滚珠花键装置、自动引导运输车及立体库系统

技术领域

本公开涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种滚珠花键装置、自动引导运输车及立体库系统。

背景技术

滚珠花键是一种在花键轴上加工出滚道槽，花键螺母上的钢珠与花键轴上的滚道槽配合，使花键螺母可以在花键轴上沿轴向移动，同时还可以传递扭矩与力的一种元器件。

目前滚珠花键的花键轴上的全部长度滚道与的钢珠均为配合约束，使得花键轴与花键螺母存在严格的传动比，当应用过程中，需要使花键轴相对于花键螺母进行小角度旋转时，目前的滚珠花键结构难以实现该功能。

发明内容

本公开的实施例提供了一种滚珠花键装置、自动引导运输车及立体库系统，能够拓宽滚珠花键装置的功能，更好地满足使用需求。

根据本公开的第一方面，提供了一种滚珠花键装置，包括：

花键轴，外侧壁上设有沿轴向延伸的滚道槽，滚道槽沿轴向包括连通的第一槽段和第二槽段，第二槽段的宽度大于第一槽段的宽度；

花键螺母，同轴套设在花键轴外；和

第一滚动体，沿轴向可运动地设在滚道槽内，以实现花键螺母与花键轴的相对移动；

其中，花键螺母处于第一位置时，第一滚动体处于第一槽段内且与第一槽段约束配合，以使花键螺母与花键轴同步旋转；花键螺母处于第二位置时，第一滚动体处于第二槽段内，以使花键螺母与花键轴在周向具有预设活动量。

在一些实施例中，滚道槽还包括过渡槽段，连接在第一槽段和第二槽段之间，被配置为引导第一滚动体在第一槽段和第二槽段之间切换。

在一些实施例中，过渡槽段的两个侧壁均为斜面，且两个侧壁之间的距离从第一槽段至第二槽段逐渐增大。

一些实施例中，第二槽段位于花键轴沿轴向的中间区域，第二槽段的两端均设有第一槽段。

在一些实施例中，滚道槽沿周向设有多组，每组滚道槽均包括两个间隔设置的滚道槽，相邻组滚道槽的周向间隔大于同一组中相邻滚道槽的周向间隔。

在一些实施例中，花键轴的第一端具有第一安装部，被配置为连接向花键轴的转动提供动力的驱动部件；花键轴的第二端具有第二安装部，被配置为与外部的第一传动件连接。

在一些实施例中，还包括：

两组第一密封件，设在花键螺母与花键轴之间，且沿轴向位于花键螺母的两端；

其中，第一滚动体位于两组第一密封件之间。

在一些实施例中，花键螺母包括：

内螺母，套设在花键轴外；

外螺母，套设在内螺母外；和

第二滚动体，沿周向可运动地设在内螺母与外螺母之间，以实现内螺母与外螺母相对转动；

其中，第一滚动体设在内螺母与滚道槽之间。

在一些实施例中，还包括：

两组第二密封件，设在内螺母与外螺母之间，且沿轴向位于外螺母的两端；

其中，第二滚动体位于两组第二密封件之间。

根据本公开的第二方面，提供了一种自动引导运输车，包括：

上述实施例的滚珠花键装置；

车轮，同轴安装于花键螺母；和

驱动部件，被配置为对花键轴的转动提供驱动力。

在一些实施例中，花键螺母包括：

内螺母，套设在花键轴外，内螺母与车轮连接；和

外螺母，套设在内螺母外，且相对于内螺母可转动地设置，外螺母与设在自动引导运输车上的支撑架连接；

其中，第一滚动体设在内螺母与滚道槽之间。

在一些实施例中，花键轴的第一端具有第一安装部，驱动部件与第一安装部驱动连接，花键轴的第二端具有第二安装部；

自动引导运输车还包括第一传动件，连接于第二安装部，第一传动件被配置为与外部的第二传动件配合。

在一些实施例中，花键螺母处于第二位置时，第一传动件被配置为在车轮保持位置不变的情况下调整至与第二传动件配合。

在一些实施例中，花键螺母处于第一位置时，自动引导运输车具有行走模式和移动模式；

其中，在行走模式下，自动引导运输车通过驱动部件驱动花键轴带动车轮转动实现行走；在移动模式下，自动引导运输车通过驱动部件驱动花键轴带动第一传动件转动实现移动。

根据本公开的第三方面，提供了一种立体库系统，包括：

立体库，具有多层存储位，且立体库上设有第二传动件，第二传动件包括竖直设置的齿条；和

上述实施例的自动引导运输车，包括第一传动件，第一传动件包括齿轮，花键轴的第一端具有第一安装部，驱动部件与第一安装部驱动连接，花键轴的第二端具有第二安装部，第二安装部连接齿轮；

其中，花键螺母处于第二位置时，齿轮被配置为在车轮位置不变的情况下调整至与第二传动件配合。

在一些实施例中，预设活动量不小于齿轮或齿条的齿宽。

在一些实施例中，花键螺母处于第一位置时，自动引导运输车具有行走模式和移动模式；

在行走模式下，自动引导运输车通过驱动部件驱动花键轴带动车轮转动实现行走；在移动模式下，自动引导运输车通过驱动部件驱动花键轴带动齿轮沿齿条运动实现在竖直方向上移动，以到达不同层的存储位。

本公开一些实施例的滚珠花键装置，将花键轴上的同一滚道槽设置为两种宽度不同的结构，使得花键螺母在第一槽段对应的位置时，花键轴与花键螺母约束配合以传递扭矩和力；花键螺母在第二槽段对应的位置时，第一滚动体与第二槽段的侧壁之间具有更大的间隙，使花键轴与花键螺母之间沿周向具有晃动量，例如，当花键螺母保持不动时，允许花键轴有微小的晃动量，易于实现花键轴与外部其它部件的连接或配合。此种滚珠花键装置可实现更多的功能，提高了应用的灵活性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开滚珠花键装置的一些实施例的结构示意图；

图2为本公开滚珠花键装置中花键轴的一些实施例的结构示意图；

图3为本公开滚珠花键装置的一些实施例的结构示意图；

图4为第一滚动体与第一槽段配合的状态示意图；

图5为第一滚动体与第二槽段配合的状态示意图；

图6为本公开滚珠花键装置用于自动引导运输车时与立体库配合实现提升的工作原理图。

附图标记说明

1、花键轴；11、第一槽段；12、第二槽段；13、渡槽段；131、斜面；14、主体轴段；15、过渡轴段；16、第一安装部；161、键槽；17、第二安装部；2、花键螺母；21、内螺母；22、外螺母；221、法兰结构；23、第一滚动体；24、第二滚动体；25、第一密封件；26、第二密封件；27、第一保持架；271、引导槽；3、车轮；4、驱动部件；5、第一传动件；6、立体库；7、第二传动件；8、支撑架。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本公开的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，、而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操控，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。而且，后续实施例提到的“轴向”、“周向”和“径向”均是相对于滚珠花键装置为基准定义的。

本公开提供了一种滚珠花键装置，如图1至图6所示，该滚珠花键装置包括：花键轴1、花键螺母2和第一滚动体23。

花键轴1的外侧壁上设有沿轴向延伸的滚道槽，滚道槽沿轴向包括连通的第一槽段11和第二槽段12，第二槽段12的宽度大于第一槽段11的宽度。花键螺母2同轴套设在花键轴1外。第一滚动体23沿轴向可运动地设在滚道槽内，以实现花键螺母2与花键轴1沿轴向的相对移动，花键螺母2被配置为限制第一滚动体23沿径向运动的自由度。第一滚动体23可沿轴向在滚道槽内设置多个，形成一列第一滚动体23，例如，第一滚动体23可以是滚珠、滚棒等。

其中，如图4所示，花键螺母2沿轴向移动至处于第一位置时，第一滚动体23处于第一槽段11内且与第一槽段11约束配合，以使花键螺母2与花键轴1同步旋转。为了传递动力，花键螺母2的内壁上也设有滚道槽。约束配合是指第一槽段11的两个侧壁均与第一滚动体23接触配合，第一槽段11的两个侧壁可限制第一滚动体23沿周向运动的自由度。例如，第一槽段11的横截面呈圆弧形，第一滚动体23为滚珠，第一槽段11的曲率半径与第一滚动体23一致。

如图5所示，花键螺母2沿轴向移动至处于第二位置时，第一滚动体23处于第二槽段12内，第一滚动体23在第二槽段12内可沿周向运动，以使花键螺母2与花键轴1在周向具有预设活动量。例如，第二槽段12的槽底为平面，两侧均呈圆弧形。图5左图中的虚线为第一滚动体23顺时针运动至第二槽段12右极限位置P1的状态示意图，图5右图中的虚线为第一滚动体23逆时针运动至第二槽段12左极限位置P2的状态示意图。当花键轴1顺时针或逆时针旋转的角度小于第一滚动体23与第二槽段12侧壁之间的间隙时，花键轴1不能带动花键螺母2同步旋转；当花键轴1的旋转角度不小于第一滚动体23与第二槽段12侧壁之间的间隙时，花键轴1能够带动花键螺母2同步旋转，以传递扭矩和力。

本公开该实施例的滚珠花键装置，将花键轴1上的同一滚道槽设置为两种宽度不同的结构，使得花键螺母2在第一槽段11对应的位置时，花键轴1与花键螺母2约束配合以传递扭矩和力；花键螺母2在第二槽段12对应的位置时，第一滚动体23与第二槽段12的侧壁之间具有更大的间隙，使花键轴1与花键螺母2之间沿周向具有晃动量，例如，当花键螺母2保持不动时，允许花键轴1有微小的晃动量，易于实现花键轴1与外部其它部件的连接或配合。此种滚珠花键装置可实现更多的功能，提高了应用的灵活性。

在一些实施例中，如图2所示，滚道槽还包括过渡槽段13，连接在第一槽段11和第二槽段12之间，被配置为引导第一滚动体23在第一槽段11和第二槽段12之间切换。

该实施例通过过渡槽段13的导向作用，能够使第一滚动体23在第一槽段11和第二槽段12之间顺利切换，可防止第一滚动体23在两个槽段的连接位置发生卡滞，使第一滚动体23的运动更加顺畅可靠；而且，还能减小第一滚动体23的磨损，并降低振动与噪音。

如图2所示，过渡槽段13的两个侧壁均为斜面131，且两个侧壁之间的距离从第一槽段11至第二槽段12逐渐增大。通过斜面131的引导作用，使第一滚动体23无需处于滚道槽沿周向的中间位置，就能顺利地从第二槽段12进入第一槽段11，降低在位置切换时对第一滚动体23位置精度的要求。

在一些实施例中，如图2所示，第二槽段12位于花键轴1沿轴向的中间区域，第二槽段12的两端均设有第一槽段11。

该实施例能够在需要通过滚珠花键装置传递动力时，使花键螺母2可选择地移动到任一段第一槽段11上，可提高使用的灵活性。若花键轴1的一端安装第一传动件5，且通过花键螺母2移动到靠近第一传动件5的第一槽段11上传递动力，则将花键螺母2移动到第二槽段12上时，可使花键螺母2远离第一传动件5，便于通过花键螺母2与花键轴1沿周向活动调节第一传动件5和与外部第二传动件7的配合关系。例如，花键螺母2与车轮3连接，将花键螺母2从外侧的第一槽段11移动至第二槽段12时，车轮3远离第一传动件5，易于观察到第一传动件5和与外部第二传动件7的配合关系，或者使原来被车轮3遮挡的第一传动件5露出。

在一些实施例中，如图1所示，滚道槽沿周向设有多组，每组滚道槽均包括两个间隔设置的滚道槽，相邻组滚道槽的周向间隔大于同一组中相邻滚道槽的周向间隔。例如，滚道槽沿周向均匀设置三组。

该实施例通过多组滚道槽，使第一滚动体23在整个周向上对花键螺母2提供均匀稳定的支撑力，使花键轴1在转动时稳定地向花键螺母2提供动力，防止花键螺母2发生晃动。而且，相邻组滚道槽包括两个间隔设置的滚道槽，能够通过两列第一滚动体23在同一周向区域共同传递扭矩，可降低第一滚动体23的受力，提供工作的可靠性和使用寿命。

在一些实施例中，如图3所示，花键螺母2上设有多个槽，滚珠花键装置还包括：多个第一保持架27，一一对应地设在多个槽内，第一保持架27上设有沿轴向延伸的长圆形引导槽271，引导槽271内填充多个第一滚动体23形成环形滚动体队列，环形滚动体队列两侧的第一滚动体23分别位于同一组中相邻滚道槽内。第一滚动体23通过滚道槽、花键螺母和第一保持架27共同限位。

在一些实施例中，如图2和图6所示，花键轴1的第一端具有第一安装部16，被配置为连接向花键轴1的转动提供动力的驱动部件4；花键轴1的第二端具有第二安装部17，被配置为与外部的第一传动件5连接。

具体地，花键轴1包括主体轴段14和沿轴向连接在主体轴段14两端的第一安装部16和第二安装部17，主体轴段14与第一安装部16之间可设置过渡轴段15，主体轴段14与第二安装部17之间也可设置过渡轴段15。

例如，第一安装部16和第二安装部17也可采用轴段结构，且在轴段上设有键槽161，以通过在键槽161内设置键实现驱动部件4或者第一传动件5的连接。例如，驱动部件4可以是电机或马达等，第一传动件5可以是齿轮、蜗杆、传动轮等。

该实施例既能够与驱动部件4连接，为花键螺母装置的运动提供动力，也能通过花键轴1与外部的第一传动件5连接，使花键轴1的动力向外部的其它部件传递。

在一些实施例中，如图3所示，滚珠花键装置还包括：两组第一密封件25，设在花键螺母2与花键轴1之间，且沿轴向位于花键螺母2的两端；其中，第一滚动体23位于两组第一密封件25之间。例如，第一密封件25可采用密封圈等。

该实施例能够防止灰尘或杂质进入花键螺母2与花键轴1之间的空间内，保证第一滚动体23能够灵活运动，并防止润滑油渗出。

基于上述实施例，花键螺母2可采用两种设置形式。

在一些实施例中，花键螺母2采用整体结构，花键螺母2处于第一位置时，可通过花键轴1将动力和扭矩传递至花键螺母2；花键螺母2处于第二位置时，允许花键轴1相对于花键螺母2在周向上具有预设活动余量。

在一些实施例中，花键螺母2包括：内螺母21、外螺母22和第二滚动体24。其中，内螺母21套设在花键轴1外，外螺母22套设在内螺母21外，第二滚动体24沿周向可运动地设在内螺母21与外螺母22之间，以实现内螺母21与外螺母22相对转动。内螺母21可与例如车轮3等转动部件连接，外螺母22可与固定的支撑架8等连接。

具体地，内螺母21的外壁上设有外滚道，外螺母22的内壁上设有内滚道，第二滚动体24在内滚道与外滚道约束形成的空间内运动，以使内螺母21与外螺母22之间可相对转动。其中，第一滚动体23设在内螺母21与滚道槽之间，为了传递动力，内螺母21的内壁上也设有滚道。

该实施例为螺母旋转式滚珠花键装置，既能实现通过花键轴1向花键螺母2传递动力，又能实现外螺母22相对于内螺母21的转动，还能在花键螺母2保持不动的情况下使花键轴1在周向上具有预设活动量。此种滚珠花键装置可实现更多的功能，可更加广泛灵活地满足传动系统的工作需求。

进一步地，花键螺母2还包括：第二保持架，设在内螺母21与外螺母22之间，被配置为对多个第二滚动体24进行间距保持。

进一步地，滚珠花键装置还包括：两组第二密封件26，设在内螺母21与外螺母22之间，且沿轴向位于外螺母22的两端；其中，第二滚动体24位于两组第二密封件26之间。例如，第二密封件26可以是密封圈等。

该实施例能够防止灰尘或杂质进入内螺母21与外螺母22之间的空间内，保证第二滚动体24能够灵活运动，并防止润滑油渗出。

为了实现花键螺母2在沿轴向移动时的稳定性，可增加单个滚道槽内第一滚动体23的数量，这样就会增加内螺母21的长度，为了使结构更加小巧紧凑，外螺母22的轴向长度小于内螺母21的轴向长度。

为了在花键螺母2上其它结构附件，以通过花键螺母装置传递动力，如图3所示，外螺母22的外侧壁上设有法兰结构221，法兰结构221可以是法兰盘等，法兰结构可位于外螺母22的端部或沿轴向的其它位置。

其次，本公开提供了一种自动引导运输车(全称“Automated Guided Vehicle”，简称AGV)。在一些实施例中，包括：上述实施例的滚珠花键装置、车轮3和驱动部件4。其中，车轮3同轴安装于花键螺母2，驱动部件4被配置为对花键轴1的转动提供驱动力。具体地，如图3和图6所示，车轮3可安装于内螺母21上。

该实施例能够使花键螺母2处于第一位置时，第一滚动体23处于第一槽段11内，花键轴1与花键螺母2约束配合以传递扭矩和力，可实现车轮3的转动，以实现自动引导运输车的行走；花键螺母2处于第二位置时，第一滚动体23处于第二槽段12内，第一滚动体23与第二槽段12的侧壁之间具有预设活动量，允许在车轮3保持位置不变的情况下使花键轴1相对于花键螺母2具有晃动量，以使花键轴1适应与外部其它部件的连接或配合。此种自动引导运输车可根据使用需求灵活地进行调整，可适用于不同的使用功能。

在一些实施例中，如图3所示，花键螺母2包括：内螺母21，套设在花键轴1外，内螺母21与车轮3连接，例如，通过内螺母21端部的固定孔与车轮3连接；和外螺母22，套设在内螺母21外，且相对于内螺母21可转动地设置，外螺母22可通过法兰结构221与设在自动引导运输车上的支撑架8连接。其中，第一滚动体23设在内螺母21与滚道槽之间。

如图2和图6所示，花键轴1的第一端具有第一安装部16，驱动部件4与第一安装部16驱动连接，花键轴1的第二端具有第二安装部17。自动引导运输车还包括第一传动件5，连接于第二安装部17，第一传动件5被配置为与外部的第二传动件7配合。例如，第一传动件5可以是齿轮，第二传动件7可以是齿条或齿圈等。

花键螺母2处于第二位置时，第一传动件5被配置为在车轮3保持位置不变的情况下调整至与第二传动件7配合。

该实施例通过第一传动件5与第二传动件7的配合，能够实现自动引导运输车的移动，例如沿着齿条移动，根据齿条的安装方向，可实现自动引导运输车沿水平、倾斜或者竖直的方向移动，或者也可外齿圈移动等。在需要使自动引导运输车通过第一传动件5与第二传动件7的配合实现移动时，可手动或通过驱动部件4将车轮3移动至使花键螺母2处于第二位置，此时允许花键轴1相对于花键螺母2沿周向具有预设活动量，可使第一传动件5沿周向进行调整，以在车轮3位置不变的情况下使第一传动件5与第二传动件7啮合。

在一些实施例中，花键螺母2处于第一位置时，自动引导运输车具有行走模式和移动模式。其中，在行走模式下，自动引导运输车通过驱动部件4驱动花键轴1带动车轮3转动实现行走；在移动模式下，自动引导运输车通过驱动部件4驱动花键轴1带动第一传动件5转动实现移动，车轮3不参与运动。

再次，本公开还提供了一种立体库系统，如图6所示，包括：立体库6和上述实施例的自动引导运输车。其中，立体库6具有多层存储位，且立体库6上设有第二传动件7，第二传动件7包括竖直设置的齿条；自动引导运输车包括第一传动件5，第一传动件5包括齿轮，花键轴1的第一端具有第一安装部16，驱动部件4与第一安装部16驱动连接，花键轴1的第二端具有第二安装部17，第二安装部17连接齿轮；其中，花键螺母2处于第二位置时，齿轮被配置为在车轮3位置不变的情况下调整至与第二传动件7配合。

当自动引导运输车需要在不同立体库6之间行走，或者在立体库6的某层存储位行走时，将车轮3沿轴向移动至花键螺母2处于第一位置，此时驱动部件4可通过花键轴1带动花键螺母2和车轮3转动以实现行走。

当自动引导运输车需要在立体库6中向上移动实现提升，或者向下移动实现下降，以在不同层的存储位之间移动时，可将车轮3沿轴向移动至花键螺母2处于第二位置，此时允许花键轴1相对于花键螺母2沿周向具有预设活动量，可使第一传动件5沿周向进行调整，以在车轮3位置不变的情况下使齿轮与齿条啮合。之后，驱动部件4可通过花键轴1带动齿轮沿齿条运动，花键螺母2和车轮3转动以实现自动引导运输车的上下移动，以到达不同层的存储位。

在一些实施例中，预设活动量不小于齿轮或齿条的齿宽，由此可保证在车轮3位置不变的情况下，使齿轮调整至与齿条啮合。

在一些实施例中，花键螺母2处于第一位置时，自动引导运输车具有行走模式和移动模式。在行走模式下，自动引导运输车通过驱动部件4驱动花键轴1带动车轮3转动实现行走；在移动模式下，自动引导运输车通过驱动部件4驱动花键轴1带动齿轮沿齿条运动实现在竖直方向上移动，以到达不同层的存储位。

本公开所提供的一种滚珠花键装置进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。