CN102296902B - 一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构 - Google Patents

Abstract

本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构涉及的是一种轨道车辆自动门的塞拉密封启闭机构，特别是一种高铁或其他轨道车辆塞拉门的齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构。包括门架、电机、主动轮、齿带、辅轴、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆、门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；主动轮、齿带、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮组成齿带传动机构；辅轴、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆组成双轴摇杆导杆机构；承载轴、承载轴套、摇杆又与门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮、门页、门架组成槽型凸轮机构。上述机构组合构成齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构。

Description

一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构

技术领域

本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构涉及的是一种轨道车辆自动门的塞拉密封启闭机构，特别是一种高铁或其他轨道车辆塞拉门的齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构。

背景技术

目前国内外轨道车辆自动门主要有塞拉门、外挂门和内藏门三大系列门系统，其传动方式主要有螺旋传动、齿带(即同步齿形带)传动两种。

塞拉门系统常为单扇或双扇门页，为双扇时一方面要实现两扇对开和对关的门页启闭移动运动，一方面要实现对开时向外或对关时向内的门页塞拉运动，以保证关门后有良好的密封效果。螺旋传动是指门系统的左、右两扇分别通过螺母组件与螺杆相连，螺杆为左旋和右旋对称结构，通过驱动元件的驱动，使螺杆做旋转运动，同时带动两扇门页的螺母组件做相反方向的运动，达到两扇门页同步运动的状态；齿带（即同步齿形带）传动是指门系统的左、右两扇门页分别通过齿带夹板与齿带两侧相连，齿带两端有齿带轮架，由齿带形成一个闭环，通过驱动元件的驱动，使齿带绕着齿带轮做旋转运动，同时带动两扇门页做相反方向的运动，达到两扇门页同步运动的状态。为单扇时也要实现上述的塞拉密封启闭运动，只不过是实现一扇的单开和单关而已。

从塞拉-启闭功能看，国内外现有塞拉门大体分为三种类型：

1）国产A公司的A型塞拉门，沿x方向实现门的对开与关，沿y方向实现塞拉运动达到密封，但是沿x方向运动的承载轴不固定，它同时沿y方向移动，因此承载轴稳定性稍差，结构尺寸大，占用的空间大；

2）国外B公司的B型塞拉门，沿x方向实现门的对开与关，x方向移动的承载轴固定，刚性好，塞拉运动是采用绕x轴旋转的摇杆摆动，带动摇杆导杆机构实现门的塞拉，其刚性较好，但结构尺寸较大，且作塞拉时，门页有一个上下的摆动量，会影响门页快速开关时的动态稳定性；

3）国外C公司的C型塞拉门，同样沿x方向实现门的对开与关，承载轴固定，门的塞拉运动是采用绕z轴转动的四杆机构实现门的塞拉密封，其刚性较好，但作塞拉时，门页沿z轴方向须加强支撑，使结构尺寸较大，成本较高。

从启闭传动方式看，由于螺旋传动具有运动准确、易于平衡、扭矩大等特点，故目前国内外塞拉门系统采用螺旋传动者较多，但螺旋传动制造精度要求高，需要较大驱动才能完成预定的动作，故占用空间大、重量大，且易磨损，润滑、密封要求很高，维护维修频次高，使得制造成本较高；齿带传动虽具有柔性传动，精度要求低，所需驱动小，易于维护维修，制造成本低等优点，但带易打滑和延伸等缺点，导致其应用受限。

如何克服现有技术不足，使塞拉门设计既能实现重量轻、尺寸小的轻量化，又能实现运动-密封的可靠性和降低成本的经济性，是人们一直在关注和研究的问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，以实现减小机构尺寸和重量、降低制造成本、提高运动-密封可靠性的目的。

近年来齿带传动从材料、结构方面进行了较大的改进，如氯丁橡胶齿带采用玻璃纤维抗拉层、氯丁橡胶带齿、带背及尼龙包布层，聚氨酯涤纶抗拉齿带等，综合了齿轮、链和带传动的优点，克服了传统齿带传动的延伸、易损、承载能力不高等缺点，且具有传动准确、噪声小、承载能力高、寿命长、可靠性高、节能高效、预紧力小等特点。

本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构采取以下技术方案实现： 

本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构包括门架、电机、主动轮、齿带、辅轴、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆、门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；其中主动轮、齿带、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮组成齿带传动机构；辅轴、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆组成双轴摇杆导杆机构；承载轴、承载轴套、摇杆又与门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮、门页、门架组成槽型凸轮机构，所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构和槽型凸轮机构组合构成齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，此为本发明的单扇门机构。

本发明中所述门架与车体相固结，是用于固定塞拉门传动系统的机架，电机、张紧装置、轴承座、承载轴、辅轴、槽型凸轮均固定在门架上；齿带左端，电机轴通过键联接装有主动轮，与齿带相啮合，下齿带上通过螺栓固接有下带夹；齿带右端的从动轮通过键联接装于轴承座轴上，轴承座与张紧装置相连接；下带夹下端又通过螺栓与辅轴套相联接，辅轴套与辅轴组成移动副，可在其上沿X方向运动；辅轴套下端与摇导杆相固结，并可绕辅轴中心作小幅摆动；摇导杆与导杆组成移动副，导杆右下端与摇杆中位相铰接，承载轴套与承载轴组成转动副，其下端与摇杆上端相固接，进而构成摇杆导杆机构；摇杆下端与门把相铰接，门把中间装有滚子轴，滚子轴上端通过轴承装有滚子，滚子装于槽型凸轮内，能沿槽型凸轮作滚动运动。所述槽型凸轮可做成直线加折线或其它曲线形状。

当滚子在门把的带动下沿槽型凸轮的直线部分移动时，能带动塞拉门走直线轨迹，实现门页的开与关；当滚子走到槽型凸轮的折线部分时，则带动塞拉门走一段折线，实现门页的塞拉运动。

本发明塞拉门的启闭塞拉密封运动可按下述过程实现：电机得电通过主动轮驱动齿带作环形运动，同时带动从动轮旋转，齿带运动时固定其上的下带夹会沿X方向作往复直线运动；由于下带夹与辅轴套固为一体，且辅轴套下端与摇导杆相固结，故当下带夹沿X方向作直线运动时，将带动摇导杆及其上导杆、摇杆、承载轴套沿辅轴、承载轴移动，此时由于齿带允许的弹性变形，下带夹与辅轴套可有绕辅轴中心的小幅摆动，约±1.5°；摇杆通过转动副带动门把及其上的滚子轴、滚子、门页运动，由于槽型凸轮的作用，使得门页实现塞拉门门页的启闭塞拉密封运动。

当滚子沿槽型凸轮的直线段运动时，门页沿x方向直线移动，实现门页的启闭；当滚子沿槽型凸轮的折线段运动时，由于导杆与门页是被动运动，其上滚子受槽型凸轮的运动限制，故导杆与门页只能沿槽型凸轮作折线运动，实现门页的塞拉密封运动。

本发明在YOZ平面内，可看到此空间机构的齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构相互连接与运动情况，尤其是下带夹与辅轴套、摇导杆相固结的情况，摇导杆与导杆、承载轴、承载轴套、摇杆相互联结的情况；摇杆与门页随滚子轴、滚子沿槽型凸轮运动的情况。

本发明中所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构相互连接构成单扇门机构，若将其中双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构所有构件向右面对称，并将齿带传动的电机与轴承座、张紧装置距离拉长，即可获得双扇门机构，此时右面带夹装于齿带上方，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现塞拉门门页的对开、对关及塞拉作业。

本发明的塞拉门双扇门齿带传动机构的张紧装置由调节螺杆、锁紧螺母A、张紧弹簧、燕尾动板、底座、弹簧导柱、定板、锁紧螺母B、镶条等所组成；两个带夹在齿带传动中为右在上、左在下，对称布局，可实现两扇门页的对开、对关作业；齿带传动机构的张紧装置中轴承座与张紧装置采用燕尾槽联接、弹簧张紧、双螺母的预紧-锁紧与调节方式：轴承座下部固联有燕尾动板，通过镶条与底座的燕尾槽实现动配合；调节螺杆可旋入底座左侧固结的定板，调节螺杆右端为弹簧导柱结构，与固结于燕尾动板左端的弹簧导柱之间装有张紧弹簧；通过锁紧螺母A、锁紧螺母B 的双螺母调节，可实现张紧弹簧的预紧-锁紧与调节，使齿带松紧适中、正常使用；底座与门架相固接，工作过程中由于张紧弹簧的作用，使轴承座与从动轮沿燕尾槽方向，可实现齿带传动的自动张紧。

用于高铁或其他轨道车辆塞拉门的塞拉启闭与密封的机构，要求门页开关门迅速，塞拉密封可靠。本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，与上述国内外塞拉门机构相比有较大的区别，不仅能满足上述要求，而且结构简单紧凑，噪声小、尺寸小、重量轻、成本低，传动稳定性好、工作可靠度高。 

本发明的有益效果：用于高铁或其他轨道车辆塞拉门的塞拉密封与启闭机构，要求门扇启闭迅速，塞拉密封可靠。本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，与上述国内外塞拉门机构相比，具有以下特点：

1）承载轴与辅轴双轴两端均固定在门架上，与国产A型塞拉门承载轴及整体零部件参与运动情况相比，不仅承载能力大幅提高，整体强度、刚度显著增加，而且运动部分零部件数量、重量明显下降，效率提高、噪声降低，实现了塞拉门机构与传动系统的轻量化。

2）与国外B、C型塞拉门相比，结构紧凑，具有承载能力大、尺寸小、重量轻、成本低的优势；带夹摆动幅度很小，门页塞拉的动态稳定性较高；具有塞拉密封可靠与门页启闭迅速的特点。

3）与螺旋传动相比，本发明的齿带传动与张紧结构，具有耐油、耐潮、无需润滑、寿命长、运行可靠、自动张紧等优点，且允许线速度高，传递功率大，传动效率可达0.98；A型塞拉门的螺旋传动噪声约75dB,而齿带传动噪声一般约55dB，若采用螺旋角8°左右的斜齿带传动，可达45dB以下，真正实现塞拉门传动系统的低噪声。

4）因为摇杆与门把相铰接，需通过承载轴、辅轴作塞拉运动，其所受弯扭应力较大，机构中巧妙地分别将辅轴套与摇导杆、承载轴套与摇杆相固结，一方面使其强度、刚度显著提高；另一方面使承载轴、辅轴受力更趋合理，提高了承载轴、辅轴自身抗弯扭变形的承载能力。

5）为进一步提高导杆与摇导杆的承载能力，可将其移动副选用花键链接，具有定心精度高、应力集中小和相对运动的稳定性好等特点。

6）齿带传动机构的张紧装置，采用燕尾导轨结构、弹簧张紧、双螺母锁紧与调节方式，利用弹簧的适当推力，实现齿带传动的自动张紧。

7）本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，不仅适于普通塞拉距离的塞拉门，同时也适合具有微动塞拉的塞拉门机构，此时只需调整槽型凸轮的形状尺寸即可。

附图说明

以下将结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明塞拉门空间机构原理图。

图2是本发明塞拉门空间机构YOZ平面原理图。

图3是本发明塞拉门双扇门齿带机构俯视图。

图4是本发明塞拉门齿带机构张紧装置右视图。

具体实施方式

参照附图1～4，一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构包括门架1、电机2、主动轮3、齿带4、辅轴5、下带夹6、张紧装置7、轴承座8、从动轮9、辅轴套10、摇导杆11、承载轴12、导杆13、承载轴套14、摇杆15、门把16、滚子17、滚子轴18、槽型凸轮19、门页20组成；其中主动轮3、齿带4、下带夹6、张紧装置7、轴承座8、从动轮9组成齿带传动机构；辅轴5、辅轴套10、摇导杆11、承载轴12、导杆13、承载轴套14、摇杆15组成双轴摇杆导杆机构；承载轴12、承载轴套14、摇杆15又与门把16、滚子17、滚子轴18、槽型凸轮19、门页20、门架1组成槽型凸轮机构，所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构和槽型凸轮机构组合构成齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，此为本发明的单扇门机构。

图1中所述门架1与车体相固结，是用于固定塞拉门传动系统的机架，电机2、张紧装置7、轴承座8、承载轴13、辅轴5、槽型凸轮20均固定在门架1上；齿带左端，电机轴通过键联接装有主动轮3，与齿带4相啮合，下齿带上通过螺栓固接有下带夹6；齿带右端，从动轮9通过键联接装于轴承座轴，轴承座8与张紧装置7相连接；下带夹6下端又通过螺栓与辅轴套10 相联接，辅轴套10与辅轴5组成移动副，可在其上沿X轴运动；辅轴套10下端与摇导杆11相固结，并可绕辅轴中心作小幅摆动；摇导杆11与导杆13组成移动副，导杆13右下端与摇杆15中位相铰接，承载轴套14与承载轴12组成转动副，其下端与摇杆15上端相固接，进而构成摇杆导杆机构；摇杆15下端与门把16相铰接，门把16中间装有滚子轴18，滚子轴18上端通过轴承装有滚子17，滚子17装于槽型凸轮19内，能沿槽型凸轮19作滚动运动，槽型凸轮19可做成如直线加折线或其它曲线形状。

当滚子17在门把16的带动下沿槽型凸轮19的直线部分移动时，能带动塞拉门走直线轨迹，实现门页20的开与关，如图1中双点划线所示；当滚子17走到槽型凸轮19的折线部分时，则带动塞拉门走一段折线，实现门页20的塞拉运动，如图1中实线所示。

由图1可知，塞拉门的启闭塞拉密封运动可按下述过程实现：电机2得电通过主动轮3驱动齿带4作环形运动，同时带动从动轮9旋转，齿带运动时固定其上的下带夹6会沿X方向作往复直线运动；由于下带夹6与辅轴套10固为一体，且辅轴套10下端与摇导杆11相固结，故当下带夹6沿X方向作直线运动时，将带动摇导杆11及其上导杆13、摇杆15、承载轴套14沿辅轴5、承载轴12移动，此时由于齿带允许的弹性变形，下带夹6与辅轴套10可有绕辅轴中心的小幅摆动；摇杆15通过转动副带动门把16及其上的滚子轴18、滚子17、门页20运动，由于槽型凸轮19的作用，使得门页20实现塞拉门门页的启闭塞拉密封运动。

当滚子沿槽型凸轮19的直线段运动时，门页20沿x方向直线移动，实现门页20的启闭，如图1中双点划线所示；当滚子沿槽型凸轮19的折线段运动时，由于导杆13与门页20是被动运动，其上滚子17受槽型凸轮19的运动限制，故导杆13与门页20只能沿槽型凸轮19作折线运动，实现门页20的塞拉密封运动，如图1中粗实线所示。

本发明空间机构的双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构各构件相互连接与运动情况，由图2可更加清楚地了解之，尤其是下带夹6与辅轴套10、摇导杆11相固结，摇导杆11与导杆13、承载轴12、承载轴套14、摇杆15相互联结；摇杆15与门页20随滚子轴、滚子沿槽型凸轮19运动。

图1中所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构相互连接构成单扇门机构，若将其中双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构所有构件向右面对称，并将齿带传动的电机与轴承座、张紧装置距离拉长，即可获得双扇门机构，此时右面带夹装于齿带上方，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现塞拉门门页的对开、对关及塞拉作业。

图3为塞拉门双扇门机构的齿带传动机构俯视图，图4为齿带传动机构的张紧装置右视图，图3、4中表达了上带夹21、调节螺杆7-1、锁紧螺母A 7-2、张紧弹簧7-3、燕尾动板7-4、底座7-5、弹簧导柱7-6、定板7-7、锁紧螺母B 7-8、镶条7-9、轴承座8、轴承座轴8-1、从动轮9的相对位置。

由图3俯视方向可知，两个带夹在齿带传动中为右在上、左在下，对称布局，可实现两扇门页的对开、对关作业；图3右侧结合图4的齿带传动机构的张紧装置右视图，可知轴承座8与张紧装置7采用燕尾槽联接、弹簧张紧、双螺母的预紧-锁紧与调节方式：轴承座8下部固联有燕尾动板7-4，通过镶条7-9与底座7-5的燕尾槽实现动配合；调节螺杆7-1可旋入底座7-5左侧固结的定板7-7，调节螺杆7-1右端为弹簧导柱结构，与固结于燕尾动板7-4左端的弹簧导柱7-6之间装有张紧弹簧7-3；通过锁紧螺母A 7-2、锁紧螺母B 7-8的双螺母调节，可实现张紧弹簧7-3的预紧-锁紧与调节，使齿带松紧适中、正常使用；底座7-5与门架1相固接，工作过程中由于张紧弹簧7-3的作用，使轴承座与从动轮沿燕尾槽方向，可实现齿带传动的自动张紧。

用于高铁或其他轨道车辆塞拉门的塞拉启闭与密封的机构，要求门页开关门迅速，塞拉密封可靠。本发明一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，与上述国内外塞拉门机构相比有较大的区别，不仅能满足上述要求，而且结构简单紧凑，噪声小、尺寸小、重量轻、成本低，传动稳定性好、工作可靠度高。

Claims (4)

1.一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于包括门架、电机、主动轮、齿带、辅轴、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆、门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮和门页；其中主动轮、齿带、下带夹、张紧装置、轴承座、从动轮组成齿带传动机构；辅轴、辅轴套、摇导杆、承载轴、导杆、承载轴套、摇杆组成双轴摇杆导杆机构；承载轴、承载轴套、摇杆又与门把、滚子、滚子轴、槽型凸轮、门页、门架组成槽型凸轮机构，所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构和槽型凸轮机构组合构成齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构；

所述门架与车体相固结，是用于固定塞拉门传动系统的机架，电机、张紧装置、轴承座、承载轴、辅轴、槽型凸轮均固定在门架上；齿带左端，电机轴通过键联接装有主动轮，与齿带相啮合，下齿带上通过螺栓固接有下带夹；齿带右端，从动轮通过键联接装于轴承座轴上，轴承座与张紧装置相连接；下带夹下端又通过螺栓与辅轴套相联接，辅轴套与辅轴组成移动副，可在辅轴上沿X方向运动；辅轴套下端与摇导杆相固结，并可绕辅轴中心作小幅摆动；摇导杆与导杆组成移动副，导杆右下端与摇杆中位相铰接，承载轴套与承载轴组成转动副，其下端与摇杆上端相固接，进而构成双轴摇杆导杆机构；摇杆下端与门把相铰接，门把中间装有滚子轴，滚子轴上端通过轴承装有滚子，滚子装于槽型凸轮内，能沿槽型凸轮作滚动运动；

电机得电通过主动轮驱动齿带作环形运动，同时带动从动轮旋转，齿带运动时固定齿带上的下带夹会沿X方向作往复直线运动；由于下带夹与辅轴套固为一体，且辅轴套下端与摇导杆相固结，故当下带夹沿X方向作直线运动时，将带动摇导杆及其上导杆、摇杆、承载轴套沿辅轴、承载轴移动，此时由于齿带允许的弹性变形，下带夹与辅轴套可有绕辅轴中心的小幅摆动；摇杆通过转动副带动门把及门把上的滚子轴、滚子、门页运动，由于槽型凸轮的作用，使得门页实现塞拉门门页的启闭塞拉密封运动；

当滚子沿槽型凸轮的直线段运动时，门页沿x方向直线移动，实现门页的启闭；当滚子沿槽型凸轮的折线段运动时，由于导杆与门页是被动运动，滚子轴上滚子受槽型凸轮的运动限制，故导杆与门页只能沿槽型凸轮作折线运动，实现门页的塞拉密封运动。

2.根据权利要求1所述一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述槽型凸轮采用直线加折线的曲线形状。

3.根据权利要求1所述一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述齿带传动机构、双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构相互连接构成单扇门机构，其中双轴摇杆导杆机构、槽型凸轮机构所有构件向右面对称，并将齿带传动的电机与轴承座、张紧装置距离拉长，即可获得双扇门机构，此时右面带夹装于齿带上方，即当左门页向左运动时，右门页向右运动，可实现塞拉门门页的对开、对关及塞拉作业。

4.根据权利要求3所述一种塞拉门齿带双轴摇杆导杆槽型凸轮组合空间机构，其特征在于所述双扇门机构的齿带传动机构的张紧装置由调节螺杆、锁紧螺母A、张紧弹簧、燕尾动板、底座、弹簧导柱、定板、锁紧螺母B、镶条组成；两个带夹在齿带传动中为右在上、左在下，对称布局，可实现两扇门页的对开、对关作业；齿带传动机构的张紧装置中轴承座与张紧装置采用燕尾槽联接、弹簧张紧、双螺母的预紧-锁紧与调节方式：轴承座下部固联有燕尾动板，通过镶条与底座的燕尾槽实现动配合；调节螺杆可旋入底座左侧固结的定板，调节螺杆右端为弹簧导柱结构，与固结于燕尾动板左端的弹簧导柱之间装有张紧弹簧；通过锁紧螺母A、锁紧螺母B 的双螺母调节，可实现张紧弹簧的预紧-锁紧与调节；底座与门架相固接，工作过程中由于张紧弹簧的作用，使轴承座与从动轮沿燕尾槽方向，可实现齿带传动的自动张紧。

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