一種等速的并聯式動力傳動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種等速的并聯式動力傳動裝置，包括等徑球面純滾動并聯機構、輸入軸、輸出軸與兩個十字圓環(huán)框架。所述等徑球面純滾動并聯機構僅具有轉動副，包括輸入平臺、輸出平臺以及運動支鏈。運動支鏈具有兩個轉動副，兩端分別與輸入平臺和輸出平臺相連，形成轉動副。輸入平臺與輸出平臺分別同軸安裝輸入輸入軸；且在輸入平臺與輸出平臺上還同軸安裝十字圓環(huán)框架；由此通過擺動輸入軸與輸出軸可實現兩個十字圓環(huán)框架做等傳動比轉動，可替代實現與球齒輪運動相同的動力傳遞；且去掉兩個十字圓環(huán)框架后，還可替代實現與等速萬向聯軸節(jié)相同的動力傳遞。本發(fā)明的優(yōu)點為：相對傳統的球齒輪與萬向聯軸節(jié)的動力傳遞，運動精度高，質量輕，動態(tài)性能優(yōu)越。
【專利說明】一種等速的并聯式動力傳動裝置
【技術領域】
[0001]發(fā)明所涉及的無齒球齒輪及等速萬向聯軸器傳動機構為一種并聯式動力傳動裝置，可用于各類機器人柔性手腕關節(jié)，其他的一些仿生機械關節(jié)以及精密機械的傳動當中。
【背景技術】
[0002]等速并聯式動力傳動機構可以減少動力在傳動過程中的損耗，且能減少傳動過程中所產生的附加動載荷；同時，并聯式的傳動機構其結構剛度大，傳動精度高；因此，等速并聯式動力傳動機構可以用作等速聯軸節(jié)，也可用于機器人手腕中。目前等速并聯動力傳動機構主要表現形式有等徑球齒輪機構和等速并聯式聯軸節(jié)。
[0003]對于球齒輪機構來說，19世紀80年代，挪威工程師Ole.Monlang發(fā)明了第一代球齒輪，這種球齒輪機構的傳動特點是:在一個球冠體上制作出若干個離散分部的凹坑，而在另一個球冠體上鑲嵌相同數目的凸齒，通過凸齒與凹坑的嚙合實現傳動；但這種球齒輪具有加工困難，傳動不精確的缺點。而專利號為CN1166396A的發(fā)明專利中公開的漸開線球齒輪機構，以漸開線平面齒輪為基礎旋轉而形成，其在每個方向上的運動都可以看成是平面漸開線齒輪傳動，理論上有精確的傳動比。但是單對漸開線球齒輪的傳動范圍比較小，同時傳動過程中由于是點接觸，就會容易造成滑動，磨損，更換起來費用高，不方便。
[0004]對于等速萬向節(jié)來說，其在現代的機械傳動當中有著廣泛的運用，如汽車底盤，還有一些大型機械傳動和一些精密機械的傳動，主要是傳遞運動和扭矩。普通的等速萬向節(jié)在輸入與輸出軸夾角不能太大，同時在傳遞力矩時候，輸出力矩會產生較大波動。

【發(fā)明內容】

[0005]在機械運動中，有低副機構替代高副機構實現齒輪傳動的例子，如橢圓齒輪高副機構可以用反平行四桿低副機構來代替，行星齒輪機構(大齒輪半徑為小齒輪2倍)可以用雙滑塊四桿低副機構來代替。這些機構都是平面機構，在空間機構中，可以通過并聯機構(全部由轉動副構成)來代替空間球齒輪機構，因此，為解決現有技術不足，本發(fā)明提出一種等速的完全由轉動副構成的并聯式動力傳動裝置。
[0006]本發(fā)明一種等速的并聯式動力傳動裝置，包括一個等徑球面純滾動并聯機構、輸入軸、輸出軸與兩個十字圓環(huán)框架。
[0007]所述等徑球面純滾動并聯機構包括輸入平臺、輸出平臺以及運動支鏈。輸入平臺與輸出平臺相互平行對稱設置；輸入平臺與輸出平臺間通過η條運動支鏈相連，η > 3。η條運動支鏈結構相同，均包括連桿Α、連桿B與連桿C ;其中，連桿A與連桿B均為曲率半徑相等的弧形桿，連桿C為V型桿；連桿A與連桿B的一端分別與連桿C的兩端相連形成轉動副；連桿A與連桿B的另一端分別通過推力軸承與深溝球軸承與輸入平臺和輸出平臺側壁相連，形成轉動副；n條支鏈中連桿A與輸入平臺間的連接處,在輸入平臺周向上均布；n條支鏈中連桿B與輸出平臺間的連接處，在輸出平臺周向上均布。
[0008]上述η條支鏈均滿足，連桿A與輸入平臺間的轉動副軸線和連桿A與連桿C間的轉動副軸線相交于輸入平臺的中心；連桿B與輸出平臺間的轉動副軸線和連桿B與連桿C間的轉動副軸線交于輸出平臺的中心；且連桿A與連桿C，以及連桿B與連桿C間的轉動副軸線相交于點N，且點N位于垂直于輸入平臺與輸出平臺中心點連線的垂直平分線上；所述輸入軸與輸出軸分別垂直固定安裝在輸入平臺與輸出平臺上。
[0009]所述兩個十字圓環(huán)框架結構相同，均包括圓環(huán)與擺桿；安裝方式相同，具體為:擺桿軸線位于圓環(huán)的直徑上，兩端均通過推力軸承和深溝球軸承與圓環(huán)相連，形成轉動副。兩個圓環(huán)框架相互對稱設置；兩個圓環(huán)框架中的擺桿分別固定在輸入平臺與輸出平臺上，且使兩擺桿的中心點分別位于輸入平臺與輸出平臺的軸線上；在兩個十字圓環(huán)框架中的圓環(huán)上，垂直于擺桿軸線的直徑兩段位置均與外部基架通過推力軸承和深溝球軸承相連，形成轉動副。通過上述結構可替代實現與球齒輪運動相同的動力傳遞；且當去掉兩個十字圓環(huán)框架后，還可替代實現與等速萬向聯軸節(jié)相同的動力傳遞。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0011]1、本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置中，通過能實現等徑球面純滾動且全部由低副組成的并聯機構，結合兩個十字圓環(huán)框架，可替代實現與球齒輪運動相同的動力傳遞，而且在傳動過程中不是點接觸，不易打滑；
[0012]2、本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置中，通過能實現等徑球面純滾動且全部由低副組成的并聯機構，結合輸入軸與輸出軸，可實現與等速萬向聯軸節(jié)相同的動力傳遞，輸入輸出軸夾角變化大，能在輸入輸出軸夾角為0°到100° ,角度補償大,且無論輸入輸出軸夾角怎么變化，它都能實現精確的等速傳動；在扭矩傳動方面，其輸入輸出軸夾角為0°時候其輸入輸出扭矩可呈線性相關關系，同時扭矩傳遞在輸出輸入軸夾角越小時性能越好；
[0013]3、本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置，相對傳統的球齒輪與萬向聯軸節(jié)的動力傳遞，運動精度高，質量輕，動態(tài)性能優(yōu)越；
[0014]4、本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置中，通過找到等徑半球純滾動的等效并聯機構實現等徑半球運動，且此并聯機構所有的運動副都為轉動，使得制造更方便，同時減小動力傳遞過程中的壓力，增大機構的承載能力，便于維護維修。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置整體結構示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置整體結構俯視圖；
[0017]圖3為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置中單運動支鏈結構示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置作為等速萬向聯軸節(jié)時，輸入輸出軸平行時位形圖；
[0019]圖5為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置作為等速萬向聯軸節(jié)時，輸入輸出軸夾角在0° -90°間的位形圖；
[0020]圖6為本發(fā)明等速的并聯式動力傳動裝置作為等速萬向聯軸節(jié)時，輸入輸出軸為90°時的位形圖。
[0021]圖中:
[0022]1-等徑球面純滾動并聯2-輸入軸3-輸出軸
[0023]機構[0024]4-十字圓環(huán)框架5-基架5101-輸入平臺
[0025]102-輸出平臺103-運動支鏈 103a_連桿A
[0026]103b-連桿 B103c_ 連桿 C201-圓環(huán)
[0027]202-擺桿
[0028]具體實時方式
[0029]本發(fā)明一種等速的并聯式動力傳動裝置，包括一個等徑球面純滾動并聯機構1、輸入軸2、輸出軸3與兩個十字圓環(huán)框架4，如圖1所示；
[0030]所述等徑球面純滾動并聯機構I包括輸入平臺101、輸出平臺102以及運動支鏈103。輸入平臺101與輸出平臺102相互平行對稱設置；輸入平臺101與輸出平臺102間通過η條運動支鏈103相連，n ^ 3本實施例中以三條運動支鏈103為例進行說明。3條運動支鏈103結構相同，均包括連桿A103a、連桿B103b與連桿C103c，如圖2所示。其中，連桿A103a與連桿B103b均為曲率半徑相等的弧形桿，連桿C103c為V型桿。連桿A103a與連桿B103b的一端分別通過推力軸承與深溝球軸承與連桿C103c的兩端相連，分別形成轉動副A與轉動副B，推力軸承的作用主要是減小轉動副中深溝球軸承的間隙，同時承受部分軸向力。連桿A103a與連桿B103b的另一端分別通過推力軸承與深溝球軸承與輸入平臺101和輸出平臺102側壁相連通過，分別形成轉動副C與轉動副D。η條運動支鏈103中連桿A103a與輸入平臺101間的連接處，在輸入平臺101周向上均布；n條運動支鏈103支鏈中連桿B103b與輸出平臺102間的連接處，在輸出平臺102周向上均布。
[0031]上述η條支鏈均滿足，連桿A103a與輸入平臺101間的轉動副軸線和連桿A103a與連桿C103c間的轉動副軸線相交于輸入平臺101的中心O1 ;連桿B103b與輸出平臺102間的轉動副軸線和連桿B103b與連桿C103c間的轉動副軸線交于輸出平臺102的中心O2 ；且連桿A103a與連桿C103c，以及連桿B103b與連桿C103c間的轉動副軸線相交于點N，且點N位于垂直于輸入平臺101與輸出平臺102中心點連線的垂直平分線上，由此形成等徑球面純滾動并聯機構1，最終，可使各個支鏈中連桿C103c的尖端朝向內，連桿A103a與連桿B103b的弧形突起方向朝向外。
[0032]所述輸入軸2與輸出軸3分別垂直固定安裝在輸入平臺101與輸出平臺102上，輸入軸2與輸出軸3的軸線分別過輸入平臺101和輸出平臺102的中心點。
[0033]所述兩個十字圓環(huán)框架4結構相同，均包括圓環(huán)401與擺桿402 ;安裝方式相同，具體為:擺桿402軸線位于圓環(huán)401的直徑上，兩端均通過推力軸承和深溝球軸承與圓環(huán)401相連，形成轉動副。兩個十字圓環(huán)框架相互對稱設置；兩個十字圓環(huán)框架中的擺桿402分別固定在輸入平臺101與輸出平臺102上，且使兩擺桿402的中心點分別位于輸入平臺101與輸出平臺102的軸線上。在兩個十字圓環(huán)框架4中的圓環(huán)401上，垂直于擺桿402軸線的直徑兩段位置均與基架5通過推力軸承和深溝球軸承相連，形成轉動副。由此，形成等速的并聯式動力傳動裝置，實現與球齒輪運動相同的動力傳遞。
[0034]令兩個十字圓環(huán)401框架4分別為十字圓環(huán)框架A與十字圓環(huán)框架B ;十字圓環(huán)框架A包括輸入擺桿與圓環(huán)A ;十字圓環(huán)框架B包括輸出擺桿與圓環(huán)B。由此，通過輸入軸2帶動輸入擺桿擺動，進而帶動輸入平臺101擺動，由此使圓環(huán)A與等徑球面純滾動并聯機構I中各支鏈轉動，從而使輸出軸3與輸出擺桿做著與輸入軸2和輸入擺桿速度大小相等的運動，實現兩個十字圓環(huán)框架4做傳動比為1:1的轉動，也就相當于一對等徑半球做著傳動比為1:1的轉動。
[0035]上述結構等速的并聯式動力傳動裝置，當去掉兩個十字圓環(huán)框架4后，即可實現等速萬向聯軸節(jié)相同的動力傳遞；通過轉動輸入軸2，給輸入軸2 —個沿著其軸線方向的角速度，通過輸入軸2的轉動帶動與輸入軸2固連的平臺及3條支鏈的運動，進而使輸出軸3做一個繞著自身軸線且與輸入軸2轉動速度大小相等的角速度運動，實現了等速動力傳遞，且角度補償大，可用于兩輸入輸出軸3角度變化大的運動傳遞上；同時，當輸入輸出軸3平行時候，在轉動過程中，支鏈上的轉動副無相對轉動，可以實現輸入輸出扭矩有線性關系O
【權利要求】
1.一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:包括一個等徑球面純滾動并聯機構、輸入軸、輸出軸與兩個十字圓環(huán)框架； 所述等徑球面純滾動并聯機構包括輸入平臺、輸出平臺以及運動支鏈；輸入平臺與輸出平臺相互對稱設置；輸入平臺與輸出平臺間通過η條運動支鏈相連，n ^ 3 ;η條運動支鏈結構相同，均包括連桿Α、連桿B與連桿C ;其中，連桿A與連桿B均為曲率半徑相等的弧形桿，連桿C為V型桿；連桿A與連桿B的一端分別與連桿C的兩端相連形成轉動副；連桿A與連桿B的另一端分別通過推力軸承與深溝球軸承與輸入平臺和輸出平臺側壁相連，形成轉動副；η條支鏈中連桿A與輸入平臺間的連接處,在輸入平臺周向上均布；η條支鏈中連桿B與輸出平臺間的連接處，在輸出平臺周向上均布； 上述η條支鏈均滿足，連桿A與輸入平臺間的轉動副軸線和連桿A與連桿C間的轉動副軸線相交于輸入平臺的中心；連桿B與輸出平臺間的轉動副軸線和連桿B與連桿C間的轉動副軸線交于輸出平臺的中心；且連桿A與連桿C，以及連桿B與連桿C間的轉動副軸線相交于點N，且點N位于垂直于輸入平臺與輸出平臺中心點連線的垂直平分線上；所述輸入軸與輸出軸分別垂直固定安裝在輸入平臺與輸出平臺上； 所述兩個十字圓環(huán)框架結構相同，均包括圓環(huán)與擺桿；安裝方式相同，具體為:擺桿軸線位于圓環(huán)的直徑上，兩端均通過推力軸承和深溝球軸承與圓環(huán)相連，形成轉動副；兩個圓環(huán)框架相互對稱設置；兩個圓環(huán)框架中的擺桿分別固定在輸入平臺與輸出平臺上，且使兩擺桿的中心點分別位于輸入平臺與輸出平臺的軸線上；在兩個十字圓環(huán)框架中的圓環(huán)上，垂直于擺桿軸線的直徑兩端位置均與外部基架通過推力軸承和深溝球軸承相連，形成轉動副。
2.如權利要求1所述一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:所述，輸入軸與輸出軸的軸線分別過輸入平臺和輸出平臺的中心點。
3.如權利要求1所述一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:所述連桿A與連桿B的一端分別通過推力軸承與深溝球軸承與連桿C的兩端相連。
4.如權利要求1所述一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:所述擺桿軸線兩端均通過推力軸承和深溝球軸承與圓環(huán)相連。
5.如權利要求1所述一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:所述圓環(huán)與外部基架通過推力軸承和深溝球軸承相連。
6.如權利要求1所述一種等速的并聯式動力傳動裝置，其特征在于:去掉兩個十字圓環(huán)框架后，還實現與等速萬向聯軸節(jié)相同的動力傳遞。
【文檔編號】B25J17/00GK103878785SQ201410108624
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】于靖軍, 余家柱, 吳鈧, 孔憲文 申請人:北京航空航天大學