CN109449864B - 一种有限旋转角度线束保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有限旋转角度线束保持装置，主要用于实现两个相对转动零件，如轴和轴座之间线束的可靠引出。包括定子侧壳体、转子侧盖板、定子侧壳体、转子侧齿轮、线束张紧盘、传动齿轮、转子侧压线夹、定子侧压线夹。通过定子侧和转子侧壳体的限制，线束在装置内部呈U型布置；为了保证在转动过程中和环境振动条件下内部线束的稳定，采用张紧装置对线束进行约束；张紧装置与轴旋转角度比为1:2，以保证整个转动过程中的稳定约束。本线束保持装置主要针对有限转动范围的机构，如惯性稳定平台、精密转台等，避免转子和定子之间线束缠绕，并减小线束振动、线束牵拉力矩等因素对转子的影响。

Description

一种有限旋转角度线束保持装置

技术领域

本发明涉及一种有限旋转角度线束保持装置，主要用于实现两个相对转动零件，如轴和轴座之间线束的可靠引出。属于旋转机构电连接应用范畴，主要针对有限转动范围的机构，如惯性稳定平台、精密转台等，实现线束从转子到定子之间的稳定导出。

背景技术

在光电稳定平台、精密机械转台等具有相对转动的机构中，通常需要将转子上的图像和数据等信号传递至定子和外部，用于实现固定位置和旋转位置之间功率或数据传递的主要方式有导电滑环和直接线束传递等。

导电滑环属于一种电接触滑动连接装置，通常由电刷、滑动触点表面材料-导电环、绝缘材料、组合支架和精密轴承等组成，借助电刷的弹性压力与导电环环槽的滑动接触来传递信号及电流。导电滑环的优点在于允许转子部分360°无限制连续旋转，但是缺点也较明显，结构复杂、可靠性低、价格昂贵等，在有光纤信号时，还需要特殊定制的电-光纤组合滑环。

直接线束传递即在定子和转子之间留有足够的线束运动余量，并通过合理布置线束位置，尽可能减小线束对转子的牵拉作用，这种方式只适用于有限转动的情况。常用的一种方法是将线束通过空心轴的中心引出，由于线束在转动过程中承受反复扭转，同时线束之间存在摩擦，因此对导线的寿命有一定的影响，同时不能适用于线束较粗或者轴较细的情形。

发明内容

要解决的技术问题

针对有限转动机构中转子和定子之间的电连接问题，提供一种简单可靠的线束引出和保持装置，克服线束缠绕、环境激励情况下的线束振动问题，并减小线束牵拉力矩对转子的影响。

技术方案

一种有限旋转角度线束保持装置，其特征在于包括定子侧壳体、转子侧壳体、定子侧盖板、转子侧齿轮、线束张紧盘、传动齿轮、转子侧压线夹和定子侧压线夹；定子侧壳体与机构定子或者轴座固定连接，定子侧壳体中心设有中心轴，用于固定转子侧齿轮、线束张紧盘，定子侧壳体还设有传动轴，用于固定传动齿轮，定子侧壳体上开有圆弧形槽缝和出线口，槽缝对应的圆心角α最小为转动范围的一半；转子侧壳体与机构转子或者轴系固定连接，转子侧壳体的中心轴上设置有凸台，转子侧壳体上开有出线孔；定子侧盖板固定于定子侧壳体的一侧；转子侧齿轮可绕定子侧壳体的中心轴回转，转子侧齿轮上带有第一齿轮和凹槽，凹槽与凸台配合，实现转子或者轴转动的传递；线束张紧盘可绕定子侧壳体的中心轴回转，线束张紧盘一侧带有第二齿轮，另一侧带有张紧臂，张紧臂上带有张紧轮，张紧轮穿过定子侧壳体上的槽缝；传动齿轮可绕定子侧壳体上的传动轴回转，传动齿轮包括两个同心的第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮和第四齿轮与第一齿轮和第二齿轮啮合，将转子侧齿轮的转动传递至线束张紧盘；转子侧压线夹用于在出线孔处，将线束固定于转子侧壳体上，定子侧压线夹用于在出线口处，将线束固定于定子侧壳体上；通过定子侧壳体、转子侧壳体、张紧轮、转子侧压线夹和定子侧压线夹的限制和固定，使得线束呈U型布置，张紧轮与转子旋转角度比为1：2，保证整个转动过程中对线束的张紧，从而实现线束从转子上的稳定导出。

所述的第一齿轮的齿数Z₁和模数m₁、第二齿轮51的齿数Z₂和模数m₂、第三齿轮61的齿数Z_t1和模数m₁、第四齿轮62的齿数Z_t2和模数m₂及中心轴和传动轴的中心距A，应满足以下关系：

m₁Z₁+m₁Z_t1＝2A，

m₂Z₂+m₂Z_t2＝2A，

有益效果

本发明提出的一种有限旋转角度线束保持装置，有益效果如下：

1、转动范围大，可允许转子实现-180°～+180°的转动；

2、内部线束为稳定的U型变形，可避免线束缠绕并减小线束牵拉力矩；

3、内部线束的U型折弯半径可设计，降低了对线束的疲劳损伤；

4、转动过程中，线束在内部始终是受限制的，可减小环境振动对线。

附图说明

图1是本发明一种有限旋转角度的线束保持装置的结构组成图；

图2是去掉定子侧盖板后的内部组成图；

图3是去掉转子侧壳体和定子侧壳体的内部组成图；

图4是不同旋转位置时线束的运动示意图；

图中，1-定子侧壳体，2-转子侧壳体，3-定子侧盖板，4-转子侧齿轮，5-线束张紧盘，6-传动齿轮，7-转子侧压线夹，8-定子侧压线夹，11-安装耳，12-中心轴，13-传动轴，14-槽缝，15-出线口，21-中心轴，22-凸台，23-出线孔，31-安装耳，41-第一齿轮，42-凹槽，51-第二齿轮，52-张紧臂，53-张紧轮，61-第三齿轮，62-第四齿轮。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种有限旋转角度线束保持装置，包括定子侧壳体、转子侧壳体、定子侧盖板、转子侧齿轮、线束张紧盘、传动齿轮、转子侧压线夹、定子侧压线夹。其中，定子侧壳体是整个装置的主要结构件，侧边带有安装耳，可以通过螺钉等形式固定于机构的定子上。定子侧壳体的中间面将装置分割为两个独立腔体，一侧为齿轮的运动和传动空间，一侧为线束的排布和运动空间，可避免运动部件和线束之间的相互干涉，中间面上开有圆弧形槽缝，张紧轮从槽缝中伸出，进入线束所在腔体。转子侧壳体上带有安装孔，可与机构的转子进行固定连接，并随转子一同转动。转子侧壳体的中心轴上带有凸台，转子侧齿轮上带有凹槽，两者相互配合，可以将轴的转动进一步传递至转子侧齿轮上。定子侧盖板主要实现齿轮运动和传动侧腔体的封闭，以保护内部齿轮，定子侧盖板上带有和定子侧壳体相同的安装耳，随定子侧壳体一同固定于机构定子上。转子侧齿轮可绕定子侧壳体的中心轴进行转动，凹槽与转子侧壳体的凸台轴向可自由滑动，因此仅具有转动约束，在传递转子运动的同时降低对装配精度的要求。线束张紧盘为一个变形齿轮结构，一侧为正常齿轮，另一侧为张紧臂，张紧臂上带有张紧轮。张紧盘由齿轮驱动，可绕定子侧壳体的中心轴转动，张紧轮从定子侧壳体上的圆弧形槽缝伸出，由张紧臂带动做圆弧形的摆动。传动齿轮由两个同心但不同尺寸的齿轮轴向固定叠合，可绕定子侧壳体上的传动轴转动。两个齿轮分别和转子侧齿轮及线束张紧盘的齿轮啮合，将转动从转子侧齿轮传递至线束张紧盘，保证两者可按照同向及一定的传动比运动。转子侧压线夹和定子侧压线夹分别安装于转子侧壳体和定子侧壳体，保证线束在装置外部分别是牢靠固定的。

通过定子侧壳体、转子侧壳体、张紧轮的限制，线束在装置内部呈圆弧形的U型布置，U型的两端分别用压线夹固定于定子侧壳体和转子侧壳体上，U型的折弯处抵在张紧轮上。转子转动时，U型的一端被带动，另一端保持不动，折弯处的位置跟随转子端发生变化，从而避免线束拉扯转子，同时由于线束在运动过程中始终被限制为U型，可避免线束缠绕等问题。线束在装置内部的弯曲位置主要有三处：定子侧壳体出线口处的弯曲、转子侧壳体出线孔处的弯曲和线束的U型折弯处弯曲。前两处的弯曲为静态的，可采用较小的弯曲半径，而U型折弯处需采用较大的弯曲半径，以保证导线的弯曲疲劳强度，这主要通过对壳体上线束限位面和张紧轮直径的尺寸调整来实现。

通过对U型线束的分析，在转子运动过程中，线束折弯处与转子端固定处的运动总是同向的，但是转动角度并不相同，约为1：2的关系。为了保证张紧轮始终对线束有限制作用，也必须保证张紧轮与转子之间的运动关系为同向，且转动比为1：2的，这主要通过线束另一侧的两级外齿轮传动实现。转子的运动通过转子侧壳体，1：1的传递至转子侧齿轮上，转子侧齿轮与转动齿轮上的齿轮1啮合，两者具有一定的传动比。齿轮1和齿轮2是固定在一起的，齿轮2由于张紧盘上的齿轮啮合，两者也具有一定的传动比。为了保证转子的运动同向，1：2的传递至张紧盘上，上述齿轮的尺寸和中心距必须满足以下关系：

m₁Z₁+m₁Z_t1＝2A

m₂Z₂+m₂Z_t2＝2A

其中，Z₁和m₁为转子侧齿轮的齿数和模数，Z₂和m₂为张紧盘齿轮的齿数和模数，Z_t1和m₁为传动齿轮上与转子侧齿轮啮合齿轮的齿数和模数，Z_t2和m₂为传动齿轮上与张紧盘齿轮啮合齿轮的齿数和模数，A为定子侧壳体上中心轴和传动轴的中心距。

由于张紧轮需从定子侧壳体上的槽缝伸出，为了保证张紧轮有足够的运动空间，槽缝对应的圆心角最小应为转子转动范围的一半。

对装置进一步进行说明：

一种有限旋转角度线束保持装置，包括定子侧壳体1、转子侧壳体2、定子侧盖板3、转子侧齿轮4、线束张紧盘5、传动齿轮6、转子侧压线夹7、定子侧压线夹8。

定子侧壳体1是整个装置的主要结构零件，侧边带有两个安装耳11，可以通过螺钉固定于机构的定子或轴座上，定子侧壳体1的中间面将整个装置分割为两个独立的腔体：齿轮腔和线束腔。定子侧壳体1中心设有中心轴12，中心轴12为一个空心轴，位于齿轮腔侧，中间为轴孔，机构的转子或轴可通过中心轴孔穿过。转子侧齿轮4和线束张紧盘5可绕中心轴12转动。与中心轴相距A的位置设有对应的传动轴13，传动齿轮6可绕传动轴13转动。定子侧壳体1的线束腔侧设有线束约束面和出线口15，线束在此侧呈U型布置，一端从出线口15导出至定子或轴座，并与齿轮等进行隔离。定子侧壳体1的中间面上开有圆弧形的槽缝14，张紧轮53通过槽缝14从齿轮腔侧伸入线束腔侧。由于张紧轮53的运动角度为转子或轴转动角度的一半，因此槽缝14对应的圆心角度α最小应为转动范围的一半。

转子侧壳体2主要用于约束线束并传递转子或轴的转动，壳体壁面上开有4个螺钉孔，与机构的转子或轴进行固定连接。转子侧壳体2带有中心轴21，中心轴21端面上有4个凸台22，装配时，凸台22伸入转子侧齿轮4上的凹槽42中，从而可以将转子或轴的运动传递至转子侧齿轮4。转子侧壳体2上开有出线孔23，线束从出线口23导出至转子或轴。

定子侧盖板3主要用与保护内部齿轮，侧边带有和定子侧壳体1相同的安装耳31，与定子侧壳体1一同固定于机构的定子或轴座上。

转子侧齿轮4、线束张紧盘5和传动齿轮6主要用于实现张紧轮53跟随转子做同向，1：2的转动。转子侧齿轮4可绕中心轴12转动，转子侧齿轮4上带有第一齿轮41和凹槽42，凹槽42与凸台22配合，实现转子或轴转动的传递。线束张紧盘5可绕中心轴12转动，线束张紧盘5由第二齿轮51、张紧臂52和张紧轮53组成，线束张紧盘5一侧带有第二齿轮51，另一侧带有张紧臂52，张紧臂52上带有张紧轮53，张紧轮53穿过定子侧壳体1上的槽缝14，张紧臂52可带动张紧轮53绕中心摆动，张紧轮53主要用于限制线束的U型折弯处，保证线束在运动过程中始终保持U型，不出现线束缠绕等现象。张紧轮53一般可为固定轮，在较精密的机构中，可改为滚动轮，以减少张紧轮53和线束之间的摩擦阻力。传动齿轮6可绕传动轴13转动，传动齿轮6由两个同心但不同尺寸的第三齿轮61和第四齿轮62重叠固定组成，第三齿轮61与第一齿轮41啮合，第四齿轮62与第二齿轮51啮合，将转子侧齿轮4的转动传递至线束张紧盘5。为了保证转子的运动同向，1：2的传递至线束张紧盘5上，上述齿轮的尺寸和中心距必须满足以下关系：

m₁Z₁+m₁Z_t1＝2A

m₂Z₂+m₂Z_t2＝2A

其中，Z₁和m₁为第一齿轮41的齿数和模数，Z₂和m₂为第二齿轮51的齿数和模数，Z_t1和m₁为第三齿轮61的齿数和模数，Z_t2和m₂为第四齿轮62的齿数和模数，A为定子侧壳体1上中心轴12和传动轴13的中心距。

线束保持装置与旋转机构的安装形式为：首先将转子侧壳体2通过4个M2的螺钉固定于机构的转子或者轴上。将线束一端通过出现口15引出，调整张紧轮53的角度，使得线束在定子侧壳体1内部排布成U型，另一端通过出线孔23引出。完成转子与定子或者轴与轴座的装配后，调整定子侧壳体1与转子侧壳体2之间的轴向间隙，在保证凸台22和凹槽42偶合的情况下，两者之间留有一定的间隙。定子侧壳体1和定子侧盖板3同时通过2个Φ3.4的安装孔固定于机构的定子或者轴座上。最后张紧线束的两端，并通过转子侧压线夹7和定子侧压线夹8对线束两端进行紧固。

线束保持装置的典型应用场合有：光电稳定平台的俯仰环架、方位环架及滚转环架，光电扫描反射镜轴系，精密转台轴系等。

Claims (2)

1.一种有限旋转角度线束保持装置，其特征在于包括定子侧壳体(1)、转子侧壳体(2)、定子侧盖板(3)、转子侧齿轮(4)、线束张紧盘(5)、传动齿轮(6)、转子侧压线夹(7)和定子侧压线夹(8)；定子侧壳体(1)与机构定子或者轴座固定连接，定子侧壳体(1)中心设有中心轴(12)，用于固定转子侧齿轮(4)、线束张紧盘(5)，定子侧壳体(1)还设有传动轴(13)，用于固定传动齿轮(6)，定子侧壳体(1)上开有圆弧形槽缝(14)和出线口(15)，槽缝(14)对应的圆心角α最小为转子转动范围的一半；转子侧壳体(2)与机构转子或者轴系固定连接，转子侧壳体(2)的中心轴(21)上设置有凸台(22)，转子侧壳体(2)上开有出线孔(23)；定子侧盖板(3)固定于定子侧壳体(1)的一侧；转子侧齿轮(4)可绕定子侧壳体(1)的中心轴(12)回转，转子侧齿轮(4)上带有第一齿轮(41)和凹槽(42)，凹槽(42)与凸台(22)配合，实现转子或者轴转动的传递；线束张紧盘(5)可绕定子侧壳体(1)的中心轴(12)回转，线束张紧盘(5)一侧带有第二齿轮(51)，另一侧带有张紧臂(52)，张紧臂(52)上带有张紧轮(53)，张紧轮(53)穿过定子侧壳体(1)上的槽缝(14)；传动齿轮(6)可绕定子侧壳体(1)上的传动轴(13)回转，传动齿轮(6)包括两个同心的第三齿轮(61)和第四齿轮(62)，第三齿轮(61)和第四齿轮(62)分别 与第一齿轮(41)和第二齿轮(51)啮合，将转子侧齿轮(4)的转动传递至线束张紧盘(5)；转子侧压线夹(7)用于在出线孔(23)处，将线束固定于转子侧壳体(2)上，定子侧压线夹(8)用于在出线口(15)处，将线束固定于定子侧壳体(1)上；通过定子侧壳体(1)、转子侧壳体(2)、张紧轮(53)、转子侧压线夹(7)和定子侧压线夹(8)的限制和固定，使得线束呈U型布置，张紧轮(53)与转子旋转角度比为1：2，保证整个转动过程中对线束的张紧，从而实现线束从转子上的稳定导出。

2.根据权利要求1所述的一种有限旋转角度线束保持装置，其特征在于所述的第一齿轮(41)的齿数Z₁和模数m₁、第二齿轮51的齿数Z₂和模数m₂、第三齿轮61的齿数Z_t1和模数m₁、第四齿轮62的齿数Z_t2和模数m₂及中心轴(12)和传动轴(13)的中心距A，应满足以下关系：

m₁Z₁+m₁Z_t1＝2A，

m₂Z₂+m₂Z_t2＝2A，

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