一種90°正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

張寶東 馮如意 劉廷輝

（沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司技術(shù)部，遼寧沈陽(yáng) 110142）

1 問(wèn)題的提出及技術(shù)分析

在汽車(chē)零部件及其他加工自動(dòng)生產(chǎn)線中，經(jīng)常需要將工件或夾具翻轉(zhuǎn)（或回轉(zhuǎn)）90°。這種需要往往通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)、90°回轉(zhuǎn)油缸及直線油缸加齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述機(jī)構(gòu)它們各自有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下:

（1）伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這是隨著數(shù)控機(jī)床的普及而發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代機(jī)構(gòu)，其翻轉(zhuǎn)角速度可控，因此運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在完成翻轉(zhuǎn)結(jié)束后沒(méi)有沖擊現(xiàn)象，定位精度非常高。但是伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)工作環(huán)境要求高，且造價(jià)也高。

（2）直線油缸加齒輪、齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這是目前普遍使用的翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、造價(jià)低廉，但是啟動(dòng)和停止時(shí)沖擊比較大，經(jīng)常損壞機(jī)件且定位不準(zhǔn)。

（3）采用90°回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)造價(jià)低于伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，高于直線油缸加齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)油缸往往需要國(guó)外采購(gòu)，采購(gòu)周期比較長(zhǎng)。它在回轉(zhuǎn)過(guò)程中基本是等速運(yùn)動(dòng)，雖然在兩端設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)，還是避免不了啟動(dòng)和停止時(shí)沖擊大及經(jīng)常損壞機(jī)件及定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)上述翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析后，不難看出設(shè)計(jì)一種新型正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，要求造價(jià)低、啟動(dòng)和停止平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確可靠是十分必要的。

2 技術(shù)創(chuàng)新

圖1是自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它包括驅(qū)動(dòng)箱體、直線油缸、齒條、齒輪、齒輪軸、翻轉(zhuǎn)支架、翻轉(zhuǎn)軸、槽板、滾輪、擺桿和翻轉(zhuǎn)平臺(tái)。其構(gòu)造為:翻轉(zhuǎn)平臺(tái)11緊固在翻轉(zhuǎn)軸6中部;翻轉(zhuǎn)軸6兩端通過(guò)軸承分別支撐在驅(qū)動(dòng)箱10和翻轉(zhuǎn)支架5上;而驅(qū)動(dòng)箱體10和翻轉(zhuǎn)支架5安裝在固定不動(dòng)的基礎(chǔ)上;翻轉(zhuǎn)支架6在左側(cè)，驅(qū)動(dòng)箱體10在右側(cè);驅(qū)動(dòng)箱體10上部通過(guò)軸承安裝翻轉(zhuǎn)軸6，翻轉(zhuǎn)平臺(tái)11固定在翻轉(zhuǎn)軸6上;在驅(qū)動(dòng)箱體10中通過(guò)軸承安裝與翻轉(zhuǎn)軸6平行的齒輪軸3;在齒輪軸3上面固定齒輪4和擺桿9，齒輪4與直線油缸1活塞桿聯(lián)接的齒條2嚙合，直線油缸1位于驅(qū)動(dòng)箱體5的底部;在擺桿9的端部裝有滾輪8，槽板7固定在翻轉(zhuǎn)軸6上，滾輪8的外圓柱面與槽板7上的徑向直槽滑動(dòng)配合，并可沿著槽板7上的直槽移動(dòng)。其工作原理是:通過(guò)齒輪、齒條副將直線油缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)正弦槽輪機(jī)構(gòu)（即由槽板7和擺桿9構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副）將勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);這個(gè)變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)支撐在翻轉(zhuǎn)支架5和驅(qū)動(dòng)箱10上部的翻轉(zhuǎn)軸6帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)完成90°翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

90°正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的新穎之處是將勻速直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉D(zhuǎn)平臺(tái)按正弦曲線變化的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（其運(yùn)動(dòng)曲線見(jiàn)圖2），使得翻轉(zhuǎn)軸在啟動(dòng)和停止瞬間其角速度為零。而翻轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)在0°～45°之間時(shí)，其角速度是按正弦曲線由零角速度加速;在 45°～90°之間時(shí)，按正弦曲線減速至零角速度，完全消除了翻轉(zhuǎn)支架在啟動(dòng)和停止時(shí)的沖擊現(xiàn)象。槽板7上的徑向直槽下部在工作區(qū)域外做了與滾輪8外圓母線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡一致的弧面修形處理（見(jiàn)圖3），即便擺桿9在0°和90°的位置有過(guò)沖現(xiàn)象時(shí)，也不會(huì)影響翻轉(zhuǎn)支架的準(zhǔn)確定位，因此，翻轉(zhuǎn)平臺(tái)在翻轉(zhuǎn)到位后非常平穩(wěn)、毫無(wú)沖擊現(xiàn)象，定位精度非常高。

3 應(yīng)用前景

90°正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)已完成制造與裝配，它將用于浙江青年蓮花發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司的缸體粗加工生產(chǎn)中。這種機(jī)構(gòu)可廣泛用于各類(lèi)生產(chǎn)線需要工件翻轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，有著廣闊的應(yīng)用前景。此機(jī)構(gòu)于2012年8月申請(qǐng)實(shí)用新型專利。