CN106594220A - 基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置 - Google Patents

Abstract

一种基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，包括动力提供及制动装置、分度装置、可调行程曲柄滑块装置；动力提供及制动装置的变频调速电机通过弹性套柱销联轴器与制动器的输入端连接，制动器输出端将动力传至分度装置；分度装置即非圆齿轮分割器，其输入端与制动器输出端连接、输出端与可调行程曲柄滑块装置连接；可调行程曲柄滑块装置由曲柄盘、调节螺栓、连杆、工作执行装置、铰接装置组成，曲柄盘与非圆齿轮分割器输出端以及连杆连接，连杆通过铰接装置与工作执行装置连接。该装置不仅实现工作机构的间歇往复移动，而且移动行程大且行程范围可调，运动精度高，冲击和噪音很小，传动效率高，使用寿命长，可用于高速重载。

Description

基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置

技术领域

本发明属于机械传动领域，具体涉及一种基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置。

背景技术

在工程实际中，间歇运动机构的应用非常广泛。例如，牛头刨床工作台的横向进给运动的实现，电影放映机的送片运动的实现，自动化生产线中的送料、包装、检测等工序的完成，机床加工中自动换刀机械手自动换刀过程的实现等。

目前工程中用来实现间歇运动的机构主要有凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等，绝大多数间歇运动机构仅涉及回转类间歇运动，对于移动式间歇运动的机构却少之又少，即使有少数机构能够实现间歇移动的功能，也存在移动行程的改变和速度的调节困难，运动精度很难达到设计要求等一系列问题。例如凸轮机构一旦设计完成之后移动行程无法改变，同时受最小压力角的限制从而行程不能太大，并且轮廓加工困难，使用时即使润滑良好，也存在磨损严重和寿命较低等问题。而棘轮机构、不完全齿轮机构的动力学特性较差，特别是在中高速存在较大的冲击，一般只用于低速轻载的间歇运动，对于平稳性要求较高的场合不太适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对工程中有可调行程式间歇往复直线运动的机构需求，以及现有间歇运动机构不能满足使用要求，提供一种基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，不仅能够实现工作机构的间歇往复移动，还具有移动行程大且行程范围可调，运动精度高，冲击和噪音很小，传动效率高，使用寿命长，可用于高速重载等优点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，包括动力提供及制动装置、分度装置和可调行程曲柄滑块装置三部分；

所述动力提供及制动装置由变频调速电机、弹性套柱销联轴器、制动器组成，变频调速电机通过弹性套柱销联轴器与制动器的输入端连接，制动器输出端将动力传至分度装置；

所述分度装置即非圆齿轮分割器，非圆齿轮分割器输入端通过B型平键与制动器输出端连接，非圆齿轮分割器输出端通过连接螺钉与可调行程曲柄滑块装置连接；

所述可调行程曲柄滑块装置由曲柄盘、调节螺栓、连杆、工作执行装置、铰接装置组成，曲柄盘通过连接螺钉与非圆齿轮分割器输出端连接，同时曲柄盘通过调节螺栓与连杆连接，连杆通过铰接装置与工作执行装置连接，工作执行装置在地面上直线运动。

按上述方案，所述非圆齿轮分割器包括机壳部分和非圆齿轮行星轮系部分，所述机壳部分由输入端盖、第一弹簧垫圈、第一内六角圆柱头螺钉、箱体、输出轴承盖、唇形密封圈、第二弹簧垫圈、第二内六角圆柱头螺钉、调整垫片、第四内六角圆柱头螺钉、第三弹簧垫圈和电机安装基座组成，输入端盖通过第一弹簧垫圈和第一内六角圆柱头螺钉与箱体紧固连接，电机安装基座通过第四内六角圆柱头螺钉和第二弹簧垫圈与输入端盖紧固连接，输出轴承盖通过唇形密封圈、第二弹簧垫圈、第二内六角圆柱头螺钉、调整垫片与箱体紧固连接；

所述非圆齿轮行星轮系部分由深沟球轴承、行星架、第一A型平键、第一非圆齿轮、行星轴、孔用挡圈、第一圆锥滚子轴承、C型平键、行星圆柱直齿轮、锁紧螺母、第二圆锥滚子轴承、齿轮轴、输入轴、第二A型平键、第二非圆齿轮、圆柱销和第三内六角圆柱头螺钉组成，输入轴通过第二A型平键与行星架连接，行星架通过深沟球轴承与机壳部分的箱体形成转动副连接，行星架通过第一圆锥滚子轴承及孔用挡圈与行星轴连接成转动副；行星轴一端通过第一A型平键和与第一非圆齿轮连接，另一端通过C型平键和锁紧螺母与行星圆柱直齿轮连接；齿轮轴通过第二圆锥滚子轴承与箱体形成转动副；行星圆柱直齿轮与齿轮轴上的圆柱齿轮形成啮合关系；第一非圆齿轮与第二非圆齿轮形成啮合关系，第二非圆齿轮通过圆柱销和第三内六角圆柱头螺钉与机壳部分的输入端盖紧固连接。

按上述方案，所述曲柄盘上开有可调曲柄半径的圆弧槽，调整调节螺栓在圆弧槽中的位置，获得不同半径大小的曲柄半径长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明装置能够实现间歇式往复直线运动，不仅弥补了凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构不能改变行程，冲击、噪声大，应用限于低速轻载场合等缺点，同时还具有运动精度高，传动效率高，使用寿命长等优点；

2、由于目前多轴联动数控机床的普及，其中的非圆齿轮同样可以适应批量生产，其加工工艺只需在已有的圆柱齿轮加工工艺上稍加改进即可完成，因此该机械装置具有良好的工程应用价值和前景。

附图说明

图1为本发明可调行程式间歇移动机械装置的总装配结构示意图；

图2为本发明可调行程式间歇移动机械装置的平面示意图；

图3为图1中非圆齿轮分割器的具体结构示意图；

图4为图3中第一非圆齿轮的零件结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图3中第二非圆齿轮的零件结构示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为本发明可调行程曲柄滑块装置的原理示意图；

图9为本发明实施例的ADAMS仿真曲线图；

图1和图2中：1.变频调速电机，2.弹性套柱销联轴器，3.制动器，4.非圆齿轮分割器，5.曲柄盘，6.连接螺钉，7.调节螺栓，8.连杆，9.工作执行装置，10.铰接装置；

图3中：401.输入端盖，402.第一弹簧垫圈，403.第一内六角圆柱头螺钉，404.深沟球轴承，405.行星架，406.第一A型平键，407.第一非圆齿轮，408.行星轴，409.孔用挡圈，410.圆锥滚子轴承，411.C型平键，412.行星圆柱直齿轮，413.锁紧螺母，414.箱体，415.输出轴承盖，416.唇形密封圈，417.第二弹簧垫圈，418.第二内六角圆柱头螺钉，419.调整垫片，420.圆锥滚子轴承，421.齿轮轴，422.输入轴，423.第二A型平键，424.第二非圆齿轮，425.圆柱销，426.第三内六角圆柱头螺钉，427.第四内六角圆柱头螺钉，428.第三弹簧垫圈，429.电机安装基座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进一步的描述，所举实例只用于解释说明本发明，并非限定本发明的应用范围。

如图1～图2所示，本发明实施例所述的基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，包括动力提供及制动装置、分度装置和可调行程曲柄滑块装置三部分；

动力提供及制动装置由变频调速电机1、弹性套柱销联轴器2、制动器3组成，变频调速电机1通过弹性套柱销联轴器2与制动器3的输入端连接，制动器3输出端将动力传至分度装置；

分度装置即非圆齿轮分割器4，非圆齿轮分割器4输入端通过B型平键与制动器3输出端连接，非圆齿轮分割器4输出端通过连接螺钉6与可调行程曲柄滑块装置连接；

可调行程曲柄滑块装置由曲柄盘5、调节螺栓7、连杆8、工作执行装置9、铰接装置10组成，曲柄盘5通过连接螺钉6与非圆齿轮分割器4输出端连接，同时曲柄盘5通过调节螺栓7与连杆8连接，连杆8通过铰接装置10与工作执行装置9连接，工作执行装置9在地面上直线运动。

参照图3所示，非圆齿轮分割器4包括机壳部分和非圆齿轮行星轮系部分，机壳部分由输入端盖401、第一弹簧垫圈402、第一内六角圆柱头螺钉403、箱体414、输出轴承盖415、唇形密封圈416、第二弹簧垫圈417、第二内六角圆柱头螺钉418、调整垫片419、第四内六角圆柱头螺钉427、第三弹簧垫圈428和电机安装基座429组成，输入端盖401通过第一弹簧垫圈402和第一内六角圆柱头螺钉403与箱体414紧固连接，电机安装基座429通过第四内六角圆柱头螺钉427和第二弹簧垫圈428与输入端盖401紧固连接，输出轴承盖415通过唇形密封圈416、第二弹簧垫圈417、第二内六角圆柱头螺钉418、调整垫片419与箱体414紧固连接；

非圆齿轮行星轮系部分由深沟球轴承404、行星架405、第一A型平键406、第一非圆齿轮407、行星轴408、孔用挡圈409、第一圆锥滚子轴承410、C型平键411、行星圆柱直齿轮412、锁紧螺母413、第二圆锥滚子轴承420、齿轮轴421、输入轴422、第二A型平键423、第二非圆齿轮424、圆柱销425和第三内六角圆柱头螺钉426组成，输入轴422通过第二A型平键423与行星架405连接，行星架405通过深沟球轴承404与机壳部分的箱体414形成转动副连接，行星架405通过第一圆锥滚子轴承410及孔用挡圈409与行星轴408连接成转动副；行星轴408的一端通过第一A型平键406和与第一非圆齿轮407连接，另一端通过C型平键411和锁紧螺母413与行星圆柱直齿轮412连接；齿轮轴421通过第二圆锥滚子轴承420与箱体414形成转动副；行星圆柱直齿轮412与齿轮轴421上的圆柱齿轮形成啮合关系；第一非圆齿轮407与第二非圆齿轮424形成啮合关系，第二非圆齿轮424通过圆柱销425和第三内六角圆柱头螺钉426与机壳部分的输入端盖401紧固连接。

第一非圆齿轮的结构具体如图4～图5所示，第二非圆齿轮的结构具体如图6～图7所示。

在实现功能的前提下，尽量使整个机械装置设计、制造简单易行，结构布置更为紧凑。变频调速电机1可以实现大范围无级调速，以适应工作执行装置9的不同速度要求以及改善在机器启制动时的动力学特性；弹性套柱销联轴器2为扰性联轴器，可以最低限度地减少工作机构对变频调速电机1的冲击；制动器3采用电磁液压推杆块式制动器，既可以保证可靠制动，又可以减少制动冲击。非圆齿轮分割器4本质属于行星齿轮减速器，为了实现间歇运动，第一级传动采用非圆齿轮传动，第二非圆齿轮424作为与机架固定的第一太阳轮(中心轮)，第一非圆齿轮407作为行星轮；第二级采用圆柱直齿轮传动，行星圆柱直齿轮412作为行星轮，齿轮轴421上的圆柱齿轮作为可转动的第二太阳轮(中心轮)。动力从行星架405输入，从可转动的第二太阳轮输出。

本发明装置的工作原理：当制动器3处于松闸状态时，变频调速电机1通电运转，动力从变频调速电机1上出发，经过联轴器2、制动器3传至非圆齿轮分割器4的输入轴422，输入轴422带动行星架405转动，行星架405的转动引起第一非圆齿轮407和行星圆柱直齿轮412的复合运动，该复合运动有两个分量，第一个分量分别为绕固定不动的第一太阳轮(第二非圆齿轮424)和可转动的第二太阳轮(齿轮轴421上的圆柱齿轮)的公转，第二个分量分别为二者绕行星轴408的自转，最终表现出来运动为对应的矢量合成运动，该合成运动通过第二太阳轮(齿轮轴421上的圆柱齿轮)输出到曲柄盘5，曲柄盘5带动连杆8往复摆动，连杆8推动工作执行装置9作往复直线运动。在这个过程中，由于分割器轮系中有第一非圆齿轮407和第二非圆齿轮424的存在，所以在工作执行装置9移动的一个工作行程内，会出现太阳轮(齿轮轴421上的圆柱齿轮)输出为零的一个或若干个时间段，此时工作执行装置9相应地处于停歇状态。因此，在工作执行装置9工作的一个周期内，可以完成间歇式的往复直线运动。同时，由于曲柄盘5上开有可调曲柄半径的圆弧槽，通过调节调节螺栓7在圆弧槽中的位置，在一定范围内，可获得不同半径大小的曲柄半径长度，此时工作执行装置9的移动行程大小也会发生相应地改变。当制动器3抱闸时，变频调速电机1减速直至停止运转，整个装置停止工作。

本发明装置的设计步骤：①根据计算负载功率初选变频调速电机1；②根据设计要求中的工作速度、每个移动工作行程停歇时间等参数初定总传动比随时间变化的函数；③根据传动比分配原则确定非圆齿轮啮合传动的分传动比函数；④由分传动比函数设计第一非圆齿轮407和第二非圆齿轮424的节曲线；⑤完成分割器各零部件设计；⑥由工作行程参数及其他工作要求设计可调行程曲柄滑块装置；⑦进行变频调速电机1启动时间、发热、过载校核，如不满足要求需重选变频调速电机1，返回①；⑧对非圆齿轮分割器各零部件及可调行程曲柄滑块装置进行强度、刚度校核，如不满足要求重选变频调速电机1，返回⑤或⑥；⑨进行各标准件(弹性套柱销联轴器2、制动器3、连接螺钉6、调节螺栓7等)的选型计算与校核。

参照图8所示的可调行程曲柄滑块装置的原理示意图，图8中：R表示曲柄半径长度，Rmax表示最大可调曲柄半径长度，Rmin表示最小可调曲柄半径长度，e表示偏心距(指曲柄旋转中心到滑块销轴中心之间的垂直距离)，L表示工作执行装置9行程长度；曲柄盘5上开有可调曲柄半径的圆弧槽，通过调整调节螺栓7在圆弧槽中的位置，在一定范围内，获得不同半径大小的曲柄半径长度R，此时工作执行装置9的移动行程大小也发生相应改变。

为检验设计是否达到预期效果，将本发明基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置的三维模型导入ADMAS中，添加约束、运动副及驱动后进行仿真，得到工作执行装置9在一段时间内的位移变化曲线，如图9所示，图9中：横坐标为仿真时间，单位为秒(s)；纵坐标为工作执行装置9位移输出，单位为米(m)。由图9曲线图可知，本发明装置实现了工作执行装置9的间歇式往复直线运动，并且曲线在各点处连续可导，说明工作执行装置9不存在刚性冲击，可以满足使用要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，其特征在于：包括动力提供及制动装置、分度装置和可调行程曲柄滑块装置三部分；

所述动力提供及制动装置由变频调速电机、弹性套柱销联轴器、制动器组成，变频调速电机通过弹性套柱销联轴器与制动器的输入端连接，制动器输出端将动力传至分度装置；

所述分度装置即非圆齿轮分割器，非圆齿轮分割器输入端通过B型平键与制动器输出端连接，非圆齿轮分割器输出端通过连接螺钉与可调行程曲柄滑块装置连接；

所述可调行程曲柄滑块装置由曲柄盘、调节螺栓、连杆、工作执行装置、铰接装置组成，曲柄盘通过连接螺钉与非圆齿轮分割器输出端连接，同时曲柄盘通过调节螺栓与连杆连接，连杆通过铰接装置与工作执行装置连接，工作执行装置在地面上直线运动。

2.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，其特征在于：所述非圆齿轮分割器包括机壳部分和非圆齿轮行星轮系部分，所述机壳部分由输入端盖、第一弹簧垫圈、第一内六角圆柱头螺钉、箱体、输出轴承盖、唇形密封圈、第二弹簧垫圈、第二内六角圆柱头螺钉、调整垫片、第四内六角圆柱头螺钉、第三弹簧垫圈和电机安装基座组成，输入端盖通过第一弹簧垫圈和第一内六角圆柱头螺钉与箱体紧固连接，电机安装基座通过第四内六角圆柱头螺钉和第二弹簧垫圈与输入端盖紧固连接，输出轴承盖通过唇形密封圈、第二弹簧垫圈、第二内六角圆柱头螺钉、调整垫片与箱体紧固连接；

所述非圆齿轮行星轮系部分由深沟球轴承、行星架、第一A型平键、第一非圆齿轮、行星轴、孔用挡圈、第一圆锥滚子轴承、C型平键、行星圆柱直齿轮、锁紧螺母、第二圆锥滚子轴承、齿轮轴、输入轴、第二A型平键、第二非圆齿轮、圆柱销和第三内六角圆柱头螺钉组成，输入轴通过第二A型平键与行星架连接，行星架通过深沟球轴承与机壳部分的箱体形成转动副连接，行星架通过第一圆锥滚子轴承及孔用挡圈与行星轴连接成转动副；行星轴一端通过第一A型平键和与第一非圆齿轮连接，另一端通过C型平键和锁紧螺母与行星圆柱直齿轮连接；齿轮轴通过第二圆锥滚子轴承与箱体形成转动副；行星圆柱直齿轮与齿轮轴上的圆柱齿轮形成啮合关系；第一非圆齿轮与第二非圆齿轮形成啮合关系，第二非圆齿轮通过圆柱销和第三内六角圆柱头螺钉与机壳部分的输入端盖紧固连接。

3.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮分割器的可调行程式间歇移动机械装置，其特征在于：所述曲柄盘上开有可调曲柄半径的圆弧槽，调整调节螺栓在圆弧槽中的位置，获得不同半径大小的曲柄半径长度。