CN116111545A - 一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，属于电缆保护技术领域，其包括轴向有通线槽的连接轴由底座转动支撑；拖链部件包括圆盘骨架和拖链，拖链的一端缠绕在圆盘骨架周向上，拖链的另一端固定在底座上且为松弛状态；连接轴的一端固定连接执行机构，连接轴的另一端同轴固定连接圆盘骨架；执行机构固定连接的电缆依次穿设过连接轴、拖链后进入外部供电设备；驱动部件驱动连接轴转动使执行机构和拖链的一端均绕连接轴转动，电缆展开或收紧到圆盘骨架。执行机构翻转时，电缆穿出连接轴、经过圆盘骨架的径向缠绕到圆盘骨架的周向。电缆与执行机构同步转动，从而避免传统技术中电缆的扭转。具有保护电缆、增加寿命优点。

Description

一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构

技术领域

本发明涉及属于电缆保护技术领域，特别涉及一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构。

背景技术

自动化行业的进步发展离不开视觉、非接触测量、智能传感器等一些关键的电气部件的应用，这些电气执行部件的的机体和电缆都比较昂贵。在实际应用中，为了节省成本，原本需要应用2套机构来检测两面的工况，大多采用1套检测机构进行翻转来进行两次测量。以附图1中翻转角度为180度为例，执行测量功能的电气执行机体通过线缆接口固定连接电缆。在执行测量或检测一面后翻转测量相对的另一面，这种电气执行机体的翻转，电子部件的电缆也会随着机体进行180°的扭转，对于电缆本身及插头的触点连接针是个巨大的挑战，寿命会缩短多倍。

通常的设计结构都是电缆与执行机体连接侧随产品扭转，扭转侧向后延长200mm左右固定，其余运动部分走拖链，拖链后侧走线槽进入配电箱。以执行机体设备每天24小时运转为例，每天大约5千次往返循环动作，电缆线芯很容易疲劳虚接、折断损坏，就需要更换电缆来恢复设备的正常运转。而配电柜离执行部件较远，更换电缆会穿过很多机械结构、线槽等，这类专用电缆动辄上千甚至几千，物料费用、工时费用，误产成本都很高

因此，亟需一种机构来减少或避免电缆的扭转疲劳。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，包括执行机构、底座、连接轴、拖链部件和驱动部件；

所述连接轴由所述底座转动支撑；

所述拖链部件包括圆盘骨架和拖链，所述拖链的一端缠绕在所述圆盘骨架周向上，所述拖链的另一端固定在所述底座且为松弛状态；

所述连接轴的一端固定连接所述执行机构，所述连接轴的另一端同轴固定连接所述圆盘骨架；

所述执行机构固定连接的电缆依次穿设过所述连接轴的轴向、所述拖链的内部后进入外部的供电设备；

所述驱动部件驱动所述连接轴转动带动所述执行机构和所述拖链的一端均绕所述连接轴转动，使所述电缆缠绕在所述圆盘骨架周向上的长度减少或增加。

进一步的，所述圆盘骨架包括多个沿所述圆盘骨架的周向排列的固定柱、相对布置的第一圆盘和第二圆盘；

所述第一圆盘固定连接所述连接轴的另一端；

所述固定柱垂直固定连接所述第一圆盘和第二圆盘，所述拖链由所述固定柱抵接。

进一步的，所述拖链部件还包括多个包围所述圆盘骨架外部的旋转滚轮和固定在所述底座上的拖链支架板，所述旋转滚轮可转动的设置在所述拖链支架板上以转动支撑所述拖链。

进一步的，所述旋转滚轮为轴承。

进一步的，所述拖链的一端在所述圆盘骨架周向上的缠绕角度大于所述执行机构的转动角度、小于360°。

进一步的，所述执行机构首次执行绕所述连接轴的转动动作时，所述电缆和所述拖链缠绕在所述圆盘骨架周向上的长度减少。

进一步的，所述驱动部件为带有中空的回转轴的旋转气缸，所述连接轴穿设过所述回转轴，所述连接轴与所述回转轴自带的法兰固定连接；

所述旋转气缸固定在所述底座上。

进一步的，还包括固定在所述底座上的缸体安装座，所述连接轴的外部依次套接所述旋转气缸、缸体安装座和所述拖链部件，所述旋转气缸固定在所述缸体安装座上；

所述缸体安装座和所述旋转气缸转动支撑所述连接轴的两端。

进一步的，还包括固定在所述执行机构和连接轴之间的辅助板，所述辅助板用以支撑所述电缆。

本发明能够取得以下技术效果：

执行机构固定连接的电缆依次穿设过连接轴的轴向、穿设拖链的内部后进入外部的供电设备；电缆跟随拖链缠绕在圆盘骨架上。驱动部件驱动所述连接轴转动使执行机构和拖链的一端均绕连接轴转动，电缆展开或收紧到圆盘骨架。执行机构在执行翻转动作时，电缆穿出连接轴、经过圆盘骨架的径向缠绕到圆盘骨架的周向。电缆与执行机构同步转动，用电缆跟随拖链相对圆盘骨架转动的动作代替传统技术中电缆的扭转。具有保护电缆、增加其寿命的作用

本发明针对电缆扭转的工况进行转换优化，延长了电缆寿命，提高了设备的稳定性、降低了停机风险及维护成本。

附图说明

图1为现有技术中执行机构和电缆连接的结构示意图；

图2为本发明公开的电缆扭转疲劳消除机构的剖面结构示意图；

图3为图2的B处局部放大结构示意图；

图4为本发明公开的电缆扭转疲劳消除机构的正视结构示意图；

图5为本发明公开的驱动部件的正视结构示意图；

图6为图5的A-A处的剖面结构示意图；

图7为本发明公开的执行机构翻转前的电缆扭转疲劳消除机构的结构示意图；

图8为本发明公开的执行机构翻转前的拖链位置结构示意图；

图9为本发明公开的执行机构翻转90°时的电缆扭转疲劳消除机构的结构示意图；

图10为本发明公开的执行机构翻转90°时的拖链位置结构示意图；

图11为本发明公开的执行机构翻转180°时的电缆扭转疲劳消除机构的结构示意图；

图12为本发明公开的执行机构翻转180°时的拖链位置结构示意图；

图13为本发明公开的拖链部件的结构示意图；

图14为本发明公开的连接轴的结构示意图。

附图标记：

执行机构1、底座2、连接轴3、拖链部件4、圆盘骨架41、第一圆盘411、第二圆盘412、固定柱413、拖链42、拖链支架板43、旋转滚轮44、驱动部件5、第二法兰50、缸体安装座51、圆柱件52、辅助板6。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图2-8所示的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，包括执行机构1、底座2、连接轴3、拖链部件4和驱动部件5。

其中，连接轴3由底座2转动支撑并由驱动部件5控制连接轴3的转动；

拖链部件4包括圆盘骨架41和拖链42，拖链42的一端缠绕、贴合在圆盘骨架41周向上；拖链42的另一端固定在底座2且为松弛状态，即该端的形状并非张紧的直线，而是弯曲的放松状态；拖链42用来保护 其内置的电缆，电缆和拖链42的走向一致。拖链42的结构属于拖链电缆的现有技术，这里不做赘述。

连接轴3的一端固定连接执行机构1，连接轴3的另一端同轴固定连接圆盘骨架41，这样连接轴3、圆盘骨架41和执行机构1同步运动；

执行机构1固定连接的电缆依次穿设过连接轴3的轴向、圆盘骨架41的轴向、拖链42的内部后进入外部的供电设备；为了连接轴3的轴向能够通电缆，可以如图14所示，优选将连接轴3的外表面开走线槽；或者在连接轴3的内部开设走线的通孔；或将连接轴3做成内外套接的分体结构，内部的芯轴的外表面轴向开有走线槽，芯轴外部固定套有套筒，套筒起到保护走线槽的作用。优选在其外表面开走线槽以保持连接轴3的强度。

驱动部件5驱动连接轴3转动带动执行机构1和拖链42的一端均绕连接轴3转动，使电缆在圆盘骨架41上缠绕或展开电缆，缠绕在圆盘骨架41周向上的长度改变。

这样，执行机构1在执行旋转动作时，电缆没有扭转过程，而是跟随拖链旋转。

在本发明的一个优选实施例中，如图13所示，圆盘骨架41包括多个沿圆盘骨架41的周向排列的固定柱413、相对布置的第一圆盘411和第二圆盘412；

第一圆盘411同轴固定连接连接轴3的另一端；

固定柱413垂直固定连接第一圆盘411和第二圆盘412，拖链42的一侧由固定柱413抵接，即圆盘骨架41的径向内侧，使拖链42的内侧贴在固定柱413上。

拖链部件4还包括多个包围圆盘骨架41外部的一圈的旋转滚轮44和固定在底座2上的拖链支架板43，旋转滚轮44可转动的设置在拖链支架板43上以转动支撑拖链42的另一侧、即圆盘骨架41的径向外侧。旋转滚轮44优选为轴承，旋转滚轮44有助于拖链42运动地更加顺滑、平稳。拖链打开过程中，避免其旋转过快，拖链在惯性作用下沿径向展开太大，用这些旋转滚轮44阻挡一下。拖链支架板43的中空开设有孔洞，供连接轴3伸出连接到第一圆盘411上。连接轴3的端面与第一圆盘411通过螺钉连接、拖链支架板43通过轴承等连接件转动支撑连接轴3。

在本发明的一个优选实施例中，执行机构1未转动时，拖链42的一端为贴合在圆盘骨架41周向上的角度大于180°的圆弧形，拖链42从圆盘骨架41上向下延伸形成直线段以离开圆盘骨架41，直线段向圆盘骨架41的下方回转后固定至底座2上。

具体的，如图8所示，电缆从连接轴3的另一端穿出后，穿过第一圆盘411后向下竖立延伸至拖链42、即电缆起始第一圆盘411的六点钟方向。第一圆盘411的周向外侧上垂直固定有一个圆柱，该圆柱开孔供从连接轴3穿出的电缆穿过以进入拖链42。拖链42向上、逆时针方向缠绕圆盘骨架41超过180°后到达直线段，经过直线段后拖链42呈继续包围圆盘骨架41的弯曲状，并位于圆盘骨架41的下方，最后拖链42被拖链接头固定在底座2上。电缆穿过连接轴3后进入拖链，沿拖链的大半圆、竖直段、回转部分安装，其余部分接入下一个运动机构。

优选拖链42的一端在圆盘骨架41周向上的缠绕角度大于执行机构1的转动角度、小于360°。缠绕角度大于执行机构1的转动角度能保证拖链转动顺利，以执行机构要翻转180度为例，缠绕超过半圆，翻转180度时拖链才没有完全打开，才能有余量，少于半圆就不够翻转180度；缠绕角度小于360°是减少电缆长度。

执行机构1首次执行绕连接轴3的转动动作时，电缆和拖链42缠绕在圆盘骨架41周向上的长度减少。即执行机构1的翻转过程是拖链42打开的过程。

将执行机构1与电缆接口处固定，以执行机构1翻转的轴向为圆心设计一个圆盘骨架41，圆盘骨架41随着执行机构1同步旋转 ，将拖链一端固定在圆盘骨架41下方切线处，其余部分沿圆盘骨架41缠绕大半圆到达竖直方向，竖直排布合适长度后再向圆盘骨架侧上绕半圆以上，用拖链接头固定。电缆穿过拖链安装，出此拖链部分接入电控箱或者接入下一组拖链。

如图7-12所示，圆盘骨架41随执行机构旋转过程中，执行机构处的电缆直至缠绕在圆盘骨架41上的电缆是整体旋转的，这部分电缆的内部相对静止，无任何电缆和执行机构的相对运动，不存在任何电缆损伤；电缆的一部分随着圆盘骨架41作圆弧轨迹运动，其带动附近拖链链节执行的是正向旋转打开和反向旋转缠绕的过程。随着拖链逆时针运动，缠绕在圆盘骨架41上的拖链逐渐打开变成直段，直段拖链逐渐被加长。回转过程与其相反。

在执行机构1旋转过程中，电缆随着拖链执行的动作为拖链形式的圆展开成直线以及直线缠绕成圆的往复过程，将电缆的扭转转化成缠绕和打开，避免了电缆直接扭转，与常规拖链运动方式无差异，达到减少电缆损伤、延长寿命的目的。将电缆扭转转换成圆周展开和缠绕，消除扭转损伤。

电缆扭转疲劳消除机构尤其针对一些高成本、周期长的关键电气执行部件电缆，有效消除了扭转带来的疲劳损伤，减少了维修频次，降低了维护成本，提高了设备的利用率，解决了翻转应用工况的共性问题，给工业设计提供了一个新的思路。

在本发明的一个优选实施例中，如图5-6所示，驱动部件5为带有中空的回转轴的旋转气缸或旋转电缸，旋转气缸或旋转电缸是利用压缩空气或电机驱动输出轴在一定角度范围作往复转运动的执行元件。两种缸体的动力源不同，电缸由电机和减速机驱动，本文以旋转气缸为例进行介绍。连接轴3穿设过回转轴，连接轴3与回转轴自带的法兰固定连接。旋转气缸一般分为叶片式和齿轮齿条型气缸，叶片式的旋转气缸的输出轴是圆柱状的，而齿轮齿条型旋转气缸是方形的、输出轴是中空的，此示例是使用带有中空轴、即中空的回转轴的旋转电缸。回转轴的端部自带有第二法兰50，连接轴套在回转轴的内部，如图14所示连接轴的端部固定有另一个第一法兰，两个法兰固定连接。旋转气缸固定在底座2上。利用旋转气缸驱动连接轴，简单易操控。而且旋转气缸的体积小、安装在底座2上即可。结构对称、受力稳定。

还包括固定在底座2上的缸体安装座51，连接轴3的外部依次套接旋转气缸、缸体安装座51，旋转气缸固定在缸体安装座51上。

如图2所示，缸体安装座51和旋转气缸转动支撑连接轴3的两端。连接轴3的一端通过法兰固定到旋转气缸上，连接轴3套入缸体安装座51的内部并穿出。缸体安装座51内有中空的圆柱件52，圆柱件52固定套在连接轴3的外部。其目的是在出线处将电缆套住保护起来，避免电缆从驱动电缸或驱动气缸中轴出来的位置姿态不好，避免电缆与其他零件摩擦。缸体安装座51还用来固定连接拖链部件。前述的拖链支架板43固定到缸体安装座51上，连接轴3的端部固定连接第一圆盘411，第一圆盘411的轴心处开有通孔，供电缆从连接轴3的内部伸出

在本发明的一个优选实施例中，还包括固定在执行机构1和连接轴3之间的辅助板6，辅助板6用以支撑电缆。因执行机构1处的电缆的头部是有角度的，没有沿着连接轴3的轴向进行长度布置。此处的电缆通常都是富有余量。为此设计了辅助板6，辅助板6用来承接执行机构1翻转前的电缆；另外也可以通过卡扣将电缆和辅助板6固定，保证电缆在翻转过程中相对执行机构1静止不动。

消除机构可以广泛应用，例如在汽车控单元3D针脚检测中的应用中。线激光扫描仪和其电缆是价格比较昂贵的电气部件，常用于非接触测量。而这种测量连接器针脚3D位置检测的应用，需要2个方向的扫描数据。为了节省费用，采用了激光头翻转的形式，并结合消除机构。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，包括执行机构（1）、底座（2）、连接轴（3）、拖链部件（4）和驱动部件（5）；

所述连接轴（3）由所述底座（2）转动支撑；

所述拖链部件（4）包括圆盘骨架（41）和拖链（42），所述拖链（42）的一端缠绕在所述圆盘骨架（41）周向上，所述拖链（42）的另一端固定在所述底座（2）且为松弛状态；

所述连接轴（3）的一端固定连接所述执行机构（1），所述连接轴（3）的另一端同轴固定连接所述圆盘骨架（41）；

所述执行机构（1）固定连接的电缆依次穿设过所述连接轴（3）的轴向、所述拖链（42）的内部后进入外部的供电设备；

所述驱动部件（5）驱动所述连接轴（3）转动带动所述执行机构（1）和所述拖链（42）的一端均绕所述连接轴（3）转动，使所述电缆在所述圆盘骨架（41）上缠绕或展开。

2.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述圆盘骨架（41）包括多个沿所述圆盘骨架（41）的周向排列的固定柱（413）、相对布置的第一圆盘（411）和第二圆盘（412）；

所述第一圆盘（411）固定连接所述连接轴（3）的另一端；

所述固定柱（413）垂直固定连接所述第一圆盘（411）和第二圆盘（412），所述拖链（42）由所述固定柱（413）抵接。

3.根据权利要求1或2所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述拖链部件（4）还包括多个包围所述圆盘骨架（41）外部的旋转滚轮（44）和固定在所述底座（2）上的拖链支架板（43），所述旋转滚轮可转动的设置在所述拖链支架板（43）上以转动支撑所述拖链（42）。

4.根据权利要求3所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述旋转滚轮（44）为轴承。

5.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述执行机构（1）未转动时，所述拖链（42）的一端为贴合在所述圆盘骨架（41）周向上的角度大于180°的圆弧形，所述拖链（42）从所述圆盘骨架（41）上向下延伸形成直线段以离开所述圆盘骨架（41），所述直线段向所述圆盘骨架（41）的下方回转后固定至所述底座（2）上。

6.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述拖链（42）的一端在所述圆盘骨架（41）周向上的缠绕角度大于所述执行机构（1）的转动角度、小于360°。

7.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述执行机构（1）首次执行绕所述连接轴（3）的转动动作时，所述电缆和所述拖链（42）缠绕在所述圆盘骨架（41）周向上的长度减少。

8.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，所述驱动部件（5）为带有中空的回转轴的旋转气缸或旋转电缸，所述连接轴（3）穿设过所述回转轴，所述连接轴（3）与所述回转轴自带的法兰固定连接；

所述旋转气缸或旋转电缸固定在所述底座（2）上。

9.根据权利要求8所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，还包括固定在所述底座（2）上的缸体安装座（51），所述驱动部件（5）固定在所述缸体安装座（51）上；

所述缸体安装座（51）和所述驱动部件（5）转动支撑所述连接轴（3）的两端。

10.根据权利要求1所述的一种执行机构的电缆扭转疲劳消除机构，其特征在于，还包括固定在所述执行机构（1）和连接轴（3）之间的辅助板（6），所述辅助板（6）用以支撑所述电缆。

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