CN102328084B - 一种锭坯表面均匀沉积驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，包括电动机、喷嘴以及与喷嘴固定连接的转轴，还包括一凸轮、与凸轮相互作用的凸轮推杆、套筒、驱动杆以及摆杆，凸轮连接在电动机输出轴上，摆杆的一端固定在转轴上，在摆杆的另一端设置摆臂长度调节结构，凸轮推杆套在套筒内，凸轮推杆的一端与凸轮接触，凸轮推杆的另一端连接所述的驱动杆一端，驱动杆的另一端连接在摆杆的摆臂长度调节结构上。凸轮的设计以锭坯均匀沉积为基础，这就首先保证了锭坯的均匀沉积；同时还能对锭坯表面的初始喷射距离以及锭坯表面沉积区域实现调节。

Description

一种锭坯表面均匀沉积驱动装置
技术领域
本发明涉及喷射成形技术领域，能保证锭坯表面的均匀沉积的驱动装置。
背景技术
喷射成形技术，可用来制备大尺寸的锭坯。目前的研究中，雾化器往复扫描喷射共沉积技术主要采用偏心轮驱动机构，这种机构并不能很好地保证锭坯表面的均匀沉积。如何设计一种驱动机构保证锭坯表面的均匀沉积，是一个重要的研究问题。在此工艺过程中，沉积基底不断旋转，雾化器则由某一驱动装置进行驱动，以便完成一定的运动形式。因此，雾化器的运动方式在锭坯沉积的过程中起着重要的作用。
发明内容
发明目的
为了克服传统的偏心轮机构不能很好地保证锭坯的均匀沉积，本发明提供了一种参数可调的凸轮驱动装置，因为是以均匀沉积为基础进行的研究发明，故可以保证锭坯的均匀沉积。同时通过结构之间的配合可以实现参数可调，以便实现喷射区域的变化。
技术方案
本发明所采用的技术方案是：一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，包括电动机、喷嘴以及与喷嘴固定连接的转轴，其特征在于：还包括一凸轮、与凸轮相互作用的凸轮推杆、套筒、驱动杆以及摆杆，所述的凸轮连接在所述的电动机输出轴上，所述的摆杆的一端固定在所述的转轴上，在摆杆的另一端设置摆臂长度调节结构，所述的凸轮推杆套在所述的套筒内，凸轮推杆的一端与凸轮接触，凸轮推杆的另一端连接所述的驱动杆一端，驱动杆的另一端连接在摆杆的摆臂长度调节结构上。
所述的凸轮的轮廓线方程为：                                                
Figure 2011102759094100002DEST_PATH_IMAGE001
（
Figure 217308DEST_PATH_IMAGE002
）
其中，为雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离，
Figure 597736DEST_PATH_IMAGE004
为基底旋转速度，
Figure 459382DEST_PATH_IMAGE006
为雾化锥主轴运行时间。
所述的驱动杆由第一连杆、第二连杆以及第三连杆组成，所述的第一连杆与第二连杆转动连接，在所述的第二连杆和第三连杆上开设有调节驱动杆长度的腰形槽，在腰形槽内设置第一紧固件。
在所述的凸轮推杆的前端设置有滚子。
在所述的凸轮推杆的前端还套有弹簧，弹簧的一端作用在套筒上，另一端作用在滚子上。
电动机以一定的频率带动凸轮转动，凸轮推动凸轮推杆沿套筒往复直线运动，凸轮推杆与凸轮之间为滚子连接，以减小摩擦，滚子半径根据受力情况具体设定。弹簧连接套筒和滚子使得滚子始终与凸轮相接触完成整个运动过程。凸轮推杆的另一端连接驱动杆，驱动杆由第一连杆和第二连杆组成，第一连杆的另一端连接通过销连接第二连杆，第二连杆上开有腰型槽，以方便通过第一紧固件与第三连杆连接以及第一紧固件在腰型槽中的位置确定第二连杆和第三连杆的总长度（通过紧固件的连接，第二连杆和第三连杆可以看作是一根杆），此总长度也就确定了初始喷射距离。同时此总杆有一定微小角度的摆动，从而使得摆杆可以在一定角度范围内摆动。摆杆上的腰型槽与第二紧固件确定了摆杆的实际长度，通过调节此长度可以改变此摆杆的摆动角度。摆杆通过转轴驱动喷嘴在一定角度范围内摆动。
有益效果
本发明的优点在于：本发明采用凸轮驱动摆杆使得摆杆带动喷嘴实现循环往复的喷射，相比曲柄机构，凸轮外轮廓更容易实现锭坯的均匀沉积，本发明凸轮的设计以锭坯均匀沉积为基础，这就首先保证了锭坯的均匀沉积；第二连杆和第三连杆（二者合称为总杆）的长度通过固第一紧固件与腰型槽的配合可以实现一定范围内的变化，此总杆长度的变化使得锭坯表面的初始喷射距离实现调节；摆杆的长度通过第二紧固件与腰型槽的配合可以实现一定范围内的变化，此摆杆长度的变化使得喷嘴的扫描范围角实现调节，从而实现了锭坯表面沉积区域的调节。
附图说明
图1是本发明的喷嘴驱动装置的结构示意图。
图2是本发明所设计的凸轮驱动喷嘴在沉积基底上扫描的各阶段运动规律图。
图3是本发明所设计的凸轮轮廓线图。
其中：1、电动机，2、凸轮，3、弹簧，4、套筒，5、凸轮推杆，6、第一连杆，7、销，8、第二连杆，9、第三连杆，10、第一紧固件，11、摆杆，12、第二紧固件，13、轴承套，14、轴承座，15、转轴，16、喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进详细说明：
如图1所示，一种锭坯表面均匀沉积的凸轮驱动装置，包括电动机1、喷嘴16、与喷嘴固定连接的转轴15，凸轮2、与凸轮相互作用的凸轮推杆5、套筒4、驱动杆以及摆杆11，凸轮2连接在电动机1输出轴上，11摆杆的一端固定在转轴15上，在摆杆11的另一端设置摆臂长度调节结构，即在摆杆11上开始腰形槽或者类似方案，凸轮推杆5套在套筒4内，凸轮推杆5的一端与凸轮2接触，凸轮推杆5的另一端连接驱动杆一端，驱动杆的另一端连接在摆杆11的摆臂长度调节结构上。
本发明的电动机1以一定的频率带动凸轮2转动，凸轮2推动凸轮推杆5沿套筒4往复直线运动，凸轮推杆5与凸轮2之间为滚子连接，以减小摩擦，滚子半径根据受力情况具体设定。弹簧3连接套筒4和滚子使得滚子始终与凸轮相接触完成整个运动过程。凸轮推杆5的另一端连接第一连杆6，第一连杆6的另一端连接通过销7连接第二连杆8，在第二连杆8上开有腰型槽，以方便通过第一紧固件10与第三连杆9连接以及第一紧固件10在腰型槽中的位置确定第二连杆8和第三连杆9的总长度（通过第一紧固件10的连接，第二连杆8和第三连杆9可以看作是一根杆），此总长度也就确定了初始喷射距离。同时此总杆有一定微小角度的摆动，从而使得摆杆11可以在一定角度范围内摆动。摆杆11上的腰型槽与第二紧固件12确定了摆杆11的实际长度，通过调节此长度可以改变此杆的摆动角度。摆杆11通过转轴15驱动喷嘴16在一定角度范围内摆动。
由此凸轮驱动装置驱动的喷嘴扫描轨迹分为六个阶段，如图2所示，即扫描至锭坯中心和边缘的匀加速或者匀减速阶段和其他区域的均匀沉积条件扫描阶段。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
范围内为均匀沉积阶段，由于靠近锭坯中心和边缘的位置并不符合
Figure 608866DEST_PATH_IMAGE008
（式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示沉积厚度，
Figure 163344DEST_PATH_IMAGE010
表示基底转过的角度，表示该沉积区域的半径），所以设计靠近锭坯中心和边缘的位置为匀加速或匀减速。本专利设计凸轮速度传递函数为
Figure 155702DEST_PATH_IMAGE012
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，用因子
Figure 56924DEST_PATH_IMAGE014
来表示
Figure 2011102759094100002DEST_PATH_IMAGE015
。
雾化器初始扫描位置为图中的
Figure 825029DEST_PATH_IMAGE016
处。在这一个完整的扫描周期内，喷射范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，当雾化器由锭坯的中心位置向其边缘位置扫描时，在
Figure 786294DEST_PATH_IMAGE018
（1）范围内雾化器按照匀加速运动规律扫描，在
Figure 639849DEST_PATH_IMAGE007
（2）范围内雾化器按照均匀沉积条件运动规律扫描，在（3）范围内雾化器按照匀减速运动规律扫描，此时雾化器扫描速度为零，扫描方向转变；当雾化器由锭坯的边缘位置向中心位置扫描时，在
Figure 344762DEST_PATH_IMAGE020
（4）范围内雾化器按照匀加速运动规律扫描，在
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（5）范围内雾化器按照均匀沉积条件运动规律扫描，在（6）范围内雾化器按照匀减速运动规律扫描。下面是这六个阶段的运动方程：
（1）第一阶段（匀加速运动规律阶段）
在这一阶段，假设从动件运动的加速度为，持续时间为
Figure 365119DEST_PATH_IMAGE024
，初始速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离可表示为：（
Figure 43052DEST_PATH_IMAGE026
为沉积基底的中心）
      
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 50191DEST_PATH_IMAGE028
（2）第二阶段（均匀沉积条件运动规律阶段）
在这一阶段，从动件的扫描速度是与沉积半径
Figure 779506DEST_PATH_IMAGE011
成反比的，持续时间为，根据上面提到的速度公式，进行积分得到雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离可表示为：
Figure 846688DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure 910722DEST_PATH_IMAGE032
，为第一阶段的总位移。
（3）第三阶段（匀减速运动规律阶段）
   在这一阶段，从动件的初始速度可以通过第二阶段求出，并且当这一阶段结束时，速度为
Figure 331339DEST_PATH_IMAGE025
，持续时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE033
。根据
Figure 928542DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，可以得到雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离可表示为：
Figure 668090DEST_PATH_IMAGE036
      ，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
   其中，
Figure 717955DEST_PATH_IMAGE038
是第二阶段与第三阶段交界处的速度。
当
Figure DEST_PATH_IMAGE039
时，从动件速度为
Figure 692995DEST_PATH_IMAGE025
，实现扫描方向的转变。
（4）第四阶段（匀加速运动规律阶段）
  在这一阶段，持续时间为
Figure 754492DEST_PATH_IMAGE040
，加速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，同时
Figure 789575DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
。
所以，雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离可表示为：
Figure 828201DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
（5）第五阶段（均匀沉积条件运动规律阶段）
 在这一阶段，持续时间为
Figure 980833DEST_PATH_IMAGE046
。运动规律与第二阶段类似，可以得到这一阶段雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离为：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
 ，   
（6）第六阶段（匀减速运动规律阶段）
  在这一阶段，持续时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，加速度为
Figure 728920DEST_PATH_IMAGE050
，同时
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 753377DEST_PATH_IMAGE052
。
所以，雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离为：
                      
Figure 945586DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为第五阶段与第六阶段交界点处的速度。
至此，雾化器速度为
Figure 371888DEST_PATH_IMAGE025
，完成一个完整周期内的扫描。
根据以上六个阶段的运动规律，可以很容易地求出凸轮廓线方程，如下：
Figure 732462DEST_PATH_IMAGE001
（
Figure 745680DEST_PATH_IMAGE002
）
其中，为基底旋转速度，为雾化锥主轴运行时间。
设计出凸轮轮廓线如图3所示，对应各阶段已标注清楚。

Claims (4)

1.一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，包括电动机、喷嘴以及与喷嘴固定连接的转轴，其特征在于：还包括一凸轮、与凸轮相互作用的凸轮推杆、套筒、驱动杆以及摆杆，所述的凸轮连接在所述的电动机输出轴上，所述的摆杆的一端固定在所述的转轴上，在摆杆的另一端设置摆臂长度调节结构，所述的凸轮推杆套在所述的套筒内，凸轮推杆的一端与凸轮接触，凸轮推杆的另一端连接所述的驱动杆一端，驱动杆的另一端连接在摆杆的摆臂长度调节结构上；所述的凸轮的轮廓线方程为：                                                （
Figure 159207DEST_PATH_IMAGE002
）
其中，为雾化锥主轴与沉积面的交点到沉积基底中心的距离，
Figure 827079DEST_PATH_IMAGE004
为基底旋转速度，
Figure 357549DEST_PATH_IMAGE006
为雾化锥主轴运行时间。
2.根据权利要求1所述的一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，其特征在于：所述的驱动杆由第一连杆、第二连杆以及第三连杆组成，所述的第一连杆与第二连杆转动连接，在所述的第二连杆和第三连杆上开设有调节驱动杆长度的腰形槽，在腰形槽内设置第一紧固件。
3.根据权利要求2所述的一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，其特征在于：在所述的凸轮推杆的前端设置有滚子。
4.根据权利要求3所述的一种锭坯表面均匀沉积驱动装置，其特征在于：在所述的凸轮推杆的前端还套有弹簧，弹簧的一端作用在
套筒上，另一端作用在滚子上。
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