CN105291070B - 一种自锁式一体化升降机构 - Google Patents

Abstract

一种自锁式一体化升降机构，它涉及一种升降机构。现有升降机构依靠导向滑轨来限制旋转运动，带来较大体积和摩擦力；需要外加机械式或电气式抱闸，加大设计难度；直线运动模块体积大且结构冗余。本发明连杆运动模块设在固定框上，升降平台设在连杆运动模块上，驱动模块设在固定框上并与连杆运动模块相连接，主动连杆的中部与耦合连杆的中部相铰接，主动连杆的一端与第一同源输出连杆的一端铰接，第一同源输出连杆的另一端与一个侧板的内壁相铰接，主动连杆的另一端与蜗轮固接；耦合连杆的一端与第二同源输出连杆的一端铰接，第二同源输出连杆的另一端铰接在固定框上，耦合连杆的另一端与其对应侧板的内壁相铰接。本发明用于升降运动中。

Description

一种自锁式一体化升降机构

技术领域

本发明涉及一种一体化升降机构，属于机械设备技术领域。

背景技术

升降机构的应用十分广泛，主要应用于工业生产中。升降机构能够通过简单的方法实现不同工位快速切换，现有升降机构大多需要导向滑轨来限制旋转运动，在结构体积和布局上带来不便，且移动副间隙、摩擦影响大；在工业操作中，稳定性是必要条件，现有升降机构大多需要机械式或电气式抱闸，带来附加设计难度；现有升降机构大多采用直线式驱动方式，电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动需要较大的体积，结构冗余。这些因素都限制了升降机构的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种自锁式一体化升降机构，以解决现有升降机构位置移动过程中易出现角度偏移，稳定性不高，另外升降机构大多需要机械式或电气式抱闸，带来附加设计难度，同时升降机构大多采用直线式驱动方式，需要占用很大体积且结构冗余的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种自锁式一体化升降机构，它包括升降平台、连杆运动模块、驱动模块和固定框，所述连杆运动模块设置在固定框上，所述升降平台设置在连杆运动模块上，所述驱动模块镶嵌设置在固定框上并与连杆运动模块相连接；

所述升降平台包括顶板和两个侧板，所述顶板水平设置，所述两个侧板竖直并列设置在顶板的下方；

所述驱动模块包括驱动电机、蜗杆和蜗轮，所述驱动电机的输出轴与蜗杆相连接，所述蜗轮与蜗杆相啮合；

所述连杆运动模块包括两套连杆组件，两套连杆组件并列设置，连杆组件与侧板一一对应设置，每套连杆组件包括主动连杆、第一同源输出连杆和耦合连杆、第二同源输出连杆，所述主动连杆的中部与耦合连杆的中部相铰接，所述主动连杆的一端与第一同源输出连杆的一端相铰接，所述第一同源输出连杆的另一端与其对应侧板的内壁相铰接，所述主动连杆的另一端与蜗轮的一侧固定连接；所述耦合连杆的一端与第二同源输出连杆的一端相铰接，所述第二同源输出连杆的另一端铰接在固定框上，所述耦合连杆的另一端与其对应侧板的内壁相铰接。

所述蜗轮为不锈钢制成的蜗轮，所述蜗杆为铜制成的蜗杆，所述蜗杆的导程角为α，导程角α为3°，导程角α使蜗轮和蜗杆之间啮合时的压力角小于摩擦角，使蜗轮和蜗杆实现自锁。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明结构设计简单合理，连杆运动模块为一种耦合连杆模块，本发明通过驱动模块中的蜗轮蜗杆副和连杆运动模块将驱动电机的旋转运动转换为升降平台的竖直方向的直线平移运动，通过连杆运动模块中两套连杆组件的配合设置使升降平台在升降过程平稳无摆动，无角度偏移现象，适合工业生产的需要。

2、本发明具有自锁性，蜗杆导程角α使蜗轮和蜗杆之间啮合时的压力角小于摩擦角，蜗轮不能反向驱动蜗杆,能够在工位操作时稳定支撑升降平台。

3、本发明升降平台、连杆运动模块、驱动模块和固定框之间的结构设置紧凑，实现一体化设置且有效节省空间，具有较大行程体积比，收缩时尺寸为1.78m×0.6m×1m,具有0.5m竖直运动行程。

4、本发明中主动连杆、第一同源输出连杆、耦合连杆和第二同源输出连杆之间避免干涉，类似桁架结构提供较大负载质量比，立体布置增加抗弯矩性，保证升降平台的稳定性。

附图说明

图1是本发明在展开状态时的主视结构剖面图；

图2是本发明在收缩状态时的主视结构示意图；

图3是图2中A-A处的剖视图；

图4是驱动模块的主视结构剖视图；

图5是本发明在收缩状态时的主视结构剖面图；

图6是本发明的收缩状态时的立体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式包括升降平台1、连杆运动模块2、驱动模块3和固定框4，所述连杆运动模块2设置在固定框4上，所述升降平台1设置在连杆运动模块2上，所述驱动模块3镶嵌设置在固定框4上并与连杆运动模块2相连接；

所述升降平台1包括顶板1-1和两个侧板1-2，所述顶板1-1水平设置，所述两个侧板1-2竖直并列设置在顶板1-1的下方；

所述驱动模块3包括驱动电机3-1、蜗杆3-2和蜗轮3-3，所述驱动电机3-1的输出轴与蜗杆3-2相连接，所述蜗轮3-3与蜗杆3-2相啮合；

所述连杆运动模块2包括两套连杆组件，两套连杆组件并列设置，连杆组件与侧板1-2一一对应设置，每套连杆组件包括主动连杆2-1、第一同源输出连杆2-2和耦合连杆2-3、第二同源输出连杆2-4，所述主动连杆2-1的中部与耦合连杆2-3的中部相铰接，所述主动连杆2-1的一端与第一同源输出连杆2-2的一端相铰接，所述第一同源输出连杆2-2的另一端与其对应侧板1-2的内壁相铰接，所述主动连杆2-1的另一端与蜗轮3-3的一侧固定连接；所述耦合连杆2-3的一端与第二同源输出连杆2-4的一端相铰接，所述第二同源输出连杆2-4的另一端铰接在固定框4上，所述耦合连杆2-3的另一端与其对应侧板1-2的内壁相铰接。

本发明配合传感器工作，驱动电机3-1处设置有集成的位置传感器，升降平台1的位置通过驱动电机3-1中集成的位置传感器记录并转换而得，本发明应用在垂直多工位操作平台中。

本发明中升降平台1、连杆运动模块2、驱动模块3和固定框4之间通过镶嵌的方式更加有利于节省空间，使结构更加紧凑，其中连杆运动模块2和驱动模块3均镶嵌设置在固定框4上，同时连杆运动模块2的顶部位于两个侧板1-2之间的间隙内。本发明的收缩时尺寸为1.78m×0.6m×1m，本发明具有0.5m竖直运动行程。其中1.78m指的是顶板1-1的长度，0.6m指的是顶板1-1的宽度，1m指的是收缩状态时从固定框4的底面至升降平台1顶面之间的竖直距离。本发明中驱动模块3驱动主动 连杆2-1进行往复摆动，通过连杆运动模块2的耦合运动，驱动升降平台1从初始位置B垂直平移到高于初始位置0.5m处，在运动过程中由连杆运动模块2的耦合关系保证升降平台1没有旋转运动。

本发明中两个第一同源输出连杆2-2、两个第二同源输出连杆2-4、两个耦合连杆2-3和两个主动连杆2-1均以顶板1-1宽度方向的中位线为中心轴线对称设置，错位立体布置，使连杆运动模块2装配简单，易于维护，且在运动过程中不会出现活动部件的干涉。

本发明中连杆运动模块2在工作时形成类似桁架结构，其中第一同源输出连杆2-2、第二同源输出连杆2-4为二力杆，具有较大负载质量比。立体布置的方式也增强本发明抵抗弯矩的能力，保证工作时升降平台1的平稳。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式二：结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式中所述驱动模块3还包括电机固定座3-7、联轴器3-8、顶端轴承3-4、驱动固定座3-5和底端轴承3-6，所述驱动固定座3-5竖直设置，所述联轴器3-8、顶端轴承3-4和底端轴承3-6从上到下依次设置在驱动固定座3-5上，所述蜗杆3-2设置在顶端轴承3-4和底端轴承3-6之间，所述电机固定座3-7固定连接在驱动固定座3-5的顶部，所述驱动电机3-1设置在电机固定座3-7上，所述驱动电机3-1的输出轴通过联轴器3-8与蜗杆3-2相连接。

本发明中升降平台1、第一同源输出连杆2-2和耦合连杆2-3之间相互运动为第一转动副；耦合连杆2-3、主动连杆2-1和第二同源输出连杆2-4之间相互运动为第二转动副；主动连杆2-1、驱动固定座3-5和第一同源输出连杆2-2之间相互运动为第三转动副；第二同源输出连杆2-4与固定框4之间相互运动为第四转动副；蜗杆3-2与驱动固定座3-5之间的相互运动为第五转动副，多个转动副如此设置使整个机构内间隙小从而占用空间小、定位精度高、设计简单、方便维护且摩擦力小，保证了升降机构的工作效率。其它结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中所述固定框4包括L形固定板4-1、连杆运动模块用连接板4-2和底板4-3，所述底板4-3水平设置，所述L形固定板4-1竖直设置在底板4-3上，所述驱动固定座3-5的底部卡接在L形固定板4-1的水平端上，所述L形固定板4-1的竖直端上固定连接有水平设置的连杆运动模块用连接板4-2，每个第二同源输出连杆2-4的另一端铰接在该连杆运动模块用连接板4-2上。如此设置的固定框4布局合理，使其占用空间小。其它结构及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1、图2、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中所述固定框4还包括两个侧板用限位杆4-4，两个侧板用限位杆4-4均为伸缩杆体，两个侧板用限位杆4-4分别竖直设置在L形固定板4-1的两侧，侧板用限位杆4-4与侧板1-2一一对应设置，每个侧板用限位杆4-4设置在其对应的侧板1-2的正下方。

本实施方式中两个侧板用限位杆4-4的设置是用于限定两个侧板1-2的下落高度，对侧板1-2起到限位及定位的作用，由于侧板用限位杆4-4的高度可调，使其能够限制不同高度的侧板1-2，通用性强。其它结构及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中所述连杆运动模块2还包括一套铰链轴组件，该套铰链轴组件位于两套连杆组件之间，该套铰链轴组件包括第一铰链轴2-5、第二铰链轴2-6、第三铰链轴2-7、第四铰链轴2-8、第五铰链轴2-9、第六铰链轴2-10 和第七铰链轴2-11，一套连杆组件中的主动连杆2-1的中部与耦合连杆2-3的中部通过第一铰链轴2-5相铰接，所述主动连杆2-1的一端与第一同源输出连杆2-2的一端通过第二铰链轴2-6相铰接，所述第一同源输出连杆2-2的另一端与其对应侧板1-2的内壁通过第三铰链轴2-7相铰接，所述L形固定板4-1在竖直方向的中心轴线为对称轴线C-C，所述主动连杆2-1另一端靠近对称轴线C-C并与蜗轮3-3固定连接，所述蜗轮3-3通过第四铰链轴2-8与驱动固定座3-5相铰接，所述耦合连杆2-3的一端与第二同源输出连杆2-4的一端通过第五铰链轴2-9相铰接，所述第二同源输出连杆2-4的另一端通过第六铰链轴2-10铰接在固定框4上，所述耦合连杆2-3的另一端与其对应侧板1-2的内壁通过第七铰链轴2-11相铰接。

本实施方式中两套连杆组件的结构及布置方式相同，两套连杆组件共用一套铰链轴组件。根据样品试验得出，将两套连杆组件中的两个耦合连杆2-3的连接方式进行改变，个数变为一个，即两套连杆组件共用一个耦合连杆2-3时，能够有效减轻两套连杆组件中各个构件之间的干涉现象，更加有利于升降平台1实现平稳升降的动作。

本实施方式中连杆运动模块用连接板4-2的长度小于或等于L形固定板4-1中处于水平方向的板体长度的1/4。这样设置的固定框4更加节省空间，更加有利于其配合连杆运动模块2实现连杆运动模块2的顺畅运动。其它结构及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式中所述连杆运动模块用连接板4-2位于L形固定板4-1的对称轴线C-C上，所述连杆运动模块用连接板4-2的厚度小于或等于关于对称轴线C-C对称设置的两个第一同源输出连杆2-2之间的间隙。

本实施方式中该连杆运动模块用连接板4-2的厚度在小于或等于两个第一同源输出连杆2-2之间间隙的同时还小于或等于对称分布的两个第二同源输出连杆2-4之间的间隙。其它结构及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式中所述顶端轴承3-4和底端轴承3-6均为角接触轴承，顶端轴承3-4和底端轴承3-6通过反向安装的方式设置在驱动固定座3-5上。本实施方式中顶端轴承3-4和底端轴承3-6承受蜗杆3-2和蜗轮3-3相互作用产生的轴向力，增加额定输出力及使用寿命，并通过蜗杆3-2上的螺纹进行预紧。其他结构及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述蜗轮3-3为不锈钢制成的蜗轮，所述蜗杆3-2为铜制成的蜗杆，所述蜗杆3-2的导程角为α，导程角α为3°，导程角α使蜗轮3-3和蜗杆3-2之间啮合时的压力角小于摩擦角，使蜗轮3-3和蜗杆3-2实现自锁。本实施方式中蜗轮3-8不能反向驱动蜗杆3-7,能够在工位操作时提供稳定平台其他结构及连接关系与具体实施方式一、六或七相同。

结合说明书附图1至图6说明本发明的工作原理：

驱动电机3-1通过联轴器3-8驱动蜗杆3-2旋转运动，并驱动与其啮合安装的蜗轮3-3往复摆动，从而驱动与其固连的两个主动连杆2-1同步摆动，通过连杆运动模块2的耦合运动，驱动升降平台1垂直平移运动，升降平台1的位置通过驱动电机3-1中集成的位置传感器记录并转换而得，可以实现升降平台1的闭环伺服控制。在工位操作时驱动电机3-1断电，系统的自锁性、类似桁架结构和立体布置结构保证升降平台1平稳。

Claims (8)

1.一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：它包括升降平台(1)、连杆运动模块(2)、驱动模块(3)和固定框(4)，所述连杆运动模块(2)设置在固定框(4)上，所述升降平台(1)设置在连杆运动模块(2)上，所述驱动模块(3)镶嵌设置在固定框(4)上并与连杆运动模块(2)相连接；

所述升降平台(1)包括顶板(1-1)和两个侧板(1-2)，所述顶板(1-1)水平设置，所述两个侧板(1-2)竖直并列设置在顶板(1-1)的下方；

所述驱动模块(3)包括驱动电机(3-1)、蜗杆(3-2)和蜗轮(3-3)，所述驱动电机(3-1)的输出轴与蜗杆(3-2)相连接，所述蜗轮(3-3)与蜗杆(3-2)相啮合；

所述连杆运动模块(2)包括两套连杆组件，两套连杆组件并列设置，连杆组件与侧板(1-2)一一对应设置，每套连杆组件包括主动连杆(2-1)、第一同源输出连杆(2-2)和耦合连杆(2-3)、第二同源输出连杆(2-4)，所述主动连杆(2-1)的中部与耦合连杆(2-3)的中部相铰接，所述主动连杆(2-1)的一端与第一同源输出连杆(2-2)的一端相铰接，所述第一同源输出连杆(2-2)的另一端与其对应侧板(1-2)的内壁相铰接，所述主动连杆(2-1)的另一端与蜗轮(3-3)的一侧固定连接；所述耦合连杆(2-3)的一端与第二同源输出连杆(2-4)的一端相铰接，所述第二同源输出连杆(2-4)的另一端铰接在固定框(4)上，所述耦合连杆(2-3)的另一端与其对应侧板(1-2)的内壁相铰接。

2.根据权利要求1所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述驱动模块(3)还包括电机固定座(3-7)、联轴器(3-8)、顶端轴承(3-4)、驱动固定座(3-5)和底端轴承(3-6)，所述驱动固定座(3-5)竖直设置，所述联轴器(3-8)、顶端轴承(3-4)和底端轴承(3-6)从上到下依次设置在驱动固定座(3-5)上，所述蜗杆(3-2)设置在顶端轴承(3-4)和底端轴承(3-6)之间，所述电机固定座(3-7)固定连接在驱动固定座(3-5)的顶部，所述驱动电机(3-1)设置在电机固定座(3-7)上，所述驱动电机(3-1)的输出轴通过联轴器(3-8)与蜗杆(3-2)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述固定框(4)包括L形固定板(4-1)、连杆运动模块用连接板(4-2)和底板(4-3)，所述底板(4-3)水平设置，所述L形固定板(4-1)竖直设置在底板(4-3)上，所述驱动固定座(3-5)的底部卡接在L形固定板(4-1)的水平端上，所述L形固定板(4-1)的竖直端上固定连接有水平设置的连杆运动模块用连接板(4-2)，每个第二同源输出连杆(2-4)的另一端铰接在该连杆运动模块用连接板(4-2)上。

4.根据权利要求3所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述固定框(4)还包括两个侧板用限位杆(4-4)，两个侧板用限位杆(4-4)均为伸缩杆体，两个侧板用限位杆(4-4)分别竖直设置在L形固定板(4-1)的两侧，侧板用限位杆(4-4)与侧板(1-2)一一对应设置，每个侧板用限位杆(4-4)设置在其对应的侧板(1-2)的正下方。

5.根据权利要求4所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述连杆运动模块(2)还包括一套铰链轴组件，该套铰链轴组件位于两套连杆组件之间，该套铰链轴组件包括第一铰链轴(2-5)、第二铰链轴(2-6)、第三铰链轴(2-7)、第四铰链轴(2-8)、第五铰链轴(2-9)、第六铰链轴(2-10)和第七铰链轴(2-11)，一套连杆组件中的主动连杆(2-1)的中部与耦合连杆(2-3)的中部通过第一铰链轴(2-5)相铰接，所述主动连杆(2-1)的一端与第一同源输出连杆(2-2)的一端通过第二铰链轴(2-6)相铰接，所述第一同源输出连杆(2-2)的另一端与其对应侧板(1-2)的内壁通过第三铰链轴(2-7)相铰接，所述L形固定板(4-1)在竖直方向的中心轴线为对称轴线C-C，所述主动连杆(2-1)另一端靠近对称轴线C-C并与蜗轮(3-3)固定连接，所述蜗轮(3-3)通过第四铰链轴(2-8)与驱动固定座(3-5)相铰接，所述耦合连杆(2-3)的一端与第二同源输出连杆(2-4)的一端通过第五铰链轴(2-9)相铰接，所述第二同源输出连杆(2-4)的另一端通过第六铰链轴(2-10)铰接在固定框(4)上，所述耦合连杆(2-3)的另一端与其对应侧板(1-2)的内壁通过第七铰链轴(2-11)相铰接。

6.根据权利要求5所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述连杆运动模块用连接板(4-2)位于L形固定板(4-1)的对称轴线C-C上，所述连杆运动模块用连接板(4-2)的厚度小于或等于关于对称轴线C-C对称设置的两个第一同源输出连杆(2-2)之间的间隙。

7.根据权利要求2或6所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述顶端轴承(3-4)和底端轴承(3-6)均为角接触轴承，顶端轴承(3-4)和底端轴承(3-6)通过反向安装的方式设置在驱动固定座(3-5)上。

8.根据权利要求7所述的一种自锁式一体化升降机构，其特征在于：所述蜗轮(3-3)为不锈钢制成的蜗轮，所述蜗杆(3-2)为铜制成的蜗杆，所述蜗杆(3-2)的导程角为α，导程角α为3°，导程角α使蜗轮(3-3)和蜗杆(3-2)之间啮合时的压力角小于摩擦角，使蜗轮(3-3)和蜗杆(3-2)实现自锁。