CN114229726B

CN114229726B - 小型伺服卷扬机

Info

Publication number: CN114229726B
Application number: CN202111484159.1A
Authority: CN
Inventors: 李二伟; 王骁; 贾智伟
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: CN114229726A

Abstract

本发明提供一种小型伺服卷扬机，它包括卷扬机支架、卷筒机构、内筒机构、驱动模组和绳索导向机构。驱动模组内置在内筒机构内，内筒机构内置在卷筒机构内，卷筒机构设置在U形的卷扬机支架内，卷筒机构为表面缠绕绳索的可旋转滚筒，驱动模组驱动卷筒机构旋转，从而使卷筒表面缠绕的绳索释放或缠绕。本发明通过绳索导向机构使绳索沿卷筒表面螺旋绳槽可靠缠绕。本发明的优点：结构紧凑、体积小，绳索缠绕有序，卷扬机工作稳定、可靠。

Description

小型伺服卷扬机

技术领域

本发明涉及一种卷扬机，具体地说，涉及一种结构紧凑简洁、机械可靠性高的小型伺服卷扬机。

背景技术

卷扬机是一种通过卷筒机构缠绕绳索提升或牵引重物的小型起重设备，又称绞车。根据其动力来源可分为手动卷扬机、电动卷扬机、液压卷扬机三种，目前的卷扬机多以电力驱动为主。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物，因操作简单、绕绳量大、移置方便，被广泛应用建筑、水利工程、码头等物料升降或平拖领域。

卷扬机可单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提升等大型机械设备中的组成部件。经调研发现，传统的卷扬机主要存在以下几个问题：1、外形尺寸较大，影响卷扬机的应用；2、卷筒上缠绕的绳索容易发生重叠、斜绕、打结等现象，影响卷扬机的正常工作。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、简洁、机械可靠性高的小型伺服卷扬机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种小型伺服卷扬机，它包括卷扬机支架、卷筒机构、内筒机构和驱动模组；

所述卷扬机支架由U形支架、卷扬机左端盖和卷扬机右端盖构成，所述U形支架左、右两侧板的中心处开有通孔，所述卷扬机左、右端盖分别通过螺栓同轴固连在所述通孔处；

所述卷筒机构位于所述U形支架左右两侧板之间，为表面缠绕绳索的可旋转滚筒结构，它由左转接盘、卷筒和右转接盘构成，所述卷筒表面加工有螺旋绳槽，其两端分别通过螺栓与所述左、右转接盘相连，围成一大腔体；所述内筒机构内置在所述大腔体内；

所述内筒机构由套杯左转接盘、固定套杯和套杯右转接盘构成；所述固定套杯的两端通过螺栓与所述套杯左转接盘、所述套杯右转接盘相连，围成一小腔体；所述驱动模组固定在所述小腔体内；

所述套杯左转接盘的中心处向外凸设有轴承定位台阶，所述卷筒机构的左转接盘的中心处开有轴承配合孔，轴承配合孔内内置有一第一轴承，所述左转接盘通过所述第一轴承套设在所述套杯左转接盘的轴承定位台阶上；且所述套杯左转接盘的轴承定位台阶的端面上设有与所述卷扬机左端盖相应的连接孔，所述套杯左转接盘与所述卷扬机左端盖通过螺栓共轴连接；

所述卷扬机右端盖的中心处向内凸设有轴承定位台阶，所述卷筒机构的右转接盘的中心处设有轴承配合孔，轴承配合孔内内置一第二轴承，所述右转接盘通过所述第二轴承套设于所述卷扬机右端盖向内凸设的轴承定位台阶上；

所述驱动模组为一集成模块，模块内包括有伺服电机、电机驱动电路和保护电路；所述驱动模组为非转动部分和转动部分，其非转动部分位于所述小腔体内，固定在所述套杯右转接盘的内壁上，其转动部分穿过所述套杯右转接盘通过螺栓固定在所述卷筒机构的右转接盘的内壁上；所述驱动模组的非转动部分、转动部分、套杯右转接盘和右转接盘同轴固连。

优选地，所述右转接盘中心处开设的轴承配合孔与所述卷扬机右端盖向内凸伸的轴承定位台阶之间通过所述第二轴承配合形成浮动支撑结构。

优选地，所述第一轴承为角接触球轴承，所述第二轴承为深沟球轴承。

优选地，该小型伺服卷扬机还包括绳索导向机构；所述绳索导向机构包括压轮、压轮铜套、压轮轴、导绳器支撑座和支撑座调整铜垫；所述压轮为外表面开有螺旋绳槽的回转体，所述压轮外表面的螺旋绳槽与所述卷筒外表面的螺旋绳槽契合，所述压轮套设在所述压轮铜套上后套设在所述压轮轴上，所述压轮与所述压轮铜套过盈配合，所述压轮铜套与所述压轮轴间隙配合；所述压轮轴的两端通过所述导绳器支撑座、支撑座调整铜垫固定在所述卷筒下方的所述U形支架底部，且所述压轮轴的轴线与所述卷筒的轴线平行。

优选地，在所述卷筒的端部间隔地设置至少两块长方形的绳索压板，所述绳索压板的内表面开有螺旋绳槽，所述绳索压板内表面的螺旋绳槽与绳索契合后通过螺钉将绳头固定在所述卷筒上。

优选地，在所述U形支架的底部、所述卷筒两端的下方各设置一限位开关，所述限位开关通过限位开关支架固定在所述U形支架的底部，所述限位开关信号输出端与所述驱动模组相连。

优选地，该小型伺服卷扬机还包括一直流轴流风机，该直流轴流风机固定在所述套杯左转接盘的内壁上；所述套杯左转接盘、固定套杯、套杯右转接盘上均开设通风弧形槽口，增加空气对流，提高所述驱动模组的散热。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

(1)本发明结构紧凑、体积小。

本发明驱动模组采用机器人关节模组，充分利用机器人关节模组中集成的伺服电机、谐波减速器、摩擦式抱闸、编码器、伺服驱动器，使卷扬机整体结构轻便化、小型化。

(2)工作稳定、可靠。

本发明通过绳索导向机构和绳索压板，实现绳索在卷扬机上的可靠卷绕，避免绳索的无序缠绕，提高卷扬机在工作过程中的稳定性。

(3)本发明通过电感式接近开关限位，防止钢丝绳收放太多，超过绳槽容量或低于钢丝绳最小缠绕圈数，以及导绳器压轮超出绳槽，导致机械损坏。

附图说明

图1是本发明主视剖视图；

图2是本发明左视剖视图；

图3是本发明俯视图；

图4是本发明三维立体图。

图中，1-U形支架，2-卷扬机左端盖，3-卷扬机右端盖，4-左转接盘，5-卷筒，6-右转接盘，7-绳索，8-大腔体，9-套杯左转接盘，10-固定套杯，11-套杯右转接盘，12-小腔体，13-驱动模组，14-角接触球轴承，15-深沟球轴承，16-绳索压板，17-压轮，18-压轮铜套，19-压轮轴，20-导绳器支撑座，21-支撑座调整铜垫，22-电感式接近开关，23-限位开关支架，24-直流轴流风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1-图4所示，本发明公开的小型伺服卷扬机包括卷扬机支架、卷筒机构、内筒机构、驱动模组和绳索导向机构。

所述卷扬机支架由U形支架1、卷扬机左端盖2和卷扬机右端盖3构成，U形支架左、右两侧板的中心处开有通孔，卷扬机左、右端盖分别通过螺栓同轴固连在通孔处。

卷筒机构位于U形支架左右两侧板之间，为表面缠绕绳索的可旋转的滚筒结构，它由左转接盘4、卷筒5和右转接盘6构成。卷筒5为表面加工有螺旋绳槽的圆筒结构，其表面缠绕有绳索7，其两端分别通过螺栓与左、右转接盘相连，围成一大腔体8，内筒机构内置在大腔体8内。

内筒机构由套杯左转接盘9、固定套杯10和套杯右转接盘11构成；固定套杯10的两端通过螺栓与套杯左转接盘9、套杯右转接盘11相连，围成一小腔体12，小腔体12内置在大腔体8内；驱动模组13固定在小腔体12内。

套杯左转接盘9的中心处向外凸设有轴承定位台阶，卷筒机构的左转接盘4的中心处开有轴承配合孔，轴承配合孔内内置有一角接触球轴承14，左转接盘4通过角接触球轴承14套设在套杯左转接盘9的轴承定位台阶上；且套杯左转接盘9的轴承定位台阶的端面上设有与卷扬机左端盖2相应的连接孔，套杯左转接盘9与卷扬机左端盖2通过螺栓共轴连接。

卷扬机右端盖3的中心处向内凸设有轴承定位台阶，卷筒机构的右转接盘6的中心处设有轴承配合孔，轴承配合孔内内置有一深沟球轴承15，卷筒机构的右转接盘6通过深沟球轴承15套设在卷扬机右端盖3向内凸设的轴承定位台阶上。

驱动模组13为一集成模块，模块内包括有伺服电机、电机驱动电路和保护电路。驱动模组13分为转动部分和非转动部分，其非转动部分位于小腔体12内，固定在套杯右转接盘11的内壁上，其转动部分穿过套杯右转接盘11通过螺栓固定在卷筒机构的右转接盘6的内壁上，驱动模组13的非转动部分、转动部分、套杯右转接盘11和右转接盘6同轴固连。

驱动模组13内的伺服电机输出轴与转动部分相连，驱动转动部分旋转，进而带动卷筒机构旋转，使缠绕在卷筒5外表面上的绳索7释放或缠绕。

卷扬机工作时，缠绕在卷筒5上的绳索7会产生一轴向力，本发明通过左转接盘4与套杯左转接盘9之间的角接触球轴承14来承受该轴向力。为更好的支撑卷筒机构，避免卷筒机构悬臂驱动，本发明在右转接盘6和卷扬机右端盖3之间设置有深沟球球轴承15，右转接盘6中心孔内部开设有两个弹性挡圈安装槽，用于完全定位轴承外圈，为避免过约束，内圈与卷扬机支架右端盖3采用间隙配合，形成浮动支撑结构。

在本发明较佳实施例中，所述驱动模组13选用深圳泰科生产的机器人关节模组。该机器人关节模组内包括有伺服电机、伺服驱动器、保护装置、谐波减速器、编码器。机器人关节模组内的伺服电机输出轴与模组转动部分相连，驱动转动部分旋转。

如图3、图4所示，本发明在卷筒5的端部间隔地设置至少两块长方形的绳索压板16，绳索压板16的内表面开有螺旋绳槽，绳索压板内表面的螺旋绳槽与绳索7契合后通过螺钉将绳头固定在卷筒5上，固定绳头。

另外，本发明在U形支架1底部、卷筒5的下方还固定有绳索导向机构，确保绳索在释放或缠绕时不发出重叠、斜绕、打结的现象。所述绳索导向机构包括压轮17、压轮铜套18、压轮轴19、导绳器支撑座20和支撑座调整铜垫21。

压轮17为外表面开有螺旋绳槽的回转体，压轮外表面的螺旋绳槽与卷筒5外表面的螺旋绳槽契合，压轮17与压轮铜套18过盈配合，压轮铜套与压轮轴19间隙配合。压轮轴19的两端通过导绳器支撑座20、支撑座调整铜垫21固定在卷筒5下方的U形支架1底部，且压轮轴19的轴线与卷筒5的轴线平行；通过调整支撑座调整铜垫21调节压轮17的高度，使压轮17外表面的绳槽与卷筒5外表面的绳槽契合，绳索7沿卷筒表面的绳槽依序移动。

本发明在U形支架1的底部、卷筒5两端的下方各设置一限位开关22(例如电感式接近开关)，限位开关通过限位开关支架23固定在U形支架1的底部，限位开关信号输出端与驱动模组相连，防止绳索收放太多，超过卷筒5绳槽容量，或低于最小缠绕圈数，以及导绳器压轮超出绳槽，导致机械损坏。

本发明内置在内筒机构内的驱动模组为一集成器件，当卷扬机长时间工作时，为降低驱动模组的温度，确定器件正常工作，本发明还包括一直流轴流风机24，该直流轴流风机24固定在套杯左转接盘9的内壁上，并且，套杯左转接盘9、固定套杯10、套杯右转接盘11上均开设通风弧形槽口，增加空气对流，提高驱动模组13的散热。

另外，本发明在卷扬机支架左端盖2上还设有机器人关节模组13电缆控制线预留孔。

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

1.一种小型伺服卷扬机，其特征在于：它包括卷扬机支架、卷筒机构、内筒机构和驱动模组；

所述驱动模组为一集成模块，模块内包括有伺服电机、电机驱动电路和保护电路；所述驱动模组为非转动部分和转动部分，其非转动部分位于所述小腔体内，固定在所述套杯右转接盘的内壁上，其转动部分穿过所述套杯右转接盘通过螺栓固定在所述卷筒机构的右转接盘的内壁上；所述驱动模组的非转动部分、转动部分、套杯右转接盘和右转接盘同轴固连；

所述右转接盘中心处开设的轴承配合孔与所述卷扬机右端盖向内凸伸的轴承定位台阶之间通过所述第二轴承配合形成浮动支撑结构；

所述第一轴承为角接触球轴承，所述第二轴承为深沟球轴承；

驱动模组内的伺服电机输出轴与转动部分相连，驱动转动部分旋转，进而带动卷筒机构旋转，使缠绕在卷筒外表面上的绳索释放或缠绕；

卷扬机工作时，缠绕在卷筒上的绳索会产生一轴向力，通过左转接盘与套杯左转接盘之间的角接触球轴承来承受该轴向力，右转接盘中心孔内部开设有两个弹性挡圈安装槽，用于完全定位深沟球轴承的轴承外圈，深沟球轴承的轴承内圈与卷扬机支架右端盖采用间隙配合，形成浮动支撑结构；

还包括绳索导向机构；

所述绳索导向机构包括压轮、压轮铜套、压轮轴、导绳器支撑座和支撑座调整铜垫；

所述压轮为外表面开有螺旋绳槽的回转体，所述压轮外表面的螺旋绳槽与所述卷筒外表面的螺旋绳槽契合，所述压轮套设在所述压轮铜套上后套设在所述压轮轴上，所述压轮与所述压轮铜套过盈配合，所述压轮铜套与所述压轮轴间隙配合；

所述压轮轴的两端通过所述导绳器支撑座、支撑座调整铜垫固定在所述卷筒下方的所述U形支架底部，且所述压轮轴的轴线与所述卷筒的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的小型伺服卷扬机，其特征在于：在所述卷筒的端部间隔地设置至少两块长方形的绳索压板，所述绳索压板的内表面开有螺旋绳槽，所述绳索压板内表面的螺旋绳槽与绳索契合后通过螺钉将绳头固定在所述卷筒上。

3.根据权利要求2所述的小型伺服卷扬机，其特征在于：在所述U形支架的底部、所述卷筒两端的下方各设置一限位开关，所述限位开关通过限位开关支架固定在所述U形支架的底部，所述限位开关信号输出端与所述驱动模组相连。

4.根据权利要求3所述的小型伺服卷扬机，其特征在于：还包括一直流轴流风机，该直流轴流风机固定在所述套杯左转接盘的内壁上；

所述套杯左转接盘、固定套杯、套杯右转接盘上均开设通风弧形槽口，增加空气对流，提高所述驱动模组的散热。