CN103025510A

CN103025510A - 将旋转运动转换成不同运动特性的机构

Info

Publication number: CN103025510A
Application number: CN2011800325864A
Authority: CN
Inventors: 穆拉特·贝伊帕尔斯
Original assignee: COSKUNOEZ METAL FORM MAKINA ENDUESTRI VE TIC AS
Current assignee: COSKUNOEZ METAL FORM MAKINA ENDUESTRI VE TIC AS
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2013-04-03
Also published as: US20130167672A1; WO2011144415A2; WO2011144415A3; EP2571677A2; KR20130118212A; JP2013527397A

Abstract

本发明涉及一种应用在压机中的运动转换机构，其特征在于，包括外曲柄主轴（20），其由第一驱动源旋转；外曲柄主轴轴承（40），其与外曲柄主轴（20）一起旋转并且其具有偏离中心地形成在侧面上的内曲柄主轴轴承（41）；以及内曲柄主轴（30），其由第二驱动源旋转并且连接杆（70）铰接于其上，并且其特征在于，内曲柄主轴（30）以固定的方式嵌入所述内曲柄主轴轴承（41）中。

Description

将旋转运动转换成不同运动特性的机构

本发明涉及将旋转运动转换成不同运动特性的机构，特别涉及应用在压机（presses）中以及应用在能够实现将独立动力从两个单独的驱动源传递至连接杆（connecting rod）的地方的运动转换机构。

现有技术

存在多种这样的应用，其中需将旋转运动转换成其他不同的运动种类。例如，在如偏心压机的机器中，使用曲柄连接杆机构将旋转运动转换成线性运动。更详细地，由通过电动马达加速的大的圆形金属件（飞轮）的运动动力而使这样的压机运行。因此，飞轮通过接收来自马达的旋转运动而持续旋转，然而，飞轮主轴不旋转。当期望将其按压在工件上时，飞轮主轴通过例如踏板类的离合器控制而开始旋转。通过利用齿轮降低旋转数，将飞轮上的旋转运动传递至用作曲柄的偏心主轴。偏心主轴的功能是将圆周运动转换成线性运动。因此，为连接至杆臂（该杆臂连接至压机曲柄主轴）的可动柱塞（ram，压头）实现了与曲柄主轴的偏心距相当的线性运动（在相关技术领域中被称为压机运动距离或冲程（stroke））。

这个在该技术领域中普遍的实施方式具有一些缺点。例如，通常在这些压机中的运动距离（在相关技术领域中被称为进程（course））是恒定的。另一方面，在压机工艺中，所制造的工件的运动距离（由拉延深度要求）是变化的。因此，在曲柄连接杆和连杆驱动机构压机中，考虑所需最大运动距离而设计压机，并且在压机的每一循环中都实现了所述进程，即使大多数时候这是不需要的。这意味着使得上模具（upper mould）和柱塞主体做不必要的运动并且损失能量。

在运动距离可调的压机（进程可调压机）中，这个调节过程是费时且费力的过程。通过用于调节的被称为楔子（其厚度沿着其长度增加）的工件确定离心距的量，从而增大或减小压机运动距离。对于这个过程，自然地，压机应当暂时停止，并且因此压机所在的生产线上的生产应当暂时停止。这个过程消耗长时间完成，导致大规模生产线上的时间和生产的损失。此外，在低吨位压机和C型压机中，可以实现自动进程调节。

此外，如在该技术领域中已知的，为了获得功能性运动特性，位移距离应当限制成最大为偏心齿轮的半径。因此，对于更长的距离，应当制造具有更大直径的偏心齿轮。这种情况限制了待生产的压机的运动距离，以及在螺纹成型中使用的工作台容量（bench capacity）；从而，因为需要更高级的技术来生产比特定尺寸更大的齿轮，这使得成本显著增大。

另一个问题是，在这些类型的压机中，不能够实现特殊的运动特性。例如，在一种压机应用中，压机可能需要向下缓慢运动，可能在一个特定点之后需要其加速并且可能需要其在工件的挤压位置中保持一定时间。因此，不能够通过标准的曲柄连接杆机构实现这样的运动特性。在现有技术中仅可以利用例如伺服压机类的昂贵系统来实现这样的运行。

作为一种有利且不同的方案，披露了将类似于行星齿轮系统的齿轮箱用作驱动转换机构的一些压机实施方式。已知的是，行星齿轮系统通常会和齿轮箱一样使旋转变慢，或者其能够用于增大转矩或减小转矩。因此，环形齿轮、行星轮架和太阳齿轮的同心在需要同心动力转换的领域中提供了重要的优点。这些专利主题的行星齿轮系统实现旋转运动到线性运动的转换，因此它们用于不同的目的。

例如，在专利申请US 3158057中，其中阐述了肉桂切割机刀片的驱动系统，主行星齿轮（杆臂铰接于其上）沿着主行星齿轮环形齿轮的内表面以圆形路径运动，从而杆臂在线性方向上上下运动。在这个实施方式中，因为机构中移除了其他行星齿轮和太阳齿轮，所以披露的机构不能够用在具有高吨位的工艺（其中形成了高响应力）中。实际上，因为所有的负载都将施加至杆臂的主行星齿轮上的铰接点，这里的这个连接不能够承受几百甚至几千吨的力。总之，因为在US 3158057中的机构是用于肉桂切割工艺，在这样的工艺中不存在高响应力，所以US 3158057不包括这方面的方案。

在专利US 2338352中，披露了一种压机实施方式，其能够承受高强度的力并且具有类似于行星齿轮的驱动转换机构。因此，内齿轮（杆臂铰接于其上）实现了沿着圆形齿轮的内表面的旋转运动和轨道运动，从而形成的椭圆运动被当作线性运动传递至杆臂。然而，在这个专利中，未披露将到达主行星齿轮（杆臂铰接于该主行星齿轮）的力进行分配的有效方案。

另一方面，在所有现有的压机实施方式中，为了调整例如冲程调节、调谐调节、冲程特性等参数，需要为压机适配额外的系统。

因此，由于上述缺点，需要在相关技术领域中的创新。

发明内容

本发明是一种用在压机中的新型运动转换机构，从而减少上述缺点并且给相关技术领域带来新的优点。

本主题发明的一个目的是提供一种运动转换机构，其能够将旋转运动转换成不同运动特性。

本主题发明的另一个目的是提供一种运动转换机构，其在不需要结构性更换的情况下实现压机的进程、调谐（tuning）或冲程特性的调节，并且实现与待成形的工件相关的上述过程。

本主题发明的另一个目的是提供这样的运动转换机构：其具有与行星齿轮组类似的齿轮箱，从而对高强度的力有更大抵抗性。

为了提供这个，本主题运动转换机构由两个不同的驱动源同时驱动，并且其将这个驱动传递至连接杆。因此，由于所述驱动源的合适电控制，并且由于布置两个独立驱动的从属运动的运动转换机构所采取的特定结构，在输出端能够获得无限数量的不同运动特性。

为了实现从上述阐述以及以下所详细阐述中获得的所有目的，本主题发明涉及一种运动转换机构，其应用在压机中以及应用在能够实现将独立动力（independent power）从两个单独的驱动源传递至连接杆的地方。所述机构包括：外曲柄主轴（outer crank spindle），其具有由第一驱动源旋转的圆形齿轮形式；外曲柄主轴轴承，其以固定的方式连接至所述外曲柄主轴，并且由此其与曲柄主轴一起旋转，并且其具有偏离中心地形成在侧面（lateral surface，横向表面）上的内曲柄主轴轴承；以及内曲柄主轴，其由第二驱动源旋转并且其具有偏心部（eccentric part），连接杆铰接于该偏心部上。基于此，此外，在所述机构中，内曲柄主轴旋转地嵌入所述内曲柄主轴轴承内，从而使得内曲柄主轴围绕自身旋转，并且同时使得内曲柄主轴与外曲柄主轴轴承一起做轨道运动。

在本发明的一个优选实施方式中，为了将所述第一驱动源的运动传递至外曲柄主轴，存在与第一驱动源相连接的外曲柄主轴驱动齿轮，并且存在齿轮传动表面（geared surface），该齿轮传动表面与所述外曲柄主轴驱动齿轮相连接并且其形成在外曲柄主轴的外周处。

在本发明的另一个优选实施方式中，为了将所述第二驱动源的运动传递至内曲柄主轴，存在连接至第二驱动源的内曲柄主轴驱动齿轮，并且存在内曲柄主轴齿轮，该内曲柄主轴齿轮连接至所述内曲柄主轴驱动齿轮并且其以固定的方式连接至内曲柄主轴。

在本发明的另一个优选实施方式中，存在内曲柄主轴衬套，从而使得内曲柄主轴的轴承牢固地位于所述内曲柄主轴轴承内。

在本发明的另一个优选实施方式中，存在外曲柄主轴衬套，该外曲柄主轴衬套放置在形成外曲柄主轴轴承的外周的座面（seating surface）上。

在本发明的另一个优选实施方式中，外曲柄主轴轴承以可转动的方式放置在存在于压机的上桥梁（upperbridge，上桥状部，上梁）上的轴承槽内。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述外曲柄主轴轴承在运行期间具有正交地（orthogonally，垂直）延伸的圆柱形式，并且因此，其在侧面上偏离中心地形成有内曲柄主轴轴承。

在本发明的另一个优选实施方式中，存在：内曲柄主轴枢轴（innercrank spindle pivot），其放置于内曲柄主轴的内曲柄主轴轴承处；在所述内曲柄主轴枢轴的延伸部处延伸的所述偏心部；以及臂连接枢轴（armconnection pivot），其在所述偏心部的延伸部处延伸，并且连接杆连接在该臂连接枢轴上。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述第一驱动源和所述第二驱动源均为伺服马达。

通过参照附图撰写的详细阐述，可以更确切地理解本主题发明的结构性和特有特征以及所有优点，并且因此，需通过以下阐述的详细描述和附图对本主题发明进行评估。

附图说明

在图1中，给出了本主题机构的立体视图。

在图2中，给出了本主题机构的分解视图。

在图3中，给出了本主题机构的横截面视图。

在图4a到图4d之间的附图中，给出了示出本主题机构的运行位置调节的代表图。

在图5中，给出了示出本主题机构的进程调节的代表图。

在图6a中，给出了示出能够通过已知系统获得的本主题机构的轨道代表图。

在图6b到图8e之间的附图中，给出了不能通过已知系统获得的本主题机构的代表图，并且其中示出了具有多种不同功能的轨道。

在图9中，给出了示出本主题机构与已知偏心压机机构的尺寸对比的代表图。

参考标号

10压机上桥梁

11轴承槽

20外曲柄主轴

21齿轮传动表面

30内曲柄主轴

31偏心部

32臂连接枢轴

33内曲柄主轴枢轴

331齿轮轴承

40外曲柄主轴轴承

41内曲柄主轴轴承

42座面

50外曲柄主轴衬套

60内曲柄主轴衬套

70连接臂

71下连接臂

72连接臂封盖（cap）

73连接臂衬套

80内曲柄主轴齿轮

90内曲柄主轴驱动齿轮

100外曲柄主轴驱动齿轮

101齿轮传动部件

R_inner=内曲柄主轴偏心直径

R_outer=外曲柄主轴偏心直径

a＝内曲柄主轴进程

b=外曲柄主轴进程

H_min=最小进程

H_max=最大进程

本发明的详细说明

在这个详细阐述中，通过实例来阐述主题机构，从而在不构成任何限制性影响的情况下使主题更易于理解。因此，在以下描述和主题附图中，假定本主题发明应用在为压机的柱塞提供运动中。然而，在可替换实施方式中，本主题发明也可以用在需要将旋转运动转换成不同运动的地方的任何领域中。

参照图1，本主题机构定位在压机上桥梁（10）上，并且基本包括齿轮箱从而使如下所述的连接臂（70）运动，该连接臂铰接在齿轮箱上。所述齿轮箱包括外曲柄主轴（20），该曲柄主轴放置在压机上桥梁（10）上的轴承槽（11）中。更详细地，具有外曲柄主轴轴承（40），其以固定的方式连接至外曲柄主轴（20）并且优选地其与外曲柄主轴（20）形成一体，并且所述外曲柄主轴轴承置于轴承槽（11）处。优选地，外曲柄主轴轴承（40）是基部直径大于其高度的圆柱的形式，并且因此，其通过外曲柄主轴衬套（50）装入轴承槽（11）内，外曲柄主轴衬套接合至形成其外周的座面（42）。

所述外曲柄主轴（20）的外周是齿轮传动的形式，并且因此，由伺服马达（图中未示出）驱动的外曲柄主轴驱动齿轮（100）通过所包含的齿轮传动部件（101）连接至所述齿轮传动表面（21）。从而，外曲柄主轴（20）和连接至外曲柄主轴（20）的外曲柄主轴轴承（40）可以通过所述伺服马达以可控的方式旋转。在本主题发明的一个可替换实施方式中，外曲柄主轴也可以通过飞轮驱动，并且在这种情况下，可以选择性地使用异步马达代替伺服马达作为第一驱动源。在这样的系统中，根据异步马达的特征，可能需要将离合器制动机构适配至压机。

另一方面，在外曲柄主轴轴承（40）的侧面上，具有内曲柄主轴轴承（41），其形成为偏离中心，并且连接臂（70）连接至其上的内曲柄主轴（30）可旋转地嵌入所述内曲柄主轴轴承（41）内，并且因此，通过另一个驱动源（该驱动源优选地是伺服马达），其可以在内曲柄主轴轴承（41）内绕着自身旋转。为了以牢固的方式实现轴承，在内曲柄主轴轴承（41）内具有内曲柄主轴衬套（60）。

更详细地，内曲柄主轴（30）具有内曲柄主轴枢轴（33），该枢轴具有延伸部，在该延伸部上放置有内曲柄主轴齿轮（80）并且其提供进入内曲柄主轴轴承（41）内的放置部。在所述内曲柄主轴枢轴（33）的延续部（continuation）处形成有偏心部（31）。在偏心部（31）的延续部处，具有臂连接枢轴（32），在其上放置连接臂（70）。因此，内曲柄主轴齿轮（80）固定至在内曲柄主轴枢轴（33）上的齿轮轴承（331）。参照图1，内曲柄主轴齿轮（80）直立从而从外曲柄主轴轴承（40）朝外的侧面向外延伸，并且这里，内曲柄主轴齿轮与通过伺服马达而旋转的内曲柄主轴驱动齿轮（90）连接。因此，当驱动齿轮（90）旋转时，内曲柄主轴（30）绕着自身旋转。基于此，铰接至偏心部（31）的连接臂（70）移动了等于内曲柄主轴（30）的偏心直径（R_inner）的距离。

从而，由于在本主题发明中提供的嵌套嵌入设计，内曲柄主轴（30）嵌入在外曲柄主轴轴承（40）上的外曲柄主轴（20）内。同时，外曲柄主轴（20）和内曲柄主轴（30）可以通过向它们提供驱动的相关伺服马达而彼此独立地以可控的方式绕着它们自身的轴线旋转。因此，外曲柄主轴（20）和内曲柄主轴（30）可以彼此独立地选择性地在相同方向上或相反方向上以不同速度旋转。因此，由于这个创新构造，其提供了外曲柄主轴（20）和内曲柄主轴（30）以一个位于另一个内的方式嵌入彼此，齿轮箱的自由度等于2。同时，在本主题系统中，由于伺服马达中的一个马达的制动抗力，自由度能够降至1。本主题系统的另一个特征是，由于嵌套的轴承，形成了刚硬结构，其能够承受高压力。而后，通过连接臂（70）传递至内曲柄主轴（30）的力通过内曲柄主轴轴承（41）传递至具有更加刚硬结构的外曲柄主轴轴承（40），并且该力通过轴承槽（11）从外曲柄主轴轴承传递至具有刚硬得多的结构的压机上桥梁（10）。

在本主题发明中，通过外曲柄主轴（20）（其通过外曲柄主轴驱动齿轮（100）上的伺服马达而旋转）的角运动，连接臂（70）可以在不同位置中运行。图4a和图4c给出了这种运行类型的实例。在图4a和图4c中，由于外曲柄主轴偏心直径（R_outer），通过在旋转中心内的圆周运动，可以在等于外曲柄主轴进程（b）的距离内提供上述的调节。由于这个特性，为在经典压机中通过螺纹系统实现的调谐距离调节提供一种可替换方案。然而，在这个调节范围内，因为该系统可以实现等于内曲柄主轴偏心直径（R_inner）的圆周运动，所以待成形的工件所需的进程量由内曲柄主轴进程（a）限制。

此外，参照图6a，基于内曲柄主轴偏心直径（R_inner）和外曲柄主轴偏心直径（R_outer），外曲柄主轴（20）和内曲柄主轴（30）可以在相同方向上或在不同方向上以不同的角速度旋转，能够获得轨道（1、2、3和4）的范围内运动特性，这也能够由其他系统提供。同时，因为本主题机构的自由度等于二，所以可以通过这个实施方式获得具有多种不能通过已知系统获得的功能的轨道。例如，在图6b中，内曲柄主轴偏心直径（Rinner）由标号为5的臂表示，并且外曲柄主轴偏心直径（Router）由标号为6的臂表示。为了获得图6b所示的轨道（7），示出了标号为5和6的臂的运动类型。连接臂衬套（73）的轴线在图6b所示的轨道（7）上移动，图6c示出了路程-时间图表，其中该路程-时间图表由通过图6b中的标号8表示的连接臂（70）下轴线形成。为了获得图7a的轨道（7），图7b示出了路程-时间图表，其中该图表通过标号为5和6的臂的运动和标号8表示的连接臂（70）下轴线而形成。

在图6b和图7a中，给出了彼此重复的运动的实例。除了这些，通过这个系统，可以提供在两次冲程中自我重复一次的运动或不自我重复的运动。在图8b中示出了由在图8a中的轨道（1）上移动的连接臂衬套（73）轴线形成的以及图8a中的标号4表示的连接臂（70）下轴线形成的路程-时间图表。在该图表中，具有在两个来回中自我重复一次的轨道的实例。在图8c、图8d、图8e和图8f中给出不自我重复的轨道的实例和柱塞表路程-时间图表的实例。

另一方面，能够为该系统获得的轨道和柱塞表路程-时间图表不能被本说明书给出的实例所限制。在图5中，保持在由标号3表示的阴影区域内的所有轨道能够在标号为1和2的圆圈之间获得，在这两个圆圈中形成最小进程（H_min）和最大进程（H_max），因此，由于压机柱塞表中的期望的路程-速度参数将根据工件的特性进行调节，将以简单得多的方式实现工件的成形过程。

因此，由于本主题发明，所以所述阴影区域将形成限制，在不需更更换任何工件并且不需停止压机的情况下，可以通过软件实现期望的进程调节、调谐调节和冲程特性。在该调节过程中将使用的参数是以下的参数：驱动外曲柄主轴的伺服马达的速度、功率和驱动特性，驱动内曲柄主轴的伺服马达的速度、功率和驱动特性，内曲柄主轴偏心直径（R_inner）以及外曲柄主轴偏心直径（R_outer）。通过参数R_inner和R_outer，图5给出的圆圈覆盖的区域能够增大或减小，并且通过其他参数，能够如所期望的以电可控的方式确定冲程特性。此外，通过在伺服马达中待实现的电转矩控制，在使用本主题发明的压机中不需要过载机构。

另一方面，如在图9中可见，通过具有嵌套轴承系统的本主题发明，可了解属于具有相同进程的技术的已知情形的偏心压机的机构。如从附图可见，与现有系统相比，本主题系统具有更小的体积尺寸。因此，与其他系统相比，获得了相当量的材料结余。

除上述细节之外，优选地，连接臂（70）包括下连接臂（71）和装配至下连接臂（71）的上部的连接臂封盖（72）。因此，偏心部的臂连接枢轴（32）进入介于下连接臂（71）的上部和连接臂衬套（73）之间的空间内，并且通过连接臂衬套（73）以可动方式将连接臂（70）放入臂连接枢轴（32）。

本发明的保护范围在所附权利要求中阐明，并且不限制于以上给出的详细描述中的说明性公开。这是因为，在不偏离本发明的主要原理的情况下，本领域中的技术人员显然能够在上述公开的指引之下制造相似的实施方式。

Claims

1.一种运动转换机构，所述运动转换机构能够应用在压机中以及应用在能够实现将独立动力从两个单独的驱动源传递至连接杆（70）的地方，其特征在于，所述运动转换机构包括：外曲柄主轴（20），所述外曲柄主轴具有由第一驱动源旋转的圆形齿轮的形式；外曲柄主轴轴承（40），所述外曲柄主轴轴承以固定的方式连接至所述外曲柄主轴（20）并且由此所述外曲柄主轴轴承与所述曲柄主轴（20）一起旋转，并且所述外曲柄主轴轴承具有在侧面上偏离中心形成的内曲柄主轴轴承（41）；以及内曲柄主轴（30），所述内曲柄主轴由第二驱动源旋转并且所述内曲柄主轴具有偏心部，所述连接杆（70）铰接于所述偏心部上，并且其特征在于，此外，在所述机构中，所述内曲柄主轴（30）可旋转地嵌入所述内曲柄主轴轴承（41）内，从而使得所述内曲柄主轴（30）围绕自身旋转，并且同时，使得所述内曲柄主轴（30）与所述外曲柄主轴轴承（40）一起做轨道运动。

2.根据权利要求1所述的运动转换机构，其特征在于，包括与所述第一驱动源连接的外曲柄主轴驱动齿轮（100），并且包括齿轮传动表面（21），所述齿轮传动表面与所述外曲柄主轴驱动齿轮（100）连接并且所述齿轮传动表面形成在所述外曲柄主轴（20）的外周处，从而将所述第一驱动源的运动传递至所述外曲柄主轴（20）。

3.根据权利要求1所述的运动转换机构，其特征在于，包括连接至所述第二驱动源的内曲柄主轴驱动齿轮（90）并且包括内曲柄主轴齿轮（80），所述内曲柄主轴齿轮连接至所述内曲柄主轴驱动齿轮（90）并且所述内曲柄主轴齿轮以固定的方式连接至所述内曲柄主轴（30），从而将所述第二驱动源的运动传递至所述内曲柄主轴（30）。

4.根据权利要求1或3所述的运动转换机构，其特征在于，包括内曲柄主轴衬套（60），从而使得所述内曲柄主轴（30）的轴承牢固地位于所述内曲柄主轴轴承（41）内。

5.根据权利要求1或2所述的运动转换机构，其特征在于，包括外曲柄主轴衬套（50），所述外曲柄主轴衬套放置在形成所述外曲柄主轴轴承（40）的外周的座面（42）上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的运动转换机构，其特征在于，所述外曲柄主轴轴承（40）以可旋转的方式放置在存在于压机的上桥梁上的轴承槽（11）内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的运动转换机构，其特征在于，所述外曲柄主轴轴承（40）在运行期间具有正交地延伸的圆柱形式，并且因此，所述外曲柄主轴轴承在侧面上远离中心处形成所述内曲柄主轴轴承（41）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的运动转换机构，其特征在于，包括：内曲柄主轴枢轴（33），所述内曲柄主轴枢轴放置于所述内曲柄主轴（30）的所述内曲柄主轴轴承（41）；在所述内曲柄主轴枢轴（33）的延续部处延伸的所述偏心部（31）；以及臂连接枢轴（32），所述臂连接枢轴在所述偏心部（31）的延续部处延伸，并且所述连接杆（70）连接至所述臂连接枢轴上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的运动转换机构，其特征在于，所述第一驱动源和所述第二驱动源均为伺服马达。