CN210919999U - 一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置，包括：第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构和行星减速器；其中，所述第一蜗轮蜗杆机构包括第一蜗轮和第一蜗杆，所述第二蜗轮蜗杆机构包括第二蜗轮和第二蜗杆；所述行星减速器包括第一输入轴、第二输入轴和输出轴；所述第一蜗杆连接第一动力源，且与所述第一蜗轮啮合；所述第一蜗轮套装在所述第一输入轴上；所述第二蜗杆连接第二动力源，且与所述第二蜗轮啮合；所述第二蜗轮套装在所述第二输入轴上；所述输出轴作为动力输出端。本实用新型实施例可以使蜗轮蜗杆式双余度传动装置具有结构紧凑且轻量化的特点。

Description

一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置

技术领域

本实用新型涉及传动装置技术领域，特别是涉及一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置。

背景技术

随着航空技术的发展，在航空技术领域，对航空装备中的传动装置的可靠性提出了越来越高的要求。为了提高传动装置的可靠性，多余度技术是一个重要的发展方向。多余度技术是一种通过在系统中增加额外的资源，并对系统中的资源进行合理的选择和分配，来保证在子系统产生故障时不至于引起整个系统失效的、可以提高系统的可靠性的技术。目前，在航空装备中，已研制有双余度传动装置。该双余度传动装置可以将两个动力源产生的动力传递至同一个执行机构。

但是，在现有的双余度传动装置中，当其中一个动力源出现故障，需要对该动力源进行故障隔离，即停止通过该动力源进行传动时，具体是采用制动器来进行故障隔离。由于制动器的重量大，结构复杂，因而，使得现有的双余度传动装置难以实现结构紧凑且轻量化。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置，以解决现有技术中双余度传动装置难以结构紧凑且轻量化的问题。具体技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置，包括：第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构和行星减速器；其中，所述第一蜗轮蜗杆机构包括第一蜗轮和第一蜗杆，所述第二蜗轮蜗杆机构包括第二蜗轮和第二蜗杆；所述行星减速器包括第一输入轴、第二输入轴和输出轴；

所述第一蜗杆连接第一动力源，且与所述第一蜗轮啮合；

所述第一蜗轮套装在所述第一输入轴上；

所述第二蜗杆连接第二动力源，且与所述第二蜗轮啮合；

所述第二蜗轮套装在所述第二输入轴上；

所述输出轴作为动力输出端。

可选地，所述第一动力源包括第一电机，所述第二动力源包括第二电机；

所述第一蜗杆的蜗杆轴的一端与所述第一电机的主轴的一端相接；

所述第二蜗杆的蜗杆轴的一端与所述第二电机的主轴的一端相接。

可选地，所述第一蜗杆的蜗杆轴的另一端连接第一旋转变压器，所述第一旋转变压器为测量所述第一电机的主轴的旋转参数的设备；

所述第二蜗杆的蜗杆轴的另一端连接第二旋转变压器，所述第二旋转变压器为测量所述第二电机的主轴的旋转参数的设备；

所述输出轴连接第三旋转变压器，所述第三旋转变压器为测量所述输出轴的旋转参数的设备。

可选地，所述第一蜗轮和所述第二蜗轮的齿面的材料均为：锡青铜；所述第一蜗轮和所述第二蜗轮的本体的材料均为：钢；

所述第一蜗轮的本体和齿面通过滚压工艺连接；

所述第二蜗轮的本体和齿面通过滚压工艺连接。

可选地，所述第一蜗杆的螺旋角为：使所述第一蜗轮蜗杆机构满足单向自锁状态的角度；所述第二蜗杆的螺旋角为：使所述第二蜗轮蜗杆机构满足单向自锁状态的角度。

可选地，所述第一电机和所述第二电机均为：直流无刷电动机。

可选地，所述输出轴连接摆臂，所述摆臂的一端套装在所述输出轴上。

本实用新型实施例提供的方案，使用第一蜗轮蜗杆和第二蜗轮蜗杆分别与行星减速器连接，从而构成蜗轮蜗杆式双余度传动装置。由于蜗轮蜗杆的重量较轻且结构简单，因而，可以使蜗轮蜗杆式双余度传动装置具有结构紧凑且轻量化的特点。

当然，实施本实用新型的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例提供的一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置的结构示意图；

图2为图1所示实施例中行星减速器的示意图；

图3为图1所示实施例中蜗轮蜗杆式双余度传动装置的组合示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在现有的双余度传动装置中，当其中一个动力源出现故障，需要对该动力源进行故障隔离，即停止通过该动力源进行传动时，具体是采用制动器来进行故障隔离。由于制动器的重量大，结构复杂，因而，使得现有的双余度传动装置难以实现结构紧凑且轻量化。

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置。

参见图1，本实用新型实施例提供的一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置，包括：第一蜗轮蜗杆机构100、第二蜗轮蜗杆机构200和行星减速器300；其中，第一蜗轮蜗杆机构100包括第一蜗轮101和第一蜗杆102，第二蜗轮蜗杆机构200包括第二蜗轮201和第二蜗杆202；行星减速器300包括第一输入轴301、第二输入轴302和输出轴303；

第一蜗杆102连接第一动力源401，且与第一蜗轮101啮合；

第一蜗轮101套装在第一输入轴301上；

第二蜗杆202连接第二动力源402，且与第二蜗轮201啮合；

第二蜗轮201套装在第二输入轴302上；

输出轴303作为动力输出端。

下面就图1中各部件的结构和连接方式进行具体介绍。

本实用新型实施例中，第一动力源401和第二动力源402均作为蜗轮蜗杆式双余度传动装置的动力输入端。

第一蜗杆102包括蜗杆轴和螺旋齿，该蜗杆轴可以是实心结构的圆柱体，该螺旋齿的齿廓曲线可根据实际需要进行设计。在加工时，该蜗杆轴和该螺旋齿可以是一体成型的结构，也可以是分别加工好后，通过特定工艺连接而成。例如，分别加工好螺杆轴和螺旋齿，然后，通过滚压工艺将螺杆轴和螺旋齿连接。

第一蜗轮101包括本体和齿部，该本体可以是一空心环状结构，该齿部的类型可根据实际需要进行设计。在加工时，该本体和该齿部可以是分别加工好后，通过特定工艺连接而成。例如，分别加工好本体和齿部，然后，通过滚压工艺将本地和齿部连接。

第二蜗杆202和第二蜗轮201的结构类型，可以分别与第一蜗杆102和第一蜗轮101的结构类型相同，这里不再赘述。本实用新型实施例中，第一蜗轮101和第二蜗轮201同轴。

行星减速器300的结构如图2所示，除包括第一输入轴301、第二输入轴302和输出轴303之外，还包括：内齿圈304，太阳轮305，行星轮306以及行星架307。其中，内齿圈304与第一输入轴301同轴连接。在另一实现方式中，如图1所示，内齿圈304本身也可以作为第一输入轴301。太阳轮305与第二输入轴302同轴连接，且太阳轮305与内齿圈304也同轴。行星轮306啮合在内齿圈304与太阳轮305之间，行星轮306的数量可以是一个或多个。行星轮306与内齿圈304的啮合方式为：内啮合，行星轮306与太阳轮305的啮合方式为：外啮合。当行星轮306的数量为多个时，该多个行星轮306在内齿圈304和太阳轮305之间均匀分布。另外，一个或多个行星轮306还与行星架307的一侧连接，行星架307的另一侧与输出轴303同轴连接。输出轴303与内齿圈304、第一输入轴301、太阳轮305、第二输入轴302均同轴。

另外，在图1中，还包括：第一壳体组件601和第二壳体组件602，用于将第一蜗轮蜗杆机构100、第二蜗轮蜗杆机构200和行星减速器300安装于第一壳体组件601和第二壳体组件602组成的空腔内。

图3为图1所示实施例中蜗轮蜗杆式双余度传动装置的组合示意图。在图3中，第一蜗轮蜗杆机构100、第二蜗轮蜗杆机构200和行星减速器300安装于第一壳体组件601和第二壳体组件602组成的空腔内。

下面就图1中各部件的作用进行介绍。

本实用新型实施例中，第一动力源401，用于将动力传递至第一蜗杆102。具体的，第一动力源401带动第一蜗杆102沿第一蜗杆102的蜗杆轴的轴向旋转。第二动力源402，用于将动力传递至第二蜗杆202。具体的，第二动力源402带动第二蜗杆202沿第二蜗杆202的蜗杆轴的轴向旋转。

第一蜗杆102，用于作为第一蜗轮蜗杆结构100的主动件，将动力传递至第一蜗轮101。具体的，第一蜗杆102的螺旋齿与第一蜗轮102的齿部交错啮合，从而，第一蜗杆102带动第一蜗轮101沿第一蜗轮101的轴向旋转。第二蜗杆202，用于作为第二蜗轮蜗杆机构200的主动件，将动力传递至第二蜗轮201。具体的，第二蜗杆202的螺旋齿与第二蜗轮202的齿部交错啮合，从而，第二蜗杆202带动第二蜗轮201沿第二蜗轮201的轴向旋转。

第一蜗轮101，用于将动力传递至第一输入轴301。具体的，第一蜗轮101套装在第一输入轴301上，从而，第一蜗轮101带动第一输入轴301沿第一输入轴301的轴向旋转。第二蜗轮201，用于将动力传递至第二输入轴302。具体的，第二蜗轮201套装在第二输入轴302上，从而，第二蜗轮201带动第二输入轴302沿第二输入轴302的轴向旋转。

第一输入轴301用于将动力传递至内齿圈304，带动内齿圈304沿内齿圈304的轴向旋转。第二输入轴302用于将动力传递至太阳轮305，带动太阳轮305沿太阳轮305的轴向旋转。

行星轮306与内齿圈304内啮合，这样，内齿圈304带动行星轮306转动，且内齿圈304与行星轮306的转动方向相同。行星轮306与太阳轮305外啮合，这样，太阳轮305带动行星轮306转动，且太阳轮305与行星轮306的转动方向相反。也就是，内齿圈304和太阳轮305同时带动行星轮306旋转。

行星轮306与行星架307的一侧连接，而行星架307的另一侧连接至输出轴303，这样，行星轮306带动行星架307转动，从而，带动输出轴303转动。这里，行星轮306的转动方向与输出轴303的转动方向相同。

输出轴303，用于将动力输出至其他负载。

可选地，第一动力源401包括第一电机，第二动力源402包括第二电机；

第一蜗杆102的蜗杆轴的一端与第一电机的主轴的一端相接；

第二蜗杆202的蜗杆轴的一端与第二电机的主轴的一端相接。

其中，第一电机与第二电机均为电动机。该电动机可以是功率较小，如功率为几十瓦的小型电动机。进一步可选地，第一电机和第二电机均为：直流无刷电动机，该直流无刷电动机更适用于小型的传动装置。

具体的，第一蜗杆102的蜗杆轴的一端可以通过联轴器与第一电机的主轴的一端相接，第二蜗杆202的蜗杆轴的一端也可以通过联轴器与第二电机的主轴的一端相接。

可选地，第一蜗杆102的蜗杆轴的另一端连接第一旋转变压器501，第一旋转变压器501为测量第一电机的主轴的旋转参数的设备；

第二蜗杆202的蜗杆轴的另一端连接第二旋转变压器502，第二旋转变压器502为测量第二电机的主轴的旋转参数的设备；

输出轴303连接第三旋转变压器503，第三旋转变压器503为测量输出轴303的旋转参数的设备。

具体的，第一旋转变压器501可以测量第一电机的主轴的角位移、角速度等旋转参数，所测量的这些旋转参数可以用于作为参考，对第一电机的主轴的转动进行控制。第二旋转变压器502可以测量第二电机的主轴的角位移、角速度等旋转参数，所测量的这些旋转参数可以用于作为参考，对第二电机的主轴的转动进行控制。第三旋转变压器503可以测量输出轴303的角位移、角速度等旋转参数，所测量的这些旋转参数可以用于作为参考，对输出轴303的转动进行控制。

可选地，第一蜗轮101和第二蜗轮201的材料均为：铜合金。采用铜合金制造的第一蜗轮101和第二蜗轮201，可以提高第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200的传动效率，并降低传动功耗，即降低传动过程因摩擦等产生的热量。

可选地，第一蜗轮101和第二蜗轮201的齿面的材料均为：锡青铜；第一蜗轮101和第二蜗轮201的本体的材料均为：钢；

第一蜗轮101的本体和齿面通过滚压工艺连接；

第二蜗轮201的本体和齿面通过滚压工艺连接。

其中，采用钢制造的第一蜗轮101和第二蜗轮201，一方面可以提高第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200的强度，另一方面可以降低第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200的成本。锡青铜属于铜合金中的一种，具有耐磨性好且易加工的优点，采用锡青铜制造的第一蜗轮101和第二蜗轮201，可以使得第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200具有更高的传动效率，和更低的传动功耗。

相比于采用安装钉的连接方式，采用滚压工艺将第一蜗轮101的本体和齿面进行连接，使得第一蜗轮101具有质量轻的特点，更适用于小型的传动装置。同样，采用滚压工艺将第二蜗轮201的本体和齿面进行连接，使得第二蜗轮201具有质量轻的特点，更适用于小型的传动装置。

可选地，第一蜗杆102的螺旋角为：使第一蜗轮蜗杆机构100满足单向自锁状态的角度；第二蜗杆202的螺旋角为：使第二蜗轮蜗杆机构200满足单向自锁状态的角度。

当第一动力源401发生故障时，需要对该第一动力源401进行故障隔离，本实用新型实施例中，采用第一蜗轮蜗杆机构100实现故障隔离。蜗轮蜗杆机构本身具有自锁特性，即当蜗杆的螺旋角小于当量摩擦角时，可实现反向自锁，这时，蜗轮不能带动蜗杆转动，只能蜗杆带动蜗轮转动。其中，蜗杆的螺旋角是：将蜗杆的分度圆柱展开后，蜗杆上的螺旋线与端平面的夹角，当量摩擦角是：蜗杆和蜗轮的啮合齿之间的摩擦角。在本实用新型实施例中，可以对第一蜗杆102的螺旋角进行设置，以使得第一蜗轮蜗杆机构100实现反向自锁。具体的，第一蜗杆102的螺旋角满足：第一蜗杆102的螺旋角的正切值小于第一摩擦系数。第一摩擦系数为：第一蜗轮101和第一蜗杆102间的摩擦系数。

类似的，当第二动力源402发生故障时，需要对该第二动力源402进行故障隔离，本实用新型实施例中，采用第二蜗轮蜗杆机构200实现故障隔离。在本实用新型实施例中，可以对第二蜗杆202的螺旋角进行设置，以使得第二蜗轮蜗杆机构200实现反向自锁。具体的，第二蜗杆202的螺旋角满足：第二蜗杆202的螺旋角的正切值小于第二摩擦系数。第二摩擦系数为：第二蜗轮201和第二蜗杆202间的摩擦系数。

上述第一蜗杆102的螺旋角和第二蜗杆202的螺旋角可以根据实际情况进行设计，例如，设计第一蜗杆102的螺旋角和第二蜗杆202的螺旋角均为：3度。

可选地，输出轴303连接摆臂701，摆臂701的一端套装在输出轴303上。本实用新型实施例中，输出轴303连接摆臂701，可以使得整个蜗轮蜗杆式双余度传动装置作为一个舵机，用来控制其他部件的位置和角度等。

下面就图1中蜗轮蜗杆式双余度传动装置的工作过程进行介绍。

正常工作过程：第一动力源401和第二动力源402都正常工作时，第一动力源401和第二动力源402的动力分别传递至第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200，第一蜗轮蜗杆机构100和第二蜗轮蜗杆机构200分别将动力传递至行星减速器300的第一输入轴301和第二输入轴302，再由行星减速器300的输出轴303将动力输出至其他负载。

故障工作过程1：第一动力源401正常工作，第二动力源402出现故障。此时，第二蜗轮蜗杆机构200实现反向自锁，第二蜗轮201不能带动第二蜗杆202转动，而且第二蜗杆202由于第二动力源402的故障也不能转动，所以，第二动力源402被隔离开。动力只从第一动力源401传递至行星减速器300的输出轴303。

故障工作过程2：第一动力源401出现故障，第二动力源402正常工作。此时，第一蜗轮蜗杆机构100实现反向自锁，第一蜗轮101不能带动第一蜗杆102转动，而且第一蜗杆102由于第一动力源401的故障也不能转动，所以，第一动力源401被隔离开。动力只从第二动力源402传递至行星减速器300的输出轴303。

本实用新型实施例提供的方案，使用第一蜗轮蜗杆和第二蜗轮蜗杆分别与行星减速器连接，从而构成蜗轮蜗杆式双余度传动装置。由于蜗轮蜗杆的重量较轻且结构简单，因而，可以使蜗轮蜗杆式双余度传动装置具有结构紧凑且轻量化的特点。而且，由于蜗轮蜗杆具有自锁特性，因而，在动力源出现故障时，可以利用蜗轮蜗杆的自锁特性将故障进行隔离，使得双余度传动装置处于由单一动力源(正常工作的动力源)控制单一自由度(正常工作的蜗轮蜗杆)的稳定状态，而不会使双余度传动装置处于由单一动力源控制两个自由度(正常工作的蜗轮蜗杆，和另一蜗轮蜗杆)的不稳定状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，包括：第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构和行星减速器；其中，所述第一蜗轮蜗杆机构包括第一蜗轮和第一蜗杆，所述第二蜗轮蜗杆机构包括第二蜗轮和第二蜗杆；所述行星减速器包括第一输入轴、第二输入轴和输出轴；

所述第一蜗杆连接第一动力源，且与所述第一蜗轮啮合；

所述第一蜗轮套装在所述第一输入轴上；

所述第二蜗杆连接第二动力源，且与所述第二蜗轮啮合；

所述第二蜗轮套装在所述第二输入轴上；

所述输出轴作为动力输出端。

2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，所述第一动力源包括第一电机，所述第二动力源包括第二电机；

所述第一蜗杆的蜗杆轴的一端与所述第一电机的主轴的一端相接；

所述第二蜗杆的蜗杆轴的一端与所述第二电机的主轴的一端相接。

3.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，

所述第一蜗杆的蜗杆轴的另一端连接第一旋转变压器，所述第一旋转变压器为测量所述第一电机的主轴的旋转参数的设备；

所述第二蜗杆的蜗杆轴的另一端连接第二旋转变压器，所述第二旋转变压器为测量所述第二电机的主轴的旋转参数的设备；

所述输出轴连接第三旋转变压器，所述第三旋转变压器为测量所述输出轴的旋转参数的设备。

4.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，所述第一蜗轮和所述第二蜗轮的齿面的材料均为：锡青铜；所述第一蜗轮和所述第二蜗轮的本体的材料均为：钢；

所述第一蜗轮的本体和齿面通过滚压工艺连接；

所述第二蜗轮的本体和齿面通过滚压工艺连接。

5.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，所述第一蜗杆的螺旋角为：使所述第一蜗轮蜗杆机构满足单向自锁状态的角度；所述第二蜗杆的螺旋角为：使所述第二蜗轮蜗杆机构满足单向自锁状态的角度。

6.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均为：直流无刷电动机。

7.根据权利要求1-6任一项所述的蜗轮蜗杆式双余度传动装置，其特征在于，所述输出轴连接摆臂，所述摆臂的一端套装在所述输出轴上。

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