CN111623082A - 蜗轮蜗杆传动机构、蜗轮蜗杆减速器和减速电机 - Google Patents

蜗轮蜗杆传动机构、蜗轮蜗杆减速器和减速电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减速器领域，公开了一种蜗轮蜗杆传动结构、蜗轮蜗杆减速器和减速电机。其中，所述蜗轮蜗杆传动结构包括蜗杆和蜗轮组件；所述蜗轮组件包括蜗轮轴、套设在所述蜗轮轴上的蜗轮和齿轮以及用于延迟所述蜗轮和所述齿轮啮合的啮合延迟机构。通过上述技术方案，基于啮合延迟机构的设置，使得所述蜗杆在带动所述蜗轮后，蜗轮不会立刻带动齿轮转动，蜗轮与齿轮之间的运动存在一定的时间差，利用这个时间差，能够提高蜗轮的角动量，角动量能够转化为作用于齿轮的冲量，从而达到克服***中的最大静摩擦力的目的，克服减速电机的启动困难的问题。

Description

蜗轮蜗杆传动机构、蜗轮蜗杆减速器和减速电机
技术领域
本发明涉及减速器领域，具体地涉及一种蜗轮蜗杆传动结构、蜗轮蜗杆减速器和减速电机。
背景技术
蜗轮蜗杆减速器是利用蜗杆的转动带动蜗轮转动，从而达到降低转速、增大扭矩的效果，蜗轮蜗杆减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用。减速电机是减速器和电机的集合体，电机主轴直接与减速器连接，通过减速器的输出轴输出转速。
减速电机在启动时需要克服***中的静摩擦力和负载转矩，由于静摩擦力相对于动摩擦力较大、负载转矩保持不变，所以当负载转矩较大时，减速电机的主轴在启动时无法克服最大静摩擦，出现无法转动的问题。减速电机启动困难是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足或缺陷，本发明提供一种蜗轮蜗杆传动结构，以解决减速电机启动困难的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种蜗轮蜗杆传动结构，所述蜗轮蜗杆传动结构包括蜗杆和蜗轮组件；所述蜗轮组件包括蜗轮轴、套设在所述蜗轮轴上的蜗轮和齿轮以及用于延迟所述蜗轮和所述齿轮啮合的啮合延迟机构。
通过上述技术方案，由于所述蜗杆直接与所述蜗轮啮合，在驱动电机驱动所述蜗杆后，蜗杆会带动所述蜗轮转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮不会立刻与所述齿轮啮合以带动齿轮转动。因为蜗轮与齿轮之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮转动一段时间后才会与所述齿轮啮合。正是利用这段时间差，以提高蜗轮的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
进一步地，所述啮合延迟机构用于在所述蜗轮空转a角度后与所述齿轮啮合以带动所述齿轮转动。
进一步地，所述啮合延迟机构包括设置所述蜗轮一侧端面上的第一轮齿和设置在齿轮与所述蜗轮相对一侧端面上的第二轮齿；
所述第一轮齿能够与所述第二轮齿啮合；
所述第一轮齿位于所述第二轮齿的运动轨迹上。
进一步地，所述运动轨迹设置为圆弧。
进一步地，所述啮合延迟机构还包括用于承载所述第二轮齿的轮盘；所述第二轮齿设置在所述轮盘的周向侧壁上。
进一步地，所述蜗轮的一侧端面设置有圆形槽，所述第一轮齿设置在圆形槽内且固定连接于所述圆形槽的侧壁；所述第二轮齿部分伸入所述圆形槽中。
进一步地，所述第一轮齿与所述圆形槽的底壁设置有空隙。
进一步地，所述第一轮齿设置为两个，两个所述第一轮齿以所述蜗轮的轴线为中心旋转对称；所述第二轮齿设置为两个，两个所述第二轮齿以所述齿轮的轴线为中心旋转对称。
进一步地，所述蜗杆的一端设有与所述蜗杆同轴的第一爪盘，所述第一爪盘背离所述蜗杆的一侧设有第一齿爪；所述蜗轮蜗杆传动结构还包括用于驱动所述蜗杆转动的传动组件，所述传动组件与所述第一爪盘同轴设置，并与所述第一齿爪配合以与所述第一齿爪在所述第一爪盘的周向上形成间隙。
进一步地，所述传动组件包括同轴设置的第二爪盘和传动爪盘，所述传动爪盘夹设在所述第一爪盘和所述第二爪盘之间。
进一步地，所述第二爪盘靠近所述传动爪盘的一侧设有第二齿爪，所述传动爪盘包括同轴设置的第三爪盘和第四爪盘，所述第三爪盘靠近所述第一爪盘设置并在其靠近所述第一爪盘的一侧上设有第三齿爪，所述第四爪盘的背离所述第三爪盘的一侧上设有第四齿爪；所述第三齿爪与所述第一齿爪相互配合并在所述第一爪盘的周向上形成间隙；所述第四齿爪与所述第二齿爪相互配合并在所述第二爪盘的周向上形成间隙。
进一步地，所述第三爪盘的背离所述第三齿爪的一侧与所述第四爪盘的背离所述第四齿爪的一侧固定连接。
进一步地，所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪分别固定在所述第一爪盘、所述第二爪盘、所述第三爪盘和所述第四爪盘的边缘。
进一步地，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆的周向间隔排布的多个所述第一齿爪、多个所述第二齿爪、多个所述第三齿爪和多个所述第四齿爪。
进一步地，所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪的横截面的形状均为扇环；
所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪中每种齿爪的所述扇环的角度的总和小于150度；
所述第一爪盘、所述第二爪盘和所述传动爪盘上还设有主轴孔，所述第二爪盘上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘和所述传动爪盘上的所述主轴孔的孔径。
本发明第二方面提供一种蜗轮蜗杆减速器，所述蜗轮蜗杆减速器包括减速器箱体以及上述中的蜗轮蜗杆传动结构；
所述蜗轮与所述蜗轮轴轴承连接；所述齿轮固定套设在所述蜗轮轴上，所述蜗轮轴的两端与所述减速器箱体轴承连接。
如此，由于所述蜗杆直接与所述蜗轮啮合，在驱动电机驱动所述蜗杆后，蜗杆会带动所述蜗轮转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮不会立刻与所述齿轮啮合以带动齿轮转动。因为蜗轮与齿轮之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮转动一段时间后才会与所述齿轮啮合。正是利用这段时间差，以提高蜗轮的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
本发明第三方面提供一种减速电机，所述减速电机包括电机、控制器、所述的蜗轮蜗杆减速器；所述控制器与所述电机电连接以用于控制所述电机的转动方向和转动时间。
这样，由于所述蜗杆直接与所述蜗轮啮合，在驱动电机驱动所述蜗杆后，蜗杆会带动所述蜗轮转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮不会立刻与所述齿轮啮合以带动齿轮转动。因为蜗轮与齿轮之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮转动一段时间后才会与所述齿轮啮合。正是利用这段时间差，以提高蜗轮的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明蜗轮蜗杆传动结构一种实施方式的结构示意图；
图2是蜗轮和第一轮齿装配关系的一种实施方式的结构示意图；
图3是齿轮与第二轮齿装配关系的一种实施方式的结构示意图；
图4是轮盘与第二轮齿装配关系的一种实施方式的结构示意图；
图5本发明蜗轮蜗杆减速器一种实施方式的结构示意图；
图6是蜗杆及传动组件的***视图；
图7是根据本发明传动爪盘的一种实施方式的结构示意图；
图8是根据本发明第二爪盘一种实施方式的结构示意图。
附图标记说明
10蜗杆 21蜗轮轴
22蜗轮 23齿轮
24轮盘 221第一轮齿
222圆形槽 241第二轮齿
30减速器箱体 41第一齿爪
52传动爪盘 50传动组件
40第一爪盘 522第四爪盘
521第二爪盘 5221第四齿爪
5211第三齿爪
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
本发明中提供第一方面提供一种蜗轮蜗杆传动结构，如图1所示，所述蜗轮蜗杆传动结构包括蜗杆10和蜗轮组件；所述蜗轮组件包括蜗轮轴21、套设在所述蜗轮轴21上的蜗轮22和齿轮23以及用于延迟所述蜗轮22和所述齿轮23啮合的啮合延迟机构。
由于所述蜗杆10直接与所述蜗轮22啮合，在驱动电机驱动所述蜗杆10后，蜗杆10会带动所述蜗轮22转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮22不会立刻与所述齿轮23啮合以带动齿轮23转动。因为蜗轮22与齿轮23之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮22转动一段时间后才会与所述齿轮23啮合。正是利用这段时间差，以提高蜗轮22的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮23的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
如图2-图4所示，所述啮合延迟机构包括设置所述蜗轮22一侧端面上的第一轮齿221和设置在齿轮23与所述蜗轮22相对一侧端面上的第二轮齿241；所述第一轮齿221能够与所述第二轮齿241啮合；所述第一轮齿221位于所述第二轮齿241的运动轨迹上。优选地，所述运动轨迹设置为圆弧。
上述中，所述“时间差”具体可通过在所述蜗轮22空转a角度后与所述齿轮23啮合实现。换言之，蜗轮22空转a角度所需的时间即是所述“时间差”。该“时间差”的长短取决于两个因素。其一，取决于蜗轮22的转动速度。其二，取决于转动所述第一轮齿221到达第二轮齿241的转动路程。
需要说明的是，所述“空转”是指蜗轮22在零负载的状态下运转。
需要说明的是，所述第一轮齿221和第二轮齿241可以分别设置为一个、两个或多个。在设置了两个第一轮齿221和第二轮齿241的具体实施方式中，第一轮齿221和第二轮齿241交叉设置，即两个所述第一轮齿221之间设有一个所述第二轮齿241。相对地，两个所述第二轮齿241之间设有一个所述第一轮齿221。
在一种优选的具体实施方式中，所述第一轮齿221设置为两个，两个所述第一轮齿221以所述蜗轮22的轴线为中心旋转对称；所述第二轮齿241设置为两个，两个所述第二轮齿241以所述齿轮23的轴线为中心旋转对称。进一步地，所述第一轮齿221和所述第二轮齿241设置为扇形。第一轮齿221从一个第二轮齿241转动至与另一个第二轮齿241接触，所转动的角度优选地设置为150°左右。
进一步地，所述啮合延迟机构还包括用于承载所述第二轮齿241的轮盘24；所述第二轮齿241设置在所述轮盘24的周向侧壁上。优选地，所述第二轮齿241由所述轮盘24向外延伸产生，也可以理解成，所述第二轮齿241与所述轮盘24是一体成型的，这样可以使得第二轮齿241与所述轮盘24的连接更加牢固，延长使用寿命。
进一步地，所述蜗轮22的一侧端面设置有圆形槽222，所述第一轮齿221设置在圆形槽222内且固定连接于所述圆形槽222的侧壁；所述第二轮齿241部分伸入所述圆形槽222中。同样的，在优选情况下，所述第一轮齿221由蜗轮22向内延伸产生，可以理解成，第一轮齿221和所述蜗轮22一体成型，这样可以使得第一轮齿221与所述蜗轮22的连接更加牢固，延长使用寿命。
为了减小第一轮齿221与所述圆形槽222的摩擦力。在所述第一轮齿221与所述圆形槽222的底壁之间设置有空隙。即第一轮齿221不与所述圆形槽222的底壁接触。
所述蜗轮22与所述蜗轮轴21设置为可转动连接，即所述蜗轮22能够绕所述蜗轮轴21的轴线转动。所述齿轮23可以设置为与所述蜗轮轴21可转动连接，也可设置为固定套设在所述蜗轮轴21上。如果将所述齿轮23设置为与所述蜗轮轴21可转动连接，则应当将所述蜗轮轴21设置为固定，例如可以将所述蜗轮轴21与减速器壳体固定连接。如果将所述齿轮23设置为固定套设在所述蜗轮轴21上，即所述齿轮23不可相对于所述蜗轮轴21转动，则不可将所述蜗轮轴21设置为固定，例如，可以将所述蜗轮轴21的两端设置为与减速器壳体轴承连接。
在上述技术方案的基础上，如图6所示，还可在所述蜗杆10的一端设有与所述蜗杆10同轴的第一爪盘40，所述第一爪盘40背离所述蜗杆10的一侧设有第一齿爪41；所述蜗轮蜗杆传动结构还包括用于驱动所述蜗杆10转动的传动组件50，所述传动组件50与所述第一爪盘40同轴设置，并与所述第一齿爪41配合以与所述第一齿爪41在所述第一爪盘40的周向上形成间隙。如此，基于所述传动组件50与所述第一齿爪41同轴设置，并与所述第一齿爪41配合以与所述第一齿爪41在所述第一爪盘40的周向上形成间隙，使得所述传动组件50与所述第一爪盘40的运动存在时间差，利用这个时间差，能够提高所述传动组件50的角动量，而所述传动组件50的角动量能够转化为作用于所述蜗杆10上的冲量，从而达到克服***中的最大静摩擦力的目的，使得减速电机易于启动。
具体地，通过在所述蜗杆10的一端设置第一爪盘40，通过所述传动组件50带动所述第一爪盘40转动，由于所述第一齿爪41与所述传动组件50存在周向间隙，使得所述传动组件50先转动而不带动所述第一爪盘40转动，当所述传动组件40与所述第一爪盘40发生碰撞，所述传动组件50的角动量转化为作用于所述蜗杆10上的冲量，所述传动组件50带动所述第一爪盘40继续转动，从而启动减速电机。
为了进一步提高作用于蜗杆10上的冲量的数值，所述传动组件50包括同轴设置的第二爪盘51和传动爪盘52，所述传动爪盘52夹设在所述第一爪盘40和所述第二爪盘51之间。通过设置所述传动爪盘52，能够使所述第二爪盘51与所述第一爪盘40之间的相对转动角度增大，从而使所述传动组件50的角动量增大，所述传动组件50对所述蜗杆10进行冲击时，作用于蜗杆10上的冲量增大。
如图6所示，所述第二爪盘51靠近所述传动爪盘52的一侧设有第二齿爪511，所述传动爪盘52包括同轴设置的第三爪盘521和第四爪盘522，所述第三爪盘521靠近所述第一爪盘40设置并在其靠近所述第一爪盘40的一侧上设有第三齿爪5211，所述第四爪盘522的背离所述第三爪盘521的一侧上设有第四齿爪5221；所述第三齿爪5211与所述第一齿爪41相互配合并在所述第一爪盘40的周向上形成间隙；所述第四齿爪5221与所述第二齿爪511相互配合并在所述第二爪盘51的周向上形成间隙。
通过设置所述传动爪盘52，使所述第一爪盘40与所述第三爪盘521之间、所述第二爪盘51与所述第四爪盘522之间能够同轴转动，达到使所述第一爪盘40与所述第二爪盘521之间的相对转动角度变大的目的，以此来提高所述第二爪盘51的角速度，从而提高所述第二爪盘51的角动量。
为了提高***的能量传递效率，如图4所示，所述第三爪盘521的背离所述第三齿爪5211的一侧与所述第四爪盘522的背离所述第四齿爪5221的一侧固定连接。达到所述第三爪盘521与所述第四爪盘522同步运动的目的。
为了提高齿爪传递扭矩的最大值，所述第一齿爪41、所述第二齿爪511、所述第三齿爪5211和所述第四齿爪5221分别固定在所述第一爪盘40、所述第二爪盘51、所述第三爪盘521和所述第四爪盘522的边缘(参见图6-图8)。
第一齿爪41、第二齿爪511、第三齿爪5211和第四齿爪5221的个数不受限制，可以是1个，也可以是多个。为了增加爪盘的强度和爪盘之间的相对转动角度，根据本发明的一种优选实施方式，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆10的周向间隔排布的多个所述第一齿爪41、多个所述第二齿爪511、多个所述第三齿爪5211和多个所述第四齿爪5221。进一步优选地，第一齿爪41、第二齿爪511、第三齿爪5211和第四齿爪5221分别设置为1-3个。更优选地，第一齿爪41、第二齿爪511、第三齿爪5211和第四齿爪5221分别设置为2个。
为了降低齿爪接触面之间的压强，所述第一齿爪41、所述第二齿爪511、所述第三齿爪5211和所述第四齿爪5221的横截面的形状均为扇环；这样齿爪之间在接触时为面接触，使得齿爪之间的压强降低。
为了增加爪盘之间的相对转动角度，所述第一齿爪41、所述第二齿爪511、所述第三齿爪5211和所述第四齿爪5221中每种齿爪的所述扇环的角度的总和小于150度。优选地，所述第一齿爪41、所述第二齿爪511、所述第三齿爪5211和所述第四齿爪5221中每种齿爪的所述扇环的角度的总和在40度到120度之间，这样能够保证相配合的齿爪之间存在足够大的间隙。
此外，所述第一爪盘40、所述第二爪盘51和所述传动爪盘52上还设有主轴孔，所述第二爪盘51上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘40和所述传动爪盘52上的所述主轴孔的孔径。这样的设置使与蜗轮蜗杆传动结构配合的输入轴能够与所述第二爪盘51过盈配合，与所述传动爪盘52和所述第一爪盘40间隙配合，从而使所述输入轴在转动时，带动所述第二爪盘513转动，而所述传动爪盘52与所述第一爪盘40保持静止。
本发明第二方面提供一种蜗轮蜗杆减速器，如图1和图5所示，所述蜗轮蜗杆减速器包括减速器箱体30以及上述中的蜗轮蜗杆传动结构；所述蜗轮22与所述蜗轮轴21轴承连接；所述齿轮23固定套设在所述蜗轮轴21上。所述蜗轮轴21的两端与所述减速器箱体30轴承连接。
所述蜗轮轴21的两端与所述减速器箱体30轴承连接可以这样实现：参考图1，在所述蜗轮轴21两端设置有轴承211，所述蜗轮轴21通过所述轴承211与减速器箱体30连接。
如此，由于所述蜗杆10直接与所述蜗轮22啮合，在驱动电机驱动所述蜗杆10后，蜗杆10会带动所述蜗轮22转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮22不会立刻与所述齿轮23啮合。因为蜗轮22与齿轮23之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮22转动一段时间后才会与所述齿轮23啮合。正是利用这段时间差，可以提高蜗轮22的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮23的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
进一步地，如图5所示，所述蜗轮组件还包括第三蜗轮25和第四蜗轮26，所述齿轮23与所述第三蜗轮25啮合，所述第三蜗轮25与所述第四蜗轮26啮合。
本发明第三方面提供一种减速电机，所述减速电机包括电机、控制器、所述的蜗轮蜗杆减速器；所述控制器与所述电机电连接以用于控制所述电机的转动方向和转动时间。
这样，由于所述蜗杆10直接与所述蜗轮22啮合，在电机驱动所述蜗杆10后，蜗杆10会带动所述蜗轮22转动。基于啮合延迟机构的设置，蜗轮22不会立刻与所述齿轮23啮合。因为蜗轮22与齿轮23之间的运动存在一定的时间差。简言之，蜗轮22转动一段时间后才会与所述齿轮23啮合。正是利用这段时间差，可以提高蜗轮22的角动量，而角动量能够转化为作用于所述齿轮23的冲量，以此达到克服***中的最大静摩擦力的目的，解决减速电机启动困难的问题。
下面简要说明本发明减速电机的工作原理：
在未设置第一爪盘40、传动组件50的具体实施方式中，减速电机的工作原理是这样的：总体而言，电机驱动所述蜗杆10，蜗杆10带动所述蜗轮22，由于第一轮齿221未与第二轮齿241啮合，而是在转动蜗轮22一定时间后才会与第二轮齿241啮合，在该时间差内，第一轮齿221会积累一定的冲量，当第一轮齿221和第二轮齿241啮合时，该冲量足以带动齿轮23转动。
具体而言，当外界输入正转信号时，控制器进行取反，发出反转信号，并持续一定时间，在这段时间内，电机带动所述蜗杆10运动，蜗杆10带动蜗轮22转动，直至所述第一轮齿221和第二轮齿241接触，随后，所述控制器发出正转信号，所述电机正转；当外界输入反转信号时，所述控制器进行取反，发出正转信号，并持续一定时间，在这段时间内，所述蜗杆10带动所述传动蜗轮22转动，直至第一轮齿221和第二轮齿241接触，随后，所述控制器发出反转信号，所述电机反转。
进一步具体而言，对于一个特定的电机，其角加速度α是确定的，α＝M1/I，其中，M1是启动转矩，为1.7到2.2倍的额定转矩M0，取M1为2.2M0，I为转动惯量，
Figure BDA0002506496690000121
则α为
Figure BDA0002506496690000122
电机的最大自由转动角度
Figure BDA0002506496690000123
是确定的，最大自由转动角度是指电机的主轴转动而不带动蜗杆10转动的最大角度，因为α和
Figure BDA0002506496690000124
确定，根据公式
Figure BDA0002506496690000125
得出，电机的主轴最大自由转动时间
Figure BDA0002506496690000126
由此，根据公式ω＝αt得出，
Figure BDA0002506496690000127
将电机的主轴看作圆柱体，圆柱体的回转中心为圆柱体的轴线，得出电机的主轴的转动惯量为
Figure BDA0002506496690000128
其中，m为主轴的质量，r为圆柱体的半径；对于一个特定的电机，主轴的转动惯量为定值，根据角动量的计算公式L＝Iω，得出
Figure BDA0002506496690000129
根据上述公式得出电机的转动角度
Figure BDA00025064966900001210
后，产生角动量
Figure BDA00025064966900001211
主轴带动蜗杆10，蜗杆10带动蜗轮22上的第一轮齿221对齿轮23上的第二轮齿241进行冲击，主轴的角动量在t2时间内转化为第一轮齿221的动量，根据冲量的计算公式I＝∫Mdt，得出
Figure BDA00025064966900001212
最终得到M2为
Figure BDA00025064966900001213
M2/M1得
Figure BDA00025064966900001214
经多次实验测得，平均冲击时间Δt约为0.057s，实验中的电机的转子的等效直径为40mm，转子质量为350g，最大自由转动角度
Figure BDA00025064966900001215
为0.75πrad，扭矩为0.037NM，根据上述数据，代入
Figure BDA00025064966900001216
得到M2/M1为2.24，由冲击所产生的转矩M2是电机启动转矩的2.24倍，以此突破减速电机中的最大静摩擦力，带动齿轮23转动。而现有技术中，电机在启动时，主轴、蜗杆10以及蜗轮22是同步运动的，无法完成上述中角动量转化为冲量的过程，所以当负载力矩较大时，电机无法克服最大静摩擦力，导致主轴无法转动。
在一种设置了第一爪盘40、传动组件50的具体实施方式中，减速电机的工作原理是这样的：
总体而言，电机带动蜗杆10，蜗杆10通过第一爪盘40和传动组件50带动所述蜗轮22转动，蜗轮22通过啮合延迟机构带动齿轮23转动。与前一种实施方式不同的是，本实施方式有两次冲量积累的机会，分别是利用第一爪盘40和传动组件50积累一次，利用啮合延迟机构再积累一次。
具体而言，当外界输入正转信号时，控制器进行取反，发出反转信号，并持续一定时间，在这段时间内，所述第二爪盘51带动所述传动爪盘52运动，直至所述传动爪盘52的第三齿爪5211与所述第一齿爪41接触，随后，所述控制器发出正转信号，所述电机正转；当外界输入反转信号时，所述控制器进行取反，发出正转信号，并持续一定时间，在这段时间内，所述第二爪盘51带动所述传动爪盘52运动，直至所述传动爪盘52的第三齿爪5211与所述第一齿爪41接触，随后，所述控制器发出反转信号，所述电机反转。
进一步具体而言，对于一个特定的电机，其角加速度α是确定的，α＝M1/I，其中，M1是启动转矩，为1.7到2.2倍的额定转矩M0，取M1为2.2M0，I为转动惯量，
Figure BDA0002506496690000131
则α为
Figure BDA0002506496690000132
电机的最大自由转动角度
Figure BDA0002506496690000133
是确定的，最大自由转动角度是指电机的主轴转动而不带动蜗杆转动的最大角度，因为α和
Figure BDA0002506496690000134
确定，根据公式
Figure BDA0002506496690000135
得出，电机的主轴最大自由转动时间
Figure BDA0002506496690000136
由此，根据公式ω＝αt得出，
Figure BDA0002506496690000137
将电机的主轴看作圆柱体，圆柱体的回转中心为圆柱体的轴线，得出电机的主轴的转动惯量为
Figure BDA0002506496690000138
其中，m为主轴的质量，r为圆柱体的半径；对于一个特定的电机，主轴的转动惯量为定值，根据角动量的计算公式L＝Iω，得出
Figure BDA0002506496690000139
根据上述公式得出电机的转动角度
Figure BDA00025064966900001310
后，产生角动量
Figure BDA00025064966900001311
主轴带动第二爪盘51对第一爪盘40进行冲击，主轴的角动量在t2时间内转化为蜗杆10的动量，根据冲量的计算公式I＝∫MDt，得出
Figure BDA00025064966900001312
最终得到M2为
Figure BDA00025064966900001313
M2/M1得
Figure BDA00025064966900001314
经多次实验测得，平均冲击时间Δt约为0.058s，实验中的电机的转子的等效直径为40mm，转子质量为350g，最大自由转动角度
Figure BDA0002506496690000141
为0.75πrad，扭矩为0.037NM，根据上述数据，代入
Figure BDA0002506496690000142
得到M2/M1为2.24，由冲击所产生的转矩M2是电机启动转矩的2.24倍，以此突破减速电机中的最大静摩擦力，带动蜗杆10转动。而现有技术中，电机在启动时，主轴带动蜗杆同步运动，无法完成上述中角动量转化为冲量的过程，所以当负载力矩较大时，电机无法克服最大静摩擦力，导致主轴无法转动。
上述中，所述电机的主轴最大自由转动时间t1同样为所述控制器对输入的信号进行取反后，取反后的信号的持续时间。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆传动结构包括蜗杆(10)和蜗轮组件；所述蜗轮组件包括蜗轮轴(21)、套设在所述蜗轮轴(21)上的蜗轮(22)和齿轮(23)以及用于延迟所述蜗轮(22)和所述齿轮(23)啮合的啮合延迟机构。
2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述啮合延迟机构用于在所述蜗轮(22)空转a角度后与所述齿轮(23)啮合以带动所述齿轮(23)转动。
3.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述啮合延迟机构包括设置所述蜗轮(22)一侧端面上的第一轮齿(221)和设置在齿轮(23)与所述蜗轮(22)相对一侧端面上的第二轮齿(241)；
所述第一轮齿(221)能够与所述第二轮齿(241)啮合；
所述第一轮齿(221)位于所述第二轮齿(241)的运动轨迹上。
4.根据权利要求3所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述运动轨迹设置为圆弧。
5.根据权利要求3所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述啮合延迟机构还包括用于承载所述第二轮齿(241)的轮盘(24)；所述第二轮齿(241)设置在所述轮盘(24)的周向侧壁上。
6.根据权利要求3所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述蜗轮(22)的一侧端面设置有圆形槽(222)，所述第一轮齿(221)设置在圆形槽(222)内且固定连接于所述圆形槽(222)的侧壁；所述第二轮齿(241)部分伸入所述圆形槽(222)中。
7.根据权利要求6所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第一轮齿(221)与所述圆形槽(222)的底壁设置有空隙。
8.根据权利要求3-7中任意一项所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第一轮齿(221)设置为两个，两个所述第一轮齿(221)以所述蜗轮(22)的轴线为中心旋转对称；所述第二轮齿(241)设置为两个，两个所述第二轮齿(241)以所述齿轮(23)的轴线为中心旋转对称。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述蜗杆(10)的一端设有与所述蜗杆(10)同轴的第一爪盘(40)，所述第一爪盘(40)背离所述蜗杆(10)的一侧设有第一齿爪(41)；所述蜗轮蜗杆传动结构还包括用于驱动所述蜗杆(10)转动的传动组件(50)，所述传动组件(50)与所述第一爪盘(40)同轴设置，并与所述第一齿爪(41)配合以与所述第一齿爪(41)在所述第一爪盘(40)的周向上形成间隙。
10.根据权利要求9所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述传动组件(50)包括同轴设置的第二爪盘(51)和传动爪盘(52)，所述传动爪盘(52)夹设在所述第一爪盘(40)和所述第二爪盘(51)之间。
11.根据权利要求10所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第二爪盘(51)靠近所述传动爪盘(52)的一侧设有第二齿爪(511)，所述传动爪盘(52)包括同轴设置的第三爪盘(521)和第四爪盘(522)，所述第三爪盘(521)靠近所述第一爪盘(40)设置并在其靠近所述第一爪盘(40)的一侧上设有第三齿爪(5211)，所述第四爪盘(522)的背离所述第三爪盘(521)的一侧上设有第四齿爪(5221)；所述第三齿爪(5211)与所述第一齿爪(41)相互配合并在所述第一爪盘(40)的周向上形成间隙；所述第四齿爪(5221)与所述第二齿爪(511)相互配合并在所述第二爪盘(51)的周向上形成间隙。
12.根据权利要求11所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第三爪盘(521)的背离所述第三齿爪(5211)的一侧与所述第四爪盘(522)的背离所述第四齿爪(5221)的一侧固定连接。
13.根据权利要求11所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第一齿爪(41)、所述第二齿爪(511)、所述第三齿爪(5211)和所述第四齿爪(5221)分别固定在所述第一爪盘(40)、所述第二爪盘(51)、所述第三爪盘(521)和所述第四爪盘(522)的边缘。
14.根据权利要求11所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆(10)的周向间隔排布的多个所述第一齿爪(41)、多个所述第二齿爪(511)、多个所述第三齿爪(5211)和多个所述第四齿爪(5221)。
15.根据权利要求14所述的蜗轮蜗杆传动结构，其特征在于，所述第一齿爪(41)、所述第二齿爪(511)、所述第三齿爪(5211)和所述第四齿爪(5221)的横截面的形状均为扇环；
所述第一齿爪(41)、所述第二齿爪(511)、所述第三齿爪(5211)和所述第四齿爪(5221)中每种齿爪的所述扇环的角度的总和小于150度；
所述第一爪盘(40)、所述第二爪盘(51)和所述传动爪盘(52)上还设有主轴孔，所述第二爪盘(51)上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘(40)和所述传动爪盘(52)上的所述主轴孔的孔径。
16.一种蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速器包括减速器箱体(30)以及权利要求1-7、10-15中任意一项所述的蜗轮蜗杆传动结构；
所述蜗轮(22)与所述蜗轮轴(21)轴承连接；所述齿轮(23)固定套设在所述蜗轮轴(21)上，所述蜗轮轴(21)的两端与所述减速器箱体(30)轴承连接。
17.一种减速电机，其特征在于，所述减速电机包括电机、控制器、权利要求16所述的蜗轮蜗杆减速器；所述控制器与所述电机电连接以用于控制所述电机的转动方向和转动时间。
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