CN1049722C - 双动型动态背隙消除驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为关于一种双动型动态背隙消除驱动系统，主要具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮耦合之蜗杆组，在系统被驱动时，其中一组蜗杆被较快速施加回转驱动而恒施力于蜗轮组，另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆，亦耦合于此一蜗轮组，由于施力蜗杆恒施于蜗轮之作用力，使此位移量操控蜗杆怛被逆向迫紧于蜗轮，由于蜗杆组为不可逆传动，因此蜗轮与两蜗杆间呈无间隙之状态。所述驱动系统还包括设置在原动件一端与静止机壳之间的阻滞装置和静止制动辅助装置。
Description
本发明涉及一种双动型动态背隙消除驱动系统，所述双动型动态背隙消除驱动系统主要包括施力原动体、位移量操控原动体和被动体。
本申请人的在先申请CN92102601.3中公开了一种双动型动态背隙消除驱动系统，所述双动型动态背隙消除驱动系统有不可逆传动的蜗轮杆组所构成，包括两组与蜗轮耦合的蜗杆组，在系统被驱动时，其中一组原动蜗杆被连续施加旋转驱动力，另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆，由于蜗杆组为不可逆传动，因此蜗轮与两蜗杆之间呈无间隙的状态，而构成由负载背隙状态自行调整速度差的动态背隙消除驱动系统，按此原理，若使位移量操控蜗杆的操控速度低于施力原动蜗杆时，则可达到运动中动态背隙消除的目的。但当速度忽快忽慢或在高频率正反转时，蜗杆容易对蜗轮造成机械性冲击。影响整个系统的运作，并使蜗杆和蜗轮受到损坏。
本发明的目的就在于提供一种双动型动态背隙消除驱动系统，其不仅能消除原动体与被动体之间的背隙，还能使该双动型驱动系统运作平稳安定。
上述目的是利用本发明的双动型动态背隙消除驱动系统来实现的。其主要构成包括：不可逆向传动的被动体A，以及两组与所述被动体耦合作为动力来源的原动体，其中一组为施力原动体B，另一组为位移量操纵原动体C，两组可以互换，所述施力原动体B或位移量操纵原动体C对不可逆向传动的被动体A施力传动，以构成双向传动，其中在静止时，施力原动体B及位移量操纵原动体C静止，但施力原动体B与被动体A处于呈推压密合的耦合状态，位移量操纵原动体C与被动体A处于呈阻滞密合的耦合状态，从而被动体A与施力原动体B及位移量操控原动体C呈无背隙状态；在驱动位移时，施力原动体B对于被动体的推压密合面施加推动压力，由于位移量操控原动体C处于对被动体A的阻滞密合位置，而被动体A为位移量操控原动体C不可逆向传动，因此在被动体与位移量操控原动体C之间产生一静压，当操控位移量操控装置依受压方向作反方向松动时，被动体A按位移量操控原动体C的松退驱动量作追逐驱动，当位移量操纵原动体C停止时，此系统仍处于原来的无背隙静止状态，在反向驱动时，原动体B与操纵原动体瞬间作功能交换，交换瞬间无背隙产生；所述施力原动体B以及位移量操控原动体C的动力来源包括单动力源联合式驱动系统，或独立动力源分离式驱动系统，其中施力原动体的动力源的驱动速度大于位移量操控原动体的驱动速度，并依背隙负载状态自行调整速度差，反转时速度关系则相反；所述双动型动态背隙消除驱动系统还包括：
原动体以及位移量操控原动体的惯性抑制辅助阻滞装置，所述阻滞装置为一种借助于机械滑动摩擦式或流体阻滞式或电磁涡流阻滞式阻滞装置，该装置在原动件驱动时可确保其阻滞性大于原动件惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的速度变化时，能抑制蜗杆惯性；所述原动件惯性抑制辅助阻滞装置设置在原动件一端与静止机壳之间；
静止制动辅助装置，该装置借助机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，确保原动件与被动件之间的密贴性不被外力松动，所述静止制动辅助装置设置在原动件一端与静止机壳之间。
上述驱动系统可以为蜗轮蜗杆结构，也可以是螺杆和套筒结构，以驱动工作台或机械结构。例如用于机械分度盘上的驱动系统。
以下配合附图详细说明本发明本发明的优选实施例，即蜗轮蜗杆双动型动态背隙消除驱动系统的特征及优点：
图1为此项双动型动态背隙消除驱动系统的单动力源双驱动轴联合驱动实施例示意图；
图2为此项双动型动态背隙消除驱动系统借助于原动蜗杆刚性驱动位移量操控蜗杆呈较高速限扭力可滑动耦合驱动实施例示意图；
图3为此项单动力源联合驱动应用实施例示意图；
图4为图3正转驱动功率分配示意图；
图5为图3反转驱动功率分配示意图；
图6为此项双动型动态背隙消除驱动系统的独立动力源分离式驱动实施例示意图。
图1为单动力源双驱动轴联合驱动例，图1所示结构中主要包括：
——作为原动输入并附有手把(或接受动力驱动)的小齿轮101与原动蜗杆102同方向回转，并借助于一限扭力可滑动耦合装置103居间耦合传动原动蜗杆102，小齿轮101所耦合的逆向减速齿轮104供产生减速及反向回转动力，经一单方向传动装置107的耦合传动在减速齿轮104作反向驱动时带动位移量操控蜗杆105，进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组106产生根据负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动系统；位移量操控蜗杆105穿设有第二原动中齿轮111’，并通过一限扭力可滑动耦合装置113耦合于位移量操控蜗杆105，中齿轮111’除与另一组蜗杆上的中齿轮101’耦合外，与其连动的小齿轮111并与另一组蜗杆上与其耦合的逆向减速齿轮114供产生减速及反向回转动力，经一单方向传动装置117的耦合传动以在减速齿轮114作反方向驱动时带动蜗杆102，进而以位移量驱动蜗杆105对轮组106作逆向驱动，使两蜗杆交换功用，对蜗轮的推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙，并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动，前述第一原动小齿轮101与第二原动小齿轮111之间另具有传动中齿轮101’与111’相互耦合(或具有中间齿轮或其他传动元件构成)，两者间呈相反方向的传动关系，以在手把100正反转驱动中分别驱动蜗轮；上述限扭力可滑动耦合装置包括电磁式及机械式所构成，以及视结构空间型态选择所需相互传动元件如伞形齿轮或直齿或其他传动元件，并可视需要加设中间轮组，相对的，亦可对两蜗杆组的施力传动结构在安排上改变为使上述原动蜗杆的驱动为刚性，而位移量操控蜗杆的驱动为较快转速的限扭力可滑动耦合传动而与位移量操控蜗杆共同对负载蜗轮作无隙反正转驱动；
——蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000：为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已和阻滞装置所构成，此项装置可依系统需要而装设，以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性；此项蜗杆惯性抑制辅助滞装置D1000为设置于两蜗杆的一端与静止机壳间；
——静止制动辅助装置B1000：为借助于机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车，可依需要性装设，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动；此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
图2所示为原动蜗杆刚性驱动位移量操控蜗杆呈较高速限扭力可滑动耦合驱动形成双动型动态背隙消除驱动系统的实施例；图2所示系统为将图1中所述对操作输入侧至两组蜗杆间的分配轮系作成调整使其中施力原动体B的动力源的驱动速度BS与位移量操控原动体C的驱动位移速度CS两者之关系为BS≤CS，并依负载背隙状态自行调整速度差，且其中BS包括呈静止并具有驱动静压的状态，同样的，反转时则关系为CS≤BS。
前述驱动动力的构成方式说明如下：
——独立动力源分离式驱动系统：其构成特征为(1)作为两原动体的驱动马达之间为可控扭力驱动运转；(2)原动体与操控原动体的驱动转速不同，后者转速较快；
——单动力源联合式驱动系统：其特征为来自回转动力源经轮系的分配使输至原动体使被动体致动的转速低于输至位移量操控原动体使被动体致动的转速，而传输至位移量操控原动体的回转动力系经一机械式或电磁式径向或轴向式结构可选择耦合扭力的可滑动回转耦合装置以耦合之，并自动分配系统中原动体及位移量操控原动体的速度差。
图2所示结构中主要构成含：
——原动输入并附有手把(或接受机力驱动)的大齿轮201与原动蜗杆210同方向回转，并借助于单方向传动装置205居间耦合传动原动蜗杆210，大齿轮201所耦合逆向加速齿轮202供产生加速及反向回转动力，经一限扭力可滑动耦合装置207的耦合传动在加速齿轮202作反向驱动时带动位移量操控蜗杆209，进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组211产生依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动；位移量操控蜗杆209穿设有与加速齿轮202联结的第二原动中齿轮202’，并共同借助于一限扭力可滑动耦合装置207耦合于位移量操控蜗杆209，中齿轮202’供与原动蜗杆上所贯穿的中齿轮203’耦合，中齿轮203’并与小齿轮203联结并共同借助于限扭力可滑动装置208耦合于原动蜗杆210，其联结的小齿轮203供对与另一组蜗杆209耦合的逆向减速齿轮204施以减速及反向回转动力，减速齿轮204与蜗杆209之间设有一单方向传动装置206的耦合传动以在减速齿轮204作反方向驱动时带动蜗杆209，进而以蜗杆对蜗轮组211作逆向驱动，使两蜗杆交换功用，对蜗轮的推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙，并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动；
——蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000：为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成，以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性；此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间；
——静止制动辅助装置B1000：为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车，可依需要性装设，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动；此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
图3所示为单动力原联合式驱动系统的分离式轮系应用例，主要为将输入两组蜗杆的轮系分成三组配对为：
——原动蜗杆301与位移量操控蜗杆302分别耦合于设有具单向传动装置303、304的传动轮305、306及具限扭力可滑动装置307、308的传动轮309、310，而传动轮309与限扭力可滑动装置307之间同时设有单向传动装置317，传动轮310与限扭力可滑动装置308之间同时设有单向传动装置318；原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302并分别以键或其他方式固锁传动轮311、312，而传动轮311与310耦合传动，其耦合关系为传动轮311直径较大而传动轮310直径较小；传动轮309与312耦合传动，其耦合关系为传动轮312直径较大而传动轮309直径较小；另外，传动轮305与306耦合传动，其耦合关系为等速关系；
——原动蜗杆301与位移一操控蜗杆302间径由单向传动装置303、304所耦合的传动轮组305、306相互耦合，而在正反转驱动中，由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输，而另一轮组呈空转，并在正转及反转其作用相反；
——原动蜗杆301上的传动轮组309借助于限扭力可滑动装置307及藉与307环套的单向传动装置317与原动蜗杆301耦合，轮组309并与从动蜗杆302固锁的轮组312相互耦合；
——从动蜗杆302上的传动轮组310借助于限扭力可滑动装置308及借助于与308环套的单向传动装置318与从动蜗杆302耦合，轮组310并与原动蜗杆301固锁的轮组311相互耦合；
——蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000：为一种借助于滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成，此项装置可依系统需要而装设，以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性；此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆的一端与静止机壳间；
——静止制动辅助装置B1000：为借助于机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车，可依需要性装设，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动；此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆的一端与静止机壳间。
图4为图3所述单动力源联合驱动轮系的正转驱动时功率分配示意图；图5为图3所述单动力源联合驱动轮系的反转驱动时功率分配示意图；其功率流向如图中箭头所示，其中P100为驱动输入功率，P101为限扭力可滑动装置的功率损耗，P102为蜗杆蜗轮组功率损耗，P103为输出功率。
此项设计亦可为如图6所示的独立动力源分离式驱动系统实施例，为藉着具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆的两组与蜗轮组耦合的蜗杆组，分别由两组可操控扭力及转速的回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动，两回转动力单元与蜗杆组及其操控的转向关系及扭力关系分别具有下列特征：
——回转动力单元601及602：为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606，为由气压或液力致动或电力驱动的交流或直流有刷或无刷式马达所构成的动力单元所构成：
——操控单元CCU607：为供操控此两组动力单元，有下列特性：
(1)可控输出转速，其转速与输出扭力间具有随输出扭力加大转速减少的随载速度调整特性；
(2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力；
(3)两组回转动力单元接受操控单元的操控作个别的回转方向及扭力控制，特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统的机能作相对回转方向输出及作不等速比例转速输出，以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组的绝对驱动速度，并借助于同时交换两组回转动力单元转向及比例关系，以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙的特性；
前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时的稳定性：
——蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000：为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成，此项装置可依系统需要而装设，以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性；此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间；
——静止制动辅助装置B1000：为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车，可依需要性装设，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动；此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
此项双动型动态背隙消除驱动系统在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置，以增加其操作的方便性者。
此项双动型动态背隙消除驱动系统除应用于回转工作台机构角位移调整结构的驱动外，应包括应用于其他机构或机械装置的角位移的无背隙双向驱动者。
Claims (7)
1.一种双动型动态背隙消除驱动系统，其主要构成包括：不可逆向传动的被动体A，以及两组与所述被动体耦合作为动力来源的原动体，其中一组为施力原动体B，另一组为位移量操纵原动体C，两组可以互换，所述施力原动体B或位移量操纵原动体C对不可逆向传动的被动体A施力传动，以构成双向传动，其中在静止时，施力原动体B及位移量操纵原动体C静止，但施力原动体B与被动体A处于呈推压密合的耦合状态，位移量操纵原动体C与被动体A处于呈阻滞密合的耦合状态，从而被动体A与施力原动体B及位移量操控原动体C呈无背隙状态；在驱动位移时，施力原动体B对于被动体的推压密合面施加推动压力，由于位移量操控原动体C处于对被动体A的阻滞密合位置，而被动体A为位移量操控原动体C不可逆向传动，因此在被动体与位移量操控原动体C之间产生一静压，当操控位移量操控装置依受压方向作反方向松动时，被动体A按位移量操控原动体C的松退驱动量作追逐驱动，当位移量操纵原动体C停止时，此系统仍处于原来的无背隙静止状态，在反向驱动时，原动体B与操纵原动体瞬间作功能交换，交换瞬间无背隙产生；所述施力原动体B以及位移量操控原动体C的动力来源包括单动力源联合式驱动系统，或独立动力源分离式驱动系统，其中施力原动体的动力源的驱动速度大于位移量操控原动体的驱动速度，并依背隙负载状态自行调整速度差，反转时速度关系则相反；其特征在于所述双动型动态背隙消除驱动系统还包括：
借助于机械滑动摩擦式或流体阻滞式或电磁涡流阻滞式阻滞装置，在原动件驱动时可确保其阻滞性大于原动件惯性，使来自驱动系统的动力源中断时或特定的速度变化时，能抑制蜗杆惯性的原动体以及位移量操控原动体的惯性抑制辅助阻滞装置，设置在原动件一端与静止机壳之间；
借助机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车，以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用，确保原动件与被动件之间的密贴性不被外力松动的静止制动辅助装置，所述静止制动辅助装置设置在原动件一端与静止机壳之间。
2.如权利要求1所述的双动型动态背隙消除驱动系统，其特征在于，所述原动件为蜗杆，所述被动件为蜗轮，一作为原动力输入的小齿轮(101)借助一居间的限扭力可滑动耦合装置耦合传动原动蜗杆(102)，并与所述原动蜗杆(102)同方向旋转，与小齿轮耦合的逆向减速齿轮(104)产生减速及反向回转动力，减速齿轮(104)通过一单方向传动装置的耦合传动在减速齿轮(104)作反向驱动时，带动位移量操控蜗杆，进而与原动蜗杆(102)共同驱动蜗轮组(106)产生依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动；位移量操控蜗杆(105)穿设有第二原动中齿轮(111’)，其借助于一限扭力可滑动耦合装置(113)耦合于位移量操控蜗杆(105)，中齿轮(111’)除与原动蜗杆(102)上的中齿轮(101’)耦合外，与其连动的小齿轮(111)与原动蜗杆(102)上的逆向减速齿轮(114)产生减速以及反向回转力，经一单方向传动装置(117)的耦合传动以在减速齿轮(114)作反向传动时带动蜗杆(102)。
3.如权利要求1所述的双动型动态背隙消除驱动系统，其特征在于，所述原动件为蜗杆，所述被动件为蜗轮，一作为原动力输入的大齿轮(201)借助一居间的单方向传动装置(205)耦合传动原动蜗杆(210)，并与所述原动蜗杆(210)同方向旋转，与大齿轮耦合的逆向加速齿轮(202)产生加速及反向回转动力，逆向加速齿轮(202)通过一限扭力可滑动耦合装置的耦合传动在加速齿轮(202)作反向驱动时，带动位移量操控蜗杆(209)，进而与原动蜗杆(210)共同驱动蜗轮组(211)产生依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动；为使使两蜗杆交换功用，对蜗轮的推力面和阻滞面同时交换而无换向背隙，并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动，在加速齿轮(202)与原动小齿轮(203)之间具有传动中齿轮(202’)和(203’)相互耦合。
4.如权利要求1所述的双动型动态背隙消除驱动系统，其特征在于所述原动件为蜗杆，所述从动件为蜗轮，将输入两组蜗杆的轮系分成三组配对以构成单动力源联合式驱动系统的分离式轮系，其中，
——原动蜗杆(301)与位移量操控蜗杆(302)分别耦合于设有具单向传动装置(303)、(304)之传动轮(305)、(306)及具限扭力可滑动装置(307)、(308)之传动轮(309)、(310)，而传动轮(309)与限扭力可滑动装置(307)之间同时设有单向传动装置(317)，传动轮(310)与限扭力可滑动装(308)之间同时设有单向传动装置(318)；原动蜗杆(301及位移量操控蜗杆(302并分别以键或其它方式固锁传动轮(311)、(312)，而传动轮(311)与(310)耦合传动，其耦合关系为传动轮(311)直径较大而传动轮(310)直径较小；传动轮(309)与(312)耦合传动，其耦合关系为传动轮(312)直径较大而传动轮(309)直径较小者；另外，传动轮(305)与(306)耦合传动，其耦合关系为等速关系者；
——原动蜗杆(301)及位移量操控蜗杆(302)间经由单向传动装置(303)，(304)所耦合之传动轮组(305)、(306)相互耦合，而在正反转驱动中，由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输，而另一轮组呈空转，并在正转与反转时其作用呈相反者；
——原动蜗杆(301)上之传动轮组(309)藉限扭力可滑动装置(307)及藉与(307)环套之单向传动装置(317)与原动蜗杆(301)耦合，轮组(309)并与从动蜗杆(302)固锁之轮组(312)相互耦合；
——从动蜗杆(302)上之传动轮组(310)藉限扭力可滑动装置(308)及藉与(308)环套之单向传动装置(318)与从动蜗杆(302)耦合，轮组(310)并与原动蜗杆(301)固锁之轮组(311)相互耦合。
5.如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统，该系统可以是独立动力源分离式驱动系统，为藉著具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮组耦合之蜗杆组，分别由两组可操控扭力及转速之回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动，两回转动力单元与蜗杆组及其操控之转向关系及扭力关系分别具有下列特征：
——回转动力单元601及602：为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606，为由气压或液力致动或电力驱动之动力单元所构成；
——操控单元CCU607：为供操控此两组动力单元，有下列特性：
(1)可控输出转速，其转速与输出扭力间具随输出扭力加大转速减少之随载速度调整特性；
(2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力；
(3)两组回转动力单元接受操控单元之操控作个别之回转方向及扭力控制，特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统之机能作相对回转方向输出及作不等速比例转速输出，以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组之绝对驱动速度并藉同时交换两组回转动力单元转向及比例关系，以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙之特性者；
6 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统，在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置者。
7.如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统，除应用于回转工作台机构角位移调整驱动外，应包括应用于其他机构或机械装置之角位移的无背隙双向驱动。
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