CN104324874B - 一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器 - Google Patents

Abstract

一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，通过伺服电机带动减速器的输出轴转动，进而带动转筒按工作转向转动，再带动凸轮盘转动，凸轮盘和从动指柱之间为端面凸轮副，因此从动滑杆在端面凸轮副和回位弹簧的作用下进行往复运动，带动被振件振动，本发明具有输出频率范围宽精度高；转动部件受到的反作用力沿轴向方向，受力状态较好，克服了偏心块式激振器转轴受弯扭力的恶劣受力状态，提高了激振器部件的使用寿命；端面凸轮副可设计成多个周期，当伺服电机转一圈时，可以使激振力变化多个周期，输出最高频率可以成倍增加；在输出较大激振力时，不需要大幅度增加部件的质量，只需要增大伺服电机和减速器的输出功率，同时校核其余零部件强度。

Description

一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器

技术领域

本发明属于振动设备技术领域，具体涉及一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器。

背景技术

振动设备是一类通过特殊的机械传动方式使被振件产生强迫振动的设备，它在许多领域有着广泛的应用。目前先进的振动设备生产技术被国外企业垄断，我国企业在振动技术的应用中受到国外的牵制，无法获得先进的振动设备，因此近些年来一些研究人员开始研制高精度的振动设备，以满足国内一些领域对振动设备的需求。

国内企业对振动设备的需求具体表现在研究、模拟、生产和时效等几个方面。在研究方面，先进的振动设备能够搭建工艺实验平台，研究振动在一些工艺中起到的作用，从而帮助工程技术人员提出先进的生产工艺，如振动成型工艺、振动挤压工艺等。

在模拟方面，各种工业产品在运输、储存和使用过程中都会受到各种复杂环境的影响，从而使产品的可靠性和使用寿命受到影响，为了保证产品的质量，提高企业的市场竞争力，在产品生产的过程中，需要对其可能受到的各种环境进行模拟，从而确定产品是否合格，据统计，振动大约占整个环境因素的27％，可见振动试验在环境试验中的重要性，例如汽车在振动试验中，需要对其在使用过程中的各种路况引起的振动进行模拟，以确保汽车质量的可靠性。

在生产方面，研究表明，在塑形成型领域，许多产品在生产过程中加入振动，能够大幅度减小成型力，同时能够获得更加稳定的成型质量，例如在免烧砖生产过程中，由于原料为粉末形态，直接加很大的成型力反而起不到增加产品密实程度的作用，因此需要引入振动，使模头的成型力能够传递到产品中，获得整体密实程度较好的砖块。

在时效领域，很早就有国外的技术人员提出了通过振动的方法来消除构件中的残余应力，这比起原有的加热消除残余应力的方法更加环保和节能，随着能源形势愈发严峻，振动时效法在很多地方得到应用，也带来了国内企业对于先进振动设备的需求。

现有的振动设备是一个带偏心块的电机系统，工件通过弹性装置支撑，在电机转动时，由于偏心块的离心力作用，周期性的产生激振力，通过调节电机的转速，使工件产生强迫振动。这种振动设备在实际使用中主要存在以下缺点：1、偏心块产生的反作用力作用在主轴的径向方向，使主轴产生弯扭的恶劣受力状态，对轴承产生不利影响；2、偏心块一般只能做到单向偏心，因此主轴转一周，激振力只能变化一个周期，这样振动设备的振动频率范围就受到电机转速的制约，无法在很宽的范围内变化；3、要实现较大的激振力时，需要很大的偏心质量，这使得振动系统惯性较大，不能够快速的实现振动频率的变化，伺服性能较差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，采用端面凸轮替代原有偏心块，同时采用伺服电机作为动力源，使激振器可以工作在更宽的频率范围内。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，包括伺服电机1，伺服电机1与减速器3固定连接，减速器3前端的法兰和外壳7固定连接，减速器3输出轴和转筒9连接，转筒9通过轴承20和圆锥滚子轴承22支撑在外壳7内圈，两轴承通过套筒8传递转筒9受到的轴向力，转筒9前端通过台肩与轴承20定位，后端通过卡环23与圆锥滚子轴承22定位，凸轮盘19通过自锁螺纹与转筒9中心的螺纹孔连接，从动指柱10一端镶嵌有滚子，另一端加工有螺纹，从动指柱10通过螺纹与从动滑杆12上的螺纹孔连接，从动指柱10与凸轮盘19之间为端面凸轮副，从动滑杆12大端外圈镶嵌有耐磨环18，能够在外壳7的加工面上滑动，从动滑杆12大端一侧开有均布的三个以上的弹簧安装孔，回位弹簧11安装在从动滑杆12大端和前端盖16之间，回位弹簧11处于预压紧状态，前端盖16和外壳7连接，从动滑杆12小端为一直杆，中间部分加工有键槽，通过第二键15在前端盖16上周向定位，从动滑杆12小端的末端加工成了螺杆，通过螺母14和被振件13连接，从而带动被振件13振动，外壳7的法兰部分与基体5连接，在激振过程中基体5保持固定。

所述的端面凸轮副为凸轮型面能够任意变化的高副机构，其凸轮型面是正弦曲线或其他任意周期曲线，凸轮型面的周期数能够根据实际需要进行选择。

所述的凸轮盘19一端为凸轮型面，另一端为螺杆，螺杆上的螺纹为自锁螺纹，在安装时，凸轮盘19旋进转筒9的中心螺纹孔中，直到凸轮盘19的端面与转筒9的端面顶住，凸轮盘19能够根据需要和磨损情况单独更换，在工作时，转筒9的工作转向能够使凸轮盘19继续向转筒9中旋进，达到自旋进的目的，即转筒9的工作转向要满足当凸轮盘19固定时，转筒9按工作转向转动时，能够向上旋进，这样当实际工作时，凸轮盘19受到阻力，会自动的有向转筒9内部旋进的趋势，保证工作时，凸轮盘19不会与转筒9脱离。

所述的从动指柱10为一端镶嵌有滚子另一端加工有螺纹的指状结构，安装时通过螺纹旋入从动滑杆12大端的螺纹孔中，直到从动指柱10的端面和从动滑杆12大端螺纹孔上的凸台顶住，从动指柱10的数量根据端面凸轮副的周期数确定，所有从动指柱10在周向上均布。

通过调节伺服电机1的转速和改变凸轮盘19型面周期数来调整激振器的输出频率范围，能够在很宽的频率范围内正常工作，具体参数调节参照表1，

表1

本发明的优点为：1、伺服电机1可在较宽的转速范围内稳定工作，同时转速的精度高，这使得本发明的输出频率范围宽精度高；2、本发明工作时转动部件受到的反作用力沿轴向方向，受力状态较好，克服了偏心块式激振器转轴受弯扭力的恶劣受力状态，提高了激振器部件的使用寿命；3、本发明端面凸轮副可设计成多个周期，当伺服电机1转一圈时，可以使激振力变化多个周期，这使的本发明输出的最高频率可以成倍增加；4、本发明在输出较大激振力时，不需要大幅度增加部件的质量，只需要增大伺服电机1和减速器3的输出功率，同时校核其余零部件强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明凸轮盘19沿母线展开示意图，其中(a)图为凸轮型面周期为1的情况示意图，(b)图为凸轮型面周期为2的情况示意图，(c)图为凸轮型面周期为3的情况示意图。

图3是本发明转筒9和凸轮盘19螺纹自旋进说明示意图，其中(a)图为实际工作时的情况示意图，(b)图为假设固定凸轮盘19时转筒9按工作转向转动时的旋进方向示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作详细阐释。

参照图1，一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，包括伺服电机1，伺服电机1通过第一螺钉2与减速器3固定连接，减速器3是行星减速器、谐波减速器等常用形式的减速器，减速器3前端的法兰通过第二螺钉4和外壳7固定连接，减速器3输出轴通过第一键21和转筒9连接，带动转筒9转动，转筒9通过轴承20和圆锥滚子轴承22支撑在外壳7内圈，两轴承通过套筒8传递转筒9受到的轴向力，转筒9前端通过台肩与轴承20定位，后端通过卡环23与圆锥滚子轴承22定位，凸轮盘19通过自锁螺纹与转筒9中心的螺纹孔连接，从动指柱10一端镶嵌有滚子，另一端加工有螺纹，从动指柱10通过螺纹与从动滑杆12上的螺纹孔连接，从动指柱10与凸轮盘19之间为端面凸轮副，从动滑杆12大端外圈镶嵌有耐磨环18，可在外壳7的加工面上滑动，从动滑杆12大端一侧开有均布的六个弹簧安装孔，回位弹簧11安装在从动滑杆12大端和前端盖16之间，回位弹簧11处于预压紧状态，前端盖16通过六个内六角螺钉17和外壳7连接，从动滑杆12小端为一直杆，中间部分加工有键槽，通过第二键15在前端盖16上周向定位，防止凸轮盘19转动时带动从动滑杆12转动，从动滑杆12小端的末端加工成了螺杆，通过螺母14和被振件13连接，从而带动被振件13振动，外壳7的法兰部分通过螺栓6与基体5连接，在激振过程中基体5保持固定。

参照图2，所述的端面凸轮副为凸轮型面可以任意变化的高副机构，其凸轮型面可以是正弦曲线，也可以是其他任意周期曲线，凸轮型面的周期数可根据实际需要进行选择，从动指柱10的数量根据端面凸轮副的周期数确定，多个从动指柱10在周向上均布。

参照图3，所述的凸轮盘19一端为凸轮型面，另一端为螺杆，螺杆上的螺纹为自锁螺纹，在安装时，凸轮盘19旋进转筒9的中心螺纹孔中，直到凸轮盘19的端面与转筒9的端面顶住，凸轮盘19可根据需要和磨损情况单独更换，在工作时，转筒9的工作转向可以使凸轮盘19继续向转筒9中旋进，达到自旋进的目的，即本发明转筒9的工作转向要满足当凸轮盘19固定时，转筒9按工作转向转动时，能够向上旋进，这样当实际工作时，凸轮盘19受到阻力，会自动的有向转筒9内部旋进的趋势，保证工作时，凸轮盘19不会与转筒9脱离。

所述的从动指柱10为一端镶嵌有滚子另一端加工有螺纹的指状结构，安装时通过螺纹旋入从动滑杆12大端的螺纹孔中，直到从动指柱10的端面和从动滑杆12大端螺纹孔上的凸台顶住，从动指柱10的数量根据端面凸轮副的周期数确定，所有从动指柱10在周向上均布。

通过调节伺服电机1的转速和改变凸轮盘19型面周期数来调整激振器的输出频率范围，能够在很宽的频率范围内正常工作，具体参数调节参照表1，

表1

本发明的工作原理为：

当伺服电机1通电后，带动减速器3输出轴转动，减速器3输出轴通过第一键21带动转筒9按工作转向转动，进而带动凸轮盘19转动，凸轮盘19和从动指柱10之间为端面凸轮副，因此从动滑杆12在端面凸轮副和回位弹簧11的作用下进行往复运动，带动被振件13振动。

Claims (5)

1.一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，包括伺服电机(1)，其特征在于：伺服电机(1)与减速器(3)固定连接，减速器(3)前端的法兰和外壳(7)固定连接，减速器(3)输出轴和转筒(9)连接，转筒(9)通过轴承(20)和圆锥滚子轴承(22)支撑在外壳(7)内圈，两轴承通过套筒(8)传递转筒(9)受到的轴向力，转筒(9)前端通过台肩与轴承(20)定位，后端通过卡环(23)与圆锥滚子轴承(22)定位，凸轮盘(19)通过自锁螺纹与转筒(9)中心的螺纹孔连接，从动指柱(10)一端镶嵌有滚子，另一端加工有螺纹，从动指柱(10)通过螺纹与从动滑杆(12)上的螺纹孔连接，从动指柱(10)与凸轮盘(19)之间为端面凸轮副，从动滑杆(12)大端外圈镶嵌有耐磨环(18)，能够在外壳(7)的加工面上滑动，从动滑杆(12)大端一侧开有均布的三个以上的弹簧安装孔，回位弹簧(11)安装在从动滑杆(12)大端和前端盖(16)之间，回位弹簧(11)处于预压紧状态，前端盖(16)和外壳(7)连接，从动滑杆(12)小端为一直杆，中间部分加工有键槽，通过第二键(15)在前端盖(16)上周向定位，从动滑杆(12)小端的末端加工成了螺杆，通过螺母(14)和被振件(13)连接，从而带动被振件(13)振动，外壳(7)的法兰部分与基体(5)连接，在激振过程中基体(5)保持固定。

2.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，其特征在于：所述的端面凸轮副为凸轮型面能够任意变化的高副机构，其凸轮型面是正弦曲线或其他任意周期曲线，凸轮型面的周期数能够根据实际需要进行选择。

3.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，其特征在于：所述的凸轮盘(19)一端为凸轮型面，另一端为螺杆，螺杆上的螺纹为自锁螺纹，在安装时，凸轮盘(19)旋进转筒(9)的中心螺纹孔中，直到凸轮盘(19)的端面与转筒(9)的端面顶住，凸轮盘(19)能够根据需要和磨损情况单独更换，在工作时，转筒(9)的工作转向能够使凸轮盘(19)继续向转筒(9)中旋进，达到自旋进的目的，即转筒(9)的工作转向要满足当凸轮盘(19)固定时，转筒(9)按工作转向转动时，能够向上旋进，这样当实际工作时，凸轮盘(19)受到阻力，会自动的有向转筒(9)内部旋进的趋势，保证工作时，凸轮盘(19)不会与转筒(9)脱离。

4.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，其特征在于：所述的从动指柱(10)为一端镶嵌有滚子另一端加工有螺纹的指状结构，安装时通过螺纹旋入从动滑杆(12)大端的螺纹孔中，直到从动指柱(10)的端面和从动滑杆(12)大端螺纹孔上的凸台顶住，从动指柱(10)的数量根据端面凸轮副的周期数确定，所有从动指柱(10)在周向上均布。

5.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的端面凸轮式直轴激振器，其特征在于：通过调节伺服电机(1)的转速和改变凸轮盘(19)型面周期数来调整激振器的输出频率范围，能够在很宽的频率范围内正常工作，具体参数调节为：

伺服电机转速为0～3000r/min，凸轮盘型面周期数为1，激振器输出频率0～50Hz；

伺服电机转速为0～3000r/min，凸轮盘型面周期数为2，激振器输出频率0～100Hz；

伺服电机转速为0～3000r/min，凸轮盘型面周期数为3，激振器输出频率0～150Hz；

伺服电机转速为0～5000r/min，凸轮盘型面周期数为1，激振器输出频率0～83Hz；

伺服电机转速为0～5000r/min，凸轮盘型面周期数为2，激振器输出频率0～166Hz；

伺服电机转速为0～5000r/min，凸轮盘型面周期数为3，激振器输出频率0～250Hz。