一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机的制作方法

1.本发明主要涉及减速电机技术领域，特指一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机。


背景技术：

2.减速电机作为一种常用的动力装置因具有输出扭矩大、体积小等优点而被广泛应用于现代机械中。现有技术中的减速电机通常只有一根输出轴，因而使得在流水线作业中串行工作的机械设备需要配置多个动力源，即一个动力机构需要对应一个减速电机，这不仅增加了机械装置的结构复杂性，而且浪费能源。此外，现有技术中的减速电机在负载突变时，输出轴容易发生振动，从而影响电机的整体使用寿命。为此，需要设计一种新型减速电机以克服现有技术中存在的缺陷。


技术实现要素：

3.本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、通过控制转子正反向转动实现两根输出轴的错时输出、利用柔性啮合吸收输出轴振动能量，具有双输出轴串行工作的柔性减速电机。
4.为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机，它包括电机外壳，沿x方向转动装设的转子主轴，沿y方向转动装设共轴线的正向蜗轮传动轴和反向蜗轮传动轴，沿z方向转动装设的相互平行的正向输出轴和反向输出轴。
5.还包括驱动所述转子主轴转动的转子和定子，固定装设在所述转子主轴上的主动锥齿轮，装设在所述正向蜗轮传动轴上且与所述主动锥齿轮外啮合的正向锥齿轮，装设在所述反向蜗轮传动轴上且与所述主动锥齿轮外啮合的反向锥齿轮，固定装设在所述正向输出轴上的正向蜗轮，固定装设在所述反向输出轴上的反向蜗轮，缠绕在所述正向蜗轮传动轴上且与所述正向蜗轮柔性啮合传动的金属螺旋弹簧a，缠绕在所述反向蜗轮传动轴上且与所述反向蜗轮柔性啮合传动的金属螺旋弹簧b。
6.所述主动锥齿轮正向转动时，所述正向锥齿轮驱动所述正向蜗轮传动轴同步转动，带动所述正向输出轴正向转动；所述反向锥齿轮绕所述反向蜗轮传动轴空转，所述反向输出轴静止不动；所述主动锥齿轮反向转动时，所述正向锥齿轮绕所述正向蜗轮传动轴空转，所述正向输出轴静止不动，所述反向锥齿轮驱动所述反向蜗轮传动轴同步转动，带动所述反向输出轴正向转动。
7.进一步地，所述电机外壳包括左侧板、右侧板、上侧板、下侧板、前侧板和后侧板，所述转子主轴的左端转动装设在所述左侧板上，所述正向蜗轮传动轴的上端转动装设于所述上侧板上，所述反向蜗轮传动轴的下端转动装设于所述下侧板上；所述正向输出轴的两端分别转动装设在后侧板和前侧板上，且一端延伸到所述电机外壳的外部；所述反向输出轴的两端分别转动装设在后侧板和前侧板上，且一端延伸到所述电机外壳的外部。
8.进一步地，所述转子固定装设在所述转子主轴上，所述定子由分别固定装设在上侧板和下侧板上、且关于所述转子主轴对称分布的定子a和定子b组成。
9.进一步地，所述正向蜗轮传动轴上套装有单向轴承a，所述单向轴承a外部套装有正向驱动轴套，所述正向锥齿轮固定套装在所述正向驱动轴套上；所述反向蜗轮传动轴上套装有单向轴承b，所述单向轴承b外部套装有反向驱动轴套，所述反向锥齿轮固定套装在所述反向驱动轴套上。
10.进一步地，所述单向轴承a和单向轴承b的外圈均不能相对于自身内圈反向转动。
11.进一步地，所述正向蜗轮传动轴的外表面开设有用于容纳所述金属螺旋弹簧a的螺旋型凹槽a；所述反向蜗轮传动轴的外表面开设有用于容纳所述金属螺旋弹簧b的螺旋型凹槽b；所述螺旋型凹槽a和螺旋型凹槽b的横截面成梯形，其宽度大于所述金属螺旋弹簧a和金属螺旋弹簧b的线径。
12.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机设有单向轴承a和单向轴承b，能够在转子正向转动的时候将转子主轴的高速转动减速后传递给正向输出轴，并切断反向输出轴的转动；在转子反向转动的时候将转子主轴的高速转动减速后传递给反向输出轴，并切断正向输出轴的转动，即实现了双输出轴的串行工作。此外，本发明的正向蜗轮传动轴和反向蜗轮传动轴上分别设有金属螺旋弹簧a和金属螺旋弹簧b，从而实现与正向蜗轮35和反向蜗轮45的柔性啮合传动，以便在正向输出轴或反向输出轴负载变化时吸收外界传动过来的振动能量。由此可知，本发明是一种结构简单紧凑、通过控制转子正反向转动实现两根输出轴的错时输出、利用柔性啮合吸收振动能量，具有双输出轴串行工作的柔性减速电机。
附图说明
13.图1是本发明的一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机的结构原理示意图。
14.图2是本发明中正向输出轴和反向输出轴与电机外壳的相对位置示意图。
15.图中，11—左侧板；12—右侧板；13—上侧板；14—下侧板；15—前侧板；16—后侧板；20—转子主轴；21—转子；22—定子a；23—定子b；24—主动锥齿轮；25—左轴承座；26—滚动轴承a；31—正向蜗轮传动轴；32—单向轴承a；33—正向驱动轴套；34—正向锥齿轮；35—正向蜗轮；36—正向输出轴；37—金属螺旋弹簧a；41—反向蜗轮传动轴；42—单向轴承b；43—反向驱动轴套；44—反向锥齿轮；45—反向蜗轮；46—反向输出轴；47—金属螺旋弹簧b；51—上轴承座；52—滚动轴承b；53—下轴承座；54—滚动轴承c；61—前轴承座a；62—前轴承a；63—后轴承座a；64—后轴承a；65—前轴承座b；66—前轴承b；67—后轴承座b；68—后轴承b。
具体实施方式
16.以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。为叙述方便，对沿x、y、z三个方向转动装设的各零部件的转动方向规定如下：参阅图1，采用左视图的角度观察，转子主轴20和主动锥齿轮24逆时针方向转动为正向转动，顺时针方向转动为反向转动；采用俯视图的角度观察，正向蜗轮传动轴31和正向锥齿轮34逆时针方向转动为正向转动，顺时针方向转动为反向转动；采用主视图的角度观察，正向蜗轮35和反向蜗轮45逆时针方向
转动为正向转动，顺时针方向转动为反向转动。
17.参见图1和图2， 本发明的一种具有双输出轴串行工作的柔性减速电机，包括电机外壳，轴线平行于x轴且沿x方向转动装设的转子主轴20，轴线平行于y轴且沿y方向转动装设的正向蜗轮传动轴31和反向蜗轮传动轴41，以及轴线平行于z轴且沿z方向转动装设的正向输出轴36和反向输出轴46。转子主轴20、正向蜗轮传动轴31、反向蜗轮传动轴41、正向输出轴36和反向输出轴46均可以绕自身轴线转动。其中x轴与y轴、z轴组成笛卡尔正交坐标系，且属于右手螺旋坐标系。
18.还包括驱动转子主轴20转动的转子21和定子，固定装设在转子主轴20上的主动锥齿轮24，通过单向轴承a32装设在正向蜗轮传动轴31上且与主动锥齿轮24外啮合的正向锥齿轮34，通过单向轴承b42装设在反向蜗轮传动轴41上且与主动锥齿轮24外啮合的反向锥齿轮44，固定装设在正向输出轴36上的正向蜗轮35，固定装设在反向输出轴46上的反向蜗轮45，缠绕在正向蜗轮传动轴31上且与正向蜗轮35柔性啮合传动的金属螺旋弹簧a37，缠绕在反向蜗轮传动轴41上且与反向蜗轮45柔性啮合传动的金属螺旋弹簧b47。为了提高减速效果和转动稳定性，正向锥齿轮34的半径等于反向锥齿轮44的半径，且二者的半径均大于主动锥齿轮24的半径；金属螺旋弹簧a37和金属螺旋弹簧b47起到柔性蜗杆的效果，同时又可以在正向输出轴36和反向输出轴46发生负载突变时吸收冲击动能，提高正向蜗轮35和反向蜗轮45的转动稳定性。
19.主动锥齿轮24在yz平面内正向转动时，正向锥齿轮34借助单向轴承a32的属性“外圈不能相对于内圈反向转动”驱动正向蜗轮传动轴31同步转动，进而通过金属螺旋弹簧a37与正向蜗轮35柔性啮合带动正向输出轴36在xy平面内正向转动；反向锥齿轮44绕反向蜗轮传动轴41空转，反向蜗轮传动轴41静止不转，从而使得反向输出轴46保持静止不动。主动锥齿轮24在yz平面内反向转动时，正向锥齿轮34绕正向蜗轮传动轴31空转，因而正向蜗轮传动轴31静止，从而使得正向输出轴36保持静止不动；与此同时，反向锥齿轮44借助单向轴承b42的属性“外圈不能相对于内圈反向转动”驱动反向蜗轮传动轴41同步转动，进而通过金属螺旋弹簧b47与反向蜗轮45柔性啮合带动反向输出轴46在xy平面内正向转动。金属螺旋弹簧b47的两端均固定装设在反向蜗轮传动轴41上，当冲击动能较小时，金属螺旋弹簧b47与反向蜗轮传动轴41保持相对静止；当冲击动能较大时，金属螺旋弹簧b47中与反向蜗轮传动轴41相啮合的那部分弹簧丝产生一定的吸能变形。金属螺旋弹簧a37的结构及工作原理与金属螺旋弹簧b47相同。
20.作为优选地，电机外壳包括左侧板11、右侧板12、上侧板13、下侧板14、前侧板15和后侧板16。左侧板11和右侧板12平行于yz平面，上侧板13和下侧板14平行于xz平面，前侧板15和后侧板16平行于xy平面；左侧板11、上侧板13和前侧板15两两相互垂直。转子主轴20一端采用滚动轴承a26装设在与左侧板11相固连的左轴承座25上，正向蜗轮传动轴31的上端转动装设于上侧板13上，反向蜗轮传动轴41的下端转动装设于下侧板14上；正向输出轴36的两端分别转动装设在后侧板16和前侧板15上，其前端穿过前侧板15延伸到电机外壳的外部；反向输出轴46的两端分别转动装设在后侧板16和前侧板15上，其前端穿过前侧板15延伸到电机外壳的外部。具体实施时，上侧板13和下侧板14相邻的两侧分别固定装设有上轴承座51和下轴承座53，正向蜗轮传动轴31的一端采用滚动轴承b52与上轴承座51转动相连，另一端采用滚动轴承c54与下轴承座53转动相连；前侧板15靠近后侧板16的一侧固定装设
有前轴承座a61和前轴承座b65，后侧板16靠近前侧板15的一侧固定装设有后轴承座a63和后轴承座b67；正向输出轴36的一端采用后轴承a64与后轴承座a63转动相连，其另一端穿过装设于前轴承座a61中的前轴承a62并延伸到前侧板15的外侧；反向输出轴46的一端采用后轴承b68与后轴承座b67转动相连，其另一端穿过装设于前轴承座b65中的前轴承b66并延伸到前侧板15的外侧。正向输出轴36伸出前侧板15的一端与负载一相连，反向输出轴46伸出前侧板15的一端与负载二相连，转子主轴20在yz平面内的正向和反向转动，分别带动负载一和负载二在xy平面内正向转动，从而实现双输出轴的串行工作。
21.作为优选地，转子21固定装设在转子主轴20上，定子由分别固定装设在上侧板13和下侧板14上、且关于转子主轴20对称分布的定子a22和定子b23组成。定子a22和定子b23由励磁绕组组成，主要用来建立主磁场，改变励磁绕组中直流电的电流方向就可以改变磁场方向，从而实现转子主轴20的正向转动与反向转动的切换。转子21采用另一励磁绕组，内部通过交流电，从而使得转子21在主磁场磁场方向不变的情况下产生的转矩方向保持不变，即使得转子主轴20沿同一方向继续转动。如果外部电源为交流电，则电源线可以直接与转子21中的线圈接头相连；如果外部电源为直流电，则增加一个电刷和换向片，从而将外部的直流电转变为转子21中的交流电，以便使转子主轴20产生的转矩方向保持不变。
22.作为优选地，正向蜗轮传动轴31上套装有单向轴承a32，单向轴承a32外部套装有正向驱动轴套33，正向锥齿轮34固定套装在正向驱动轴套33上；反向蜗轮传动轴41上套装有单向轴承b42，单向轴承b42外部套装有反向驱动轴套43，反向锥齿轮44固定套装在反向驱动轴套43上。单向轴承a32使得正向锥齿轮34在xz平面内反向转动时可以同步驱动套装于其内圈中的正向蜗轮传动轴31同步转动，同时使得正向锥齿轮34在xz平面内正向转动时正向蜗轮传动轴31保持静止，即正向锥齿轮34绕正向蜗轮传动轴31正向空转。单向轴承b42的作用与单向轴承a32的作用类似。
23.作为优选地，装设后的单向轴承a32和单向轴承b42，外圈相对于自身内圈均可以发生正向空转。当主动锥齿轮24在yz平面内正向转动时，正向锥齿轮34刚好在xz平面内反向转动，反向锥齿轮44刚好在xz平面内正向转动。因此，当正向锥齿轮34或反向锥齿轮44下xz平面内正向转动时，相应的正向蜗轮传动轴31或反向蜗轮传动轴41静止不动；当正向锥齿轮34或反向锥齿轮44下xz平面内反向转动时，驱动相应的正向蜗轮传动轴31或反向蜗轮传动轴41反向转动。转子主轴20在yz平面内的正向和反向转动，分别带动负载一和负载二在xy平面内正向转动，从而实现双输出轴的串行工作。
24.作为优选地，正向蜗轮传动轴31的外表面开设有用于容纳金属螺旋弹簧a37的有螺旋型凹槽a；反向蜗轮传动轴41的外表面开设有用于容纳金属螺旋弹簧b47的螺旋型凹槽b；螺旋型凹槽a和螺旋型凹槽b的横截面成梯形，其宽度大于金属螺旋弹簧a37和金属螺旋弹簧b47的线径。螺旋型凹槽a和螺旋型凹槽b一方面为金属螺旋弹簧a37和金属螺旋弹簧b47的轴向变形提供允许空间，以增加正向蜗轮35和反向蜗轮45的啮合柔性；另一方面又能够阻止过大变形量的发生，以保证与正向蜗轮35和反向蜗轮45的啮合稳定性。
25.本发明的工作过程如下：通过控制定子a22和定子b23中直流电的电流方向，可以控制转子主轴20的转动方向。在定子a22和定子b23中电流方向不变的情况下，给转子21通入交流电或者通入直流电并利用电刷和换向片将该直流电转变为交流电后，从而使得转子21在主磁场磁场方向不变的情况下产生的转矩方向保持不变，进而使得转子主轴20在yz平
面内保持恒定的正向转动或反向转动。
26.转子主轴20在yz平面内正向转动时，通过主动锥齿轮24带动正向锥齿轮34和反向锥齿轮44分别在xz平面内作反向转动和正向转动，此时由于单向轴承a32和单向轴承b42分别属于“止动”和“允动”状态，因而正向锥齿轮34通过驱动正向蜗轮传动轴31在xz平面内作反向转动，而反向锥齿轮44带动反向驱动轴套43在反向蜗轮传动轴41上正向空转；正向蜗轮传动轴31的反向转动，通过缠绕在其上的金属螺旋弹簧a37柔性啮合正向蜗轮35，进而带动正向输出轴36在xy平面内正向转动，实现对外转动的输出；在此过程中，反向驱动轴套43随反向锥齿轮44空转，反向蜗轮传动轴41静止，反向输出轴46静止。因此，转子主轴20在yz平面内正向转动，正向输出轴36在xy平面内正向转动，而反向输出轴46静止不动。
27.转子主轴20在yz平面内反向转动时，通过主动锥齿轮24带动正向锥齿轮34和反向锥齿轮44分别在xz平面内作正向转动和反向转动，此时由于单向轴承a32和单向轴承b42分别属于“允动”和“止动”状态，因而正向驱动轴套33随正向锥齿轮34空转，正向蜗轮传动轴31静止，正向输出轴36静止；在此过程中，反向锥齿轮44驱动反向蜗轮传动轴41在xz平面内作反向转动，反向蜗轮传动轴41的反向转动，通过缠绕在其上的金属螺旋弹簧b47柔性啮合反向蜗轮45，进而带动反向输出轴46在xy平面内正向转动，实现对外转动的输出。因此，转子主轴20在yz平面内反向转动，正向输出轴36静止不动，而反向输出轴46在xy平面内正向转动。
28.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。