双动型动态背隙消除驱动系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN94101718.4

申请日:

1994.02.21

公开号:

CN1107213A

公开日:

1995.08.23

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日:2000.2.23|||授权||||||公开

IPC分类号:

F16H55/24

主分类号:

F16H55/24

申请人:

杨泰和;

发明人:

杨泰和

地址:

中国台湾

优先权:

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

杨松龄

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内容摘要

本发明为关于一种双动型动态背隙消除驱动系统,主要具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮耦合之蜗杆组,在系统被驱动时,其中一组蜗杆被较快速施加回转驱动而恒施力于蜗轮组,另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆,亦耦合于此一蜗轮组(或同轴锁固之同节距或不同节距之个别蜗轮组),由于施力蜗杆恒施于蜗轮之作用力,使此位移量操控蜗杆恒被逆向迫紧于蜗轮,由于蜗杆组为不可逆传动,因此蜗轮与两蜗杆间呈无间隙之状态。

权利要求书

1: 一种双动型动态背隙消除驱动系统主要具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮耦合之蜗杆组,在系统被驱动时,其中一组原动蜗杆被较快速施加回转驱动而恒施力于原动蜗轮组,另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆,亦耦合于此一蜗轮组(或同轴锁固之同节距或不同节距之个别蜗轮组),由于施力蜗杆恒施于蜗轮之作用力,使此位移量操控蜗杆恒被逆向迫紧于蜗轮,由于蜗杆组为不可逆传动,因此蜗轮与两蜗杆间呈无间隙之状态,此时当驱动位移量操控蜗杆往受压方向后退时,蜗轮组因受施力原动蜗杆之驱动而作追逐之位移至再度迫紧位移量操控蜗杆为止,而形成依负载背隙状态自行调整速度差之动态背隙消除驱动系统,相对的,亦可对两蜗杆组之施力传动结构在安排上改变为使上述原动蜗杆之驱动为刚性,而位移量操控蜗杆之驱动为较快转速之限扭力可滑动耦合传动而与位移量操控蜗杆共同对负载蜗轮作无隙正反转驱动,故借助于上述原理可达到运动中动态背隙消除的目的;上述不可逆传动元件亦可由螺杆螺帽组所构成,以驱动工作台或机械结构; 其构成主要包括;不可逆向传动之被动体A,及两组与其耦合作为动力来源之原动体,其中一组为施力原动体B,另一组为位移量操控原动体C;其特征为施力原动体B,或位移量操控原动体C对被动体A作不可逆施力传动;前述被动体A可为蜗轮,施力原动体B及位移量操控原动体C可为蜗杆组;或被动体A可为具传动螺帽之被动体,施力原动体B及位移量操控原动体C可为螺杆组(原动体与被动体之螺杆与螺帽交换设置亦同),以构成双向传动,依负载背隙状态自行调整速度差之动态背隙消除驱动系统,其作用原理如下: -施力原动体B及位移量操控原动体C对被动体A的关系包括:静止时,施力原动体B及位移量操控原动体C静止,但施力原动体B对被动体A耦合处呈推压密合状态;位移量操控原动体C对被动体A耦合处呈阻滞密合状态,而使被动体A对施力原动体B及位移量操控原动体C呈无背隙状态;在驱动位移时,可依所驱动方向由其中之一组蜗杆(或螺杆螺帽组)为原动体,如由施力原动体B对与位移量操控原动体C的推压密合面施以推动压力,此时由于位移量操控原动体C处于对被动体A之阻滞密合位置,而被动体A对位移量操控原动体C为不可逆传动,因此,此状态在被动体A与位移量操控原动体C之密合位置形成一静压,当操控位移量操控原动体C依受压方向作反方向松退时,被动体A依位移量操控原动体C的松退驱动量作追逐驱动,而形成依负载背隙状态自行调整速度差之双动型动态背隙消除驱动系统,当位移量操控原动体C停止时,此系统仍处于原来之无背隙静止状态;反向驱动时则原动体B与操控原动体C瞬间作功能交换,即以B为操控原动体,C为原动体,交换方向瞬间无背隙产生; -上述施力原动体B及位移量操控原动体C之动力来源包括来自一共同动力源或各别独立动力源;其中施力原动体B的动力源的驱动速度BS与位移量操控原动体C的驱动位移速度CS两者之关系为BS≥CS,并依负载背隙状态自行调整速度差,且其中BS包括呈静止并具有驱动静压之状态,同样的,反转时则关系为CS≥BS; 此项驱动动力之构成方式如下: -单动力源联合式驱动系统:其构成为由单一回转动力源包括来自人力、步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者,其特征为来自回转动力源经轮系之分配使输至原动体使被动体致动之转速高于输至位移量操控原动体使被动体致动之转速,而传输至原动体的回转动力系经一机械式或 电磁式径向或轴向式结构可选择耦合扭力之可滑动回转耦合装置以耦合之,并自动分配系统中原动体及位移量操控原动体之速度差; -个别动力源分离式驱动系统;其构成特征为(1)作为两原动体之驱动马达之间为可控扭力驱动运转;(2)原动体与操控原动体之驱动转速不同,后者转换速较慢,其控扭力及控速差之方式包括来自电流控制之电控方式及来自机械式控扭力方式者,作为位移量操控原动体之驱动方式包括来自步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者; 前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时的稳定性: -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
2: 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,包括借助于单动力源双驱动轴联合驱动的应用,其主要构成含: -作为原动输入并附有手把(或接受机力驱动)的小齿轮101与原动蜗杆102同方向回转,并借助于一限扭力可滑动耦合装置103居间耦合传动原动蜗杆102,小齿轮101所耦合逆向减速齿轮104供产生 减速及反向回转动力,经一单方向传动装置107之耦合传动在减速齿轮104作反向驱动时带动位移量操控蜗杆105,进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组106产生依负载背隙状态自行调整速度差之双动型动态背隙消除驱动;位移量操控蜗杆105穿设有第二原动中齿轮111′,并借助于一限扭力可滑动耦合装置113耦合于位移量操控蜗杆105,中齿轮111′除与另一组蜗杆上中齿轮101′耦合外,与其连动的小齿轮111并与另一组蜗杆上与其耦合的逆向减速齿轮114供产生减速及反向回转动力,经一单方向传动装置117之耦合传动以在减速齿轮114作反方向驱动时带动蜗杆105,进而以位移量驱动蜗杆105对蜗轮组106作逆向驱动,使两蜗杆交换功用,对蜗轮之推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙,并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动,前述第一原动小齿轮101与第二原动小齿轮111之间另具传动中齿轮101′与111′相互耦合(或具中间齿轮或其他传动元件构成),两者间呈相反方向的传动关系,以在手把100正反转驱动中分别驱动蜗轮;上述限扭力可滑动耦合装置包括电磁式及机械式所构成,以及视结构空间型态选择所需相互传动元件如伞形齿轮或直齿或其他传动元件,并可视需要加设中间轮组,相对的,亦可对两蜗杆组的施力传动结构的安排上改变为使述原动蜗杆的驱动之刚性,而位移量操控蜗杆的驱动为较快转速的限扭力可滑动耦合传动而与位移量操控蜗杆其同对负载蜗轮作无隙正反转驱动者; -蜗轮惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确保抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
3: 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,包括借助于原动蜗杆刚性驱动位移量操控蜗杆呈较高速限扭力可滑动耦合驱动之应用,为对操作输入侧至两组蜗杆间之分配轮系作成调整,使其中施力原动体B的动力源之驱动速度BS与位移量操控原动体C之驱动位移速度CS两者之关系为BS≤CS,并依负载背隙状态自行调整速度差,且其中BS包括呈静止并具有驱动静压之状态,同样的,反转时则关系为CS≤BS; 此项驱动动力之构成方式如下: -个别动力源分离式驱动系统:其构成特征为(1)作为两原动体的驱动马达之间为可控扭力驱动运转;(2)原动体与操控原动体的驱动转速不同,后者转速较快,其控扭力及控速差的方式包括来自电流控制的电控方式及来自机械式控扭力方式,作为位移量操控原动体的驱动方式包括来自步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者; -单动力源联合式驱动系统:其构成为由单一回转动力源包括来自人力、步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者,其特征为来自回转动力源经轮系的分配使输至原动体使被动体致动的转速低于输至位移量操控原动体使被动体致动的转速,而传动至位移量操控原动体之回转动力系经一机械式或电磁式径向或轴向式结构可选择耦合扭力之可滑动回转耦合装置以耦合之,并自动分配系统中原动体及位移量操控原动体之速 度差: 其主要构成含: -作为原动输入并附有手把(或接受机力驱动)之大齿轮201与原动蜗杆210同方向回转,并借助于单方向传动装置205居间耦合传动原动蜗杆210,大齿轮201所耦合逆向加速齿轮202供产生加速及反向回转动力,经一限扭力可滑动耦合装置207之耦合传动在加速齿轮202作反向驱动时带动位移量操控蜗杆209,进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组211产生依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动;位移量操控蜗杆209穿设有与加速齿轮202联结之第二原动中齿轮202′,并共同借助于一限扭力可滑动耦合装置207耦合于位移量操控蜗杆209,中齿轮202′供与原动蜗杆所贯穿的中齿轮203′耦合,中齿轮203′并与小齿轮203联结并共同借助于限扭力可滑动装置208耦合于原动蜗杆210,其联结的小齿轮203供对与另一组蜗杆209耦合的逆向减速齿轮204施以减速及反向回转动力,减速齿轮204与蜗杆209之间设有一单方向传动装置206的耦合传动以在减速齿轮204作反方向驱动时带动蜗杆209,进而以蜗杆对蜗轮组211作逆向驱动,使两蜗杆交换功用,对蜗轮的推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙,并依负载背隙状态自行调整速度差之双动型动态背隙消除驱动者: -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止 状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
4: 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统进一步之特征为将输入两组蜗杆之轮系分成三组配对以构成单动力源联合式驱动系统之分离式轮系,其主要构成包括: -原动蜗杆301与位移量操控蜗杆302分别耦合于设有具单向传动装置303、304之传动轮30
5: 306及具限扭力可滑动装置307、308之传动轮309、310,而传动轮309与限扭力可滑动装置307之间同时设有单向传动装置317,传动轮310与限扭力可滑动装308之间同时设有单向传动装置318;原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302并分别以键或其它方式固锁传动轮311、312,而传动轮311与310耦合传动,其耦合关系为传动轮311直径较大而传动轮310直径较小;传动轮309与312耦合传动,其耦合关系为传动轮312直径较大而传动轮309直径较小者;另外,传动轮305与306耦合传动,其耦合关系为等速关系者; -原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302间经由单向传动装置303,304所耦合之传动轮组305、306相互耦合,而在正反转驱动中,由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输,而另一轮组呈空转,并在正转与反转时其作用呈相反者; -原动蜗杆301上之传动轮组309藉限扭力可滑动装置307及藉与307环套之单向传动装置317与原动蜗杆301耦合,轮组309并与从动蜗杆302固锁之轮组312相互耦合; -从动蜗杆302上之传动轮组310藉限扭力可滑动装置308及藉与308环套之单向传动装置318与从动蜗杆302耦合,轮组310并与原动蜗杆301固锁之轮组311相互耦合; -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨 擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。 5、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统进一步可为个别动力源分离式驱动系统,为藉著具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮组耦合之蜗杆组,分别由两组可操控扭力及转速之回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动,两回转动力单元与蜗杆组及其操控之转向关系及扭力关系分别具有下列特征: -回转动力单元601及602:为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606,为由气压或液力致动或电力驱动之动力单元所构成; -操控单元CCU607:为供操控此两组动力单元,有下列特性: (1)可控输出转速,其转速与输出扭力间具随输出扭力加大转速减少之随载速度调整特性; (2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力; (3)两组回转动力单元接受操控单元之操控作个别之回转方向及扭力控制,特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统之机能作相对回转方向输出及作不等速比例转速输出,以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组之绝对驱动速度并藉同时交换两组回转动力 单元转向及比例关系,以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙之特性者; 前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时之稳定性: -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机构操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。
6: 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,其结构中除以单一蜗轮耦合两组蜗杆外,亦可由上下两组蜗轮各别耦合单独蜗杆组,而上下两蜗轮组共同结合于同一心轴者。 7、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置者。 8、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,除应用于回转工作台机械角位移调整驱动外,应包括应用于其他机构或机械装置之角位移之无背隙双向驱动者。
7: 308之传动轮309、310,而传动轮309与限扭力可滑动装置307之间同时设有单向传动装置317,传动轮310与限扭力可滑动装308之间同时设有单向传动装置318;原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302并分别以键或其它方式固锁传动轮311、312,而传动轮311与310耦合传动,其耦合关系为传动轮311直径较大而传动轮310直径较小;传动轮309与312耦合传动,其耦合关系为传动轮312直径较大而传动轮309直径较小者;另外,传动轮305与306耦合传动,其耦合关系为等速关系者; -原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302间经由单向传动装置303,304所耦合之传动轮组305、306相互耦合,而在正反转驱动中,由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输,而另一轮组呈空转,并在正转与反转时其作用呈相反者; -原动蜗杆301上之传动轮组309藉限扭力可滑动装置307及藉与307环套之单向传动装置317与原动蜗杆301耦合,轮组309并与从动蜗杆302固锁之轮组312相互耦合; -从动蜗杆302上之传动轮组310藉限扭力可滑动装置308及藉与308环套之单向传动装置318与从动蜗杆302耦合,轮组310并与原动蜗杆301固锁之轮组311相互耦合; -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨 擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。 5、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统进一步可为个别动力源分离式驱动系统,为藉著具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮组耦合之蜗杆组,分别由两组可操控扭力及转速之回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动,两回转动力单元与蜗杆组及其操控之转向关系及扭力关系分别具有下列特征: -回转动力单元601及602:为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606,为由气压或液力致动或电力驱动之动力单元所构成; -操控单元CCU607:为供操控此两组动力单元,有下列特性: (1)可控输出转速,其转速与输出扭力间具随输出扭力加大转速减少之随载速度调整特性; (2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力; (3)两组回转动力单元接受操控单元之操控作个别之回转方向及扭力控制,特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统之机能作相对回转方向输出及作不等速比例转速输出,以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组之绝对驱动速度并藉同时交换两组回转动力 单元转向及比例关系,以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙之特性者; 前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时之稳定性: -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机构操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。 6、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,其结构中除以单一蜗轮耦合两组蜗杆外,亦可由上下两组蜗轮各别耦合单独蜗杆组,而上下两蜗轮组共同结合于同一心轴者。 7、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置者。
8: 如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,除应用于回转工作台机械角位移调整驱动外,应包括应用于其他机构或机械装置之角位移之无背隙双向驱动者。
9: 310,而传动轮309与限扭力可滑动装置307之间同时设有单向传动装置317,传动轮310与限扭力可滑动装308之间同时设有单向传动装置318;原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302并分别以键或其它方式固锁传动轮311、312,而传动轮311与310耦合传动,其耦合关系为传动轮311直径较大而传动轮310直径较小;传动轮309与312耦合传动,其耦合关系为传动轮312直径较大而传动轮309直径较小者;另外,传动轮305与306耦合传动,其耦合关系为等速关系者; -原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302间经由单向传动装置303,304所耦合之传动轮组305、306相互耦合,而在正反转驱动中,由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输,而另一轮组呈空转,并在正转与反转时其作用呈相反者; -原动蜗杆301上之传动轮组309藉限扭力可滑动装置307及藉与307环套之单向传动装置317与原动蜗杆301耦合,轮组309并与从动蜗杆302固锁之轮组312相互耦合; -从动蜗杆302上之传动轮组310藉限扭力可滑动装置308及藉与308环套之单向传动装置318与从动蜗杆302耦合,轮组310并与原动蜗杆301固锁之轮组311相互耦合; -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨 擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。 5、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统进一步可为个别动力源分离式驱动系统,为藉著具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮组耦合之蜗杆组,分别由两组可操控扭力及转速之回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动,两回转动力单元与蜗杆组及其操控之转向关系及扭力关系分别具有下列特征: -回转动力单元601及602:为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606,为由气压或液力致动或电力驱动之动力单元所构成; -操控单元CCU607:为供操控此两组动力单元,有下列特性: (1)可控输出转速,其转速与输出扭力间具随输出扭力加大转速减少之随载速度调整特性; (2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力; (3)两组回转动力单元接受操控单元之操控作个别之回转方向及扭力控制,特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统之机能作相对回转方向输出及作不等速比例转速输出,以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组之绝对驱动速度并藉同时交换两组回转动力 单元转向及比例关系,以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙之特性者; 前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时之稳定性: -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种藉由机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等习用阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统之动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性者;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置两蜗杆之一端与静止机壳间; -静止制动辅助装置B1000:为藉由机构操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间之密贴性不被外力松动者;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。 6、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,其结构中除以单一蜗轮耦合两组蜗杆外,亦可由上下两组蜗轮各别耦合单独蜗杆组,而上下两蜗轮组共同结合于同一心轴者。 7、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置者。 8、如权利要求1所述之双动型动态背隙消除驱动系统,除应用于回转工作台机械角位移调整驱动外,应包括应用于其他机构或机械装置之角位移之无背隙双向驱动者。

说明书


本发明涉及一种双动型动态背隙消除驱动系统,主要具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆的两组与蜗轮耦合的蜗杆组,在系统被驱动时,其中一组原动蜗杆被较快速施加回转驱动而恒施力于蜗轮组,另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆,亦耦合于此一蜗轮组(或同轴锁固的同节距或不同节距的个别蜗轮组),由于施力蜗杆恒施于蜗轮的作用力,使此位移量操控蜗杆恒被逆向迫紧于蜗轮,由于蜗杆组为不可逆传动,因此蜗轮与两蜗杆间呈无间隙的状态,此时当我们驱动位移量操控蜗杆往受压方向后退时,蜗轮组因受施力原动蜗杆的驱动而作追逐的位移至再度迫紧位移量操控蜗杆为止,而形成依负载背隙状态自行调整速度差的动态背隙消除驱动系统,相对的,亦可对两蜗杆组的施力传动结构在安排上改变为使上述原动蜗杆的驱动为刚性,而位移量操控蜗杆的驱动为较快转速的限扭力可滑动耦合传动而与位移量操控蜗杆共同对负载蜗轮作无隙正反转驱动,故我们借助于上述原理,可达到运动中动态背隙消除者;上述不可逆传动元件亦可由螺杆螺帽组所构成,以驱动工作台或机械结构。

    即依上述揭示的系统包括:

    不可逆向传动的被动体A,及两组与其耦合作为动力来源的原动体,其中一组为施力原动体B,另一组为位移量操控原动体C;其特征为施力原动体B,或位移量操控原动体C对被动体A作不可逆施力传动;前述被动体A可为蜗轮,施力原动体B及位移量操控原动体C可为蜗杆组;或被动体A可为具传动螺帽的被动体,施力原动体B及位移量操控原动体C可为螺杆组(原动体与被动体的螺杆与螺帽交换设置亦同),以构成双向传动,依负载背隙状态自行调整速度差的动态背隙消除驱动系统,其作用原理如下:

    -施力原动体B及位移量操控原动体C对被动体A的关系包括:静止时,施力原动体B及位移量操控原动体C静止,但施力原动体B对被动体A耦合处呈推压密合状态;位移量操控原动体C对被动体A耦合处呈阻滞密合状态,而使被动体A对施力原动体B及位移量操控原动体C呈无背隙状态;在驱动位移时,可依所驱动方向由其中的一组蜗杆(或螺杆螺帽组)为原动体,如由施力原动体B对与位移量操控原动体C的推压密合面施以推动压力,此时由于位移量操控原动体C处于对被动体A的阻滞密合位置,而被动体A对位移量操控原动体C为不可逆传动,因此,此状态在被动体A与位移量操控原动体C的密合位置形成一静压,当操控位移量操控原动体C依受压方向作反方向松退时,被动体A依位移量操控原动体C的松退驱动量作追逐驱动,而形成依负载背隙状态自行调整速度差地双动型动态背隙消除驱动系统,当位移量操控原动体C停止时,此系统仍处于原来的无背隙静止状态;反向驱动时则原动体B与操控原动体C瞬间作功能交换,即以B为操控原动体,C为原动体,交换方向瞬间无背隙产生;

    -上述施力原动体B及位移量操控原动体C的动力来源包括来自一共同动力源或各别独立动力源;其中施力原动体B的动力源的驱动速度BS与位移量操控原动体C的驱动位移速度CS两者的关系为BS≥CS,并依负载背隙状态自行调整速度差,且其中BS包括呈静止并具有驱动静压的状态,同样的,反转时则关系为CS≥BS。

    前述驱动动力的构成方式说明如下:

    -单动力源联合式驱动系统:其构成为由单一回转动力源包括来自人力、步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者,其特征为来自回转动力源经轮系的分配使输至原动体使被动体致动的转速高于输至位移量操控原动体使被动体致动的转速,而传输至原动体的回转动力系经一机械式或电磁式径向或轴向式结构可选择耦合扭力的可滑动回转耦合装置以耦合之,并自动分配系统中原动体及位移量操控原动体的速度差;

    -个别动力源分离式驱动系统:其构成特征为(1)作为两原动体的驱动马达之间为可控扭力驱动运转;(2)原动体与操控原动体的驱动转速不同,后者转速较慢,其控扭力及控速差的方式包括来自电流控制的电控方式及来自机械式控扭力方式者,作为位移量操控原动体的驱动方式包括来自步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者。

    以下配合附图详细说明本发明的特征及优点:

    图1为此项双动型动态背隙消除驱动系统的单动力源双驱动轴联合驱动实施例示意图。

    图2为此项双动型动态背隙消除驱动系统借助于原动蜗杆刚性驱动位移量操控蜗杆呈较高速限扭力可滑动耦合驱动实施例示意图。

    图3为此项单动力源联合驱动应用实施例示意图。

    图4为图3正转驱动功率分配示意图。

    图5为图3反转驱动功率分配示意图。

    图6为此项双动型动态背隙消除驱动系统的个别动力源分离式驱动实施例示意图。

    图1为单动力源双驱动轴联合驱动例,图1所示结构中主要包括:

    -作为原动输入并附有手把(或接受动力驱动)的小齿轮101与原动蜗杆102同方向回转,并借助于一限扭力可滑动耦合装置103居间耦合传动原动蜗杆102,小齿轮101所耦合的逆向减速齿轮104供产生减速及反向回转动力,经一单方向传动装置107的耦合传动在减速齿轮104作反向驱动时带动位移量操控蜗杆105,进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组106产生根据负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动系统;位移量操控蜗杆105穿设有第二原动中齿轮111′,并通过一限扭力可滑动耦合装置113耦合于位移量操控蜗杆105,中齿轮111′除与另一组蜗杆上的中齿轮101′耦合外,与其连动的小齿轮111并与另一组蜗杆上与其耦合的逆向减速齿轮114供产生减速及反向回转动力,经一单方向传动装置117的耦合传动以在减速齿轮114作反方向驱动时带动蜗杆105,进而以位移量驱动蜗杆105对蜗轮组106作逆向驱动,使两蜗杆交换功用,对蜗轮的推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙,并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动,前述第一原动小齿轮101与第二原动小齿轮111之间另具有传动中齿轮101′与111′相互耦合(或具有中间齿轮或其他传动元件构成),两者间呈相反方向的传动关系,以在手把100正反转驱动中分别驱动蜗轮;上述限扭力可滑动耦合装置包括电磁式及机械式所构成,以及视结构空间型态选择所需相互传动元件如伞形齿轮或直齿或其他传动元件,并可视需要加设中间轮组,相对的,亦可对两蜗杆组的施力传动结构在安排上改变为使上述原动蜗杆的驱动为刚性,而位移量操控蜗杆的驱动为较快转速的限扭力可滑动耦合传动而与位移量操控蜗杆共同对负载蜗轮作无隙反正转驱转;

    -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助滞装置D1000为设置于两蜗杆的一端与静止机壳间;

    -静止制动辅助装置B1000:为借助于机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用,以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。

    图2所示为原动蜗杆刚性驱动位移量操控蜗杆呈较高速限扭力可滑动耦合驱动形成双动型动态背隙消除驱动系统的实施例;图2所示系统为将图1中所述对操作输入侧至两组蜗杆间的分配轮系作成调整,使其中施力原动体B的动力源的驱动速度BS与位移量操控原动体C的驱动位移速度CS两者之关系为BS≤CS,并依负载背隙状态自行调整速度差,且其中BS包括呈静止并具有驱动静压的状态,同样的,反转时则关系为CS≤BS。

    前述驱动动力的构成方式说明如下:

    -个别动力源分离式驱动系统:其构成特征为(1)作为两原动体的驱动马达之间为可控扭力驱动运转;(2)原动体与操控原动体的驱动转速不同,后者转速较快,其控扭力及控速差的方式包括来自电流控制的电控方式及来自机械式控扭力方式,作为位移量操控原动体的驱动方式包括来自步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者;

    -单动力源联合式驱动系统:其构成为由单一回转动力源包括来自人力、步进马达、伺服马达、普通型交直流马达及一般机力操控驱动,及流体马达等回转驱动动能者,其特征为来自回转动力源经轮系的分配使输至原动体使被动体致动的转速低于输至位移量操控原动体使被动体致动的转速,而传输至位移量操控原动体的回转动力系经一机械式或电磁式径向或轴向式结构可选择耦合扭力的可滑动回转耦合装置以耦合之,并自动分配系统中原动体及位移量操控原动体的速度差。

    图2所示结构中主要构成含:

    -原动输入并附有手把(或接受机力驱动)的大齿轮201与原动蜗杆210同方向回转,并借助于单方向传动装置205居间耦合传动原动蜗杆210,大齿轮201所耦合逆向加速齿轮202供产生加速及反向回转动力,经一限扭力可滑动耦合装置207的耦合传动在加速齿轮202作反向驱动时带动位移量操控蜗杆209,进而与原动蜗杆共同驱动蜗轮组211产生依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动;位移量操控蜗杆209穿设有与加速齿轮202联结的第二原动中齿轮202′,并共同借助于一限扭力可滑动耦合装置207耦合于位移量操控蜗杆209,中齿轮202′供与原动蜗杆上所贯穿的中齿轮203′耦合,中齿轮203′并与小齿轮203联结并共同借助于限扭力可滑动装置208耦合于原动蜗杆210,其联结的小齿轮203供对与另一组蜗杆209耦合的逆向减速齿轮204施以减速及反向转动力,减速齿轮204与蜗杆209之间设有一单方向传动装置206的耦合传动以在减速齿轮204作反方向驱动时带动蜗杆209,进而以蜗杆对蜗轮组211作逆向驱动,使两蜗杆交换功用,对蜗轮的推力面及阻滞面亦同时交换而无换向背隙,并依负载背隙状态自行调整速度差的双动型动态背隙消除驱动;

    -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间;

    -静止制动辅助装置B1000:为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用,以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。

    图3所示为单动力原联合式驱动系统的分离式轮系应用例,主要为将输入两组蜗杆的轮系分成三组配对为:

    -原动蜗杆301与位移量操控蜗杆302分别耦合于设有具单向传动装置303、304的传动轮305、306及具限扭力可滑动装置307、308的传动轮309、310,而传动轮309与限扭力可滑动装置307之间同时设有单向传动装置317,传动轮310与限扭力可滑动装置308之间同时设有单向传动装置318;原动蜗杆301及位移量操控蜗杆302并分别以键或其他方式固锁传动轮311、312,而传动轮311与310耦合传动,其耦合关系为传动轮311直径较大而传动轮310直径较小;传动轮309与312耦合传动,其耦合关系为传动轮312直径较大而传动轮309直径较小;另外,传动轮305与306耦合传动,其耦合关系为等速关系;

    -原动蜗杆301与位移一操控蜗杆302间径由单向传动装置303、304所耦合的传动轮组305、306相互耦合,而在正反转驱动中,由其中一轮组作为输入对蜗杆呈动力传输,而另一轮组呈空转,并在正转及反转其作用相反;

    -原动蜗杆301上的传动轮组309借助于限扭力可滑动装置307及藉与307环套的单向传动装置317与原动蜗杆301耦合,轮组309并与从蜗杆302固锁的轮组312相互耦合;

    -从动蜗杆302上的传动轮组310借助于限扭力可滑动装置308及借助于与308环套的单向传动装置318与从动蜗杆302耦合,轮组310并与原动蜗杆301固锁的轮组311相互耦合;

    -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统的动力源中断时或特定之缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆的一端与静止机壳间;

    -静止制动辅助装置B1000:为借助于由机械操控或流力或电磁操控之辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车之作用,以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆的一端与静止机壳间。

    图4为图3所述单动力源联合驱动轮系的正转驱动时功率分配示意图;图5为图3所述单动力源联合驱动轮系的反转驱动时功率分配示意图;其功率流向如图中箭头所示,其中P100为驱动输入功率,P101为限扭力可滑动装置的功率损耗,P102为蜗杆蜗轮组功率损耗,P103为输出功率。

    此项设计亦可为如图6扭洋的个别动力源分离式驱动系统实施例,为藉着具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆的两组与蜗轮组耦合的蜗杆组,分别由两组可操控扭力及转速的回转动力单元所个别直接驱动或经变速机构传输驱动,两回转动力单元与蜗杆组及其操控的转向关系及扭力关系分别具有下列特征:

    -回转动力单元601及602:为供直接或经个别变速装置603及604耦合于个别蜗杆组605及606,为由气压或液力致动或电力驱动的交流或直流有刷或无刷式马达所构成的动力单元所构成:

    -操控单元CCU607:为供操控此两组动力单元,有下列特性:

    (1)可控输出转速,其转速与输出扭力间具有随输出扭力加大转速减少的随载速度调整特性;

    (2)可控输出扭力大小以及超负载或阻滞时对负载仍保持扭力;

    (3)两组回转动力单元接受操控单元的操控作个别的回转方向及扭力控制,特别是操控两组回转动力单元依此项双动型动态背隙消除驱动系统的机能作相对回转方向输出及作为等速比例转速输出,以较慢转速为决定蜗杆蜗轮组的绝对驱动速度,并借助于同时交换两组回转动力单元转向及比例关系,以形成此项双动型动态背隙消除驱动系统之正转与反转交换方向及运动中或静止时皆无间隙的特性;

    前述结构中进一步可加设下列辅助装置以增进其在各种驱动状态时的稳定性:

    -蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000:为一种借助于机械滑动磨擦式或流力阻滞式或电磁涡流阻滞式等已知阻滞装置所构成,此项装置可依系统需要而装设,以在蜗杆驱动时确保其阻滞性大于蜗杆惯性,使来自驱动系统的动力源中断时或特定的缓和减速(Slow Down)过程中能确实抑制蜗杆惯性;此项蜗杆惯性抑制辅助阻滞装置D1000为设置于两蜗杆之一端与静止机壳间;

    -静止制动辅助装置B1000:为借助于机械操控或流力或电磁操控的辅助性制动刹车,可依需要性装设,以在系统长时间停留于静止状态时产生制动刹车的作用,以确保蜗杆与蜗轮间的密贴性不被外力松动;此项静止制动辅助装置B1000为装设于两蜗杆之一端与静止机壳间。

    此外,图1-图6所述结构中系以单一蜗轮耦合两组蜗杆为例,其实际实施亦可由上下两组轮各别耦合单独蜗杆组,而上下两蜗轮组共同结合于同一心轴,上述两蜗杆组分别与图1-图6各实施例中的两蜗杆组一样构成原动蜗杆及位移量操控蜗杆及作正反转及静止与运动中皆无间隙的驱动,而蜗杆可依结构需要使两者呈平行或其他角度。

    此项双动型动态背隙消除驱动系统在相关驱动位移结构可进一步加装角位移量检测装置,以增加其操作的方便性者。

    此项双动型动态背隙消除驱动系统应用于回转工作台机构角位移调整结构的驱动外,应包括应用于其他机构或机械装置的角位移的无背隙双向驱动者。

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本发明为关于一种双动型动态背隙消除驱动系统,主要具有作为原动蜗杆及位移量操控蜗杆之两组与蜗轮耦合之蜗杆组,在系统被驱动时,其中一组蜗杆被较快速施加回转驱动而恒施力于蜗轮组,另外一组蜗杆为位移量操控蜗杆,亦耦合于此一蜗轮组(或同轴锁固之同节距或不同节距之个别蜗轮组),由于施力蜗杆恒施于蜗轮之作用力,使此位移量操控蜗杆恒被逆向迫紧于蜗轮,由于蜗杆组为不可逆传动,因此蜗轮与两蜗杆间呈无间隙之状态。 。

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