一种用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置

摘要

一种用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置，涉及齿侧间隙自适应调节装置，包括壳体、端面齿轮、空心螺杆、限位轴承一、锁紧装置、限位轴承二和扭力弹簧；端面齿轮可轴向滑动的嵌套在壳体左侧内，空心螺杆与端面齿轮螺纹连接，锁紧装置设在空心螺杆的右端上，限位轴承一安装在空心螺杆右侧上、两个端面分别与锁紧盘和壳体贴紧，锁紧盘右侧设有轴承座，限位轴承二安装在轴承座上、其两个端面分别与锁紧盘和壳体贴紧，扭力弹簧安装在锁紧盘与壳体间。本发明可自适应调节轮齿啮合间隙、承载能力大、传动精度高、传动效率高、具有过载保护功能。

说明书

技术领域

本发明涉及齿侧间隙自适应调节装置，详细讲是一种可自适应调节轮齿啮合间隙、承载能力大、传动精度高、传动效率高、具有过载保护功能的用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置。

背景技术

随着世界航天事业的迅速发展，外太空探索的需求不断增加，对于空间静止或移动目标的观察技术、在轨维护与建设技术、月球及深空探测技术的要求也不断增高，空间机械臂和桅杆机构的承载能力与运动精度也被提出越来越高的要求。空间机械臂的关节和桅杆机构的展开关节对整个系统的运动精度和承载能力起决定性的作用，是其核心部件。关节是实现各种运动的直接执行部件，其由动力源（通常是电机）、传动副（通常是谐波齿轮传动副）、测量元件、线束管理装置、轴系、壳体以及热控组件等部分组成。其中，传动副部件的零部件数目最多，最为复杂，也是影响关节运动精度和承载能力的核心部件。

目前，空间机械臂的关节传动副主要采用径向啮合的谐波齿轮传动副，其传动原理是依靠柔轮部件的弹性变形来实现柔轮轮齿与刚轮轮齿的错齿运动从而实现大传动比。但是这种传动副具有承载能力低、易疲劳破坏、轮齿磨损后精度下降、不易维修等缺点，因而不能有效地满足未来空间机械臂和桅杆关节的需求。而传统的端面活齿谐波传动副虽然能够解决径向啮合的谐波齿轮传动副承载能力低、易疲劳破坏的缺点，但在安装过程中不可避免存在齿侧间隙，并在轮齿和空间凸轮机构不间断运动磨损后，造成齿侧间隙动态变大，呈现严重影响精度下降的缺点。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种可自适应调节轮齿啮合间隙、承载能力大、传动精度高、传动效率高、具有过载保护功能的用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置，其特征在于：包括壳体、端面齿轮、空心螺杆、限位轴承一、锁紧装置、限位轴承二和扭力弹簧；端面齿轮可轴向滑动的嵌套在壳体左侧内，空心螺杆左侧的外壁与端面齿轮的内壁经螺纹配合连接，锁紧装置设在空心螺杆的右端上，锁紧装置的结构为：设有与空心螺杆固定连接的、呈圆环状的锁紧盘，锁紧盘的的外周上均布有至少两个锁紧孔，锁紧孔内设有锁紧弹簧，壳体内壁上与锁紧孔相对处均布有锁紧凹槽，锁紧弹簧外端、锁紧孔内设有锁紧钢珠；限位轴承一安装在空心螺杆右侧上，限位轴承一的两个端面分别与锁紧盘和锁紧盘左侧的壳体贴紧，锁紧盘右侧设有轴承座，限位轴承二安装在轴承座上，限位轴承二的两个端面分别与锁紧盘和锁紧盘右侧的壳体贴紧，扭力弹簧安装在锁紧盘与壳体间。

本发明中所述的壳体包括左壳体、中间壳体和右壳体，左壳体、中间壳体和右壳体间通过螺钉固定连接，

本发明中所述的端面齿轮通过非圆形的形状嵌套在左壳体的内部；端面齿轮和左壳体嵌套处的截面形状为非圆形的任意形状。实现端面齿轮与左壳体在轴向上可以相对运动、在绕轴线方向不发生相对转动。

本发明中所述的空心螺杆的外壁和端面齿轮的内壁上设有相互配合的非自锁螺纹；空心螺杆与端面齿轮经非自锁的螺纹配合连接。

本发明中所述限位轴承一的内圈与空心螺杆右侧的外圆柱面配合连接，限位轴承一的两个端面分别与左壳体右端面和锁紧盘左侧面贴紧；限位轴承二的内圈与轴承座的外圆柱面配合连接，限位轴承二的两个端面分别与锁紧盘右侧和右壳体左端面贴紧。

本发明中所述的右壳体上设有向左凸出的安装套筒，扭力弹簧套设在安装套筒上，限位轴承二的一个端面与安装套筒的左端面贴紧；锁紧盘和右壳体上分别设有扭力弹簧挡柱，扭力弹簧的首末两端分别与锁紧盘和右壳体上的挡柱固连。

本发明中所述的限位轴承一和限位轴承二为轴承两端面独立转动，并且能承受轴向载荷的轴承。如推力球轴承、推力圆柱滚子轴承、推力调心滚子轴承等。

本发明使用时，壳体（左壳体）左端与端面活齿谐波传动副的壳体固定连接；端面活齿谐波传动副的运动输入机构、端面活齿谐波传动副的空间凸轮机构、端面活齿谐波传动副的槽轮与活齿部分安装在端面活齿谐波传动副的壳体中；端面活齿谐波传动副的槽轮及活齿部分与端面齿轮啮合；端面活齿谐波传动副的运动输出机构安装在空心螺杆、锁紧盘和右壳体的中心通孔中。当端面齿轮受到的轴向啮合力在设定范围内时，表示轮齿啮合齿侧间隙正常，锁紧钢珠与（中间）壳体上的锁紧凹槽之间的压力和锁紧弹簧的弹簧力使得空心螺杆不会因为受扭力弹簧的扭转力或者端面齿轮受到的轴向啮合力而绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮的轴向位置保持不变；当端面齿轮受到的轴向啮合力小于设定范围时，表示啮合轮齿齿侧间隙有变大的趋势或已经出现齿侧间隙，此时扭力弹簧的扭转力克服锁紧钢珠与（中间）壳体上的锁紧凹槽之间的压力、锁紧弹簧的弹簧力和端面齿轮受到的轴向啮合力使空心螺杆绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮沿轴线方向直线移动减小啮合轮齿齿侧间隙；当端面齿轮受到的轴向啮合力大于设定范围时，表示啮合轮齿受到的载荷过大，此时端面齿轮受到的轴向啮合力克服锁紧钢珠与中间壳体上的锁紧凹槽之间的压力、锁紧弹簧的弹簧力和扭力弹簧的扭转力使空心螺杆绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮沿轴线方向直线移动增大啮合轮齿齿侧间隙，实现过载保护。本发明解决了径向啮合的谐波齿轮传动副承载能力低下、轮齿磨损后精度下降、易疲劳破坏的缺点，可以胜任大载荷的工作任务，并且当端面活齿谐波传动副出现齿侧间隙时会自动补偿，传动精度和效率得到了提高，并且具有过载保护的功能。具体地说，本发明通过扭力弹簧、锁紧弹簧、锁紧钢珠、锁紧盘和中间壳体上的锁紧凹槽检测端面齿轮受到的轴向啮合力，并通过空心螺杆旋转使端面齿轮相对左壳体沿轴线方向直线移动来改变啮合轮齿弹性变形的大小，从而改变啮合力的大小，进而控制啮合轮齿齿侧间隙的大小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中端面齿轮的结构示意图；

图3是本发明中空心螺杆的结构示意图；

图4是本发明中锁紧盘和轴承座的结构示意图；

图5是本发明中右壳体的结构示意图；

图6是本发明中中间壳体的剖面结构示意图；

图7是图6的Ⅰ处放大图；

图8是本发明与端面活齿谐波传动副的连接示意图。

具体实施方式

如图1-7所示的用于端面活齿谐波传动的齿侧间隙自适应调节装置，包括壳体、端面齿轮4、空心螺杆5、限位轴承一6、锁紧装置、限位轴承二10和扭力弹簧11；壳体包括左壳体1、中间壳体2和右壳体3，左壳体1、中间壳体2和右壳体3间通过螺钉固定连接；端面齿轮4仅可轴向滑动的嵌套在左壳体1内，本实施例中端面齿轮4通过非圆形的形状嵌套在左壳体的内部；端面齿轮4和左壳体嵌套处的截面形状为非圆形的任意形状；实现端面齿轮与左壳体在轴向上可以相对运动、在绕轴线方向不发生相对转动。空心螺杆5左侧的外壁与端面齿轮4的内壁经螺纹配合连接；所述的空心螺杆5的外壁和端面齿轮4的内壁上设有相互配合的非自锁螺纹；空心螺杆5与端面齿轮经非自锁的螺纹配合连接。锁紧装置设在空心螺杆5的右端上，锁紧装置的结构为：设有与空心螺杆5右端固定连接的、呈圆环状的锁紧盘7，锁紧盘7的外周上周向均布有至少两个径向设置的锁紧孔7-a，锁紧孔7-a内设有锁紧弹簧8，中间壳体内壁上与锁紧孔7-a相对处周向均布有锁紧凹槽2-a，锁紧弹簧8外端、锁紧孔7-a内设有与锁紧凹槽2-a配合的锁紧钢珠9,锁紧弹簧8处于压缩状态；限位轴承一6的内圈与空心螺杆5右侧的外圆柱面5-a配合连接，限位轴承一的两个端面分别与左壳体右端面和锁紧盘左侧面贴紧；锁紧盘7右侧设有轴承座7-b，限位轴承二10的内圈与轴承座7-b的外圆柱面配合连接，限位轴承二10的两个端面分别与锁紧盘右侧和右壳体左端面贴紧，限位轴承一和限位轴承二对锁紧盘轴向限位。所述的限位轴承一和限位轴承二为轴承两端面独立转动，并且能承受轴向载荷的轴承。如推力球轴承、推力圆柱滚子轴承、推力调心滚子轴承等。扭力弹簧11安装在锁紧盘与壳体间，从图中可以看出，所述的右壳体3上设有向左凸出的安装套筒3-a，扭力弹簧11套设在安装套筒3-a上，限位轴承二10的一个端面与安装套筒3-a的左端面贴紧；锁紧盘和右壳体上分别设有扭力弹簧挡柱7-c、3-b，扭力弹簧的首末两端分别与锁紧盘和右壳体上的挡柱7-c、3-b固连。

本发明使用时，如图8所示，将本发明的其左壳体左端与端面活齿谐波传动副的壳体固定连接；端面活齿谐波传动副的运动输入机构01、端面活齿谐波传动副的空间凸轮机构02、端面活齿谐波传动副的槽轮与活齿04部分03安装在端面活齿谐波传动副的壳体中；端面活齿谐波传动副的槽轮及活齿部分03与本发明04的端面齿轮啮合；端面活齿谐波传动副的运动输出机构05安装在空心螺杆、锁紧盘和右壳体的中心通孔中。当端面齿轮受到的轴向啮合力在设定范围内时，表示轮齿啮合齿侧间隙正常，锁紧钢珠与中间壳体上的锁紧凹槽之间的压力和锁紧弹簧的弹簧力使得空心螺杆不会因为受扭力弹簧的扭转力或者端面齿轮受到的轴向啮合力而绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮的轴向位置保持不变；当端面齿轮受到的轴向啮合力小于设定范围时，表示啮合轮齿齿侧间隙有变大的趋势或已经出现齿侧间隙，此时扭力弹簧的扭转力克服锁紧钢珠与中间壳体上的锁紧凹槽之间的压力、锁紧弹簧的弹簧力和端面齿轮受到的轴向啮合力使空心螺杆绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮沿轴线方向直线移动减小啮合轮齿齿侧间隙；当端面齿轮受到的轴向啮合力大于设定范围时，表示啮合轮齿受到的载荷过大，此时端面齿轮受到的轴向啮合力克服锁紧钢珠与中间壳体上的锁紧凹槽之间的压力、锁紧弹簧的弹簧力和扭力弹簧的扭转力使空心螺杆绕自身轴线旋转，进而使端面齿轮沿轴线方向直线移动增大啮合轮齿齿侧间隙，实现过载保护。本发明解决了径向啮合的谐波齿轮传动副承载能力低下、轮齿磨损后精度下降、易疲劳破坏的缺点，可以胜任大载荷的工作任务，并且当端面活齿谐波传动副出现齿侧间隙时会自动补偿，传动精度和效率得到了提高，并且具有过载保护的功能。具体地说，本发明通过扭力弹簧、锁紧弹簧、锁紧钢珠、锁紧盘和中间壳体上的锁紧凹槽检测端面齿轮受到的轴向啮合力，并通过空心螺杆旋转使端面齿轮相对左壳体沿轴线方向直线移动来改变啮合轮齿弹性变形的大小，从而改变啮合力的大小，进而控制啮合轮齿齿侧间隙的大小。