CN101949438A

CN101949438A - 一种可独立自动消隙的动力传动机构

Info

Publication number: CN101949438A
Application number: CN2010102910588A
Authority: CN
Inventors: 孙德洲; 仲秋; 许兴旺
Original assignee: JIANGSU HENGLI COMBINED MACHINE TOOL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU HENGLI COMBINED MACHINE TOOL CO Ltd
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: CN101949438B

Abstract

本发明涉及一种可独立自动消隙的动力传动机构，包括电机2、中间轴5、两个输出轴9、23，电机2驱动中间轴5，由中间轴5上的两个斜齿轮33、34通过两个输出轴上的滑移斜齿轮16、24驱动两个输出轴9、23，再由设于两输出轴9、23轴上的两个输出齿轮11、22与齿条32啮合，进行动力传动，其特征是：两个输出轴9、23上各自设有一组弹簧消隙机构。优点是：两个输出轴齿轮与齿条之间的间隙或过盈趋势由各自输出轴上的碟簧推动滑移齿轮来单独进行补偿，补偿过程中不会使中间轴产生附加的额外转动，不会对伺服电机驱动输出轴运行的过程产生额外无规律扰动，保证了传动平稳性和工作台的定位精度。

Description

一种可独立自动消隙的动力传动机构

技术领域

本发明涉及一种龙门移动式数控机床加工中心工作台相对底座运动的动力传动机构，特别是一种可独立自动消隙的动力传动机构。

背景技术

龙门移动式加工中心用于对大型零件进行粗精加工，具有承重力强、行程大、精度高等特点，可以进行铣、镗、钻、攻等各种工序，只需一次装夹就可以按顺序完成多道工序，也可以对大型模具进行三维加工，效率高，加工精度好。机床基本型式为装工件的工作台固定、龙门移动，龙门架由两个X轴工作台带动进行同步移动，由于每个X轴行程很长，难以采用滚珠丝杠传动，故每个X轴工作台均采用伺服电机经齿轮齿条机构进行动力传动，以推动工作台体在底座导轨上进行运动。

在每个齿轮齿条动力传动机构中，齿条联接在X轴工作台底座上固定，齿轮传动箱联接在X轴工作台体上并随其运动，传动箱接受来自伺服电机的驱动力，通过输出齿轮传至齿条，推动传动箱及工作台体进行运动，运动的位置由光栅尺发信号至数控系统进行控制。传动箱中的齿轮、传动轴、轴承、箱体轴承孔以及齿条、齿条安装面等都存在误差，使传动箱输出齿轮与齿条之间、以及传动箱内部传动齿轮之间始终存在一定的间隙，虽然这种间隙在运动过程中是必须，但这种大小不等、时刻变化的传动间隙会给工作台的定位精度、刚性、运动平稳性等带来极大的影响，特别是对机床加工能力的破坏是致命性的，而且对于双X轴工作台驱动的型式来说，由此导致的双工作台不同步将会导致工作台无法运行。因此，必须既对齿轮齿条之间以及传动箱内部齿轮之间的传动间隙予以动态实时消除，同时又必须保证齿轮齿条以及传动箱内部齿轮运行顺畅灵活，以保证工作台的定位精度、刚性、运动平稳性、机床加工能力以及双工作台运动的同步性。

目前常用的带消隙装置的传动机构，电机由减速箱、再通过一对组合齿轮将动力传递给中间轴，再由中间轴上的两个斜齿轮同时将动力传递给两个输出轴，其消隙装置设于中间轴上。其正反向运动，由伺服电机正反向运转实现。

消隙装置中的碟型弹簧对中间轴施以弹性轴向力，推动中间轴进行轴向移动，轴上的两个不同旋向的斜齿轮分别与两个输出轴上的斜齿轮啮合，使得两个输出轴齿轮与同一个齿条啮合时的贴合边不同，从而消除了输出齿轮和齿条之间存在的间隙，并且在互相接触的几对齿面之间都施加了预负荷以提高传动刚性及平稳性。

当工作台进行一个方向的进给时，其中一个输出轴齿轮紧压齿条的一个侧面传递进给力，即为动力传动输出轴；另一个输出轴齿轮则紧贴齿条的另一个侧面以消除间隙，也即为消隙输出轴。反之亦然，两个输出轴随着司服电机的正反转而反复交替地变换着动力输出传动和消隙的功能作用。在工作台进给运动过程中，由于各零部件及安装面的误差，再之进给时运动阻力及负荷的变化，导致输出轴齿轮和齿条之间产生瞬间的间隙或过盈趋势时，在碟簧弹性力的作用下，自动调节，实现了各传动部件的传动间隙予以动态实时消除，同时又保证了各传动部件的运行顺畅灵活。在这个动态实时消除间隙的过程中，碟簧始终对中间轴施加轴向力，一方面提供消除齿轮齿条间隙所需的消隙力，另一方面提供克服工作台进给时由电机传过来的扭矩所致轴向反作用力的进给抗力，保持进给的刚性和平稳性。

但上述现有的传动机构，由于用中间轴来进行消隙，故而存在有如下不足：

1、由于两个输出轴由同一个且为整体的中间轴来进行补偿，当中间轴进行轴向移动来补偿其中一个输出轴的间隙或过盈趋势时，碟簧会推动中间轴上的两个斜齿轮并带动中间轴一边作轴向运动一边沿着斜齿面作额外转动，并通过减速箱将这个额外转动传到伺服电机上。这样，因补偿该间隙或过盈趋势而产生的伺服电机额外转动将对伺服电机驱动输出轴运行的过程产生额外的无规律扰动，经组合齿轮及减速箱齿轮会对这个扰动进行放大，进而导致数控系统对运动的控制受到很大干扰，加大了控制难度，严重影响传动输出轴的传动平稳性和工作台的定位精度。

2、由于两个输出轴上抵消电机扭矩所致轴向反作用力所需的进给抗力以及消除消隙输出轴齿轮与齿条间隙的消隙力也由同一个中间轴来提供，两者之和即为碟簧的总作用力，在一定条件下碟簧总作用力大体上保持不变。这样，当工作台进给负荷加大时，进给抗力势必会随之增大，同时消隙力则会随之减小，消隙齿面间的预负荷也减小，当进给抗力增大到与碟簧总作用力相等时，消隙力甚至会减少到零，消隙齿面间也没有预负荷，此时消隙作用就会消失，齿轮齿条间就会产生间隙，严重影响工作台运动的刚性和平稳性。

3、减速箱的动力通过减速箱齿轮传至组合齿轮，再带动中间轴传至两个输出轴，传动链较长，传动刚性受到一定影响。而且组合齿轮的消隙结构为轴向刚性消隙，只能保证其与减速箱齿轮齿间的最小间隙为零，并不能保证两者所有齿间间隙都消除，这样在传动箱内部的传动链中就存在一定的传动间隙，该间隙并不能由中间轴给予消除，影响到整个传动系统的平稳性，特别是对工作台的反向间隙影响很大。

发明内容

本发明所要解决的技术难题是，克服上述现有技术的不足，提供一种两输出轴可分别独立自动消隙的动力传动机构，在一个输出轴进行消隙补偿时，不会对传动输出轴及伺服电机产生额外扰动，并且消隙力平衡、可靠。

本发明的技术解决方案是，包括电机2、中间轴5、两个输出轴9、23，中间轴5上设有二个中间轴斜齿轮33、34，两个输出轴9、23上各设有一个斜齿轮16、24和一个输出齿轮11、22，电机2通过减速箱1驱动中间轴5，中间轴5再由两对斜齿轮分别同时驱动两个输出轴9、23转动，分别再由设于两输出轴9、23轴端上的两个输出齿轮11、22与齿条32啮合，其特征在于：两个输出轴上各自设有一组消隙机构。

第一输出轴9上的一轴消隙机构由拉杆13、碟簧12、连接套14、拉块15、拉环17、螺纹套18和螺母19构成，第一输出轴9的中心设有长孔，孔中放置拉杆13，拉杆13上套有碟簧12和连接套14，连接套14两侧各联接一个拉块15，拉块15从第一输出轴9中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与拉环17相接，拉杆13的轴端通过螺纹套18、螺母19与第一输出轴9的后端螺纹联接。

第二输出轴23上的二轴消隙机构由推环25、推块26、垫块27、碟簧28、推杆29和螺母30构成，第二输出轴23的中心设有短孔，孔中放置推杆29，推杆29一端下部设有碟簧28、垫块27和推块26，推块26从第二输出轴23中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与推环25联接，推杆29和螺母30与第二输出轴23的后端螺纹相联接。

两输出轴9、23上的斜齿轮16、24为滑移齿轮。

斜齿轮16、24与输出轴9、23间通过花键联接。

中间轴为齿轮轴，轴体上设有二个中间轴斜齿轮33、34。

电机2、减速箱1与中间轴5由联轴节3直联。

齿条32也可为回转工作台的大齿轮。

第二输出轴23的消隙机构与第一输出轴9的消隙机构相同。

第一输出轴9的消隙机构与第二输出轴23的消隙机构相同。

本发明与现有技术相对比所具备的优点是：

1、两个输出轴齿轮与齿条之间的间隙或过盈趋势都是通过各自输出轴内部的碟簧推动滑移齿轮来单独进行补偿，当输出齿轮与齿条间产生间隙或过盈趋势时，输出轴内碟簧推动滑移齿轮轴向移动，同时沿中间轴斜齿面产生附加转动，进而带动输出轴产生附加转动，这样的附加转动只是由两个输出轴各自独立进行，补偿过程基中不会使中间轴产生附加的额外转动，不会对伺服电机驱动传动输出轴运行的过程产生额外无规律扰动，从而降低了数控系统对运动的控制难度，保证传动输出轴的传动平稳性和工作台的定位精度。

2、输出轴上抵消电机扭矩所致轴向反作用力所需的进给抗力以及消除消隙输出轴齿轮与齿条间隙的消隙力都是由两个输出轴各自内部的碟簧来单独提供，当工作台进给负荷加大时，输出轴所受的进给抗力会随之增大，其内部碟簧受压缩的程度增大，但此时输出轴内部碟簧受压缩程度没有发生变化，所提供消隙力的大小并不受输出轴的影响而保持稳定，消隙齿面间的预负荷也保持不变，既不变小，也不变大，保证了工作台运动的刚性和平稳性。

3、电机、减速箱由联轴器与中间轴直联，结构紧凑，传动链短，传动刚性好，综合传动精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图。

图中标号：1-减速箱，2-电机，3-联轴节，4-轴承，5-中间轴，6-传动箱盖，7-传动箱体，8-轴承，9-输出轴，10-轴承，11-输出齿轮，12-碟簧，13-拉杆，14-连接套，15-拉块，16-斜齿轮，17-拉环，18-螺纹套，19-螺母，20-轴承，21-轴承，22-输出齿轮，23-输出轴，24-斜齿轮，25-推环，26-推块，27-垫块，28-碟簧，29-推杆，30-螺母，31-轴承，32-齿条，33-斜齿轮，34-斜齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步的详细描述。

本发明主要包括电机2、减速箱1、中间轴5、两个输出轴9、23。中间轴5为齿轮轴，轴体上设有二个斜齿轮33、34；中间轴5由两端的轴承8、4支撑于传动箱体7和传动箱盖6上；中间轴5通过联轴节3与减速箱1、伺服电机2直接相联。电机2与减速箱1可为联体式，也可为分体式，在一些特殊情况下也可不要减速箱1。

两个输出轴9、23上分别通过花键各联接有一个斜齿轮16、24和一个输出齿轮11、22，其中输出轴9为第一输出轴，输出轴23为第二输出轴。两个斜齿轮16、24为滑移齿轮，可分别与中间轴5上的二个斜齿轮33、34啮合。两个输出轴9、23分别由轴承10、20和轴承21、31支撑于传动箱体7和传动箱盖6上。

电机2通过减速箱1驱动中间轴5，中间轴5再由两对斜齿轮33/16、34/24驱动两个输出轴9、23转动，分别再由设于两输出轴9、23轴端上的两个输出齿轮11、22与齿条32啮合，从而将动力传递给X轴工作台。

为消除输出齿轮11、22和齿条32之间的间隙或者过盈趋势，两个输出轴9、23上各自设有一组消隙机构。本实施例输出轴9与输出轴23采用二组结构不同的消隙机构。中间轴上的两个斜齿轮33、34旋向相同。输出轴9、23上的两个斜齿轮16、24旋向相同，但与中间轴上的两个斜齿轮33、34旋向相反。

第一输出轴9上的一轴消隙机构由拉杆13、碟簧12、连接套14、拉块15、拉环17、螺纹套18和螺母19构成，第一输出轴9的中心设有长孔，孔中放置拉杆13，拉杆13上套有碟簧12和连接套14，连接套14两侧通过螺钉各联接一个拉块15，拉块15从第一输出轴9中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与拉环17相接，拉杆13的轴端通过螺纹套18、螺母19与第一输出轴9的后端螺纹联接。

第二输出轴23上的二轴消隙机构由推环25、推块26、垫块27、碟簧28、推杆29和螺母30构成，第二输出轴23的中心设有短孔，孔中放置推杆29，推杆29一端下部设有碟簧28、垫块27和推块26，推块26从第二输出轴23中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与推环25通过螺钉固定联接，推杆29和螺母30与第二输出轴23的后端螺纹相联接。

本发明同样适用于使用大小齿轮传动的回转工作台，此时只需将固定在底座上的齿条32换成固定在回转工作台上的大齿轮，而将传动箱体7固定在回转工作台底座上，这样就可以消除小齿轮和大齿轮之间的运动间隙。

工作时，一轴消隙机构中的碟簧12下端顶住拉杆13台阶，对连接套14施以轴向力，通过拉块15推动拉环17并带动斜齿轮16进行轴向移动，使得斜齿轮16齿部的右侧面与中间轴5上的斜齿轮33齿部的左侧面紧密贴合，推动第一输出轴9进行顺时针方向转动(沿着A-A剖视方向)，使第一输出轴9上的输出齿轮11齿部的左侧面紧贴齿条32齿部的右侧面，见图2；同时，二轴消隙机构中的碟簧28上端顶住推杆29，下端对垫块27施以轴向力，通过推块26推动推环25并带动斜齿轮24进行轴向移动，使得斜齿轮24齿部的左侧面与中间轴5上的斜齿轮34齿部的右侧面紧密贴合，推动第二输出轴23进行逆时针方向转动(沿着A-A剖视方向)，使第二输出轴23上的输出齿轮22齿部的右侧面紧贴齿条32齿部的左侧面，这样，就消除了输出齿轮11、22和齿条32之间存在的间隙，并且在互相接触的几对齿面之间都施加了预负荷以提高传动刚性及平稳性。

当伺服电机2运转时，将正反方向的转动传至中间轴5，再传至两个输出轴9和23，最后传至齿条32，使传动箱体7和齿条32产生相对运动，进而带动工作台体对底座产生相对运动，这样就形成了工作台的正反方向进给运动。当工作台进行一个方向的进给时，其中一个输出轴齿轮紧压齿条的一个侧面传递进给力，该轴即为传动输出轴，另一个输出轴齿轮则紧贴齿条的另一个侧面以消除间隙，该轴即为消隙输出轴。反之亦然，两个输出轴齿轮与齿条的作用关系则互换。在工作台进给运动过程中，由于传动箱体7中的齿轮、各轴、轴承、箱体轴承孔以及齿条、齿条安装面等都存在误差，再加上进给时运动阻力及负荷的变化，会导致两个输出轴9、23上的输出齿轮11、22与齿条32齿部之间产生瞬间的间隙或过盈趋势。如第一输出轴9上的输出齿轮11与齿条32齿部产生间隙时，碟簧12就会向上伸长推动一轴的斜齿轮16向上位移，斜齿轮33的斜齿面推动斜齿轮16带动第一输出轴9产生顺时针方向附加转动，使得第一输出轴9上的输出齿轮11和齿条32齿部之间仍然保持紧贴；反之，如第一输出轴9上的输出齿轮11与齿条32齿部产生过盈趋势时，齿条32就会紧贴第一输出轴9上的输出齿轮11的齿部推动第一输出轴9和斜齿轮16产生逆时针方向附加转动，通过中间轴5上的斜齿轮33的斜齿面的作用使得斜齿轮16向下位移推动碟簧12向下收缩。

如果第二输出轴23与齿条32齿部产生间隙时，碟簧28就会向下伸长推动斜齿轮24向下位移，中间轴5上的斜齿轮34的斜齿面推动斜齿轮24带动第二输出轴23产生逆时针方向附加转动，使得第二输出轴23上的输出齿轮22和齿条32齿部之间仍然保持紧贴；反之，如第二输出轴23与齿条32齿部产生过盈趋势时，齿条32就会紧贴第二输出轴23上的输出齿轮22的齿部推动第二输出轴23和斜齿轮24产生顺时针方向附加转动，通过中间轴5上的斜齿轮34的斜齿面的作用使得斜齿轮24向下位移推动碟簧28向下收缩。这样，既实现了对齿轮齿条之间以及传动箱内部传动间隙予以动态实时消除，同时又保证了齿轮齿条以及传动箱内部齿轮运行顺畅灵活。在这个动态实时消除间隙的过程中，两个碟簧12、28始终对两个输出轴9、23上的滑移齿轮16、24施加方向相反的轴向力，一方面提供消除齿轮齿条间隙所需的消隙力，另一方面提供克服工作台进给时由电机传过来的扭矩所致轴向反作用力的进给抗力，保持进给的刚性和平稳性。两个碟簧12、28的预紧力分别由拉杆13、螺纹套18、螺母19和推杆29、螺母30进行调整。

本发明的两个输出轴9、23也可采用相同结构的消隙机构，也即全部采用上述第一输出轴9的一轴消隙机构，或者全部采用第二输出轴23的二轴消隙结构，此时，中间轴5上的二个斜齿轮33、34的旋向相反。本发明中的齿条32也可为回转工作台的大齿轮。

本发明不仅可用于双X轴机床中每个X轴工作台的动力传动，也可以用于双立柱横梁升降的动力传动，或单X轴机床的X轴工作台或Y轴龙门的传动，或任何使用齿轮齿条传动的机构中，而且还可以用于回转工作台的大小齿轮传动中。

Claims

1.一种可独立自动消隙的动力传动机构，包括电机2、中间轴5、两个输出轴9、23，中间轴5上设有二个斜齿轮33、34，两个输出轴9、23上各设有一个斜齿轮16、24和一个输出齿轮11、22，电机2通过减速箱1驱动中间轴5，中间轴5再由两对斜齿轮分别同时驱动两个输出轴9、23转动，分别再由设于两输出轴9、23轴端上的两个输出齿轮11、22与齿条32啮合，其特征在于：两个输出轴上各自设有一组消隙机构。

2.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：第一输出轴9上的一轴消隙机构由拉杆13、碟簧12、连接套14、拉块15、拉环17、螺纹套18和螺母19构成，第一输出轴9的中心设有长孔，孔中放置拉杆13，拉杆13上套有碟簧12和连接套14，连接套14两侧各联接一个拉块15，拉块15从第一输出轴9中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与拉环17相接，拉杆13的轴端通过螺纹套18、螺母19与第一输出轴9的后端螺纹联接。

3.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：第二输出轴23上的二轴消隙机构由推环25、推块26、垫块27、碟簧28、推杆29和螺母30构成，第二输出轴23的中心设有短孔，孔中放置推杆29，推杆29一端下部设有碟簧28、垫块27和推块26，推块26从第二输出轴23中部的两侧长槽中穿过并冒出外圆面与推环25联接，推杆29和螺母30与第二输出轴23的后端螺纹相联接。

4.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：两输出轴9、23上的斜齿轮16、24为滑移齿轮。

5.如权利要求1或4所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：斜齿轮16、24与输出轴9、23间通过花键联接。

6.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：中间轴5为齿轮轴，轴体上设有二个斜齿轮33、34。

7.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：电机2、减速箱1与中间轴5由联轴节3直联。

8.如权利要求1所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：齿条32也可为回转工作台的大齿轮。

9.如权利要求1或2所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：第二输出轴23的消隙机构与第一输出轴9的消隙机构相同。

10.如权利要求1或3所述的一种可独立自动消隙的动力传动机构，其特征在于：第一输出轴9的消隙机构与第二输出轴23的消隙机构相同。