一种无源双减速比的离合器

1.本发明涉及离合器技术领域，具体涉及一种无源双减速比的离合器。


背景技术：

2.随着机器人技术、无人机技术的发展，需要有更轻更小的驱动、传动机构执行更为复杂的任务。例如机器人末端操作器执行开合抓捕动作，无人机执行拉降回收动作，需要执行元件在不同的运动方向输出不同的速度、力或力矩。目前自动化设备上常见的离合器或减速器多采用有源离合器实现减速比切换，有源离合器通常由电磁铁、拨叉、齿轮等元器件组成，存在体积大、重量大、功率高的缺点。极大的限制了机器人、无人机等先进自动化系统的小型化和轻量化发展。因此需要发展一种小型、轻量、无源的，具有正反转双减速比的新型离合器，为自动化设备的精细化发展提供技术支持。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有离合器重量大、体积大、需要专门的控制器和驱动器的问题，进而提出一种依靠自身动力实现两种减速比输出切换的无源双减速比的离合器。
4.本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
5.一种无源双减速比的离合器包括主动齿轮、电机、第一过渡齿轮、第二过渡齿轮、第一被动棘轮、第二被动棘轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、输出轴、主动棘轮、第一单向轴承、第二单向轴承和过渡轴，电机固接在支撑板上，电机的电机轴上固接有主动齿轮，第一过渡齿轮和第二过渡齿轮固接在主动棘轮上，主动齿轮与第一过渡齿轮相啮合，第一被动棘轮通过第一单向轴承设置在第一轴承座内，第二被动棘轮通过第二单向轴承设置在第二轴承座内，主动棘轮设置在第一被动棘轮和第二被动棘轮之间，主动棘轮套装在过渡轴上，且在第一被动棘轮和第二被动棘轮的推动下可沿过渡轴做轴向往复移动，第一从动齿轮和第二从动齿轮固接在输出轴上，第一过渡齿轮可与第一从动齿轮相啮合，第二过渡齿轮可与第二从动齿轮相啮合。
6.进一步地，所述主动棘轮的两个端面均设有主动棘轮齿形面，第一被动棘轮套装在过渡轴的一端，第一被动棘轮的内侧端面上设有第一被动棘轮齿形面，第一单向轴承的内圈套装固接在第一被动棘轮上，第一单向轴承的外圈固接在第一轴承座上，过渡轴一端的端部通过一个第一滚动轴承与第一轴承座转动连接，第二被动棘轮套装在过渡轴的另一端，第二被动棘轮的内侧端面上设有第二被动棘轮齿形面，第二单向轴承的内圈套装固接在第二被动棘轮上，第二单向轴承的外圈固接在第二轴承座上，过渡轴另一端的端部通过一个第一滚动轴承与第二轴承座转动连接。
7.进一步地，所述主动棘轮一端的主动棘轮齿形面与第一被动棘轮的第一被动棘轮齿形面相配合，主动棘轮另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮的第二被动棘轮齿形面相配合。
8.进一步地，当主动棘轮沿过渡轴移动到靠近第一被动棘轮时，主动棘轮一端的主
动棘轮齿形面与第一被动棘轮的第一被动棘轮齿形面相接触，主动棘轮另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮的第二被动棘轮齿形面相分离，第一过渡齿轮与第一从动齿轮相啮合，第二过渡齿轮与第二从动齿轮之间分离；当主动棘轮沿过渡轴移动到靠近第二被动棘轮时，主动棘轮一端的主动棘轮齿形面与第一被动棘轮的第一被动棘轮齿形面相分离，主动棘轮另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮的第二被动棘轮齿形面相接触，第一过渡齿轮与第一从动齿轮之间分离，第二过渡齿轮与第二从动齿轮相啮合。
9.进一步地，所述主动棘轮两端的主动棘轮齿形面均为双螺旋斜面，第一被动棘轮的第一被动棘轮齿形面和第二被动棘轮的第二被动棘轮齿形面均为双螺旋斜面。
10.进一步地，所述第一被动棘轮和第二被动棘轮与过渡轴之间设有间隙。
11.进一步地，所述第一单向轴承和第二单向轴承的转动方向相反设置。
12.进一步地，所述电机的电机轴、过渡轴和输出轴均平行设置，且过渡轴设置在电机的电机轴与输出轴之间。
13.进一步地，所述主动棘轮的内圆周侧壁上沿圆周方向设有多个安装槽，每个安装槽分别沿径向方向设置，每个安装槽内分别设有一个定位钢球，定位钢球与安装槽的槽底之间设有弹簧，过渡轴的外圆周侧壁上沿轴向方向并列设有两个环形槽，两个环形槽相邻设置，定位钢球的外部在弹簧的弹力作用下压入一个环形槽内。
14.进一步地，所述环形槽的两侧槽壁由槽口至槽底向内侧倾斜设置。
15.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
16.一、本发明采用单向轴承、棘轮等零部件，利用主动齿轮作为离合器动力源，由主动齿轮正反转切换实现了传动路径的离合，功耗低效率高。
17.二、本发明有两套传递路径，两种减速比，主动轴或主动齿轮的正反转动，会切换到不同传递路径，使得输入转速一定的情况下输出不同的转速。
18.三、结构紧凑，集成度高，控制简单，无需专门的离合控制器和驱动装置，就可以实现正反转双减速比输出。
19.四、本发明具有造价低，使用安全、可靠的优点，该离合器不仅可用作机器人、无人机领域，还可将其推广到机械传动的其他应用领域。
附图说明
20.图1是本发明的整体结构示意图；
21.图2是本发明中第一被动棘轮5
‑
1或第二被动棘轮5
‑
2的轴测图。
具体实施方式
22.具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述一种无源双减速比的离合器包括主动齿轮1、电机2、第一过渡齿轮3
‑
1、第二过渡齿轮3
‑
2、第一被动棘轮5
‑
1、第二被动棘轮5
‑
2、第一从动齿轮7
‑
1、第二从动齿轮7
‑
2、输出轴8、主动棘轮9、第一单向轴承10
‑
1、第二单向轴承10
‑
2和过渡轴11，电机2固接在支撑板上，电机2的电机轴上固接有主动齿轮1，第一过渡齿轮3
‑
1和第二过渡齿轮3
‑
2固接在主动棘轮9上，主动齿轮1与第一过渡齿轮3
‑
1相啮合，第一被动棘轮5
‑
1通过第一单向轴承10
‑
1设置在第一轴承座12
‑
1内，第二被动棘轮5
‑
2通过第二单向轴承10
‑
2设置在第二轴承座12
‑
2内，主动棘轮9设置在第一
被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2之间，主动棘轮9套装在过渡轴11上，且在第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2的推动下可沿过渡轴11做轴向往复移动，第一从动齿轮7
‑
1和第二从动齿轮7
‑
2固接在输出轴8上，第一过渡齿轮3
‑
1可与第一从动齿轮7
‑
1相啮合，第二过渡齿轮3
‑
2可与第二从动齿轮7
‑
2相啮合。
23.所述第一轴承座12
‑
1和第二轴承座12
‑
2均固接在支撑板上。
24.所述输出轴8的两端分别各通过一个第二滚动轴承14与支撑板转动连接。
25.所述第一过渡齿轮3
‑
1的分度圆直径大于第二过渡齿轮3
‑
2的分度圆直径，第一从动齿轮7
‑
1的分度圆直径小于第二从动齿轮7
‑
2的分度圆直径，第一过渡齿轮3
‑
1与第二过渡齿轮3
‑
2之间的距离小于第一从动齿轮7
‑
1与第二从动齿轮7
‑
2之间的距离。
26.本发明提出的一种由单向轴承、齿轮、螺旋轴、弹簧、钢球等零部件组成的正反转双减速比离合器，具有结构简单巧妙，体积小，重量轻，不消耗能源的特点。
27.本发明利用单向轴承内圈相对外圈只能单向转动的特点，设计了专门的棘轮机构，将主动轮正反转动变化为离合器离合套的轴向运动，实现对不同从动齿轮的切换，实现正反转不同减速比输出。
28.本发明的离合器动力源自主动轴自身转动，不使用控制器，不消耗功率即可实现减速比切换。
29.本发明的离合器输入端正反转在输出端有不同的输出力矩和转速。
30.本发明的离合器使用单向轴承实现齿轮啮合的切换。
31.本发明的离合器使用了主被动棘轮，实现了将转动变为沿轴向平动的齿轮切换动作。
32.本实施方式中所述电机2为正反转电机。
33.本实施方式中主动棘轮9和过渡轴11同步回转。
34.电机2安装在支撑板上，电机轴上装有主动齿轮1，可以随电机2做正反转动；第一过渡齿轮3
‑
1和第二过渡齿轮3
‑
2具有不同的分度圆，固连安装在主动棘轮9上，主动棘轮9套在过渡轴11上，可以沿轴向自由滑动和转动；定位钢球4和弹簧6安装在主动棘轮9上，和过渡轴11上的两个环形槽1101配合，实现主动棘轮9在过渡轴11上的两个传动位置定位；第一从动齿轮7
‑
1和第二从动齿轮7
‑
2安装在输出轴8上，具有不同的分度圆，能够分别和第一过渡齿轮3
‑
1和第二过渡齿轮3
‑
2啮合获得不同的减速比；第一单向轴承10
‑
1外圈通过键和第一轴承座12
‑
1连接，内圈通过键和第一被动棘轮5
‑
1连接，当第一被动棘轮5
‑
1特定转向时才能够转动，第二单向轴承10
‑
2外圈通过键和第二轴承座12
‑
2连接，内圈通过键和第二被动棘轮5
‑
2连接，当第二被动棘轮5
‑
2特定转向时才能够转动；主动棘轮9上的第一过渡齿轮3
‑
1始终和主动齿轮1啮合，使得电机输出力矩通过主动齿轮1传递到主动棘轮9上，主动棘轮9在过渡轴11转动并被第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2推动在过渡轴11上做轴向平动。
35.具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述主动棘轮9的两个端面均设有主动棘轮齿形面，第一被动棘轮5
‑
1套装在过渡轴11的一端，第一被动棘轮5
‑
1的内侧端面上设有第一被动棘轮齿形面，第一单向轴承10
‑
1的内圈套装固接在第一被动棘轮5
‑
1上，第一单向轴承10
‑
1的外圈固接在第一轴承座12
‑
1上，过渡轴11一端的端部通过一个第一滚动轴承13与第一轴承座转动连接，第二被动棘轮5
‑
2套装在过渡轴11的另一端，
第二被动棘轮5
‑
2的内侧端面上设有第二被动棘轮齿形面，第二单向轴承10
‑
2的内圈套装固接在第二被动棘轮5
‑
2上，第二单向轴承10
‑
2的外圈固接在第二轴承座12
‑
2上，过渡轴11另一端的端部通过一个第一滚动轴承13与第二轴承座转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
36.具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述主动棘轮9一端的主动棘轮齿形面与第一被动棘轮5
‑
1的第一被动棘轮齿形面相配合，主动棘轮9另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮5
‑
2的第二被动棘轮齿形面相配合。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
37.具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式当主动棘轮9沿过渡轴11移动到靠近第一被动棘轮5
‑
1时，主动棘轮9一端的主动棘轮齿形面与第一被动棘轮5
‑
1的第一被动棘轮齿形面相接触，主动棘轮9另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮5
‑
2的第二被动棘轮齿形面相分离，第一过渡齿轮3
‑
1与第一从动齿轮7
‑
1相啮合，第二过渡齿轮3
‑
2与第二从动齿轮7
‑
2之间分离；当主动棘轮9沿过渡轴11移动到靠近第二被动棘轮5
‑
2时，主动棘轮9一端的主动棘轮齿形面与第一被动棘轮5
‑
1的第一被动棘轮齿形面相分离，主动棘轮9另一端的主动棘轮齿形面与第二被动棘轮5
‑
2的第二被动棘轮齿形面相接触，第一过渡齿轮3
‑
1与第一从动齿轮7
‑
1之间分离，第二过渡齿轮3
‑
2与第二从动齿轮7
‑
2相啮合。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
38.具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述主动棘轮9两端的主动棘轮齿形面均为双螺旋斜面，第一被动棘轮5
‑
1的第一被动棘轮齿形面和第二被动棘轮5
‑
2的第二被动棘轮齿形面均为双螺旋斜面。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
39.本实施方式中双螺旋斜面包括两个沿中心对称的螺旋斜面。
40.具体实施方式六：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2与过渡轴11之间设有间隙。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
41.具体实施方式七：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述第一单向轴承10
‑
1和第二单向轴承10
‑
2的转动方向相反设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
42.具体实施方式八：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述电机2的电机轴、过渡轴11和输出轴8均平行设置，且过渡轴11设置在电机2的电机轴与输出轴8之间。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
43.具体实施方式九：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述主动棘轮9的内圆周侧壁上沿圆周方向设有多个安装槽901，每个安装槽901分别沿径向方向设置，每个安装槽901内分别设有一个定位钢球4，定位钢球4与安装槽901的槽底之间设有弹簧6，过渡轴11的外圆周侧壁上沿轴向方向并列设有两个环形槽1101，两个环形槽1101相邻设置，定位钢球4的外部在弹簧6的弹力作用下压入一个环形槽1101内。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
44.如此设计通过多个定位钢球4对过渡轴11进行环向夹紧，实现主动棘轮9与过渡轴11同步回转，当受到第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2的推动时，定位钢球4从当前的环
形槽1101内滑出移动到另一个环形槽1101内，实现主动棘轮9在过渡轴11上的两个传动位置定位。
45.具体实施方式十：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述环形槽1101的两侧槽壁由槽口至槽底向内侧倾斜设置。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。
46.如此设计便于实现定位钢球4的移动。
47.工作原理
48.第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2具有复杂的端面几何形状，由两个螺旋斜面作为工作面，主动棘轮9的两个端面是与第一被动棘轮5
‑
1和第二被动棘轮5
‑
2相配合的螺旋斜面。当主动棘轮9如图1情况顺时针转动时，第一单向轴承10
‑
1可以转动，主动棘轮9带动第一被动棘轮5
‑
1转动，第二单向轴承10
‑
2不能转动，第二被动棘轮5
‑
2不动，主动棘轮9上安装的第一过渡齿轮3
‑
1与第一从动齿轮7
‑
1相啮合，第二过渡齿轮3
‑
2与第二从动齿轮7
‑
2之间分离；当主动棘轮9如图1情况逆时针转动时，由于第一单向轴承10
‑
1在该方向无法转动，第一被动棘轮5
‑
1也无法转动，主动棘轮9在第一被动棘轮5
‑
1双螺旋斜面的作用下发生轴向移动，在主动棘轮9上安装的第一过渡齿轮3
‑
1和第二过渡齿轮3
‑
2会一起移动，第一过渡齿轮3
‑
1与第一从动齿轮7
‑
1之间分离，第二过渡齿轮3
‑
2与第二从动齿轮7
‑
2相啮合，主动棘轮9与第一被动棘轮5
‑
1脱离且与另一端的第二被动棘轮5
‑
2啮合，第二单向轴承10
‑
2可以转动，主动棘轮9带动第二被动棘轮5
‑
2转动。同理，当主动棘轮9再次顺时针转动时，主动棘轮9和上面的第一过渡齿轮3
‑
1和第二过渡齿轮3
‑
2会被第二被动棘轮5
‑
2再次推回。由此实现了离合器根据主动齿轮1的不同转动方向自动切换到不同的转动输出路径，实现了正反转双减速比输出。
49.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。