球齿轮机构三传动模式构造及光热聚光器调姿和折展机构制造技术

本发明专利技术涉及球齿轮机构三传动模式构造及光热聚光器调姿和折展机构，包括球齿轮

【技术实现步骤摘要】
球齿轮机构三传动模式构造及光热聚光器调姿和折展机构


[0001]本专利技术属于机械传动领域，尤其球齿轮机构传动及传动模式构造，具体涉及球齿轮机构三传动模式构造及光热聚光器调姿和折展机构，以及在光热聚光器调姿和折展方面应用
。

技术介绍

[0002]球齿轮是以渐开线齿轮端面绕端面2相互垂直对称轴旋转
180
°
，所得2基本球面齿轮求交而形成；环绕球齿轮四极点整周的长齿带将球齿轮分为2齿区
。
单极齿轮是以球齿轮绕两相对极点连线轴对柱体进行范成加工所生成的实体，其节圆直径小于球齿轮节圆直径
。
当球心定位好的球齿轮与单极齿轮啮合时，球齿轮具有一个沿单极齿轮齿槽向的自由转动，而其他与之垂直二个转动方向被单极齿轮约束或驱动
。
[0003]球齿轮与球齿轮
、
球齿轮与单极齿轮间啮合装配可以实现传动，常称为球齿轮机构传动；其传动主要特点是空间占用小
、
精度高
、
噪声低
、
寿命长等优点；该传动适于串并联驱动，传动精度高
、
结构可靠
、
传动体积小
。
[0004]日本山行大学
Kazuki Abe
团队对球齿轮机构
[1]进行研究，实现了球齿轮啮合运动及间歇运动模式；采用布置于不同齿区2个单极齿轮和球齿轮啮合传动，2单极齿轮呈
90
°
分别位于球齿轮带区和齿区啮合，或呈
180
°
位于球齿轮相对的2极点处啮合配置；其每个单极齿轮需以2个电机驱动，驱动各单极齿轮绕单极齿轮轴和其极点轴2个方向转动；任一个单极齿轮绕单极齿轮轴转动与球齿轮啮合传动，调整球齿空间姿态，此时，另一单极齿轮2个驱动不断调整位姿，以顺应球齿轮调姿进行对偶运动，控制程序较为复杂
。
当将两个单极齿轮呈
180
°
放置，不利于输出杆布置，难以同时符合传动运动
、
输出杆装配条件；该
Kazuki Abe
团队工作也未涉及在极点输出时球齿轮极点定位
。
就目前我们文献检索，极点对接用以定位未见报道
。
[0005]更进一步，球齿轮机构传动应用还不广泛
。
太阳能光热发电技术是利用太阳能的重要方式
,
碟式光热发电作为目前利用太阳能发电效率较高的太阳能发电方式具有广阔的发展前景
。
为使光热聚光器提高光能转化效率，一般会对聚光器的空间姿态进行调整
。
而现有大多调姿装置为串联两个旋转副，进行聚光器调姿，存在误差累积
、
结构刚度和转动精度不足及其扫掠空间干涉等影响光热吸收效率的问题
。
[0006]理想聚光器不但需要调姿也需要折展两种功能，折展功能可有效增强光热聚光器受光面积，在恶劣天气进行折叠，使用寿命，避免因天气环境因素的影响
。
而球齿轮三种运动模式结合传动机构，可以满足光热聚光器的精确解耦调姿
、
折展需求
。
[0007]如何利用球齿轮机构驱动紧凑
、
多运动模式切换迅速进行解耦调姿；如何对两调姿单极齿轮
(
调整球齿轮姿态的单极齿轮称为调姿单极齿轮
)
进行布置，有利于与输出装置的装配；如何每个单极调姿齿轮少用一个驱动，且啮合传动顺畅不卡滞；如何利用极点对接进行运动驱动输出的同时，球齿轮定位保证球齿轮静止，避免球齿轮受重力影响的微小倾摆；以上是球齿轮机构传动亟待解决的问题
。
[0008]如何将球齿轮机构传动特征契合聚光器追光调姿运动和折展需求，增大聚光器的扫掠空间同时提高转动精度，为光热发电聚光器空间位姿
、
折展调整装置设计提供新思路，是球齿轮机构传动在聚光器应用需要解决的问题
。

技术实现思路

[0009]针对现有球齿轮机构传动技术的不足，诸如调姿单极齿轮难以解耦调整球齿轮姿态，每个单极齿轮需以2个电机驱动，球齿轮机构传动某些位置不顺畅，调整姿态控制算法复杂；调姿单极齿轮布置呈
180
°
放置时，不利于输出杆布置，难以同时兼顾匹配期望倾摆输出运动和输出杆装配条件；尤其，输出装置需实现输出杆转动驱动布置时，如需球齿轮内部的空套内轴转动，很难实现球齿轮定位，也难以避免球齿轮受力影响的微小倾摆
。
[0010]本专利技术提供球齿轮机构三传动模式构造及光热聚光器调姿和折展机构，通过三个主动单极齿轮，使其与球齿轮配合能够实现啮合传动
、
间歇传动
、
极点对接三种模式，同时三个主动单极齿轮输入具有解耦特性，提高了机构转动精度
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案为：
[0012]一种球齿轮机构三传动模式构造，包括球齿轮，将球齿轮形成的极点作为球齿轮极点，球齿轮极点的数量为四个，将通过四个球齿轮极点的球齿轮的外径圆周作为极点圆周，将通过两个球齿轮极点的球齿轮的两个外径圆周分别作为经向圆周和纬向圆周，其特征在于，包括：输出轴杆，插设在球齿轮上，输出轴杆用于与外部机构连接，径向调姿齿轮和纬向调姿齿轮，均与球齿轮啮合，径向调姿齿轮用于驱动球齿轮沿经向圆周转动，纬向调姿齿轮用于驱动球齿轮沿纬向圆周转动，从而输出轴杆具有两种不同维度的摆动传动模式，耦合组件，通过球齿轮与输出轴杆耦合，耦合组件用于使得输出轴杆具有沿自身轴线自转的自转传动模式，其中，将经向圆周和纬向圆周的交点作为圆周交点，球齿轮的内部具有耦合室
、
输入传动通道以及输出传动通道，耦合室形成于球齿轮的球心，输入传动通道的一端与耦合室连通，另一端通过一个球齿轮极点向外部开放，输出传动通道与耦合室连通，并且输出传动通道通过圆周交点向外部开放，耦合组件包括对极单极齿轮
、
转矩传递轴以及啮合锥齿轮对，转矩传递轴配合设置在输入传动通道内，对极单极齿轮与球齿轮啮合，并且对极单极齿轮的极点通过球齿轮极点与转矩传递轴的一端转矩耦合，转矩传递轴的另一端通过啮合锥齿轮对与输出轴杆转矩耦合
。
[0013]优选地，球齿轮表面具有球齿轮齿区，球齿轮齿区为不包含极点圆周
、
球齿轮的长齿的球冠，径向调姿齿轮和纬向调姿齿轮均在一个球齿轮齿区与球齿轮啮合配合，当径向调姿齿轮驱动球齿轮转动时，纬向调姿齿轮与球齿轮无驱动关系；当纬向调姿齿轮驱动球齿轮转动时，径向调姿齿轮与球齿轮无驱动关系，即径向调姿齿轮和纬向调姿齿轮交替与球齿轮啮合传动和间歇传动，从而实现对偶传动
。
[0014]优选地，耦合组件还包括电磁离合器，对极单极齿轮通过电磁离合器和转矩传递轴可离合设置
。
[0015]优选地，本专利技术还包括两个调姿电机和对极电机，两个调姿电机分别用于驱动径向调姿齿轮和纬向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种球齿轮机构三传动模式构造，包括球齿轮，将球齿轮形成的极点作为球齿轮极点，该球齿轮极点的数量为四个，将通过四个所述球齿轮极点的球齿轮的外径圆周作为极点圆周，将通过两个所述球齿轮极点的球齿轮的两个外径圆周分别作为经向圆周和纬向圆周，其特征在于，包括：输出轴杆，插设在球齿轮上，所述输出轴杆用于与外部机构连接，径向调姿齿轮和纬向调姿齿轮，均与球齿轮啮合，所述径向调姿齿轮用于驱动球齿轮沿经向圆周转动，所述纬向调姿齿轮用于驱动球齿轮沿纬向圆周转动，从而所述输出轴杆具有两种不同维度的摆动传动模式，耦合组件，通过球齿轮与所述输出轴杆耦合，所述耦合组件用于使得输出轴杆具有沿自身轴线自转的自转传动模式，其中，将所述经向圆周和所述纬向圆周的交点作为圆周交点，球齿轮的内部具有耦合室
、
输入传动通道以及输出传动通道，所述耦合室形成于球齿轮的球心，所述输入传动通道的一端与所述耦合室连通，另一端通过一个所述球齿轮极点向外部开放，所述输出传动通道与所述耦合室连通，并且所述输出传动通道通过所述圆周交点向外部开放，所述耦合组件包括对极单极齿轮
、
转矩传递轴以及啮合锥齿轮对，所述转矩传递轴配合设置在所述输入传动通道内，所述对极单极齿轮与球齿轮啮合，并且所述对极单极齿轮的极点通过所述球齿轮极点与所述转矩传递轴的一端转矩耦合，所述转矩传递轴的另一端通过所述啮合锥齿轮对与所述输出轴杆转矩耦合
。2.
根据权利要求1所述的球齿轮机构三传动模式构造，其特征在于：其中，球齿轮表面具有球齿轮齿区，该球齿轮齿区为不包含所述极点圆周
、
球齿轮的长齿的球冠，所述径向调姿齿轮和所述纬向调姿齿轮均在一个所述球齿轮齿区与球齿轮啮合配合，当所述径向调姿齿轮驱动球齿轮转动时，所述纬向调姿齿轮与球齿轮无驱动关系；当所述纬向调姿齿轮驱动球齿轮转动时，所述径向调姿齿轮与球齿轮无驱动关系，即所述径向调姿齿轮和所述纬向调姿齿轮交替与球齿轮啮合传动和间歇传动，从而实现对偶传动
。3.
根据权利要求1所述的球齿轮机构三传动模式构造，其特征在于：其中，所述耦合组件还包括电磁离合器，所述对极单极齿轮通过所述电磁离合器和所述转矩传递轴可离合设置
。4.
根据权利要求1所述的球齿轮机构三传动模式构造，其特征在于，还包括：两个调姿电机和对极电机，所述两个调姿电机分别用于驱动所述径向调姿齿轮和所述纬向调姿齿轮进行转动，所述对极电机的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭鲁滨，史数寒，黄海，李嘉程，吴柏锐，沈帅，黄晓波，彭继友，钟传磊，康开东，冷海龙，张佳乐，殷传硕，陈哲，秦鹏程，张寅五，曲志洋，朋仁辉，侯江梅，张梓扬，谢宇航，李百贺，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：