齿轮轴承驱动装置制造方法及图纸

一种齿轮轴承驱动装置，提供紧凑的机构，其作为致动器操作，提供扭矩，并且作为关节操作，提供支撑。驱动装置包括齿轮装置，在太阳齿轮内结合了外部转子ＤＣ电动机。锁定表面保持驱动装置的部件对齐，并且为轴向负荷和力矩提供支撑。齿轮轴承驱动装置具有多种应用，包括机械臂和假肢中的关节。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种齿轮轴承驱动装置，以及它在各种装置中的应用，包括假肢和机械臂。
技术介绍
齿轮轴承是一种机械结构，包括齿轮和滚子支承表面，从而机械动力结构和轴承 运动控制功能在不需要专用轴承的情况下可以进行。齿轮轴承采取部件和装置形式。齿轮 轴承部件可以构造成许多形式，齿轮轴承部件可以作为模块直接彼此连接以形成齿轮轴承 装置。齿轮轴承装置始终使用滚动摩擦，从而不需要外部轴承。行星齿轮轴承减速器利用齿 轮轴承技术非常容易构造，并且它们在紧凑的封装中提供了良好的减速。“rock lock”(基 于力平衡)特性在齿轮轴承行星减速器中是固有的，通过防止接头反向驱动(joint back drive)(当齿轮轴承减速比高于一定值时，在90-120 1周围)，这些确保了特殊的安全 性。齿轮轴承使用齿尖，该齿尖靠着滚子轴承配合，从而轴向锁定系统。除了将系统锁定在 一起之外，这个配合可以进行推力轴承功能，给机构增加了额外的功能性。齿轮轴承装置可 以制造成以紧凑的封装提供特殊的轴承强度，并具有独特的运动控制特性，这使得它们能 够执行有竞争力的边缘功能。齿轮轴承系统在美国专利No. 6，626，792中描述。这个系统使用了行星齿轮装置， 通过将接触面设置在每个齿轮的节径处，消除了普通的轴承。系统使用了输入和输出小齿 轮之间一个齿的差异。接触表面保持正确啮合，并且允许齿轮组以最小的振动操作。由于 部件数量减少以及整体复杂性降低，可靠性也提高。同样利用相同机构实现大范围齿轮比 是该齿轮轴承设计的内在特性，例如从1 1到1 2000，仅通过改变每个齿轮的齿数。该 专利中的齿轮轴承系统包括每个齿轮的单个滚子，其利用轮齿端部来将系统锁定在一起。其它已知的驱动系统使用行星齿轮系统，具有螺旋行星齿轮和球轴承，并且驱动 载体的输出。Harmonic驱动装置，利用波发生器操作，同样是已知的。简要描述可参见美国 专利公开 No. 2006/0073922。关于假体装置的领域，人体驱动的部件已经用在假体中几个世纪，并且今天仍然 广泛应用。这些系统的控制包括总体主体运动的协调，远离切断截肢场所，并且通常包括直 接连接到假体的某种类型的身体束缚。虽然这而假体通常重量轻并且成本低，它们具有显 著的缺点。身体的束缚通常限制了工作的范围，截肢者必须能够以同步方式协调身体运动 从而正确地操作终端装置。更高水平的截肢者通常不能产生充分的运动从而正确的启动假 体。实现满意的夹持强度同样很困难，这是由于目前销售的终端装置和夹持模式的机械限 制。自从1970年代后期开始，外部驱动的部件已经使用，并且相对于身体驱动部件提 供了一些不同的优点。电子肘可以产生大约151bs/ft的提升力，电子终端装置可以产生大 约221bs的最大夹持力。虽然相对于许多人体驱动的部件供了改进的性能，但是这些装置 仍然对于很多任务不适合。
技术实现思路
根据本专利技术的齿轮轴承驱动装置是一种紧凑的机构，能够作为致动器操作，提供 扭矩，并作为关节操作，提供支撑。由于外部转子无刷DC电机技术以及齿轮轴承技术，这是 可行的。它可以用单个机构代替传统的电机齿轮系组件，节省重量和空间。另外，高度的绝 对或者增大的位置精度对于这种设计是固有的，另外给驱动电机增加了编码器。它的紧凑 尺寸、高精度和关节性能允许它在航空、空间、制造、运输和其它工业中具有应用。一种齿轮轴承驱动装置提供一种无轴承的关节(joint)和高功率紧凑致动器，具 有大的功率密度。齿轮轴承驱动装置使用行星齿轮装置，其中外部转子电动机集成在输入 太阳齿轮子组件中。电动机的线圈接地到输入环形齿轮。齿轮轴承驱动装置使用滚子支承 表面以向机构提供轴向和径向支撑。滚子支承表面设计可以使用单个滚动表面，其中其端 面配合到轮齿齿尖，或者它可以使用两级滚子轴承，其利用滚子支承表面来分开径向和轴 向支撑，用于径向支撑，以及延伸的转子，从而将系统轴向锁定。齿轮轴承驱动装置，包括两 级滚子子组件，也可受益于轮齿末端的倒角，从而从齿轮齿尖去除所有负荷。这个特征将大 部分轴向负荷移动到齿轮的齿根圆下面，从而极大增加了驱动装置的连接强度。通过去除外部支撑结构，齿轮轴承驱动装置简化了机器的关节组件。并且通过将 所述关节结构、电动机以及齿轮装置结合到单个紧凑机构中，使用齿轮轴承的装置可以实 现高功率密度。这使得齿轮轴承驱动装置可用于各种应用中，包括机械臂，假肢，电动绞盘 以及仿生学。附图说明结合附图，通过下面详细描述，将充分理解本专利技术，附图中图1是根据本专利技术从输出侧的齿轮轴承驱动装置第一实施例的等角图；图2是从输入侧的图1齿轮轴承驱动装置的等角图；图3是图2的齿轮轴承驱动装置的部分剖开图；图4A是齿轮轴承驱动装置第一实施例的输出侧平面图；图4B是齿轮轴承驱动装置第一实施例的输入侧平面图；图5是从输出侧的齿轮轴承驱动装置第一实施例的部分视图，其中锁定环被去 除；图6是从输入侧的齿轮轴承驱动装置第一实施例的部分视图，其中锁定环被去 除；图7是齿轮轴承驱动装置第一实施例的内部部件的等角图；图8是图7的内部部件的侧视图；图9是齿轮轴承驱动装置第一实施例的等角剖视图；图10A是齿轮轴承驱动装置第一实施例的小齿轮子组件的侧视图；图10B是图10A的小齿轮子组件的剖视图；图11A是齿轮轴承驱动装置第一实施例的太阳齿轮子组件的等角图；图11B是图11A的太阳齿轮子组件的端视图；图11C是图11A的太阳齿轮子组件的另外等角图12是齿轮轴承驱动装置第一实施例的剖视图；图13是齿轮轴承驱动装置第一实施例的太阳齿轮子组件和小齿轮子组件的平面 图；图14是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第一步骤的等角15是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第二步骤的等角16是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第三步骤的等角17是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第四步骤的等角18是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第五步骤的等角19是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第六步骤的等角20是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第七步骤的等角21是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第八步骤的等角22是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第九步骤的等角23是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十步骤的等角24是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十一步骤的等角25是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十二步骤的等角26是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十三步骤的等角27是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十四步骤的等角27是齿轮轴承驱动装置第一实施例装配中第十四步骤的等角28A是完全装配的齿轮轴承驱动装置的第一实施例的等角图；图28B是完全装配的齿轮轴承驱动装置的第一实施例的另外等角29是齿轮轴承驱动装置的第二实施例的等角图；图30是齿轮轴承驱动装置第二实施例的剖视图；图31是齿轮轴承驱动装置第二实施例的部分剖视图；图32A是结合了根据本专利技术齿轮轴承驱动装置的机械臂的等角图；图32B是图32A机械臂的另外等角图；图32C是图32A的机械臂的另外等角图；图33A是结合了根据本专利技术齿轮轴承驱动装置的假肢的等角图；图33B是图33A的假肢的另外等角图；图34A是图33A的假肢的肘关节的等角图；图34B是图34A的肘和前臂驱动装置的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮轴承驱动装置，包括具有输入级和输出级的组件，所述组件包括：太阳齿轮子组件，包括：太阳齿轮，和电动机，具有外部转子，外部转子设置在太阳齿轮的内部区域内，太阳齿轮可随着外部转子旋转；多个小齿轮子组件，设置成与太阳齿轮子组件接合并围绕其旋转，每个小齿轮子组件包括与太阳齿轮啮合的输入小齿轮以及输出小齿轮，和输出环形齿轮，设置成与每个小齿轮子组件的输出小齿轮啮合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：B温伯格，C马夫罗伊迪斯，JM弗拉尼什，
申请(专利权)人：东北大学，美国宇航局戈达德太空飞行中心，
类型：发明
国别省市：US[美国]