CN104132111B - 一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，一盘形凸轮设置在底座上，所述盘形凸轮上设置有二阿基米德螺线滑槽，一螺母设置在盘形凸轮上方，且所述螺母的左半螺母和右半螺母底部均设有一滑块，各所述滑块嵌入对应压块的一导轨内，各所述滑块前端均设置有一竖轴，各所述竖轴嵌入对应的阿基米德螺线滑槽内；各所述限位组件内均设置有一滚子直动杆件，各所述滚子直动杆件的头部抵靠在盘形凸轮的外轮廓上；所述转轴穿过底座固定连接在盘形凸轮底部，所述转轴、伞形齿轮、副轴以及手柄依次连接；所述电机通过一传动机构连接至转轴。本发明用于实现变旋转运动为直线运动且自动、手动可转换，是移动件位置精准、动作可靠、安全性高的机电一体化系统。

Description

一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构

【技术领域】

本发明涉及一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构。

【背景技术】

该新式丝杠螺母机构又叫“开合螺母”。开合螺母机构应用广泛，其主要功能是实现变旋转运动为直线运动的机构。常见的用途是在CA6140机床上，把一个螺母切成两半,然后,固定在走刀箱上一条能上下运动的导轨上,上下开合。合时,就相当于一个紧配丝杠的螺母,车床运转时丝杠转,螺母不转(螺母固定在走刀箱上,只能上下运动),就能带动螺母左右运动。走刀箱就以主轴每转一个螺距的速度运动。这里,螺距实际上是齿轮配速,配出来的。实现进给主轴旋转，使车刀前进工作，车削轴类零件，并且可以在前进一定距离实现主轴停转，然后退出车刀，再次进行切削。开合螺母在CA6140机床中，它的作用主要是用来连接丝杆的传动到溜板箱。因为溜板箱有两套传动输入，即光杆和丝杆。一般的走刀用光杆传动，加工螺纹时用丝杆传动。而这两者是不能同时咬合的，否则会因传动比不一样造成传动系统破坏。这里开合螺母的作用相当于一个离合器，用来决定溜板箱是否使用丝杆传动。

开合螺母的用途越来越广，它不仅被用在工程机械，还可以被用在医疗机械，军用机械，纺织机械，包装机械方面等，开合螺母机构适用于驱动装置、变速装置、传动装置、工作装置、制动装置、防护装置等。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，用于实现变旋转运动为直线运动且自动、手动可转换，是移动件位置精准、动作可靠、安全性高的机电一体化系统。

本发明是这样实现上述技术问题的：

一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构包括一电机、一底座、二限位组件、二压块、一盘形凸轮、一螺母、一转轴、一手柄以及一伞形齿轮，所述盘形凸轮设置在底座上，所述盘形凸轮上设置有二阿基米德螺线滑槽，所述螺母设置在盘形凸轮上方，且所述螺母包括一左半螺母和一右半螺母，所述左半螺母和右半螺母底部均设有一滑块，各所述滑块嵌入对应压块的一导轨内，所述二压块固定在底座上，各所述滑块前端均设置有一竖轴，各所述竖轴嵌入对应的阿基米德螺线滑槽内；

所述二限位组件分别对应设置在盘形凸轮的两侧，各所述限位组件内均设置有一滚子直动杆件，各所述滚子直动杆件的头部抵靠在盘形凸轮的外轮廓上；所述转轴穿过底座固定连接在盘形凸轮底部，所述转轴的另一端通过伞形齿轮连接至一副轴，所述副轴另一端连接至手柄；所述电机通过一传动机构连接至转轴。

进一步地，所述盘形凸轮的外轮廓由复数个渐开曲线相连而成。

进一步地，所述滚子直动杆件的弹性减震件为弹簧减震件。

进一步地，所述底座上还穿设有二导轨滑套。

本发明具有如下优点：

本发明采用盘形凸轮，在盘形凸轮做旋转运动时，滚子直动杆件根据盘形凸轮的外轮廓形状作一定振幅的左右窜动，所述滚子直动杆件的弹性减震件为一弹簧减震件，弹簧减震件在此装置中相当于推杆，可以实现滚子在短距离拨动，从而保证盘形凸轮转动的更加稳定。。

本发明主要考虑到停电，故障断电时，能够不破坏机构的正常运行，通过人力摇动手柄使机械能够正常工作，而不会因为停电，故障断电造成人员伤亡，危害人身及设备的安全。

总之，本发明用于实现变旋转运动为直线运动且自动、手动可转换，是移动件位置精准、动作可靠、安全性高的机电一体化系统。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3是图2的爆炸图。

图4是本发明盘形凸轮与滚子直动杆件的配合图。

图5是右半螺母的结构示意图。

图6是盘形凸轮的结构示意图。

图7是本发明的滚子直动杆件的位移、速度、加速度曲线图。

附图标识说明：

1、底座 2、限位组件

3、压块 4、盘形凸轮

5、螺母 6、转轴

7、手柄 8、伞形齿轮

9、副轴 11、导轨滑套

21、滚子直动杆件 31、导轨

41、阿基米德螺线滑槽 51、左半螺母

52、右半螺母 53、滑块

54、竖轴

【具体实施方式】

请参阅图1～7所示，对本发明的实施例进行详细的说明。

重点参阅图1～7，本发明涉及一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构包括一电机(图未示)、一底座1、二限位组件2、二压块3、一盘形凸轮4、一螺母5、一转轴6、一手柄7以及一伞形齿轮8，所述盘形凸轮4设置在底座1上，所述盘形凸轮4上设置有二阿基米德螺线滑槽41，所述螺母5设置在盘形凸轮4上方，且所述螺母5包括一左半螺母51和一右半螺母52，所述左半螺母51和右半螺母52底部均设有一滑块53，各所述滑块53嵌入对应压块3的一导轨31内，所述二压块3均固定在底座1上，各所述滑块53前端均设置有一竖轴54，各所述竖轴54嵌入对应的阿基米德螺线滑槽41内；

所述二限位组件2分别对应设置在盘形凸轮4的两侧，各所述限位组件2内均设置有一滚子直动杆件21，各所述滚子直动杆件21的头部抵靠在盘形凸轮4的外轮廓上；所述转轴6穿过底座1固定连接在盘形凸轮4底部，所述转轴6的另一端通过伞形齿轮8连接至一副轴9，所述副轴9另一端连接至手柄7；所述电机通过一传动机构(图未示)连接至转轴。

所述盘形凸轮4的外轮廓由复数个渐开曲线相连而成。

所述滚子直动杆件21的弹性减震件为一弹簧减震件。所述底座1上还穿设有二导轨滑套11。

本发明的运行实施例：

重点参阅图6，该丝杠螺母机构的螺母5有三个机能位置：第一机能位置——分离位：左半螺母51和右半螺母52完全打开，二竖轴54均位于盘形凸轮4内对应的阿基米德螺线滑槽41极点A，并处于摩擦角内状态。第二机能位置——啮合位：半螺母51和右半螺母52完全闭合，左半螺母51和右半螺母52两结合对应面达到相对距离最小；螺母齿形形成几近完全齿面；此时，再控制二竖轴54均位于盘形凸轮4内对应的阿基米德螺线滑槽41极点B处，且二竖轴5处于摩擦角内状态，保障左半螺母51和右半螺母52的任意部分可靠地固定在当前位置上且不因系统振动而影响。第三机能位置——过渡位：二竖轴54均位于盘形凸轮4内对应的阿基米德螺线滑槽41极点A和B之间，即在摩擦角外状态，且是动态的，它能迅速而平滑地使竖轴54进入或离开阿基米德螺线滑槽41极点A或B。

以下为本发明盘形凸轮的外轮廓以及滑槽的曲线设计实施例。

盘形凸轮4轮廓曲线设计：图4所示为偏置滚子直动杆件21从动件盘形凸轮4，其偏距e、基圆半径r0和从动件运动规律均已给定。以盘形凸轮4回转中心为原点、从动件推程运动方向为x轴正向建立右手坐标系。为使计算公式统一，引入盘形凸轮4转向系数η和从动件偏置方向系数δ，并规定：当凸轮转向为顺时针η＝1，逆时针η＝-1；经过滚子直动杆件中心的从动件导路线偏于y轴正侧时δ＝1，偏于y轴负侧时δ＝-1，与y轴重合时δ＝0。滚子直动杆件中心起始坐标B₀(s₀，δe)，当凸轮自初始位置转过角时，滚子直动杆件中心将自点B₀外移s到达点B`(s+s<sub>0</sub>，δe)。根据反转法原理，将点B`沿着凸轮回转相反方向绕原点转过角即得凸轮理论轮廓曲线上的对应点B，其坐标为：

即

上式即为盘形凸轮理论轮廓曲线的直角坐标参数方程。

其中

盘形凸轮4内部滑槽设计曲线采用阿基米德螺线滑槽41，便于竖轴54旋转运动，竖轴54的运动带动开合螺母的两半螺母工作，实现螺母5的开与合的工作特性。该机构可电动、可手动。手柄的转动，通过一对伞形齿轮8将动力传递给转轴6，转轴6的旋转带动盘形凸轮4转动，再由盘形凸轮4带动竖轴54沿着阿基米德螺线滑槽41转动，实现机构的运动。

设手柄转动的转速为n1，由得到

转轴的角速度ω＝2πn₂

凸轮转动的时间为t，转过的角度为θ，

阿基米德螺线极坐标公式：ρ＝aθ,x＝ρcosθ,y＝sinθ,

所以

得到滑槽的位移特性曲线公式：

其中，n₁主动锥齿轮的转速，n₂从动锥齿轮的转速，z₁主动锥齿轮的齿数，z₂从动锥齿轮的齿数，ρ：极径，θ：极角，a：常数。

盘形凸轮轮廓曲线设计在前面已经阐述，滚子直动杆件21，也就是从动件，从动件的运动规律为：从动件的运动形式常用的是三角函数运动规律，为了使凸轮有更好的动力性能和工艺性，本发明凸轮采用直动从动件凸轮结构，从动件推程、回程分别采用简谐运行规律和摆线运动规律。

质点在圆周上作匀速运动时，它在直径上的投影点的运动即为简谐运动。从动件作简谐运动时，其加速度按余弦规律变化，故又称余弦加速度规律。在行程开始和终止位置，加速度有突变，也会引起柔性冲击。只有当远、近休止角均为零时，就是保证滚子直动杆件在两端的位置加速度为零，才可以获得连续的加速度曲线。图7是从动件的位移、速度、加速度曲线图。

从动件的运动数学公式：以下公式都是周期为2π的，在不同阶段需要换算周期，其中δ为运动角，δ₁为推程角，δ₂为回程角，δ_h为推程-回程角，φ为近休止角，h为滚子直动杆件行程，ω为凸轮转动角速度，T为周期。

推程δ1：0≤δ≤δ₁,δ₁＝115°,δ_h＝125°,T＝π

0≤δ≤δ₁,δ₁＝115°,δ_h＝125°,T＝2π

推程δ2:δ₁≤δ≤δ₁+δ₂,δ₂＝10°,δ_h＝125°,

δ₁≤δ≤δ₁+δ₂,δ₂＝10°,δ_h＝125°,T＝2π

近休止δ₁+δ₂+φ≤δ≤π,φ＝55°,δ_h＝125°,

s＝-0.01h

v＝0 δ₁+δ₂+φ≤δ≤π,φ＝55°,δ_h＝125°,T＝2π

a＝0

本发明的丝杠螺母机构可以在通电的情况下使用，也可以在断电的情况下安全工作，通电时，电机通过传动机构将动力传递给转轴6，转轴6将动力传给盘形凸轮4，再由盘形凸轮4转动带动竖轴54旋转，拨动螺母5的两半边实现螺母的开、合功能；断电时，通过摇动手柄7，将动力传递给副轴9，副轴9转动后将动力传递给伞形齿轮8，通过伞形齿轮8通过转轴9将动力传给盘形凸轮4，再由盘形凸轮4转动带动竖轴54沿着阿基米德螺线滑槽41滑动，拨动螺母的两半边实现螺母的开、合功能，从而解除隐患，避免了危险的发生。

本发明采用盘形凸轮4，在盘形凸轮4做旋转运动时，滚子直动杆件21根据盘形凸轮的外轮廓形状作一定振幅的左右窜动，所述滚子直动杆件21的弹性减震件为一弹簧减震件，弹簧减震件在此装置中相当于推杆，可以实现滚子在短距离拨动，从而保证盘形凸轮转动的更加稳定。

本发明压块3的功能是保证开合螺母三个机能位置的准确定位，使螺母5的滑块53沿压块3里面的导轨31内滑动，同时也防止振动导致螺母不能准确开合。

本发明主要考虑到停电，故障断电时，能够不破坏机构的正常运行，通过人力摇动手柄使机械能够正常工作，而不会因为停电，故障断电造成人员伤亡，危害人身及设备的安全。

总之，本发明用于实现变旋转运动为直线运动且自动、手动可转换，是移动件位置精准、动作可靠、安全性高的机电一体化系统。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，其特征在于：所述丝杠螺母机构包括一电机、一底座、二限位组件、二压块、一盘形凸轮、一螺母、一转轴、一手柄以及一伞形齿轮，所述盘形凸轮设置在底座上，所述盘形凸轮上设置有二阿基米德螺线滑槽，所述螺母设置在盘形凸轮上方，且所述螺母包括一左半螺母和一右半螺母，

所述左半螺母和右半螺母底部均设有一滑块，各所述滑块嵌入对应压块的一导轨内，所述二压块均固定在底座上，各所述滑块前端均设置有一竖轴，各所述竖轴嵌入对应的阿基米德螺线滑槽内；

所述二限位组件分别对应设置在盘形凸轮的两侧，各所述限位组件内均设置有一滚子直动杆件，各所述滚子直动杆件的头部抵靠在盘形凸轮的外轮廓上；所述转轴穿过底座固定连接在盘形凸轮底部，所述转轴的另一端通过伞形齿轮连接至一副轴，所述副轴另一端连接至手柄；所述电机通过一传动机构连接至转轴。

2.如权利要求1所述的一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，其特征在于：所述盘形凸轮的外轮廓由复数个渐开曲线相连而成。

3.如权利要求1所述的一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，其特征在于：所述滚子直动杆件的弹性减震件为弹簧减震件。

4.如权利要求1所述的一种自动、手动可转换的丝杠螺母机构，其特征在于：所述底座上还穿设有二导轨滑套。