架68，再连接到膜片54，然后再连接到传动轴组件46的情况。从图上可以看到轴线26和46的未能对准如何能被柔性膜片54的偏转完全消化的情况。而图3则可说明在这些轴线上的轴向载荷对膜片所起的破坏作用。这一问题由固定在轭架68中心的球形部72在传动轴组件46底端50上的滚动作用所解决。这种滚动作用实际作用在形成传动轴组件46端头50的轮毂58上。要点是钢球72的球形部须和轴端50在一个与柔性膜片54两个平面之间的中间平面基本同一的平面上接合。这种结构表示在图4中，其中膜片54用一粗线来代表。采用这种结构，即使由于轴线26和46未能对准以致柔性膜片54被偏转，在钢球72和轴端50之间也只有滚动作用。如果接合平面处于柔性膜片54的上方或下方，那么在球形部72和轴端50之间就会产生不希望有的摩擦作用，结果造成磨损和磨损废物。另一个钢球74和轴端52与柔性膜片56之间的结构也是如此(见图3)。

图5为柔性膜片54或56的俯视图。为便于说明，采用54的标号，但该说明对两个柔性膜片都是适用的。如图5所示，膜片54为一基本上是平的、一般为圆形、共有中心轴线92的元件。柔性膜片元件54在其中心轴线92上有一中心孔94使球形部72(见图4)能直接与轴端50接合。膜片元件54至少有两对环绕中心孔94的弧形槽孔96和98，每一对槽孔的弧长基本相同。一对槽孔98位于一内圆上而另一对槽孔96位于一外圆。两对槽孔所在的圆都是环绕中心轴线而相互同心的。并且每一对槽孔都对称于中心轴线92，由此可以定出将每一对槽孔的弧长等分为二的各自的对称轴线100和102。如图5所示，这两对称轴线100和102以中心轴线92为中心相互偏离90度。膜片元件54上还可具有一对安装孔104，这对安装孔位在外面一对槽孔96的对称轴线102上，分别离开中心轴线92沿直径的相反方向外移而座落在槽孔96的外面。膜片元件54上还可在中心孔94和内圆槽孔对98之间具有多个安装孔106。安装孔104可用来穿过螺栓70和66，而安装孔106可用来穿过螺栓60和63。经发现，用不锈钢制成的厚度在.002到.010英寸之间的膜片元件具有最佳抗扭和偏转功能。应该指出，在某些实施例中膜片54和56及其上的孔可以不是圆形的。

图6用来说明根据某些参数确定不锈钢柔性膜片54的最佳厚度的示范性设计标准。柔性接头42和44具有抗扭刚度，用来将旋转矩扭传递到卷带盘上。这两接头能提供高扭矩、维持良好的张力控制、并消除扭转的摆动，该摆动对磁带走速和张力伺服机构产生不利影响。第二种扭矩为作用在不同方向上的“卷带盘斜倾”扭矩。这种倾斜扭矩必须维持在低值，使卷带盘在使用时处在一个严格限定的唯一位置上而不是在其轴线上摇动。如联轴节弯折灵活，能适应轴线偏移，倾斜扭矩便能减至最低。总的轴向(推力)负载和轴线的偏移量也会影响倾斜扭矩。作用在卷带盘上的净倾斜扭矩具有三个组成部分，即：1)由于磁带张力而产生的扭矩 $N_{\mathrm{ten}}=\frac{\mathrm{TW}}{2}$ ，其中T＝磁带张力，W＝磁带宽度；2)由于偏心的推力载荷而产生的扭矩N_thr＝Lhsinθ，其中L＝推力载荷，h＝枢支高度，θ＝偏转角；及3)由于柔性膜片的弯曲而产生的扭矩N_flx＝Kθ，其中K＝柔性膜片的偏转扭矩常数，θ＝偏转角。达到稳定的条件为N_ten＞N_thr+N_flx。磁带卷带盘带盒的典型推力：最大值为载荷L为2牛顿，最大偏转角θ为1.6°，磁带宽度W为8毫米，最大磁带张力t为2.5盎司，枢支高度h为15毫米。可以看到，在稳定条件中，由磁带张力而产生的扭矩总是处在支配地位，从而使卷带盘22相对轴36倾向处在恒定位置上。就上面这些参数而言，由磁带张力产生的扭矩约为.003牛顿米，而由偏心轴线载荷而产生的最大扭矩为.0008牛顿米。对于一个直径为20毫米的柔性膜片来说可以得到下列偏转常数，即：1).003英寸厚的高强度不锈钢为.0001牛顿米/度，及2).005英寸厚的高强度不锈钢为.0008牛顿米/度。如果在任一方向上容许偏转1.6度，那未显然可见，这两种不锈钢柔性薄膜片都足以防止卷带盘倾斜。在这些条件下，使用．005英寸厚的材料为最佳，因为它在不使卷带盘倾斜的条件下可以提供最大的耐久性和抗扭刚度。

本发明的另外的细节表示在图7、8和9中。如图8所示，螺栓70最好能沿等分外圈槽孔96的对称轴线102(见图5)把柔性膜片54固定在轭架68上。当环绕槽孔98的对称轴线100(见图5)发生偏转时，通过上述结构，由于起抵抗弯曲作用的是膜片的两槽孔96之间的实心部分107，所以膜片54的偏转效果最佳。而当环绕槽孔96的对称轴线102(见图5)发生偏转时，扭矩从两个槽孔96之间的实心部分107转移到两个槽孔98之间的实心部分108，仍然可以得到良好的偏转性能。总之，由于成对槽孔96和98之间实心部分107和108的存在，即使柔性膜片被偏转，仍可得到良好的驱动扭矩。这同样适用于柔性膜片52。如图9所示，钢球72和74可采用整球而不是一部分球体，并可用任何简单方法，例如环氧树脂粘结固定在各自的颈圈凹膛109和110内。并且，如图9所示，星形齿轮24可用螺栓112固定在颈圈64上。如图8和9所示，电动机输出轴26可用轴套114和定位螺钉或销钉116固定在轭架68上。图7示出与颈圈84接合的轭架86，该轭架可用螺线管88操作，需要时克服弹簧85的弹力，使星形齿轮24退回。图8和9清楚表明，轭架68只是夹牢膜片54外周环的一部分，而轮毂58则夹牢膜片的整个内周环。另一膜片52也是同样结构。

图10和11概略表示出在柔性接头42或44(见图3)上采用的挡止机构，以便限制柔性膜片54或56与传动轴装置46之间的偏转角。如图10所示，挡止机构包括一块固紧在轮毂58侧边位置上的圆板118，以及穿过板孔122的螺栓120，用螺纹拧入颈圈68内。孔122在螺栓120周围留有间隙，使柔性膜片54只能偏转到板118碰到螺栓头之一的底部为止。这是图3、7、8和9中所示本发明的实施例可能采用的一种挡止机构。另一种可能的挡止机构在图11、12和13中示出，在该机构中，不用轭架68而用一块具有槽孔126的圆板124横向连接在电动机轴26上。同时不用图3、7、8和9所示的轮毂58而用一块圆板128连接在杆76的底部，该圆板上设有钩部130，可以伸入到槽孔126内。当这种挡止机构组装好以后，柔性膜片54的偏转如果超过某一点，那么钩部130中的一个就会碰到圆板124的底部，从而限制了偏转角。应该指出，在这后一种挡止机构中，轮毂58和62也可分别用轭架64和68来替代，但仍符合本发明的精神。

本发明的改进型如图14所示，其中，电动机28有一空心轴132。部件68可由含有柔性膜片54的环形元件和球形部72组成，并可形成一轮毂以与空心轴132的底部连接。传动轴组件46用轮毂58与柔性膜片54连接并且沿轴向穿过电动机空心轴与柔性膜片52连接。本发明的这种改进型可以减少柔性传动轴装置的高度，便于在有限空间内使用。另外，当空间有限时，在电动机和磁带卷带盘之间可能没有足够的空档安放合适长度的中间轴46(例如图3)。如果中间轴很短，那么对于一定的偏移量，偏转角θ(见图6)就要比长中间轴时大。θ角变大有两个不利影响；倾斜扭矩增大，而膜片会更少呈平面形，以致抗扭刚度减低。因此，本改进型也可用来增加两偏转薄膜片之间的长度，借以减小偏转角。

图15、16和17图示本发明用于记录媒体工作系统，例如盒式磁带录音机的情况。该系统可以完成多种功能，例如录放磁带，快进和快退等功能，并可使柔性传动装置从盒式磁带带盒退出。如图所示，该系统有一磁带驱动机构，并有一顶部被剖开如136的小室134。一通常的接受机构138装在小室134内，以便安放盒式磁带带盒140。该带盒具有上述连接在磁带卷带盘上的星形齿轮32。连接在一对隔开一定距离排列的柔性传动组件40上的星形齿轮24与星形齿轮32啮合，以便按照本发明来驱动带盒内的磁带。电动机28和螺线管88可安装在小室的底部，如图16所示。电动机28设有开关和变速诸种方式。如图17所示，控制器141连接在电动机28上以便控制这些方式。另外，控制器还可与螺线管88连接，以便控制柔性传动轴的星形齿轮24，使它们从磁带带盒的星形齿轮32上退出。如图16和17所示，有一读/写转换器磁头142装在小室134内，以便对带盒140的磁带进行通常的操作。控制器140还可与此磁头142连接，以便操纵录放组件144。如果需要自动化，可将一个经过适当编程的计算机146连接在控制器141上，以便完成各种驱动操作。

因此很显然，本发明特别适用于在磁带带盒与驱动机构未能对准时对盒式磁带录音机进行可靠的驱动。但是应该指出，本发明也能用于磁盘和光盘驱动以及其他项目上，例如即使轴线未能对准，仍然需要可靠旋转的精密测试或精密工具设备。本发明特别能提供大转矩，而同时由于偏转而产生的角扭矩却很小。之所以能做到这一点，不仅是由于组件本身是独特的，而且还由于它们的总体组合方式也是独特的。本发明特别适用于图15、16所示那样要求磁带走带可靠的实施例。另外，本发明可以防止组件磨损和由此而产生的能使系统寿命缩短的磨损废物。

虽然本发明是用具体的实施例来说明的，发明人预料，对于本行业的一般行家来说，将本发明的各种组件进行修改和替代的事完全可能发生，这种情况仍应属于本发明的范围，本发明的范围仅由下述权利要求限定。

Claims (34)

1.一种具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，通过动力装置，驱动一个转动物，该传动轴装置包括：

一根在其旋转轴线上具有两个对向传动端的传动轴；

与转动物接合的机构；

一个机构，可操作地连接到相应扭矩传递装置上，以便传递施加在所有旋转轴线上的推力载荷；其特征在于，还包括：

一对柔性膜片，由第一柔性膜片和第二柔性膜片构成；

第一机构，它将第一传动端连接到第一柔性膜片上，再连接到动力装置上，以便通过柔性膜片将动力装置的扭矩传递到传动轴上；

第二机构，它将第二传动端连接到第二柔性膜片上，再连接到转动物的接合机构上，以便通过所说第二柔性膜片，将扭矩从传动轴传递到与转动物接合的机构上；

因此，柔性传动轴装置能够发生偏转，以适应传动轴与转动物之间的未能对准或轴线偏移。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设有与传动轴连接的机构，以便使所说传动端中的一个沿着所说旋转轴线伸缩。

3.按权利要求1所述的装置，其特征在于，每一柔性膜片都是圆的，具有一根与旋转轴线一致的中心轴线；

每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；以及一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片基本同心。

4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，还有另一个传动轴装置，包括：另一根传动轴，另一个接合机构，另一对柔性膜片，另一个传递扭矩用的第一和第二机构，以及另一个传递推力载荷的机构；

还设有机构，与两个传动轴装置中的每一个都连接，使它们在横向上相互间隔一定距离而定位，而且它们的旋转轴线互相平行；

与所说每一套传动轴装置接合的机构为一齿轮。

5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，还设有机构，与两根传动轴的每一根都连接，以便使其一个传动端沿传动轴的旋转轴线伸缩。

6.一种用来驱动记录媒体、具有高抗扭刚度和小轴向偏转刚度的柔性传动轴装置，该装置包括：

具有两个对向传动端以便在第一旋转轴线上旋转的传动轴机构；

具有输出元件的动力源，该输出元件围绕第二旋转轴线旋转；

具有第三旋转轴线、用来接合记录媒体的机构；

其特征在于，还包括：

一对柔性膜片，每个膜片都具有两个对向而平行的平面；

将两个膜片分别连接到传动轴机构的相应端的装置，使每一膜片的平面在一相应平面内伸展，而每一相应平面都垂直于第一旋转轴线；

第一机构，用来在一个通常与传动轴机构一端对向的位置上将动力源的输出元件连结到第一柔性膜片上，第一和第二旋转轴线对准，以致扭矩能从输出元件通过第一柔性膜片传递到传动轴机构上；

第二机构，用来将上述用来接合记录媒体的机构连接到第二柔性膜片上，第一和第三旋转轴线对准，以致扭矩能从传动轴机构通过第二柔性膜片传递到用来接合记录媒体的机构上；以及

装在第一膜片和第一机构之间以及装在第二膜片和第二机构之间的机构，用来传递第一、第二和第三旋转轴线方向上的推力载荷。

7.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一柔性膜片都是圆的，具有一根与第一旋转轴线一致的中心轴线；

每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；以及

一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片同心。

8.按权利要求7所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一个柔性膜片都是不锈钢的，厚度在.002-.010英寸之间。

9.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

动力源为一具有定子和空心轴输出元件的电动机；

定子装在两个柔性膜片之间，而传动轴机构穿过整个空心轴。

10.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

传递推力载荷的机构至少为一对部分钢球，而该部分钢球有一部分固定连接在一个相应的连接机构上，其球形部分则可滚动地与传动轴机构上的相应端接合。

11.按权利要求10所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一个钢球的球形部分是在一个与相应柔性膜片的平面一致的平面内与传动轴的相应端接合的。

12.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

用来接合记录媒体的机构为一齿轮。

13.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

传动轴机构包括可伸缩的机构，用来伸长两个对向端之间的距离。

14.按权利要求13所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

设有连接在可伸缩机构上的弹簧机构，用来促使接合记录媒体的机构离开动力源。

15.按权利要求14所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

设有可操作地连接在可伸缩机构上的退回机构，用来克服弹簧机构的弹力而把接合记录媒体的机构推向动力源。

16.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

设有挡止机构，用来限制柔性膜片和传动轴机构之间的偏转角。

17.按权利要求6所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一个将柔性膜片连接到传动轴机构相应端上的机构都含有一个轮毂；

第一机构和第二机构都含有一个轭架；以及

每一轮毂都连接到相应柔性膜片的中心部分上，而每一轭架都连接到相应柔性膜片的外周部分上。

18.按权利要求17所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一柔性膜片基本上都是圆的，具有一根与第一旋转轴线一致的中心轴线；

每一柔性膜片在其中心和外周连接部分之间都有一个环形部分；

每一柔性膜片的环形部分至少设有两对弧形槽孔；以及

一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片同心。

19.按权利要求18所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一个传递推力载荷的机构至少为一部分钢球，它的一部分固定在相应轭架上；

每一轮毂固定在驱动轴机构上，形成其在该处的相应端；以及

每一部分钢球的球形部分在一个平面上滑动地与相应轮毂接合，该平面与相应的柔性膜片的平面一致。

20.按权利要求19所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

传动轴机构包括一个可伸缩机构，用来伸长对向端之间的距离。

21.按权利要求20所述的柔性传动轴装置，其特征在于，动力源为一具有定子和输出元件的电动机，且该输出元件为一空心轴，并且该定子位于两柔性膜片之间，该传动轴装置穿过该空心轴。

22.按权利要求21所述柔性传动轴装置，其特征在于，

在每一个轮毂和轭架之间设有与它们连接的挡止机构，以便限制柔性膜片与传动轴机构之间的偏转角。

23.按权利要求22所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

接合记录媒体用的机构为一齿轮。

24.按权利要求23所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

设有与可伸缩机构连接的机构以便来回伸缩与记录媒体接合的机构。

25.按权利要求24所述的柔性传动轴装置，其特征在于，

每一个柔性膜片都是不锈钢的，厚度在.002-.010英寸之间。

26.一种操纵记录媒体的系统，该记录媒体具有接受驱动机构，使记录媒体转动，该系统包括：

一个系统工作站；

设在工作站内用来接受记录媒体机构的容器机构；

装在工作站上可与接受驱动机构接合使记录媒体转动的传动装置，该装置包括：

具有对向的传动端以便在第一旋转轴线上旋转的传动轴机构；

一个动力源，其输出元件具有第二旋转轴线；

接合记录媒体接受驱动机构用的机构，该接合机构具有第三旋转轴线；

其特征在于，还包括：

第一柔性膜片和第二柔性膜片，每一柔性膜片都具有对向而平行的两个平面；

与动力源的输出元件，第一柔性膜片和传动轴机构的第一端连接的第一机构，用来将从动力源来的扭矩通过第一柔性膜片传递到传动轴机构上，第一柔性膜片因受扭矩而偏转，借以校正第一和第二旋转轴线之间的未能对准；以及

与传动轴机构的第二端、第二柔性膜片和接合接受驱动机构用的机构连接的第二机构，用来将扭矩从传动轴机构通过第二柔性膜片传递到所说接受驱动机构，第二柔性膜片因受扭矩而偏转，借以校正第一和第三旋转轴线之间的未能对准。

27.按权利要求26所说的系统，其特征在于，它包括：

所述动力源具有开、关和变速诸种方式；

与所说动力源连接、用来控制所说方式的控制机构；以及

与上述控制机构连接、用来使记录媒体机构自动操作的计算机机构。

28.按权利要求26所述的系统，其特征在于，

设有与传动轴机构连接的机构，用来使接合机构与接受驱动机构接合或不接合。

29.按权利要求26所述的系统，其特征在于，

每一柔性膜片都是圆的，具有一根与传动轴机构一致的中心轴线；

每一柔性膜片至少有两对弧形槽孔；

一对弧形槽孔位于一内圆上，另一对弧形槽孔位于一外圆上，该内圆、外圆和柔性膜片同心；以及

设有可操作地与第一机构和第二机构连接的机构，用来传递第一、第二和第三旋转轴线方向上的推力载荷，以便消除加在每一柔性膜片上的应力。

30.一根传动轴，其特征在于，该轴包括：至少一个用来传递扭矩载荷的柔性膜片；

用来传递轴向载荷和扭矩载荷的第一和第二传动元件；

第一传动元件与膜片的中心部分连接，而第二传动元件与膜片的外周部分连接；

与第一和第二传动元件接合的轴向载荷传递机构，用来传递其间的轴向载荷。

31.按权利要求30所述的传动轴，其特征在于，

该膜片具有一个中心孔；

轴向载荷传递机构通过这个膜片上的中心孔与第一传动元件接合。

32.按权利要求31所述的传动轴，其特征在于，轴向载荷传递机构至少包括一个钢球的一部分，该钢球部分固定地连接在一个传动元件上，同时又可滑动地与另一个传动元件接合。

33.按权利要求32所述的传动轴，其特征在于，膜片具有一个通常为平的表面；

钢球具有一个与所说另一传动元件可滑动地接合的球形表面；以及

钢球球面与所说另一传动元件接合的位置通常就在上述膜片平面内。

34.按权利要求33所述的传动轴，其特征在于，

膜片是不锈钢的，厚度在.003-.005英寸之间。

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