專利名稱：微小彈性嚙合輪傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，具體是一種微小彈性嚙合輪傳動裝置。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical System，MEMS)研究是機(jī)械科學(xué)的前沿領(lǐng)域，它涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。在微機(jī)電系統(tǒng)中，微傳動技術(shù)的研究正成為微機(jī)電系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一。由于微機(jī)電系統(tǒng)微小性的特點(diǎn)，與普通的機(jī)械產(chǎn)品相比，微機(jī)電系統(tǒng)具有嚴(yán)格的空間限制，因此，實(shí)現(xiàn)微傳動，即微小動力和運(yùn)動傳遞的方法及其裝置是微機(jī)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)微小力和運(yùn)動傳遞的方法包括以下幾種(1)傳統(tǒng)機(jī)械傳動方式的結(jié)構(gòu)微型化，如齒輪傳動、摩擦輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、螺旋傳動、錐輪傳動、連桿機(jī)構(gòu)、滑塊機(jī)構(gòu)、鏈傳動和帶傳動等傳動方式。(2)形狀記憶合金式微傳動方法。(3)熱膨脹式微傳動方法。(4)壓電式微傳動方法。(5)電磁式微傳動方法。所述各種形式的微傳動方法雖然有其優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足，例如——傳統(tǒng)機(jī)械傳動方式的微型化，存在各種問題。微齒輪傳動要求有較高的制造和安裝精度、成本較高，如微型行星減速器，由于它由多個零件組成，使得空間尺寸微小化具有很大的限制，而且無法實(shí)現(xiàn)空間交叉軸傳動；微蝸桿傳動效率低、主動軸和從動軸不在同一平面內(nèi)、所占空間大；微摩擦輪傳動不能保持恒定的傳動比、傳動精度低、傳動件工作表面磨損快、壽命、效率低，而且需要附加的正壓力施加裝置；微螺旋傳動效率低、易磨損、低速時有爬行；微錐輪傳動傳動比小、制造成本高；上述微機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)還存在共同的難點(diǎn)，就是微機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的潤滑設(shè)計問題；此外，帶傳動、齒形帶傳動、連桿機(jī)構(gòu)、滑塊機(jī)構(gòu)、鏈傳動等傳動方式，由于傳動結(jié)構(gòu)不緊湊，顯然不符合微機(jī)電系統(tǒng)的微型化要求。
——形狀記憶合金、壓電式、電磁驅(qū)動、熱膨脹等方式微傳動機(jī)構(gòu)，存在的問題是，有的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，有的性能不穩(wěn)定、傳遞力太小，重要的是，這些微傳動技術(shù)不適用于較高速度下的連續(xù)的運(yùn)動或動力傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種適用于微小空間內(nèi)同一平面兩垂直軸之間的微小力和運(yùn)動的連續(xù)傳遞的微小彈性嚙合輪傳動裝置，大大簡化了微機(jī)械傳動裝置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，提高其操作靈活性和簡易性，并且成本低廉，便于在MEMS領(lǐng)域推廣應(yīng)用，如應(yīng)用于微機(jī)器人、微型玩具產(chǎn)品的傳動。
本實(shí)用新型是通過一對軸線相互垂直的微小彈性嚙合輪組成傳動副，依靠主動輪上的彈性體與從動輪上的彈性體嚙合來實(shí)現(xiàn)傳動。
本實(shí)用新型的裝置由微小彈性嚙合主動輪、微小彈性嚙合從動輪、主動輪轉(zhuǎn)軸、從動輪轉(zhuǎn)軸和連接體構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為主動輪轉(zhuǎn)軸與高速軸固定連接，主動輪與從動輪分別與主動輪轉(zhuǎn)軸和從動輪轉(zhuǎn)軸連接；主動輪轉(zhuǎn)軸與從動輪轉(zhuǎn)軸分別與連接體上對應(yīng)的軸承孔連接，主動輪與從動輪構(gòu)成一個傳動副。
為了實(shí)現(xiàn)彈性嚙合，所述的主動輪的端面固定有彈性鉤桿。
為了實(shí)現(xiàn)彈性嚙合，所述的從動輪的外表面固定有彈性鉤桿。
為了更好地使主動輪上的彈性鉤桿與從動輪上的彈性鉤桿實(shí)現(xiàn)彈性嚙合，所述彈性鉤桿的彎曲部分呈空間曲線形，類似于錦綸搭扣鉤桿的形狀。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)微小彈性嚙合輪傳動機(jī)構(gòu)只有一對傳動副，使得傳動系零件數(shù)減至最少；與傳統(tǒng)的微小型變速機(jī)構(gòu)(如微小型行星齒輪減速機(jī)構(gòu))相比，該傳動系十分簡易；與其它微傳動技術(shù)(如SMA傳動、熱膨脹傳動、壓電傳動和電磁傳動)相比，它可以大大降低制造成本，可用于較高速度下的連續(xù)傳動；而且微型化的工藝性和經(jīng)濟(jì)性好，可以應(yīng)用于研制很小尺寸的微機(jī)電產(chǎn)品。
(2)微小彈性嚙合輪傳動機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)類似微摩擦輪傳動的功能，但無需摩擦輪傳動的正壓力加載裝置，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小。
(3)微小彈性嚙合輪傳動機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)類似蝸輪蝸桿的大傳動比傳動，但其兩個輪軸位于同一平面，亦即，其空間尺寸比蝸桿傳動副小得多，且更易于加工。


圖1是本實(shí)用新型應(yīng)用于機(jī)器人的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中主動輪4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中從動輪6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型裝置適用于各種尺寸大小的微驅(qū)動器。本實(shí)施例中以管道檢測微機(jī)器人驅(qū)動器的減速裝置為例。
如圖1所示，本實(shí)用新型裝置由微電機(jī)3、主動輪4、從動輪6、主動輪轉(zhuǎn)軸(本實(shí)例中為電機(jī)主軸)9、從動輪轉(zhuǎn)軸8、驅(qū)動輪7和驅(qū)動器連接體2相互連接組成。主動輪4通過膠接與主動輪轉(zhuǎn)軸9固定連接，驅(qū)動輪7和從動輪6通過膠接固定在從動輪轉(zhuǎn)軸8上，微電機(jī)3通過膠接固定在驅(qū)動器連接體2上，從動輪轉(zhuǎn)軸8和另一驅(qū)動器連接體5兩端的軸承孔連接，同時，與主動輪轉(zhuǎn)軸9固定連接的主動輪4與從動輪6構(gòu)成一個由彈性變形力作用的傳動副。微電機(jī)3采用市售的外徑為8mm的直流電機(jī)，用普通的1.5V電源作為動力源。
如圖2所示，主動輪4采用硬質(zhì)塑料制作，其端面通過強(qiáng)力膠粘接表面有彈性鉤桿10的結(jié)構(gòu)，彈性鉤桿的材料與市售尼龍搭扣的彈性桿材料相同。
如圖3所示，從動輪3采用硬質(zhì)塑料制作，其外表面通過強(qiáng)力膠粘接有彈性鉤桿10的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例所研制的微機(jī)器人模型在水平面或者有一定傾角的斜面和模擬管道中進(jìn)行試驗。結(jié)果表明微機(jī)器人在水平面和管道中都可以自如地運(yùn)動，并且具有一定的越障能力和爬坡能力。微機(jī)器人驅(qū)動器的減速傳動比達(dá)到10∶1以上。這說明本實(shí)用新型的裝置性能可靠并可實(shí)現(xiàn)微小空間內(nèi)互相垂直兩軸間的大傳動比傳動。
其傳動與減速原理是，當(dāng)主動輪運(yùn)動時，主動輪上鉤桿開始與從動輪上鉤桿接觸，從動輪上鉤桿阻礙主動輪上的鉤桿運(yùn)動，其間的相互作用產(chǎn)生了阻力，這個阻力即為傳動力，嚙合著的彈性鉤桿都發(fā)生了彈性變形；鉤桿脫離嚙合后，主動鉤桿恢復(fù)變形繼續(xù)與下一根從動鉤桿進(jìn)入嚙合，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳動。由于主動輪的直徑比從動輪的直徑小很多，所以能實(shí)現(xiàn)大的減速比。實(shí)驗表明，切向傳動力可以大于正壓力，或者是在沒有正壓力的情況下也能產(chǎn)生相當(dāng)大的傳動力，這種傳動原理和結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的嚙合傳動(如齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動)和摩擦傳動(如摩擦輪傳動、帶傳動)所無法實(shí)現(xiàn)的。如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種微小彈性嚙合輪傳動裝置，其特征在于由微小彈性嚙合主動輪、微小彈性嚙合從動輪、主動輪轉(zhuǎn)軸、從動輪轉(zhuǎn)軸和連接體構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為主動輪轉(zhuǎn)軸與高速軸固定連接，主動輪與從動輪分別與主動輪轉(zhuǎn)軸和從動輪轉(zhuǎn)軸連接；主動輪轉(zhuǎn)軸與從動輪轉(zhuǎn)軸分別與連接體上對應(yīng)的軸承孔連接，主動輪與從動輪構(gòu)成一個傳動副，所述的主動輪的端面固定有彈性鉤桿，所述的從動輪的外表面固定有彈性鉤桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述彈性鉤桿的彎曲部分呈空間曲線形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微小彈性嚙合輪傳動裝置，由主動輪、從動輪、主動輪轉(zhuǎn)軸、從動輪轉(zhuǎn)軸和連接體相互連接而成。其相互連接關(guān)系為主動輪轉(zhuǎn)軸與高速軸固定連接，主動輪與從動輪分別與主動輪轉(zhuǎn)軸和從動輪轉(zhuǎn)軸連接；主動輪轉(zhuǎn)軸與從動輪轉(zhuǎn)軸分別與連接體上對應(yīng)的軸承孔連接，主動輪與從動輪構(gòu)成一個傳動副，所述的主動輪的端面固定有彈性鉤桿，所述的從動輪的外表面固定有彈性鉤桿。本實(shí)用新型用于微機(jī)器人驅(qū)動器，具有足夠的驅(qū)動力，能在水平表面和具有一定傾角的斜面上運(yùn)行自如，并且實(shí)現(xiàn)了大減速比傳動。本實(shí)用新型使得微機(jī)器人的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)大大簡化、尺寸大大減小，成本也大為降低。
文檔編號F16H37/00GK2811676SQ20052005661
公開日2006年8月30日 申請日期2005年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者陳揚(yáng)枝, 邢廣權(quán), 劉小康, 朱文堅, 黃平 申請人:華南理工大學(xué)