[發明專利]一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置及傳動方法

有效

• 申請號: 201410505001.1
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104455272B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 莫桂冬;殷參;王國欣;劉碩;賴小明;孫啟臣
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠
• 主分類號: F16H25/20
• 分類號: F16H25/20;H02K7/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

1.一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置，其特征在于：包括驅動齒輪(1)、機構殼體(2)、機架(3)、進給傳動齒輪(4)、進給傳動齒輪支撐軸承(5)、柔性軸(6)、二級絲杠固定端支撐軸承(7)、二級絲母鎖緊螺母(8)、導向裝置(9)、二級絲母(10)、二級絲杠(11)、二級絲杠游動端支撐軸承(12)、一級絲杠回轉限位套(13)、一級絲杠(14)、一級絲杠軸向鎖定簧片(15)、回轉齒輪(16)、回轉齒輪支撐軸承(17)、第一滑鍵結構(18)、第二滑鍵結構(19)、第三滑鍵結構(20)和電機；

所述機架(3)在與二級絲杠(11)軸線平行方向挖有一滑槽；進給傳動齒輪(4)外表面為齒輪軸結構，中間空心并刻有傳動內螺紋結構；柔性軸(6)的一端為連接法蘭，中間部位為第一滑鍵結構(18)，柔性軸(6)的另一端為一級絲杠軸向鎖定簧片(15)的安裝接口；導向裝置(9)為中空管道結構，其外表面的一側固定安裝有第二滑鍵結構(19)；一級絲杠(14)上部外表面為圓柱面，沿軸線方向在圓柱面的兩側對稱分布兩個第三滑鍵結構(20)，下部外表面為傳動外螺紋結構，中心為軸向貫通的滑槽結構，中心滑槽結構的上端面挖有軸向位置鎖定槽；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)為具有夾角的對稱雙片簧結構；

所述的一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置包括進給、回轉兩條傳動鏈，兩條傳動鏈均由電機帶動驅動齒輪(1)驅動；進給傳動鏈由一級齒輪傳動、兩級絲杠傳動構成，其中驅動齒輪(1)和進給傳動齒輪(4)構成驅動外嚙合齒輪副，一級絲杠(14)與進給傳動齒輪(4)構成第一級絲杠傳動副，二級絲母(10)、二級絲杠(11)構成第二級絲杠傳動副，進給傳動齒輪(4)、第一級絲杠傳動副、第二級絲杠傳動副、一級絲杠回轉限位套(13)同軸安裝；回轉傳動鏈只有一級齒輪傳動，即驅動齒輪(1)和回轉齒輪(16)構成的外嚙合齒輪副；機構殼體(2)和機架(3)固定連接，進給傳動齒輪(4)通過進給傳動齒輪支撐軸承(5)安裝在機構殼體(2)上，回轉齒輪(16)通過回轉齒輪支撐軸承(17)安裝在機構殼體(2)上；二級絲杠(11)通過二級絲杠固定端支撐軸承(7)安裝在機構殼體(2)上，還通過二級絲杠游動端支撐軸承(12)安裝在機架(3)上；導向裝置(9)與二級絲母(10)固定連接，導向裝置(9)上的第二滑鍵結構(19)與機架(3)上的滑槽配合構成滑動副；一級絲杠(14)下部的傳動外螺紋結構與進給傳動齒輪(4)中心的傳動內螺紋結構嚙合并構成第一級絲杠傳動副，一級絲杠(14)上部的圓柱面及第三滑鍵結構(20)與一級絲杠回轉限位套(13)配合并構成軸向滑動副；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)固定在柔性軸(6)上，兩個簧片關于柔性軸(6)軸線對稱，并指向柔性軸(6)連接法蘭方向；柔性軸(6)通過連接法蘭，同軸安裝在二級絲杠(11)的軸端，其上的第一滑鍵結構(18)與一級絲杠(14)中心的滑槽配合并構成軸向滑動副同時約束周向轉動自由度；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)沿徑向預壓縮，并與一級絲杠(14)中心的滑槽配合并構成軸向滑動副；二級絲母鎖緊螺母(8)安裝在二級絲杠(11)上，初始狀態時與二級絲母(10)構成雙螺母鎖緊結構。

2.一種采用權利要求1所述的單電機驅動的雙自由度順序運動裝置進行傳動的方法，其特征在于步驟如下：

1)開始工作前，將一級絲杠軸向鎖定簧片(15)進行徑向預壓縮，解除鎖定狀態；將一級絲杠(14)的位置運動到行程的最上端；將二級絲母(10)的位置運動到行程的最上端，并利用二級絲母鎖緊螺母(8)施加力矩鎖定二級絲母(10)的初始位置；

2)電機按照預設旋轉方向同步驅動進給、回轉兩條傳動鏈從初始狀態開始運行；驅動齒輪(1)同步驅動進給傳動齒輪(4)、回轉齒輪(16)旋轉運動；一級絲杠(14)在進給傳動齒輪(4)中心傳動螺紋的回轉驅動及一級絲杠回轉限位套(13)的轉動約束作用下，沿軸線向下平動；二級絲杠(11)不轉動，二級絲母(10)和導向裝置(9)不運動；

3)電機按照預設旋轉方向繼續驅動機構運行，當一級絲杠(14)運行到行程最下端時，在二級絲母(10)與二級絲母鎖緊螺母(8)鎖緊力矩、第二級絲杠傳動副啟動力矩共同作用下，一級絲杠(14)與進給傳動齒輪(4)在端面處旋合鎖緊，同時第二級絲杠傳動副運動解鎖；一級絲杠(14)運行到行程最下端的前一時刻，一級絲杠(14)與一級絲杠回轉限位套(13)發生軸向分離，一級絲杠(14)解除周向旋轉約束，恢復轉動自由度；一級絲杠(14)運行到行程最下端位置時刻，一級絲杠軸向鎖定簧片(15)沿軸向滑出一級絲杠(14)中心滑槽上端面，一級絲杠軸向鎖定簧片(15)釋放預壓縮變形，進入軸向位置鎖定槽，一級絲杠(14)實現軸向運動上行限位，從而一級絲杠(14)與進給傳動齒輪(4)完全鎖定；

4)第一級絲杠傳動副鎖定后，電機繼續按照預設旋轉方向驅動兩條傳動鏈運動；驅動齒輪(1)同步驅動進給傳動齒輪(4)和一級絲杠(14)的鎖定組合體、回轉齒輪(16)旋轉運動；一級絲杠(14)的旋轉運動通過具有周向轉動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸(6)及二級絲杠(11)；二級絲杠(11)旋轉并驅動二級絲母(10)和導向裝置(9)向下進給運動；

5)第二級絲杠傳動副行程到位后，電機按照預設旋轉反方向驅動兩條傳動鏈運動；驅動齒輪(1)同步驅動進給傳動齒輪(4)和一級絲杠(14)的鎖定組合體、回轉齒輪(16)旋轉運動；一級絲杠(14)的旋轉運動通過具有周向轉動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸(6)及二級絲杠(11)；二級絲杠(11)旋轉并驅動二級絲母(10)和導向裝置(9)向上進給運動。