CN103807398B - 一种复合式运动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式运动机构，包括位移输出轴、限位销、机构壳体、螺旋杆、丝杆、轴承、联轴器、旋转驱动元件，该运动机构的丝杆为位移输出轴提供直线运动动力，螺旋杆为位移输出轴提供旋转运动动力，利用限位槽的形式控制产生直线位移、旋转位移和组合位移，进而决定位移输出轴的输出形式，使用该发明能够使直线运动和旋转运动共用一套机构，通过调整结构参数或控制参数，就能够实现直线运动和旋转运动的组合动作序列，结构简单，体积、重量和功耗小，可以应用在大批量生产的专用自动化生产线设备、设备车辆舱门的自动开合等方面，具有很好的应用前景。

Description

一种复合式运动机构
技术领域
本发明涉及一种可完成直线运动和旋转运动的组合动作序列的机构，属于机构、机械技术领域，具体涉及一种复合式运动机构。
背景技术
在机械和自动控制工程应用中，有些设备需要完成直线运动和旋转运动的组合动作序列，这就需要使用直线运动驱动机构和旋转运动驱动机构交替完成动作序列，但这种模式的机构结构复杂，体积、重量和功耗都较大，在实际的应用中往往会受到设备的安装空间、外形尺寸等限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种复合式运动机构，利用丝杆为位移输出轴提供直线运动动力，利用螺旋杆为位移输出轴提供旋转运动动力，利用限位槽的形式控制产生直线位移、旋转位移或组合位移，进而决定位移输出轴的输出形式，能够使直线运动和旋转运动共用一套机构，通过调整结构参数或控制参数就能够实现直线运动和旋转运动的组合动作序列，结构简单，体积、重量和功耗小。
一种复合式运动机构，包括位移输出轴、限位销、机构壳体、螺旋杆、丝杆、轴承、联轴器、旋转驱动元件，其中，位移输出轴外圆周上加工有径向的安装孔，内表面加工有螺旋槽，机构壳体为中空的圆柱结构，内表面上加工有两个轴对称的轴向的凹槽，圆柱的两端外圆周上分别加工有连接法兰，圆柱的中空部分分为小直径部分和大直径部分，大直径部分加工有限位槽，螺旋杆为中空的圆柱结构，一端外圆周上加工有环形的凸台，凸台上加工有两个径向延伸的对称的耳片，外表面上加工有凸起的螺旋筋，内表面加工有螺纹，丝杆为圆柱结构，外表面加工有螺纹，旋转驱动元件的一端外圆周上加工有连接法兰；位移输出轴套装在机构壳体的大直径部分，能够沿机构壳体的轴向滑动或绕机构壳体的轴线旋转，限位销插在机构壳体的限位槽内，同时安装在位移输出轴的安装孔内，螺旋杆安装在机构壳体的小直径部分，且螺旋杆的两个对称的耳片安装在机构壳体的凹槽内，对螺旋杆的轴向滑动进行导向，螺旋杆的螺旋筋与位移输出轴的螺旋槽形成螺旋运动装配关系，螺旋杆的内螺纹与丝杆的外螺纹配合连接，轴承位于丝杆和联轴器之间，丝杆通过联轴器与旋转驱动元件的旋转轴连接，旋转驱动元件与机构壳体的一端通过连接法兰固定连接。
进一步的，限位槽的走向为一段直线或弧线或以上两种形式组合，直线段的长度、弧线段的弧度以及两种形式的组合次序根据具体输出需求进行设定和组合。
进一步的，位移输出轴内表面螺旋槽加工了部分或者全段，螺旋杆4内表面的螺纹加工了部分或全段。
有益效果：
1)本发明利用丝杆为位移输出轴提供直线运动动力，利用螺旋杆为位移输出轴提供旋转运动动力，利用限位槽的形式控制产生直线位移、旋转位移和组合位移，进而决定位移输出轴的输出形式，能够使直线运动和旋转运动共用一套机构，通过调整结构参数或控制参数，如直线和旋转运动的直线位移、角度位移及时间等参数，就能够实现直线运动和旋转运动的组合动作序列，结构简单，体积、重量和功耗小，可以应用在大批量生产的专用自动化生产线设备、设备车辆舱门的自动开合等方面，具有很好的应用前景。
2)本发明实施例中限位槽的走向为一段直线或弧线或以上两种形式组合，直线段的长度、弧线段的弧度以及两种形式的组合次序可以根据具体输出需求进行设定和组合。
限位槽的走向是直线时，位移输出轴就会输出直线位移，限位槽的走向是弧线时，位移输出轴就会输出旋转角度位移，限位槽的走向是是直线、弧线的组合时，位移输出轴就会输出相应的直线和旋转角度位移，改变直线段的长度、弧线段的弧度和组合次序，位移输出轴就回输出相应的螺旋式位移，该限位槽的走向为复合式运动机构输出形式提供了基础。
3)本发明实施例中位移输出轴1内表面螺旋槽加工了部分或者全段，螺旋杆4内表面的螺纹加工了部分或全段，可以根据具体的加工难度进行加工，加工部分和全段都可以实现本发明的目的，加工全段能够保证配合更稳定。
附图说明
图1复合式机构的结构示意图；
其中：1-位移输出轴，2-限位销，3-机构壳体，4-螺旋杆，5-丝杆，6-轴承，7-联轴器，8-旋转驱动元件，9-限位槽直线段，10-限位槽弧线段，11-凹槽、12螺旋槽、13安装孔。
图2复合式机构的局部剖视图；
图3是螺旋杆的结构示意图；
图4是螺旋杆的剖视图；
图5是机构壳体的结构示意图；
图6是位移输出轴的结构示意图；
图7是位移输出轴的剖视图；
图8是限位槽的走向和产生的输出轴输出位移效果示意图；
其中，a-限位槽的走向和输出轴的轴线平行的直线，位移输出轴1输出直线位移；
b-限位槽的走向是绕位移输出轴1的轴线的旋转的弧线，位移输出轴1输出旋转角度位移示意图；
c-限位槽的走向是沿轴向和绕轴向的组合，位移输出轴1按组合次序输出直线位移和旋转角度位移示意图；
d-限位槽的走向是位移输出轴1的轴向的螺旋，位移输出轴1输出绕轴线的螺旋式位移示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
一种复合式运动机构，包括位移输出轴1、限位销2、机构壳体3、螺旋杆4、丝杆5、轴承6、联轴器7、旋转驱动元件8，其中，位移输出轴1外圆周上加工有径向的安装孔13，内表面加工有螺旋槽12，机构壳体3为中空的圆柱结构，圆柱的两端外圆周上分别加工有连接法兰，圆柱的中空部分分为小直径部分和大直径部分，小直径部分内表面上加工有两个轴对称的轴向的凹槽11，大直径部分加工有限位槽，螺旋杆4为中空的圆柱结构，一端外圆周上加工有环形的凸台，凸台上加工有两个径向延伸的对称的耳片，外表面上加工有凸起的螺旋筋，内表面加工有螺纹，丝杆5为圆柱结构，外表面加工有螺纹，旋转驱动元件8的一端外圆周上加工有连接法兰。
其中，限位槽的走向为一段直线或弧线或以上两种形式组合，直线段的长度、弧线段的弧度以及两种形式的组合次序可以根据具体输出需求进行设定，为复合式运动机构输出形式提供了基础。
位移输出轴1内表面螺旋槽加工了部分或者全段，螺旋杆4内表面的螺纹加工了部分或全段，可以根据具体的加工难度进行加工，加工部分和全段都可以实现本发明的目的，加工全段能够保证配合更稳定。
连接关系为：位移输出轴1套装在机构壳体3的大直径部分，能够沿机构壳体3的轴向滑动或绕机构壳体3的轴线旋转，限位销2插在机构壳体3的限位槽内，同时安装在位移输出轴1的安装孔13内，螺旋杆4安装在机构壳体3的小直径部分，且螺旋杆4的两个对称的耳片安装在机构壳体3的凹槽11内，对螺旋杆4的轴向滑动进行导向，螺旋杆4的螺旋筋与位移输出轴1的螺旋槽12形成螺旋运动装配关系，螺旋杆4的内螺纹与丝杆5的外螺纹配合连接，轴承6位于丝杆5和联轴器7之间，限定了丝杆5轴向和径向的自由度，丝杆5通过联轴器7和旋转驱动元件8的旋转轴连接，旋转驱动元件8与机构壳体3的一端通过连接法兰固定连接，机构壳体3的另一端通过连接法兰与其他装置连接。
一种复合式运动机构，该机构的工作原理为：
当丝杆5被电机等旋转驱动元件8旋转驱动时，丝杆5将驱动螺旋杆4进行直线运动，螺旋杆4的螺旋筋与位移输出轴1的螺旋槽12，构成螺旋运动副，限位销2插在机构壳体3的限位槽内，同时，限位销2安装在位移输出轴1的安装孔13内，这样限位销2就限制了位移输出轴1沿机构壳体3限位槽的走向运动。
当机构壳体3的限位槽的走向和输出轴的轴线平行的直线时，如图5中9所示，限位销2就会限制位移输出轴1的旋转自由度，使位移输出轴1和螺旋杆4沿它们的轴向进行整体直线运动，保证螺旋杆4和位移输出轴1之间不会出现相对运动，所以位移输出轴1只能进行轴向的直线位移，如图8中a所示。
当机构壳体3的限位槽的走向是绕位移输出轴1的轴线的旋转的弧线时，如图5中10所示，限位销2就会限制位移输出轴1的直线运动自由度，螺旋杆4的螺旋凸起筋就会在位移输出轴1的螺旋槽12内相对运动，从而使位移输出轴1绕机构壳体3的轴线进行旋转运动，这时位移输出轴1就会输出旋转位移，如图8中b所示。
当机构壳体3的限位槽的走向是和位移输出轴1的轴线平行的直线和绕位移输出轴1轴线的旋转的弧线的组合形式时，限位销2就会使位移输出轴1既输出直线位移也输出旋转角度位移，如图8中c所示。
当改变机构壳体3上的限位槽的直线段的长度值和弧线段的弧度值时，位移输出轴1就会输出相应的直线位移值和旋转角度位移值，改变机构壳体3上的限位槽的直线段和旋转段的数量和组合次序，就会使位移输出轴1输出相应的直线位移和旋转位移的组合次序的位移，如图8中d所示，限位槽的走向是位移输出轴1的轴向的螺旋，位移输出轴1输出绕轴线的螺旋式位移示意图。
该复合式运动机构已经应用于探月工程月球样品封装装置上。

Claims (3)

1.一种复合式运动机构，其特征在于，包括位移输出轴(1)、限位销(2)、机构壳体(3)、螺旋杆(4)、丝杆(5)、轴承(6)、联轴器(7)、旋转驱动元件(8)，其中，位移输出轴(1)外圆周上加工有径向的安装孔，内表面加工有螺旋槽，机构壳体(3)为中空的圆柱结构，内表面上加工有两个轴对称的轴向的凹槽，圆柱的两端外圆周上分别加工有连接法兰，圆柱的中空部分分为小直径部分和大直径部分，大直径部分加工有限位槽，螺旋杆(4)为中空的圆柱结构，一端外圆周上加工有环形的凸台，凸台上加工有两个径向延伸的对称的耳片，外表面上加工有凸起的螺旋筋，内表面加工有螺纹，丝杆(5)为圆柱结构，外表面加工有螺纹，旋转驱动元件(8)的一端外圆周上加工有连接法兰；位移输出轴(1)套装在机构壳体(3)的大直径部分，能够沿机构壳体(3)的轴向滑动或绕机构壳体(3)的轴线旋转，限位销(2)插在机构壳体(3)的限位槽内，同时安装在位移输出轴(1)的安装孔内，螺旋杆(4)安装在机构壳体(3)的小直径部分，且螺旋杆(4)的两个对称的耳片安装在机构壳体(3)的凹槽内，对螺旋杆(4)的轴向滑动进行导向，螺旋杆(4)的螺旋筋与位移输出轴(1)的螺旋槽形成螺旋运动装配关系，螺旋杆(4)的内螺纹与丝杆(5)的外螺纹配合连接，轴承(6)位于丝杆(5)和联轴器(7)之间，丝杆(5)通过联轴器(7)与旋转驱动元件(8)的旋转轴连接，旋转驱动元件(8)与机构壳体(3)的一端通过连接法兰固定连接。
2.如权利要求1所述的一种复合式运动机构，其特征在于，所述的限位槽的走向为一段直线或弧线或以上两种形式组合，直线段的长度、弧线段的弧度以及两种形式的组合次序根据具体输出需求进行设定和组合。
3.如权利要求1所述的一种复合式运动机构，其特征在于，位移输出轴(1)内表面螺旋槽加工了部分或者全段，螺旋杆(4)内表面的螺纹加工了部分或全段。
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