(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011391077.8
(22)申请日 2020.12.02
(71)申请人 上海海每康智能医疗科技有限公司
地址 200331 上海市普陀区武威路88弄2号
三层374室
(72)发明人 许磊 汪洋
(普通合伙) 31287
代理人 于晓菁
(51)Int.Cl.
B25J 9/00(2006.01)
(54)发明名称
一种旋转双向自锁机构
(57)摘要
安装孔内安装有弹性部件，弹性部件的两端与限
部、装配槽的外侧面相接触；限位部件位于输入
轴上，其内壁设有装配齿，可以与锁紧部件配合
安装，形成锁紧组合件，本发明取消了行星轮、差
速器等部件，简化了结构，减少传递层级，提高机
构效率；只需要改变设计参数，就可以做出不同
大小尺寸的自锁机构，适用不同的机械设备，本
发明还利用弹簧进行定位，使得限位柱始终与套
筒内壁侧面、装配槽齿的弧面之间接触，从而消
除自锁回程间隙，极大提高了自锁机构的安全性
和可靠性。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 112548992 A 2021.03.26
C N 112548992
A
1.一种旋转双向自锁机构，包括输出轴(1)、输入轴(2)，所述输出轴(1)的一端与负载相连，输入轴(2)一端则与电机相连接，其特征在于：输出轴(1)的另一端与锁紧部件(3)相固定，所述锁紧部件(3)上开设有安装孔(3‑1)与装配槽(3‑2)，所述安装孔(3‑1)内安装有弹性部件(4)，所述弹性部件(4)的两端伸出所述锁紧部件(3)并与限位柱(5)相抵触，所述限位柱(5)的侧壁与弹性部件(4)的端部、装配槽(3‑2)的外侧面相接触，所述限位柱(5)的两端则分别与所述锁紧部件(3)、限位部件(6)紧密抵触；
所述限位部件(6)固定在输入轴(2)的另一端，所述限位部件(6)的内壁设有与所述装配槽(3‑2)相配合的装配齿(6‑1)，使所述限位部件(6)与所述锁紧部件(3)可以安装配合，从而将所述弹性部件(4)、所述限位柱(5)固定在两者内部，形成锁紧组合件；
在锁紧组合件外部套设套筒(7)，所述套筒(7)的内壁也与限位柱(5)的侧壁相接触。
2.根据权利要求1所述的一种旋转双向自锁机构，
其特征在于：所述锁紧部件(3)与所述输出轴(1)为一体化部件，所述锁紧部件(3)上设有装配槽齿(3‑3)，所述装配槽齿(3‑3)的一侧面为平面，另一侧面为弧面，两个装配槽齿(3‑3)的平面相对设置形成所述装配槽(3‑2)。
3.根据权利要求2所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述锁紧部件(3)上还设有安装翼(3‑4)，所述安装翼(3‑4)位于所述装配齿(6‑1)的弧面外侧，两者为一体化设计，所述安装翼(3‑4)上开设有纵向通孔，即为所述安装孔(3‑1)。
4.根据权利要求3所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述锁紧部件(3)的中央位置开设有连接轴孔(3‑5)。
5.根据权利要求1所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述限位部件(6)的中央设有连接轴(6‑2)。
6.根据权利要求1所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述限位柱(5)的数量是弹性部件(4)数量的2倍。
7.根据权利要求1或3所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述装配槽(3‑2)的数量、装配齿(6‑1)、安装翼(3‑4)的数量相同，均至少为2个。
8.根据权利要求7所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述装配槽(3‑2)、装配齿(6‑1)、安装翼(3‑4)的布局方式均为旋转对称，对称中心为相应部件的中心点。
9.根据权利要求1或6所述的一种旋转双向自锁机构，其特征在于：所述的弹性部件(4)为弹簧。
权 利 要 求 书1/1页CN 112548992 A
一种旋转双向自锁机构
技术领域
[0001]本发明涉及机械零部件技术领域，具体地讲是一种旋转双向自锁机构。
背景技术
[0002]自锁机构在现有的机械领域中是一个常用的部件，随着机械结构的不断发展，旋转双向自锁机构的需求越来越大，尤其是在机器人方面，双向自锁机构能显著增加结构的安全性。为此有人采取使用电磁控制的刹车机构作为锁紧机构，虽然可以达到实时锁紧的目的，但是这种锁紧机构的尺寸一般较大，而且需要消耗的能耗也不小，带来的成本上升问题是不可忽视的，因此机械式的自锁机构更加受欢迎。
[0003]但是现有的双向自锁机构通常都是使用行星轮、差速器或者是齿轮与棘爪的组合体来达到双向自锁的，这样的双向自锁机构结构复杂、成本高、尺寸较大，无法应用在越来越小型化的机器人中，而且现有的双向自锁机构在反向自锁的时候还会产生回程间隙，这对精细化控制的机器人来说是无法适用的，比如需要一只机械手抓握物体，如果有回程间隙，可能握紧之后的微小回程间隙会导致物体松动掉落，造成意外伤害。
[0004]因此设计一种机械式的小型化、效率高、成本低、没有回程间隙的旋转双向自锁机构是十分有必要的。
发明内容
[0005]本发明突破了现有技术的难题，设计了一种机械式的小型化、效率高、成本低、没有回程间隙的旋转双向自锁机构。
[0006]为了达到上述目的，本发明设计了一种旋转双向自锁机构，包括输出轴、输入轴，所述输出轴的一端与负载相连，输入轴一端则与电机相连接，其特征在于：输出轴的另一端与锁紧部件相固定，所述锁紧部件上开设有安装孔与装配槽，所述安装孔内安装有弹性部件，所述弹性部件的两端伸出所述锁紧部件并与限位柱相抵触，所述限位柱的侧壁与弹性部件的端部、装配槽的外侧面相接触，所述限位柱的两端则分别与所述锁紧部件、所述限位部件紧密抵触；
[0007]所述限位部件固定在输入轴的另一端，所述限位部件的内壁设有与所述装配槽相配合的装配齿，使所述限位部件与所述锁紧部件可以安装配合，从而将所述弹性部件、所述限位柱固定在两者内部，形成锁紧组合件；
[0008]在锁紧组合件外部套设套筒，所述套筒的内壁也与限位柱的侧壁相接触。[0009]进一步的，所述锁紧部件与所述输出轴为一体化部件，所述锁紧部件上设有装配槽齿，所述装配槽齿的一侧面为平面，另一侧面为弧面，两个装配槽齿的平面相对设置形成所述装配槽。
[0010]进一步的，所述锁紧部件上还设有安装翼，所述安装翼位于所述装配齿的弧面外侧，两者为一体化设计，所述安装翼上开设有纵向通孔，即为所述安装孔。
[0011]进一步的，所述锁紧部件的中央位置开设有连接轴孔。
[0012]进一步的，所述限位部件的中央设有连接轴。
[0013]进一步的，所述限位柱的数量是弹性部件数量的2倍。
[0014]进一步的，所述装配槽的数量、装配齿、安装翼的数量相同，均至少为2个。[0015]进一步的，所述装配槽、装配齿、安装翼的布局方式均为旋转对称，对称中心为相应部件的中心点。
[0016]进一步的，所述的弹性部件为弹簧。
[0017]本发明与现有技术相比，本发明简化了结构，没有使用行星轮、差分器等大型零件，仅设计了特殊的锁紧部件与限位部件，只需要用铣刀铣出相应的结构即可，简化了加工流程和加工成本，同时减少传递层级，提高机构效率；而且由于本发明结构简单，只需要改变设计参数，就可以做出不同大小尺寸的自锁机构，尺寸小的自锁机构，能适用很多精密微小机构，尺寸大的自锁机构，能应用在需要大扭矩的场景；本发明利用弹簧进行定位，使得限位柱始终与套筒内壁侧面、装配槽齿的弧面之间接触，从而消除自锁回程间隙，极大提高了自锁机构的安全性和可靠性。
附图说明
[0018]图1为一具体实施例中一种旋转双向自锁机构的结构分解图。
[0019]图2为一具体实施例中一种旋转双向自锁机构中锁紧部件的俯视图。
[0020]其中，1为输出轴，2为输入轴，3为锁紧部件，4为弹性部件，5为限位柱，6为限位部件，7为套筒；
[0021]其中，3‑1为安装孔，3‑2为装配槽，3‑3为装配槽齿，3‑4为安装翼，3‑5为连接轴孔；6‑1为装配齿，6‑2为连接轴。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本发明做进一步描述，但不作为对本发明的限定。
[0023]需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0024]参见图1，本发明设计了一种旋转双向自锁机构，包括输出轴1、输入轴2，所述输出轴1的一端是一个轴孔，其中车有螺纹，用来与负载相连，输出轴1的另一端则用铣刀铣出锁紧部件3，用于和输入轴相配合，同时所述锁紧部件3上开设有安装孔3‑1与装配槽3‑2，所述安装孔3‑1内安装有弹性部件4，具有接触自锁的作用，所述弹性部件4的两端伸出所述锁紧部件3后与限位柱5相抵触，所述限位柱5的侧壁与弹性部件4的端部、装配槽3‑2的外侧面相接触，所述限位柱5的两端则分别与所述锁紧部件3、所述限位部件6紧密抵触，起到锁紧作用，同时当负载具有反向带动输出轴的趋势时，可以立即锁紧本发明机构。
[0025]而输入轴2一端也设有轴孔，同样的该轴孔车有螺纹，用来与则与电机相连接，所述输入轴2的另一端则同样是利用铣刀铣出限位部件6，所述限位部件6的内壁设有与所述装配槽3‑2相配合的装配齿6‑1，使所述限位部件6与所述锁紧部件3可以安装配合，即装配齿6‑1与装配槽3‑2配合安装、连接轴6‑2与连接轴孔3‑5配合安装，从而将所述弹性部件4、所述限位柱5固定在两者内部，形成锁紧组合件。
[0026]在锁紧组合件外部套设套筒7，所述套筒7的内壁也与限位柱5的侧壁相接触。
[0027]本发明最终能够实现的功能是输入轴2一侧可以主动自由正反转，而输出轴1一侧一旦和输入轴2具有反向转动趋势就会锁紧无法转动的目的。
[0028]参见图2，优选的，锁紧部件3与所述输出轴1为一体化部件，防止在转动的过程中锁紧部件3与输出轴1脱离，造成锁紧无效。所述锁紧部件3上设有装配槽齿3‑3，所述装配槽齿3‑3的一侧面为平面，另一侧面为弧面，两个装配槽齿3‑3的平面相对设置形成所述装配槽3‑2。
[0029]优选的，所述锁紧部件3上还设有安装翼3‑4，所述安装翼3‑4位于所述装配齿6‑1的弧面外侧，两者为一体化设计，所述安装翼3‑4上开设有纵向通孔，即为所述安装孔3‑1。[0030]参见图1，设计了2个装配槽、2个安装翼、2个装配齿，使用了2个弹簧作为弹性部件，4个限位柱，共同形成本发明所设计的旋转双向自锁机构。
[0031]当然的，在具体实施中，根据所需要的情况不同，可以使用不同数量的装配槽3‑2、装配齿6‑1、安装翼3‑4，但是需要注意的是，这三者的数量必须是相同的，否则将无法达到对应配合自锁的目的，同时它们的数量均至少为2个，如果少于2个则会导致自锁效果极差，无法满足机械要求。
[0032]而相应的，限位柱5的数量则应该是弹性部件4数量的2倍，因为在弹性部件的两端均要设计限位柱5，防止弹性部件4从安装孔3‑1中脱出。
[0033]而且在布局的过程中，为了满足机械美感与载荷平衡所述装配槽3‑2的数量、装配齿6‑1、安装翼3‑4的布局方式均为旋转对称，对称中心为相应部件即锁紧机构、限位机构的中心点。
[0034]同样的，本领域技术人员可以根据现实情况的需要，选择采用合适的弹性部件4。[0035]在具体实施中，采用如图1所示的旋转双向自锁机构，为了方便表达，给4个限位柱分别编号为A、B、C、D。
[0036]当输入轴2顺时针转动一定角度，限位部件6上的限位面推动限位柱A和限位柱C相对输出轴1运动，从而使限位柱A和限位柱C脱离套筒7内壁，即与套筒7内壁从接触变为不接触，然后限位部件6上装配齿6‑1的侧面接触到锁紧部件3装配槽3‑2的侧面，开始推动输出轴1顺时针转动。
[0037]当输入轴2停止顺时针转动，不再提供转矩时，输出轴1由于负载力的作用，会有逆时针转动的趋势即回弹趋势，此时限位柱B在装配槽齿3‑3的弧面和套筒7内壁所形成的空间内，此时压力角大小在5°～10°左右，小于摩擦角，因此限位柱B只能在其中发生滚动，而不能发生滑动，又由于限位柱B在滚动时，装配槽齿3‑3的弧面和套筒7内壁会发生相对运动，而这个运动会使限位柱B与两者之间的相切点的间距变小，限位柱B受压，导致限位柱B 无法发生滚动，从而阻止装配槽齿3‑3的弧面和套筒7内壁相对运动，同理，限位柱D也会阻止装配槽齿3‑3的弧面和套筒7内壁相对运动，由于套筒7是固定不动的，所以装配槽齿3‑3的弧面所在的输出轴1也不能运动，从而产生自锁效果。
[0038]同理，当输入轴2逆时针转动时，限位柱B和限位柱D被推开解锁，然后带动输出轴1逆时针转动。
[0039]当输入轴2停止逆时针转动，不再提供转矩的时候，输出轴1则具有顺时针转动的趋势，跟上述同理，此时是限位柱A和C处于装配槽齿3‑3的弧面和套筒7内壁所形成的空间内，通过相同的原理、过程，达成锁紧效果。
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