专利名称：微小弹性啮合轮传动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械领域的微机电系统技术，具体是一种微小弹性啮合轮传动装置。
背景技术：
微机电系统(Micro Electronic Mechanical System，MEMS)研究是机械科学的前沿领域，它涉及电子工程、机械工程、材料工程、材料科学、物理学、化学以及生物医学等多学科领域。在微机电系统中，微传动技术的研究正成为微机电系统研究的热点之一。由于微机电系统微小性的特点，与普通的机械产品相比，微机电系统具有严格的空间限制，因此，实现微传动，即微小动力和运动传递的方法及其装置是微机电系统的关键技术。
现有的实现微小力和运动传递的方法包括以下几种(1)传统机械传动方式的结构微型化，如齿轮传动、摩擦轮传动、蜗轮蜗杆传动、螺旋传动、锥轮传动、连杆机构、滑块机构、链传动和带传动等传动方式。(2)形状记忆合金式微传动方法。(3)热膨胀式微传动方法。(4)压电式微传动方法。(5)电磁式微传动方法。所述各种形式的微传动方法虽然有其优点，但也存在一些不足，例如——传统机械传动方式的微型化，存在各种问题。微齿轮传动要求有较高的制造和安装精度、成本较高，如微型行星减速器，由于它由多个零件组成，使得空间尺寸微小化具有很大的限制，而且无法实现空间交叉轴传动；微蜗杆传动效率低、主动轴和从动轴不在同一平面内、所占空间大；微摩擦轮传动不能保持恒定的传动比、传动精度低、传动件工作表面磨损快、寿命、效率低，而且需要附加的正压力施加装置；微螺旋传动效率低、易磨损、低速时有爬行；微锥轮传动传动比小、制造成本高；上述微机械传动机构还存在共同的难点，就是微机械传动机构的润滑设计问题；此外，带传动、齿形带传动、连杆机构、滑块机构、链传动等传动方式，由于传动结构不紧凑，显然不符合微机电系统的微型化要求。
——形状记忆合金、压电式、电磁驱动、热膨胀等方式微传动机构，存在的问题是，有的传动结构复杂、价格昂贵，有的性能不稳定、传递力太小，重要的是，这些微传动技术不适用于较高速度下的连续的运动或动力传递。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种适用于微小空间内同一平面两垂直轴之间的微小力和运动的连续传递的微小弹性啮合轮传动装置，大大简化了微机械传动装置的结构，缩小几何尺寸，提高其操作灵活性和简易性，并且成本低廉，便于在MEMS领域推广应用，如应用于微机器人、微型玩具产品的传动。
本实用新型是通过一对轴线相互垂直的微小弹性啮合轮组成传动副，依靠主动轮上的弹性体与从动轮上的弹性体啮合来实现传动。
本实用新型的装置由微小弹性啮合主动轮、微小弹性啮合从动轮、主动轮转轴、从动轮转轴和连接体构成，其相互连接关系为主动轮转轴与高速轴固定连接，主动轮与从动轮分别与主动轮转轴和从动轮转轴连接；主动轮转轴与从动轮转轴分别与连接体上对应的轴承孔连接，主动轮与从动轮构成一个传动副。
为了实现弹性啮合，所述的主动轮的端面固定有弹性钩杆。
为了实现弹性啮合，所述的从动轮的外表面固定有弹性钩杆。
为了更好地使主动轮上的弹性钩杆与从动轮上的弹性钩杆实现弹性啮合，所述弹性钩杆的弯曲部分呈空间曲线形，类似于锦纶搭扣钩杆的形状。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点和有益效果(1)微小弹性啮合轮传动机构只有一对传动副，使得传动系零件数减至最少；与传统的微小型变速机构(如微小型行星齿轮减速机构)相比，该传动系十分简易；与其它微传动技术(如SMA传动、热膨胀传动、压电传动和电磁传动)相比，它可以大大降低制造成本，可用于较高速度下的连续传动；而且微型化的工艺性和经济性好，可以应用于研制很小尺寸的微机电产品。
(2)微小弹性啮合轮传动机构可以实现类似微摩擦轮传动的功能，但无需摩擦轮传动的正压力加载装置，结构简单，尺寸小。
(3)微小弹性啮合轮传动机构可以实现类似蜗轮蜗杆的大传动比传动，但其两个轮轴位于同一平面，亦即，其空间尺寸比蜗杆传动副小得多，且更易于加工。
图1是本实用新型应用于机器人的装置结构示意图；图2是图1中主动轮4的结构示意图；图3是图1中从动轮6的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型装置适用于各种尺寸大小的微驱动器。本实施例中以管道检测微机器人驱动器的减速装置为例。
如图1所示，本实用新型装置由微电机3、主动轮4、从动轮6、主动轮转轴(本实例中为电机主轴)9、从动轮转轴8、驱动轮7和驱动器连接体2相互连接组成。主动轮4通过胶接与主动轮转轴9固定连接，驱动轮7和从动轮6通过胶接固定在从动轮转轴8上，微电机3通过胶接固定在驱动器连接体2上，从动轮转轴8和另一驱动器连接体5两端的轴承孔连接，同时，与主动轮转轴9固定连接的主动轮4与从动轮6构成一个由弹性变形力作用的传动副。微电机3采用市售的外径为8mm的直流电机，用普通的1.5V电源作为动力源。
如图2所示，主动轮4采用硬质塑料制作，其端面通过强力胶粘接表面有弹性钩杆10的结构，弹性钩杆的材料与市售尼龙搭扣的弹性杆材料相同。
如图3所示，从动轮3采用硬质塑料制作，其外表面通过强力胶粘接有弹性钩杆10的结构。
本实施例所研制的微机器人模型在水平面或者有一定倾角的斜面和模拟管道中进行试验。结果表明微机器人在水平面和管道中都可以自如地运动，并且具有一定的越障能力和爬坡能力。微机器人驱动器的减速传动比达到10∶1以上。这说明本实用新型的装置性能可靠并可实现微小空间内互相垂直两轴间的大传动比传动。
其传动与减速原理是，当主动轮运动时，主动轮上钩杆开始与从动轮上钩杆接触，从动轮上钩杆阻碍主动轮上的钩杆运动，其间的相互作用产生了阻力，这个阻力即为传动力，啮合着的弹性钩杆都发生了弹性变形；钩杆脱离啮合后，主动钩杆恢复变形继续与下一根从动钩杆进入啮合，从而实现连续传动。由于主动轮的直径比从动轮的直径小很多，所以能实现大的减速比。实验表明，切向传动力可以大于正压力，或者是在没有正压力的情况下也能产生相当大的传动力，这种传动原理和结构是传统的啮合传动(如齿轮传动、蜗杆传动、链传动)和摩擦传动(如摩擦轮传动、带传动)所无法实现的。如上所述，即可较好地实现本实用新型。
权利要求1.一种微小弹性啮合轮传动装置，其特征在于由微小弹性啮合主动轮、微小弹性啮合从动轮、主动轮转轴、从动轮转轴和连接体构成，其相互连接关系为主动轮转轴与高速轴固定连接，主动轮与从动轮分别与主动轮转轴和从动轮转轴连接；主动轮转轴与从动轮转轴分别与连接体上对应的轴承孔连接，主动轮与从动轮构成一个传动副，所述的主动轮的端面固定有弹性钩杆，所述的从动轮的外表面固定有弹性钩杆。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述弹性钩杆的弯曲部分呈空间曲线形。
专利摘要本实用新型涉及一种微小弹性啮合轮传动装置，由主动轮、从动轮、主动轮转轴、从动轮转轴和连接体相互连接而成。其相互连接关系为主动轮转轴与高速轴固定连接，主动轮与从动轮分别与主动轮转轴和从动轮转轴连接；主动轮转轴与从动轮转轴分别与连接体上对应的轴承孔连接，主动轮与从动轮构成一个传动副，所述的主动轮的端面固定有弹性钩杆，所述的从动轮的外表面固定有弹性钩杆。本实用新型用于微机器人驱动器，具有足够的驱动力，能在水平表面和具有一定倾角的斜面上运行自如，并且实现了大减速比传动。本实用新型使得微机器人的驱动器结构大大简化、尺寸大大减小，成本也大为降低。
文档编号F16H37/00GK2811676SQ20052005661
公开日2006年8月30日 申请日期2005年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者陈扬枝, 邢广权, 刘小康, 朱文坚, 黄平 申请人:华南理工大学