CN206563071U - 一种正交传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正交传动机构，包括壳体，还包括：两两对称地正交贯穿在壳体上的四根传动轴，各传动轴的轴线位于同一水平面且形状结构相一致，四个传动轴位于所述壳体内的一端朝同一方向均偏置地设置有球铰链，两个相对的球铰链之间均连接设置有可伸缩的转换轴，两转换轴正交分布，且其中一根转换轴中间沿轴向设置有供另一转换轴穿过的长圆孔；贯穿设置在壳体上的Z轴动力主轴，垂直于传动轴所在平面且位于四根传动轴相交处，Z轴动力主轴中部设置有与转换轴贯穿连接的十字形通孔。本实用新型结构简单，机械原理仅为空间连杆机构，生产成本低廉，进一步降低机械系统成本，具有良好的推广价值，适用于实现机械系统集成化发展领域。

Description

一种正交传动机构

技术领域

本实用新型涉及复杂的机械系统技术领域，特别涉及一种“单输入，多输出”的机械系统集成化的电机传动控制系统中的正交传动机构。

背景技术

传动机构是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转的构件或机构。科学技术的迅猛发展及社会生活水平的不断提高,促使机械不断朝着复杂化、精密化、集成化的方向发展，传统的传动机构已经无法满足机械发展的要求。复杂的机械系统往往存在着相互耦合、相互关联的复杂机械运动,需要多个电机同时驱动，而且需要在控制方面通过相应的硬件和软件实现复杂机械运动的耦合、关联。如果机械结构复杂程度较大，所需电机数量就会增大，耦合驱动的控制器件也增加，导致机械系统体积增大、质量增加，这就违背了集成化的发展趋势，而且耦合关联控制的不稳定性也会影响复杂机械传动的效果。因此，对运用于复杂机械系统的机械传动方法和机构的研究成为机械传动领域至关重要的课题。

实用新型内容

为了满足机械运动间的耦合和关联，实现“单输入，多输出”的集成装置，同时减少电机的驱动数量与耦合驱动的控制器件，最小化机械系统的体积与质量；本实用新型提供一种正交传动机构，实现“单输入，多输出”动力转化，大大减少整体机械系统的体积结构与电机数量，在复杂机械系统中起着动力发散与传输的作用。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种正交传动机构，包括壳体，还包括：

两两对称地正交贯穿在所述壳体上的四根传动轴，各传动轴的轴线位于同一水平面且形状结构相一致，四个传动轴位于所述壳体内的一端朝同一方向均偏置地设置有球铰链，两个相对的球铰链之间均连接设置有可伸缩的转换轴，两转换轴正交分布，且其中一根转换轴中间沿轴向设置有供另一转换轴穿过的长圆孔；

贯穿设置在所述壳体上的Z轴动力主轴，垂直于四根传动轴所在平面且位于四根传动轴相交处，所述Z轴动力主轴中部设置有与所述转换轴贯穿连接的十字形通孔。

进一步地，所述的四根传动轴包括X正半轴传动轴、X负半轴传动轴、Y正半轴传动轴、Y负半轴传动轴，其中，所述X正半轴传动轴、X负半轴传动轴对称地设置于X轴上，所述的Y正半轴传动轴、Y负半轴传动轴对称地设置于Y轴上。

进一步地，所述的两转换轴包括X正半轴动力转换轴、X负半轴动力转换轴、Y正半轴动力转换轴、Y负半轴动力转换轴，其中，所述X正半轴动力转换轴、X负半轴动力转换轴的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链分别与X正半轴传动轴和X负半轴传动轴活动连接；所述Y正半轴动力转换轴，Y负半轴动力转换轴的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链分别与Y正半轴传动轴和Y负半轴传动轴活动连接。

进一步地，所述Y正半轴动力转换轴，Y负半轴动力转换轴中部沿轴向分别设置有供X正半轴动力转换轴，X负半轴动力转换轴的长圆孔。

进一步地，所述Z轴动力主轴中部设置有主轴连接套，所述主轴连接套的外周壁正交地凸出设置有四个与所述转换轴相匹配的空心轴套。从而减少传动部件之间的挤压压强，提供使用寿命，便于维护。

进一步地，所述的球铰链包括铰座、转动地设置在所述铰座球形腔体内的球体，所述铰座与相连接的传动轴为一体式结构，所述的球体通过螺纹与转换轴相连接。

进一步地，所述的壳体为空心球形结构，包括分体式的上半球和下半球，所述的壳体与传动轴之间设置有滚动轴承，所述的壳体与Z轴动力主轴之间设置有直线旋转衬套。滚动轴承接触面积大，润滑保持良好，抗磨损性能好，润滑油膜具有抗冲击作用。

进一步地，所述铰座的背面为弧形，其弧度与所述壳体内壁的弧度相匹配。这样，只需在铰座和所述壳体内壁之间留少量间隙即可保证机构的正常运行且不会对壳体造成碰撞，从而可以最大限度的减少壳体的体积，缩小整个正交传动机构的体积，实现小型化。

进一步地，所述的Z轴动力主轴的两端及传动轴延伸至壳体外的一端均开有便于传动的键槽。

进一步地，所述的传动轴及Z轴动力主轴的材料均为可锻铸铁，该铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性，因而保证了连接件的稳定性以及紧固性。可锻铸铁的高强度与高弹性保证了整体结构的抗冲击变形能力，而耐腐蚀能力确保了其在恶劣环境下依旧能正常工作，增加了其工作适应性

相比现有技术，本实用新型的有益效果包括：

单输入，多输出：正交传动机构的“单输入，多输出”传动是指为了实现集成化功能，通过单一电机驱动X负半轴传动轴、X正半轴传动轴、Y负半轴传动轴、Y正半轴传动轴、Z轴动力主轴之一，从而通过它们之间的耦合关联带动其他轴运动，实现运动的传递，减少电机和控制的使用，真正实现集成化。正交传动机构的“单输入，多输出”的功能，减少了电机数量以及体积和质量，真正实现机械系统集成化发展。同时，“单输入，多输出”可以有限实现各执行件的耦合关联传动，减少控制器件的使用。

多输入，单输出：正交传动机构的“多输入，单输出”传动是指为了提高精度，通过多个电机同步驱动单一执行件，使执行件的运动更加稳定，较少震荡，减小误差，从而真正实现精密化。同时精密化也是正交传动机构的特色之一。正交传动机构能够通过“多输入，单输出”提高精密程度，在传动过程中，即使由于各种电流或电压变化不一致导致电机不能完全同步，但由于各输入的耦合关联，输出也能正常稳定地运行，从而提高机械传动系统的精密程度。

本实用新型提供的正交传动机构结构简单，机械原理仅为空间连杆机构，制作简单，生产成本低廉，而且由于可以极大地减少驱动电机数量和减少控制器件的配置，可进一步降低机械系统的成本，提高可靠性和适用性，具有良好的推广价值，适用于实现机械系统集成化发展领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例的正交传动机构外观轴测图。

图2为本实用新型实施例的正交传动机构内部轴测图。

图3为本实用新型实施例的正交传动机构内部俯视图。

图4为本实用新型实施例的正交传动机构去掉Z轴动力主轴后的内部连接图。

图5为本实用新型正交传动机构Z轴动力主轴的轴测图。

图中所示：1-X正半轴传动轴；2-Y正半轴动力传动轴；3-X负半轴传动轴；4-Y负半轴传动轴；5-X正半轴动力转换轴；6-Y正半轴动力转换轴；7-X负半轴动力转换轴；8- Y负半轴动力转换轴；9-滚动轴承；10-Z轴动力主轴；11-壳体；12-主轴连接套；13-球铰链；14-长圆孔；15-铰座；16-球体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至图4所述，一种正交传动机构，包括壳体11，还包括：

两两对称地正交贯穿在所述壳体11上的四根传动轴，各传动轴的轴线位于同一水平面且形状结构相一致，四个传动轴位于所述壳体11内的一端朝同一方向均偏置地设置有球铰链13，两个相对的球铰链13之间均连接设置有可伸缩的转换轴，两转换轴正交分布，且其中一根转换轴中间沿轴向设置有供另一转换轴穿过的长圆孔14；所述的球铰链13包括铰座15、转动地设置在所述铰座15球形腔体内的球体16，所述铰座15与相连接的传动轴为一体式结构，所述的球体16通过螺纹与转换轴相连接；

贯穿设置在所述壳体11上的Z轴动力主轴10，垂直于四根传动轴所在平面且位于四根传动轴相交处，所述Z轴动力主轴10中部设置有与所述转换轴贯穿连接的十字形通孔。

具体而言，本实施例中，所述的四根传动轴包括X正半轴传动轴1、X负半轴传动轴3、Y正半轴传动轴2、Y负半轴传动轴4，其中，所述X正半轴传动轴1、X负半轴传动轴3对称地设置于X轴上，所述的Y正半轴传动轴2、Y负半轴传动轴4对称地设置于Y轴上。

具体而言，本实施例中，所述的两转换轴包括X正半轴动力转换轴5、X负半轴动力转换轴7、Y正半轴动力转换轴6、Y负半轴动力转换轴8，其中，所述X正半轴动力转换轴5、X负半轴动力转换轴7的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链13分别与X正半轴传动轴1和X负半轴传动轴3活动连接，嵌套伸缩的结构使得X正半轴动力转换轴5与X负半轴动力转换轴7之间能够在运动过程中，随时地配合与分离；所述Y正半轴动力转换轴6，Y负半轴动力转换轴8的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链13分别与Y正半轴传动轴2和Y负半轴传动轴4活动连接。所述Y正半轴动力转换轴6，Y负半轴动力转换轴8中部沿轴向分别设置有供X正半轴动力转换轴5，X负半轴动力转换轴7的长圆孔14，嵌套伸缩的结构及长圆孔14的设置，能在运动过程中使Y正半轴动力转换轴6与Y负半轴动力转换轴8的随时配合与分离。

如图5所述，本实施例中，所述Z轴动力主轴10中部设置有主轴连接套12，所述主轴连接套12的外周壁正交地凸出设置有四个与所述转换轴相匹配的空心轴套。从而减少传动部件之间的挤压压强，提供使用寿命，便于维护。

具体而言，本实施例中，所述的壳体11为空心球形结构，包括分体式的上半球和下半球，所述的壳体11与传动轴之间设置有滚动轴承9，所述的壳体11与Z轴动力主轴10之间设置有直线旋转衬套。另外，所述铰座15的背面为弧形，其弧度与所述壳体11内壁的弧度相匹配。这样，只需在铰座15和所述壳体11内壁之间留少量间隙即可保证机构的正常运行且不会对壳体1造成碰撞，从而可以最大限度的减少壳体的体积，缩小整个正交传动机构的体积，实现小型化。

同时，所述的Z轴动力主轴10的两端及传动轴延伸至壳体11外的一端均开有便于传动的键槽，各传动轴的通过键槽与动力机构相连接，所述Z轴动力主轴10两端通过键槽连接执行机构，驱动执行机构做周期性的旋转及直线运动。

另外，在本实用新型的一个可行的实施例中，所述的传动轴及Z轴动力主轴10的材料均为可锻铸铁，铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性，因而保证了连接件的稳定性以及紧固性。可锻铸铁的高强度与高弹性保证了整体结构的抗冲击变形能力，而耐腐蚀能力确保了其在恶劣环境下依旧能正常工作，增加了其工作适应性和耐用性，延长使用寿命，减少维护时间。

上述实施例的X，Y，Z三轴在空间中形似笛卡尔空间坐标系，更大程度地发挥正交传动机构的正交转换功能，更好地服务于机械系统中的实际应用。

本实用新型的工作原理如下：

工况一

单输入，多输出：即利用电机驱动X正半轴传动轴1作逆时针旋转运动，X正半轴传动轴1通过球铰链带动X正半轴动力转换轴5在空间上做逆时针旋转运动，此时X正半轴动力转换轴5将会通过旋转带动Z轴动力主轴10同时沿着其轴线作直线往复运动和绕其轴线作旋转运动。此时，所述Z轴动力主轴10将动力输送至外部装置的同时又将带动X负半轴动力转换轴7、Y正半轴动力转换轴6、Y负半轴动力转换轴8的空间运动，各动力转换轴再通过球铰链13带动X负半轴传动轴3、Y正半轴动力传动轴2、Y负半轴动力传动轴4作逆时针旋转运动，进而通过各传动轴实现动力的输出。同理，电机可以带动任意一个传动轴的顺、逆时针的转动，通过其他的转动轴和Z轴动力主轴10将电机的动力间接地输送出去。

工况二

多输入，单输出：即利用同步转速电机同时驱动X正半轴传动轴1、X负半轴传动轴3和 Y正半轴传动轴2、Y负半轴传动轴4作顺时针旋转，此时由于牵连运动使得Z轴动力主轴10同时作上下往复直线运动和旋转运动，在本工况下，即使由于X正半轴传动轴1、X负半轴传动轴3和 Y正半轴传动轴2、Y负半轴传动轴4中的某一轴电压或电流不稳定，造成转速低于或高于额定转速，也不会引起震荡，实现硬件负反馈，提高传动机构的稳定性可靠性，

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正交传动机构，包括壳体(11)，其特征在于，还包括：

两两对称地正交贯穿在所述壳体(11)上的四根传动轴，各传动轴的轴线位于同一水平面且形状结构相一致，四个传动轴位于所述壳体(11)内的一端朝同一方向均偏置地设置有球铰链(13)，两个相对的球铰链(13)之间均连接设置有可伸缩的转换轴，两转换轴正交分布，且其中一根转换轴中间沿轴向设置有供另一转换轴穿过的长圆孔(14)；

贯穿设置在所述壳体(11)上的Z轴动力主轴(10)，垂直于四根传动轴所在平面且位于四根传动轴相交处，所述Z轴动力主轴(10)中部设置有与所述转换轴贯穿连接的十字形通孔。

2.根据权利要求1所述的正交传动机构，其特征在于：所述的四根传动轴包括X正半轴传动轴(1)、X负半轴传动轴(3)、Y正半轴传动轴(2)、Y负半轴传动轴(4)，其中，所述X正半轴传动轴(1)、X负半轴传动轴(3)对称地设置于X轴上，所述的Y正半轴传动轴(2)、Y负半轴传动轴(4)对称地设置于Y轴上。

3.根据权利要求1所述的正交传动机构，其特征在于：所述的两转换轴包括X正半轴动力转换轴(5)，X负半轴动力转换轴(7)，Y正半轴动力转换轴(6)，Y负半轴动力转换轴(8)，其中，所述X正半轴动力转换轴(5)、X负半轴动力转换轴(7)的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链(13)分别与X正半轴传动轴(1)和X负半轴传动轴(3)活动连接；所述Y正半轴动力转换轴(6)，Y负半轴动力转换轴(8)的一端通过相互嵌套实现伸缩，另一端通过球铰链(13)分别与Y正半轴传动轴(2)和Y负半轴传动轴(4)活动连接。

4.根据权利要求3所述的正交传动机构，其特征在于：所述Y正半轴动力转换轴(6)，Y负半轴动力转换轴(8)中部沿轴向分别设置有供X正半轴动力转换轴(5)，X负半轴动力转换轴(7)的长圆孔(14)。

5.根据权利要求1所述的正交传动机构，其特征在于：所述Z轴动力主轴(10)中部设置有主轴连接套(12)，所述主轴连接套(12)的外周壁正交地凸出设置有四个与所述转换轴相匹配的空心轴套。

6.根据权利要求3所述的正交传动机构，其特征在于：所述的球铰链(13)包括铰座(15)、转动地设置在所述铰座(15)球形腔体内的球体(16)，所述铰座(15)与相连接的传动轴为一体式结构，所述的球体(16)通过螺纹与转换轴相连接。

7.根据权利要求3所述的正交传动机构，其特征在于：所述的壳体(11)为空心球形结构，包括分体式的上半球和下半球，所述的壳体(11)与传动轴之间设置有滚动轴承(9)，所述的壳体(11)与Z轴动力主轴(10)之间设置有直线旋转衬套。

8.根据权利要求6所述的正交传动机构，其特征在于：所述铰座(15)的背面为弧形，其弧度与所述壳体(11)内壁的弧度相匹配。

9.根据权利要求1所述的正交传动机构，其特征在于：所述的Z轴动力主轴(10)的两端及传动轴延伸至壳体(11)外的一端均开有便于传动的键槽。

10.根据权利要求1所述的正交传动机构，其特征在于：所述的传动轴及Z轴动力主轴(10)的材料均为可锻铸铁。