CN114309183A - 一种矩形管空间弯曲可变径成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形管空间弯曲可变径成形装置。包括弯扭机构和矩形夹持机构；矩形夹持机构中主动锥齿轮转动使夹紧转盘转动，通过夹紧转盘的螺纹槽实现移动卡爪对向移动，带动滚轮支座和直角滚轮向夹紧转盘中心移动，驱动电机驱动螺杆转动，使螺杆上的两个滚轮支座对向移动，实现四个直角滚轮对不同尺寸矩形管的夹持；弯扭机构通过主动斜齿轮带动与其啮合的回转轮转动，借助移动卡爪向矩形夹持机构提供扭转力矩，支撑板底部的驱动电机转动提供弯曲力矩。本发明通过调节夹紧转盘上移动卡爪的移动距离，配合螺杆传动使直角滚轮对不同尺寸的矩形管夹持，由回转轮和支撑板在两个互相垂直平面的转动分别提供弯矩和扭矩，实现矩形管的连续空间成形。

Description

一种矩形管空间弯曲可变径成形装置

技术领域

本发明属于矩形截面管件空间成形领域，具体涉及一种矩形管空间弯曲可变径成形装置。

背景技术

矩形截面空间金属弯管零件由于具有轻质、节省空间、高强度和高性能等特殊优势，广泛应用于航空航天、汽车、船舶以及能源工程等领域。随着矩形空间管的多样化需求的增加，空间管成形技术也随之发展。目前，普遍使用的空间管成形技术为自由推弯和多辊推弯，管件在持续稳定的推力作用下，其空间成形都是由弯曲设备上弯曲模的弯扭作用决定的。

由于工业生产中批量化和个性化生产需求较大，而弯管机设备数量常常受限，对于不同尺寸的矩形管的弯曲成形，常常需要更换模具并进行弯曲调试，难以满足个性化快速生产的需求。就目前的生产技术水平而言，自由弯曲方法无法满足同一套模具生产多截面尺寸的空间矩形弯管。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明公开了一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，有效解决了现有的矩形管弯曲模具无法满足同一套模具生产多截面尺寸的空间矩形弯管的问题，实现一个弯曲模具用于不同截面尺寸矩形管的空间自由弯曲、扭转的组合成形，降低模具的生产成本，节省模具更换及调试的时间成本，提高生产效率。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种矩形管空间弯曲可变径成形装置

包括弯扭机构和矩形夹持机构；弯扭机构包括支撑板、回转轮和斜齿轮，支撑板前端面开设有用于安装回转轮环形槽，回转轮与环形槽旋转连接；回转轮内部中空设置，外周面设置有一圈斜齿，在回转轮的外周面上等间隔设置有三个与斜齿啮合的斜齿轮，三个斜齿轮通过中间设置的连接轴安装于支撑板上；矩形夹持机构包括夹紧转盘、移动卡爪和管件夹紧部件，回转轮内部通过移动卡爪安装有与回转轮同轴布置的夹紧转盘，夹紧转盘通过后端面设置的锥齿圈与三个锥齿轮啮合；在回转轮和夹紧转盘前端面通过两个移动卡爪安装有两个对称布置的管件夹紧部件；回转轮前端面径向开设有两个对称布置的凹形槽，夹紧转盘前端面设置有一条呈螺旋状布置的螺纹槽，相邻螺纹之间的螺距相等；回转轮通过两个凹形槽滑动安装有两个对称布置的移动卡爪，且两个移动卡爪通过后端面设置的螺纹与夹紧转盘前端面的螺纹槽连接。移动卡爪后端面设置有与螺纹槽配合的螺纹。

每个所述的管件夹紧部件包括螺杆支座、螺杆、滚轮支座、直角滚轮，两个管件夹紧部件的两个螺杆支座平行布置，两个螺杆支座分别固定于两个移动卡爪上，每个螺杆支座上安装有两侧旋向相反的螺杆，螺杆两侧通过两个滚轮支座安装有直角滚轮，两条螺杆上的滚轮支座相对布置；直角滚轮主要由两个尖端相向设置的锥形轮对接组成，两个锥形轮的锥面配合形成直角面；四个直角滚轮的直角面组成矩形的四个角，矩形管进料时矩形管的每个角始终贴紧直角滚轮的直角面。直角面上其中一个面与螺杆平行布置，另一个面与螺杆垂直布置。直角滚轮具有绕其本身轴线转动的自由度。

两个螺杆支座的一端均连接有驱动电机，驱动电机同时驱动两根螺杆转动，从而带动螺杆两侧的滚轮支座相向或背向运动。

斜齿轮与对应连接轴之间通过键连接，连接轴与支撑板通过轴承连接；三个斜齿轮分别为一个主动斜齿轮和两个从动斜齿轮，主动斜齿轮和从动斜齿轮的连接轴分别为主动轴和从动轴；主动斜齿轮通过连接轴与驱动电机连接，驱动电机驱动主动斜齿轮转动，从而带动回转轮转动，两个从动斜齿轮随回转轮转动，与主动斜齿轮共同保持回转轮的稳定性。

锥齿轮中间设置有锥齿轮轴，锥齿轮轴未与锥齿轮连接的一端由内向外从回转轮外圆周面穿出，锥齿轮轴与回转轮之间通过轴承连接；三个锥齿轮分别为两个从动锥齿轮和一个主动锥齿轮，从动锥齿轮和主动锥齿轮的锥齿轮轴分别为从动锥齿轮轴和主动锥齿轮轴；主动锥齿轮通过锥齿轮轴与驱动电机连接，驱动电机驱动主动锥齿轮转动，从而带动夹紧转盘转动，两个从动锥齿轮随夹紧转盘转动，与主动锥齿轮共同保持夹紧转盘的稳定性；

夹紧转盘转动时，通过前端面设置的螺纹槽带动两个移动卡爪沿凹形槽相向或背向直线移动。

支撑板底部中心处设置有通孔与驱动电机连接，通过驱动电机带动支撑板转动；支撑板和夹紧转盘中心开设有同轴布置的通孔。

二、采用上述装置的工作方法包括以下步骤：

1)定位夹紧矩形管：

矩形管件从夹紧转盘通孔伸入后从支撑板的通孔穿出；主动锥齿轮在驱动电机驱动作用下转动，带动夹紧转盘转动，夹紧转盘前端面的螺纹槽转动带动两个移动卡爪沿回转轮的凹形槽对向移动，从而通过螺杆支座带动两对滚轮支座和直角滚轮向夹紧转盘中心移动，直角滚轮靠近矩形管，直至直角滚轮锥形面在铅锤方向上的夹持距离与矩形管高度尺寸相同；

两根螺杆在驱动电机的驱动下转动，从而带动螺杆上的两个移动支座相对同步移动，直至直角滚轮的直角面在水平方向上的夹持距离与矩形管宽度尺寸相同；

矩形管的四个直角面紧贴直角滚轮的直角面，实现对矩形管的定位夹紧作用；

2)矩形管的扭转变形：

驱动电机通过连接轴驱动主动斜齿轮转动，带动回转轮沿顺时针或逆时针方向转动，回转轮带动移动卡爪、主动锥齿轮、从动锥齿轮转动，从而带动管件夹紧部件转动，矩形管通过管件夹紧部件的转动实现扭转变形，回转轮转动的角度为矩形管相对扭转的角度；

3)矩形管的弯曲变形：

支撑板在底部驱动电机的作用下转动，从而带动弯扭机构及矩形夹持机构同步转动，实现对矩形管的弯曲变形。

通过同时带动支撑板和回转轮转动，实现矩形管的弯扭组合变形。

矩形管发生变形过程中直角滚轮为矩形管提供夹紧力的同时，与矩形管保持滚动摩擦。

本发明提供的有益效果：

1)本发明通过驱动主动锥齿轮调节夹紧转盘上的移动卡爪的移动距离，配合螺杆传动使直角滚轮对不同尺寸的矩形管夹持，由回转轮和支撑板在两个互相垂直平面的转动分别提供弯矩和扭矩，实现矩形管的连续空间成形。

2)本发明可满足在弯管机设备有限，不更换弯曲模具的情况下，实现一套弯曲模具完成不同截面尺寸的矩形管的空间成形加工要求，降低矩形管弯曲模具的生产成本。

3)本发明可以根据设计需求，实现一套弯曲模具完成连续变曲率和变挠率的矩形管空间成形，提高了生产工艺的灵活性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图1。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明的矩形夹持机构结构示意图。

图4为本发明的回转轮结构示意图。

图5为本发明的夹紧转盘结构示意图。

图6为本发明的移动卡爪结构示意图。

图7为本发明的夹持内收过程示意图；(a)(b)分别为夹持尺寸调节过程中的两个状态示意图，(c)为夹持尺寸调节完成示意图。

图8为本发明的夹持外扩过程示意图；(a)(b)分别为夹持尺寸调节过程中的两个状态示意图，(c)为夹持尺寸调节完成示意图。

图9为本发明的弯扭机构的扭转作用示意图，(a)为扭转角为0时的状态示意图，(b)为扭转过程中的示意图。

图10为本发明的整体结构示意图2。

图中：1、弯扭机构，2、矩形夹持机构，3、支撑板，4、回转轮，5、从动锥齿轮，6、从动斜齿轮，7、从动轴，8、夹紧转盘，9、主动轴，10、主动斜齿轮，11、移动卡爪，12、螺杆支座，13、螺杆，14、滚轮支座，15、直角滚轮，16、主动锥齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图10所示，本发明包括弯扭机构1和矩形夹持机构2。

如图1～3和图6所示，矩形夹持机构2包括从动锥齿轮5、夹紧转盘8、移动卡爪11、螺杆支座12、螺杆13、滚轮支座14、直角滚轮15和主动锥齿轮16，两个从动锥齿轮5和主动锥齿轮16均布在夹紧转盘8上，并与其啮合，主动锥齿轮16上连接有驱动电机，动力通过主动锥齿轮16向夹紧转盘8传递，两个从动锥齿轮5用于保持夹紧转盘8的稳定性，移动卡爪11与回转轮4的凹形槽滑动连接，回转轮4上凹形槽的底面与夹紧转盘8端面在同一平面，移动卡爪11表面的螺纹与夹紧转盘8的螺纹槽连接，夹紧转盘8转动时通过螺纹槽推动移动卡爪11在回转轮4的凹形槽内直线移动，螺纹槽的轨迹是均匀变化的，使两个在回转轮4上对称布置的移动卡爪11同步移动，移动卡爪11上固定有螺杆支座12，螺杆13两端连接于螺杆支座12上，每条螺杆13上布置有两个方向对称的滚轮支座14，使驱动电机驱动螺杆13转动时有相反方向螺纹的两个滚轮支座14相对移动，两条螺杆13上相对的滚轮支座14的位置对称，每个滚轮支座14上设置有直角滚轮15；直角滚轮具有绕其本身轴线转动的自由度，直角滚轮15的两个锥形面同一纵切面的母线互相垂直，使矩形管进料时的直角面始终贴紧直角滚轮15的两个锥形面，通过四个直角滚轮实现对不同尺寸矩形管的夹持。

如图4和图5所示，回转轮4与移动卡爪11连接的端面上的凹形槽为两个，且对称布置于回转轮的直径方向上。夹紧转盘8上的螺纹槽只有一条，其轨迹使两个移动卡爪的移动距离同步，螺纹半径均匀变换，相连螺纹之间的螺距相等。

如图2和图4所示，弯扭机构1包括支撑板3、回转轮4、从动斜齿轮6、从动轴7、主动轴9和主动斜齿轮10，主动斜齿轮10通过主动轴9连接于支撑板3，两个从动斜齿轮6分别通过两个从动轴7连接于支撑板3，主动斜齿轮10和从动斜齿轮6与其所在轴为键连接，主动轴9和从动轴7与支撑板3之间为轴承连接，主动斜齿轮10和两个从动斜齿轮6均布在回转轮4周围并与其齿面啮合，回转轮4通过端面上对称布置的凹形槽与矩形夹持机构2连接。驱动电机通过主动轴9驱动主动斜齿轮10，带动回转轮4转动，两个从动斜齿轮6跟随回转轮4转动，与主动斜齿轮10共同保持回转轮4转动的稳定性，回转轮4另一端面与支撑板3上的环形槽连接，使回转轮4的转动始终限制在环形槽上，回转轮4带动矩形夹持机构2转动的角度为矩形管变形扭转的角度，通过支撑板3底部连接的驱动电机驱动矩形夹持机构2和弯扭机构1的共同转动，实现矩形管的弯曲变形，支撑板3的转动和回转轮4的转动的共同作用下实现矩形管的弯扭组合变形。

如图1所示，两个螺杆支座12的一端分别连接有驱动电机，驱动螺杆13转动；主动锥齿轮16的轴端连接有驱动电机提供转动动力；弯曲支板3底部中心处设置有通孔与驱动电机连接；弯曲支板3、主动锥齿轮16、主动斜齿轮10和两个螺杆13上连接的驱动电机是独立工作的，连接形式为同轴连接。夹紧转盘8和回转轮4的转动轴线相同；支撑板3与回转轮4连接的环形槽中心点位于支撑板外直角面的中心线上。

具体实施例：

1)待成形矩形管推入夹紧转盘8后，驱动电机驱动主动锥齿轮16转动，带动夹紧转盘8转动，从动锥齿轮5跟随转动，夹紧转盘8另一端面的螺纹槽对其连接的移动卡爪11产生推力，使两个移动卡爪11沿回转轮4凹形槽同步移动，带动移动卡爪11上的螺杆支座12和螺杆13移动，螺杆13上滚轮支座14和直角滚轮15也随之同向运动，螺杆支座12上的驱动电机驱动螺杆13转动，使每条螺杆13上具有相反方向螺纹的两个滚轮支座14相对移动，直至四个直角滚轮15的锥形面贴紧矩形管的四个直角。

如图7所示，当夹紧转盘8在主动锥齿轮16的作用下逆时针转动时，移动卡爪11所接触的螺纹槽段半径减小，移动卡爪11受到向夹紧转盘8中心方向的推力，沿回转轮4端面的凹形槽向夹紧转盘8中心移动，带动移动卡爪11上的螺杆支座12和螺杆13移动，从而使两条螺杆13上滚轮支座14和直角滚轮15向夹紧转盘8内移动，同时，螺杆支座12上的驱动电机驱动螺杆13转动，使每条螺杆13上的两个滚轮支座14相对移动，实现四个直角滚轮15向夹紧转盘8中心靠近。

如图8所示，当夹紧转盘8在主动锥齿轮16的作用下顺时针转动时，移动卡爪11接触的螺纹槽段半径增加，移动卡爪11受到夹紧转盘8离心方向的推力，沿回转轮4端面的凹形槽向夹紧转盘8离心方向移动，带动移动卡爪11上的螺杆支座12和螺杆13移动，从而使两条螺杆13上滚轮支座14和直角滚轮15向夹紧转盘8外移动，同时，螺杆支座12上的驱动电机驱动螺杆13转动，使每条螺杆13上的两个滚轮支座14背向移动，实现四个直角滚轮15向夹紧转盘8中心远离。

2)在实现对矩形管的夹紧后，主动轴9连接的驱动电机通过驱动主动斜齿轮10带动回转轮4在支撑板3的环形槽上转动，通过前端面连接的移动卡爪11带动矩形夹持机构2转动，为矩形管提供扭转力矩，回转轮4转动的角度则为矩形管变形相对扭转的角度。通过支撑板3底部连接的驱动电机驱动矩形夹持机构2和弯扭机构1的共同转动，实现矩形管独立的弯曲变形。若实现弯扭组合变形，需要支撑板3转动和回转轮4转动的共同作用。

如图9所示，主动斜齿轮10在主动轴9驱动力的作用下顺时针转动，带动回转轮4在支撑板3的环形槽上逆时针转动，与回转轮4啮合的两个从动斜齿轮6随之顺时针转动，回转轮4通过移动卡爪11使矩形夹持机构2逆时针转动，实现矩形管的扭转变形效果。

Claims (9)

1.一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，包括弯扭机构(1)和矩形夹持机构(2)；

弯扭机构(1)包括支撑板(3)、回转轮(4)和斜齿轮，支撑板(3)前端面开设有用于安装回转轮(4)环形槽，回转轮(4)与环形槽旋转连接；回转轮(4)内部中空设置，外周面设置有一圈斜齿，在回转轮(4)的外周面上等间隔设置有三个与斜齿啮合的斜齿轮，三个斜齿轮通过中间设置的连接轴安装于支撑板(3)上；

矩形夹持机构(2)包括夹紧转盘(8)、移动卡爪(11)和管件夹紧部件，回转轮(4)内部通过移动卡爪(11)安装有与回转轮(4)同轴布置的夹紧转盘(8)，夹紧转盘(8)通过后端面设置的锥齿圈与三个锥齿轮啮合；在回转轮(4)和夹紧转盘(8)前端面通过两个移动卡爪(11)安装有两个对称布置的管件夹紧部件；

回转轮(4)前端面径向开设有两个对称布置的凹形槽，夹紧转盘(8)前端面设置有一条呈螺旋状布置的螺纹槽，相邻螺纹之间的螺距相等；回转轮(4)通过两个凹形槽滑动安装有两个对称布置的移动卡爪(11)，且两个移动卡爪(11)通过后端面设置的螺纹与夹紧转盘(8)前端面的螺纹槽连接。

2.根据权利要求1所述的一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，每个所述的管件夹紧部件包括螺杆支座(12)、螺杆(13)、滚轮支座(14)、直角滚轮(15)，两个管件夹紧部件的两个螺杆支座(12)平行布置，两个螺杆支座(12)分别固定于两个移动卡爪(11)上，每个螺杆支座(12)上安装有两侧旋向相反的螺杆(13)，螺杆(13)两侧通过两个滚轮支座(14)安装有直角滚轮(15)，两条螺杆上的滚轮支座(14)相对布置；直角滚轮(15)主要由两个尖端相向设置的锥形轮对接组成，两个锥形轮的锥面配合形成直角面；四个直角滚轮(15)的直角面组成矩形的四个角，矩形管进料时矩形管的每个角始终贴紧直角滚轮(15)的直角面。

3.根据权利要求2所述的一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，两个螺杆支座(12)的一端均连接有驱动电机，驱动电机同时驱动两根螺杆(13)转动，从而带动螺杆(13)两侧的滚轮支座(14)相向或背向运动。

4.根据权利要求1所述的一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，斜齿轮与对应连接轴之间通过键连接，连接轴与支撑板(3)通过轴承连接；三个斜齿轮分别为一个主动斜齿轮(10)和两个从动斜齿轮(6)；主动斜齿轮(10)通过连接轴与驱动电机连接，驱动电机驱动主动斜齿轮(10)转动，从而带动回转轮(4)转动，两个从动斜齿轮(6)随回转轮(4)转动，与主动斜齿轮(10)共同保持回转轮(4)的稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，锥齿轮中间设置有锥齿轮轴，锥齿轮轴未与锥齿轮连接的一端由内向外从回转轮(4)外圆周面穿出，锥齿轮轴与回转轮(4)之间通过轴承连接；三个锥齿轮分别为两个从动锥齿轮(5)和一个主动锥齿轮(16)主动锥齿轮(16)通过锥齿轮轴与驱动电机连接，驱动电机驱动主动锥齿轮(16)转动，从而带动夹紧转盘(8)转动，两个从动锥齿轮(5)随夹紧转盘(8)转动，与主动锥齿轮(16)共同保持夹紧转盘(8)的稳定性；

夹紧转盘(8)转动时，通过前端面设置的螺纹槽带动两个移动卡爪(11)沿凹形槽相向或背向直线移动。

6.根据权利要求1所述的一种矩形管空间弯曲可变径成形装置，其特征在于，支撑板(3)底部中心处设置有通孔与驱动电机连接，通过驱动电机带动支撑板转动；支撑板(3)和夹紧转盘(8)中心开设有同轴布置的通孔。

7.根据权利要求1～6任一所述装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)定位夹紧矩形管：

矩形管件从夹紧转盘(8)通孔伸入后从支撑板(3)的通孔穿出；主动锥齿轮(16)在驱动电机驱动作用下转动，带动夹紧转盘(8)转动，夹紧转盘(8)前端面的螺纹槽转动带动两个移动卡爪(11)沿回转轮(4)的凹形槽对向移动，从而通过螺杆支座(12)带动两对滚轮支座和直角滚轮(15)向夹紧转盘(8)中心移动，直角滚轮(15)靠近矩形管，直至直角滚轮(15)锥形面在铅锤方向上的夹持距离与矩形管高度尺寸相同；

两根螺杆(13)在驱动电机的驱动下转动，从而带动螺杆(13)上的两个移动支座相对同步移动，直至直角滚轮(15)的直角面在水平方向上的夹持距离与矩形管宽度尺寸相同；

矩形管的四个直角面紧贴直角滚轮(15)的直角面，实现对矩形管的定位夹紧作用；

2)矩形管的扭转变形：

驱动电机通过连接轴驱动主动斜齿轮(10)转动，带动回转轮(4)沿顺时针或逆时针方向转动，回转轮(4)带动移动卡爪(11)、主动锥齿轮(16)、从动锥齿轮(5)转动，从而带动管件夹紧部件转动，矩形管通过管件夹紧部件的转动实现扭转变形，回转轮(4)转动的角度为矩形管相对扭转的角度；

3)矩形管的弯曲变形：

支撑板(3)在底部驱动电机的作用下转动，从而带动弯扭机构(1)及矩形夹持机构(2)同步转动，实现对矩形管的弯曲变形。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，通过同时带动支撑板(3)和回转轮(4)转动，实现矩形管的弯扭组合变形。

9.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，矩形管发生变形过程中直角滚轮(15)为矩形管提供夹紧力的同时，与矩形管保持滚动摩擦。

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