CN108757873B - 一种线性匀速正弦机构及转台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种线性匀速正弦机构及转台，涉及精密机械制造领域，该线性匀速正弦机构包括电机、丝杠、机架、拨叉片和连接轴承，机架上开设有第一安装槽，丝杠由电机驱动并能转动地安装在第一安装槽内，丝杠沿第一安装槽的轴向设置，拨叉片套设在丝杠外并与丝杠螺纹配合，拨叉片能沿第一安装槽的轴向往复移动，拨叉片上开设有第一连接槽，连接轴承垂直于丝杠设置并插设在第一连接槽内，连接轴承的外壁与第一连接槽的侧壁滑动配合，第一连接槽的侧壁上具有与连接轴承对应配合的滑动面，滑动面为沿连接轴承的滑动方向连续凹凸设置的正弦曲面。本发明提出的线性匀速正弦机构及转台能够校正传统正弦机构运动产生的非线性误差。

Description

一种线性匀速正弦机构及转台

技术领域

本发明涉及精密机械制造领域，特别涉及一种线性匀速正弦机构及转台。

背景技术

在自动化领域，经常需要精密的小角度对位运动。在这种应用中，往往行程不大，但要求运动高分辨率高，响应速度快，寿命长，运动可靠。现有技术中实现上述功能的一般使用蜗轮蜗杆机构和正弦机构。

蜗轮蜗杆机构，利用蜗轮蜗杆将电机的旋转运动转换为转台台面的往复转动，电机的旋转角度与台面的旋转角度有线性比例关系，等于传动比，容易计算。但蜗轮蜗杆机构不适合小行程的往复运动，否则会对蜗轮蜗杆接触面行程严重磨损。由于机械工艺问题传动比不能做的太小，影响响应速度。

正弦运动机构包括电机、丝杠、拨叉片和连接轴承，丝杠在电机的推动下，可以实现拨叉片往复运动，拨叉片带动连接轴承往复运动，同时在左右方向留有滑动和转动的空间，连接轴承带动台面往复转动。正弦运动机构的运动等效几何结构如图6所示，其中，c为台面的半径是指台面中心到连接轴承中心的距离，是一个定值；a为推杆运动是指推杆运动的距离(即拨叉片的移动距离)，是一个可控的距离；b为拨叉片滑动面是一个被动运动的滑动直线，是一个随动的变量；θ是指台面的旋转角度；具体的，台面的旋转角度与推杆运动的距离的对应关系如下：

sinθ＝a/c

也因此得名正弦转台。

但是，由于机械原理的问题，推杆运动距离a与台面的旋转角度θ，不是线性对应关系。在工程上为了换算方便只能近似的认为是线性对应。下表是以台面半径为30mm为例，实际的对应关系是：

θ＝arc sin(a/30)

工程上为了简化，近似的对应线性方程为：

θ＝1.913×a

因此，近似的线性方程与实际的对应关系之间存在误差；并且最大线性误差可达0.19％，严重影响的对位运动的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性匀速正弦机构及转台，能够校正传统正弦机构运动产生的非线性误差。

为达到上述目的，本发明提出一种线性匀速正弦机构，包括电机、丝杠、机架、拨叉片和连接轴承，其中，所述机架上开设有第一安装槽，所述丝杠由所述电机驱动并能转动地安装在所述第一安装槽内，所述丝杠沿所述第一安装槽的轴向设置，所述拨叉片套设在所述丝杠外并与所述丝杠螺纹配合，所述拨叉片能沿所述第一安装槽的轴向往复移动，所述拨叉片上开设有第一连接槽，所述连接轴承垂直于所述丝杠设置并插设在所述第一连接槽内，所述连接轴承的外壁与所述第一连接槽的侧壁滑动配合，所述第一连接槽的侧壁上具有与所述连接轴承对应配合的滑动面，所述滑动面为沿所述连接轴承的滑动方向连续凹凸设置的正弦曲面。

如上所述的线性匀速正弦机构，其中，所述丝杠的两端分别通过第一安装轴承能转动地安装在所述机架上，所述丝杠的一端穿过对应配合的所述第一安装轴承与所述电机相连接。

如上所述的线性匀速正弦机构，其中，所述拨叉片包括拨叉片本体和连接螺母，所述拨叉片本体上开设有所述第一连接槽并固定连接在所述连接螺母上，所述连接螺母套设在所述丝杠外并与所述丝杠螺纹配合。

如上所述的线性匀速正弦机构，其中，所述连接螺母呈四棱柱状，所述连接螺母的两相对外侧壁分别与所述第一安装槽的两侧壁滑动配合。

如上所述的线性匀速正弦机构，其中，所述滑动面为一个周期的正弦曲面。

本发明还提出一种线性匀速正弦转台，安装有如上所述的线性匀速正弦机构，其中，所述线性匀速正弦转台至少包括台面、安装基座和连接轴，所述安装基座与所述机架固定连接，所述台面呈圆盘形并垂直于所述连接轴承设置，所述台面安装在所述安装基座上并能沿所述台面的轴线转动，所述台面的外缘开设有与所述连接轴承对应配合的第二连接槽，所述连接轴的一端套设在所述连接轴承内，所述连接轴的另一端插装在所述第二连接槽内。

如上所述的线性匀速正弦转台，其中，所述台面通过安装轴组件能转动地安装在所述安装基座上，所述安装轴组件包括安装轴和第二安装轴承，所述安装基座上开设有第二安装槽，所述第二安装轴承套设在所述第二安装槽内，所述安装轴的一端套设在所述第二安装轴承内，所述安装轴的另一端固定连接在所述台面底面的中心处。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的线性匀速正弦机构及转台，将拨叉片上滑动面由现有的平面改进成正弦曲面，正弦曲面起到修正作用能够修正正弦机构的线性误差，在不增加成本和控制复杂度的情况下，大幅度提高了线性匀速正弦转台的运动线性度和绝对定位精度。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明中线性匀速正弦转台的结构示意图(位于初始位置)；

图2为本发明中线性匀速正弦转台未安装台面时的结构示意图(位于初始位置)；

图3为本发明中线性匀速正弦机构运动等效几何结构图；

图4为本发明中线性匀速正弦转台的结构示意图(位于极限位置)；

图5为本发明中线性匀速正弦转台的结构示意图(位于极限位置)；

图6为现有技术中正弦机构运动等效几何结构图；

图7为本发明中修正值与滑动面的关系图。

主要附图标记说明：

100、线性匀速正弦机构； 110、电机；

120、丝杠； 130、机架；

131、第一安装槽； 140、拨叉片；

141、第一连接槽； 142、滑动面；

143、拨叉片本体； 144、连接螺母；

200、线性匀速正弦转台； 210、台面；

211、第二连接槽； 220、安装基座；

230、连接轴； 240、安装轴组件；

241、安装轴； 242、第二安装轴承；

150、连接轴承。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

如图1至5所示，本发明提出一种线性匀速正弦机构100，包括电机110、丝杠120、机架130、拨叉片140和连接轴承150，机架130上开设有第一安装槽131，丝杠120由电机110驱动并能转动地安装在第一安装槽131内，丝杠120沿第一安装槽131的轴向设置，拨叉片140套设在丝杠120外并与丝杠120螺纹配合，拨叉片140能沿第一安装槽131的轴向往复移动，拨叉片140上开设有第一连接槽141，连接轴承150垂直于丝杠120设置并插设在第一连接槽141内，连接轴承150的外壁与第一连接槽141的侧壁滑动配合，第一连接槽141的侧壁上具有与连接轴承150对应配合的滑动面142，滑动面142为沿连接轴承150的滑动方向连续凹凸设置的正弦曲面。

本发明还提出了一种线性匀速正弦转台200，安装有上述线性匀速正弦机构100，线性匀速正弦转台200至少包括台面210、安装基座220和连接轴230，安装基座220与机架130固定连接，台面210呈圆盘形并垂直于连接轴承150设置，台面210安装在安装基座220上并能沿台面210的轴线转动，台面210的外缘上开设有与连接轴承150对应配合的第二连接槽211，连接轴230的一端套设在连接轴承150内，连接轴230的另一端插装在第二连接槽211内。

本发明提出的线性匀速正弦机构100及线性匀速正弦转台200，将拨叉片140上滑动面142由现有的平面改进成正弦曲面，正弦曲面起到修正作用能够修正正弦机构的线性误差，在不增加成本和控制复杂度的情况下，大幅度提高了线性匀速正弦转台200的运动线性度和绝对定位精度。

在本发明一个可选的例子中，丝杠120的两端分别通过第一安装轴承能转动地安装在机架130上，丝杠120的一端穿过对应配合的第一安装轴承与电机110相连接。

在本发明一个可选的例子中，拨叉片140包括拨叉片本体143和连接螺母144，拨叉片本体143上开设第一连接槽141并固定连接在连接螺母144上，连接螺母144套设在丝杠120外并与丝杠120螺纹配合。

在本发明一个可选的例子中，连接螺母144呈四棱柱状，所述连接螺母144的两相对外侧壁分别与第一安装槽131的两侧壁滑动配合。

在本发明另一个可选的例子中，连接螺母144与所述第一安装槽131的侧壁之间设有周向限位装置，该周向限位装置能够限制连接螺母144的周向转动(沿连接螺母144的周向转动)，而使连接螺母144只能沿第一安装槽131的轴向往复运动。

在本发明一个可选的例子中，滑动面142为一个周期的正弦曲面。

在本发明一个可选的例子中，滑动面142采用慢走丝线切割工艺加工而成，从而提高滑动面142的光洁度和曲线加工精度，提高可靠性。

在本发明一个可选的例子中，台面210通过安装轴组件240能转动地安装在安装基座220上，安装轴组件240包括安装轴241和第二安装轴承242，安装基座220上开设有第二安装槽，第二安装轴承242套设在第二安装槽内，安装轴241的一端套设在第二安装轴承242内，安装轴241的另一端固定连接在台面210其底面的中心处。

现以台面半径c＝30mm为例，详细说明本发明提出的线性匀速正弦机构100及线性匀速正弦转台200的原理。

如图6所示，传统正弦转台的推杆长度(即拨叉片的移动距离)与台面转动角度的对应关系为：

θ＝arc sin(a/c)

其中，c为台面半径，a为推杆长度(即拨叉片的移动距离)，θ为台面旋转角度。

简化后，目标的对应线性方程为：

θ＝1.913×a

如图3所示，本发明提出的线性匀速正弦机构100及线性匀速正弦转台200，拨叉片140的滑动面142为正弦曲面，拨叉片140移动至不同位置时，拨叉片140与滑动面142的接触点位于正弦曲面的不同位置，进而对该位置处的拨叉片的移动距离(推杆长度)进行修正，最终实现了在拨叉片的往复运动过程中，通过正弦曲面对拨叉片的移动距离(推杆长度)进行修正，使得推杆长度(即拨叉片的移动距离)与台面转动角度的对应关系更趋近于线性关系，其中，修正值为a-sin(1.913×a)×c，修正值与拨叉片滑动面的关系如图7所示。

因此，本发明提出的线性匀速正弦机构100及线性匀速正弦转台200采用将拨叉片140的滑动面142加工为具有修正作用的正弦曲面这种解决方案，并没有增加多大的成本，在工艺上也没有增加多大的难度，但是从根本上解决了非线性误差的问题，在不增加成本和控制复杂度的情况下，大幅度提高运动线性度和绝对定位精度；更不会遇到蜗轮蜗杆转台的不耐磨、寿命低的问题。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (7)

1.一种线性匀速正弦机构，包括电机、丝杠、机架、拨叉片和连接轴承，其特征在于，所述机架上开设有第一安装槽，所述丝杠由所述电机驱动并能转动地安装在所述第一安装槽内，所述丝杠沿所述第一安装槽的轴向设置，所述拨叉片套设在所述丝杠外并与所述丝杠螺纹配合，所述拨叉片能沿所述第一安装槽的轴向往复移动，所述拨叉片上开设有第一连接槽，所述连接轴承垂直于所述丝杠设置并插设在所述第一连接槽内，所述连接轴承的外壁与所述第一连接槽的侧壁滑动配合，所述第一连接槽的侧壁上具有与所述连接轴承对应配合的滑动面，所述滑动面为沿所述连接轴承的滑动方向连续凹凸设置的正弦曲面。

2.如权利要求1所述的线性匀速正弦机构，其特征在于，所述丝杠的两端分别通过第一安装轴承能转动地安装在所述机架上，所述丝杠的一端穿过对应配合的所述第一安装轴承与所述电机相连接。

3.如权利要求1所述的线性匀速正弦机构，其特征在于，所述拨叉片包括拨叉片本体和连接螺母，所述拨叉片本体上开设有所述第一连接槽并固定连接在所述连接螺母上，所述连接螺母套设在所述丝杠外并与所述丝杠螺纹配合。

4.如权利要求3所述的线性匀速正弦机构，其特征在于，所述连接螺母呈四棱柱状，所述连接螺母的两相对外侧壁分别与所述第一安装槽的两侧壁滑动配合。

5.如权利要求1所述的线性匀速正弦机构，其特征在于，所述滑动面为一个周期的正弦曲面。

6.一种线性匀速正弦转台，安装有如权利要求1至5中任意一项所述的线性匀速正弦机构，其特征在于，所述线性匀速正弦转台至少包括台面、安装基座和连接轴，所述安装基座与所述机架固定连接，所述台面呈圆盘形并垂直于所述连接轴承设置，所述台面安装在所述安装基座上并能沿所述台面的轴线转动，所述台面的外缘开设有与所述连接轴承对应配合的第二连接槽，所述连接轴的一端套设在所述连接轴承内，所述连接轴的另一端插装在所述第二连接槽内。

7.如权利要求6所述的线性匀速正弦转台，其特征在于，所述台面通过安装轴组件能转动地安装在所述安装基座上，所述安装轴组件包括安装轴和第二安装轴承，所述安装基座上开设有第二安装槽，所述第二安装轴承套设在所述第二安装槽内，所述安装轴的一端套设在所述第二安装轴承内，所述安装轴的另一端固定连接在所述台面底面的中心处。