CN209325001U - 一种齿轮组件及舵机 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电机传动技术领域，提供了一种齿轮组件及舵机，所述齿轮组件包括齿轮轴、弹性件、第二齿轮和棘轮，齿轮轴包括转轴以及第一齿轮，弹性件、第二齿轮和棘轮依次套设于第一齿轮外，第一齿轮的直径小于第二齿轮，第二齿轮与齿轮轴间隙配合，棘轮与齿轮轴过盈配合，棘轮靠近第二齿轮的一侧设置有第一棘齿，第二齿轮上设置有用于与第一棘齿咬合的第二棘齿，弹性件设置于齿轮轴与第二齿轮之间且用于提供轴向力。其中，当齿轮组件传递的力矩超过一定范围时，弹性件会被进一步压缩，促使第一棘齿和第二棘齿相互脱离，实现离合打滑，从而实现过载保护的功能，进而保护舵机结构件不会因为过大的载荷而出现断齿、破裂、变形等形式的损坏。

Description

一种齿轮组件及舵机

技术领域

本实用新型涉及电机传动技术领域，特别涉及一种齿轮组件及舵机。

背景技术

在智能机器人关节微型伺服舵机传动系统中，一般都是通过多级齿轮减速，将电机的高转速低转矩，转变为低转速高转矩，以达到驱动机器人关节的目的。伺服舵机在某个关节上承受的力矩是有一定的范围的，当负载力矩超过规定的值或负载完全让舵机堵转时，舵机就需要能够自我保护，以避免舵机过载堵转造成电机烧坏或结构件的损坏。

目前，舵机一般是通过检测电机的电流超过软件设定的值，来断电保护舵机。但是，当关节伺服舵机在使用过程中遇到瞬间冲击过载时，通过上述保护机制就不能很好地保护舵机，因为舵机从检测到电流上升再做出响应需要一定的时间，而冲击的时间是极其短暂的，等舵机做出响应，舵机结构件已经因瞬时冲击而损坏了。所以迫切需要从结构上做一种装置，以消除这种瞬时冲击对舵机造成的损伤。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种齿轮组件，旨在解决目前的舵机过载保护机制无法消除瞬时冲击对舵机造成的损伤的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种齿轮组件，包括齿轮轴、弹性件、第二齿轮和棘轮，所述齿轮轴包括转轴以及套设并固定于所述转轴一端的第一齿轮，所述弹性件、第二齿轮和棘轮依次套设于所述转轴远离所述第一齿轮的另一端，所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮，所述第二齿轮与所述齿轮轴间隙配合，所述棘轮与所述齿轮轴过盈配合，所述棘轮靠近所述第二齿轮的一侧设置有第一棘齿，所述第二齿轮上设置有用于与所述第一棘齿咬合的第二棘齿，所述弹性件设置于所述齿轮轴与第二齿轮之间且用于提供轴向力。

进一步地，所述齿轮轴沿其径向向外凸出设置有阻挡部，所述弹性件抵接于所述阻挡部的端面上。

进一步地，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的两端分别抵接于所述阻挡部和所述第二齿轮的端面上。

进一步地，所述弹性件为弹片，所述弹片呈波浪形，所述弹片的相对两边翘起且抵接于所述第二齿轮的端面上。

进一步地，所述弹片通过双扁位定位装配于所述齿轮轴上。

进一步地，所述第二齿轮靠近所述棘轮的一侧设置有凹槽，所述凹槽的底部设置有所述第二棘齿。

进一步地，所述棘轮远离所述第一棘齿的一端的端面与所述齿轮轴和第二齿轮的端面齐平。

进一步地，所述转轴包括依次连接且一体成型的所述阻挡部、第一转轴段和第二转轴段，所述弹性件和第二齿轮套设于所述第一转轴段上，所述棘轮套设于所述第二转轴段上，所述第二转轴段的横截面的周长小于所述第一转轴段。

进一步地，所述转轴沿其长度方向开设有第一通孔，所述弹片上开设有用于供所述转轴穿设的第二通孔，所述第二齿轮上开设有用于供所述转轴穿设的第三通孔，所述棘轮上开设有用于供所述转轴穿设的第四通孔，所述第一棘齿环绕所述第四通孔设置，所述第二棘齿环绕所述第三通孔设置。

本实用新型的另一目的在于提供一种舵机，包括外壳组件，以及收容于所述外壳组件内的电机齿轮组件、PCBA、输出组件和齿轮传动机构，所述电机齿轮组件与所述PCBA电性连接，所述齿轮传动机构传动连接于所述电机齿轮组件与所述输出组件之间，所述齿轮传动机构包括如上述所述的齿轮组件。

实施本实用新型的一种齿轮组件及舵机，具有以下有益效果：在齿轮组件中，弹性件处于压缩状态，并在第一齿轮和第二齿轮之间产生一个轴向力，使得第二齿轮的第二棘齿和棘轮的第一棘齿相互咬合，当齿轮组件传递的力矩在一定范围内时，齿轮轴和第二齿轮不会发生相对打滑，舵机正常工作；当齿轮组件传递的力矩超过一定范围时，如当机器人关节外加负载力矩突然增大或机器人突然摔倒时，弹性件会被进一步压缩，促使第一棘齿和第二棘齿相互脱离，实现离合打滑，从而实现过载保护的功能，进而保护舵机结构件不会因为过大的载荷而出现断齿、破裂、变形等形式的损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的齿轮组件的爆炸示意图(一)；

图2是本实用新型实施例提供的齿轮组件的爆炸示意图(二)；

图3是本实用新型实施例提供的齿轮组件的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的齿轮组件的侧视图；

图5是本实用新型实施例提供的齿轮轴的立体结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的弹片的立体结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的齿轮轴与弹片的装配示意图；

图8是本实用新型实施例提供的第二齿轮的立体结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的棘轮的立体结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的舵机的立体结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的舵机的爆炸示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-齿轮轴；11-第一齿轮；12-阻挡部；13-第一转轴段；131-第一平面；14-第二转轴段；141-第二平面；15-第一通孔；16-转轴；2-弹片；21-第二通孔；211-第三平面；3-第二齿轮；31-第二棘齿；32-凹槽；33-第三通孔；4-棘轮；41-第一棘齿；42-第四通孔；101-上壳；102-中壳；103-下壳；104-螺丝；20-电机齿轮组件；30-PCBA；40-输出组件；50-一级齿；60-二级齿；70-三级齿；80-四级齿；90-五级齿；100-轴套。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例是在舵机的双联齿上做的一种过载保护离合机构，其适用于电机正驱时的堵转保护和舵机从输出轴反驱时的过载保护，尤其是当机器人关节外加负载力矩突然增大或机器人突然摔倒的瞬间产生的冲击时，过载都容易造成舵机结构的损坏，而该过载保护离合机构能够有效地避免瞬时冲击造成的损伤。

具体地，如图1至图4、图8及图9所示，本实用新型实施例提供的齿轮组件包括齿轮轴1、弹性件、第二齿轮3和棘轮4。其中，齿轮轴1包括转轴16及套设并固定于转轴16一端第一齿轮11，弹性件、第二齿轮3和棘轮4依次套设于所述转轴16远离第一齿轮11的另一端。第一齿轮11的直径小于第二齿轮3的直径，该第二齿轮3与齿轮轴1间隙配合，棘轮4与齿轮轴1过盈配合。在棘轮4靠近第二齿轮3的一侧设置有第一棘齿41，相应地，在第二齿轮3上设置有第二棘齿31，该第二棘齿31用于与第一棘齿41咬合。优选地，该第一棘齿41和第二棘齿31均为环形棘齿。另外，弹性件设置于齿轮轴1和第二齿轮3之间且用于提供轴向力，该轴向力沿齿轮轴1的轴向布置。优选地，在本实施例中，弹性件为弹片2，该弹片2设置于阻挡部12的端面与第二齿轮3的端面之间，且该弹片2可压缩形变并通过压缩提供一沿齿轮轴1的转轴16的轴向布置的轴向力。当然，在其它实施例中，弹性件也可以为弹簧(未示出)，该弹簧的两端分别抵接于阻挡部12和第二齿轮3的端面上，随着齿轮组件传递的力矩增大，弹簧的压缩量增大。

进一步优选地，弹片2呈圆角矩形或波浪形且中央设有套设于转轴16的通孔，弹片2的相对两圆弧边向第二齿轮3的方向翘起并抵接于第二齿轮3的端面上，而弹片2的抵接于第二齿轮3的两圆弧边相邻的另外两相对的圆弧边抵接于阻挡部12的端面上。可以理解的是，在本实用新型的其它实施例中，弹片2也可以是其它形状，只要能通过压缩提供轴向力即可。

在本实用新型实施例的齿轮组件中，弹片2处于压缩状态，并通过压缩在齿轮轴1和第二齿轮3之间产生一个轴向力，使得第二齿轮3的第二棘齿31和棘轮4的第一棘齿41相互咬合，当齿轮组件传递的力矩在一定范围内时，齿轮轴1和第二齿轮3不会发生相对打滑，舵机正常工作；当齿轮组件传递的力矩超过一定范围时，如当机器人关节外加负载力矩突然增大或机器人突然摔倒时，弹性件会被进一步压缩，促使第一棘齿41和第二棘齿31相互脱离，实现离合打滑，从而实现过载保护的功能，进而保护舵机结构件不会因为过大的载荷而出现断齿、破裂、变形等形式的损坏。其中，齿轮组件传递的力矩的范围可根据实际情况确定，如力矩范围为450g.cm～600g.cm。

进一步地，如图2至图4所示，在本实用新型的一个实施例中，该齿轮轴1沿其径向向外凸出设置有阻挡部12，所述第一齿轮11抵接于该阻挡部12的一端面上。上述弹性件抵接于阻挡部12的与第一齿轮11相对的另一端面上，并弹性设置在该阻挡部12与第二齿轮3的端面之间。具体地，该阻挡部12大致呈圆盘状。

进一步地，如图5所示，在本实用新型的一个实施例中，转轴16进一步包括位于阻挡部12与第一齿轮11相对一侧的第一转轴段13和第二转轴段14。其中，弹片2和第二齿轮3套设于第一转轴段13上，棘轮4套设于第二转轴段14上，第二转轴段14的横截面的周长小于第一转轴段13的横截面的周长，以便于在装配棘轮4时进行轴向定位。优选地，第一齿轮11、阻挡部12、第一转轴段13和第二转轴段14一体成型，以简化结构和生产工艺。

进一步地，结合图6、图8和图9，在本实用新型的一个实施例中，转轴16沿其长度方向开设有第一通孔15，弹片2上开设有用于供转轴16的第一转轴段13穿设的第二通孔21，第二齿轮3上开设有用于供转轴16的第一转轴段13穿设的第三通孔33，棘轮4上开设有用于供转轴16的第二转轴段14穿设的第四通孔42。在本实施例中，第一通孔15、第三通孔33和第四通孔42均呈圆形，第二通孔21的形状与转轴16的第一转轴段13的形状匹配。上述第一棘齿41环绕第四通孔42设置，第二棘齿31环绕第三通孔33设置。

进一步地，结合图5至图7所示，在本实用新型的一个实施例中，弹片2通过双扁位定位装配于齿轮轴1上。具体地，在齿轮轴1的第一转轴段13的侧面上设置有相互平行的两个第一平面131，在齿轮轴1的第二转轴段14的侧面上设置有相互平行的两个第二平面141，且第二平面141与第一平面131平行。相应地，在弹片2的第二通孔21的内壁上设置有两个相互平行的第三平面211，该第三平面211与第一平面131配合实现双扁位定位。在本实施例中，设置第二平面141的目的是为了便于将弹片2装入齿轮轴1的第一转轴段13。

进一步地，结合图8和图9，在本实用新型的一个实施例中，在第二齿轮3靠近棘轮4的一侧设置有凹槽32，该凹槽32的开口朝向棘轮4，上述第二棘齿31设置于凹槽32的底部。优选地，该凹槽32呈环形，棘轮4装入凹槽32内，棘轮4的第一棘齿41与第二棘齿31咬合，且棘轮4远离第一棘齿41的一端的端面与齿轮轴1和第二齿轮3的端面齐平。在本实施例中，棘轮4部分整体隐藏在齿轮组件内部，齿轮组件装配好后从外面看不到棘轮4的第一棘齿41部分。可以理解的是，在本实用新型的其它实施例中，棘轮4远离第一棘齿41的一端的端面也可以凸出齿轮轴1和第二齿轮3的端面，使得从外部可以看到棘轮4。

本实用新型实施例的齿轮组件的装配过程如下：首先，将弹片2套设于齿轮轴1的第一转轴段13上，弹片2的两边翘起部分背向阻挡部12；然后，将第二齿轮3套设于齿轮轴1的第一转轴段13上，且第二齿轮3的端面与弹片2接触，第二齿轮3的第三通孔33与第一转轴段13配合处为间隙配合；最后，在专用治具上将棘轮4压到齿轮轴1的第二转轴段14上，棘轮4的第一棘齿41与第二齿轮3上的第一棘齿41咬合，棘轮4的第四通孔42与第二转轴段14配合处为过盈配合，实现轴向定位，即完成齿轮组件的装配。

如图10和图11所示，本实用新型实施例还提供了一种舵机，其包括外壳组件、电机齿轮组件20、PCBA30、输出组件40和齿轮传动机构。其中，电机齿轮组件20、PCBA30、输出组件40和齿轮传动机构均收容于外壳组件内，电机齿轮组件20与PCBA30电性连接，齿轮传动机构连接于电机齿轮组件20与输出组件40之间，且该齿轮传动机构包括如上述所述的齿轮组件。另外，舵机还包括轴套100，该轴套100套设于舵机的输出轴外。

进一步地，外壳组件包括依次设置的上壳101、中壳102和下壳103，其中，上壳101和中壳102通过螺丝104固定于下壳103上。电机齿轮组件20包括电机和设置于电机输出轴上的马达齿。输出组件40包括输出齿和与输出齿同步转动的输出轴。齿轮传动机构包括逐次啮合的一级齿50、二级齿60、三级齿70、四级齿80和五级齿90，其中，一级齿50还与电机上的马达齿啮合，五级齿90还与输出齿啮合，电机的输出轴通过马达齿、一级齿50、二级齿60、三级齿70、四级齿80和五级齿90的相互啮合传动来驱动输出齿转动，进而带动舵机的输出轴转动。在本实施例中，四级齿80为上述的齿轮组件，其具有过载保护作用。可以理解的是，在本实用新型的其它实施例中，上述齿轮组件也可以是五级齿90或者其它级齿。

进一步地，在本实施例中，舵机的一级减速采用面齿轮传动，二级减速、三级减速、四级减速、五级减速和六级减速采用平行轴齿轮传动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种齿轮组件，其特征在于，包括齿轮轴、弹性件、第二齿轮和棘轮，所述齿轮轴包括转轴以及套设并固定于所述转轴一端的第一齿轮，所述弹性件、第二齿轮和棘轮依次套设于所述转轴远离所述第一齿轮的另一端，所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮，所述第二齿轮与所述齿轮轴间隙配合，所述棘轮与所述齿轮轴过盈配合，所述棘轮靠近所述第二齿轮的一侧设置有第一棘齿，所述第二齿轮上设置有用于与所述第一棘齿咬合的第二棘齿，所述弹性件设置于所述齿轮轴与第二齿轮之间且用于提供轴向力。

2.如权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，所述齿轮轴沿其径向向外凸出设置有阻挡部，所述弹性件抵接于所述阻挡部的端面上。

3.如权利要求2所述的齿轮组件，其特征在于，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的两端分别抵接于所述阻挡部和所述第二齿轮的端面上。

4.如权利要求2所述的齿轮组件，其特征在于，所述弹性件为弹片，所述弹片呈波浪形，所述弹片的相对两边翘起且抵接于所述第二齿轮的端面上。

5.如权利要求4所述的齿轮组件，其特征在于，所述弹片通过双扁位定位装配于所述齿轮轴上。

6.如权利要求1至5任一项所述的齿轮组件，其特征在于，所述第二齿轮靠近所述棘轮的一侧设置有凹槽，所述凹槽的底部设置有所述第二棘齿。

7.如权利要求6所述的齿轮组件，其特征在于，所述棘轮远离所述第一棘齿的一端的端面与所述齿轮轴和第二齿轮的端面齐平。

8.如权利要求2至5任一项所述的齿轮组件，其特征在于，所述转轴包括依次连接且一体成型的所述阻挡部、第一转轴段和第二转轴段，所述弹性件和第二齿轮套设于所述第一转轴段上，所述棘轮套设于所述第二转轴段上，所述第二转轴段的横截面的周长小于所述第一转轴段。

9.如权利要求4所述的齿轮组件，其特征在于，所述转轴沿其长度方向开设有第一通孔，所述弹片上开设有用于供所述转轴穿设的第二通孔，所述第二齿轮上开设有用于供所述转轴穿设的第三通孔，所述棘轮上开设有用于供所述转轴穿设的第四通孔，所述第一棘齿环绕所述第四通孔设置，所述第二棘齿环绕所述第三通孔设置。

10.一种舵机，其特征在于，包括外壳组件，以及收容于所述外壳组件内的电机齿轮组件、PCBA、输出组件和齿轮传动机构，所述电机齿轮组件与所述PCBA电性连接，所述齿轮传动机构传动连接于所述电机齿轮组件与所述输出组件之间，所述齿轮传动机构包括如权利要求1至9任一项所述的齿轮组件。