CN110270967B - 一种补偿型转台装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种补偿型转台装置及工作方法，转台包括底座和通过第一轴承安装在底座上的转动体，还包括用于驱动所述转动体相对于底座回转的驱动装置，所述驱动装置安装在外壳中，所述外壳通过组合式补偿机构与所述底座相连接，所述组合式补偿机构包括若干串联设置的移动副和转动副。本发明通过具有冗余自由度的组合式补偿机构传递运动转矩，补偿转动体的跳动误差，同时冗余自由度还可以避免转台别劲和卡滞，缩短跑和周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于转台，还涉及一种转台的工作方法。
背景技术
转台装置为材料实验常用装置。目前的主要构型为：包括底座、大轴承、旋转法兰和驱动组件。底座固定设置，旋转法兰和底座通过大轴承形成转动运动副。驱动组件的输出轴与旋转法兰柔性连接。驱动组件的外壳与底座固定。柔性连接的常用机构为膜片联轴器、弹性联轴器、齿轮联轴器等。
重载低速传动中转动结构在水泥、冶金、矿山、工程和建筑行业应用甚广，它的设计制造水平、承载能力高低、使用寿命长短往往是一个国家工业发展的标志。
但对于大负载、低速常规的应用场合，目前难以选型到合适产品，其主要原因在于跳动误差过大以及跑和周期过长：（1）重载运动场合中，整体的弹性变形会产生非回转方向的翘曲或者位移，造成跳动。（2）通过查阅大量的文献，归纳了国内外传动结构跑合研究的情况发现，跑合过程实质上是接触变形、物力力学性能的综合作用，使接触面积重新分布、表面材料组成发生变化、对速度、加载、润滑等影响多种机制同时存在的过程，对传动件的体积、重量、可靠性、准确性和精度有一定的要求。跑和通过摩擦磨损的机制消除别劲和传动卡滞现象。重载低速传动中的跑和过程中，通常会出现较大的振动冲击,易出现齿轮齿根断裂、变形以及卡死和卡涩等故障。而重载低速传动性能的好坏也直接决定着整个设备的性能。由于设计、加工和装配的误差，齿轮副之间通常存在齿侧间隙，而齿侧间隙会引起齿轮产生传动回差，从而导致传动系统动力输出和输入端的延时和滞后，不仅影响传动精度，还加剧了齿轮啮合时的冲击和振动，但过小的间隙又会造成齿轮干涉、增加摩擦磨损和影响润滑膜的形成。这都造成了重载低速场景下跑和周期过长的问题。
发明内容
本发明提出了一种补偿型转台装置及工作方法，其目的是：（1）对转台的跳动进行补偿；（2）避免转台别劲和卡滞，缩短跑和周期。
本发明技术方案如下：
一种补偿型转台装置，包括底座和通过第一轴承安装在底座上的转动体，还包括用于驱动所述转动体相对于底座回转的驱动装置，其特征在于：所述驱动装置安装在外壳中，所述外壳通过组合式补偿机构与所述底座相连接，所述组合式补偿机构包括若干串联设置的移动副和转动副。
作为该装置的进一步改进：所述组合式补偿机构包括串联设置的六组运动副，所述六组运动副包括三组移动副和三组转动副。
作为该装置的进一步改进：所述组合式补偿机构包括第一块件、第二块件和中轴杆，还包括固定连接在外壳上的转矩轴以及固定连接在底座上的竖直杆轴；
所述中轴杆和转矩轴均为水平设置，竖直杆轴、中轴杆与转矩轴三者间互相垂直；
第一块件与所述转矩轴通过轴孔方式相配合；所述第一块件和第二块件均通过轴孔配合方式安装在中轴杆上且第一块件侧面和第二块件侧面相接触；所述第二块件与竖直杆轴通过轴孔方式相配合。
作为该装置的进一步改进：所述中轴杆的一端设置有凸起的端部；所述中轴杆的另一端设有外螺纹，所述外螺纹处由内端向外端依次安装有压片、碟簧、挡片、第一螺母和第二螺母，所述第一块件和第二块件安装在压片和凸起的端部之间，所述碟簧用于确保第一块件和第二块件相接触。
作为该装置的进一步改进：所述驱动装置包括安装在外壳上的定子和相对于定子回转的转子，所述转子通过传动装置与所述转动体相连接。
作为该装置的进一步改进：所述传动机构包括输入轴、输出轴、输出法兰、太阳轮齿轮、行星齿轮和内齿圈；
所述输入轴与所述转子相连接，所述输入轴通过第六轴承和第七轴承安装在外壳上；所述太阳轮齿轮固定安装在输入轴上；
所述输出轴与输出法兰固定连接，所述输出法兰通过第二轴承和第三轴承安装在外壳上；输出轴与所述转动体相连接；
所述行星齿轮通过销轴、第四轴承以及第五轴承安装在输出法兰上，行星齿轮与所述太阳轮齿轮相啮合；
所述内齿圈固定安装在所述外壳上，且与行星齿轮相啮合。
作为该装置的进一步改进：所述驱动装置为液压马达。
作为该装置的进一步改进：所述转动体为旋转法兰。
上述转台装置的工作方法为：当转动体出现跳动时，轴孔配合处发生相对转动和、或移动，通过具有冗余自由度的组合式补偿机构传递运动转矩，补偿转动体的跳动误差。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：（1）本发明通过具有冗余自由度的组合式补偿机构传递运动转矩，补偿转动体的跳动误差，同时冗余自由度还可以避免转台别劲和卡滞，缩短跑和周期；（2）组合式补偿机构有轴孔配合的转动副组成，承载能力大，成本低，加工方便，不影响转位，便于拓展，且平面布置，结构紧凑。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明转台装置的侧视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为图1的左视图。
图5为组合补偿机构、外壳以及底座部分的爆炸视图。
图6为旋转法兰出现端面跳动时的示意图。
图7为旋转法兰出现径向跳动时的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图1和4，一种补偿型转台装置，包括底座1和通过第一轴承2安装在底座1上的转动体，所述转动体为旋转法兰3。装置还包括用于驱动所述转动体相对于底座1回转的驱动装置，所述驱动装置安装在外壳18中，所述外壳18通过组合式补偿机构与所述底座1相连接，所述组合式补偿机构包括若干串联设置的移动副和转动副。
所述组合式补偿机构包括串联设置的六组运动副，所述六组运动副包括三组移动副和三组转动副。具体结构如图3和5所示：所述组合式补偿机构包括第一块件20、第二块件29和中轴杆21，还包括固定连接在外壳18上的转矩轴19以及固定连接在底座1上的竖直杆轴27。其中，所述中轴杆21和转矩轴19均为水平设置，竖直杆轴27、中轴杆21与转矩轴19三者间互相垂直。第一块件20与所述转矩轴19通过轴孔方式相配合；所述第一块件20和第二块件29均通过轴孔配合方式安装在中轴杆21上且第一块件20侧面和第二块件29侧面相接触；所述第二块件29与竖直杆轴27通过轴孔方式相配合。
各轴孔配合处可以采用无油衬套式结构，也可以采用平面轴承、轴瓦等结构。
进一步的，所述中轴杆21的一端设置有凸起的端部；所述中轴杆21的另一端设有外螺纹，所述外螺纹处由内端向外端依次安装有压片22、碟簧23、挡片24、第一螺母25和第二螺母26，所述第一块件20和第二块件29安装在压片22和凸起的端部之间，所述碟簧23用于确保第一块件20和第二块件29实时相接触。
如图2，转台的驱动装置优选为液压马达，其包括固定安装在外壳18上的定子15和相对于定子15回转的转子14，所述转子14通过传动装置与所述转动体相连接。驱动装置也可以是气动马达、伺服马达或步进马达等机电产品。
如图2，本实施例中，所述传动机构包括输入轴13、输出轴4、输出法兰5、太阳轮齿轮12、行星齿轮11和内齿圈28。
所述输入轴13与所述转子14相连接，所述输入轴13通过上侧的第六轴承17和下侧的第七轴承16安装在外壳18上；所述太阳轮齿轮12固定安装在输入轴13上。
所述输出轴4与输出法兰5固定连接，所述输出法兰5通过上侧的第二轴承6和下侧的第三轴承7安装在外壳18上；输出轴4与所述转动体相连接。
所述行星齿轮11通过销轴8、上侧的第四轴承10以及下侧的第五轴承9安装在输出法兰5上，行星齿轮11与所述太阳轮齿轮12相啮合。
所述内齿圈28固定安装在所述外壳18上，且与行星齿轮11相啮合。
当转动体出现跳动时，轴孔配合处发生相对转动和、或移动，通过具有冗余自由度的组合式补偿机构传递运动转矩，补偿转动体的跳动误差。
如图6，旋转法兰3相对于底座1转动，由于零件加工误差，第一轴承2、第二轴承6和第三轴承7跳动，此时旋转法兰3出现端面跳动，旋转法兰3和驱动装置倾摆，第一块件20在竖直平面移动和转动，第二块件29在竖直平面内移动，转矩轴19和第一块件20之间发生相对直线滑动，第二块件29与竖直杆轴27之间发生相对直线滑动，第一块件20和第二块件29之间发生相对转动。
如图7，旋转法兰3相对于底座1转动，由于零件加工误差，第一轴承2、第二轴承6和第三轴承7跳动，此时旋转法兰3出现径向跳动，旋转法兰3和驱动装置在水平面内倾摆，第一块件20和第二块件29在水平面内移动和旋转，转矩轴19和第一块件20之间发生相对直线滑动，第二块件29与竖直杆轴27之间发生相对旋转滑动。
当旋转法兰3出现全向跳动时，情形相当于上述两种情况的叠加，第一块体和第二块体之间、转矩轴19和第一块件20之间以及第二块件29与竖直杆轴27之间都发生相对直线滑动和相对直线转动。
进一步的，本实施例中的转台不仅能够起到补偿作用，还能通过冗余自由度减少卡滞等情形的出现。
具体的，使用时本实施例中的转台底座1连接于工业机器人的法兰，旋转法兰3连接于工业机器人的端拾器。当工业机器人的端拾器相对于机器人末端法兰相对旋转一个角度拾取工件，本例中的补偿型转台可以防止端拾器相对于机器人法兰转动过程中出现卡滞，影响工业机器人的精度和工作流程。
进一步分析如下，现有技术中工业机器人所使用的常用转台装置的内部传动连接由于重载的变形会导致齿轮/滚珠/滚柱等的过度磨损或者磨损不均匀，使得转台装置的润滑情况不断恶化，在润滑剂在短时间内产生大量金属颗粒。本例中工业机器人应用的补偿型转台创造性的关键在于装置的设计具有冗余的自由度，在重载传动的情况下能够补偿本装置的弹性变形，减少由于别劲和卡滞，减少转台装置的振动和磨损，从而提升了传动效率。
此外，现有的转台的外壳18与底座1刚性连接，由于重载变形连接处应力较大，容易导致焊缝的开裂。而本例的补偿型转台由于设计出冗余自由度，减速外壳18与底座1小范围浮动连接，进而重载变形的应力得以释放，解决了现有转台强度不足的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种补偿型转台装置，包括底座（1）和通过第一轴承（2）安装在底座（1）上的转动体，还包括用于驱动所述转动体相对于底座（1）回转的驱动装置，其特征在于：所述驱动装置安装在外壳（18）中，所述外壳（18）通过组合式补偿机构与所述底座（1）相连接，所述组合式补偿机构包括若干串联设置的移动副和转动副；
所述组合式补偿机构包括串联设置的六组运动副，所述六组运动副包括三组移动副和三组转动副；
所述组合式补偿机构包括第一块件（20）、第二块件（29）和中轴杆（21），还包括固定连接在外壳（18）上的转矩轴（19）以及固定连接在底座（1）上的竖直杆轴（27）；
所述中轴杆（21）和转矩轴（19）均为水平设置，竖直杆轴（27）、中轴杆（21）与转矩轴（19）三者间互相垂直；
第一块件（20）与所述转矩轴（19）通过轴孔方式相配合；所述第一块件（20）和第二块件（29）均通过轴孔配合方式安装在中轴杆（21）上且第一块件（20）侧面和第二块件（29）侧面相接触；所述第二块件（29）与竖直杆轴（27）通过轴孔方式相配合。
2.如权利要求1所述的补偿型转台装置，其特征在于：所述中轴杆（21）的一端设置有凸起的端部；所述中轴杆（21）的另一端设有外螺纹，所述外螺纹处由内端向外端依次安装有压片（22）、碟簧（23）、挡片（24）、第一螺母（25）和第二螺母（26），所述第一块件（20）和第二块件（29）安装在压片（22）和凸起的端部之间，所述碟簧（23）用于确保第一块件（20）和第二块件（29）相接触。
3.如权利要求1所述的补偿型转台装置，其特征在于：所述驱动装置包括安装在外壳（18）上的定子（15）和相对于定子（15）回转的转子（14），所述转子（14）通过传动装置与所述转动体相连接。
4.如权利要求3所述的补偿型转台装置，其特征在于：所述传动装置包括输入轴（13）、输出轴（4）、输出法兰（5）、太阳轮齿轮（12）、行星齿轮（11）和内齿圈（28）；
所述输入轴（13）与所述转子（14）相连接，所述输入轴（13）通过第六轴承（17）和第七轴承（16）安装在外壳（18）上；所述太阳轮齿轮（12）固定安装在输入轴（13）上；
所述输出轴（4）与输出法兰（5）固定连接，所述输出法兰（5）通过第二轴承（6）和第三轴承（7）安装在外壳（18）上；输出轴（4）与所述转动体相连接；
所述行星齿轮（11）通过销轴（8）、第四轴承（10）以及第五轴承（9）安装在输出法兰（5）上，行星齿轮（11）与所述太阳轮齿轮（12）相啮合；
所述内齿圈（28）固定安装在所述外壳（18）上，且与行星齿轮（11）相啮合。
5.如权利要求1所述的补偿型转台装置，其特征在于：所述驱动装置为液压马达。
6.如权利要求1所述的补偿型转台装置，其特征在于：所述转动体为旋转法兰（3）。
7.如权利要求1所述的补偿型转台装置的工作方法，其特征在于：当转动体出现跳动时，轴孔配合处发生相对转动和、或移动，通过具有冗余自由度的组合式补偿机构传递运动转矩，补偿转动体的跳动误差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A compensation turntable device and its working method Effective date of registration: 20211214 Granted publication date: 20210105 Pledgee: Yantai financing guarantee Group Co.,Ltd. Pledgor: Yantai University Registration number: Y2021980014841 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220317 Granted publication date: 20210105 Pledgee: Yantai financing guarantee Group Co.,Ltd. Pledgor: Yantai University Registration number: Y2021980014841 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221213 Address after: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Address before: 264003 No. 30 Qingquan Road, Laishan District, Yantai City, Shandong Province Patentee before: Yantai University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240115 Address after: 330000 Nanjing Economic and Technological Development Zone Dingxiang Road (Dingxun Ecological Science and Technology Industrial City Dingxiang Industrial Village) No.4 # B General Factory Building, Nanchang City, Jiangxi Province Patentee after: Jiangxi dafengrong Industrial Co.,Ltd. Address before: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |