一种双电机驱动的无背隙动力单元制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双电机驱动的无背隙动力单元，包括第一电机、第二电机和输出轴，输出轴上设有大齿轮，第一电机通过第一减速器连接第一小齿轮，第二电机通过第二减速器连接第二小齿轮，第一小齿轮和第二小齿轮对称设在大齿轮的两侧，并分别与大齿轮轮齿左右不同的一侧齿面始终保持啮合；其中一个小齿轮作主动轮时，另一个小齿轮作从动轮，做主动轮的小齿轮往相啮合的大齿轮的齿面所在的方向转动。与现有技术相比，本实用新型专利技术通过对驱动同一从动轴的两组驱动电机施加大小不等、方向相反的消隙转矩以达到消除齿隙的目的，提高了传动精度，具有体积小、重量轻、扭矩大、抗干扰能力强等优点，特别适合航天环境下小型化、轻量化以及双向运动需求。

A backlash-free power unit driven by two motors

【技术实现步骤摘要】
一种双电机驱动的无背隙动力单元
本技术涉及一种动力单元，尤其是涉及一种双电机驱动的无背隙动力单元。
技术介绍
作为机械传动方式的一种，齿轮啮合传动具有效率高、结构紧凑、传动比稳定、工作稳定以及寿命长等诸多优点，尽管如此，齿轮传动仍然存在许多的不足，作为精密仪器使用的传动方式，按照标准的齿轮传动设计和最简易的齿轮加工制作方法，会存在主从动轮之间的啮合间隙，使传动精度不高。对于精密运动控制，例如数控雕刻、切割等以及精确定位，传动间隙在正反转的瞬间会影响精度，比如图形失真、控制精度差等。目前，传统消除齿轮啮合间隙的方法主要有偏心套调整法、垫片调整法和双片薄齿轮错齿调整法，这些方法都存在缺点。采用偏心套调整法和垫片调整法，齿轮长时间工作磨损后，齿侧间隙无法补偿，且对齿厚和齿距的精度公差要求较高，齿轮传动的灵活性受限。采用双片薄齿轮错齿调整法，薄片贴合齿轮的调整装配方式较为复杂，且齿轮传动刚度低，不适合传动大扭矩。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双电机驱动的无背隙动力单元。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双电机驱动的无背隙动力单元，包括第一电机、第二电机和输出轴，所述输出轴上设有大齿轮，所述第一电机通过第一减速器连接第一小齿轮，所述第二电机通过第二减速器连接第二小齿轮，所述第一小齿轮和第二小齿轮对称设在所述大齿轮的两侧，并分别与大齿轮轮齿左右不同的一侧齿面始终保持啮合；其中一个小齿轮作主动轮时，另一个小齿轮作从动轮。优选的，所述第一电机、第一减速器和第一小齿轮分别与第二电机、第二减速器和第二小齿轮相同。优选的，还包括单对极磁环、第一多对极磁环和第二多对极磁环，所述单对极磁环套在所述输出轴上，所述第一多对极磁环套在所述单对极磁环的外侧，所述第二多对极磁环套在所述第一多对极磁环的外侧。优选的，还包括第一末端编码器和第二末端编码器，所述第一末端编码器套在所述输出轴上，所述第二末端编码器包括分别设在第一电机和第二电机处的两个。优选的，所述第一电机和第二电机都为伺服电机。优选的，所述输出轴为空心轴。优选的，所述输出轴的前端设有第一轴承和前端盖，所述输出轴的后端设有第二轴承和后端盖，所述后端盖的外侧设有底座。优选的，还包括设在动力单元最外侧的套筒。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1、通过对驱动同一从动轴的两组驱动电机施加大小不等、方向相反的消隙转矩以达到消除齿隙的目的，提高了传动精度，降低了电机的设计难度以及各零件的加工、装配难度，具有零背隙、体积小、重量轻、扭矩大、精度高、能耗小、抗干扰能力强等优点，特别适合航天环境下小型化、轻量化以及双向运动需求。2、采用含编码器的伺服电机，为双电机驱动的无背隙动力单元提供伺服驱动，提高了传输精度和稳定性。3、在输出轴的输出端加一套末端编码器来直接检测回转轴的角度位置，加上伺服电机本身的编码器，构成系统的全闭环控制，提高输出轴的定位精度。4、输出轴采用空心轴，具有重量轻的优点。5、采用两个多对级磁环，增加了一个多对级磁场信号源，并由它来实现对整周信号的编码细分，从而提高了编码器的分辨率。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术双电机传动链简图；图3为本技术中末端编码器的位置示意图；图4为本技术消除齿轮啮合间隙的结构原理图。图中标注：1、输出轴，2、底座，3、后端盖，4、第一轴承，5、第一电机，6、第二电机，7、第一减速器，8、第二减速器，9、第一小齿轮，10、第二小齿轮，11、大齿轮，12、第二轴承，13、前端盖，14、单对极磁环，15、第一多对极磁环，16、第二多对极磁环，17、第一末端编码器，18、第二末端编码器，19、套筒。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，本申请提出一种双电机驱动的无背隙动力单元，采用完全相同的两套电机和减速器分别带动两个相同的小齿轮，最终带动大齿轮11，即输出轴1转动，如图2所示，本质上是利用电机的伺服控制技术实现消除齿轮啮合间隙的目的。该动力单元包括第一电机5、第二电机6、输出轴1以及最外侧的套筒19，输出轴1的前端设有第一轴承4和前端盖13，输出轴1的后端设有第二轴承12和后端盖3，后端盖3的外侧设有底座2。输出轴1上设有大齿轮11，第一电机5通过第一减速器7连接第一小齿轮9，第二电机6通过第二减速器8连接第二小齿轮10，第一小齿轮9和第二小齿轮10对称设在大齿轮11的两侧，并分别与大齿轮11轮齿左右不同的一侧齿面始终保持啮合。齿轮副为动力单元提供二级减速，减速器为动力单元提供一级减速。其中一个小齿轮作主动轮时，另一个小齿轮作从动轮，做主动轮的小齿轮往相啮合的大齿轮11的齿面所在的方向转动。动力单元还包括单对极磁环14、第一多对极磁环15和第二多对极磁环16，通过磁环放置架套在输出轴1上。单对极磁环14套在输出轴1上，第一多对极磁环15套在单对极磁环14的外侧，第二多对极磁环16套在第一多对极磁环15的外侧。动力单元设有第一末端编码器17和第二末端编码器18，为动力单元提供位置、速度、角度信息。如图3所示，第一末端编码器17套在输出轴1上，用来直接检测输出轴1的角度位置。第二末端编码器18包括分别设在第一电机5和第二电机6处的两个，由于第一电机5和第二电机6都采用伺服电机，所以本身带有编码器。编码器构成系统的全闭环控制，提高输出轴的定位精度。输出轴1具体为空心轴，减轻了整个装置的重量。本装置采用双电机消除齿轮反向间隙的原理如图4所示，大齿轮11固定在输出轴1上，两个小齿轮分别固联在两个减速器输出轴1上，并对称分布。本实施例中，第一小齿轮9和第二小齿轮10分别与图4中A侧齿面和B侧齿面相啮合。当输出轴1即大齿轮11输出是逆时针转动时，第一电机5带动第一小齿轮9顺时针转动为主动轮，从而带动大齿轮11逆时针转动，同时带动第二小齿轮10转动，在整个啮合过程中，第二小齿轮10对输出轴1起到阻力作用，但阻力矩远远小于驱动力矩，第一小齿轮9和第二小齿轮10始终分别保持与大齿轮11的A侧和B侧齿面相啮合；当输出轴1运动方向改变时，即大齿轮11顺时针转动时，第二电机6作为主动电机，带动第二小齿轮10逆时针转动，此时第一小齿轮9变为从动轮，整个工作过程中第一小齿轮9和第二小齿轮10仍然始终分别与大齿轮11A侧和B侧齿面相啮合。由上可知，大齿轮11在工作过程中突然换向时，与两个小齿轮间不存在齿隙，从而提高了传动的精度和运动平稳性。本实施例中，动力单元输出力矩为4N·m，输出速度为6r/min，根据电机的输出扭矩以及减速器的减速比，设定大齿轮11与小齿轮的齿数比为13:3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电机驱动的无背隙动力单元，包括第一电机、第二电机和输出轴，其特征在于，所述输出轴上设有大齿轮，所述第一电机通过第一减速器连接第一小齿轮，所述第二电机通过第二减速器连接第二小齿轮，所述第一小齿轮和第二小齿轮对称设在所述大齿轮的两侧，并分别与大齿轮轮齿左右不同的一侧齿面始终保持啮合；其中一个小齿轮作主动轮时，另一个小齿轮作从动轮。

【技术特征摘要】
1.一种双电机驱动的无背隙动力单元，包括第一电机、第二电机和输出轴，其特征在于，所述输出轴上设有大齿轮，所述第一电机通过第一减速器连接第一小齿轮，所述第二电机通过第二减速器连接第二小齿轮，所述第一小齿轮和第二小齿轮对称设在所述大齿轮的两侧，并分别与大齿轮轮齿左右不同的一侧齿面始终保持啮合；其中一个小齿轮作主动轮时，另一个小齿轮作从动轮。2.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的无背隙动力单元，其特征在于，所述第一电机、第一减速器和第一小齿轮分别与第二电机、第二减速器和第二小齿轮相同。3.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的无背隙动力单元，其特征在于，还包括单对极磁环、第一多对极磁环和第二多对极磁环，所述单对极磁环套在所述输出轴上，所述第一多对极磁环套在所述单对极磁环的外侧，所述第二多对极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑛，蒋燕飞，潘巍，缪靖媛，沈天荣，
申请(专利权)人：上海航天智能装备有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31