CN111779812B - 一种输出往复摆动的机械减速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的输出往复摆动的机械减速装置中，拨叉筒在箱体内，输出轴在拨叉筒内。箱体的一侧设有螺母体，螺母体中开有垂直于输出轴的传动孔，传动孔内设有输入轴；输入轴上开有两道旋转方向相反的螺旋槽，螺旋槽的端部连通过渡槽；螺母体内开有转动孔，转动孔内装有月牙销，月牙销包括轴颈和月牙齿，月牙销的轴线平行于输出轴，月牙齿置入螺旋槽内；箱体上设有平行于输入轴的止动滑槽，螺母体上装有导轮，导轮可沿止动滑槽移动；螺母体上开有滚轮槽，滚轮槽内装有滚轮，滚轮的轴线和输出轴的轴线平行；拨叉筒连接两个拨叉，滚轮置于拨叉之间。本发明的结构简单紧凑，可实现减速传动，并通过输入轴螺距和输入轴工作长度控制传动比。
Description
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种输出往复摆动的机械减速装置。
背景技术
机械设备中，许多执行机构是往复摆动运动的，如大型船闸、机械臂、装卸平台等，而驱动电机和发动机往往是单向旋转的，因此需要一套传动机构将输入的单向回转运动转换为往复摆动输出。
现有技术的输出往复摆动机械传动装置，如中国实用新型专利CN206090387U中所述，一般采用导杆机构或曲柄摇杆机构等平面连杆机构，其缺点是工作行程和回程的速度不一致，速度波动比较大，影响机器的工作平稳性；连杆机构的另外一个缺点是部件布局不紧凑，体积比较大，而且很难设计成封闭结构，不适用于水下、高温、粉尘等特殊工况条件。
采用凸轮机构也可以实现输出往复摆动的传动，如中国实用新型专利CN202017747U中所述，采用一个螺旋形的片状圆柱凸轮驱动输出轴上的V型拨叉，带动输出轴往复运动。这种结构的凸轮轮廓形状复杂、外径尺寸很大，机构不紧凑，另外V型拨叉两端的滚子与凸轮的接触面在工作过程中无法做到纯滚动和保持恒定的接触间隙，容易产生磨损，并影响传动精度。
连杆机构和凸轮机构的输出轴的摆动频率等于输入轴的回转频率，没有减速功能，在需要增加输出力矩的场合，必须设计齿轮减速机构，如中国发明专利CN105605182B中提出的机构中，就采用蜗杆传动和活齿传动实现二级减速，增加了装置的复杂性和制造成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种输出往复摆动的机械减速装置，其运动平稳，组成简单、结构紧凑，传动精度高、寿命长，同时具有减速功能，输出轴的摆动频率小于输入轴的回转频率，不但可以增大输出轴力矩，还能够根据需要调整输入输出的速度比，装置实现机构全封闭，能够在各种外部环境下运行。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种输出往复摆动的机械减速装置，包括箱体、输入轴、输出轴和拨叉筒；所述拨叉筒位于所述箱体内，所述输出轴位于所述拨叉筒内；所述箱体的一侧设有容纳空间，所述容纳空间内设有螺母体，所述螺母体的中间开有垂直于所述输出轴的传动孔，所述传动孔内设有所述输入轴；所述输入轴上开有两道旋转方向相反的螺旋槽，两道所述螺旋槽的端部通过沿所述输入轴圆周方向的过渡槽连通；所述螺母体内开有连通所述传动孔的转动孔，所述转动孔内装有月牙销，所述月牙销包括圆柱体状的轴颈和连接在所述轴颈上的月牙齿，所述轴颈可转动地设置在所述转动孔内，所述月牙销的轴线平行于所述输出轴，所述月牙齿置入所述螺旋槽内；在所述容纳空间最外侧的所述箱体上设有平行于所述输入轴的止动滑槽，所述螺母体的最外侧装有导轮，所述导轮可沿所述止动滑槽移动；所述螺母体上开有一个滚轮槽，所述滚轮槽内装有滚轮，所述滚轮的轴线和所述输出轴的轴线平行；所述拨叉筒的一侧连接有两个拨叉，所述拨叉的内表面为两个平行的平面，所述滚轮置于所述拨叉之间。
本发明的输出往复摆动的机械减速装置采用输入轴传动，先把输入轴的连续回转运动转变为螺母体的往复直线运动，而输出轴的轴线与输入轴垂直，在输出轴上安装拨叉筒，通过螺母体上的滚轮带动拨叉，实现输出轴的往复摆动。本发明的装置结构简单，结构紧凑，可实现全封闭，运转稳定，工作可靠，可以实现减速传动，并通过输入轴螺距和输入轴工作长度控制传动比。
本发明进一步设置为，所述拨叉筒两端的所述输出轴外设有输出轴轴承，左侧的所述输出轴轴承和所述箱体左侧设有左端盖，右侧的所述输出轴轴承和所述箱体右侧设有右端盖，所述左端盖和所述输出轴之间、所述右端盖和所述输出轴之间均装有大密封圈；所述输入轴的两端和所述箱体之间装有输入轴轴承，所述输入轴轴承的外侧分装装有前端盖和后端盖，所述前端盖和所述输入轴之间装有小密封圈。
本发明进一步设置为，所述导轮包括导轮轴和导轮轴承，所述导轮轴承装在所述导轮轴外，所述导轮轴承装在所述止动滑槽内并可沿所述止动滑槽滚动移动。
本发明进一步设置为，所述滚轮槽垂直于所述月牙销轴线，所述滚轮的中间固定有滚轮轴，所述滚轮轴设置在所述滚轮槽两侧的所述螺母体上。
本发明进一步设置为，所述月牙齿包括齿顶和齿根，所述齿顶和所述齿根都是圆弧面，所述齿顶的圆弧面的轴线与所述齿根的圆弧面的轴线不重合且与所述轴颈的轴线相交，所述齿顶的圆弧面的半径大于所述螺旋槽的槽底外径，所述齿根的圆弧面的半径小于所述齿顶的圆弧面的半径加上齿高。
本发明进一步设置为，所述输出轴的外表面开有内轴向键槽，所述拨叉筒的内表面开有对应的外轴向键槽，所述内轴向键槽和所述外轴向键槽中置入键。
本发明进一步设置为，所述滚轮的外径与两个所述拨叉之间的距离相等。
本发明进一步设置为，所述转动孔内装有双列轴承，所述轴颈安装在所述双列轴承的内孔中。
本发明进一步设置为，在所述容纳空间最外侧的所述箱体上固定有底板，所述底板上开有所述止动滑槽；所述螺母体的外形为长方体。
本发明进一步设置为，所述螺纹槽为矩形螺纹、梯形或三角形螺纹。
本发明进一步设置为，在所述拔叉之间的所述拨叉筒上开有一个长方形通孔。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明的装置结构简单，结构紧凑，可以实现减速传动，并通过输入轴螺距和输入轴工作长度控制传动比。通过螺旋槽和过渡槽连通形成多圈闭合的槽，带动月牙销，使螺母体沿止动滑槽的轴线做往复直线运动，通过滚轮带动拨叉进而带动拨叉筒转动，实现输出轴输出往复运动。螺母体运动一个来回，输入轴转动多圈，实现了减速及增大输出扭矩的效果。输出轴的摆动频率小于输入轴的回转频率，不但可以增大输出轴力矩，还能够根据实际需要调整输入输出的速度比。
附图说明
图1为本发明实施例的横剖面结构示意图；
图2为本发明实施例的纵剖面结构示意图；
图3为本发明中螺母体的结构示意图；
图4为本发明中输入轴的结构示意图；
图5为本发明中月牙销的外形结构示意图；
图6为本发明中齿根和齿顶的结构示意图；
图7为本发明中拨叉筒的外形结构示意图。
图例说明：1、左端盖；2、输出轴；3、箱体；4、拨叉筒；4-1、拨叉；5、键；6、输出轴轴承；7、右端盖；8、后端盖；9、输入轴轴承；10、螺旋槽；11、过渡槽；12、前端盖；13、输入轴；14、滚轮轴；15、滚轮；16、螺母体；17、止动滑槽；18、底板；19、导轮轴；20、导轮轴承；21、双列轴承；22、孔用弹性挡圈；23、轴用弹性挡圈；24、月牙销；24-1、轴颈；24-2、月牙齿；24-2-1、齿顶；24-2-2、齿根；25、大密封圈；26、小密封圈；27、长方形通孔；28、传动孔；29、转动孔；30、导轮孔；31、滚轮槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种输出往复摆动的机械减速装置，参见图1-图3，包括箱体3、输入轴13、输出轴2和拨叉筒4。拨叉筒4位于箱体3内，输出轴2位于拨叉筒4内。箱体3的一侧设有容纳空间，容纳空间内设有螺母体16，螺母体16的中间开有垂直于输出轴2的传动孔28，传动孔28内设有输入轴13。参见图4，输入轴13上开有两道旋转方向相反的螺旋槽10，两道螺旋槽10的端部通过沿输入轴13圆周方向的过渡槽11连通，过渡槽11的端部为外扩的形状便于月牙销24转角。螺母体16内开有连通传动孔28的转动孔29，转动孔29内装有月牙销24，参见图5，月牙销24包括圆柱体状的轴颈24-1和连接在轴颈24-1上的月牙齿24-2，轴颈24-1可转动地设置在转动孔29内，转动孔29内装有双列轴承21，轴颈24-1安装在双列轴承21的内孔中，月牙销24的轴线平行于输出轴2，月牙齿24-2置入螺旋槽10内。在容纳空间最外侧的箱体3上设有平行于输入轴13的止动滑槽17，螺母体16的最外侧设有导轮孔30，导轮孔30内装有导轮，导轮可沿止动滑槽17移动。螺母体16上开有一个滚轮槽31，滚轮槽31内装有滚轮15，滚轮15的轴线和输出轴2的轴线平行。参见图7，拨叉筒4的一侧连接有两个拨叉，拨叉的内表面为两个平行的平面，滚轮15置于拨叉之间。
本发明的装置通过输入轴13传动，将输入轴13的连续回转运动转变为螺母体16的往复直线运动，通过螺母体16上的滚轮15带动拨叉，实现输出轴2的往复摆动。在运行过程中，螺母体16和其上的滚轮15、导轮一同沿着输出轴2和止动滑槽17直线移动。
输出轴2的外表面开有内轴向键槽，拨叉筒4的内表面开有对应的外轴向键槽，内轴向键槽和外轴向键槽中置入键5，在两个零件之间传递转矩。拨叉筒4的下部有对称于中心线的凸起，形成拨叉。装置工作时，输入轴13在外部动力的带动下旋转，通过螺旋槽10带动月牙销24，使螺母体16沿止动滑槽17的轴线做往复直线运动，安装在螺母体16上的滚轮15通过拨叉带动拨叉筒4运动，最终通过键5带动输出轴2输出往复运动。由于对应于螺母体16运动一个来回，输入轴13需要转动多圈，从而实现减速及增大输出扭矩的效果。
输入轴13上开有两道旋转方向相反的螺旋槽10，两道螺旋槽10的齿形和螺距相同，螺旋角大小相同而旋转方向相反。当输入轴13转动时，通过其上的螺旋槽10与月牙销24的配合带动螺母体16做直线运动，月牙齿24-2运动到螺旋槽10的端部时，会进入另外一根螺旋槽10，由于输入轴13上的两道螺旋槽10的旋向相反，进而带动螺母体16反向运动，在这个过程中，月牙销24也会绕轴线旋转一个角度。其中的滚轮15和月牙销24仅做自转，随着螺母体16直线移动，滚轮15带动拨叉转动。止动滑槽17限制螺母体16在往复移动过程中绕输入轴13的轴线转动而仅做直线运动。
其中，螺旋槽10的螺纹可以为矩形螺纹，例如宽度为6毫米、深度5毫米的矩形螺纹，便于加工，也可以使用梯形或三角形螺纹，两道螺旋槽10在两头端部通过一个圆周方向的过渡槽11联通。
本发明中，设定输入轴13上的螺旋槽10圈数为m，输入轴13的转速为n转/分钟，则输出轴2的摆动频率为：
如当输入轴13转速1500转/分钟，螺旋槽10圈数为3时，则输出轴2的摆动频率为250次。另外，螺旋槽10圈数m可以不为整数，从而可以方便地调整输入输出的速度比。
以输入轴13上的螺旋槽10圈数为3为例，螺母体16在月牙销24的带动下沿止动滑槽17的轴线完成一个往复运动，输入轴13需要转动6转，同时滚轮15通过拨叉带动拨叉筒4完成一个来回的摆动运动，并实现减速及增大扭矩的效果。
拨叉筒4两端的输出轴2外设有输出轴轴承6，左侧的输出轴轴承6和箱体3左侧设有左端盖1，右侧的输出轴轴承6和箱体3右侧设有右端盖7，左端盖1和输出轴2之间、右端盖7和输出轴2之间均装有大密封圈25。输入轴13的两端和箱体3之间装有输入轴轴承9，输入轴轴承9的外侧分装装有前端盖12和后端盖8，前端盖12和输入轴13之间装有小密封圈26。进一步的，由于装置中的运动部件、零件之间的摩擦面和轴承内部都需要润滑，箱体3为密闭结构，箱体3内部加有一定量的润滑油，前端盖12、后端盖8、左端盖1和左端盖1都通过螺栓固定都在箱体3上，安装时结合面涂抹密封胶，而在轴的几个伸出位置，通过大密封圈25和小密封圈26实现动密封，避免润滑油的泄漏，密封圈使用唇形骨架油封。
更具体的，输出轴2位于螺母体16的上方，通过两个输出轴轴承6支承在箱体3的轴承孔内，输出轴2的端部通过法兰联接外部零件，当输出轴2的直径较大时，可以做成中空结构以减轻重量。拨叉筒4为圆筒形状，套在输出轴2外面，位于两个输出轴轴承6之间，拨叉筒4的长度等于两个输出轴轴承6内侧的距离，可以起到定位套筒的作用。
导轮包括导轮轴19和导轮轴承20，导轮轴19可采用焊接的方式固定防止导轮轴19在工作过程中脱离，导轮轴承20装在导轮轴19外，导轮轴承20装在止动滑槽17内，导轮轴承20的类型可选支撑滚轮轴14承，安装在导轮轴19的下端，并通过轴用弹性挡圈23定位，导轮轴承20的外径与止动滑槽17槽宽尺寸相同，工作时在止动滑槽17内来回滑动，从而限制螺母体16绕输入轴13轴线的回转运动。
滚轮槽31垂直于月牙销24轴线，滚轮15的中间固定有滚轮轴14，滚轮轴14设置在滚轮槽31两侧的螺母体16上。进一步的，滚轮15的外径与两个拨叉之间的距离相等。
月牙齿24-2包括齿顶24-2-1和齿根24-2-2，齿顶24-2-1和齿根24-2-2的圆弧面不重合，且都与轴颈24-1的轴线垂直相交，为了消除螺旋角的影响，保证月牙齿24-2与输入轴13上螺旋槽10的配合，齿顶24-2-1的圆弧面的半径大于螺旋槽10的槽底外径，保证月牙齿24-2齿顶24-2-1与螺旋槽10槽底平面的贴合，另外齿根24-2-2圆弧面和齿顶24-2-1圆弧面的圆心不重合，齿根24-2-2的圆弧面的半径小于齿顶24-2-1的圆弧面的半径加上齿高，使得齿根24-2-2两端抬高，工作时压紧输入轴13的外表面。齿高是齿的高度，也即齿顶24-2-1和齿根24-2-2的轴向距离。参见图6，其中，中间的虚线为轴颈24-1的轴线，O1为齿根24-2-2的轴线所在处，O2为齿顶24-2-1的轴线所在处，P1为齿根24-2-2的半径，P2为齿顶24-2-1的半径，H为齿高，根据上述描述要求P1<P2+H较佳，以使得月牙齿24-2能更好地匹配使用在弧线形的螺旋槽10和过渡槽11中。
在容纳空间最外侧的箱体3上固定有底板18，底板18上开有止动滑槽17，止动滑槽17的轴线与输入轴13平行，螺母体16的外形为长方体。底板18上加工有螺纹孔，箱体3底部对应位置开有长方形通孔27，通过螺栓、弹簧垫圈和平垫圈将底板18固定，也可以采用从箱体3内部拧入螺栓的方法固定止动滑槽17，容易保证箱体3的密封，但是安装不太方便。
为了使装置结构紧凑，同时避免工作时螺母体16与拨叉筒4之间发生运动干涉，在拔叉之间的拨叉筒4上开有一个长方形通孔27，联通内外圆柱表面，工作时长方形通孔27可以为螺母体16提供运动空间，保证零件之间的运动间隙。
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内，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 (9)
1.一种输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，包括箱体、输入轴、输出轴和拨叉筒；所述拨叉筒位于所述箱体内，所述输出轴位于所述拨叉筒内；所述箱体的一侧设有容纳空间，所述容纳空间内设有螺母体，所述螺母体的中间开有垂直于所述输出轴的传动孔，所述传动孔内设有所述输入轴；所述输入轴上开有两道旋转方向相反的螺旋槽，两道所述螺旋槽的端部通过沿所述输入轴圆周方向的过渡槽连通；所述螺母体内开有连通所述传动孔的转动孔，所述转动孔内装有月牙销，所述月牙销包括圆柱体状的轴颈和连接在所述轴颈上的月牙齿，所述轴颈可转动地设置在所述转动孔内，所述月牙销的轴线平行于所述输出轴，所述月牙齿置入所述螺旋槽内；在所述容纳空间最外侧的所述箱体上设有平行于所述输入轴的止动滑槽，所述螺母体的最外侧装有导轮，所述导轮可沿所述止动滑槽移动；所述螺母体上开有一个滚轮槽，所述滚轮槽内装有滚轮，所述滚轮的轴线和所述输出轴的轴线平行；所述拨叉筒的一侧连接有两个拨叉，所述拨叉的内表面为两个平行的平面，所述滚轮置于所述拨叉之间。
2.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述拨叉筒两端的所述输出轴外设有输出轴轴承，左侧的所述输出轴轴承和所述箱体左侧设有左端盖，右侧的所述输出轴轴承和所述箱体右侧设有右端盖，所述左端盖和所述输出轴之间、所述右端盖和所述输出轴之间均装有密封圈；所述输入轴的两端和所述箱体之间装有输入轴轴承，所述输入轴轴承的外侧分别装有前端盖和后端盖，所述前端盖和所述输入轴之间装有密封圈。
3.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述导轮包括导轮轴和导轮轴承，所述导轮轴承装在所述导轮轴外，所述导轮轴承装在所述止动滑槽内并可沿所述止动滑槽滑动。
4.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述滚轮槽垂直于所述月牙销轴线，所述滚轮的中间固定有滚轮轴，所述滚轮轴设置在所述滚轮槽两侧的所述螺母体上。
5.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述月牙齿包括齿顶和齿根，所述齿顶和所述齿根都是圆弧面，所述齿顶的圆弧面的轴线与所述齿根的圆弧面的轴线不重合且与所述轴颈的轴线相交，所述齿顶的圆弧面的半径大于所述螺旋槽的槽底外径，所述齿根的圆弧面的半径小于所述齿顶的圆弧面的半径加上齿高。
6.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述输出轴的外表面开有内轴向键槽，所述拨叉筒的内表面开有对应的外轴向键槽，所述内轴向键槽和所述外轴向键槽中置入键。
7.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述滚轮的外径与两个所述拨叉之间的距离相等。
8.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，所述转动孔内装有双列轴承，所述轴颈安装在所述双列轴承的内孔中。
9.根据权利要求1所述的输出往复摆动的机械减速装置，其特征在于，在所述拨叉之间的所述拨叉筒上开有一个长方形通孔。
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