CN115560043A - 一种双棘轮换向机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双棘轮换向机构，包括内棘轮结构、外棘轮结构、换向轴和传动轴，传动轴转动穿过换向轴，内棘轮结构的第一部分与换向轴的一侧相连接，内棘轮结构的第二部分与传动轴相连接，外棘轮结构第一部分与换向轴的另一侧相连接，外棘轮结构的第二部分与待安装件相连接，内棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴和换向轴同步带动外棘轮结构顺时针转动，外棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴带动内棘轮结构逆时针转动，能够解决现有的存在单棘爪棘轮承受能力弱，可靠性低，传统棘轮结构复杂，传动不稳定，以及易出现跳齿的问题。
Description
技术领域
本发明属于机械换向装置技术领域，具体涉及一种双棘轮换向机构。
背景技术
单向机构广泛应用于机械装置，常见的单向机构包括单向轴承、擒纵机构和棘轮机构等。现有的存在单棘爪棘轮承受能力弱，可靠性低，传统棘轮结构复杂，传动不稳定，以及易出现跳齿的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种双棘轮换向机构，能够解决现有的存在单棘爪棘轮承受能力弱，可靠性低，传统棘轮结构复杂，传动不稳定，以及易出现跳齿的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种双棘轮换向机构，包括内棘轮结构、外棘轮结构、换向轴和传动轴；
传动轴转动穿过换向轴，内棘轮结构的第一部分与换向轴的一侧相连接，内棘轮结构的第二部分与传动轴相连接，外棘轮结构第一部分与换向轴的另一侧相连接，外棘轮结构的第二部分与待安装件相连接，内棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴和换向轴同步带动外棘轮结构顺时针转动，外棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴带动内棘轮结构逆时针转动。
可选的，内棘轮结构的第一部分包括至少两个内扭簧和至少两个内棘爪，内棘轮结构的第二部分包括内棘轮齿圈，内棘轮齿圈设置在传动轴的外侧壁，至少两个内扭簧和至少两个内棘爪均沿着换向轴周向方向均匀转动设置在换向轴的一侧壁上，其中，内扭簧均包括第一段和第二段，内扭簧的第一段与换向轴的侧壁相接触，内扭簧的第二段与内棘爪的一侧壁相接触，且至少两个内扭簧和至少两个内棘爪一一对应，至少两个内棘爪均与内棘轮齿圈相啮合，以使内棘爪挤压内扭簧，内扭簧处于压缩状态。
可选的，换向轴的一侧壁上设置有至少两个第一安装孔，至少两个第一安装孔沿着换向轴周向方向均匀设置，第一安装孔与内扭簧和内棘爪一一对应，其中，内棘爪和内扭簧均转动安装在第一安装孔内。
可选的，内棘轮结构的第一部分还包括至少两个内棘爪销钉和至少两个内扭簧销钉，至少两个内棘爪销钉和至少两个内扭簧销钉均设置在第一安装孔内，内棘爪均通过内棘爪销钉转动安装在第一安装孔内，内扭簧均通过内扭簧销钉安装在第一安装孔内。
可选的，内棘爪绕内棘爪销钉转动的角度范围为0°～68°，内扭簧绕内扭簧销钉转动的角度为0°～35°，其中，内扭簧初始夹角是60°，内棘爪与内棘轮齿圈啮合角度为34°。
可选的，外棘轮结构的第一部分包括至少两个外棘爪和至少两个外扭簧，外棘轮结构的第二部分包括外棘轮齿圈，外棘轮齿圈设置在待安装件上，至少两个外扭簧和至少两个外棘爪均沿着换向轴周向方向均匀转动设置在换向轴的另一侧壁上，其中，外扭簧均包括第一段和第二段，外扭簧的第一段与换向轴的侧壁相接触，外扭簧的第二段与外棘爪的一侧壁相接触，且至少两个外扭簧和至少两个外棘爪一一对应，至少两个外棘爪均与外棘轮齿圈相啮合，以使外棘爪挤压外扭簧，外扭簧处于压缩状态。
可选的，换向轴的一侧壁上设置有至少两个第二安装孔，至少两个第二安装孔沿着换向轴周向方向均匀设置，第二安装孔与外扭簧和外棘爪一一对应，其中，外棘爪和外扭簧均转动安装在第二安装孔内。
可选的，外棘轮结构的第一部分还包括至少两个外棘爪销钉和至少两个外扭簧销钉，至少两个外棘爪销钉和至少两个外扭簧销钉均设置在第二安装孔内，外棘爪均通过外棘爪销钉转动安装在第二安装孔内，外扭簧均通过外扭簧销钉安装在第二安装孔内。
可选的，外棘爪绕外棘爪销钉转动的角度范围为0°～198°，外扭簧绕外扭簧销钉转动的角度为0°～120°，其中，外扭簧初始夹角是60°，外棘爪与外棘轮齿圈啮合角度为30°。
有益效果
本发明的实施例中所提供的一种双棘轮换向机构，将传动轴的动力输入转换成两种不同形式的动力输出，其一是传动轴正转动力输入，传动轴和换向轴相对于外棘轮齿圈转动，传动轴和换向轴同步转动，共同作为动力输出；其二是传动轴反转输入，传动轴相对于换向轴和外棘轮齿圈转动，传动轴单独转动作为动力输出；本发明将一种动力输入转换成两种不同形式的动力输出，可广泛应用于一种动力输入转换成两种不同形式动力输出的场合。
优点：
1、两套棘轮机构异向布置于换向轴的内外双层，具有结构简单和传动稳定的优点。
2、双棘轮换向机构的内外两套棘轮机构都对棘爪进行了冗余设计，增大棘爪的承受能力，提高棘轮机构传动的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的双棘轮换向机构立体结构示意图；
图2为本发明实施例的外棘轮结构示意图；
图3为本发明实施例的内棘轮结构示意图；
图4为本发明实施例的内棘轮齿圈、内棘爪滑脱过程仿真实验图。
附图标记表示为：
1、内棘爪销钉；2、外扭簧销钉；3、外扭簧；4、外棘爪；5、内扭簧；6、内扭簧销钉；7、内棘爪；8、外棘轮齿圈；9、换向轴；10、传动轴；11、内棘轮齿圈；12、外棘爪销钉。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，一种双棘轮换向机构，将一种动力输入转换成两种不同形式的动力输出，请参照图1，包括内棘轮结构、外棘轮结构、换向轴9和传动轴10；传动轴10转动穿过换向轴9，内棘轮结构的第一部分与换向轴9的一侧相连接，内棘轮结构的第二部分与传动轴10相连接，外棘轮结构第一部分与换向轴9的另一侧相连接，外棘轮结构的第二部分与待安装件相连接，内棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴10和换向轴9同步带动外棘轮结构顺时针转动，外棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴10带动内棘轮结构逆时针转动。通过换向轴9和传动轴10作为动力输出，即当需要顺时针转动时，即内棘轮结构是处于止动状态下，即传动轴10和换向轴9同步一起转动，在外棘轮结构的带动下进行顺时针转动，当需要逆时针转动时，外棘轮结构处于止动状态下，换向轴9也是处于静止状态下，即传动轴10相对于换向轴9在内棘轮结构的带动下进行逆时针转动。
进一步的，换向轴9中部是设置有通孔，是便于安装传动轴10，即传动轴10穿过换向轴9，且是相互转动设置，即可以使得传动轴10相对于换向轴9转动。
进一步的，整体的换向机构均是安装在待安装件上，即用于带动待安装件上的零部件进行对应的方向的转动。
请参照图3，内棘轮结构的第一部分包括至少两个内扭簧5、至少两个内棘爪7、至少两个内棘爪销钉1和至少两个内扭簧销钉6，内棘轮结构的第二部分包括内棘轮齿圈11，内棘轮齿圈11设置在传动轴10的外侧壁，至少两个内扭簧5和至少两个内棘爪7均沿着换向轴9周向方向均匀转动设置在换向轴9的一侧壁上，其中，内扭簧5均包括第一段和第二段，内扭簧5的第一段与换向轴9的侧壁相接触，内扭簧5的第二段与内棘爪7的一侧壁相接触，且至少两个内扭簧5和至少两个内棘爪7一一对应，至少两个内棘爪7均与内棘轮齿圈11相啮合，以使内棘爪7挤压内扭簧5，内扭簧5处于压缩状态。内棘轮结构通过内棘爪7和内棘轮齿圈11相互啮合，即通过内扭簧5与内棘爪7之间的相互作用，进而实现传动轴10逆时针转动，即内棘轮齿圈11逆时针转动，内棘爪7对内棘轮齿圈11无相互阻碍，即传动轴10实现逆时针转动。
进一步的，换向轴9上的一侧壁上设置有至少两个第一安装孔，第一安装孔的作用是用于安装内棘爪销钉1和内扭簧销钉6，其中，一个第一安装孔内部安装一个内棘爪销钉1和内扭簧销钉6，即一个内棘爪销钉1上转动安装一个内棘爪7，一个内扭簧销钉6上转动安装一个内扭簧5，使内棘爪7不能轴向窜动，使内扭簧5不能轴向窜动。
进一步的，第一安装孔的数量和内棘爪7，内扭簧5、内棘爪销钉1和内扭簧销钉6的数量是相互一一对应的，所以具体的数量根据实际的使用进行选择，确保整体内棘轮结构传动的稳定性即可。
进一步的，内棘爪7和外棘爪4都进行了冗余设计，增大棘爪的承受能力，提高棘轮机构传动的可靠性。
进一步的，内棘爪7绕内棘爪销钉1转动的角度范围为0°～68°，内扭簧5绕内扭簧销钉6转动的角度为0°～35°，其中，内扭簧5初始夹角是60°，内棘爪7与内棘轮齿圈11啮合角度为34°。
进一步的，内扭簧5为内棘爪7提供回复力。
请参照图2，外棘轮结构的第一部分包括至少两个外棘爪4、至少两个外扭簧3、至少两个外棘爪销钉12和至少两个外扭簧销钉2，外棘轮结构的第二部分包括外棘轮齿圈8，外棘轮齿圈8设置在待安装件上，至少两个外扭簧3和至少两个外棘爪4均沿着换向轴9周向方向均匀转动设置在换向轴9的另一侧壁上，其中，外扭簧3均包括第一段和第二段，外扭簧3的第一段与换向轴9的侧壁相接触，外扭簧3的第二段与外棘爪4的一侧壁相接触，且至少两个外扭簧3和至少两个外棘爪4一一对应，至少两个外棘爪4均与外棘轮齿圈8相啮合，以使外棘爪4挤压外扭簧3，外扭簧3处于压缩状态。外棘轮结构通过外棘爪4和外棘轮齿圈8相互啮合，即通过外扭簧3与外棘爪4之间的相互作用，进而实现传动轴10和换向轴9同步顺时针转动，即传动轴10通过内棘轮结构带动换向轴9同步顺时针转动，外棘爪4对外棘轮齿圈8无相互阻碍，即外棘轮齿圈8不动，外棘爪4实现逆时针转动。
进一步的，换向轴9上的另一侧壁上设置有至少两个第二安装孔，第二安装孔的作用是用于安装至少两个外棘爪销钉12和至少两个外扭簧销钉2，其中，一个第二安装孔内部安装一个外棘爪销钉12和外扭簧销钉2，即一个外棘爪销钉12上转动安装一个外棘爪4，一个外扭簧销钉2上转动安装一个外扭簧3，使外棘爪4不能轴向窜动，使外扭簧3不能轴向窜动。
进一步的，第二安装孔的数量和外棘爪4，外扭簧3、外棘爪销钉12和外扭簧销钉2的数量是相互一一对应的，所以具体的数量根据实际的使用进行选择，确保整体内棘轮结构传动的稳定性即可。
进一步的，外棘爪4绕外棘爪销钉12转动的角度范围为0°～198°，外扭簧3绕外扭簧销钉2转动的角度为0°～120°，其中，外扭簧3初始夹角是60°，外棘爪4与外棘轮齿圈8啮合角度为30°。
进一步的，外扭簧3为外棘爪4提供回复力。
优选的，外棘爪4与外扭簧3呈28°锐角夹角，外棘爪4与外棘轮齿圈8啮合角度为30°，布置外棘爪4和外棘轮齿圈8成啮合状态，优选内棘爪7与内扭簧5成6°锐角夹角，内棘爪7与内棘轮齿圈11啮合角度为34°，布置内棘爪7和内棘轮齿圈11成啮合状态，这种设计角度可以增大棘爪的承受能力，提高棘轮机构传动的稳定性。
请参照图4，利用ADAMS动力学仿真软件对内棘轮机构滑脱过程进行仿真分析，主要目的是计算内棘爪7与内棘轮齿圈11滑脱过程产生的碰撞力，产生的碰撞力基本保持在5N以下，极少有高峰，最高不超过300N。
实施例1：
内棘轮齿圈11、内棘爪7设置为钛合金材料，内棘爪7与内棘轮齿圈11设置摩擦系数为0.05，内棘轮齿圈11设置转速为600rpm，对内棘爪7施加垂直向下4N的作用力，1s时间内，内棘爪7与内棘轮齿圈11滑脱产生的碰撞力基本保持在5N以下，极少出现高峰，最高不超过300N。
工作时，双棘轮换向机构将传动轴10的动力输入转换成两种不同形式的动力输出，其一是传动轴10正转动力输入，内棘轮结构止动，外棘轮结构滑脱，传动轴10和换向轴9相对于外棘轮齿圈8转动，传动轴10和换向轴9同步转动，共同作为动力输出；其二是传动轴10反转动力输入，内棘轮结构滑脱，外棘轮结构止动，传动轴10相对于换向轴9和外棘轮齿圈8转动，传动轴10单独转动作为动力输出；本发明将传动轴10的一种动力输入转换成两种不同形式的动力输出，可广泛应用于一种动力输入转换成两种不同形式动力输出的场合，具有承受能力强、可靠性高、结构简单和传动稳定的优点。
本发明提出了一种双棘轮换向机构，两套棘轮机构异向布置于换向轴的内外双层，将传动轴的动力输入转换成两种不同形式的动力输出，具有承受能力强、可靠性高、结构简单和传动稳定的优点。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
Claims (9)
1.一种双棘轮换向机构，其特征在于，包括内棘轮结构、外棘轮结构、换向轴(9)和传动轴(10)；
传动轴(10)转动穿过换向轴(9)，内棘轮结构的第一部分与换向轴(9)的一侧相连接，内棘轮结构的第二部分与传动轴(10)相连接，外棘轮结构第一部分与换向轴(9)的另一侧相连接，外棘轮结构的第二部分与待安装件相连接，内棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴(10)和换向轴(9)同步带动外棘轮结构顺时针转动，外棘轮结构处于静止状态时，以使传动轴(10)带动内棘轮结构逆时针转动。
2.根据权利要求1所述的双棘轮换向机构，其特征在于，内棘轮结构的第一部分包括至少两个内扭簧(5)和至少两个内棘爪(7)，内棘轮结构的第二部分包括内棘轮齿圈(11)，内棘轮齿圈(11)设置在传动轴(10)的外侧壁，至少两个内扭簧(5)和至少两个内棘爪(7)均沿着换向轴(9)周向方向均匀转动设置在换向轴(9)的一侧壁上，其中，内扭簧(5)均包括第一段和第二段，内扭簧(5)的第一段与换向轴(9)的侧壁相接触，内扭簧(5)的第二段与内棘爪(7)的一侧壁相接触，且至少两个内扭簧(5)和至少两个内棘爪(7)一一对应，至少两个内棘爪(7)均与内棘轮齿圈(11)相啮合，以使内棘爪(7)挤压内扭簧(5)，内扭簧(5)处于压缩状态。
3.根据权利要求2所述的双棘轮换向机构，其特征在于，换向轴(9)的一侧壁上设置有至少两个第一安装孔，至少两个第一安装孔沿着换向轴(9)周向方向均匀设置，第一安装孔与内扭簧(5)和内棘爪(7)一一对应，其中，内棘爪(7)和内扭簧(5)均转动安装在第一安装孔内。
4.根据权利要求3所述的双棘轮换向机构，其特征在于，内棘轮结构的第一部分还包括至少两个内棘爪销钉(1)和至少两个内扭簧销钉(6)，至少两个内棘爪销钉(1)和至少两个内扭簧销钉(6)均设置在第一安装孔内，内棘爪(7)均通过内棘爪销钉(1)转动安装在第一安装孔内，内扭簧(5)均通过内扭簧销钉(6)安装在第一安装孔内。
5.根据权利要求4所述的双棘轮换向机构，其特征在于，内棘爪(7)绕内棘爪销钉(1)转动的角度范围为0°～68°，内扭簧(5)绕内扭簧销钉(6)转动的角度为0°～35°，其中，内扭簧(5)初始夹角是60°，内棘爪(7)与内棘轮齿圈(11)啮合角度为34°。
6.根据权利要求1所述的双棘轮换向机构，其特征在于，外棘轮结构的第一部分包括至少两个外棘爪(4)和至少两个外扭簧(3)，外棘轮结构的第二部分包括外棘轮齿圈(8)，外棘轮齿圈(8)设置在待安装件上，至少两个外扭簧(3)和至少两个外棘爪(4)均沿着换向轴(9)周向方向均匀转动设置在换向轴(9)的另一侧壁上，其中，外扭簧(3)均包括第一段和第二段，外扭簧(3)的第一段与换向轴(9)的侧壁相接触，外扭簧(3)的第二段与外棘爪(4)的一侧壁相接触，且至少两个外扭簧(3)和至少两个外棘爪(4)一一对应，至少两个外棘爪(4)均与外棘轮齿圈(8)相啮合，以使外棘爪(4)挤压外扭簧(3)，外扭簧(3)处于压缩状态。
7.根据权利要求6所述的双棘轮换向机构，其特征在于，换向轴(9)的一侧壁上设置有至少两个第二安装孔，至少两个第二安装孔沿着换向轴(9)周向方向均匀设置，第二安装孔与外扭簧(3)和外棘爪(4)一一对应，其中，外棘爪(4)和外扭簧(3)均转动安装在第二安装孔内。
8.根据权利要求7所述的双棘轮换向机构，其特征在于，外棘轮结构的第一部分还包括至少两个外棘爪销钉(12)和至少两个外扭簧销钉(2)，至少两个外棘爪销钉(12)和至少两个外扭簧销钉(2)均设置在第二安装孔内，外棘爪(4)均通过外棘爪销钉(12)转动安装在第二安装孔内，外扭簧(3)均通过外扭簧销钉(2)安装在第二安装孔内。
9.根据权利要求8所述的双棘轮换向机构，其特征在于，外棘爪(4)绕外棘爪销钉(12)转动的角度范围为0°～198°，外扭簧(3)绕外扭簧销钉(2)转动的角度为0°～120°，其中，外扭簧(3)初始夹角是60°，外棘爪(4)与外棘轮齿圈(8)啮合角度为30°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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