转动输出装置的制作方法

本实用新型涉及转动装置领域，具体涉及一种转动输出装置。

背景技术：

在现有的很多实验装置或者设备中，有相当一部分都采用转动输出装置提供驱动力，大部分实验装置或设备的输出转速比较恒定或者在一个较窄的调速范围内。

随着科技进步和很多测量仪器、光学仪器等使用要求的提高，在机械的传动领域对设备或者实验装置的调速范围也提出了更高的要求。例如，在土木工程学科，对土壤剪切力矩测量时，需要能提供0.00001转每分钟至几百转每分钟的转速区间的转动输出装置，目前的转动输出装置，无法满足对该转速区间连续控制的要求。

因此，期望一种输出转速范围更广的转动输出装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种转动输出装置，可输出转速范围更广，从而更能满足负载的要求。

根据本实用新型提供的一种转动输出装置，用于驱动负载转动，转动输出装置包括：负载齿轮，与负载同轴连接；以及多个驱动组件，分别与负载齿轮转动连接，多个驱动组件驱动负载齿轮转动的转速分别具有不同的转速范围，多个驱动组件各自对应的转速范围连续过渡。

可选地，在多个驱动组件各自对应的转速范围从低到高排列的顺序上，相邻驱动组件各自对应的转速范围具有部分重叠。

可选地，每个驱动组件包括：动力源，提供转动动力；减速器，与动力源连接，减速器包括减速器输出轴，动力源驱动减速器运转使得减速器输出轴转动；离合器；以及齿轮轴，齿轮轴的外周设有与负载啮合的驱动齿轮，离合器设置在减速器与齿轮轴之间，离合器配置为将减速器输出轴与齿轮轴接合或分离。

可选地，离合器为超越离合器，包括：离合器内圈，与减速器输出轴连接且同步转动；以及离合器外圈，与齿轮轴连接且同步转动，离合器通过将离合器内圈与离合器外圈接合或分离使得减速器输出轴与齿轮轴接合或分离。

可选地，离合器内圈与离合器外圈接合对应于齿轮轴的实时转速在减速器输出轴输出的转速范围内，离合器内圈与离合器外圈分离对应于齿轮轴的实时转速在减速器输出轴输出的转速范围外。

可选地，在多个驱动组件各自对应的转速范围从低到高排列的顺序上，对应最低转速范围的驱动组件的减速器为谐波减速器。

可选地，谐波减速器的减速比为40至10000000。

可选地，动力源为伺服电机。

可选地，多个驱动组件各自对应的齿轮轴在负载齿轮的周边均匀布置。

可选地，多个驱动组件包括第一驱动组件、第二驱动组件以及第三驱动组件，第一驱动组件驱动负载齿轮转动的转速为0.00001rpm至0.56rpm，第二驱动组件驱动负载齿轮转动的转速为0.54rpm至19.06rpm，第一驱动组件驱动负载齿轮转动的转速为19.02rpm至105.7rpm。

根据本实用新型实施例的转动输出装置，多个驱动组件驱动负载齿轮转动的转速分别具有不同的转速范围，扩大了负载转动的整体转速范围，多个驱动组件各自对应的转速范围连续过渡，使得负载转动的整体转速范围为连续区间，通过对多个驱动组件的转速范围合理分配，能提供0.00001转每分钟至几百转每分钟的转速区间，其调控范围的放大倍数可达到10的8次方倍，从而可以满足一些测量装置、实验装置等转动驱动实验装置的高范围转速要求。

在一些可选的实施例中，转速范围从低到高排列的多个驱动组件中，相邻驱动组件的转速范围具有部分重叠，使得多个驱动组件大部分工况下分别单独输出转动力至负载，并且在相邻转速范围的两个驱动组件之间进行替换运行时，可以利用转速范围重叠的部分进行平稳过渡，提高负载运动的平顺性。

在一些可选的实施例中，离合器为超越离合器，离合器通过将离合器内圈与离合器外圈接合或分离，可以控制减速器输出轴与齿轮轴接合或分离。多个驱动组件的离合器相互配合，自动实现相邻转速范围的驱动组件的替换运行，无需人工控制，传动可靠性高。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1示出根据本实用新型实施例的转动输出装置的立体图；

图2示出根据本实用新型实施例的实验装置的立体图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

图1示出根据本实用新型实施例的转动输出装置的立体图，该转动输出装置100用于驱动负载200转动，转动输出装置100包括与负载200同轴连接负载齿轮110以及多个驱动组件，多个驱动组件分别与负载齿轮110转动连接，多个驱动组件驱动负载齿轮110转动的转速分别具有不同的转速范围，多个驱动组件各自对应的转速范围连续过渡。本实施例中，以多个驱动组件包括第一驱动组件120a、第二驱动组件120b以及第三驱动组件120c三个为例进行说明，可以理解的是，根据实际转动输出装置的转速输出范围，驱动组件的数目可以是两个、四个、五个等其他数目。

根据本实用新型实施例的转动输出装置100，多个驱动组件驱动负载齿轮110转动的转速分别具有不同的转速范围，扩大了负载200转动的整体转速范围，多个驱动组件120各自对应的转速范围连续过渡，使得负载200转动的整体转速范围为连续区间，通过对多个驱动组件120的转速范围合理分配，能提供0.00001转每分钟至几百转每分钟的转速区间，其调控范围的放大倍数可达到10的8次方倍，从而可以满足负载的高范围转速要求。

在多个驱动组件各自对应的转速范围从低到高排列的顺序上，相邻驱动组件各自对应的转速范围具有部分重叠，例如在本实施例中，第一驱动组件120a驱动负载齿轮110转动的转速为0.00001转每分钟(Revolutions Per minute，rpm)至0.56rpm，相当于对应一个低速档位。第二驱动组件120b驱动负载齿轮110转动的转速为0.54rpm至19.06rpm，相当于对应一个中速档位。第三驱动组件120c驱动负载齿轮110转动的转速为19.02rpm至105.7rpm，相当于对应一个高速档位。第一驱动组件120a对应的转速范围与第二驱动组件120b的转速范围有部分重叠，第二驱动组件120b对应的转速范围与第三驱动组件120c的转速范围有部分重叠。转动输出装置可驱动负载200的转速范围覆盖0.00001rpm至105.7rpm，其调控范围的放大倍数可达到10的7次方倍。

在上述示例中，当负载200需要的转速为0.00001rpm至0.54rpm时，由第一驱动组件120a单独驱动负载齿轮110转动，当负载200需要的转速为0.54rpm至0.56rpm时，第一驱动组件120a和第二驱动组件120b可以同时驱动负载齿轮110转动，当负载200需要的转速为0.56rpm至19.02rpm时，由第二驱动组件120b单独驱动负载齿轮110转动，当负载200需要的转速为19.02rpm至19.06rpm时，第二驱动组件120b和第三驱动组件120c可以同时驱动负载齿轮110转动，当负载200需要的转速为19.06rpm至105.7rpm时，由第三驱动组件120c单独驱动负载齿轮110转动。由于转速范围从低到高排列的多个驱动组件中，相邻驱动组件的转速范围具有部分重叠，使得多个驱动组件大部分工况下分别单独输出转动力至负载200，并且在相邻转速范围的两个驱动组件之间进行替换运行时，可以利用转速范围重叠的部分进行平稳过渡，提高负载200运动的平顺性。

需要说明的是，以上仅为第一驱动组件120a、第二驱动组件120b、第三驱动组件120c各自对应的转速范围的一种示例，在其它实施例中，转动输出装置100包括的驱动组件的数目以及各驱动组件对应的转速范围可以根据负载200的转速要求进行设计调整。

第一驱动组件120a、第二驱动组件120b以及第三驱动组件120c的结构大致相似，以下将对第一驱动组件120a的结构进行进一步详述。

第一驱动组件120a包括动力源121a、减速器122a、离合器123a以及齿轮轴124a。动力源121a提供转动动力。减速器122a与动力源121a连接，减速器122a包括减速器输出轴1221a，动力源121a驱动减速器122a运转使得减速器输出轴1221a转动。齿轮轴124a的外周设有与负载200啮合的驱动齿轮1241a，离合器123a设置在减速器122a与齿轮轴124a之间，离合器123a配置为将减速器输出轴1221a与齿轮轴124a接合或分离。

第二驱动组件120b同样包括动力源121b、减速器122b、离合器123b以及齿轮轴124b。减速器122b包括减速器输出轴1221b，齿轮轴124b的外周设有与负载200啮合的驱动齿轮1241b，离合器123b将减速器输出轴1221b与齿轮轴124b接合或分离。其中由于输出转速的不同，第二驱动组件120b的各部件规格可以与第一驱动组件120a的各部件规格不同。

第三驱动组件120c同样包括动力源121c、减速器122c、离合器123c以及齿轮轴124c。减速器122c包括减速器输出轴1221c，齿轮轴124c的外周设有与负载200啮合的驱动齿轮1241c，离合器123c将减速器输出轴1221c与齿轮轴124c接合或分离。其中由于输出转速的不同，第三驱动组件120c的各部件规格可以与第一驱动组件120a、第二驱动组件120b的各部件规格不同。

动力源121a、121b、121c可以为伺服电机，运用运动控制反馈的原理对其输出转速进行精确控制，精度高，可靠性强。

在多个驱动组件各自对应的转速范围从低到高排列的顺序上，对应最低转速范围的驱动组件的减速器可以为谐波减速器，例如在本实施例中，第一驱动组件120a的减速器122a可以是谐波减速器，其减速比为40至10000000。由于谐波减速器减速比大、传动精度高、体积小、重量轻，将该减速机用于最低转速范围对应的驱动组件的减速，可大幅度降低可稳定控制的转速下限。可以理解的是，多个驱动组件的减速器的种类可以根据实际需要进行选择，多个驱动组件分别对应的减速器也可以不同，其中减速器除可以是谐波减速器，也可以是例如齿轮减速器、行星减速器等其它类型的减速器。

本实施例中，离合器123a、123b、123c为超越离合器，离合器123a、123b、123c具体包括离合器内圈以及离合器外圈。需要说明的是，在一些实施例中，离合器123a、123b、123c可以不限于是超越离合器，例如也可以是气动离合器、电磁离合器、液压离合器等其他类型的离合器。以下通过将详细描述第一驱动组件120a中离合器123a的内部结构，第二驱动组件120b中离合器123b、第三驱动组件120c中离合器123c结构类似，不再详述。

在离合器123a中，其离合器内圈与减速器输出轴1221连接且同步转动，离合器外圈与齿轮轴124连接且同步转动。离合器123a通过将离合器内圈与离合器外圈接合或分离使得减速器输出轴1221a与齿轮轴124a接合或分离。

具体地，离合器内圈与离合器外圈接合对应于齿轮轴124a的实时转速在减速器输出轴1221a输出的转速范围内，离合器内圈与离合器外圈分离对应于齿轮轴124a的实时转速在减速器输出轴1221a输出的转速范围外。减速器输出轴1221a与第一驱动组件120a驱动负载齿轮110转动的转速范围具有对应关系，当与负载齿轮110啮合的齿轮轴124a的转速位于在减速器输出轴1221a输出的转速范围内时，离合器内圈与离合器外圈分离，使得减速器输出轴1221a与齿轮轴124a接合，第一驱动组件120a向负载200供给转动力。当与负载齿轮110啮合的齿轮轴124a的转速高于或低于减速器输出轴1221a输出的转速范围时，离合器内圈与离合器外圈分离，使得减速器输出轴1221a与齿轮轴124a断开连接，第一驱动组件120a停止向负载200供给转动力。

第二驱动组件120b中的离合器123b、第三驱动组件120c中的离合器123c在其各自的转速范围内工作原理与上述离合器123a的工作原理类似。

以下将以上述包括三个驱动组件即包括低速、中速、高速三个档位的转动输出装置100为例对其在多个档位上的工作过程进行说明。为方便描述，定义每个离合器包括接合状态和分离状态，其中接合状态指离合器将与其对应的减速器输出轴与齿轮轴接合，分离状态指离合器将与其对应的减速器输出轴与齿轮轴分离。

在低速转动段，低速档位的动力源121a工作，带动连接的减速器122a，此时离合器123a为接合状态，使得减速器122a带动齿轮轴124a，驱动负载齿轮110转动，系统工作。负载齿轮110带动中速档位的齿轮轴124b、高速档位的齿轮轴124c，此时，中速档位的动力源121b、高速档位的动力源121c未开启，中速档位的离合器123b、高速档位的离合器123c为分离状态。

在中速转动段，中速档位的动力源121b工作，带动连接的减速器122b，此时离合器123b为接合状态，使得减速器122b带动齿轮轴124b，驱动负载齿轮110转动，系统工作。负载齿轮110带动低速档位的齿轮轴124a、高速档位的齿轮轴124c，此时低速档位的动力源121a、高速档位的动力源121c对应减速机的输出转速低于减速器122b的输出转速或者动力源未开启，低速档位的离合器123a、高速档位的离合器123c为分离状态。

在高速转动段，高速档位的动力源121c工作，带动连接的减速器122c，此时离合器123c为接合状态，使得减速器122c带动齿轮轴124c，驱动负载齿轮110转动，系统工作。负载齿轮110带动低速档位的齿轮轴124a、中速档位的齿轮轴124b，此时低速档位的动力源121a、中速档位的动力源121b未开启，或者低速档位的动力源121a、中速档位的动力源121b对应减速机的输出转速低于减速器122c的输出转速，低速档位的离合器123a、中速档位的离合器123b为分离状态。

相邻两挡位切换时，首先进入相邻两挡位的减速机的输出转速相同的阶段，此时相邻两挡位的离合器同时处于接合状态，系统在两动力源的共同驱动下转动。之后，相邻两挡位中的较高档位的减速机的输出转速提高时，较低档位对应的离合器会自动转变为分离状态，系统开始单独在较高档位的动力源的驱动下工作。

根据上述实施例，离合器通过将离合器内圈与离合器外圈接合或分离，可以控制减速器输出轴与齿轮轴接合或分离。多个驱动组件的离合器相互配合，可以自动实现相邻转速范围的驱动组件的替换运行，无需人工控制，传动可靠性高。

在一些实施例中，多个驱动组件各自对应的齿轮轴可以在负载齿轮110的周边均匀布置，当然在其它一些实施例中，根据所要带动负载200的结构要求，多个齿轮轴在负载齿轮110的周边的布局方式也可以调整。

本实用新型实施例还提供一种实验装置，图2示出根据本实用新型实施例的实验装置的立体图，该实验装置例如是土木、光学等领域中的测量实验装置，该实验装置包括负载本体210以及上述实施例的转动输出装置100，其中，负载本体210是需要转动驱动的实验仪器主体，负载本体210与转动输出装置100的负载齿轮110同轴连接，使得转动输出装置100带动负载本体210转动。

本实施例中，实验装置还包括第一支架220、第二支架230以及安装座240。转动输出装置100的大部分结构可以设置在第一支架220内，其中负载齿轮110位于第一支架220的顶面之上。第二支架230安装在第一支架上。负载本体210的一侧直接或间接与第二支架230固定，负载本体210的另一侧通过安装座240与负载齿轮110同轴连接，使得负载齿轮110可以带动负载本体210的至少部分结构同轴转动。在一些实施例中，实验装置还可以包括一些传感器以及其他感测装置。本实施例的实验装置的负载本体210一侧固定一侧转动，在其它一些实施例的实验装置中，也可以只将负载本体210与负载齿轮110连接。此外，负载本体210与负载齿轮110可以同轴连接，也可以偏心连接或采用其它转动连接方式。

根据本实用新型实施例的实验装置，多个驱动组件驱动负载齿轮110转动的转速分别具有不同的转速范围，扩大了负载本体210的转动部件的整体转速范围，多个驱动组件各自对应的转速范围连续过渡，使得负载本体210的转动部件的整体转速范围为连续区间，通过对多个驱动组件的转速范围合理分配，能提供0.00001转每分钟至几百转每分钟的转速区间，其调控范围的放大倍数可达到10的8次方倍，从而可以满足实验装置的高范围转速要求。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。