一种用于狭长空间内的转动驱动机构和方法与流程

本发明属于机械传动技术领域，尤其涉及一种用于狭长空间内的转动驱动机构和方法。

背景技术：

在某些应用场合，比如风洞试验，试验模型的外形和尺寸确定后不允许改变，要想驱动某一部件运动，只能利用模型的内部空间，然而模型尺寸通常比较小，限制驱动设备的安装。类型这种情况下，试验模型的外形尺寸与部件驱动之间的矛盾就成了一个亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于狭长空间内的转动驱动机构和方法，在不改变试验模型的外形和尺寸的前提下，充分利用试验模型的内部空间，利用螺旋传动原理和曲柄滑块机构运动原理，实现了对指定部件的驱动。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于狭长空间内的转动驱动机构，包括：第一头罩(101)、第一头罩(102)、第一曲柄(2)、第二曲柄(3)、滚珠丝杠(4)、滑块(5)、电机(6)、直线导轨(7)、壳体(8)、第一销轴(901)和第二销轴(902)；

所述滚珠丝杠(4)、电机(6)和直线导轨(7)均固定在所述壳体(8)上；

所述电机(6)与所述滚珠丝杠(4)连接，驱动所述滚珠丝杠(4)旋转；

所述滑块(5)与所述滚珠丝杠(4)采用螺旋方式连接，构成螺旋传动；所述滑块(5)在螺旋副的驱动作用下可沿所述直线导轨(7)的直线轨道移动；

所述第一曲柄(2)通过所述第一销轴(901)与所述壳体(8)铰接，所述第二曲柄(3)通过所述第二销轴(902)与所述壳体(8)铰接；

所述第一曲柄(2)的两端分别与所述第一头罩(101)和所述滑块(5)连接，所述第二曲柄(3)的两端分别与所述第二头罩(102)和所述滑块(5)连接；其中，所述第一曲柄(2)和第二曲柄(3)可在所述滑块(5)的作用下，分别绕所述第一销轴(901)和第二销轴(902)转动，以控制所述第一头罩(101)和第二头罩(102)的张角。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，还包括：减速器(10)；

所述减速器(10)设置在所述电机(6)与所述滚珠丝杠(4)之间。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，所述壳体(8)包括：第一段壳体(801)、第二段壳体(802)和第三段壳体(803)；

所述电机(6)固定在所述第二段壳体(802)上，置于所述第三段壳体(803)的内部空腔中；

所述滚珠丝杠(4)、滑块(5)和直线导轨(7)均置于所述第一段壳体(801)和第二段壳体(802)形成的内部空腔中；其中，所述滚珠丝杠(4)由所述第一段壳体(801)和所述第二段壳体(802)共同支撑固定；所述直线导轨(7)由所述第一段壳体(801)和所述第二段壳体(802)共同支撑固定；所述直线导轨(7)与所述滚珠丝杠(4)平行设置。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，各段壳体之间采用圆柱配合，通过锥销固定。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，还包括：第一轴承(111)和第二轴承(112)；

所述滚珠丝杠(4)与所述电机(6)的输出轴通过键连接；

所述滚珠丝杠(4)的两端分别通过所述第一轴承(111)和所述第二轴承(112)与所述壳体(8)连接固定。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，所述第一曲柄(2)的一端与所述第一头罩(101)固定连接，另一端与所述滑块(5)滑动连接；

所述第二曲柄(3)的一端与所述第二头罩(102)固定连接，另一端与所述滑块(5)滑动连接；

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，还包括：第三轴承(113)、第四轴承(114)、第一轴承挡圈(121)和第二轴承挡圈(122)；

所述第一销轴(901)穿过所述第一曲柄(2)的铰接中心，两端固定在所述壳体(8)上；所述第一销轴(901)与所述第一曲柄(2)之间通过所述第三轴承(113)连接；其中，所述第一销轴(901)与所述第三轴承(113)的内圈配合，所述第一曲柄(2)与所述第三轴承(113)的外圈配合，所述第一轴承挡圈(121)设置在所述第三轴承(113)和所述壳体(8)之间；

所述第二销轴(902)穿过所述第二曲柄(2)的铰接中心，两端固定在所述壳体(8)上；所述第二销轴(902)与所述第二曲柄(3)之间通过所述第四轴承(114)连接；其中，所述第二销轴(902)与所述第四轴承(114)的内圈配合，所述第二曲柄(3)与所述第四轴承(114)的外圈配合，所述第二轴承挡圈(122)设置在所述第四轴承(114)和所述壳体(8)之间。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，所述滑块(5)包括：第一凸起(501)、第二凸起(502)、U型杆(503)和旋转螺母(504)；

所述旋转螺母(504)内圈设置有螺纹，所述滑块(5)通过所述旋转螺母(504)与所述滚珠丝杠(4)连接；

所述U型杆(503)与所述旋转螺母(504)之间通过圆柱销连接；

所述第一凸起(501)和所述第二凸起(502)交错设置在所述U型杆(503)的两个侧面。

在上述用于狭长空间内的转动驱动机构中，所述第一曲柄(2)上设置有第一滑动槽(201)，所述第二曲柄(3)上设置有第二滑动槽(301)；

所述第一曲柄(2)通过所述第一滑动槽(201)与所述滑块(5)上的第二凸起(502)连接；

所述第二曲柄(3)通过所述第二滑动槽(301)与所述滑块(5)上的第一凸起(501)连接。

相应的，本发明还公开了一种用于狭长空间内的转动驱动方法，包括：

通过控制电机的转动速度和圈数，驱动滚珠丝杠旋转；

滑块在滚珠丝杠的螺旋传动作用下，沿直线导轨做直线运动；

滑块在沿直线导轨做直线运动时，带动与所述滑块连接的第一曲柄绕第一销轴转动，以及，带动与所述滑块连接的第二曲柄绕第二销轴转动；

第一曲柄和第二曲柄转动过程中，带动头罩张开设定角度；其中，所述设定角度等于第一曲柄和第二曲柄的转动角度。

本发明具有以下优点：

(1)本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，基于第一头罩、第二头罩、第一曲柄、第二曲柄、滚珠丝杠、滑块、电机、直线导轨、壳体、第一销轴和第二销轴等零部件构成，在不改变试验模型的外形和尺寸的前提下，充分利用试验模型的内部空间，利用螺旋传动原理和曲柄滑块机构运动原理，实现了对指定部件的驱动，解决了有限空间内无法直接实现转动驱动的问题。

(2)本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，结构紧凑，控制方便，易于实现头罩连续角度的变化。

(3)本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，设置有直线导轨，克服了滚珠丝杠传递给滑块的力矩，保证了滑块做直线运动的平稳性和可靠性。

(4)本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，滑块与两个曲柄连接处交叉布置，增加了驱动力臂的长度，在同样驱动力作用下，可驱动更大载荷。

(5)本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，滑块与第一、第二两个曲柄连接，滑块运动时，第一曲柄和第二曲柄可以同时绕各自旋转轴转动，从而实现两个头罩同时展开，保持运动的一致性。

附图说明

图1是本发明实施例中一种用于狭长空间内的转动驱动机构的正面视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中A-A向剖面结构示意图；

图4是本发明实施例中一种滑块的结构示意图；

图5是本发明实施例中一种曲柄的结构示意图；

图6是本发明实施例中一种滑块与第一曲柄和第二曲柄的安装示意图；

图7是本发明实施例中一种用于狭长空间内的转动驱动方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

在本实施例中，所述用于狭长空间内的转动驱动机构特别适用于空间尺寸小、无法直接实现转动驱动的场合。参照图1，示出了本发明实施例中一种用于狭长空间内的转动驱动机构的正面视图。图2，示出了图1的俯视图。其中，所述用于狭长空间内的转动驱动机构，包括：第一头罩101、第一头罩102、第一曲柄2、第二曲柄3、滚珠丝杠4、滑块5、电机6、直线导轨7、壳体8、第一销轴901和第二销轴902。

结合图1和2可知，在本实施例中，

所述滚珠丝杠4、电机6和直线导轨7均固定在所述壳体8上。

所述电机6与所述滚珠丝杠4连接，驱动所述滚珠丝杠4旋转。

所述滑块5与所述滚珠丝杠4采用螺旋方式连接，构成螺旋传动，所述滑块5在螺旋副的驱动作用下可沿所述直线导轨7的直线轨道移动。

所述第一曲柄2通过所述第一销轴901与所述壳体8铰接，所述第二曲柄3通过所述第二销轴902与所述壳体8铰接。

所述第一曲柄2的两端分别与所述第一头罩101和所述滑块5连接，所述第二曲柄3的两端分别与所述第二头罩102和所述滑块5连接；其中，所述第一曲柄2和第二曲柄3可在所述滑块5的作用下，分别绕所述第一销轴901和第二销轴902转动，以控制所述第一头罩101和第二头罩102的张角。

优选的，如图1，所述壳体8可以包括：第一段壳体801、第二段壳体802和第三段壳体803。其中，第一段壳体801、第二段壳体802和第三段壳体803之间采用圆柱配合，通过锥销固定；各壳体内部中空，形成空腔；

优选的，所述电机6固定在所述第二段壳体802上，置于所述第三段壳体803的内部空腔中。所述滚珠丝杠4、滑块5和直线导轨7均置于所述第一段壳体801和第二段壳体802所形成的内部空腔中。

在本实施例中，所述滚珠丝杠4可以平行贯穿所述第一段壳体801的内部空腔，末端抵接所述第二段壳体802，也即，所述滚珠丝杠4可以由所述第一段壳体801和所述第二段壳体802共同支撑固定。所述直线导轨7同样可以平行贯穿所述第一段壳体801的内部空腔末端抵接所述第二段壳体802，也即，所述直线导轨7由所述第一段壳体801和所述第二段壳体802共同支撑固定。其中，所述直线导轨7与所述滚珠丝杠4平行设置。

优选的，如图1所示，所述第一曲柄2的一端与所述第一头罩101固定连接，另一端与所述滑块5滑动连接；所述第二曲柄3的一端与所述第二头罩102固定连接，另一端与所述滑块5滑动连接；

在本发明的一优选实施例中，参照图3，是图1中A-A向剖面结构示意图。优选的，所述转动驱动机构还可以包括：第三轴承113、第四轴承114、第一轴承挡圈121和第二轴承挡圈122。

在本实施例中，所述第一销轴901穿过所述第一曲柄2的铰接中心，两端固定在所述壳体8上；所述第一销轴901与所述第一曲柄2之间通过所述第三轴承113连接；其中，所述第一销轴901与所述第三轴承113的内圈配合，所述第一曲柄2与所述第三轴承113的外圈配合，所述第一轴承挡圈121设置在所述第三轴承113和所述壳体8之间。所述第二销轴902穿过所述第二曲柄2的铰接中心，两端固定在所述壳体8上；所述第二销轴902与所述第二曲柄3之间通过所述第四轴承114连接；其中，所述第二销轴902与所述第四轴承114的内圈配合，所述第二曲柄3与所述第四轴承114的外圈配合，所述第二轴承挡圈122设置在所述第四轴承114和所述壳体8之间。

在本发明的一优选实施例中，参照图4，示出了本发明实施例中一种滑块的结构示意图。优选的，所述滑块5具体可以包括：第一凸起501、第二凸起502、U型杆503和旋转螺母504。

在本实施例中，所述旋转螺母504内圈设置有螺纹，所述滑块5通过所述旋转螺母504与所述滚珠丝杠4连接。所述U型杆503与所述旋转螺母504之间通过圆柱销连接。所述第一凸起501和所述第二凸起502交错设置在所述U型杆503的两个侧面。

优选的，参照图5，示出了本发明实施例中一种曲柄的结构示意图。如图5，在本实施例中，所述第一曲柄2的第一支臂202上可以设置有第一滑动槽201，所述第二曲柄3的第二支臂302上可以设置有第二滑动槽301。进一步优选的，参照图6，示出了本发明实施例中一种滑块与第一曲柄和第二曲柄的安装示意图。在本实施例中，所述第一曲柄2通过所述第一滑动槽201与所述滑块5上的第二凸起502连接；所述第二曲柄3通过所述第二滑动槽301与所述滑块5上的第一凸起501连接。也即，如图5，连接后的第一曲柄2的第一支臂202与第二曲柄3的第二支臂302平行、且位于不同的平面、且相互交叉。

在本发明的一优选实施例中，如图1，所述转动驱动机构还可以包括：减速器10。其中，所述减速器10设置在所述电机6与所述滚珠丝杠4之间。

在本发明的一优选实施例中，如图1，所述转动驱动机构还可以包括：第一轴承111和第二轴承112。其中，所述滚珠丝杠4与所述电机6的输出轴通过键连接；所述滚珠丝杠4的两端分别通过所述第一轴承111和所述第二轴承112与所述壳体8连接固定。

在上述装置实施例的基础上，本发明还公开了一种用于狭长空间内的转动驱动方法，该方法基于上述转动驱动机构实现。参照图7，示出了本发明实施例中一种用于狭长空间内的转动驱动方法的步骤流程图。在本实施例中，所述用于狭长空间内的转动驱动方法，包括：

步骤101，通过控制电机的转动速度和圈数，驱动滚珠丝杠旋转。

步骤102，滑块在滚珠丝杠的螺旋传动作用下，沿直线导轨做直线运动。

在本实施例中，滚珠丝杠与滑块之间构成螺旋传动，滑块与直线导轨之间形成移动副，滑块在螺旋副的驱动作用下，只能沿着滚珠丝杠轴向移动，保证了滑块运行的平稳性。

步骤103，滑块在沿直线导轨做直线运动时，带动与所述滑块连接的第一曲柄绕第一销轴转动，以及，带动与所述滑块连接的第二曲柄绕第二销轴转动。

在本实施例中，滑块上设置有左右对称的凸起，滑块与第一曲柄和第二曲柄连接时交叉布置，即，位于一侧的曲柄连接对侧的滑块凸起，从而保持最大的驱动力臂。

步骤104，第一曲柄和第二曲柄转动过程中，带动头罩张开设定角度。

其中，所述设定角度等于第一曲柄和第二曲柄的转动角度。在本实施例中，第一曲柄的其中一端和第二曲柄的其中一端分别连接第一头罩和第二头罩，两个头罩转动的角度等于曲柄在滑块作用下，绕销轴转过的角度；通过控制电机的转动速度和圈数，以及滚珠丝杠的长度，经过换算，便可获得各个头罩展开的速度和角度。

在本发明的一优选实施例中，壳体的内径可以在50mm～200mm之间(包括50mm和200mm)，单侧头罩展开角度范围为0～90°，滚珠丝杠的有效长度取值范围为50mm～260mm。其中，根据实际负载情况，通常选择大减速比的减速器和低速大转矩的电机，且尺寸尽可能小，能够置于壳体内腔中。

例如，一组优选的尺寸规格参数可以如下：壳体内径为110mm，单侧头罩展开角度为0～45°，滚珠丝杠的有效长度为175mm，减速器的减速比为1：73.5，电机转速设定为额定转速5420r/min，则滑块移动速度为7.37mm/s，头罩从0°展开到45°的过程需要耗时8.3s。

综上所述，本发明实施例所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，基于第一头罩、第二头罩、第一曲柄、第二曲柄、滚珠丝杠、滑块、电机、直线导轨、壳体、第一销轴和第二销轴等零部件构成，在不改变试验模型的外形和尺寸的前提下，充分利用试验模型的内部空间，利用螺旋传动原理和曲柄滑块机构运动原理，实现了对指定部件的驱动，解决了有限空间内无法直接实现转动驱动的问题。

其次，本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，结构紧凑，控制方便，易于实现头罩连续角度的变化。

进一步的，本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，设置有直线导轨，克服了滚珠丝杠传递给滑块的力矩，保证了滑块做直线运动的平稳性和可靠性。同时，滑块与曲柄连接处交叉布置，增加了驱动力臂的长度，在同样驱动力作用下，可驱动更大载荷。

此外，本发明所述的用于狭长空间内的转动驱动机构，滑块与第一、第二两个曲柄连接，滑块运动时，第一曲柄和第二曲柄可以同时绕各自旋转轴转动，从而实现两个头罩同时展开，保持运动的一致性。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。