CN103982649A - 可实现运动分解的垂直轴传动离合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，是在离合装置的壳体上设有手动输入轴、电动输入轴、第一动力输出轴和第二动力输出轴，其中手动输入轴和电动输入轴相对设置，第一动力输出轴和第二动力输出轴相对设置，手动输入轴和电动输入轴的轴线与第一动力输出轴和第二动力输出轴的轴线相垂直，手动输入轴和电动输入轴与壳体之间通过轴承相枢接，手动输入轴位于壳体内的一端设有第一锥齿轮，手动输入轴位于壳体内的头端还设有第一角度传感器，手动输入轴上还设有调整齿轮，调整齿轮由微调电机驱动，电动输入轴位于壳体内的一端设有第二锥齿轮，有益效果：能够实现手动输入与电机输入的切换，操作简便、快捷、实用，并易于组装。
Description
技术领域
本发明涉及一种离合装置，特别涉及一种可实现运动分解的垂直轴传动离合装置。
背景技术
目前，锥齿轮传动做为一种可以将动力分解，并转向的机械结构，具有寿命长、成本低、易于成型和润滑性好等优点，被广泛应用于工业生产设备的传动装置上，如车辆差速器、轨道客车、钢厂、电厂、船舶等方面的机械上。
针对于电机驱动的工业设备，有一大部分需求将运动输出垂直分开，传递给多个动力输出轴，以保证运动的平稳、均衡，因此，锥齿轮传动是此类设备的首选，但一般的工业生产设备普遍要求具备电动驱动与手动驱动切换功能，这就需要在电机输出轴、手动输出轴、传动轴间加装一个离合装置。
但目前，锥齿轮的离合一直是一个制约着锥齿轮发展的技术难点。而且，传统的离合装置一般都采用手动离合，这就导致了操作复杂、锥齿轮容易磨损等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的锥齿轮离合装置采用手动离合，而导致的操作复杂以及锥齿轮容易磨损的问题而提供的一种可实现运动分解的垂直轴传动离合装置。
本发明所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置是在离合装置的壳体上设有手动输入轴、电动输入轴、第一动力输出轴和第二动力输出轴，其中手动输入轴和电动输入轴相对设置，第一动力输出轴和第二动力输出轴相对设置，手动输入轴和电动输入轴的轴线与第一动力输出轴和第二动力输出轴的轴线相垂直，手动输入轴和电动输入轴与壳体之间通过轴承相枢接，手动输入轴位于壳体内的一端设有第一锥齿轮，手动输入轴位于壳体内的头端还设有第一角度传感器，手动输入轴上还设有调整齿轮，调整齿轮由微调电机驱动，电动输入轴位于壳体内的一端设有第二锥齿轮，电动输入轴位于壳体内的头端设有第二角度传感器，第一动力输出轴和第二动力输出轴位于壳体内的一端分别设有第三锥齿轮和第四锥齿轮，第三锥齿轮和第四锥齿轮能够分别同时与第一锥齿轮、第二锥齿轮相啮合，第三锥齿轮位于壳体的头端设有第三角度传感器，离合装置的壳体上连接有丝母，丝母螺接在丝杠上，丝杠由电机驱使转动，丝杠通过丝母带动离合装置的壳体沿手动输入轴和电动输入轴的轴线移动，在丝杠设定的行程内分别设有上限位开关和下限位开关，离合装置由控制系统控制工作，控制系统包括有开关、继电器组、直流电源和控制器，开关、继电器组和控制器相连接，直流电源和继电器组相连接，第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、上限位开关和下限位开关均与控制器相连接，控制器还与微调电机驱动器和输入电机驱动器相连接。
第一锥齿轮通过花键与手动输入轴相连接，第一锥齿轮能够在花键的长度内进行移动。
第二锥齿轮通过花键与电动输入轴相连接，第二锥齿轮能够在花键的长度内进行移动。
继电器组由两个继电器组成。
直流电源为24V稳压电源。
控制器为可编程逻辑控制器。
输入电机、微调电机和驱使丝杠的电机均为伺服电机。
本发明的工作原理：
在安装离合装置时，首先要进入零度点定义程序，由手动分别转动第一锥齿轮和第二锥齿轮，使第一锥齿轮和第二锥齿轮分别与第三锥齿轮和第四锥齿轮啮合，控制器此时就会记录第一角度传感器、第二角度传感器和第三角度传感器的读数，并定义此时为第一角度传感器、第二角度传感器和第三角度传感器的零度位置，零度点定义程序完成。
当需要从电机输入离合至手动输入时，由开关启动控制器进行第一锥齿轮与第三锥齿轮和第四锥齿轮之间的相角调节程序，首先控制器读取第一角度传感器和第三角度传感器的读数，计算出两轴的相角差值，当差值为正时，输入电机正转，反之，输入电机反转；并计算出使手动输入轴微调电机转动此差值时所需的步长；对手动输入轴微调电机驱动器发出步进脉冲信号与方向信号，从而控制第一锥齿轮与第三锥齿轮和第四锥齿轮达到可啮合的角度，第一锥齿轮与第三锥齿轮和第四锥齿轮之间的相角调节程序到此结束。
然后，自动进入离合程序，控制器控制继电器组正转触点吸合，启动驱使丝杠的电机正转，将第一锥齿轮推入工作位置，在达到位置的同时，壳体碰触上限位开关，控制器控制继电器组触点断开驱使丝杠的电机停止工作，离合程序结束。
至此，已完成了锥齿轮由电机输入离合至手动输入的离合动作，同样，需要由手动输入离合至电机输入时，执行相似程序，即可完成锥齿轮的一键式离合操作。
本发明的有益效果：
1、能够实现手动输入与电机输入的切换，使整体设备的操作多样化。
2、使用可编程逻辑控制器协调完成动作，能够在外部达到一键式操作，使整体设备的操作简便、快捷、实用，并易于组装。
3、采用可编程逻辑控制器协调完成整个动作，因此可在原有设备的可编程逻辑控制器上增加此设备的控制功能或增加扩展模块，可以节省成本、减少空间。
4、使用可编程逻辑控制器、伺服电机等适用于工业场所的器件，由于它们均能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，因此本发明更利于应用在工业现场。
5、由于采用角度传感器，可使输入轴与输出轴的锥齿轮先调整好角度，再相互啮合，此种方式可大大减少零件的磨损。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为丝杠设置示意图。
图3为控制器连接关系示意图。
图4为继电器组与驱使丝杠的电机连接关系示意图。
1、壳体 2、手动输入轴 3、电动输入轴 4、第一动力输出轴
5、第二动力输出轴 6、轴承 7、第一锥齿轮 8、第一角度传感器
9、调整齿轮 10、微调电机 11、第二锥齿轮 12、第二角度传感器
13、第三锥齿轮 14、第四锥齿轮 15、第三角度传感器
20、丝母 21、丝杠 22、电机 23、上限位开关 24、下限位开关
25、开关 26、继电器组 27、直流电源 28、控制器 29、花键
30、输入电机。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示：
本发明所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置是在离合装置的壳体1上设有手动输入轴2、电动输入轴3、第一动力输出轴4和第二动力输出轴5，其中手动输入轴2和电动输入轴3相对设置，第一动力输出轴4和第二动力输出轴5相对设置，手动输入轴2和电动输入轴3的轴线与第一动力输出轴4和第二动力输出轴5的轴线相垂直，手动输入轴2和电动输入轴3与壳体3之间通过轴承6相枢接，手动输入轴2位于壳体1内的一端设有第一锥齿轮7，手动输入轴2位于壳体1内的头端还设有第一角度传感器8，手动输入轴2上还设有调整齿轮9，调整齿轮9由微调电机10驱动，电动输入轴3位于壳体1内的一端设有第二锥齿轮11，电动输入轴3位于壳体1内的头端设有第二角度传感器12，第一动力输出轴4和第二动力输出轴5位于壳体1内的一端分别设有第三锥齿轮13和第四锥齿轮14，第三锥齿轮13和第四锥齿轮14能够分别同时与第一锥齿轮7、第二锥齿轮11相啮合，第三锥齿轮13位于壳体1的头端设有第三角度传感器15，离合装置的壳体1上连接有丝母20，丝母20螺接在丝杠21上，丝杠21由电机22驱使转动，丝杠21通过丝母20带动离合装置的壳体1沿手动输入轴2和电动输入轴3的轴线移动，在丝杠21设定的行程内分别设有上限位开关23和下限位开关24，离合装置由控制系统控制工作，控制系统包括有开关25、继电器组26、直流电源27和控制器28，开关25、继电器组26和控制器28相连接，直流电源27和继电器组26相连接，第一角度传感器8、第二角度传感器12、第三角度传感器15、上限位开关23和下限位开关24均与控制器28相连接，控制器28还与微调电机10的驱动器和输入电机30的驱动器相连接。
第一锥齿轮7通过花键29与手动输入轴2相连接，第一锥齿轮7能够在花键29的长度内进行移动。
第二锥齿轮11通过花键29与电动输入轴3相连接，第二锥齿轮11能够在花键29的长度内进行移动。
继电器组26由两个继电器组成。
直流电源27为24V稳压电源。
控制器28为可编程逻辑控制器。
输入电机30、微调电机10和驱使丝杠21的电机22均为伺服电机。
控制器28可选用西门子公司S7-200CN型可编程逻辑控制器，本发明应用到六个输入与八个输出，六个输入分别是开关25、第一角度传感器8、第二角度传感器12、第三角度传感器15、上限位开关23和下限位开关24，分别接在控制器28的输入口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5；八个输出为微调电机10的驱动器的步进脉冲信号PU+与方向信号DR+、DR-，分别接在控制器28的输出口Q0.0、Q0.1、Q0.2，输入电机的驱动器的步进脉冲信号PU+与方向信号DR+、DR-，分别接在控制器28的输出口Q0.3、Q0.4、Q0.5，继电器组26的正转信号与反转信号，分别接在控制器28的输出口Q0.6、Q0.7。
继电器组26由两个继电器KM1与KM2组成，当控制器28的Q0.6输出高电平时，继电器KM1触点KM1.1与KM1.2吸和，驱使丝杠21的电机22的一端接直流电源27的输出端，一端接地，电机22正转；同理，当控制器28的Q0.7输出高电平时，继电器KM1触点KM2.1与KM2.2吸和，电机22反转。
本发明的工作原理：
在安装离合装置时，首先要进入零度点定义程序，由手动分别转动第一锥齿轮7和第二锥齿轮11，使第一锥齿轮7和第二锥齿轮11分别与第三锥齿轮13和第四锥齿轮14啮合，控制器28此时就会记录第一角度传感器8、第二角度传感器12和第三角度传感器15的读数，并定义此时为第一角度传感器8、第二角度传感器12和第三角度传感器15的零度位置，零度点定义程序完成。
当需要从电机输入离合至手动输入时，由开关25启动控制器28进行第一锥齿轮7与第三锥齿轮13和第四锥齿轮14之间的相角调节程序，首先控制器28读取第一角度传感器8和第三角度传感器15的读数，计算出两轴的相角差值，当差值为正时，输入电机30正转，反之，输入电机30反转；并计算出使手动输入轴2的微调电机10转动此差值时所需的步长；对手动输入轴2的微调电机10驱动器发出步进脉冲信号与方向信号，从而控制第一锥齿轮7与第三锥齿轮13和第四锥齿轮14达到可啮合的角度，第一锥齿轮7与第三锥齿轮13和第四锥齿轮14之间的相角调节程序到此结束。
然后，自动进入离合程序，控制器28控制继电器组26正转触点吸合，启动驱使丝杠21的电机22正转，将第一锥齿轮7推入工作位置，在达到位置的同时，壳体1碰触上限位开关23，控制器28控制继电器组26触点断开驱使丝杠21的电机22停止工作，离合程序结束。
至此，已完成了锥齿轮由电机输入离合至手动输入的离合动作，同样，需要由手动输入离合至电机输入时，执行相似程序，即可完成锥齿轮的一键式离合操作。
Claims (7)
1.一种可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：是在离合装置的壳体上设有手动输入轴、电动输入轴、第一动力输出轴和第二动力输出轴，其中手动输入轴和电动输入轴相对设置，第一动力输出轴和第二动力输出轴相对设置，手动输入轴和电动输入轴的轴线与第一动力输出轴和第二动力输出轴的轴线相垂直，手动输入轴和电动输入轴与壳体之间通过轴承相枢接，手动输入轴位于壳体内的一端设有第一锥齿轮，手动输入轴位于壳体内的头端还设有第一角度传感器，手动输入轴上还设有调整齿轮，调整齿轮由微调电机驱动，电动输入轴位于壳体内的一端设有第二锥齿轮，电动输入轴位于壳体内的头端设有第二角度传感器，第一动力输出轴和第二动力输出轴位于壳体内的一端分别设有第三锥齿轮和第四锥齿轮，第三锥齿轮和第四锥齿轮能够分别同时与第一锥齿轮、第二锥齿轮相啮合，第三锥齿轮位于壳体的头端设有第三角度传感器，离合装置的壳体上连接有丝母，丝母螺接在丝杠上，丝杠由电机驱使转动，丝杠通过丝母带动离合装置的壳体沿手动输入轴和电动输入轴的轴线移动，在丝杠设定的行程内分别设有上限位开关和下限位开关，离合装置由控制系统控制工作，控制系统包括有开关、继电器组、直流电源和控制器，开关、继电器组和控制器相连接，直流电源和继电器组相连接，第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、上限位开关和下限位开关均与控制器相连接，控制器还与微调电机驱动器和输入电机驱动器相连接。
2.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的第一锥齿轮通过花键与手动输入轴相连接，第一锥齿轮能够在花键的长度内进行移动。
3.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的第二锥齿轮通过花键与电动输入轴相连接，第二锥齿轮能够在花键的长度内进行移动。
4.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的继电器组由两个继电器组成。
5.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的直流电源为24V稳压电源。
6.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的控制器为可编程逻辑控制器。
7.根据权利要求1所述的可实现运动分解的垂直轴传动离合装置，其特征在于：所述的输入电机、微调电机和驱使丝杠的电机均为伺服电机。
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