CN110052501B - 弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构 - Google Patents
弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其包括直线运动机构、对称连杆机构、万向联轴器、驱动机构、弹簧摆动箱、中间轴齿轮、工作轴齿轮以及夹送辊,中间轴齿轮和工作轴齿轮分别设置有两个,中间轴齿轮包括第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮,第二中间轴齿轮的驱动转轴通过万向联轴器与驱动机构的电机输出轴相连。本发明的夹送辊夹持机构的驱动器数量为1,系统自由度数量为3。机构在完成同步夹持动作时可以在欠驱动关节处发生位移,并通过弹簧系统对瞬间夹持作用力进行缓冲,避免夹持冲击力过大损坏加持物,对所夹持工件和夹持机构自身零部件都起到一定的保护作用,有效延长了设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明技术属于棒、线材生产线设备技术领域,涉及夹送辊整体设计方案、机械结构环节。本发明也可用于其他各种截面的长条形物料的夹持和输送。
背景技术
夹送辊是棒、线材生产线机组中的重要设备,位于中轧机或精轧机之后、吐丝机或者剪切设备之前,或者水冷段的各段水箱之间。主要功能是夹持长条棒线材顺利通过水冷段区域,并平稳送入下游设备(吐丝机或者剪切设备)中,起到防止棒线材抖动,保证轧材在轧线上各机架之间形成微张力,并顺利通过轧线的作用。
其主要结构为:电机通过一级或两级齿轮增速传动,将旋转运动传递到夹送辊中间齿轮上,再经过中间轴上齿轮的等速比传递,将旋转运动传递到夹送辊的两根工作轴上。夹送辊的上、下两根工作轴分别带动上、下夹送辊等速转动,并与来料轧材运动线速度相同,待前方热金属检测器检测到来料轧材头部经过夹送辊时,PLC系统发出指令,使夹送辊的辊缝闭合,两辊子夹持住线材,并向下游输送。
棒线材夹送设备主要分为传动机构和夹持机构两个主要组成部分:
1,传动机构:主要包括各级齿轮之间的增速传动,并经一对中间齿轮将旋转运动等速传递至一对工作轴上;
2,夹持机构:主要用于实现工作轴上夹送辊辊缝同步开闭动作。
目前的夹送辊夹持机构主要有三种实现方式:连杆齿轮式同步夹持机构、多连杆同步夹持机构、对称连杆同步夹持机构。
目前的三种夹送辊夹持机构驱动器数量均为1个,系统自由度数量为1,关节、连杆都是刚性连接,属于标准的全驱动机构,其各关节和连杆的运动具有唯一性。夹持机构执行夹持动作时对物料产生刚性冲击,和物料接触瞬间不具有缓冲功能。
发明内容
本专利技术针对对称连杆同步夹持机构的全驱动形式现有的不足,提出了带有欠驱动机构的弹簧摆动箱式对称同步夹持机构,该机构改进了现有夹送辊单自由度的结构形式,提供一种带有摆动箱内置双向压缩弹簧欠驱动机构,夹送辊夹持机构的驱动器数量为1,系统自由度数量为3。机构在完成同步夹持动作时可以在欠驱动关节处发生位移,并通过弹簧系统对瞬间夹持作用力进行缓冲,避免夹持冲击力过大损坏加持物,对所夹持工件和夹持机构自身零部件都起到一定的保护作用,有效延长了设备使用寿命。
具体地,本发明提供一种弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其包括直线运动机构、对称连杆机构、万向联轴器、驱动机构、弹簧摆动箱、中间轴齿轮、工作轴齿轮以及夹送辊,
所述中间轴齿轮和所述工作轴齿轮分别设置有两个,两个中间轴齿轮与两个工作轴齿轮均为同轴设置,所述中间轴齿轮包括第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮,所述第二中间轴齿轮的驱动转轴通过万向联轴器与所述驱动机构的电机输出轴相连,
所述工作轴齿轮包括第一工作轴齿轮和第二工作轴齿轮,所述第一中间轴齿轮与所述第一工作轴齿轮啮合,所述第二中间轴齿轮与所述第二工作轴齿轮啮合,所述第一工作轴齿轮外部设置有第一夹送辊,所述第二工作轴齿轮外部设置有第二夹送辊,所述第一夹送辊的辊径与所述第二夹送辊的辊径相等,所述第一夹送辊与所述第二夹送辊之间用于夹持长方形物料的辊缝能够在所述对称连杆机构的调节下进行开闭,
所述对称连杆机构与所述直线运动机构之间设置有弹簧摆动箱,所述弹簧摆动箱内部并列设置有第一弹簧以及第二弹簧,当所述第一夹送辊与所述第二夹送辊闭合时,所述第一弹簧以及第二弹簧在对称连杆机构动作时能够产生水平方向的位移,从而降低所述第一夹送辊与所述第二夹送辊闭合时产生的冲压力,
所述对称连杆机构包括两个对称设置的第一连杆单元和第二连杆单元,第一连杆单元包括第一连杆和第二连杆,所述第二连杆单元包括第三连杆和第四连杆,
所述第一连杆的第一端与所述第一中间轴齿轮的中心固连,所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端在所述第一工作轴齿轮的中心处铰接,所述第二连杆的第二端与所述第一弹簧固连,
所述第三连杆的第一端与所述第二中间轴齿轮的中心固连,所述第三连杆的第二端与所述第四连杆的第一端在所述第二工作轴齿轮的中心处铰接,所述第四连杆的第二端与所述第二弹簧固连,
所述弹簧摆动箱产生的缓冲量由以下公式进行计算:
设第一中间轴齿轮的分度圆直径为D1,第一工作轴齿轮的分度圆直径为D2,第一夹送辊的直径为D,直线运动机构输出的水平拉力为T,弹簧系统产生的水平位移为s,第一夹送辊对夹持工件的夹持力为N,长条形物料的直径为A,第一中间轴齿轮的中心与第一工作轴齿轮的中心之间的连线与坐标系的夹角为α,第一弹簧和第二弹簧满足胡克定律,弹性系数为k;
在夹持动作时,弹簧偏离原水平位移为s,受到的弹力Fs可表示为:
Fs=ks (1)
第一连杆和第二连杆以第一中间轴齿轮的中心为回转中心,满足力矩平衡关系,即:
N×LN-(T-Fs)D1=0 (2)
LN为夹持力N的力臂,根据几何关系可得:
LN由上述三角函数推导得到:
LN=|OO2|cosα (4)
将公式(3)和(4)代入公式(2)中,得到夹持力N的表达式:
进一步得到弹簧摆动箱对夹持力的缓冲量大小为:
优选地,所述第一弹簧以及第二弹簧均包括支撑座以及设置在所述支撑座两侧的预压碟簧,所述第三连杆和第四连杆分别连接所述第一弹簧和第二弹簧的支撑座。
优选地,所述第一工作轴齿轮的转动中心与所述第一夹送辊的转动中心重合,所述第二工作轴齿轮的转动中心与所述第二夹送辊的转动中心重合。
优选地,所述第一中间轴齿轮与所述第二中间轴齿轮的齿数和模数相等。
优选地,所述第一工作轴齿轮与所述第二工作轴齿轮的齿数和模数相等。
优选地,所述直线运动机构为气缸、液压缸或直线电机。
优选地,所述第一工作轴齿轮和第二工作轴齿轮的转动中心连线垂直于所述长条形物料输送方向。
优选地,所述弹簧为涡卷弹簧、拉压弹簧或碟簧。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明改进了现有夹送辊单自由度的结构形式,提供一种带有欠驱动机构的新型夹送辊夹持机构,机构的驱动器数量为1,系统自由度数量为2。机构在完成同步夹持动作的同时,可以在欠驱动关节处发生位移,并通过弹簧系统对瞬间夹持作用力进行缓冲,弹簧能够产生水平方向的位移,不仅可以避免夹持冲击力过大而损坏加持物,而且可以对所夹持的工件和夹持机构自身零部件都起到一定的保护作用,有效地延长了设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明的机构结构示意图;
图2为本发明的夹送机构结构示意图;
图3为本发明的弹簧摆动箱的结构示意图;
图4为本发明的具体实施例的结构示意图;
图5为本发明的夹送辊系统的传动顺序示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
本专利技术针对对称连杆同步夹持机构的全驱动形式现有的不足,提出了带有欠驱动机构的弹簧摆动箱式对称同步夹持机构,该机构改进了现有夹送辊单自由度的结构形式,提供一种带有摆动箱内置双向压缩弹簧欠驱动机构,夹送辊夹持机构的驱动器数量为1,系统自由度数量为3。机构在完成同步夹持动作时可以在欠驱动关节处发生位移,并通过弹簧系统对瞬间夹持作用力进行缓冲,避免夹持冲击力过大损坏加持物,对所夹持工件和夹持机构自身零部件都起到一定的保护作用,有效延长了设备使用寿命。
具体地,本发明提供一种弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其包括直线运动机构3、对称连杆机构、万向联轴器8、驱动机构9、弹簧摆动箱7、中间轴齿轮、工作轴齿轮以及夹送辊。
中间轴齿轮和工作轴齿轮分别设置有两个,两个中间轴齿轮与两个工作轴齿轮均为同轴设置,中间轴齿轮包括第一中间轴齿轮1和第二中间轴齿轮10,第二中间轴齿轮10的驱动转轴通过万向联轴器8与驱动机构9的电机输出轴相连。
工作轴齿轮包括第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20,第一中间轴齿轮1与第一工作轴齿轮2啮合,第二中间轴齿轮10与第二工作轴齿轮20啮合,第一工作轴齿轮2外部设置有第一夹送辊5,第二工作轴齿轮20外部设置有第二夹送辊50,第一夹送辊5的辊径与第二夹送辊50的辊径相等,第一夹送辊5与第二夹送辊50之间用于夹持长方形物料6的辊缝能够在对称连杆机构的调节下进行开闭。
对称连杆机构与直线运动机构3之间设置有弹簧摆动箱7,弹簧摆动箱7内部并列设置有第一弹簧71以及第二弹簧72,当第一夹送辊5与第二夹送辊50闭合时,第一弹簧71以及第二弹簧72在对称连杆机构动作时能够产生水平方向的位移,从而降低第一夹送辊5与第二夹送辊50闭合时产生的冲压力。
对称连杆机构包括两个对称设置的第一连杆单元4和第二连杆单元40,第一连杆单元4包括第一连杆41和第二连杆42,第二连杆单元40包括第三连杆43和第四连杆44。
第一连杆41的第一端与第一中间轴齿轮1的中心固连,第一连杆41的第二端与第二连杆42的第一端在第一工作轴齿轮2的中心处铰接,第二连杆42的第二端与第一弹簧71固连。
第三连杆43的第一端与第二中间轴齿轮10的中心固连,第三连杆43的第二端与第四连杆44的第一端在第二工作轴齿轮20的中心处铰接,第四连杆44的第二端与第二弹簧72固连。
优选地,第一弹簧71以及第二弹簧72均包括支撑座73以及设置在支撑座73两侧的预压碟簧74。
优选地,第一工作轴齿轮2的转动中心与第一夹送辊5的转动中心重合,第二工作轴齿轮20的转动中心与第二夹送辊50的转动中心重合。
优选地,第一中间轴齿轮1与第二中间轴齿轮10的齿数和模数相等,第一工作轴齿轮2与第二工作轴齿轮20的齿数和模数相等。
优选地,直线运动机构3为气缸、液压缸或直线电机。
优选地,第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20的转动中心连线垂直于长条形物料6输送方向。
本发明对原有水平中心线处的直线运动机构3增加弹簧摆动箱体7,增加了2个水平方向的运动自由度,并用弹簧摆动箱7中的直线弹簧对第一连杆单元4和第二连杆单元40的水平初始位置进行限制。整体机构增加2个水平运动自由度,将直线驱动机构输出端与连杆之间用直线弹簧连接,通过弹簧限制铰接点初始位置。通过夹持瞬间弹簧的水平方向变形,起到缓冲夹持冲击力作用。
第一弹簧71以及第二弹簧71在对称连杆机构动作时能够产生水平方向的位移,从而降低第一夹送辊5与第二夹送辊50闭合时产生的冲压力。
具体实施例
以图4中上连杆为实例,图中第一中间轴齿轮1的分度圆直径为D1,第一工作轴齿轮2分度圆直径为D2,第一夹送辊5直径为D;直线运动机构3输出的水平拉力为T,弹簧系统产生的水平位移为s,第一夹送辊5对夹持工件的夹持力为N,工件直径为A,杆件O2与坐标系的夹角为α。所选用的弹簧摆动箱7中的直线弹簧系统满足胡克定律,弹性系数为k。
在夹持动作时,弹簧偏离原水平位移为s,受到的弹力Fs可表示为:
Fs=ks (1)
上半部分连杆以O为回转中心,满足力矩平衡关系,即:
N×LN-(T-Fs)D1=0 (2)
LN为夹持力N的力臂。根据图中几何关系可得:
LN可由图中三角函数推导得到:
LN=|OO2|cosα (4)
将公式(3)和(4)代入公式(2)中,得到夹持力N的表达式:
进一步得到弹簧摆动箱对夹持力的缓冲量大小为:
下面对本发明的工作原理进行进一步叙述:
驱动电机9通过万向联轴器8驱动第一中间轴齿轮1和第二中间轴齿轮10转动,第一中间轴齿轮1和第二中间轴齿轮10分别第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20转动,同时完成一级增速传动。轴O和O’分别是扇形齿轮对第一中间轴齿轮1和第二中间轴齿轮10的回转中心,第一中间轴齿轮1和第二中间轴齿轮10的啮合分度圆直径相同。弹簧摆动箱7内的滑块在水平方向可以自由移动,工作时通过直线弹簧限制弹簧摆动箱7中滑块的初始位置。工作时驱动电机9通过万向联轴器8带动第二中间轴齿轮10转动,第二中间轴10带动第一中间轴齿轮1、同时带动第二工作轴齿轮20转动。第一中间轴齿轮1带动第一工作轴齿轮2转动,第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20分别带动第一夹送辊5与第二夹送辊50转动。
辊缝A开闭动作由直线运动机构3驱动,过第一连杆单元4和第二连杆单元40带动第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20分别绕O和O’为轴心旋转,使分别与第一工作轴齿轮2和第二工作轴齿轮20同轴的第一夹送辊5与第二夹送辊50同步摆动,辊缝A同步开闭动作通过第一连杆单元4和第二连杆单元40与弹簧摆动箱7实现。工作时辊缝需提前打开,当上游金属检测器检测到物料进入辊缝瞬间,直线运动机构3活塞迅速向右移动,第一夹送辊5与第二夹送辊50夹住物料向下游设备运送。工作辊夹住物料的瞬间,由于连杆内力作用使弹簧摆动箱7中的弹簧在水平方向上发生变形,同时使对称的第一连杆单元4和第二连杆单元40发生运动。弹簧摆动箱7中的弹簧变形降低了夹送辊闭合的冲击力。当辊缝开启时,弹簧摆动箱7中的弹簧受到的连杆作用力消失,恢复到原始长度,对称的第一连杆单元4和第二连杆单元40回到初始位置。夹送辊系统的传动顺序如图5所示。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明改进了现有夹送辊单自由度的结构形式,提供一种带有欠驱动机构的新型夹送辊夹持机构,机构的驱动器数量为1,系统自由度数量为2。机构在完成同步夹持动作的同时,可以在欠驱动关节处发生位移,并通过弹簧系统对瞬间夹持作用力进行缓冲,弹簧能够产生水平方向的位移,不仅可以避免夹持冲击力过大而损坏加持物,而且可以对所夹持的工件和夹持机构自身零部件都起到一定的保护作用,有效地延长了设备使用寿命。
最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:其包括直线运动机构、对称连杆机构、万向联轴器、驱动机构、弹簧摆动箱、中间轴齿轮、工作轴齿轮以及夹送辊,
所述中间轴齿轮和所述工作轴齿轮分别设置有两个,两个中间轴齿轮与两个工作轴齿轮均为同轴设置,所述中间轴齿轮包括第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮,所述第二中间轴齿轮的驱动转轴通过万向联轴器与所述驱动机构的电机输出轴相连,
所述工作轴齿轮包括第一工作轴齿轮和第二工作轴齿轮,所述第一中间轴齿轮与所述第一工作轴齿轮啮合,所述第二中间轴齿轮与所述第二工作轴齿轮啮合,所述第一工作轴齿轮外部设置有第一夹送辊,所述第二工作轴齿轮外部设置有第二夹送辊,所述第一夹送辊的辊径与所述第二夹送辊的辊径相等,所述第一夹送辊与所述第二夹送辊之间用于夹持长方形物料的辊缝能够在所述对称连杆机构的调节下进行开闭,
所述对称连杆机构与所述直线运动机构之间设置有弹簧摆动箱,所述弹簧摆动箱内部并列设置有第一弹簧以及第二弹簧,
所述对称连杆机构包括两个对称设置的第一连杆单元和第二连杆单元,第一连杆单元包括第一连杆和第二连杆,所述第二连杆单元包括第三连杆和第四连杆,
所述第一连杆的第一端与所述第一中间轴齿轮的中心固连,所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端在所述第一工作轴齿轮的中心处铰接,所述第二连杆的第二端与所述第一弹簧固连,
所述第三连杆的第一端与所述第二中间轴齿轮的中心固连,所述第三连杆的第二端与所述第四连杆的第一端在所述第二工作轴齿轮的中心处铰接,所述第四连杆的第二端与所述第二弹簧固连,
当所述第一夹送辊与所述第二夹送辊闭合时,所述第一弹簧以及第二弹簧在对称连杆机构动作时能够产生水平方向的位移,对夹持力产生缓冲量,从而降低所述第一夹送辊与所述第二夹送辊闭合时产生的冲压力,
所述弹簧摆动箱产生的缓冲量由以下公式进行计算:
设第一中间轴齿轮的分度圆直径为D1,第一工作轴齿轮的分度圆直径为D2,第一夹送辊的直径为D,直线运动机构输出的水平拉力为T,弹簧系统产生的水平位移为s,第一夹送辊对夹持工件的夹持力为N,长条形物料的直径为A,第一中间轴齿轮的中心与第一工作轴齿轮的中心之间的连线与坐标系的夹角为α,第一弹簧和第二弹簧满足胡克定律,弹性系数为k;
在夹持动作时,弹簧偏离原水平位移为s,受到的弹力Fs可表示为:
Fs=ks (1)
第一连杆和第二连杆以第一中间轴齿轮的中心为回转中心,满足力矩平衡关系,即:
N×LN-(T-Fs)D1=0 (2)
LN为夹持力N的力臂,根据几何关系可得:
LN由上述三角函数推导得到:
LN=|OO2|cosα (4)
将公式(3)和(4)代入公式(2)中,得到夹持力N的表达式:
进一步得到弹簧摆动箱对夹持力的缓冲量大小为:
其中,|OO2|为第一中间轴齿轮的圆心O与第二中间轴齿轮的圆心O2之间的距离。
2.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一弹簧以及第二弹簧均包括支撑座以及设置在所述支撑座两侧的预压弹簧,所述第三连杆和第四连杆分别连接所述第一弹簧和第二弹簧的支撑座。
3.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一工作轴齿轮的转动中心与所述第一夹送辊的转动中心重合,所述第二工作轴齿轮的转动中心与所述第二夹送辊的转动中心重合。
4.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一中间轴齿轮与所述第二中间轴齿轮的齿数和模数相等。
5.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一工作轴齿轮与所述第二工作轴齿轮的齿数和模数相等。
6.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述直线运动机构为气缸、液压缸或直线电机。
7.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一工作轴齿轮和第二工作轴齿轮的转动中心连线垂直于所述长条形物料输送方向。
8.根据权利要求1所述的弹簧摆动箱式欠驱动对称夹送机构,其特征在于:所述第一弹簧和第二弹簧为涡卷弹簧、拉压弹簧或碟簧。
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