CN102296904B - 一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构 - Google Patents

Abstract

本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构涉及的是一种车辆塞拉门的塞拉密封启闭机构，特别是一种高铁或其他轨道车辆塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构。包括门架、电机、主动齿轮、齿带、承载轴、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮、承载轴套、联杆、导杆套、携门导杆、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；主动齿轮、齿带、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮组成齿带机构；带夹与承载轴套、联杆、导杆套固结为一体，与承载轴、携门导杆、门架等组成单轴导杆机构；承载轴、承载轴套、导杆套又与滚子、滚子轴、携门导杆、槽型凸轮、门页组成槽型凸轮机构，上述三机构相互联接构成塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构。

Description

一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构

技术领域

本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构涉及的是一种车辆塞拉门的塞拉密封启闭机构，特别是一种高铁或其他轨道车辆塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构。

背景技术

目前国内外轨道车辆自动门主要有塞拉门、外挂门和内藏门三大系列门***，其传动方式主要有螺旋传动、齿带(即同步齿形带)传动两种。

塞拉门***常为单扇或双扇门页，为双扇时一方面要实现两扇对开和对关的门页启闭移动运动，一方面要实现对开时向外或对关时向内的门页塞拉运动，以保证关门后有良好的密封效果。螺旋传动是指门***的左、右两扇分别通过螺母组件与螺杆相连，螺杆为左旋和右旋对称结构，通过驱动元件的驱动，使螺杆做旋转运动，同时带动两扇门页的螺母组件做相反方向的运动，达到两扇门页同步运动的状态；齿带（即同步齿形带）传动是指门***的左、右两扇门页分别通过齿带夹板与齿带两侧相连，齿带两端有齿带轮架，由齿带形成一个闭环，通过驱动元件的驱动，使齿带绕着齿带轮做旋转运动，同时带动两扇门页做相反方向的运动，达到两扇门页同步运动的状态。为单扇时也要实现上述的塞拉密封启闭运动，只不过是实现一扇的单开和单关而已。

从塞拉-启闭功能看，国内外现有塞拉门大体分为三种类型：

1）国产A公司的A型塞拉门，沿x方向实现门的对开与关，沿y方向实现塞拉运动达到密封，但是沿x方向运动的承载轴不固定，它同时沿y方向移动，因此承载轴稳定性稍差，结构尺寸大，占用的空间大；

2）国外B公司的B型塞拉门，沿x方向实现门的对开与关，x方向移动的承载轴固定，刚性好，塞拉运动是采用绕x轴旋转的摇杆摆动，带动双摇杆机构实现门的塞拉，其刚性较好，但结构尺寸较大，且作塞拉时，门页有一个上下的摆动量，会影响门页快速开关时的动态稳定性；

3）国外C公司的C型塞拉门，同样沿x方向实现门的对开与关，承载轴固定，门的塞拉运动是采用绕z轴转动的四杆机构实现门的塞拉密封，其刚性较好，但作塞拉时，门页沿z轴方向须加强支撑，使结构尺寸较大，成本较高。

从启闭传动方式看，由于螺旋传动具有运动准确、易于平衡、扭矩大等特点，故目前国内外塞拉门***采用螺旋传动者较多，但螺旋传动制造精度要求高，需要较大驱动才能完成预定的动作，故占用空间大、重量大，且易磨损，润滑、密封要求很高，维护维修频次高，使得制造成本较高；齿带传动虽具有柔性传动，精度要求低，所需驱动小，易于维护维修，制造成本低等优点，但带易打滑和延伸等缺点，导致其应用受限。

如何克服现有技术不足，使塞拉门设计既能实现重量轻、尺寸小的轻量化，又能实现运动-密封的可靠性和降低成本的经济性，是人们一直在关注和研究的问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足之处，提供种一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，以实现减小机构尺寸和重量、降低制造成本、提高运动-密封可靠性的目的。

近年来齿带传动从材料、结构方面进行了较大的改进，如氯丁橡胶齿带采用玻璃纤维抗拉层、氯丁橡胶带齿、带背及尼龙包布层，聚氨酯涤纶抗拉齿带等，综合了齿轮、链和带传动的优点，克服了传统齿带传动的延伸、易损、承载能力不高等缺点，具有传动准确、噪声小、承载能力高、寿命长、可靠性高、节能高效、预紧力小等特点。

本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构采取以下技术方案实现： 

本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构包括门架、电机、主动齿轮、齿带、承载轴、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮、承载轴套、联杆、导杆套、携门导杆（简称导杆）、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；其中主动齿轮、齿带、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮组成齿带机构；带夹与承载轴套、联杆、导杆套固结为一体，与承载轴、携门导杆、门架等组成单轴导杆机构；承载轴、承载轴套、导杆套又与滚子、滚子轴、携门导杆、槽型凸轮与门页组成槽型凸轮机构，所述齿带机构、单轴导杆机构和槽型凸轮机构相互联接构成塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构。

上述为本发明的单扇门机构，其中单轴导杆机构和槽型凸轮机构所有构件向右面对称，并将电机与轴承座、张紧装置距离拉长，即可获得双扇门机构；双扇门齿带机构的上下齿带上，分别装有2个带夹，呈对称分布，左边带夹装于下方称为下带夹、右面带夹装于上方称为上带夹，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现两扇门页的同时对开、对关及塞拉作业。

门架与车体相固结，是用于固定塞拉门传动***的机架，电机、张紧装置、轴承座、承载轴、槽型凸轮均固定在门架上；齿带机构左端，主动齿轮通过键联接装于电机轴，与齿带相啮合，齿带沿X方向右侧通过螺栓固接有带夹；齿带机构右端，从动齿轮通过键联接装于轴承座轴，轴承座与张紧装置相连接；带夹下端又通过螺栓与承载轴套相联接，承载轴套与承载轴组成移动副，可在其上沿X轴运动；承载轴套下端通过联杆与导杆套相固结；导杆套与导杆组成移动副，导杆沿Y方向右侧装有滚子轴，滚子轴上端有滚子，滚子装于槽型凸轮内，能沿槽型凸轮作滚动运动，槽型凸轮可做成如直线加折线或其它曲线形状。

本发明塞拉门的启闭塞拉密封运动工作原理：

电机得电通过主动齿轮驱动齿带及其上带夹沿X方向作往复直线运动，同时带动从动齿轮作旋转运动；由于带夹与承载轴套固为一体，且通过联杆与承载轴套、导杆套相固结，故使得导杆套带动导杆一起沿X方向作直线运动；又由于导杆上联接有滚子、滚子轴、门页，故同时通过带动门页沿x方向移动，实现门页的开与关；由于导杆与门页是被动运动，其上滚子受槽型凸轮的运动限制，故导杆与门页只能沿槽型凸轮运动。

槽型凸轮可设计成直线加折线的几何形状，直线部分控制门页的直线开与关，而折线部分迫使门页走一段折线，以实现门页的塞拉复合运动。即当滚子在导杆的带动下沿槽型凸轮的直线部分移动时，能带动塞拉门走直线轨迹，实现门页的开与关；当滚子走到槽型凸轮的折线部分时，则带动门页走一段折线，实现门页的塞拉复合运动。

上述齿带机构、单轴导杆机构、槽型凸轮机构的相互连接与运动情况，可在YOZ平面内观察；其中带夹与承载轴套固为一体，通过联杆与承载轴套、导杆套相互固结；导杆与门页随滚子轴、滚子可沿导杆套轴线运动。

齿带机构的张紧装置中装有调节螺杆、锁紧螺母、张紧弹簧、燕尾动板、底座、弹簧导柱、定板、镶条等；张紧装置采用燕尾导轨联接、弹簧张紧、双螺母锁紧与调节方式：轴承座下端为燕尾动板，通过镶条调节与底座燕尾槽的配合松紧度，轴承座下端左侧固结有弹簧导柱，定板设于底座左侧，锁紧螺母与调节螺杆相配合，调节螺杆右端为弹簧导柱结构，两弹簧导柱之间设有张紧弹簧，调节螺杆通过双螺母调节后实现预紧、锁紧，使齿带松紧适中、正常使用；工作过程中由于弹簧的预紧作用，产生一个将从动齿轮向外的推力，实现齿带传动的自动张紧。

本发明的有益效果：用于高铁或其他轨道车辆塞拉门的塞拉密封与启闭机构，要求门页启闭迅速，塞拉密封可靠。本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，与上述国内外塞拉门机构相比，具有以下特点：

1）承载轴两端均固定在门架上，与国产A型塞拉门承载轴整体参与运动的情况相比，不仅承载能力大幅提高，整体强度、刚度显著增加；运动部分零部件数量、重量明显下降，结构大为简化，可实现塞拉门机构与传动***的轻量化。

2）与国外B、C型塞拉门相比，结构简单紧凑，运动构件数大为减少，具有尺寸小、重量轻、成本低的明显优势，且运动时门页没有上下的摆动量，使门页快速开关时的动态稳定性明显提高，具有塞拉密封可靠与门页启闭迅速的特点。

3）与目前国外A、B、C型中多数使用的螺旋传动塞拉门相比，本发明的齿带传动与张紧结构，具有耐油、耐潮、无需润滑、寿命长、运行可靠、自动张紧等优点，且允许线速度高，传递功率大，传动效率可达0.98；A型塞拉门的螺旋传动噪声约75dB,而齿带传动一般约50dB，若采用螺旋角8°左右的斜齿带传动，可达45dB以下，真正实现塞拉门传动***的低噪声。

4）因为导杆与塞拉门门页相固结，需通过导杆套作塞拉运动，其所受弯扭应力很大，因此机构中巧妙地将承载轴套、导杆套相互联接，一方面增加了导杆长度，使其强度、刚度显著提高；另一方面使承载轴受力更趋合理，大大提高了导杆套自身抗弯扭变形的承载能力。

5）为进一步提高导杆、导杆套的承载能力，可将其移动副选用花键链接，具有定心精度高、应力集中小和相对运动的稳定性好等特点。

6）齿带机构的张紧装置采用燕尾导轨结构、弹簧张紧、双螺母锁紧与调节方式，利用弹簧的适当推力，可轻松地实现齿带传动的自动张紧。

7）本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，不仅适于普通塞拉距离的塞拉门，同时也适合具有微动塞拉的塞拉门机构，此时只需调整槽型凸轮的形状尺寸即可。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明塞拉门单扇门空间机构运动简图。

图2是本发明塞拉门空间机构YOZ平面运动简图。

图3是本发明塞拉门双扇门齿带传动机构俯视图。

图4是本发明塞拉门齿带机构张紧装置右视图。

具体实施方式

参照附图1～4，一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构包括门架1、电机2、主动齿轮3、齿带4、承载轴5、带夹6、张紧装置7、轴承座8、从动齿轮9、承载轴套10、联杆11、导杆套12、携门导杆（简称导杆）13、滚子14、滚子轴15、槽型凸轮16、门页17等组成；其中主动齿轮3、齿带4、带夹6、张紧装置7、轴承座8、从动齿轮9组成齿带机构；带夹6与承载轴套10、联杆11、导杆套12固结为一体，与承载轴5、携门导杆13、门架1等组成单轴导杆机构；承载轴5、承载轴套10、导杆套12又与滚子14、滚子轴15、导杆13、槽型凸轮16与门页17组成槽型凸轮机构，所述齿带机构、单轴导杆机构和槽型凸轮机构相互联接构成塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，此为本发明的单扇门机构。

图1中所述齿带机构、单轴导杆机构和槽型凸轮机构相互联接构成单扇门机构，单扇门机构所有构件向右面对称，若其中单轴导杆、槽型凸轮组合空间机构所有构件向右面对称，并将电机2与轴承座8、张紧装置7距离拉长，即可获得双扇门机构；图2所示即双扇门齿带机构俯视图，由图可知双扇门齿带机构的上下齿带上，分别装有2个带夹，呈对称分布，左边带夹装于下方、右面带夹装于上方，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现塞拉门门页的对开、对关及塞拉作业。

门架1与车体相固结，是用于固定塞拉门传动***的机架，电机2、张紧装置7、轴承座8、承载轴5、槽型凸轮16均固定在门架1上；齿带机构左端，主动齿轮3通过键联接装于电机轴，与齿带4相啮合，齿带4沿X方向右侧通过螺栓固接有带夹6；齿带机构右端，从动齿轮9通过键联接装于轴承座轴，轴承座8与张紧装置7相连接；带夹6下端又通过螺栓与承载轴套10 相联接，承载轴套10与承载轴5组成移动副，可在其上沿X轴运动；承载轴套10下端通过联杆11与导杆套12相固结；导杆套12与携门导杆13组成移动副，携门导杆13沿Y方向右侧装有滚子轴15，滚子轴15上端有滚子14，滚子14装于槽型凸轮16内，能沿槽型凸轮16作滚动运动。

所述槽型凸轮16可采用直线加折线或其它曲线形状。

由图1可知，塞拉门的启闭塞拉密封运动可按下述过程实现：电机2得电通过主动齿轮3驱动齿带4及其带夹6沿X方向作往复直线运动，同时带动从动齿轮9作旋转运动；由于带夹6与承载轴套10固为一体，且通过联杆 11与承载轴套10、导杆套12相固结，故使得导杆套12带动携门导杆13一起沿X方向作直线运动；又由于携门导杆13上联接有滚子14、滚子轴15、门页17，故同时通过带动门页17沿x方向移动，实现门页17的开与关；由于携门导杆13与门页17是被动运动，其上滚子14受槽型凸轮16的运动限制，故携门导杆13与门页17只能沿槽型凸轮16的槽型曲线运动。

槽型凸轮16可设计成直线加折线的几何形状，直线部分控制门页的直线开与关，而折线部分迫使门页走一段折线，以实现门页17的塞拉复合运动。即当滚子14在导杆13的带动下沿槽型凸轮16的直线部分移动时，能带动塞拉门走直线轨迹，实现门页17的开与关，如图1中双点划线所示；当滚子14走到槽型凸轮16的折线部分时，则带动门页17走一段折线，实现门页17的塞拉复合运动，如图1中粗实线所示。

由图2可看到此空间机构在YOZ平面内齿带机构、单轴导杆机构、槽型凸轮机构的相互连接与运动情况，尤其是带夹6与承载轴套10固为一体，通过联杆11与承载轴套10、导杆套12相互固结；导杆与门页可随滚子轴、滚子沿槽型凸轮运动。

图3为塞拉门双扇门的齿带机构部分俯视图，图4为齿带机构张紧装置右视图，图3、4中表达了电机2、主动轮3、齿带4、带夹6、上带夹18、调节螺栓7-1、锁紧螺母A 7-2、张紧弹簧7-3、燕尾动板7-4、底座7-5、弹簧导柱7-6、定板架7-7、锁紧螺母B 7-8、镶条7-9、轴承座8、轴承座轴8-1、从动轮9的相对位置与装配关系。

由图3俯视方向可知，两个带夹在齿带传动中为右在上、左在下，对称布局，可实现两扇门页的对开、对关作业；图3结合图4的齿带机构张紧装置右视图，可知轴承座8与张紧装置7采用燕尾槽联接、弹簧张紧、双螺母的预紧-锁紧与调节方式：轴承座8下部固联有燕尾动板7-4，通过镶条7-9与底座7-5的燕尾槽实现动配合；调节螺杆7-1可旋入底座7-5左侧固结的定板7-7，调节螺杆7-1右端为弹簧导柱结构，与固结于燕尾动板7-4左端的弹簧导柱7-6之间装有张紧弹簧7-3；通过锁紧螺母A 7-2、锁紧螺母B 7-8的双螺母调节，可实现张紧弹簧7-3的预紧-锁紧与调节，使齿带松紧适中、正常使用；底座7-5与门架1相固接，工作过程中由于张紧弹簧7-3的作用，使轴承座与从动齿轮沿燕尾槽方向，可实现齿带传动的自动张紧。

用于高铁或其他轨道车辆塞拉门的塞拉密封启闭机构，要求门页开关门迅速，塞拉密封可靠。本发明一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，与上述国内外塞拉门机构相比有较大的区别，不仅能满足上述要求，而且结构简单紧凑，噪声小、尺寸小、重量轻、成本低，传动稳定性好、工作可靠度高。

Claims (4)

1.一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于包括门架、电机、主动齿轮、齿带、承载轴、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮、承载轴套、联杆、导杆套、携门导杆、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；其中主动齿轮、齿带、带夹、张紧装置、轴承座、从动齿轮组成齿带机构；带夹与承载轴套、联杆、导杆套固结为一体，与承载轴、携门导杆、门架组成单轴导杆机构；承载轴、承载轴套、导杆套又与滚子、滚子轴、携门导杆、槽型凸轮、门页组成槽型凸轮机构，所述齿带机构、单轴导杆机构和槽型凸轮机构相互联接构成塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构；

所述门架与车体相固结，是用于固定塞拉门传动***的机架，电机、张紧装置、轴承座、承载轴、槽型凸轮均固定在门架上；齿带机构左端，主动齿轮通过键联接装于电机轴，与齿带相啮合，齿带沿X方向右侧通过螺栓固接有带夹；齿带机构右端，从动齿轮通过键联接装于轴承座轴，轴承座与张紧装置相连接；带夹下端又通过螺栓与承载轴套相联接，承载轴套与承载轴组成移动副，可在承载轴上沿X轴运动；承载轴套下端通过联杆与导杆套相固结；导杆套与携门导杆组成移动副，携门导杆沿Y方向右侧装有滚子轴，滚子轴上端有滚子，滚子装于槽型凸轮内，能沿槽型凸轮作滚动运动；

电机得电通过主动齿轮驱动齿带及其上带夹沿X方向作往复直线运动，同时带动从动齿轮作旋转运动；由于带夹与承载轴套固为一体，且通过联杆与承载轴套、导杆套相固结，故使得导杆套带动携门导杆一起沿X方向作直线运动；又由于携门导杆上联接有滚子、滚子轴、门页，故同时通过带动门页沿x方向移动，实现门页的开与关；由于携门导杆与门页是被动运动，其上滚子受槽型凸轮的运动限制，故携门导杆与门页只能沿槽型凸轮运动；

槽型凸轮为直线加折线的几何形状，直线部分控制门页的直线开与关，而折线部分迫使门页走一段折线，以实现门页的塞拉复合运动；即当滚子在携门导杆的带动下沿槽型凸轮的直线部分移动时，能带动塞拉门走直线轨迹，实现门页的开与关；当滚子走到槽型凸轮的折线部分时，则带动门页走一段折线，实现门页的塞拉复合运动。

2.根据权利要求1所述的一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述齿带机构、单轴导杆机构和槽型凸轮机构相互联接构成单扇门机构，可实现门页的对开、对关及塞拉作业，其中单轴导杆机构和槽型凸轮机构的所有构件向右面对称，并将电机与轴承座、张紧装置距离拉长，即可获得本发明的双扇门机构；双扇门齿带机构的上齿带和下齿带上各装有1个带夹，呈对称分布，左边带夹装于下方、右面带夹装于上方，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现双扇门门页的对开、对关及塞拉作业。

3.根据权利要求1所述的一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述槽型凸轮采用直线加折线或其它曲线形状。

4.根据权利要求1所述的一种塞拉门齿带单轴导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述齿带机构的张紧装置中装有调节螺杆、锁紧螺母、张紧弹簧、燕尾动板、底座、弹簧导柱、定板和镶条；张紧装置采用燕尾导轨联接、弹簧张紧、双螺母锁紧与调节方式：轴承座下端为燕尾动板，通过镶条调节与底座燕尾槽的配合松紧度，轴承座下端左侧固结有弹簧导柱，定板设于底座左侧，锁紧螺母与调节螺杆相配合，调节螺杆右端为弹簧导柱结构，两弹簧导柱之间设有张紧弹簧。

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