[发明专利]一种抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种球铰驱动机构，更特别地说，是指一种具有抗轴向载荷的无回差扭矩输出的球铰驱动机构。

背景技术

扭矩输出球铰驱动机构是一种输出轴角度可调的旋转驱动机构形式。该机构输出扭矩时，输出轴的角度可以调整，以适应后级传动机构姿态和位置的变化，可应用于机器人、微操作、医疗设备、科研仪器等领域。

传统的扭矩输出球铰驱动机构，主要采用十字万向联轴器或弹性联轴器与输出轴相联，以实现扭矩输出和绕球心被动偏摆的功能。这类机构实现形式采用标准器件，具有结构简单紧凑、体积较小的优点，但其固有的缺点限制了该类机构的应用。其主要的缺点可归纳如下：

1)抗轴向载荷性能较差。如采用弹性联轴器作为过渡联接件，轴向长度尺寸会发生变动；而采用十字万向联轴器，联轴器的联接销轴承受轴向和径向交变载荷，容易磨损变形而导致传动间隙较大。

2)旋转回差较大。如采用弹性联轴器作为过渡联接件，输出轴与输入轴存在一定的相位差；而采用十字万向联轴器，其交叉销轴的磨损会迅速影响回转精度，使正反向切换时存在静止区，对球铰驱动机构造成冲击。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构，该球铰驱动机构采用球铰关节结构实现输出轴的偏摆，同时抵抗输出轴承受的轴向载荷，球铰关节与输出轴之间用角接触球轴承联接，使球面关节仅产生偏摆运动而不回转。电机输出扭矩通过浮动的十字交叉滑块传递至输出轴，十字交叉滑块可自动适应输出轴的姿态，以补偿由于输出轴偏摆造成的径向和轴向误差。

本发明公开了一种抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构，其包括了驱动单元、传动单元和调心单元；伺服直流电机安装于电机安装座上，并与电机轴联接块连接构成驱动单元；输出轴、十字交叉滑块和电机轴联接块三者通过纵向卡槽、横向卡槽相互联接构成传动单元；使用压边圈将球铰关节外环紧固在电机安装座的安装孔内，球铰关节内环与球铰关节外环相互配合实现调心功能，使用轴承外挡圈将两个角接触球轴承压紧于球铰关节内环的轴承安装孔中，并通过紧固螺母将输出轴与角接触球轴承锁紧，共同构成调心单元。本发明中采用球铰关节实现抗轴向载荷特性，同时使用浮动的十字交叉滑块传递扭矩，克服了伺服直流电机在正、反转切换时的回差，并补偿由于输出轴偏摆造成的径向和轴向误差。

本发明抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构的优点在于：

(1)采用电机轴联接块2与十字交叉滑块3的活动连接、十字交叉滑块3与输出轴5的活动连接。当输出轴5偏摆时，十字交叉滑块3可以在纵向方向上滑动，输出轴5在横向方向上滑动，消除了球铰驱动机构在运动过程中由于伺服直流电机1换向导致的回差。

(2)球形的球铰关节内环10可随输出轴5的偏摆而偏摆，避免了输出轴5偏摆造成的附加载荷。

(3)球铰关节外环4通过压边圈9安装在电机安装座7的关节外环安装孔7e内，并在球铰关节内环10内通过输出轴5上套接的两个角接触球轴承，降低输出轴5回转阻力的同时，将轴向载荷传递给球铰关节外环4承担，保证了本发明的球铰驱动机构的抗轴向载荷性。

(4)本机构使用球铰关节和十字交叉滑块作为实现方式，具有传动刚性好、无回差和抗轴向载荷性能好等优点。

附图说明

图1是本发明抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构的外形图。

图1A是本发明抗轴向载荷的无回差扭矩输出球铰驱动机构的装配示图。

图2是本发明电机轴联接块的结构图。

图3是本发明十字交叉滑块的结构图。

图4是本发明压边圈的结构图。

图5是本发明电机安装座的结构图。

图6是本发明调心单元固定组件爆炸示图。

图7是本发明调心单元活动组件爆炸示图。

图中：             1.伺服直流电机    1a.电机轴             2.电机轴联接块

2a.A通孔               2b.径向卡槽       3.十字交叉滑块        3a.径向筋

3b.轴向卡槽            4.球铰关节外环    4a.关节外环定位面     4b.关节外环球面

5.输出轴               5a.轴向筋         5b.键槽               5c.轴承挡环

5d.外螺纹              6.电机紧固螺钉    7.电机安装座          7a.定位孔