阅读说明：本技术 基于伺服控制的微型离合器装置 (Miniature clutch device based on servo control ) 是由 闪陆通 朱帅 袁盈 马玉轩 刘慧� 陈丽华 于 2021-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于伺服控制的微型离合器装置,伺服控制输入、输出轴之间扭矩传递通断；离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共三部分,所述动力部分由伺服舵机作为控制源；离合部分由螺纹套筒、螺管齿轮、输入端、输出端、弹簧挡片及标准件组成。所述伺服舵机转动148.68°,所述舵机带动螺管齿轮进行转动,进而带动螺纹套筒向齿轮端平移,使输入、输出端的啮合部脱离接触,扭矩的传递中断；所述伺服舵机继续转动31.32°,螺纹套筒回弹,使输入、输出端的啮合部恢复接触,啮合部随载荷输入单向啮合,实现扭矩传递。本发明装置体积小、质量轻,可控制小扭矩传输的通断,适用于教育机器人以及民用需要伺服控制扭矩传输中断功能的领域,市场前景广阔。(The invention discloses a miniature clutch device based on servo control, which is characterized in that the on-off of torque transmission between an input shaft and an output shaft is controlled by the servo control; the clutch comprises three parts, namely a shell part, a power part and a clutch part, wherein the power part is used as a control source by a servo steering engine; the clutch part consists of a threaded sleeve, a solenoid gear, an input end, an output end, a spring catch and a standard component. The servo steering engine rotates 148.68 degrees, the steering engine drives the solenoid gear to rotate, and further drives the threaded sleeve to translate towards the gear end, so that the meshing parts of the input end and the output end are separated from contact, and the transmission of torque is interrupted; the servo steering engine continues to rotate 31.32 degrees, the threaded sleeve rebounds, so that the meshing parts of the input end and the output end are restored to be in contact, and the meshing parts are meshed in a one-way mode along with load input, and torque transmission is achieved. The device has small volume and light weight, can control the on-off of small torque transmission, is suitable for educational robots and civil fields needing servo control torque transmission interruption function, and has wide market prospect.)

基于伺服控制的微型离合器装置

技术领域

本发明涉及一种基于伺服控制的微型离合器装置，用于伺服控制 输入、输出轴之间扭矩传递的通断。

背景技术

对于小型教育机器人而言，现有成熟的离合器多用于汽车等高转 速大载荷的工作环境，因此一般为钢结构件，其质量重、体积大，无 法应用在小尺寸低载荷的工作环境。尤其是对于现阶段教育机器人而 言，单一的运动控制方式已经无法满足教育教学需求，需要一种可伺 服控制的微型离合器将直流电机的连续运动进行合理控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可伺服 控制的微型离合器，所述离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共 三部分组成，外壳部分包括顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部 外壳(3)，顶部外壳(1)与中部衔接外壳(2)，中部衔接外壳(2)与底部外壳(3)之间配合安装在一起；动力部分包括可360°连续 旋转的伺服舵机(4)、舵盘和自攻螺钉(5)、凹槽齿轮(6)；离合部 分包括输入端联轴部(7)、输出端联轴部(18)、输入端啮合部(15)、 输出端啮合部(17)、螺管齿轮(8)、螺纹套筒(16)、弹簧底座(9)、 弹簧标准件(10)、限位螺钉(11)、螺母(12)、钢珠挡片(13)、钢 珠(14)。

可360°连续旋转的伺服舵机(4)转动148.68°，可360°连续 旋转的伺服舵机连接的凹槽齿轮带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上 的限位螺钉受到螺纹的作用，带动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮 合部跟随螺纹套筒移动并与输出端啮合部脱离接触，此时离合器处于 分离状态，转矩的传递被中断；伺服舵机继续转动31.32°，此时螺 纹套筒内的限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的 作用下，螺纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触，但不一 定啮合。此时输入端载荷驱动输入端啮合部缓慢转动，在弹簧回复力 的作用下，使输出端啮合部和输入端啮合部在正确位置单向啮合，此 时当载荷输入时，输出端联轴部跟随输入端联轴部同步转动，完成转 矩的传递。

作为本发明的进一步的改进，所述离合器包括用于固定所述伺服 舵机的底部外壳，底部外壳中设置有伺服舵机卡槽、通信数据线开口、 以及与中部衔接外壳的固定孔。

作为本发明的进一步的改进，凹槽齿轮预设三个连接孔，通过自 攻螺钉与舵盘连接。

作为本发明的进一步的改进，与凹槽齿轮啮合的是螺管与齿轮一 体化加工的螺管齿轮，其螺纹置于管外壁高度6.5mm、螺距25mm、 直径18mm、圈数0.26，螺纹预制断口用于限位螺钉的回弹。

作为本发明的进一步的改进，螺管齿轮内部放置1*12*30(mm) 弹簧标准件，弹簧标准件与钢珠挡片一侧接触，钢珠挡片侧面开设4 个φ1.5限位孔，钢珠挡片另一侧放置传输轴的输入端啮合部。

作为本发明的进一步的改进，输入端啮合部放置于螺纹套筒内部， 啮合部一侧通过铺设φ2钢珠与螺纹套筒底部接触，另一侧通过铺设 φ2钢珠与钢珠挡片接触，输入端啮合部的两啮合面夹角为30°保证 与输出端啮合部的单侧啮合，输入端啮合部和输出端啮合部的啮合面 之间预留0.25mm空隙保证其能够顺利脱离接触。

作为本发明的进一步的改进，螺纹套筒筒壁上开设4个φ1.5限 位孔，将钢珠挡片与螺纹套筒固定，进而限制输入端啮合部的轴向移 动，螺纹套筒外壁设有两个对称凸台用于限制套筒旋转，凸台上对称 开设φ2限位孔安装限位螺钉，当螺纹套筒上的限位螺钉受到螺管齿 轮上螺纹的作用时，会带动螺纹套筒向齿轮端平移。

作为本发明的进一步的改进，输入端连轴部侧面开设2个φ3顶 丝孔用于连接外部φ4输入D字轴，所述联轴部与φ4传输轴一体化 加工，传输轴长40mm，末端为D字轴与输入端啮合部连接。

作为本发明的进一步的改进，输出端联轴部侧面开设2个φ3顶 丝孔用于连接外部φ4输出D字轴，所述联轴部与其啮合部整体加工。

作为本发明的进一步的改进，中部衔接外壳和顶部外壳开设限位 槽，用于限制内部螺管齿轮、输入端联轴部、输出端联轴部的轴向位 移，限制螺纹套筒的旋转。

本发明为利用360°伺服舵机的可控旋转作为离合器伺服控制的 动力源，伺服舵机的旋转一定角度带动螺管齿轮旋转，进一步带动螺 纹套筒进行轴向位移，使得输入端啮合部与输出端啮合部脱离接触实 现中断扭矩传输；伺服舵机继续旋转一定角度，使限位螺钉运动至螺 管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下螺纹套筒回弹，输出端 啮合部和输入端啮合部恢复接触，允许扭矩传输。

本发明的基于伺服控制的微型离合器装置体积小、质量轻，可控 制小扭矩传输的通断，适用于教育机器人以及民用需要伺服控制扭矩 传输中断功能的领域，市场前景广阔

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请 的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明离合器分解图；

图2为本发明离合器的三维部分剖面图；

图3为本发明伺服舵机通过凹槽齿轮与螺管齿轮啮合示意图；

图4为本发明剖面位置示意图；

图5为本发明伺服舵机转动148.68°时，输入端和输出端的啮合 部脱离接触示意图；

图6为本发明伺服舵机继续转动31.32°时，输入端和输出端的 啮合部单项啮合示意图；

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明 的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限 定。

如附图1所示，所述离合器由外壳部分、动力部分和离合部分共 三部分组成，外壳部分包括顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部 外壳(3)，动力部分包括可360°连续旋转的伺服舵机(4)、舵盘和 自攻螺钉(5)、Z30M1凹槽齿轮(6)、离合部分包括输入端联轴部 (7)、输出端联轴部(18)、输入端啮合部(15)、输出端啮合部(17)、 螺管齿轮(8)、螺纹套筒(16)、弹簧底座(9)、1*12*30(mm)弹簧 标准件(10)、M2*4限位螺钉(11)、M2螺母(12)、钢珠挡片(13)、 φ2钢珠(14)；

如附图2所示，离合器长93.6mm，宽59mm，高65mm，装配 好后顶部外壳(1)、中部衔接外壳(2)、底部外壳(3)将内部结构 包裹固定，起保护作用；

如附图3所示，Z30M1凹槽齿轮预设三个φ2连接孔，通过自攻 螺钉与舵盘连接，与凹槽齿轮啮合的是螺管与齿轮一体化加工的螺管 齿轮，其螺纹置于管外壁高度6.5mm、螺距25mm、直径18mm、圈 数0.26，螺纹预制断口用于限位螺钉的回弹。

如附图5、6为在图示位置啮合部脱离和接触时的剖面图；

如附图5所示，转伺服舵机转动148.68°，舵机连接的凹槽齿轮带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上的限位螺钉受到螺纹的作用，带动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮合部跟随螺纹套筒移动并与输出端啮合部脱离接触，此时离合器处于分离状态的剖面图；

如附图6所示，伺服舵机继续转动31.32°，此时螺纹套筒内的限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下，螺纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触的剖面图。

如附图5所示，转伺服舵机转动148.68°，舵机连接的凹槽齿轮 带动螺管齿轮进行转动，螺纹套筒上的限位螺钉受到螺纹的作用，带 动螺纹套筒向齿轮端平移，输入端啮合部跟随螺纹套筒移动并与输出 端啮合部脱离接触，此时离合器处于分离状态的剖面图；

如附图6所示，伺服舵机继续转动31.32°，此时螺纹套筒内的 限位螺钉运动至螺管齿轮的螺纹断口处，在弹簧回复力的作用下，螺 纹套筒回弹，输出端啮合部和输入端啮合部接触的剖面图。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中 应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以 上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于 本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本 发明的限制。