CN1048082C

CN1048082C - 回转驱动机构

Info

Publication number: CN1048082C
Application number: CN94192598A
Authority: CN
Inventors: 柳沢健
Original assignee: Sozoan YK
Current assignee: Sozoan YK
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2014-05-30
Also published as: EP0710783B1; EP0710783A4; DE69423762D1; WO1995000776A1; US5655406A; EP0710783A1; KR100325982B1; DE69423762T2; CN1126508A; KR960703212A; JP3346836B2; AU6855994A; JPH0712199A

Abstract

一种回转驱动装置，包括分别沿第1、第2方向平行配置的第1、第2导轴，所述第2方向垂直于第1方向，可和第1、第2导轴保持平行状态分别沿第2、第1方向移动的第1、第2轴杆，可在第1、第2轴杆上，沿第1、第2方向移动的移动体，分别驱动第2、第1轴杆移动的第1、第2驱动机构，其一端和移动体转动相连，另一端和输出轴一端相固定的输出轴，移动体绕输出轴回转时使输出轴回转的杠杆板，具有能高效将直线推进力变换为回转扭矩的明显效果。

Description

回转驱动机构

本发明涉及回转驱动机构，更确切地说，涉及可将直线运动变换成回转运动然后被传出的回转驱动机构。

众所周知，作为将直线运动变换成回转运动然后被传出的回转驱动机构，例如有往复式内燃机、油压马达等。它们都是把缸体内进行直线运动活塞的输出变换成曲轴回转运动的机构。

然而，上述传统的往复式内燃机、油压马达中仍存在如下需解决的问题。

就是用连杆使活塞和曲轴间相连。活塞和连杆的一端形成转动连接，运动时形成两者可相对倾斜。此外，在连杆和曲轴间也形成转动连接，形成两者可相对倾斜。因此，在连杆相对活塞倾斜、连杆相对曲轴倾斜状态，即使受到活塞的推进力，也不能将该推进力百分之百地传递给曲轴。其结果，传递给曲轴的，是相当于将沿连杆方向的分力进一步沿曲轴方向分解的分力，因而动力损失大。从而存在从曲轴上得到的转矩功率比活塞推进力功率小，使直线推进力变换成回转力矩的效率低的问题。

因此，本发明目的在于提供能使直线推进力变换成回转力矩的效率提高的回转驱动机构。

为达到上述目的的本发明包括平行于第1方向(X)配置的一对第1轴导向件，平行于第2方向(Y)、垂直于所述第1方向(X)配置的一对第2轴导向件，平行于第1轴导向件配置、由第2轴导向件支承、保持与第1轴导向件平行地沿第2方向(Y)运动的第1轴杆，平行于第2轴导向件配置，由第1轴导向件支承、保持与第2轴导向件平行地沿所述第1方向运动的第2轴杆，能在由第1轴导向件与第2轴导向件围成的矩形平面内，在第1轴杆与第2轴杆上沿第1方向(X)与第2方向(Y)运动的运动体，为驱动第2轴杆沿第1方向(X)移动的第1驱动机构，为驱动第1轴杆沿第2方向(Y)移动的第2驱动机构，此外，还包括绕垂直于所述矩形平面的固定轴线旋转的一输出轴以及一其一端转动连接于运动体，其另一端固定于所述输出轴的杠杆板，所述运动体沿第1、第2轴杆运动、从而产生运动体绕所述固定轴线的圆周运动，所述输出轴由杠杆板带动绕所述轴线旋转。

进而，在上述回转驱动机构中，还可设置为保持上述第1轴杆和上述第1轴导向件平行度的第1平行度保持机构和为保持上述第2轴杆和上述第2轴导向件平行度的第2平行度保持机构。

当使用本发明回转驱动机构时，杠杆板的一端和运动体形成转动连接，其另一端和可以其轴线为中心回转的输出轴的一端相固定。因此，在运动体绕输出轴回转时输出轴可以其轴线为中心回转。因此，在将第1轴杆和第2轴杆的直线推进力变换成回转力之际，由于功率损失仅发生在运动体和杠杆板的转动连接处，因而能将该直线推进力变换成输出轴的回转扭矩的效率保持很高。

尤其，当增设第1平行度保持机构和第2平行度保持机构时，即使伴随运动体的位移，要使第1轴杆和第2轴杆分别产生相对第1轴导向件和第2轴导向件的倾斜，由于用第1平行度保持机构和第2平行度保持机构能防止产生该倾斜，所以能从输出轴获得稳定的回转力，这特别有利于为得到大的输出扭矩而使杠杆板长度变长的场合。此外，由于能从输出轴传出的回转力稳定，具有能有效防止产生机构全体振动及噪音等显著效果。

对附图的简单说明。

图1为表示本发明回转驱动机构第1实施例俯视图，

图2为表示图1所示回转驱动机构内部构造的俯视剖面图，

图3为图1所示回转驱动机构的主视剖面图，

图4为表示本发明回转驱动机构第2实施例内部构造的俯视剖面图，

图5为图4所示回转驱动机构的主视剖面图，

图6为表示本发明回转驱动机构第3实施例内部构造的俯视图，

图7为图6所示回转驱动机构的主视图。

以下参照附图对本发明实施例作详细说明。

图1-3表示本发明第1实施例。

图1为本实施例回转驱动机构的俯视图(其仰视图与俯视图形状相同)，图2为表示其内部构造的俯视剖面图，图3为主视剖面图。

10为构成本体的上盖，12为构成本体的下盖，上盖10和下盖12通过配置在四角部位的连接块体14相连。

16a，16b为沿X轴向(第1方向)平行配置、可沿X轴方向移动的一对X轴导向件(第1X轴导向件)，其详细构造将后述。

18a，18b为沿Y轴方向(第2方向)平行配置的可沿Y轴方向移动的一对Y轴导向件，其详细构造将后述。此外，将Y轴导向件18a、18b配置成相对X轴导向件16a、16b垂直。

20为与X轴导向件16a、16b平行配置的X轴杆(第1轴杆)，其各端分别与Y轴导向件相固定。因此随着Y轴导向件18a、18b沿Y轴方向移动、X轴杆20可以在平行于X轴导向件16a、16b状态下沿Y轴方向移动。

22为为平行于Y轴导向件18a、18b配置的Y轴杆(第2轴杆)，其各端分别与X轴导向件16a、16b相固定。因此，伴随X轴导向件16a、16b沿X轴方向移动，Y轴杆22可以在平行于Y轴导向件18a、18b状态沿X轴方向移动。

24为运动体，分别使X轴杆20从其下部插入通过，轴杆22从其上部插入通过。运动体24分别通过滑动轴承可在X轴杆20上和Y轴杆22上沿X轴向和Y轴向滑动。因此，随着X轴杆20和Y轴杆22沿X轴方向和沿Y轴方向的移动，运动体24可以在由X轴导向件16a、16b和Y轴导向件18a、18b围成的矩形平面28内进行二元运动。

26a，26b，26c，26d为作为第1驱动机构一例的X轴汽缸，将其向X轴向固定在连接块体14内，通过分别向X轴汽缸26a、26b、26c、26d空气口30a、30b、30c、30d供给压缩空气驱动活塞32a、23b、32c、32d。因X轴导向件16a的各端部已分别固定于活塞32a，32b，因此通过选择进行向X轴汽缸26a、26b供给压缩空气能使X轴导向件16a沿X轴向移动。另外，因已分别使X轴导向件各端部固定于活塞32c，32d，因此，通过选择进行向X轴汽缸26c，26d供给压缩空气，能使X轴导向件16b沿X轴向移动。

34a，34b，34c，34d为作为第2驱动机构一例的Y轴汽缸，已使其沿Y轴方向固定在连接块体14内。通过向Y轴汽缸34a、34b、34c、34d空气口30e、30f、30g、30h供给压缩空气，驱动活塞32e，32f(Y轴汽缸34c、34d的活塞未图示)。因Y轴导向件18a的各端部已分别固定于活塞32e和Y轴汽缸34d的活塞，所以通过选择进行向Y轴汽缸34a，34d供给压缩空气，能使Y轴导向件18a沿Y轴方向移动。另外，因Y轴导向件18b的各端部已分别固定于活塞32f和Y轴汽缸34c的活塞，所以通过选择进行向Y轴汽缸34b、34c供给压缩空气，能使Y轴导向件18b沿Y轴方向移动。

36a、36b为输出轴，分别通过滚珠轴承，使其能相对上盖10和下盖12以其轴线为中心回转。输出轴36a、36b的顶端分别从上盖10和下盖12伸出、能与其它被驱动回转体(未图示)相连。

38a、38b分别为杠杆板，在运动体24绕输出轴36a、36b回转时，使输出轴36a、36b回转。使杠杆板38a的一端通过滚珠轴承和运动体24的上面转动相连，使其另一端固定于输出轴36a的下端。另外，使杠杆板38b的一端通过滚珠轴承和运动体24的下面转动相连，使其另一端固定于输出轴36b的上端。

以下对上述机构的动作进行说明。

本实施例中，同时驱动X轴汽缸26a、26d和X轴汽缸26b、26c，以及Y轴汽缸34a、34b和Y轴汽缸34c、34d，上述驱动通过用微型计算机内的控制装置有选择地对未图示的来自空气压缩机的压缩空气的供给与排出的转换阀进行控制。

例如，图2中，当向图示状态的X轴汽缸26b，26c和Y轴汽缸34a、34b供给压缩空气，则X轴导向件16a，16b和Y轴杆22向X轴向右方，Y轴导向件18a，18b和X轴杆20沿Y轴朝向下方移动。因使输出轴36a、36b可回转且其位置受限制，因而使通过杠杆板38a、38b和输出轴36a、36b相连的运动体24从图示位置沿顺时针回转至位置A。

当在位置A，继续向Y轴汽缸34a，34b供给压缩空气，停止向X轴汽缸26b、26c供给压缩空气以及向X轴汽缸26a、26d供给压缩空气，则Y轴导向件18a、18b和X轴杆20沿Y轴朝向下方，而X轴导向件16a、16b和Y轴杆22沿X轴向左方移动。其结果，使运动体24从位置A沿顺时针回转至位置B。

在位置B，若继续向X轴汽缸26a、26d供给压缩空气，停止向Y轴汽缸34a、34b供给压缩空气，以及向Y轴汽缸34c、34d供给压缩空气，则X轴导向件16a、16b和Y轴杆22沿X轴向左方，而Y轴导向件18a、18b和X轴杆20沿Y轴朝向上方移动。其结果，使运动体从位置B沿顺时针回转至位置C。

在位置c，若继续向Y轴汽缸34c、34d供给压缩空气，停止向X轴汽缸26a、26d供给压缩空气，以及向X轴汽缸26b，26c供给压缩空气，则Y轴导向件18a、18b和X轴杆20沿Y轴向上，而X轴导向件16a、16b和Y轴杆22沿X轴向向右移动。其结果，使运动体以位置C至位置D沿顺时针回转。

通过反复进行上述过程，能使运动体24连续沿轨迹40按顺时针方向回转，进而，也使输出轴36a、36b连续沿顺时针方向回转。其结果，能使和输出轴36a或36b相连的被驱动回转体回转。此外，在欲使输出轴36a、36b沿逆时针方向回转时，可以按和上述相反顺序驱动X轴向汽缸26a、26b、26c、26d和Y轴向汽缸34a、34b、34c，34d。

实际上，当使运动体24绕输出轴36a、36b回转时，由于一方面承受惯性力，另一方面，向X轴汽缸26a，26b，26c，26d和Y轴汽缸34a，34b，34c，34d供给和排出压缩空气需要时间，因此，需使向X轴汽缸26a、26b、26c、26d和Y轴汽缸34a、34b、34c、34d的压缩空气的供排切换位置A、B、C、D有若干提前。为进行此转换位置的检测，例如可在输出轴36b上固定一定时板42，其一旦回转特定角度，微动开关44即动作，并将此位置检测信号送入控制装置。作为此位置检测机构，不限于定时板42和微动开关44，也可以使用回转式编码器。

本实施例回转运动驱动机构，在使输出轴36a、36b停止场合，只要使X轴汽缸、Y轴汽缸的压缩空气供排转换停止即可。这样，因X轴导向件16a、16b或Y轴导向件18a、18b停止移动，故运动体24的旋转和输出轴36a、36b的回转也随着停止。

本实施例通过同时驱动两个X轴汽缸26a、26d或26b、26c(Y轴汽缸34a、43b或34c、34d)能使X轴导向件16a和16b(或Y轴导向件18a、18b)同时，沿同方向移动相同距离。其结果，能使装置整体振动、噪音的发生得到抑制，也就是能稳定进行高速运转。

此外，例如，在使运动体24从图2所示位置向位置A，进而向位置B回转时，如上所述，在使其即将到达位置A前，进行对X轴汽缸和Y轴汽缸的压缩空气供排转换。在该场合，由于当运动体24接近位置A时，运动体24沿X轴方向的位移量极小，因即使进行压缩空气的供给转换，也能平稳地将惯性力施加于运动体24，所以几乎不发生冲击。因此，能使运动体24稳定进行旋转，这尤其有利于使运动体24进行高速回转场合。

本实施例回转驱动机构，由于是将X轴导向件16a、16b和Y轴导向件18a、18b的沿X轴方向和Y轴方向的直线移动推进力转变成使运动体24旋转，且通过杠杆板38a、38b而变换成输出轴36a、36b的回转，故能量损失仅发生在运动体24和杠杆板38a、38b间的转动连接处所，因此，能使X轴导向件16a、16b和Y轴导向件18a、18b的直线推进力转变成输出轴36a、36b的回转扭矩的效率提高。

本实施例回转驱动机构，其构造简单，它和传统的内燃机、油压马达不同，能容易进行尺寸变更。尤其，仅通过改变杠杆板38a、38b的长度这一简单作业，就能调整输出轴36a、36b的回转扭矩，能用一台回转运动驱动机构产生多种不同大小的回转输出。

现通过图4、图5对本发明第2实施例进行说明，对于其中和第1实施例对应相同构造部分。带上相同的标号省去对其说明。

在第1实施例场合，当使X轴杆20和Y轴杆22的长度变长，容易因运动体24的变位而使X轴杆20各端部在Y轴导向件上位置间以及使Y轴杆22的各端部在X轴导向件上位置间产生偏移。因此，在第2实施例回转驱动机构中分别设置为保持X轴杆和X轴导向件平行度的第1平行度保持机构和为保持Y轴杆和Y轴导向件平行度的第2平行度保持机构。

现首先对机构组成进行说明。

50a、50b为沿X轴方向(第1方向)平行配置的一对X轴导向件(第1轴导向件)，X轴导向件50a、50b为直线运动导轨，将其固定在下盖12上方。X轴向移动块体52a、52b能分别在X轴导向件50a、50b上移动。

54a、54b为沿Y轴方向(第2方向)平行配置的一对Y轴导向件(第2轴导向件)。Y轴导向件54a、54b配置成相对X轴导向件50a、50b成直角、亦是直线运动导轨，固定在下盖12的上方。Y轴向移动块体56a、56b可分别在Y轴导向件54a、54b上移动。

将X轴杆(第1轴杆)58的两端分别通过轴承可转动地连接到Y轴向移动块体56a、56b上，在X轴杆58的外周面上，沿其长度方向形成3条花键槽60a。

将Y轴杆(第2轴杆)62的两端分别通过轴承可转动地连接到X轴向移动块体52a、52b上，在Y轴杆62的外周面上，沿其长度方向形成3条花键槽60b。

将X轴向转子64可绕其轴线回转地配置在运动体24下部内。X轴杆58贯穿X轴向转子64，X轴向转子64和花键槽60a相配合。因此，X轴向转子64可在X轴杆58上沿X轴方向相对移动，且能和X轴杆58一体地以其轴线为中心回转。另一方面，将Y轴向转子66，可绕其轴线回转地配置在运动体24上部内。Y轴杆62贯穿Y轴向转子66，使Y轴向转子66和花键槽60b相配合，因此，Y轴向转子66可在Y轴杆62上沿Y轴方向相对移动，且能和Y轴杆62一体地以其轴线为中心回转。

68a、68b为沿X轴向架设在连接块体14间作为第1驱动机构一例的无汽缸X轴。无汽缸X轴68a、68b通过向空气口70a、70b、70c、70d供给压缩空气、滑块72a、72b沿X轴向在无汽缸X轴导向件68a、68b上被驱动。使滑块72a和X轴向移动块体52a相连，滑块72b和X轴向移动块体52b相连。因此，通过有选择地进行向无汽缸X轴杆68a、68b供给压缩空气，能使Y轴杆62和运动体24沿X轴向移动。

74a、74b为架设在连接块体14间、作为第2驱动机构一例的无汽缸Y轴。无汽缸Y轴杆74a、74b通过向空气口70e、70f、70g、70h供给压缩空气，滑块72c、72d沿Y轴方向在无汽缸Y轴汽缸74a、74b上被驱动、分别和Y轴向移动块体56a、56b相连。因此，通过有选择地向无汽缸Y轴杆74a、74b供给压缩空气，能使Y轴58和运动体24沿Y轴向移动。

76a、76b分别为固定在下盖12上方、沿X轴向平行配置的X轴向齿条。

78a、78b为固定在下盖上方、沿Y轴向平行配置的Y轴向齿条。

80a、80b为分别固定在X轴杆58的两端部上的Y轴小齿轮。Y轴小齿轮80a、80b分别和Y轴向齿条78a、78b啮合。在X轴杆58沿Y轴向移动场合，Y轴向小齿轮80a、80b在Y轴向齿条78a、78b上转动。其时，X轴杆58也和Y轴向小齿轮80a、80b一体地回转。X轴杆58在移动中，即使有使X轴杆58相对X轴产生倾斜的外力作用，由于Y轴向小齿轮80a、80b和Y轴向齿条78a、78b相啮合，从而能经常保持X轴杆58和X轴导向件50a、50b的平行度。就是用Y轴向齿条78a、78b和Y轴向小齿轮80a、80b构成第1平行度保持机构。

82a、82b为分别固定于Y轴杆62的两端部上的X轴向小齿轮。使X轴向小齿轮82a、82b分别和X轴向齿条76a、76b啮合。在Y轴杆62沿X轴向移动时，X轴向小齿轮82a、82b在X轴向齿条76a、76b上转动。其时，Y轴杆62也和X轴向小齿轮82a、82b一体地回转。当Y轴杆62在移动中，即使有使Y轴杆62相对Y轴产生倾斜的外力作用，由于X轴向小齿轮82a、82b和X轴向齿条76a、76b相啮合，因此能经常保持Y轴杆62和Y轴导向件54a、54b的平行度。就是用X轴齿条76a、76b和X轴向小齿轮82a、82b构成第2平行度保持机构。

在具有上述组成的第2实施例的回转运动驱动机构中，通过同时向无汽缸X轴导向件68a、68b的空气口70a和70d或空气口70b和70c供给压缩空气，能使Y轴杆62和运动体24沿X轴向移动。另外，通过同时向无汽缸Y轴导向件74a、74b的空气口70e和70f或空气口70h和70g供给压缩空气，可使X轴杆58和运动体24沿Y轴向移动。在本实施例中，也通过用设置在微型计算机内的控制装置有选择地对供排来自未图示的空气压缩机的压缩空气的转换阀进行控制，进行无汽缸X轴导向件68a、68b和无汽缸Y轴导向件74a、74b的驱动。此外，和第1实施例一样，在第2实施例中也可设置为检测无汽缸X轴导向件68a、68b和无汽缸Y轴导向件74a、74b的驱动转换位置的位置检测机构(例如定时板和微动开关或回转式编码器等)。

在第2实施例中，关于通过使运动体24绕输出轴36a、36b回转，使输出轴36a、36b回转的结构不变。然而，在第2实施例中，通过设置上述第1、第2平行保持机构，即使因运动体24变位，使作用于X轴杆58和Y轴杆62的外力的作用点变化，欲使X轴杆58和Y轴杆62相对X轴导向件50a、50b和Y轴导向件54a、54b倾斜，也能使该倾斜得到防止，能从输出轴36a、36b得到稳定的回转力，使整机振动。噪音得到防止。它尤其对于为得到较大扭矩而使杠杆板38a、38b的长度放长场合有效。

现参照图6、图7对第3实施例进行说明。

第3实施例为将多台第1实施例的回转驱动机构进行组合的实施例。

图示的是将两个回转驱动机构90a、90b沿上下方向相连而成的实施例。将回转运动驱动机构90a、90b配置成平面错开45°。将回转运动驱动机构90a的运动体92a和回转运动驱动机构90b的运动体92b连接成一体地移动。

在第3实施例中，通过使16个驱动用汽缸94同时两两地被驱动，能使运动体92a、92b绕输出轴36a、36b回转，从输出轴36a、36b得到回转力(扭矩)。

由于通过如第3实施例那样将多台回转驱动机构90a、90b组合，能设置多个对驱动用汽缸94的压缩空气供排转换位置，从而能使扭矩变化稳定。使运动体92a、92b回转平衡性好。其结果，因能尽可能抑制振动，因而有利于使输出轴36a、36b高速回转。此外，通过组合多台回转驱动机构90a、90b也能使扭矩输出增大。

此外，将多台回转驱动机构90a、90b组合时除了可将运动体92a、92b连成一体外，也可以用联轴器将输出轴相互连接起来。以上，对本发明实施例进行了叙述，然而本发明不限于上述实施例，例如作为第1、第2驱动机构不限于气缸、空气压驱动的无汽缸轴杆，也可以使用油压驱动的油缸装置、线性电动机、电磁线圈以及使活塞直线运动的内燃机等直线驱动机构等，不用说在本发明构思范围内，其实施方式可以有多种改变。

Claims

1.一种回转驱动机构，包括平行于第1方向(X)配置的一对第1轴导向件(16a、16b)，平行于第2方向(Y)、垂直于所述第1方向(X)配置的一对第2轴导向件(18a、18b)，平行于第1轴导向件(16a、16b)配置、由第2轴导向件(18a、18b)支承、保持与第1轴导向件(16a、16b)平行地沿第2方向(Y)运动的第1轴杆(20)，平行于第2轴导向件(18a、18b)配置、由第1轴导向件(16a、16b)支承、保持与第2轴导向件(18a、18b)平行地沿所述第1方向运动的第2轴杆(22)，能在由第1轴导向件(16a、16b)与第2轴导向件(18a、18b)围成的矩形平面内、在第1轴杆(20)与第2轴杆(22)上沿第1方向(X)与第2方向(Y)运动的运动体(24)，为驱动第2轴杆(22)沿第1方向(X)移动的第1驱动机构，为驱动第1轴杆(20)沿第2方向(Y)移动的第2驱动机构，其特征在于还包括绕垂直于所述矩形平面的固定轴线旋转的一输出轴(36a)，以及一其一端转动连接于运动体(24)、其另一端固定于输出轴(36a)的杠杆板(38a)，所述运动体(24)沿第1、第2轴杆(20、22)运动产生运动体(24)绕所述固定轴线的圆周运动(A-B-C-D)，输出轴(36a)由杠杆板(38a)带动绕所述轴线旋转。

2.根据权利要求1所述机构，其特征在于所述第1驱动机构与所述第2驱动机构是包含缸体的多单元机构，诸如气动系统、液力系统、内燃机等。

3.根据权利要求2所述机构，其特征在于所述多单元机构分别对应安装于第1轴导向件(16a、16b)与第2轴导向件(18a、18b)的各端。

4.根据权利要求1所述机构，其特征在于所述第1驱动机构和第2驱动机构分别包含一滚珠丝杆和一为驱动所述滚珠丝杆旋转的电动机。

5.根据权利要求1所述机构，其特征在于还包括为保持第1轴杆(20)平行于第1轴导杆(16a、16b)的第1保持平行机构，以及为保持第2轴杆(22)平行于第2轴导向件(18a、18b)的第2保持平行机构。

6.根据权利要求1所述机构，其特征在于具有多组所述输出轴与杠杆板的组合。

7.根据权利要求1所述机构，其特征在于所述第1驱动机构与第2驱动机构分别包含空气缸多单元，以及还包含在所述空气缸单元的供、排气状态改变时为检测所述空气缸单元的开关位置的机构。