步進式轉動裝置的製作方法

2023-06-14 19:15:46 1

專利名稱：步進式轉動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種步進式轉動裝置，特別適用於工業自動化控制系統及太陽能應用領域中對太陽跟蹤的轉動系統。
目前，國內外的步進轉動，大都用步進電機或電磁鐵作動力器件，但價格昂貴，且存在著輸出力矩小，步距角不能任意選擇以及工作時需要一個複雜的驅動電路等。
本實用新型的目的是避免上述現有技術中的不足，提供一種採用普通直流非步進微型電機就能達到高輸出力矩，步距角可任意選擇的高精度步進轉動裝置，而且結構簡單，使用時不需複雜的驅動電路，自耗電小。
本實用新型是由高變速比減速器、步進轉換機構及手動操作機構等三部分組成。高變速比減速器使輸出有足夠大的力矩，步進轉換機構使輸出端有高精度步矩角的步距轉動，手動操作機構可對輸出軸的起始位置作迅速的手動進退調節，末級蝸輪蝸杆傳動使輸出端具有抗風自鎖性能。
本實用新型的高變速比減速器由三級變速而成，第一級為蝸輪蝸杆傳動，然後通過齒輪組進一步減速，同時完成步進轉換過程。步進轉換機構是由齒輪和彈簧構成的彈簧離合器等構成，末級為蝸輪蝸杆變速，總變速比按實際需要而設計。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。


圖1本實用新型的結構示意圖圖2間歇齒輪步進轉換機構示意圖圖3彈簧離合器結構示意圖圖4撥簧式離合器結構示意圖圖5手動操作機構示意圖
1.微型電機，2.小蝸杆，3、4斜齒輪，5、6.直齒輪，7、8.彈簧，9.全齒齒輪，10.大蝸杆，11.大蝸輪，12.輸出軸，13.大彈簧，14.突起物，15、16.簧片，17.撥簧，18.間歇齒齒輪，19.手動蓋。
本實用新型的高變速比減速器第一級為蝸杆(2)蝸輪(3)傳動，然後通過齒輪組(3)－(5)－(4)－(6)－(9)步進減速，且完成步進轉換過程，末級為蝸輪(11)蝸杆(10)變速。步進轉換機構是由彈簧離合器和齒輪(9)等組成。彈簧離合器是由齒輪(3)與齒輪(5)或齒輪(4)與齒輪(6)分別通過彈簧(7)和(8)同軸連接而成。齒輪(3)與(4)相嚙合，同軸齒輪(3)－(5)、(4)－(6)與齒輪(9)嚙合，電機(1)通過蝸杆(2)驅動齒輪(3)構成步進轉換機構。彈簧離合器具有單向傳動特性，當齒輪(3)或(4)相對齒輪(5)或(6)作正向轉動時，因摩擦力作用而使彈簧越抱越緊，使齒輪(3)與(5)或(4)與(6)連成一體，能有效傳遞力矩。反之，當斜齒輪(3)或(4)相對齒輪(5)或(6)作反方向轉動時，也因摩擦力作用而使彈簧鬆弛，從而使齒輪(3)與(5)或(4)與(6)脫離聯繫而無法傳遞力矩。用撥簧離合器也可代替彈簧離合器，撥簧離合器是由齒輪(3)與(5)或齒輪(4)與(6)同軸連接，且在齒輪(3)(4)平面上固定一彈簧片，也能起到正向轉動有效傳遞力矩，反向旋轉鬆脫，所不同的是撥簧離合器是通過簧片(17)來推動齒輪(5)轉動，不再是簧片(15)推動彈簧(7)等。在全齒齒輪(9)的平面(靠齒輪3或4)一端設有若干個突起物(14)，突起物(14)可用螺絲杆擰入代替，用來推動簧片(15)(16)，突起物的個數，分布以及相互間間隔決定了每次轉動的步距大小。按實際需要可設計成任意大小的步距角。簧片(15)(16)固定在一個不隨齒輪轉動的底架上，其可動端分別靠近彈簧(7)(8)的右端，正常情況下簧片與彈簧不相接觸，一旦簧片在轉動齒輪(9)上的突起物(14)推動下壓向彈簧(7)或(8)的右端時，靠摩擦力作用可阻止彈簧的跟隨轉動，從而使彈簧鬆弛。
當正極性時鐘電脈衝到來時，電機(1)作正向轉動，它一方面通過蝸杆(2)使齒輪(3)相對齒輪(5)作正向轉動，起著主動輪作用，在彈簧(7)幫助下有效傳遞力矩，使齒輪(5)推動齒輪(9)正向旋轉一個角度，直到齒輪(9)上突起物(14)推動簧片(15)壓迫並使彈簧(7)停止轉動為止。而彈簧(7)的停轉，實際就是強行使彈簧(7)鬆弛，此時儘管齒輪(3)仍在繼續轉動，但因彈簧(7)鬆脫而無法傳遞力矩，從而齒輪(5)與(9)也就停轉，至此上述過程完成了一次步進轉動。另一方面由於齒輪(3)與(4)相嚙合，而電機(1)通過蝸杆(2)只驅動(3)，因此齒輪(3)與(4)的轉動方向總是相反。由於彈簧(8)的特性，使齒輪(6)處於脫離狀態，所以齒輪(6)作為被動齒輪隨齒輪(9)的驅動而轉動或停止。
當反極性時鐘電脈衝到來時，電機(1)作反向轉動，此時齒輪(3)也作反向轉動，而齒輪(4)變為正向轉動，所有的過程與上述情況類似，僅交換了一下齒輪(3)(5)與(4)(6)的主被動關係。齒輪(3)由主動變為被動齒輪，為齒輪(9)所左右。而齒輪(6)由被動變為主動齒輪並推動齒輪(9)作第二個步進轉動，直到齒輪(9)上突起物推動簧片(16)迫使彈簧(8)右端停轉為止。
通過上述可知，在交替變換輸入電脈衝極性下，上述兩步進過程交替重複出現，使齒輪(9)按同一方向完成每一次的步進轉動。
本實用新型中的全齒齒輪(9)也可用開有若干槽的間歇齒輪(18)代替(圖2)，假設開始時直齒輪(5)與間歇齒輪的齒部嚙合而直齒輪(6)正處於間歇齒輪的空槽中。當正極性時鐘脈衝到來時，電機(1)作正向轉動，它一方面使齒輪(3)相對齒輪(5)作正向轉動，在彈簧(7)作用下有效傳遞力矩，起著主動輪作用，通過齒輪(5)驅動齒輪(18)正向轉過一個角度，直到齒輪(5)進入齒輪(18)的空槽而齒輪(6)同時進入齒輪(18)另一齒輪段的始端時為止。這就完成了一次步進轉動，如空槽數為n，且槽與槽間等距離則步距角＝180°／n。另一方面斜齒輪(3)又與齒輪(4)嚙合，使齒輪(4)相對齒輪(6)作反向轉動，所以彈簧(8)的作用鬆弛，齒輪(6)不能受齒輪(4)驅動，起著被動輪作用，反隨齒輪(18)驅動或停止。當反極性時鐘電脈衝到來時，電機(1)作反向轉動，它一方面由於齒輪(3)相對齒輪(5)是反向轉動，因而不能有效傳遞力矩，此時齒輪(5)變為被動齒輪為齒輪(18)所左右。另一方面齒輪(3)卻使齒輪(4)相對齒輪(6)作正向轉動，因此通過彈簧(8)有效傳遞力矩，驅動齒輪(6)並推動齒輪(18)作又一次正向步進轉動，直到齒輪(6)進入空槽中為止。通過上述可知，在交替極性的時鐘脈衝作用下，齒輪(5)和(6)也交替作為主動齒輪推動齒輪(18)，每次前進一個角起到步進轉動的作用。
本實用新型的手動操作部分是在大蝸杆(10)裝有彈簧(13)的一端端面上開有銷槽，一個裡面帶有銷釘的手動蓋(19)正好銷入槽內，以便於轉動蝸杆(10)，同時在手動蓋一端設有凸爪，以便於旋轉手動蓋時撥動彈簧(13)。手動操作部分是這樣工作的由於彈簧(13)的作用，當人工將手動蓋(19)向前轉動時，正是大蝸杆(10)相對齒輪(9)作反向轉動，因此彈簧(13)鬆開使大蝸杆與齒輪(9)脫離聯繫可任意向前轉動。當人工將手動蓋(19)向後轉動時，按理彈簧(13)越抱越緊，大蝸杆(10)受齒輪(9)牽連而無法倒轉，但由於手動蓋一端的凸爪強迫撥動彈簧(13)末端的彎鉤，使彈簧反向鬆開，從而也能使蝸杆(10)脫離齒輪(9)約束而任意作反向轉動。
本實用新型的實施例用在太陽能電源的跟蹤系統，所用的電機電源為直流12伏，步進轉動裝置每5分鐘步進一次，每次電機轉動3秒鐘，耗電流150毫安，作24小時全天候跟蹤，折合到全天平均功率為18毫瓦，時鐘信號控制系統採用CMOS集成電路所耗電流1毫安，耗電功率12毫瓦，因此兩部分總功率為30毫瓦，全天總耗電為0.06安培小時，本實施例帶動30公斤聚光太陽電池方陣對日跟蹤，日發電量平均為14安培小時，因此跟蹤部分自耗電僅佔太陽能電池日發電量的0.428％，因此是一種低耗電的太陽能跟蹤裝置。
本實施例中時鐘脈衝間隔為5分鐘，齒輪(9)的步距角為90，末級蝸輪，蝸杆變速比為721，所以最後輸出軸的步距角為1°15″，此值恰好與太陽周日運動的角速度相同。
本實用新型的優點是結構簡單，能將普通直流微型電機的非步進轉動變為高精度的步進轉動，步距角可以根據需要設計成任意大小，且有輸出力矩大，工作時不需複雜的驅動電路，自耗電極小。
權利要求1.一種步進式轉動裝置，含有高變速比減速器，其特徵在於由步進轉換機構及手動調節機構等組成；a.齒輪(3)與(4)相嚙合，同軸齒輪(3)-(5)、(4)-(6)與齒輪(9)嚙合，電機(1)通過蝸杆(2)驅動齒輪(3)構成步進轉換機構；b.齒輪(3)與齒輪(5)通過彈簧(7)同軸連接而組成彈簧離合器；c.齒輪(9)的平面一端設有若干個突起物，簧片(15)(16)固定在一個不隨齒輪轉動的底架上；d.大蝸杆(10)裝有彈簧(13)的一端的端面上開有槽，一個裡面帶有銷釘的手動蓋(19)正好銷入槽內，同時在手動蓋的一端設有凸爪。
2.根據權利要求1所述的步進式轉動裝置，其特徵在於全齒齒輪(9)也可以是開有若干槽的間歇齒輪(18)。
3.根據權利要求1所述的步進式轉動裝置，其特徵在於齒輪(3)與齒輪(5)通過撥簧(17)組成撥簧離合器。
專利摘要本實用新型是一種以步進式轉動的機械裝置，由高倍變速比減速器，步進轉換機構及手動操作機構組成，齒輪(3)與(4)相嚙合，同軸齒輪(3)-(5)、(4)-(6)與齒輪(9)嚙合，電機(1)通過蝸杆(2)驅動齒輪(3)構成步進轉換機構，其特點是步距角可以設計成任意大小，且有輸出力矩大，工作時不需複雜的驅動電路，結構簡單，本裝置特別適用於太陽能應用領域的跟蹤系統，以及諸如需要輸出力矩大，步距角任意的工業自動化控制系統中。
文檔編號F16H27/04GK2135082SQ9222427
公開日1993年6月2日 申請日期1992年6月9日 優先權日1992年6月9日
發明者章之華 申請人:章之華