一种大伸缩比多级传动装置及使用方法与流程

本发明属于无人伺服控制领域，具体涉及一种大伸缩比多级传动装置及使用方法。

背景技术：

1、电动伺服机构以高精度、快速响应等优点已广泛应用于车载伺服控制及无人机机翼控制等领域。受制于安装空间的限制，实现小体积、大伸缩比传动技术研究成为当前伺服传动技术关键技术之一。目前在小体积、大伸缩比传动技术设方面多采用多级空心丝杠结构形式实现，但受限于薄壁空心丝杠加工工艺、承载能力的限制，导致产品加工过程技术难度大、装配复杂、成品率低。所以，在现有加工工艺基础上，创新设计原理及方法，实现大伸缩比多级传动技术研究成为关键技术之一。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大伸缩比多级传动装置及使用方法，以解决现有技术中，多级空心丝杠结构受限于薄壁空心丝杠加工工艺、承载能力的限制，导致产品加工过程技术难度大、装配复杂、成品率低的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种大伸缩比多级传动装置，包括：电机、减速单元、支撑筒、第一导筒、第二导筒、第三导筒、一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构、三级丝杠组件机构和若干个支撑法兰；减速单元和支撑筒均与支撑法兰固接，支撑筒、第一导筒、第二导筒和第三导筒分别与支撑法兰固接，一级丝杠组件机构设置在支撑筒内部，一端连接减速单元，同时与支撑法兰定位连接，另一端与二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构依次连接，且一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构之间均设置有支撑法兰，第一导筒位于二级丝杠组件机构外部，第二导筒位于三级丝杠组件机构外部；

4、所述一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构均包括用于承受负载的滚珠丝杠、用于实现防转并传递下一级扭矩的滚珠花键和用于实现调速和运动换向功能的齿轮机构。

5、优选地，所述若干个支撑法兰包括：第一支撑法兰、第二支撑法兰、第三支撑法兰和第四支撑法兰；第一支撑法兰设置在减速单元与支撑筒之间，且支撑筒固接在第一支撑法兰上，一级丝杠组件机构设置在支撑筒内部一端与第一支撑法兰定位连接，另一端与第二支撑法兰定位连接，第二支撑法兰设置在一级丝杠组件机构和二级丝杠组件机构之间，且第一导筒与第二支撑法兰固接，二级丝杠组件机构一端与第二支撑法兰定位连接，另一端与第三支撑法兰定位连接，第三支撑法兰设置在二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构之间，且第二导筒与第三支撑法兰固接，三级丝杠组件机构一端与第三支撑法兰定位连接，另一端与第四支撑法兰定位连接，且第三导筒与第四支撑法兰固接。

6、优选地，所述减速单元包括：行星减速器、电机齿轮、中间大齿轮、中间小齿轮、主承载大齿轮和主承载小齿轮；电机通过行星减速器与电机齿轮连接，电机齿轮与中间大齿轮啮合，中间大齿轮与中间小齿轮同轴，中间小齿轮与主承载大齿轮啮合，主承载大齿轮与主承载小齿轮同轴；且电机齿轮、中间大齿轮、中间小齿轮和主承载大齿轮均设置在支撑法兰一侧，主承载小齿轮设置在支撑法兰的另一侧。

7、优选地，在电机和行星减速器之间还设置有失电制动器。

8、优选地，所述一级丝杠组件机构包括：一级滚珠花键ⅰ、一级滚珠丝杠ⅰ、一级滚珠丝杠ⅱ、一级滚珠花键ⅱ、一级滚珠花键ⅰ末端齿轮、一级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮、一级滚珠花键ⅱ末端齿轮、一级滚珠丝杠ⅱ末端齿轮、一级滚珠花键螺母ⅰ齿轮、一级滚珠丝杠螺母ⅰ、一级滚珠花键螺母ⅱ齿轮和一级滚珠丝杠螺母ⅱ；一级滚珠花键ⅰ和一级滚珠花键ⅱ的一端通过滚珠花键支撑轴承与支撑法兰定位连接，一级滚珠丝杠ⅰ、一级滚珠丝杠ⅱ的一端分别通过滚珠丝杠支撑轴承ⅰ和滚珠丝杠支撑轴承ⅱ与支撑法兰定位连接，一级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮、一级滚珠丝杠ⅱ末端齿轮均通过滚珠丝杠末端锁紧螺母分别与一级滚珠丝杠ⅰ和一级滚珠丝杠ⅱ锁紧，一级滚珠花键ⅰ末端齿轮、一级滚珠花键ⅱ末端齿轮均通过滚珠花键末端锁紧螺母分别与一级滚珠花键ⅰ和一级滚珠花键ⅱ锁紧，且一级滚珠花键ⅰ末端齿轮与一级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮啮合，一级滚珠花键ⅱ末端齿轮与一级滚珠丝杠ⅱ末端齿轮啮合；一级滚珠丝杠ⅰ和一级滚珠丝杠ⅱ的另一端分别通过一级滚珠丝杠螺母ⅰ和一级滚珠丝杠螺母ⅱ与支撑法兰连接，一级滚珠花键ⅰ和一级滚珠花键ⅱ的另一端分别设置有一级滚珠花键螺母ⅰ齿轮和一级滚珠花键螺母ⅱ齿轮，且一级滚珠花键螺母ⅰ齿轮和一级滚珠花键螺母ⅱ齿轮与二级丝杠组件机构啮合。

9、优选地，所述二级丝杠组件机构包括：二级滚珠丝杠ⅰ、二级滚珠花键ⅰ、二级滚珠花键ⅱ、二级滚珠丝杠ⅱ、二级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮、二级滚珠花键ⅰ末端齿轮、二级滚珠丝杠轴末端齿轮ⅱ、二级滚珠花键末端齿轮ⅱ、二级滚珠丝杠螺母ⅰ、二级滚珠花键螺母齿轮ⅰ、二级滚珠丝杠螺母ⅱ、二级滚珠花键螺母齿轮ⅱ；二级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮、二级滚珠丝杠轴末端齿轮ⅱ均通过滚珠丝杠末端锁紧螺母分别与穿过支撑法兰的二级滚珠丝杠ⅰ和二级滚珠丝杠ⅱ一端锁紧，且二级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮和二级滚珠丝杠轴末端齿轮ⅱ均与一级丝杠组件机构啮合，二级滚珠花键ⅰ末端齿轮、二级滚珠花键末端齿轮ⅱ均通过滚珠花键末端锁紧螺母分别与二级滚珠花键ⅰ和二级滚珠花键ⅱ锁紧，且二级滚珠丝杠轴末端齿轮ⅱ与二级滚珠花键末端齿轮ⅱ啮合，二级滚珠丝杠ⅰ末端齿轮和二级滚珠花键ⅰ末端齿轮啮合，二级滚珠丝杠ⅰ、二级滚珠丝杠ⅱ的另一端分别通过二级滚珠丝杠螺母ⅰ和二级滚珠丝杠螺母ⅱ与支撑法兰连接，二级滚珠花键ⅰ、二级滚珠花键ⅱ的另一端分别设置二级滚珠花键螺母齿轮ⅰ和二级滚珠花键螺母齿轮ⅱ，且二级滚珠花键螺母齿轮ⅰ和二级滚珠花键螺母齿轮ⅱ与三级丝杠组件机构啮合。

10、优选地，所述三级丝杠组件机构包括：三级滚珠丝杠ⅰ、三级滚珠丝杠ⅱ、三级滚珠丝杆ⅰ、三级滚珠丝杆ⅱ、三级级滚珠丝杠螺母ⅰ和三级级滚珠丝杠螺母ⅱ；三级滚珠丝杠ⅰ、三级滚珠丝杠ⅱ的一端分别通过三级滚珠丝杆ⅰ和三级滚珠丝杆ⅱ设置在二级丝杠组件机构连接带动的支撑法兰上，且三级滚珠丝杆ⅰ和三级滚珠丝杆ⅱ分别与二级丝杠组件机构啮合，三级滚珠丝杠ⅰ、三级滚珠丝杠ⅱ的另一端分别通过三级级滚珠丝杠螺母ⅰ和三级级滚珠丝杠螺母ⅱ与支撑法兰连接。

11、优选地，所述一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构均采用沿轴线对称设计两组传动机构。

12、本技术还公开了一种大伸缩比多级传动装置的使用方法，包括：

13、s1：电机启动，通过减速单元将动力传输给减速单元、支撑筒内的一级丝杠组件机构；

14、s2：一级丝杠组件机构带动固定在支撑法兰上的第一导筒和二级丝杠组件机构进行直线运动，同时一级丝杠组件机构将动力传输给二级丝杠组件机构；

15、s3：二级丝杠组件机构带动固定在支撑法兰上的第二导筒和三级丝杠组件机构进行直线运动，同时二级丝杠组件机构将动力传输给三级丝杠组件机构；

16、s4：三级丝杠组件机构带动固定在支撑法兰上的第三导筒进行直线运动。

17、优选地，所述若干个支撑法兰包括：第一支撑法兰、第二支撑法兰、第三支撑法兰和第四支撑法兰；

18、s2中，一级丝杠组件机构带动固定在第二支撑法兰上的第一导筒和二级丝杠组件机构进行直线运动；

19、s3中，二级丝杠组件机构带动固定在第三支撑法兰上的第二导筒和三级丝杠组件机构进行直线运动；

20、s4中，三级丝杠组件机构带动固定在第四支撑法兰上的第三导筒进行直线运动。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明公开了一种大伸缩比多级传动装置，包括：电机、减速单元、支撑筒、第一导筒、第二导筒、第三导筒、一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构、三级丝杠组件机构和若干个支撑法兰；电机通过行星减速器和齿轮减速机构将动力传递给一级丝杠组件机构，再运用多级组合传动机构传动原理实现多级传动，该组合传动装置每一级传动由滚珠丝杠、滚珠花键和齿轮机构组成，滚珠丝杠用于承受负载，滚珠花键实现防转并传递下一级扭矩，齿轮机构实现调速和运动换向功能。本发明采用滚珠丝杠、滚珠花键及齿轮机构等实现组合传动，涉及零部件加工工艺成熟，滚珠丝杠及滚珠花键均为实体，在同体积下该组合式传动装置承载大、刚性好，且便于实现工程化应用。

23、进一步地，在电机和行星减速器之间设置失电制动器，工作状态下，电机通过失电制动器传动动力给减速机构，减速机构传递动力给多级丝杠组件，从而实现电机的旋转运动转化成多级丝杠副的直线往复运动。断电状态下，失电制动器断电自锁，实现多级传动机构自锁。

24、进一步地，一级丝杠组件机构、二级丝杠组件机构和三级丝杠组件机构均采用沿轴线对称设计两组传动机构，保证传动过程丝杠受力均匀，避免弯曲载荷。