一种锁紧机构

技术领域

本申请涉及光学精密锁紧技术领域，特别涉及一种锁紧机构。

背景技术

机载光电设备是航空侦察成像的主要方式之一，能完成目标的快速识别跟踪和精准定位，具有侦察范围广、机动性和时效性强、准确度高等特点，广泛应用于军事和民用等各个领域。

目前机载光电设备的框架结构主要采用两轴两框架稳定和两轴四框架稳定两种形式，框架之间串联连接，并具有一定的旋转角度范围，当载机姿态及目标位置发生变化时，也能实现目标的快速跟踪测量。光电设备在工作时，框架在电控系统的控制下进行精准转动，对目标进行实时跟踪，但在非工作状态下，如载机着陆以及设备存储、运输过程中，设备受到外部环境的冲击时，具有一定的自由度的框架轴系会发生自由转动，加剧轴系磨损影响传动和控制精度，当框架转动超过工作角度范围时，还会撞击机械限位，对内部光学载荷造成不必要的冲击，影响成像测量精度，所以需要在光电设备上设置锁紧机构，在非工作状态下对旋转框架进行锁紧，以保护内部传动结构以及光学成像载荷。

为了提高载机续航能力以及侦察能力，对机载光电设备的体积和重量一般都有严格的控制要求，现有的光电设备锁紧机构体积较大，需占用较大的内部空间，适用性较差，且结构复杂，比刚度较差，不能很好的抵抗外界冲击的影响。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种结构简单紧凑，控制方便、传动比大、抗剪切能力强的锁紧机构。

为解决上述技术问题，本申请提供一种锁紧机构，包括蜗轮蜗杆箱体、蜗轮蜗杆组件、箱体压盖、锁紧滑块、电机、电机自调节件组件、电限位装置，所述蜗轮蜗杆组件包括一组轴线正交、相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮蜗杆组件设置在所述蜗轮蜗杆箱体内，所述箱体压盖一端设置有内圆柱面，对所述蜗轮进行轴向定位，所述箱体压盖的另一端设置有导向柱，与所述锁紧滑块配合，所述锁紧滑块一端设置有梯形螺纹柱，与所述蜗轮啮合，所述电限位装置中的磁铁组件与所述锁紧滑块连接，所述电限位装置中的霍尔组件与所述蜗轮蜗杆箱体连接；所述蜗杆一侧通过所述电机自调节组件与所述电机连接，另一侧通过蜗杆轴承外压盖和蜗杆轴承内压圈对所述蜗杆进行轴向定位。

进一步的，所述蜗轮蜗杆箱体为整体式结构，所述蜗轮蜗杆箱体内设置有所述蜗轮和所述蜗杆的安装面，所述蜗轮、所述蜗杆的两端均通过隔圈和轴承安装在所述蜗轮蜗杆箱体内。

进一步的，所述箱体压盖的导向柱为四个。

进一步的，所述锁紧滑块主体为方形柱体，所述方形柱体上设置有多个铜套，与所述箱体压盖的多个导向柱相配合，所述锁紧滑块的一侧中心位置设置有一梯形螺纹柱，所述锁紧滑块的梯形螺纹柱通过所述箱体压盖的通孔与所述蜗轮啮合，所述锁紧滑块的另一端为圆锥面，所述圆锥面前侧设置有圆柱凸台，所述圆柱凸台前端为圆滑过渡的弧面。

进一步的，所述锁紧滑块材料为马氏体不锈钢，所述铜套材料为锡青铜，所述铜套采用过盈配合的方式嵌入在所述锁紧滑块中。

进一步的，所述电机自调节组件包括第一电机自调节件和第二电机自调节件，所述第一电机自调节件为圆柱结构，一侧设置有两个长形凹槽，与所述第二电机自调节件配合，所述第一电机自调节件的中心位置设置有带定位平面的圆柱面，与所述电机的输出轴配合，所述第一电机自调节件上设置有螺纹孔，用于安装顶丝，通过所述顶丝实现第一电机自调节件与所述电机轴之间的轴向定位。

进一步的，所述第二电机自调节件为阶梯圆柱结构，所述第二电机自调节件的一侧设置有腰形凹槽，与所述蜗杆端面设置的腰形凸台配合调节，另一侧设置有两个长形凸台，与所述第一调节件的长形凹槽配合调节，两侧调节方向正交。

进一步的，所述电限位装置包括霍尔元件电路板、霍尔安装座、磁铁、磁铁座和磁铁盖。

所述霍尔元件电路板上设置有霍尔元件，以及两个腰形安装孔，所述霍尔安装座为L型结构，所述L型结构的立柱结构设置有两个螺纹孔，用于固定霍尔元件电路板，所述L型结构的底面上设置有两个腰形安装孔，用于将所述霍尔安装座固定在所述蜗轮蜗杆箱体上，所述磁铁设置在所述磁铁座和所述磁铁盖之间，所述磁铁座固定在所述锁紧滑块的侧面，与所述霍尔元件相对，所述磁铁盖与所述磁铁座上设置的外螺纹配合压紧所述磁铁。

进一步的，所述蜗杆为阿基米德蜗杆，材料为马氏体不锈钢，所述蜗杆齿形两侧各有一段圆柱面，用于与所述蜗杆轴承内圈配合，所述蜗杆一侧端面设置有腰形凸台，用于与所述电机自调节组件配合，另一侧端面设置有内六角槽，与内六角扳手配合。

进一步的，所述蜗轮材料为锡青铜；所述蜗轮齿面外形在通过所述蜗轮轴线平面内的截面为圆弧形，圆弧中心通过所述蜗杆轴线，所述蜗轮齿面圆弧与所述蜗杆齿面外形匹配，以使所述蜗杆和所述蜗轮啮合时为线接触；所述蜗轮齿形两侧各设置一处轴肩，分别用于所述蜗轮轴承隔圈和所述蜗轮轴承定位；所述蜗轮内设置有梯形内螺纹，所述梯形内螺纹与所述蜗轮外齿面同轴，与所述锁紧滑块的梯形螺纹柱啮合。

相对于现有技术，本申请的有益效果在于：

1)采用蜗轮蜗杆-梯形传动螺纹的二级传动形式和整体式蜗轮蜗杆箱体，实现空间位置的合理排布和高效利用，机构整体更加紧凑，体积小、重量轻，装配方便，采用模块化设计，占用空间小，适用性强；

2)机构具有较大的传动比，通过很小的电机扭矩输入可在前端锁紧滑块处得到较大的输出力；

3)机构比刚度好，能抵抗外部环境的冲击作用；锁紧机构对旋转框架进行锁紧后，当光电设备受到外部环境的冲击时，框架会对机构造成一定的剪切力作用，通过锁紧滑块和箱体压盖导向柱之间的配合连接，可将滑块受到的剪切力作用依靠导向柱分散传递到压盖和箱体上，保护内部传动螺纹。

4)电机输出轴通过自调节组件与蜗杆相连接，自调节组件可实现两个方向的偏差补偿，消除电机输出轴偏心对传动系统的影响，对电机固定件和从动件的加工精度要求和装配精度要求更低。

5)锁紧滑块与框架间锥面接触的自对中锁紧结构形式，可补偿框架锥面轴线与锁紧滑块锥面轴线的位置偏差，保证机构与框架之间的良好接触，实现旋转框架三个方向的锁紧，同时在锥面前端增加嵌入圆柱式的抗冲击锁紧形式，得到更可靠的锁紧效果。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的锁紧机构沿蜗杆轴线的剖示图；

图2为本申请实施例提供的锁紧机构沿蜗轮轴线的剖示图；

图3为本申请实施例提供的电机自调节组件一个角度的爆炸图；

图4为本申请实施例提供的电机自调节组件另一个角度的爆炸图；

图5为本申请实施例提供的蜗轮与锁紧滑块一个角度的爆炸图；

图6为本申请实施例提供的蜗轮与锁紧滑块另一个角度的爆炸图；

图7(a)为本申请实施例提供的锁紧机构解锁位置状态剖示图；

图7(b)为本申请实施例提供的锁紧机构锁紧位置状态剖示图；

图8为本申请实施例电限位组件一个角度的爆炸图；

图9为本申请实施例电限位组件另一个角度的爆炸图。

附图标记说明：

3、蜗轮蜗杆箱体；4、蜗杆；5、蜗轮；6、箱体压盖；7、锁紧滑块；8、电机；9、第一电机自调节件；10、第二电机自调节件；11、电机支撑架；12、蜗杆轴承；13、蜗杆隔圈；14、蜗杆轴承外压盖；15、蜗杆轴承内压圈；16、蜗轮隔圈；17、蜗轮轴承；18、蜗轮轴承外压盖；19、蜗轮轴承内压圈；20、磁铁座；21、磁铁；22、磁铁盖；23、霍尔元件电路板；24、霍尔固定座；

28、第一框架；29、第二框架；291、框架锥面；292、框架内孔；

41、蜗杆内六角槽；42、蜗杆外螺纹；43、蜗杆配合面；51、蜗轮外螺纹面；52、蜗轮齿面；53、梯形内螺纹；61、轴承固定端面；62、导向柱；63、固定孔；64、销孔；71、锁紧滑块螺纹柱；72、铜套；73、锥面；74、圆柱头；75、锁紧滑块螺纹孔；81、电机外圆柱面；82、电机定位平面；83、电机安装孔；84、编码器；91、第一导向面；92、第一内圆柱面；93、第一定位平面；94、第一螺纹孔；101、第二导向面；102、第二配合面；

201、螺纹柱；202、磁铁座腰形安装孔；203、第一磁铁固定面；211、磁铁外圆面；212、第一端面；213、第二端面；221、磁铁盖内螺纹；222、内圆面；223、第二磁铁固定面；231、霍尔元件；232、第一腰形安装孔；241、螺纹孔；242、第二腰形安装孔。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种锁紧机构，包括蜗轮蜗杆箱体3、蜗轮蜗杆组件、箱体压盖6、锁紧滑块7、电机8、电机自调节件组件、电限位装置，所述蜗轮蜗杆组件设置在所述蜗轮蜗杆箱体3内，所述箱体压盖一端设置有内圆柱面，对所述蜗轮进行轴向定位，所述箱体压盖的另一端设置有导向柱，与所述锁紧滑块配合，所述锁紧滑块一端设置有梯形螺纹柱，与所述蜗轮啮合，所述电限位装置中的磁铁组件与所述锁紧滑块连接，所述电限位装置中的霍尔组件与所述蜗轮蜗杆箱体连接；所述蜗杆一侧通过所述电机自调节组件与所述电机连接，另一侧通过蜗杆轴承外压盖和蜗杆轴承内压圈对所述蜗杆进行轴向定位。

具体的，所述蜗轮蜗杆组件包括一组轴线正交、相互啮合的蜗轮5和蜗杆4，所述蜗杆4为阿基米德蜗杆，材料为马氏体不锈钢；所述蜗轮5材料为锡青铜。

蜗轮蜗杆箱体3采用整体式结构形式，设置有蜗杆4和蜗轮5的安装面，蜗杆4通过蜗杆隔圈13、蜗杆轴承12安装在蜗轮蜗杆箱体3内，蜗杆4齿形两侧各有一段圆柱面，用于与蜗杆轴承12内圈配合；一侧通过蜗杆轴承外压盖14和蜗杆轴承内压圈15完成蜗杆4的轴向定位，所述蜗杆轴承外压盖14通过螺钉连接固定在蜗轮蜗杆箱体3上，蜗杆轴承内压圈15通过螺纹连接固定在蜗杆4的外螺纹面上；蜗杆4另一侧通过电机自调节组件和电机8相连接。

蜗轮蜗杆箱体3采用整体式结构形式，蜗轮5和蜗杆4的支撑面设置在同一结构件上，可以更好的保证蜗轮轴、蜗杆轴之间的垂直度和轴距，提高传动精度和接触强度，相比分体式箱体，具有更少的零件个数和更紧凑的结构，装配方便。

所述电机8包括输出轴和电机外壳，电机外壳通过电机支撑架固定在蜗轮蜗杆箱体3上；电机输出轴为带定位平面的圆柱轴，输出轴通过电机自调节组件与蜗杆4连接。输出轴上设置有电机外圆柱面81、电机定位平面82，外壳上设置有两个电机安装孔83，外壳后端设置有编码器84。

电机自调节组件包括第一电机自调节件和第二电机自调节件：

第一电机自调节件为圆柱结构，一侧设置两个长形凹槽，与第二电机自调节件配合调节，中间设置有带定位平面的圆柱面，与电机输出轴配合，第一电机自调节件上设置螺纹孔，用于安装顶丝，通过顶丝作用实现第一电机调节件和电机轴之间的轴向定位。具体的，第一电机自调节件9包括第一导向面91、第一内圆柱面92、第一定位平面93和第一螺纹孔94，第一内圆柱面92与电机外圆柱面81紧配合，通过电机定位平面82和第一定位平面93实现第一电机自调节件9和电机8之间的径向定位，通过在第一电机自调节件9的第一螺纹孔94内安装顶丝，顶住电机定位平面82，实现第一电机自调节件9和电机8之间的轴向定位，将第一电机自调节件9固定在电机8的输出轴上；

第二电机自调节件10为阶梯圆柱结构，一侧设置有腰形凹槽，与蜗杆4侧端面的腰形凸台配合调节，另一侧设置两个长形凸台，与第一电机自调节件的长形凹槽配合调节，两侧调节方向正交。具体的，腰形凹槽上设有第二导向面101，长形凸台上有第二配合面102，第二配合面102与第二导向面101法向正交，第二配合面102与第一电机自调节件9上的第一导向面91接触配合，第二导向面102的长度小于第一导向面91的长度，第一电机自调节件9可沿图3所示Z轴线方向窜动调节。

所述蜗杆4上设置有内六角槽41、蜗杆外螺纹42和腰型凸台，腰形凸台上有配合面43，内六角槽41用于与内六角扳手配合，可采用扳手对锁紧机构进行手动启动；配合面43与第二电机自调节件10上的第二导向面101接触配合，蜗杆4上腰形凸台的长度短于第二电机自调节件10上腰形凹槽的长度，第二电机自调节件10可沿图3所示Y轴线方向窜动调节；通过第一电机自调节件9和第二电机自调节件10的转接连接形式，可实现在两个方向的自调节功能，补偿电机输出轴线相对蜗杆轴线的偏差量。

电机输出轴通过电机自调节组件与蜗杆4相连接，电机自调节组件可实现两个方向的偏差补偿，电机外壳通过电机支撑架固定在蜗轮蜗杆箱体3上，当输出轴轴线与蜗杆轴线存在偏差时，可通过电机自调节组件进行补偿，消除电机输出轴偏心对传动系统的影响；相比传统的电机输出轴和从动件直接刚性连接的方式，自调节连接方式对电机座固定件和从动件之间的位置度要求和装配精度要求较低。

如图2、图5和图6所示，蜗轮5蜗轮隔圈16、蜗轮轴承17安装在蜗轮蜗杆箱体3内，一侧通过蜗轮轴承外压18和蜗轮轴承内压圈19完成蜗轮5的轴向定位，另一侧通过箱体压盖6完成轴向定位；所述蜗轮轴承外压盖18通过螺钉连接固定在蜗轮蜗杆箱体3上，蜗轮轴承内压圈19通过螺纹连接固定在蜗轮5的外螺纹上，箱体压盖6通过螺钉连接固定在蜗轮蜗杆箱体3上。

如图2、图5-图7所示，所述蜗轮5包括蜗轮外螺纹面51、蜗轮齿面52和梯形内螺纹53，蜗轮齿面52外形在通过蜗轮轴线平面内的截面为圆弧形，圆弧中心通过蜗杆3轴线，蜗轮齿面52弧形与蜗杆齿面外形匹配，保证蜗杆蜗轮啮合时为线接触；蜗轮外螺纹面51用于固定蜗轮轴承内压圈19；梯形内螺纹53与蜗轮齿面52共轴。

箱体压盖6为平板类结构，一侧设置有内圆柱面，用于蜗轮轴承定位，另一侧设置有四个长导向柱，为锁紧滑块提供导向，同时导向柱具有抗剪切作用，导向柱作为锁紧机构的抗剪切结构，将锁紧滑块7受到的剪切作用传递到蜗轮蜗杆箱体3上，保护内部传动螺纹，箱体压盖6通过螺钉固定在蜗轮蜗杆箱体3上。具体的，箱体压盖6包括轴承固定端面61、导向柱62、固定孔63，轴承固定端面61为蜗轮轴承17提供轴向定位，导向柱62沿轴线对称布置共四处，与锁紧滑块7配合为其提供导向作用，固定孔63用于将压盖6固定在箱体3上。

所述锁紧滑块7材料为马氏体不锈钢，锁紧滑块7主体为方形柱体，柱体上置有四个内圆柱面，圆柱面内镶嵌有一定厚度的铜套，材料为锡青铜，铜套与箱体压盖的四个导向柱配合；柱体一侧设置有梯型传动外螺纹，与蜗轮的梯型内螺纹配合；柱体另一侧端面为圆锥面，圆锥面前侧设置有圆柱凸台，用于与旋转框架配合实现框架的锁紧，凸台前端面为圆弧面。

更为具体的，所述锁紧滑块7包括锁紧滑块螺纹柱71、铜套72、锥面73、圆柱头74，螺纹孔75，锁紧滑块螺纹柱71为梯形外螺纹，与蜗轮5的梯形内螺纹53配合，进行扭矩的传递；铜套72采用过盈的方式镶嵌在锁紧滑块7内，铜套72的内径与箱体压盖6的导向柱62外径配合，锁紧滑块7在蜗轮5的扭矩和箱体压盖6的导向作用下，将旋转运动转换成直线运动；锥面73是锁紧配合面，其锥面角度与第二框架29锥面291的角度一致。

光电设备工作时，锁紧机构处于解锁状态，其位置关系如图7(a)所示，当设备发送“锁紧”指令时，锁紧滑块7向前伸出对第二框架29进行锁紧，锥面73与第二框架29的锥面291接触配合，锁紧机构在第二框架29和第一框架28之间建立刚性连接，如图7(b)所示，完成第二框架29的锁紧固定；当设备发送“解锁”指令时，锁紧滑块7向后平动缩回，锁紧滑块复位至图7(a)所示位置状态，与第二框架29脱离，完成第二框架29的解锁；此时第一框架28为光电设备的固定外壳，第二框架29为旋转框架，相对应的，第一框架28可为光电设备的旋转框架，第二框架29为固定外壳；锁紧滑块7的圆柱头74外圆径小于第二框架29内孔292的直径，锁紧时圆柱头74嵌入在第二框架29的内孔292中，防止外界冲击造成锥面73与锥面291的脱离，锁紧失效；锁紧滑块7上的螺纹孔75设置在锁紧滑块7侧面，与霍尔元件电路板23上的霍尔元件231相对，用于固定磁铁座20。

所述锁紧滑块7的铜套72与箱体压盖6的导向柱62之间的配合间隙，小于锁紧滑块7的螺纹柱71与蜗轮5的梯形内螺纹53之间的配合间隙，从而保证当锁紧滑块7受到框架28和框架29之间相对转动产生的剪切力作用时，可将作用力通过导向柱62传递到箱体压盖6和箱体3上，而不是通过梯形内螺纹53传递到内部传动件上，保护传动螺纹。

锁紧滑块7采用内嵌铜套的结构形式，在保证运动件之间良好耐磨性的前提下简化结构；锁紧滑块7前端面与第二框架29之间采用锥面接触的方式，实现第一框架28与第二框架29之间的连接，具有一定的自对中性，当第二框架29锥面291轴线与滑块7锥面73轴线存在偏差时，旋转框架可在锁紧机构推力分解出的扭矩作用下进行微转动，修正位置使轴线对中，保证锁紧机构与第二框架29之间的良好接触；同时锥面接触的锁紧方式可实现旋转框架三个方向的锁紧，得到更牢固的锁紧效果。

锁紧机构采用蜗轮蜗杆-梯形传动螺纹的二级传动形式，通过蜗轮蜗杆一级传动结构传递空间正交的两轴之间的运动关系，将动力输出布置在空间较为充裕的锁紧轴线垂直方向，实现空间位置的合理排布和高效利用，使机构整体更加紧凑，通过蜗轮蜗杆将动力传递到空间较为紧张的锁紧轴线方向上，带动蜗轮5转动；通过梯形螺纹二级传动结构将蜗轮5的旋转运动转化为锁紧滑块7的直线运动，可控的进行框架的锁紧以及反向的解锁过程。

所述电限位装置优选霍尔元件进行限位，包括霍尔元件电路板23、霍尔安装座24、磁铁21、磁铁座20和磁铁盖22。

具体的，如图1-图2、图8-图9所示，所述磁铁21优选圆柱形磁铁，固定在磁铁座20和磁铁盖22中间；所述磁铁座20包括螺纹柱201、磁铁座腰形安装孔202和第一磁铁固定面203；所述磁铁盖22为六边柱型，包括内螺纹221、内圆面222和第二磁铁固定面223；所述磁铁包括磁铁外圆面211、第一端面212和第二端面213。

磁铁盖22的内圆面222与磁铁21的外圆面211配合，为磁铁21提供径向定位，第二磁铁固定面223与磁铁21的第二端面213接触，磁铁盖内螺纹221与磁铁座20的螺纹柱201的配合，磁铁盖22通过螺纹连接固定在磁铁座20上，压紧磁铁21，磁铁21的第一端面212与磁铁座20的第一磁铁固定面203接触，为磁铁提供轴向定位。采用机械压紧的方式，通过磁铁座20和磁铁盖22的连接配合，完成磁铁21的固定，相对与胶粘固定磁铁的方式，使机构具有更高的可靠性和环境适应性。

磁铁组件通过磁铁座20的腰形安装孔202固定在锁紧滑块7的侧面上，与霍尔元件231相对，可沿图8所示Y轴线方向进行调节位置，随锁紧滑块7一同运动。

所述霍尔元件电路板23包括有霍尔元件231和第一腰形安装孔232，霍尔元件231与磁铁21相对，霍尔元件电路板23通过第一腰形安装孔232安装在霍尔固定座24上，可沿图8所示Z轴线方向进行调节位置；霍尔固定座24为L形结构形式，包括螺纹孔241和第二腰形安装孔242，螺纹孔241用于固定霍尔元件电路板23，第二腰形安装孔242用于将霍尔固定座24安装在蜗轮蜗杆箱体3上，可沿图8所示X轴线方向进行调节位置。通过磁铁座腰形安装孔202、第一腰形安装孔232和第二腰形安装孔242可实现磁铁21和霍尔元件231相对位置关系的三向可调，可根据使用需求，对磁铁21和霍尔元件231的位置进行调节以获得预期行程。

当设备发送“锁紧”指令时，锁紧滑块7带动磁铁21沿图8所示Y轴负方向向前平动伸出，当滑块7运动一定行程到达锁紧位置时，磁铁21进入霍尔元件231的感应范围，触发霍尔元件231的电限位信号，控制系统根据信号完成锁紧机构的电限位控制。

本申请蜗轮5和蜗杆4分别通过两个轴承固定在蜗轮蜗杆箱体3上，轴线正交；蜗杆4一侧通过电机自调节组件与电机8相连，另一侧设置有手动启动接口；蜗轮5与蜗杆4相互啮合，锁紧滑块7通过梯形螺纹柱71与蜗轮5啮合；当设备发送“锁紧”指令时，控制系统给锁紧机构上电，电机输出轴带动蜗杆4转动、蜗杆4带动蜗轮5转动，锁紧滑块7在梯形螺纹转动和箱体压盖6导向柱62的双重作用下，将旋转运动转化为直线运动，向前平动伸出，锁紧滑块7运动一定行程后与第二框架29接触，到达锁紧位置，滑块上固定的磁铁触发霍尔元件231的电限位信号，控制系统断电，完成框架的锁紧；当设备发送“解锁”指令时，控制系统给机构上电反转，锁紧滑块7向后平动缩回，编码器通过锁紧过程中记录的电机运动状态判断机构是否复位，当锁紧滑块7复位时，控制系统断电，完成框架的解锁。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。