CN102275711A - 基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置，该装置主要由步进电机、同步带轮、张紧轮、同步带、两个导轨和两个夹持部件组成；该方法通过所述装置实现跨距调整与工件输送，即由电机驱动同步带带动同步带传动，同步带的上下齿面带上各安装一个夹持部件，电机的转动驱动两个夹持部件做等速反向的往复直线运动，两个夹持部件就可以实现跨距调整以及工件的输送。本发明的优点是，用于跨距调整时可以实现双倍调节，效率高；用于工件输送时，不受同步带长度的限制，可以输送任意长度的工件。

Description

基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置

技术领域

本发明涉及先进制造及自动化技术领域，具体涉及一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置。

背景技术

跨距调整装置广泛应用于各种机械之中，如机床的走刀装置、纺织机械的针床横移机构、打印机械的喷墨打印机构、矫直机械的跨距调整机构等。

目前，跨距调整的方法主要有两种：丝杠螺母副传动和同步带传动。基于丝杠螺母副传动的跨距调整的滚珠丝杠与步进电机连接时中间必须加装联轴器以达到柔性连接，所以结构复杂，成本较高。同步带传动具有结构紧凑，传动平稳，传动比精确，能吸振，噪音小，并且不需润滑，维护费用低等优点，广泛用于纺织、机床、汽车、烟草、轻工、化工、冶金、仪表仪器等各行各业的机械传动中。

目前，同步带传动还应用到了机器人的设计中，用于传递电机的动力。北京航空航天大学机器人研究所的范哲等人在2010年04期《机械工程师》中发表的《同步带传动周转轮系机器鱼的设计与验证》，介绍了一种用于拖曳试验的多关节机器鱼试验平台，用以研究鱼类尾鳍游动机制，提供功耗可测，且能够精确拟合亚鲹科鱼类曲线的多关节机器鱼。该研究通过同步带串联周转轮系原理的传动机构来模拟机器鱼的各个关节的运动，精确拟合了亚鰺鱼科鱼类的多关节运动曲线。文章中采用的同步带串联周转轮系，当同步带传动主动轮与从动轮之间存在公转和自转运动时，利用公转运动与自转运动解耦的特性，将动力一级一级传递给每个关节。该研究中的同步带只用于传递动力，使得鱼体的各个关节能够协调动作。

同步带传动除了与电机连接传动动力外，还用于输送工件。如200910303285号专利所述的一种利用同步带传送薄片工件的方法及装置，该装置包括机架、驱动机构及同步带，所述的同步带为两条，两条同步带传送段为带面相互平行、一组齿面相对且相对齿面的齿面结构对称的结构形式，两条同步带相对的齿槽之间的距离与薄片工件的大小相适配，驱动机构工作时，两条同步带同速且传送段同向运行。该发明结构简单，工件传送过程不碰撞、不粘连，但是该发明直接使用双面齿同步带的齿面进行工件输送，只适用于薄片工件，并且工件的输送距离由同步带的长度决定，所以不适用于其他形状工件的输送与远距离输送，使用存在局限性并且成本较高的缺陷。

同步带传动还可以将电机主轴的正反旋转运动转变成同步带齿面的左右往复直线运动。如200720066800号专利所述的同步带定位装置的特点是在电机输出轴上置有驱动同步带轮，同步带缠绕在所述驱动同步带轮和张紧轮上，定位块通过固定块与同步带固定连接，定位块可在定位区域内按照指令进行往复双向直线运动，进而完成定位工作。该专利将电动机的旋转运动转化成与同步带面相连的定位块的直线往复移动，结构简单，定位运行平稳。该实用新型公开的同步带定位装置的结构，仅利用同步带的单边齿面带来完成定位块的定位工作，并且定位块直接与同步带面连接，不能承受外力作用。所以该装置只适用于瓦楞纸板、纸箱生产中的分切和压线。

为了改善以上缺点或局限性，所以本发明提出了一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法及装置，所述的跨距调整与工件输送装置具有工件输送、跨距调整和夹紧定位的功能，其方法是由步进电机驱动同步带，带动两个夹持部件对称运动实现跨距的双倍调节；由两夹持部件的对称运动配合特定的夹紧状态实现工件的输送，步进电机正反转均能输送工件。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案。

本发明提供的基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法，其采用一个主要由步进电机、同步带轮、张紧轮、同步带、两个导轨和两个夹持部件组成的装置实现跨距调整与工件输送，具体是采用包括以下步骤的方法：

a.利用两个夹持部件，分别与同步带的上下齿面带连接，并且位置对称于整个跨距调整与工件输送装置的铅垂中性面；

b.利用同步带将步进电机的旋转运动转化成两个夹持部件的对称直线运动；

c.利用两夹持部件的对称运动，实现两夹持部件之间跨距的双倍调节；

d.利用两夹持部件自身的夹紧功能配合同步带带动的对称运动，实现共建的连续单向送料功能；

e.步进电机的正反转均能输送工件且不影响工件的输送方向；

f.可输送任意长度的工件，不受同步带自身长度的限制。

在上述步骤c中，跨距可由下述公式计算：

S_总＝2S＝θ/360°*i*r，

式中：S为一个夹持部件的位移量；θ为步进电机的转动角度，θ＝脉冲数*步进电机步距角；i为传动比，i＝Z1/Z2＝1，Z1和Z2分别为同步带轮与张紧轮的齿数；r为同步带轮的节圆半径。

在两个夹持部件作反向同速运动进行跨距调整时，跨距是步进电机旋转量的两倍，从而实现双倍调节。

在上述步骤f中，工件输送的距离L只与步进电机的旋转角度有关，可由以下公式算出：

式中：L为工件输送的距离；θ_j为步进电机的单次旋转角度；n为工件输送过程中步进电机转向的改变次数；r为同步带轮的节圆半径。

本发明提供的基于同步带传动的跨距调整与工件输送装置，主要由基座、步进电机、同步带轮、张紧轮、同步带和两个夹持部件组成，其中：第一夹持部件和第二夹持部件分别与同步带的上下齿面带连接，并且对称于所述装置整个工作平面的铅垂中性面；同步带装在同步带轮和张紧轮上，该同步带将步进电机的旋转运动转化成两个夹持部件在各自导轨上的对称直线运动，实现两个夹持部件之间的跨距的双倍调整及两个夹持部件对工件的输送；步进电机、同步带轮、张紧轮和导轨都安装在基座上。

所述两根导轨分别位于同步带的上下两边等距离处，其为上导轨、下导轨，并且均平行于同步带的齿面。

所述上导轨、下导轨各安装有两个导轨滑块，两个夹持部件分别与上导轨、下导轨上的水平方向同侧的两个导轨滑块固定连接，使得两个夹持部件横跨在同步带的上方并沿导轨方向往复运动。

所述的两个夹持部件，分别由一个压块与同步带的齿面固定连接。

本发明提供的上述跨距调整与工件输送装置适用于包括矫直机在内的机械的跨距调整，与传感器等原件配套构成闭环控制系统，以及所述机械的工件输送，并且能在改变步进电机旋转方向的情况下不改变工件的输送方向。

该装置输送工件时，其工作顺序为：第一夹持部件夹紧工件，步进电机正转，两个夹持部件向两边运动，同时第一夹持部件拖动工件向前运动；步进电机停止运动，第二持部件夹紧工件，第一夹持部件松开工件；步进电机反转，两个夹持部件向中间运动，第二夹持部件拖动工件继续向前运动；步进电机停止运动，第一夹持部件夹紧工件，第二夹持部件松开工件；重复上述的动作，直至完成工件的连续单向输送。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一.既可用于跨距调整，又可用于工件输送。

实现跨距调整功能时，可以进行跨距的双倍调节，跨距计算简单，跨距调节效率高；

实现工件输送功能时，电机的正反转都可以输送工件，并且工件的输送距离只与电机总的旋转角度有关，输送工件的距离不受输送带长度的限制。

其二.该装置用于矫直机械时，兼具跨距调整与工件输送功能，可以简化矫直机械结构。

其三.该装置还可与传感器等原件配套使用，构成闭环系统，测量精度高，并适用于自动化生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是组成压板的齿形卡板的结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是组成压板的连接件的结构示意图。

图6是图4的俯视图。

图中：1.同步带轮；2.第一夹持部件；3.第一导轨滑块；4.第一压板；5.第一导轨；6.第二夹持部件；7.第二导轨滑块；8.张紧轮；9.第三导轨滑块；10.第二压板；11.同步带；12.第二导轨；13.第四导轨滑块；14.步进电机；15.齿形卡板；16.螺栓；17.连接件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的方法作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的基于同步带传动的跨距调整与工件输送装置，其结构如图1和图2所示，由基座，步进电机14，同步带轮1，张紧轮8，同步带11，两个压板，两个导轨，4个导轨滑块和两个夹持部件组成，其中：利用两个夹持部件，分别与同步带的上下齿面带连接，并且位置对称于整个跨距调整与工件输送装置的铅垂中性面。利用同步带将步进电机的旋转运动转化成两个夹持部件的对称直线运动。

所述同步带轮1、第一导轨5、张紧轮8、第二导轨12和步进电机14都安装在基座上。步进电机14输出轴上置有同步带轮1，同步带11缠绕在所述同步带轮1和张紧轮8上。第一夹持部件2通过第一压板4固定在同步带11的上齿面带上，第二夹持部件6通过第二压板10安装在同步带11的下齿面带上，并且第一夹持部件2和第二夹持部件6对称于所述装置整个工作面的铅垂中性面。同时，第一夹持部件2又分别与第一导轨滑块3和第四导轨滑块13固定连接；第二夹持部件6又分别与第二导轨滑块7和第三导轨滑块9固定连接。其中，第一导轨滑块3和第二导轨滑块7安装在第一导轨5上，第三导轨滑块9和第四导轨滑块13安装在第二导轨12上。

所述第一压板4和第二压板10的结构相同，如图3至图6所示：由齿形卡板15和连接件17组成。其中，图3和图4所示的齿形卡板15与同步带11具有相同的齿形，利用齿形卡板15的齿将该卡板卡在同步带的齿面带上。图5和图6所示的连接件17为直角结构，由水平板和与水平板相垂直的垂直板构成，其中水平板用螺栓16与卡板15固定连接，垂直板用螺栓安装到夹持部件上，就实现了同步带与夹持部件的安装。

所述跨距调整与工件输送装置中，步进电机14为动力部件，由步进电机14驱动同步带轮1带动同步带11传动。控制步进电机14的正反转可以控制同步带11的正向和反向传动。第一导轨5和第二导轨12在同步带11的上下两边等距离处对称布置，两导轨固定在基座上。第一夹持部件2和第二夹持部件6分别与第一导轨5和第二导轨上12的水平方向同侧的两个导轨滑块固定连接，使得两个夹持部件横跨在同步带的上方并可沿导轨方向往复运动。同时，第一夹持部件2用压块4固定连接在同步带的上齿面带上，第二夹持部6件用另一个相同的压块10固定连接在同步带的下齿面带上。由于同步带11上下两个齿面带的运动是等速反向的，所以第一、第二两个夹持部件总是随着同步带的上下齿面一起做等速反向运动。通过上述的安装，所述的跨距调整与工件输送装置最终将步进电机14的旋转运动通过同步带11的传动变成了两个夹持部件的直线对称往复运动。

本发明提供的基于同步带传动的跨距调整与工件输送装置采用同步带传动结构，其同步传动过程是：步进电机14转动时，驱动同步带轮1带动同步带11进行同步运动，通过第一压板4固定在同步带11上的第一夹持部件2和第二夹持部件6在跨距调整区域内可进行对称的往复直线运动，进而完成跨距调整工作。因为第二夹持部件6和第一夹持部件2在同步带11的相对齿面带上对称安装，所以第一夹持部件2和第二夹持部件6的运动，速度相等，方向相反。当步进电机14正转时，同步带轮1顺时针转动，第二夹持部件6和第一夹持部件2跟着同步带11一起向中间靠拢；步进电机14反转时，同步带轮1逆时针转动，第二夹持部件6和第一夹持部件2跟着同步带11一起向两边远离。

所述的第一夹持部件2和第二夹持部件6根据机器的需要，可以是任何形式的结构，来拖曳工件实现跨距调整，并且在拖曳工件的过程中两个夹持部件不可以同时夹紧。

跨距即构件两支点间的距离。本发明所述第一、第二两夹持部件间的距离即为跨距，改变两个夹持部件之间的距离就可以实现跨距的调整。

所述跨距调整与工件输送装置用于跨距调整时可实现跨距的双倍调节。该装置的跨距调整办法是：将步进电机14的旋转量转变成同步带11的位移量。跨距调整装置中单个夹持部件的位移量可以由以下公式算出：

S＝θ/360°*i*r

式中：S----一个夹持部件的位移量；θ----电机的转动角度(°)，θ＝脉冲数*电机步距角；i----传动比，i＝Z1/Z2＝1，Z1和Z2分别为同步带轮与张紧轮的齿数；r----同步带轮的节圆半径。

所以，跨距调整装置的总位移量S_总为单个夹持部件的两倍，即

S_总＝2S＝θ/360°*i*r

传统的工件输送装置都是在电机的特定转向下输送工件，改变电机的旋转方向也改变了工件的输送方向，而本发明所述的装置能在改变电机旋转方向的情况下不改变工件的输送方向。

本发明提供的基于同步带传动的跨距调整与工件输送装置用于输送工件时，其工作过程是：以整个工作平面的铅垂中性面与水平面的交线作为系统的中心线。所述的夹持部件2和夹持部件6具有夹紧和松开的功能。当工件从该装置的左端进入时，第一夹持部件2夹紧工件，步进电机14正转，两个夹持部件向两边运动，第一夹持部件2拖动工件向右运动并将其拖过中心线处；步进电机14停止转动；第二夹持部件6夹紧工件，第一夹持部件2松开工件；电机反转，两个夹持部件向中间运动，第二夹持部件6拖动工件继续向前运动；电机停止运动；第一夹持部件2夹紧工件，第二夹持部件6松开工件；重复上述的动作至完成工件输送。工件输送的距离可由以下公式计算：

式中：L----工件输送的距离；θ_j----电机的单次旋转角度；n----工件输送过程中电机转向的改变次数；r----同步带轮的节圆半径。

由上述公式可以看出，工件的输送距离只与电机的旋转角度有关，与电机的旋转方向无关。并且在步进电机的正反转情况下均能输送工件且不影响工件的输送方向。所以，本发明所述的跨距调整和工件输送装置可以实现任意长度工件，任意长度距离的工件输送，而不受装置本身同步带的长度限制。控制首次运动时电机的转向和夹持部件的松紧，可以实现不同方向的工件输送。

本发明提供的上述装置适用于包括矫直机在内的机械的跨距调整，以及所述机械的工件输送，并且能在改变步进电机旋转方向的情况下不改变工件的输送方向。

本发明提供的上述装置适用于与传感器原件配套构成闭环控制系统，具体是：利用位移传感器对其中一个夹持部件运动前后的位移进行检测，并把检测结果送到控制系统。由控制系统对检测的结果进行分析计算，再把结果输送回执行元件，从而精确控制跨距的调整。

Claims (10)

1.一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送方法，其特征是采用一个主要由步进电机、同步带轮、张紧轮、同步带、两个导轨和两个夹持部件组成的装置实现跨距调整与工件输送，具体是采用包括以下步骤的方法：

a.利用两个夹持部件，分别与同步带的上下齿面带连接，并且位置对称于整个跨距调整与工件输送装置的铅垂中性面；

b.利用同步带将步进电机的旋转运动转化成两个夹持部件的对称直线运动；

c.利用两夹持部件的对称运动，实现两夹持部件之间跨距的双倍调节；

d.利用两夹持部件自身的夹紧功能配合同步带带动的对称运动，实现共建的连续单向送料功能；

e.步进电机的正反转均能输送工件且不影响工件的输送方向；

f.可输送任意长度的工件，不受同步带自身长度的限制。

2.根据权利要求1所述的跨距调整与工件输送方法，其特征在于：步骤c中，跨距的计算公式为：

S_总＝2S＝θ/360°*i*r，

式中：S为一个夹持部件的位移量；θ为步进电机的转动角度，θ＝脉冲数*步进电机步距角；i为传动比，i＝Z1/Z2＝1，Z1和Z2分别为同步带轮与张紧轮的齿数；r为同步带轮的节圆半径。

3.根据权利要求2所述的跨距调整与工件输送方法，其特征在于：在两个夹持部件作反向同速运动进行跨距调整时，跨距是步进电机旋转量的两倍，从而实现双倍调节。

4.根据权利要求1所述的跨距调整与工件输送方法，其特征在于：步骤f中，工件输送的距离L只与步进电机的旋转角度有关，由以下公式算出：

式中：L为工件输送的距离；θ_j为步进电机的单次旋转角度；n为工件输送过程中步进电机转向的改变次数；r为同步带轮的节圆半径。

5.一种基于同步带传动的跨距调整与工件输送装置，其特征是该装置主要由基座、步进电机、同步带轮、张紧轮、同步带和两个夹持部件组成，其中：第一夹持部件和第二夹持部件分别与同步带的上下齿面带连接，并且对称于所述装置整个工作平面的铅垂中性面；同步带装在同步带轮和张紧轮上，该同步带将步进电机的旋转运动转化成两个夹持部件在各自导轨上的对称直线运动，实现两个夹持部件之间的跨距的双倍调整及两个夹持部件对工件的输送；步进电机、同步带轮、张紧轮和导轨都安装在基座上。

6.根据权利要求5所述的跨距调整与工件输送装置，其特征在于所述两根导轨分别位于同步带的上下两边等距离处，其为上导轨、下导轨，并且均平行于同步带的齿面。

7.根据权利要求6所述的跨距调整与工件输送装置，其特征在于所述上导轨、下导轨各安装有两个导轨滑块，两个夹持部件分别与上导轨、下导轨上的水平方向同侧的两个导轨滑块固定连接，使得两个夹持部件横跨在同步带的上方并沿导轨方向往复运动。

8.根据权利要求7所述的跨距调整与工件输送装置，其特征在于所述的两个夹持部件，分别由一个压块与同步带的齿面固定连接。

9.根据权利要求5至权利要求8中任一权利要求所述的跨距调整与工件输送装置，其特征在于该装置适用于包括矫直机在内的机械的跨距调整，与传感器等原件配套构成闭环控制系统，以及所述机械的工件输送，并且能在改变步进电机旋转方向的情况下不改变工件的输送方向。

10.根据权利要求9所述的跨距调整与工件输送装置，其特征在于该装置输送工件时，其工作顺序为：第一夹持部件夹紧工件，步进电机正转，两个夹持部件向两边运动，同时第一夹持部件拖动工件向前运动；步进电机停止运动，第二持部件夹紧工件，第一夹持部件松开工件；步进电机反转，两个夹持部件向中间运动，第二夹持部件拖动工件继续向前运动；步进电机停止运动，第一夹持部件夹紧工件，第二夹持部件松开工件；重复上述的动作，直至完成工件的连续单向输送。

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