专利名称：一种机械式闭环自耦变速变向系统的制作方法
技术领域：
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种把连续圆周运动转换成较长距离的往 复匀速直线运动的机械传动系统。
背景技术：
为了把连续圆周运动转换成较长距离的往复匀速直线运动，目前采用的的方式是1、 可通过限位信号检测、传输、放大或预设，直接控制电机的正、反转，带动丝 杆的正、反转，其上螺母即作往复匀速直线运动。2、 利用限位开关、信号传输至各种电、气、液压等执行元件控制"双向离合器" 的"离""合"，以实现丝杆的正、反转。如，目前深海采油使用的油泵，其采用的是"控制直线电机正反转带动丝杆，推动螺 母(即活塞环)做直线往复运动"的结构。由于直线电机造价昂贵，而且每分钟数次高频 率的正反转，极容易导致电机的损坏，造成极大的经济损失，因此使用成本很高。而抽油 管狭小的空间和深海的油温又不允许各种控制电器元件的使用，这就提出了如何利用纯机 械结构以实现"把电机连续旋转的动力，转换成匀速直线往复运动的推力"为目的的技术 课题，这一技术难题目前世界上还无任何国家成功解决。另，各种绞车、巻扬机滚筒上的钢丝绳需要整齐、有序排列。大多数的排绳器采用"双 向丝杆"(俗称八字螺纹)排绳技术，即其转动时推动凹槽内的圆柱形楔块滑动而牵引导 绳轮移动排绳。该结构不能提供较大的推力，磨损大，换向不可靠，排绳时误差大，尤 其对于重、大型提升机械存在隐患，难以适应需要。而采用"单向丝杆转动，螺母牵引"的方式，就必须解决丝杆预定换向的技术问题，用限位开关等电器元件虽然可以解决，却又受环境影响限制，且控制系统的复杂化和各 执行元件的参数离散性大、响应滞后，抗干扰性差等因素也必然带来造价高昂、使用误 差大和维修不便等弊端，所以现实中很少采用。由以上分析可见，现有的各种"把连续圆周运动转换成较长距离的往复匀速直线运动" 的技术方式，均存在严重的不足，市场上也没有一种成熟、定型的产品。发明内容本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种机械式闭环自耦变速变向系统的技术方案，g卩只利用各种机械元(器)件间的耦合、联动，从而实现"把连续 圆周运动转换成较长距离的往复匀速直线运动"的功能。 本发明的技术方案如下本发明提出一种机械式闭环自耦变速变向系统，包括执行及反馈系统和自耦合双向离合器两部分1、执行及反馈系统包括三根平行的轴，分别是中间的主轴和两侧的第一和第二副 轴；主轴为单向丝杆，中间安装有第一螺母，两端固定装配有第一和第二齿轮，第一螺母 与第一和第二副轴上装有直线轴承的第一、第二滑动副固连，第一和第二齿轮分别与第二 副轴两端转动滑配合安装的第三、第四齿轮耦合，第三、第四齿轮上开有环形契孔；在第 三、第四齿轮内侧同轴安装有带有单向轴承的第一和第二滑动楔块，并在它们与各自对应 的第三、第四齿轮之间安装第一、第二弹簧，第一和第二滑动楔块克服弹簧推力即可与相 对的齿轮楔合；2、自耦式双向离合器包括平行设置的输入轴、输出轴和丝杆，输出轴与执行及反馈 系统的主轴连接，两端装有转动滑配合的第五和第六齿轮，第五和第六齿轮上开有环形契 孔，在第五和第六齿轮之间同轴安装有两侧带有楔块中间带有拨叉凹槽的离合子，离合子 与输出轴为花键滑配合；所述输入轴与提供圆周运动动力动力源连接，两端装有第七和第 八齿轮，且第七齿轮与输出轴上的第五齿轮耦合，第八齿轮经第三副轴上的第九齿轮再耦 合至输出轴上的第六齿轮，使第五和第六齿轮始终相互反向转动；所述丝杆与第一副轴连 接，其上装配有第二螺母，第二螺母与拨叉连接，拨叉的端部伸进离合子的拨叉凹槽中， 拨动离合子与第五和第六齿轮进行结合或分离。输出轴与执行及反馈系统主轴的连接以及丝杆与第一副轴的连接，可根据实际使用的 结构和空间状况，采用链条、齿轮、联轴器等现有的多种连接方式。本发明的优点体现在如下1. 本系统是纯机械结构系统，利用各种机械元(器)件间的耦合、联动，实现 把连续圆周运动转换成较长距离的往复匀速直线运动的功能，各器件为刚性 材料，传动可靠、准确，抗干扰，可适用于各种恶劣环境，便于维护。2. 各元器件可参照相关标准设计、加工制造，利于产品的标准化、规范化、产 业化生产，形成规模。
图l为本发明的系统框图；的齿轮的结构示意图。 图3是本发明应用到深海采油油泵中的结构示意图。 图4是本发明应用到排绳器中的结构示意图。
具体实施方式
以下以本系统具体应用到深海采油油泵和排绳器中为例，详细本发明的结构 实施例1:应用到深海采油油泵中本系统用在深海采油油泵中，需要将第一螺母9与第一、第二滑动副11和12固连 即可制成活塞环，并按图1结构，与电机配合，即可制成深海油泵。其包括执行及反馈 系统1和自耦式双向离合器30两部分，参见图3:执行及反馈系统l:包括三根平行的轴，分别是中间的主轴3和两侧的第一和第二副轴2、 4;主轴3为单向丝杆，中间安装有第一螺母9，两端固定装配有第一和第二齿轮5、 6，第一螺母9与第一和第二副轴2、 4上装有直线轴承的第一、第二滑动副11和12固连， 第一和第二齿轮5、6分别与第二副轴4两端转动滑配合安装的第三、第四齿轮7和8耦合， 第三、第四齿轮7和8上开有环形契孔(见图2);在第三、第四齿轮7和8内侧同轴安装 有带有单向轴承的第一和第二滑动楔块13、 14，并在它们与各自对应的第三、第四齿轮7 和8之间安装第一、第二弹簧15、 16，第一和第二滑动楔块13、 14克服弹簧推力即可与 相对的齿轮楔合；自耦式双向离合器30:包括平行设置的输入轴17、输出轴19和丝杆28,输出轴19 与执行及反馈系统的主轴3连接，两端装有转动滑配合的第五和第六齿轮21、 22,第五 和第六齿轮21、 22上开有环形契孔，在第五和第六齿轮21、 22之间同轴安装有两侧带 有楔块中间带有拨叉凹槽的离合子25，离合子25与输出轴19为花键滑配合；所述输入 轴17与提供圆周运动动力动力源连接，两端装有第七和第八齿轮20、 24，且第七齿轮 20与输出轴19上的第五21耦合，第八齿轮24经第三副轴18上的第九齿轮23再耦合至 输出轴19上的第六齿轮22，使第五和第六齿轮21、 22始终相互反向转动；所述丝杆28 与第一副轴4连接，其上装配有第二螺母26，第二螺母26与拨叉27连接，拨叉27的端 部伸进离合子25的拨叉凹槽中，拨动离合子25与第五和第六齿轮21、 22进行结合或分 离。29是定位拨叉27的销钉。 工作原理工作时，动力由输入轴17输入，由其上的第七和第八齿轮20、 24带动输出轴19上的 第五和第六齿轮21、 22相互正反转，如果这时离合子25是与第五齿轮21耦合的(反之亦然)，输出轴19随离合子25—起转动，输出轴19的转动动力即传递给带动执行及反馈系 统的主轴3驱动第一螺母9连同第一和第二副轴上的第一、第二滑动副11和12沿轴向平 行运动，这时第一和第二滑动楔块13、 14均与第三、第四齿轮7和8分离，第二副轴4 无输出；当第二滑动副12最终到设定点前，即推动第一滑动楔块13与第四齿轮7楔合(反 之亦然)，第四齿轮7则通过第一滑动楔块13带动第二副轴4转动，自耦式离合器中与之 连接的丝杆28则跟着转动，其上的第二螺母26随之轴向移动，带动拨叉27，拨动离合子 25，使其又反向与第六齿轮22楔合(反之亦然)，这时输出轴19将反向输出转动，随之带 动主轴3也反向转动，驱动第一螺母9连同第一和第二副轴上的第一、第二滑动副11和 12沿轴向反向平行运动，这时第一滑动楔块13与第三齿轮7还未分离，但由于第一滑动 楔块13装有单向轴承，故第二副轴4无输出(不转动)，丝杆28也不转动，第二螺母26 即被锁定，完成一个工作循环，由此实现了预定的匀速直线运动自动反向的功能。实施例2:排绳器现状本发明系统解决了 "连续旋转运动转换成直线往复运功"的问题，就可以把排绳器 滚筒的转动(部分输出)转换成导绳轮的直线往复运动，考虑到滚筒的转动有正、反两种状态，在图1的基础上在执行及反馈系统中增加部分机械元件，参见图4:在第一副轴2的两端安装与其转动滑配合的第十和第十一齿轮34和36，并分别与 主轴3上装有单向轴承的第一和第二齿轮5和6耦合，第一和第二齿轮5和6的单向轴 承互为反向安装，在第十和第十一齿轮34和36内侧同轴安装有带单向轴承的第三和第 四滑动楔块39和40，并在它们与各自对应的第十和第十一齿轮34和36之间安装第三、 第四弹簧38和41,第三和第四滑动楔块39和40克服弹簧推力即可与相对的齿轮楔合； 在主轴3和第二副轴4之间的两端增加第一和第二换向轴32和33，第一换向轴32上有 第一换向齿轮35，与第一齿轮5和第四齿轮8耦合，第二换向轴33上有第二换向齿轮 37与第二齿轮6和第三齿轮7耦合；在主轴3和副轴2之间加增加第三换向轴31，其上 安装第五换向齿轮43，并分别在第一换向轴32、主轴3和第一副轴2上也安装换向第三、 第四和第六换向齿轮45、 44和42,第三、第四、第五和第六换向齿轮45、 44、 43和42 顺次耦合。第一螺母9上安装有导绳轮10。工作过程分析(这里只分析增加部分的功能，其他如前)假定主轴3输入为正转(由自耦式双向离合器的输入轴17确定)，第一螺母9牵引 导绳轮10、第一、第二滑动副11和12平动后推动第二和第三滑动楔块14、 39分别与第三和第十齿轮8、 34楔合，设第三滑动楔块39可转动第一副轴2，则第二滑动楔块14 无转矩(可绕第二副轴4转动)，这时第一、第二副轴2、 4共同输出为反转。
当主轴3输入为反转(即自耦式双向离合器的输入轴17反向)时，第一螺母9牵 引导绳轮IO等平动后推动第四、第一滑动楔块40、 13分别与第十一和第四齿轮36、 7 楔合，设第一副轴4可转动，则第十一齿轮36无转矩(只绕第一副轴2转动)，这时第 一、第二副轴2、 4共同输出仍为反转。
又因为在主轴3上的第一和第二齿轮5、 6安装有互为反向的单向轴承，故其反向 时无转动输出(对第四和第十齿轮8、 34或第三和第十一齿轮7、 36)。
这样就实现了无论输入(指输入轴17)的是正或反，只要预先设定好输出(指第 一、第二副轴2、 4)的正或反即可的目的。
权利要求
1、机械式闭环自耦变速变向系统，它包括执行及反馈系统(1)和自耦合离合器(30)，其特征在于所述执行及反馈系统(1)包括三根平行的轴，分别是中间的主轴(3)和两侧的第一和第二副轴(2)、(4)；主轴(3)为单向丝杆，中间安装有第一螺母(9)，两端固定装配有第一和第二齿轮(5)、(6)，第一螺母(9)与第一和第二副轴(2)、(4)上装有直线轴承的第一、第二滑动副(11)和(12)固连，第一和第二齿轮(5)、(6)分别与第二副轴(4)两端转动滑配合安装的第三、第四齿轮(7)和(8)耦合，第三、第四齿轮(7)和(8)上开有环形锲孔；在第三、第四齿轮(7)和(8)内侧同轴安装有带单向轴承的第一和第二滑动楔块(13)、(14)，并在它们与各自对应的第三、第四齿轮(7)和(8)之间安装第一和第二弹簧(15)、(16)，第一和第二滑动楔块(13)、(14)克服弹簧推力即可与相对的齿轮楔合；所述自耦式离合器(3)包括平行设置的输入轴(17)、输出轴(19)和丝杆(28)，输出轴(19)与执行及反馈系统的主轴(3)连接，两端装有与其转动滑配合的第五和第六齿轮(21)、(22)，第五和第六齿轮(21)、(22)上开有环形锲孔，在第五和第六齿轮(21)、(22)之间同轴安装有两侧带有楔块中间带有拨叉凹槽的离合子(25)，离合子(25)与输出轴(19)为花键滑配合；所述输入轴(17)与提供圆周运动的动力源连接，两端装有第七和第八齿轮(20)、(24)，且第七齿轮(20)与输出轴(19)上的第五齿轮(21)耦合，第八齿轮(24)经第三副轴(18)上的第九齿轮(23)再耦合至输出轴(19)上的第六齿轮(22)，使第五和第六齿轮(21)、(22)始终相互反向转动；所述丝杆(28)与第二副轴(4)连接，其上装配有第二螺母(26)，第二螺母(26)与拨叉(27)连接，拨叉(27)的端部伸进离合子(25)的拨叉凹槽中，拨动离合子(25)与第五和第六齿轮(21)、(22)进行结合或分离。
2、根据权利要求1所述的机械式闭环自耦变速变向系统，其特征在于在所述执 行及反馈系统(1)中还有如下部件在第一副轴(2)的两端安装与其转动滑配合的第十和第十一齿轮(34)和(36)， 并分别与主轴(3)上装有单向轴承的第一和第二齿轮(5)和(6)耦合，第一和第二齿 轮(5)和(6)的单向轴承互为反向安装，在第十和第十一齿轮(34)和(36)内侧同 轴安装有带单向轴承的第三和第四滑动楔块(39)和(40)，并在它们与各自对应的第十 和第十一齿轮(34)和(36)之间安装第三、第四弹簧(38)和(41)，第三和第四滑动楔块(39)和(40)克服弹簧推力即可与相对的齿轮楔合；在主轴(3)和第二副轴(4) 之间的两端增加第一和第二换向轴(32)和(33)，第一换向轴(32)上有第一换向齿轮 (35)，与第一齿轮(5)和第四齿轮(8)耦合，第二换向轴(33)上有第二换向齿轮(37) 与第二齿轮(6)和第三齿轮(7)耦合；在主轴(3)和第一副轴(2)之间加增加第三 换向轴(31)，其上安装第五换向齿轮(43)，并分别在第一换向轴(32)、主轴(3)和 副轴(2)上也安装换向第三、第四和第六换向齿轮(45)、 (44)和(42)，第三、第四、 第五和第六换向齿轮(45)、 (44)、 (43)和(42)顺次耦合。
全文摘要
本发明提出一种机械式闭环自耦变速变向系统，包括执行及反馈系统和自耦合双向离合器两部分，利用各种机械元(器)件间的耦合、联动，实现把连续圆周运动转换成较长距离的往复匀速直线运动的功能，各器件为刚性材料，传动可靠、准确，抗干扰，可适用于各种恶劣环境，便于维护。
文档编号F16H25/00GK101328962SQ20081014453
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月22日 优先权日2008年6月5日
发明者江克坚 申请人:江克坚