一种齿轮传动的分级上锁机构的制作方法

1.本发明涉及一种齿轮传动的分级上锁机构。

背景技术：

2.目前，模块化设计是未来空间飞行器的主要研究方向之一，而模块的通用接口设计是飞行器模块化的关键技术，在对飞行器模块进行更换或其他作业操作时，机械臂末端和飞行器模块分别安装有通用接口，两个接口相互对接从而满足机械臂与飞行器模块之间的联通，工作时为了满足机械臂对飞行器模块进行各个动作操作，接口对接后需要满足一定的锁紧性能和刚度要求。

技术实现要素：

3.本发明所要达到的目的就是提供一种齿轮传动的分级上锁机构，不仅能实现对接机构连接后的自动上锁和自动分离，而且能提高锁紧性能。
4.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种齿轮传动的分级上锁机构，用于模块化对接结构的自动上锁与分离，模块化对接结构包括导向齿，包括螺旋环、锁紧环、钢珠支架和用于固定导向齿的底盖，所述钢珠支架上设有锁紧导向齿的钢珠，所述螺旋环转动连接在底盖上，所述钢珠支架和锁紧环均滑动连接在螺旋环的外侧壁上，且锁紧环套设在钢珠支架上，所述底盖上设有驱动螺旋环在底盖上旋转的驱动组件，螺旋环旋转带动钢珠支架和锁紧环沿竖直方向向上或向下依次运动，当锁紧环向上运动时，锁紧环将所述钢珠推出至与导向齿相抵并对钢珠进行限位，当锁紧环向下运动时，锁紧环解除对钢珠的限制后触发钢珠支架复位至初始位置。
5.优选的，所述钢珠支架上设有第一滚轮，所述锁紧环上设有第二滚轮，所述螺旋环的外侧壁上设有第一滚轮槽和第二滚轮槽，所述第一滚轮槽包括第一倾斜段和第一水平段，所述第一水平段设置在第一倾斜段的顶端，所述第二滚轮槽包括第二倾斜段和第二水平段，所述第二水平段设置在第二倾斜段的底端，所述第一滚轮滑动连接在第一滚轮槽内且位于第一倾斜段的底端，所述第二滚轮滑动连接在第二滚轮槽内且位于第二水平段上。
6.优选的，所述钢珠支架上设有至少两块块向下延伸的固定块，所述固定块上设有固定第一滚轮的第一螺杆，且所述固定块均匀的分布在钢珠支架上；所述锁紧环上设有至少两个固定第二滚轮的第二螺杆，第二螺杆均匀的分布在锁紧环的外侧壁上。
7.优选的，所述钢珠支架的外侧壁上固定连接有限位环，所述锁紧环设置在限位环和钢珠支架之间，所述限位环和锁紧环之间设有第一竖直导向机构，所述第一竖直导向机构包括第一导轮和第一竖直导向槽，所述第一导轮设置在限位环上，所述第一竖直导向槽设置在锁紧环的外侧壁上，钢珠支架和导向齿之间设有第二竖直导向机构，所述第二竖直导向机构包括第二导轮和第二竖直导向槽，所述第二导轮设置在导向齿的外侧壁上，所述第二竖直导向槽设置在钢珠支架上。
8.优选的，所述钢珠支架上设有与锁紧环相配合的凹槽，所述凹槽上设有通孔，所述
钢珠设置在通孔内，所述锁紧环上设有与凹槽相配合的推块，所述推块的顶端设有与钢球相抵的弧形缺口。
9.优选的，所述驱动组件包括固定连接在底盖上的电机齿轮模块，以及转动连接在底盖上的内齿轮，所述内齿轮依靠电机齿轮模块的动力而转动连接在底盖上，所述螺旋环固定连接在内齿轮上。
10.优选的，所述内齿轮和底盖之间设有滚动体。
11.优选的，所述电机齿轮模块包括减速电机、第一支架和罩体，所述减速电机固定连接在第一支架上，所述罩体固定连接在第一支架上，所述减速电机上设有与内齿轮啮合的主动齿轮，所述罩体上设有与内齿轮的顶端相抵的第一定位滚轮，所述第一支架上设有与底盖相连的翻边。
12.优选的，所述底盖上设有定位齿轮模块，所述定位齿轮模块包括第二支架、齿轮轴和被动齿轮，所述第二支架的上下两端均设有推力球轴承，所述齿轮轴的底端穿过推力球轴承后与被动齿轮相连，所述齿轮轴的顶端贴合在推力球轴承上，所述被动齿轮与内齿轮啮合连接，所述第二支架上设有与内齿轮顶端相抵的第二定位滚轮。
13.优选的，所述底盖上还设有外套，所述外套的顶端设有限位凸块，所述限位环的外侧壁上设有与限位凸块相配合的限位凸台。
14.综上所述，本发明的优点：通过驱动组件驱动螺旋环在底盖上旋转，由于螺旋环的旋转带动钢珠支架和锁紧环沿竖直方向向上或向下依次运动，因此能实现钢珠支架和锁紧环的分级运动，而且能保证钢珠支架和锁紧环相互独立的在螺旋环上运动，在上升和下降过程中两者不存在空间上的干涉，提高了分级运动的稳定性，解决了上锁摩擦力大的问题，其次，由于钢珠设置在钢珠支架上，因此在锁紧环上升过程中能保证钢珠在静止状态下，有利于锁紧环在上升过程中的接触，提高了钢珠的推出效率，而且能在锁紧环的作用下保证钢珠与导向齿相抵的质量，由于锁紧环始终对钢珠有一定的限位功能，因此能减少钢珠的脱落或相对滑动，提高了锁紧性能，最后，通过锁紧环的下降来解除对钢珠的限制，钢珠支架在螺旋环的旋转作用下复位至初始位置，无需额外的动力，就可以实现自动分离的功能，可应用需要模块化对接上锁和分离的场合，尤其针对卫星中需要模块化对接上锁的电接口中。
附图说明
15.下面结合附图对本发明作进一步说明：
16.图1为本发明一种齿轮传动的分级上锁机构的结构示意图；
17.图2为图1的爆炸图；
18.图3为本发明中螺旋环与钢珠支架连接的结构示意图；
19.图4为本发明中螺旋环与锁紧环连接的结构示意图；
20.图5为本发明中驱动组件在底盖上的结构示意图；
21.图6为本发明中电机齿轮模块的结构示意图；
22.图7为本发明中定位齿轮模块的结构示意图。
23.附图标记：
24.1螺旋环、11第一滚轮槽、12第二滚轮槽、2锁紧环、21第二滚轮、22第二螺杆、23弧
形缺口、3钢珠支架、31钢珠、32第一滚轮、33固定块、34第一螺杆、35凹槽、36通孔、4底盖、41外套、42限位凸块、5驱动组件、51电机齿轮模块、511主动齿轮、512第一定位滚轮、513减速电机、514第一支架、515罩体、516翻边、52内齿轮、53滚动体、6限位环、61限位凸台、7第一竖直导向机构、71第一导轮、72第一竖直导向槽、8第二竖直导向机构、81第二导轮、82第二竖直导向槽、9定位齿轮模块、91第二支架、92齿轮轴、93被动齿轮、94推力球轴承、95第二定位滚轮、10导向齿、100钢珠槽。
具体实施方式
25.如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，一种齿轮传动的分级上锁机构，用于模块化对接结构的自动上锁与分离，模块化对接结构包括导向齿10，包括螺旋环1、锁紧环2、钢珠支架3和用于固定导向齿10的底盖4，所述钢珠支架3上设有锁紧导向齿10的钢珠31，可在导向齿10设置于钢珠31相配合的钢珠槽100，增大钢珠31的接触面积，提高锁紧质量，本实施例中的导向齿10通过螺钉安装在底盖4上，具体的，可在导向齿10上设置螺纹孔，所述底盖4上设置通孔36，所述螺旋环1转动连接在底盖4上，所述钢珠支架3和锁紧环2均滑动连接在螺旋环1的外侧壁上，且锁紧环2套设在钢珠支架3上，所述底盖4上设有驱动螺旋环1在底盖4上旋转的驱动组件5，螺旋环1旋转带动钢珠支架3和锁紧环2沿竖直方向向上或向下依次运动，当锁紧环2向上运动时，锁紧环2将所述钢珠31推出至与导向齿10相抵并对钢珠31进行限位，当锁紧环2向下运动时，锁紧环2解除对钢珠31的限制后触发钢珠支架3复位至初始位置。
26.通过驱动组件5驱动螺旋环1在底盖4上旋转，由于螺旋环1的旋转带动钢珠支架3和锁紧环2沿竖直方向向上或向下依次运动，因此能实现钢珠支架3和锁紧环2的分级运动，而且能保证钢珠支架3和锁紧环2相互独立的在螺旋环1上运动，在上升和下降过程中两者不存在空间上的干涉，提高了分级传动的稳定性，解决了上锁摩擦力大的问题，其次，由于钢珠31设置在钢珠支架3上，因此在锁紧环2上升过程中能保证钢珠31在静止状态下，有利于锁紧环2在上升过程中的接触，提高了钢珠31的推出效率，而且能在锁紧环2的作用下保证钢珠31与导向齿10相抵的质量，由于锁紧环2始终对钢珠31有一定的限位功能，因此能减少钢珠31的脱落或相对滑动，提高了锁紧性能，最后，通过锁紧环2的下降来解除对钢珠31的限制，钢珠支架3在螺旋环1的旋转作用下复位至初始位置，无需额外的动力，就可以实现自动分离的功能，可应用需要模块化对接上锁和分离的场合，尤其针对卫星中需要模块化对接上锁的电接口中。
27.所述钢珠支架3上设有第一滚轮32，所述锁紧环2上设有第二滚轮21，所述螺旋环1的外侧壁上设有第一滚轮槽11和第二滚轮槽12，所述第一滚轮槽11包括第一倾斜段和第一水平段，所述第一水平段设置在第一倾斜段的顶端，所述第二滚轮槽12包括第二倾斜段和第二水平段，所述第二水平段设置在第二倾斜段的底端，所述第一滚轮32滑动连接在第一滚轮槽11内且位于第一倾斜段的底端，所述第二滚轮21滑动连接在第二滚轮槽12内且位于第二水平段上，第一滚轮槽11和第二滚轮槽12的设置，能实现第一滚轮32和第二滚轮21相互独立在螺旋环1上的滑动，第一滚轮槽11和第二滚轮槽12在螺旋环1上呈交错分布，由于第一滚轮32设置在第一滚轮槽11的第一倾斜段上，第二滚轮21设置在第二滚轮槽12的第二水平段上，因此，第一滚轮32带动钢珠支架3沿第一滚轮槽11竖直向上运动时，第二滚轮21
沿第二水平段水平滑动，因此，保证了钢珠支架3上升的时间段内锁紧环2静止不动，而随着螺旋环1的进行旋转，第一滚轮32进入第一滚轮槽11的第一水平段内，第二滚轮21进入第二滚轮槽12的第二倾斜段内，此时，钢珠支架3停止上升，第二滚轮21带动锁紧环2沿第二滚轮槽12竖直向上运动，上升一定距离后，锁紧环2将钢珠31推入至导向齿10的钢珠槽100中，从而实现了钢珠支架3和锁紧环2沿竖直方向向上或向下依次运动，能保证钢珠支架3和锁紧环2升降的稳定性。
28.所述钢珠支架3上设有至少两块块向下延伸的固定块33，所述固定块33上设有固定第一滚轮32的第一螺杆34，且所述固定块33均匀的分布在钢珠支架3上；所述锁紧环2上设有至少两个固定第二滚轮21的第二螺杆22，第二螺杆22均匀的分布在锁紧环2的外侧壁上，能实现第一滚轮32和第二滚轮21的快速的安装固定，而且能提高第一滚轮32和第二滚轮21的固定质量，提高了滑动效果，本实施例中的固定块33设有三块，且三块固定块33均匀的分布在钢珠支架3上，且固定块33与钢珠支架3为一体成型，能提高固定块33与钢珠支架3的连接强度。所述钢珠支架3的外侧壁上固定连接有限位环6，所述锁紧环2设置在限位环6和钢珠支架3之间，所述限位环6和锁紧环2之间设有第一竖直导向机构7，所述第一竖直导向机构7包括第一导轮71和第一竖直导向槽72，所述第一导轮71设置在限位环6上，所述第一竖直导向槽72设置在锁紧环2的外侧壁上，限位环6的设置，能对钢珠31起到限位作用，保证钢珠31在运动过程中不会掉出来，第一竖直导向机构7的设置，能保证钢珠支架3升降时的稳定性以及直线度，从而减少了钢珠31的晃动。
29.钢珠支架3和导向齿10之间设有第二竖直导向机构8，所述第二竖直导向机构8包括第二导轮81和第二竖直导向槽82，所述第二导轮81设置在导向齿10的外侧壁上，所述第二竖直导向槽82设置在钢珠支架3上，也可将第二导轮81设置在钢珠支架3上，第二竖直导向槽82设置在导向齿10上，能保证钢珠支架3升降时稳定性以及直线度。所述钢珠支架3上设有与锁紧环2相配合的凹槽35，所述凹槽35上设有通孔36，所述钢珠31设置在通孔36内，所述锁紧环2上设有与凹槽35相配合的推块，所述推块的顶端设有与钢球相抵的弧形缺口23，推块和凹槽35的设置，有利于锁紧环2在上升过程中将钢珠31推出，凹槽35能对推块起到一定的限位作用，保证锁紧时推块始终作用在钢珠31上，提高钢珠31的锁紧效果，弧形缺口23的设置，能提高推块与钢珠31的接触质量，提高钢珠31的推出质量。
30.所述驱动组件5包括固定连接在底盖4上的电机齿轮模块51，以及转动连接在底盖4上的内齿轮52，所述内齿轮52依靠电机齿轮模块51的动力而转动连接在底盖4上，所述螺旋环1固定连接在内齿轮52上，将驱动组件5设置成电机齿轮模块51和内齿轮52的结构，通过电机齿轮模块51的动力带动内齿轮52在底盖4上转动，由于螺旋环1固定连接在内齿轮52上，因此能带动螺旋环1同步转动，驱动效果好，整体安装拆卸方便。
31.所述内齿轮52和底盖4之间设有滚动体53，能对内齿轮52起到一定的支撑，从而保证了内齿轮52在底盖4上的转动的平稳性，本实施例中的滚动体53可采用钢球、滚针或其他滚动体53，本实施例优先采用钢球。所述电机齿轮模块51包括减速电机513、第一支架514和罩体515，所述减速电机513固定连接在第一支架514上，所述罩体515固定连接在第一支架514上，所述减速电机513上设有与内齿轮52啮合的主动齿轮511，所述罩体515上设有与内齿轮52的顶端相抵的第一定位滚轮512，本实施例中的第一定位滚轮512通过螺纹固定连接在罩体515上，所述第一支架514上设有与底盖4相连的翻边516，所述第一定位滚轮512通过
螺纹固定连接在罩体515上，本实施例将电机齿轮模块51设置成减速电机513、第一支架514和罩体515的结构，能实现主动齿轮511和第一定位滚轮512的相互独立的安装，不会形成空间上的干涉，第一支架514能实现减速电机513的快速安装固定，翻边516能增大第一支架514与底盖4的接触面积，提高了第一支架514安装的稳定性，从而保证减速电机513上的主动齿轮511与内齿轮52的啮合质量，本实施例中的翻边516可通过螺钉固定连接在底盖4上，也可通过磁铁固定连接在底盖4上，翻边516与第一支架514可设置为一体式结构或分体式结构，能满足不同的安装需求，罩体515的设置，能对减速电机513起到一定的保护作用，而且能实现第一定位滚轮512的安装固定。
32.所述底盖4上设有定位齿轮模块9，所述定位齿轮模块9包括第二支架91、齿轮轴92和被动齿轮93，所述第二支架91的上下两端均设有推力球轴承94，所述齿轮轴92的底端穿过推力球轴承94后与被动齿轮93相连，所述齿轮轴92的顶端贴合在推力球轴承94上，所述被动齿轮93与内齿轮52啮合连接，所述第二支架91上设有与内齿轮52顶端相抵的第二定位滚轮95，本实施例中，当主动齿轮511驱动内齿轮52转动时，能通过被动齿轮93与内齿轮52的啮合来保证内齿轮52转动时的稳定性，能起到定心的作用，本实施例中的定位齿轮模块9包括两组，两组定位齿轮模块9与电机齿轮模块51均匀的分布底盖4上，推力球轴承94的设置，能保证齿轮轴92的转动质量，保证被动齿轮93与内齿轮52的啮合传动，第二定位滚轮95的设置，能与第一定位滚轮512对应，保证内齿轮52转动时的稳定性。所述底盖4上还设有外套41，所述外套41的顶端设有限位凸块42，所述限位环6的外侧壁上设有与限位凸块42相配合的限位凸台61，外套41通过沉头螺钉固定连接在底盖4上，具体的，外套41的底端设有与沉头螺钉配合的螺纹孔，所述底盖4上设有固定沉头螺钉的沉头孔，安装拆卸方便，不会对其他部件形成空间上的干涉，保证齿轮传动的质量，外套41能对底盖4上的其他部件起到一个的防护作用，限位凸块42和限位凸台61能进一步对限位环6起到限位的功能，而且能保证限位环6升降时起到导向功能，保证限位环6升降的直线度。
33.如图1和图2所示，机械臂与飞行模块之间完成对接后，开始自动上锁，初始时，减速电机513顺时针旋转，带动主动齿轮511旋转，通过齿轮啮合带动内齿轮52旋转，被动齿轮93对内齿轮52的旋转起到定心作用，螺旋环1随内齿轮52同步旋转；上锁时，螺旋环1顺时针旋转，第一滚轮32带动钢珠支架3沿第一滚轮槽11竖直向上运动时，此时，第一导轮71起到竖直导向的功能，当螺旋环1旋转到一定角度时，第一滚轮32滑动到第一滚轮槽11的第一水平段内，此时，钢珠支架3不再随螺旋环1的旋转做上升运动，钢珠支架3到达指定位置，停止上升，在钢珠支架3上升的过程中,锁紧环2的第二滚轮21沿着第二滚轮槽12的第二水平段滑动，因此在钢珠支架3上升的时间段内，锁紧环2静止不动；随着螺旋环1继续旋转，第二滚轮21带着锁紧环2沿第二滚轮槽12竖直向上运动，上升一定距离后，锁紧环2将钢珠31推出并推入导向齿10的钢珠槽100中实现对钢珠31的限位，减速电机513停止工作，上锁完成。解锁时，减速电机513逆时针旋转，带动螺旋环1逆时针转动，第二滚轮21在第二滚轮槽12的作用下，带动锁紧环2竖直向下运动，锁紧环2解除对钢珠31的限制，当螺旋环1旋转到一定角度时，第二滚轮21运动到第二滚轮槽12的第二水平段的水平位置，锁紧环2停止向下运动，随时旋转环的继续旋转，第一滚轮32在第一滚轮槽11的作用下，带动钢珠支架3竖直向下运动，当钢珠支架3退回初始位置时，解锁完成。
34.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本
领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

技术特征：

1.一种齿轮传动的分级上锁机构，用于模块化对接结构的自动上锁与分离，模块化对接结构包括导向齿，其特征在于：包括螺旋环、锁紧环、钢珠支架和用于固定导向齿的底盖，所述钢珠支架上设有锁紧导向齿的钢珠，所述螺旋环转动连接在底盖上，所述钢珠支架和锁紧环均滑动连接在螺旋环的外侧壁上，且锁紧环套设在钢珠支架上，所述底盖上设有驱动螺旋环在底盖上旋转的驱动组件，螺旋环旋转带动钢珠支架和锁紧环沿竖直方向向上或向下依次运动，当锁紧环向上运动时，锁紧环将所述钢珠推出至与导向齿相抵并对钢珠进行限位，当锁紧环向下运动时，锁紧环解除对钢珠的限制后触发钢珠支架复位至初始位置。2.根据权利要求1所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述钢珠支架上设有第一滚轮，所述锁紧环上设有第二滚轮，所述螺旋环的外侧壁上设有第一滚轮槽和第二滚轮槽，所述第一滚轮槽包括第一倾斜段和第一水平段，所述第一水平段设置在第一倾斜段的顶端，所述第二滚轮槽包括第二倾斜段和第二水平段，所述第二水平段设置在第二倾斜段的底端，所述第一滚轮滑动连接在第一滚轮槽内且位于第一倾斜段的底端，所述第二滚轮滑动连接在第二滚轮槽内且位于第二水平段上。3.根据权利要求2所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述钢珠支架上设有至少两块块向下延伸的固定块，所述固定块上设有固定第一滚轮的第一螺杆，且所述固定块均匀的分布在钢珠支架上；所述锁紧环上设有至少两个固定第二滚轮的第二螺杆，第二螺杆均匀的分布在锁紧环的外侧壁上。4.根据权利要求1所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述钢珠支架的外侧壁上固定连接有限位环，所述锁紧环设置在限位环和钢珠支架之间，所述限位环和锁紧环之间设有第一竖直导向机构，所述第一竖直导向机构包括第一导轮和第一竖直导向槽，所述第一导轮设置在限位环上，所述第一竖直导向槽设置在锁紧环的外侧壁上，钢珠支架和导向齿之间设有第二竖直导向机构，所述第二竖直导向机构包括第二导轮和第二竖直导向槽，所述第二导轮设置在导向齿的外侧壁上，所述第二竖直导向槽设置在钢珠支架上。5.根据权利要求1所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述钢珠支架上设有与锁紧环相配合的凹槽，所述凹槽上设有通孔，所述钢珠设置在通孔内，所述锁紧环上设有与凹槽相配合的推块，所述推块的顶端设有与钢球相抵的弧形缺口。6.根据权利要求1所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述驱动组件包括固定连接在底盖上的电机齿轮模块，以及转动连接在底盖上的内齿轮，所述内齿轮依靠电机齿轮模块的动力而转动连接在底盖上，所述螺旋环固定连接在内齿轮上。7.根据权利要求6所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述内齿轮和底盖之间设有滚动体。8.根据权利要求6所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述电机齿轮模块包括减速电机、第一支架和罩体，所述减速电机固定连接在第一支架上，所述罩体固定连接在第一支架上，所述减速电机上设有与内齿轮啮合的主动齿轮，所述罩体上设有与内齿轮的顶端相抵的第一定位滚轮，所述第一支架上设有与底盖相连的翻边。9.根据权利要求6所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述底盖上设有定位齿轮模块，所述定位齿轮模块包括第二支架、齿轮轴和被动齿轮，所述第二支架的上下两端均设有推力球轴承，所述齿轮轴的底端穿过推力球轴承后与被动齿轮相连，所述齿轮轴的顶端贴合在推力球轴承上，所述被动齿轮与内齿轮啮合连接，所述第二支架上设有与
内齿轮顶端相抵的第二定位滚轮。10.根据权利要求4所述的一种齿轮传动的分级上锁机构，其特征在于：所述底盖上还设有外套，所述外套的顶端设有限位凸块，所述限位环的外侧壁上设有与限位凸块相配合的限位凸台。

技术总结

本发明涉及一种齿轮传动的分级上锁机构，包括螺旋环、锁紧环、钢珠支架和底盖，钢珠支架上设有钢珠，螺旋环转动连接在底盖上，钢珠支架和锁紧环均滑动连接在螺旋环的外侧壁上，底盖上设有驱动组件，螺旋环旋转带动钢珠支架和锁紧环沿竖直方向向上或向下依次运动；本发明的优点：通过驱动组件驱动螺旋环在底盖上旋转，由于螺旋环的旋转带动钢珠支架和锁紧环沿竖直方向向上或向下依次运动，因此能实现钢珠支架和锁紧环的分级运动，而且能保证钢珠支架和锁紧环相互独立的在螺旋环上运动，在上升和下降过程中两者不存在空间上的干涉，提高了分级传动的稳定性，解决了上锁摩擦力大的问题。解决了上锁摩擦力大的问题。解决了上锁摩擦力大的问题。