CN117231585B - 一种减速器负载机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减速器负载机构，包括壳体、端盖、活塞和活塞杆，活塞将壳体的空间分隔成相互独立的第一气室和第二气室，活塞杆带动活塞直线运动，在行程中两个气室均密闭，利用两气室之间的压力差形成负载阻力，并在行程的初始和终止位置，两气室分别与外界连通，自动补气和排气。本发明结构紧凑，体积小巧，无需外接气源、供电或控制线路，避免发生干涉，过载能力强，安全系数高，且在运行过程中可有效降低机构整体的温升。
Description
技术领域
本发明涉及减速器测试领域，特别是涉及一种减速器负载机构。
背景技术
目前减速器或机器人在负载测试过程中，通常选择在输出端连接电机、制动器、刹车机构或重物等等方式提供输出阻力，当输出功率较大时，还需要配套冷却水箱进行降温。这样的负载方案在使用中存在如下缺点：1、电机、制动器、刹车机构需外接电源或控制机构，负载功率较大时，负载装置的体积也较大，并需要庞大的冷却散热系统，当机器人需要多轴联动时，外接线路还会造成缠绕或干涉；2、使用重物以重力的方式提供负载阻力时，在一个旋转周期内负载力矩持续变化，且在上升和下降时，力矩方向相反，并在高速时产生较大的惯性力矩，影响测试效果。
因此。如何能创设一种新的减速器负载机构，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种减速器负载机构，使其无需外接气源或线路，避免发生干涉，且在往复周期内提供连续稳定的负载力矩，使用方便，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种减速器负载机构，包括壳体、端盖、活塞和活塞杆，所述壳体内部中空，端盖与壳体连接并将壳体封闭，活塞杆贯穿壳体和端盖，两端分别伸出壳体和端盖外，活塞杆与壳体和端盖之间均滑动连接并密封，活塞固定连接在活塞杆的中部，活塞位于壳体内并将壳体的空间分隔成相互独立的第一气室和第二气室；
端盖上安装有第一进气阀和第一排气阀，第一进气阀和第一排气阀均与第一气室连通；
活塞杆内部中空并设有与第二气室连通的通道，活塞杆的左端安装第二进气阀，壳体上安装第二排气阀，第二进气阀和第二排气阀均与第二气室连通；
活塞杆的左端设有与活塞杆随动且与第一进气阀位置相对的第一调整螺钉，端盖上设有与第二进气阀位置相对的第二调整螺钉；
所述活塞杆带动活塞直线运动，在行程初始位置，活塞与第二排气阀接触，第一调整螺钉与第一进气阀接触，第二排气阀和第一进气阀开启；在行程终止位置，活塞与第一排气阀接触，第二调整螺钉与第二进气阀接触，第一排气阀和第二进气阀开启；在行程中间位置，第一进气阀、第一排气阀、第二进气阀、第二排气阀均处于关闭状态，通过第一气室和第二气室之间的压力差形成阻力。
作为本发明的一种改进，所述活塞杆的右端安装有第三排气阀，用于调整第二气室的最大压力。
进一步地，所述活塞杆的右端加工有外螺纹，活塞杆右端与转接螺母螺纹连接，转接螺母通过螺栓连接在减速器输出端，活塞杆的左端外周加工有花键，端盖上加工有内花键，活塞杆与端盖之间通过花键连接，用于限制活塞杆的转动，减速器输出端旋转，带动转接螺母旋转，进而驱动活塞杆直线运动。
进一步地，所述壳体的右端设置有固定组件，用于与减速器本体连接固定，固定组件包括连接环、锁紧环和锥套，连接环与壳体为一体结构，自壳体右端延伸而出，连接环和锁紧环均呈环状，并具有倾斜角度相反的锥形内壁，锥套套装在减速器本体外，锥套的外壁与连接环及锁紧环内壁贴合，连接环和锁紧环之间通过螺栓连接，随着螺栓逐渐锁紧，连接环和锁紧环径向挤压锥套，进而将减速器本体夹紧固定。
进一步地，所述第一排气阀和第二排气阀均包括排气阀杆、排气阀芯、螺塞和弹簧，端盖或壳体上开有阶梯状的阀孔，并在阀孔侧壁开有与外界连通的排气孔，阀孔变径处呈内锥形，排气阀芯呈外锥形置于阀孔内，并与阀孔的内锥面贴合密封，排气阀杆从排气阀芯的中心旋入并伸入壳体内，螺塞旋入阀孔的大径端，螺塞与排气阀芯之间抵接弹簧。
进一步地，所述第一进气阀和第二进气阀均包括进气阀座、进气阀杆、进气阀芯、弹簧座和弹簧，所述进气阀座沿轴线开有贯穿的进气孔，进气孔一端呈内锥形，进气阀杆和进气阀芯为一体结构，进气阀杆与进气阀芯一同置于进气孔内，进气阀芯的外锥面与进气孔内锥面贴合密封，进气阀杆上开有延伸至进气阀芯锥面的进气槽；
所述活塞杆左端或端盖上开有阀孔，弹簧座置于阀孔孔底，进气阀座整体旋入至阀孔内，并使进气阀杆面向外侧，进气阀座与弹簧座之间抵接弹簧。
进一步地，所述第二进气阀的进气阀座上安装有第一支臂，第一调整螺钉与第一支臂之间通过螺纹连接，改变第一调整螺钉的旋入深度用于调节第一进气阀的开启和关闭时机。
进一步地，所述端盖上安装有第二支臂，第二调整螺钉与第二支臂之间通过螺纹连接，改变第二调整螺钉的旋入深度用于调节第二进气阀的开启或关闭时机。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1、结构紧凑，重量轻，操作简单免维护，无需外接气源、电源或其他线路，避免发生缠绕或干涉，便于与减速器或机器人集成安装；
2、以空气作为工作介质，洁净环保，过载能力强，且即使过载后机构损坏几率较小，不易对其他设备和人员造成伤害，安全系数高；
3、通过调整弹簧预紧力即可调整负载大小，且在往复周期内，可提供连续稳定的负载力矩，增大气室容积可减小活塞在起始位置和终止位置的阻力差值。
4、气室中的空气在排出过程中可带走一部分热量，并吸入低温空气，可减小机构的温升。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的一种减速器负载机构的结构示意图。
图2是图1中A处的局部放大结构示意图。
图3是图1中B处的局部放大结构示意图。
附图标记说明：1、壳体；2、端盖；3、活塞杆；4、活塞；5、转接螺母；6、减速器输出端；7、减速器本体；8、锥套；9、连接环；10、锁紧环；11、第一气室；12、第二气室；13、第一进气阀；14、第一排气阀；15、第二进气阀；16、第二排气阀；17、第三排气阀；18、第一支臂；19、第二支臂；20、第一调整螺钉；21、第二调整螺钉；22、进气阀座；23、进气阀杆；24、进气阀芯；25、进气孔；26、进气槽；27、弹簧座；28、弹簧；29、排气孔；30、排气阀杆；31、排气阀芯；32、螺塞。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本发明提供一种减速器负载机构，包括壳体1、端盖2、活塞杆3和活塞4。
所述壳体1为内部中空的结构，端盖2通过螺栓连接在壳体1上并将壳体1封闭。活塞杆3贯穿壳体1和端盖2，活塞杆3的左端伸出于端盖2之外，右端伸出与壳体1之外。
活塞杆3的右端外周加工有外螺纹，并与转接螺母5连接。转接螺母5通过螺栓连接到减速器输出端6。活塞杆3的左端外周加工有外花键，端盖2上加工有内花键，活塞杆3与端盖2之间通过花键连接，限制活塞杆3的转动。
壳体1的右端设置有固定组件，用于与减速器本体7连接固定。固定组件包括连接环9、锁紧环10和锥套8。
连接环9与壳体1为一体结构，自壳体1右端延伸而出。连接环9和锁紧环10均呈环状，并具有倾斜角度相反的锥形内壁，锥套8套装在减速器本体7外，锥套8的外壁与连接环9及锁紧环10内壁贴合。安装时将连接环9和锁紧环10通过螺栓连接，随着螺栓逐渐旋紧，连接环9和锁紧环10径向挤压锥套8，进而将减速器本体7夹紧固定。
需要说明的是，固定组件的作用是实现壳体1与减速器本体7的连接，本实施例中只是列举了其中一种连接方式，在实际使用中还需要根据减速器本体7的具体结构进行选择。
减速器输出端6旋转带动转接螺母5旋转，由于壳体1固定组件与减速器本体7连接固定，端盖2又与活塞杆3通过花键连接，因此当转接螺母5转动时，活塞杆3做直线运动。减速器输出端6正转，活塞杆3自右向左运动，减速器输出端6反转，活塞杆3自左向右运动。在运动过程中，活塞杆3始终保持与壳体1和端盖2之间的滑动连接并密封，活塞4也与壳体1内壁滑动密封。所述端盖2上安装有与第一气室11连通的第一进气阀13和第一排气阀14，用于控制第一气室11的进排气。
所述活塞杆3的内部中空并设有第二气室12连通的通道，活塞杆3的左端安装第二进气阀15，壳体1上安装第二排气阀16，第二进气阀15和第二排气阀16均与第二气室12连通，用于控制第二气室12的进排气。
活塞杆3的左端设有与活塞杆3随动且与第一进气阀13位置相对的第一调整螺钉20，端盖2上设有与第二进气阀15位置相对的第二调整螺钉。
当活塞杆3位于正行程的初始位置，即图1中所示位置，活塞4的右侧表面与第二排气阀16接触，同时第一调整螺钉20与第一进气阀13接触，此时第一进气阀13和第二排气阀16均处于开启状态，第一气室11和第二气室12均与外界连通。
当活塞杆3开始向左移动后，活塞4与第二排气阀16脱离，同时第一调整螺钉20也与第一进气阀13脱离。此时，第一进气阀13、第一排气阀14、第二进气阀15、第二排气阀16均处于关闭状态。随着活塞杆3的移动，第一气室11内气压逐渐升高，第二气室12内气压逐渐降低，两者之间产生压力差，从而形成对活塞杆3运动的负载阻力。
当活塞杆3运动至正行程的终止位置时，活塞4的左侧表面与第一排气阀14接触，同时第二调整螺钉21与第二进气阀15接触，第一排气阀14和第二进气阀15开启，第二气室12放气，第一气室11补气。此时，第一气室11和第二气室12内压力均恢复至常压。
活塞杆3的反行程与正行程的动作相反，在此不再进行赘述。
在本实施例中，活塞杆3的右端还安装有第三排气阀17，第三排气阀17的作用类似于安全阀，用于设定和调整第二气室12内的最大压力，当第二气室12内压力大于设定压力时，第三排气阀17便被气压顶开，自动放气。
请参阅图2，所述第一排气阀14、第二排气阀16和第三排气阀17的结构相同，只是安装位置不同。具体结构包括排气阀杆30、排气阀芯31、螺塞32和弹簧28。
根据不同的安装位置，在端盖2、壳体1或活塞杆3上开有阶梯状的阀孔，并在阀孔的侧壁开有与外界连通的排气孔29。阀孔在变径处呈内锥形，排气阀芯31呈外锥形并置入阀孔内，排气阀芯31外锥面与阀孔内锥面严密贴合形成密封。排气阀芯31的中心开有螺纹孔，排气阀杆30从排气阀芯31的中心旋入并伸入至壳体1内部。螺塞32从外部旋入至阀孔的大径端，螺塞32和排气阀芯31之间抵接弹簧29。
调节螺塞32的旋入深度，便可对弹簧29的预紧力进行调整，也即负载阻力的调整。取下调整螺塞32后，即可对内部的排气阀杆30调整，排气阀杆30伸入至壳体1内的深度决定了第一气室11或第二气室12的排气时机。
请参阅图3，所述第一进气阀13和第二进气阀15的结构相同，只是安装位置不同。具体结构包括进气阀座22、进气阀杆23、进气阀芯24、弹簧座27和弹簧28。
所述进气阀座22沿轴线开有贯穿的进气孔25，进气孔25一端呈内锥形。进气阀杆23和进气阀芯24为一体结构，进气阀杆23与进气阀芯24一同置于进气孔25内，并使进气阀芯24的外锥面与进气孔25的内锥面贴合密封。进气阀杆23自顶面开有延伸至进气阀芯24锥面的进气槽26。
根据不同的安装位置，在活塞杆3左端或端盖2上开有阀孔，安装时先将弹簧座27置于阀孔的孔底，再将弹簧28抵接在弹簧座27上，最后从阀孔的最外端将进气阀座22、进气阀杆23、进气阀芯24整体旋入，进气阀芯24与弹簧抵接，进气阀杆23面向外侧。
当活塞杆3运动至指定位置时，第一调节螺钉20或者第二调整螺钉21与进气阀杆23接触，并推动进气阀芯24克服弹簧28的弹力而移动。移动后进气阀芯24与进气阀座22锥面之间产生空隙，外部空气经进气孔25、进气槽26和弹簧座27的中心孔后，进入第一气11或第二气室12，实现补气。
调整进气阀座22整体的旋入深度，用于调整气室内负压大小。
请再参阅图1，所述第一调整螺钉20和第二调整螺钉21的具体安装方式如下：在第二进气阀15的进气阀座22上安装呈Z形的第一支臂18，并在第一支臂18的端部开螺纹孔，旋入第一调整螺钉20；在端盖2上通过螺栓安装呈L形的第二支臂19，并在第二支臂19的端部开螺纹孔，旋入第二调整螺钉21。这样设置是为了使第一调整螺钉20和第二调整螺钉21的旋入深度可调，进而用于调整第一进气阀13和第二进气阀15的开启关闭时机。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种减速器负载机构，其特征在于，包括壳体、端盖、活塞和活塞杆，所述壳体内部中空，端盖与壳体连接并将壳体封闭，活塞杆贯穿壳体和端盖，两端分别伸出壳体和端盖外，活塞杆与壳体和端盖之间均滑动连接并密封，活塞固定连接在活塞杆的中部，活塞位于壳体内并将壳体的空间分隔成相互独立的第一气室和第二气室；
端盖上安装有第一进气阀和第一排气阀，第一进气阀和第一排气阀均与第一气室连通；
活塞杆内部中空并设有与第二气室连通的通道，活塞杆的左端安装第二进气阀，壳体上安装第二排气阀，第二进气阀和第二排气阀均与第二气室连通；
活塞杆的左端设有与活塞杆随动且与第一进气阀位置相对的第一调整螺钉，端盖上设有与第二进气阀位置相对的第二调整螺钉；
所述活塞杆带动活塞直线运动，在行程初始位置，活塞与第二排气阀接触，第一调整螺钉与第一进气阀接触，第二排气阀和第一进气阀开启；在行程终止位置，活塞与第一排气阀接触，第二调整螺钉与第二进气阀接触，第一排气阀和第二进气阀开启；在行程中间位置，第一进气阀、第一排气阀、第二进气阀、第二排气阀均处于关闭状态，通过第一气室和第二气室之间的压力差形成阻力。
2.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述活塞杆的右端安装有第三排气阀，用于调整第二气室的最大压力。
3.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述活塞杆的右端加工有外螺纹，活塞杆右端与转接螺母螺纹连接，转接螺母通过螺栓连接在减速器输出端，活塞杆的左端外周加工有花键，端盖上加工有内花键，活塞杆与端盖之间通过花键连接，用于限制活塞杆的转动，减速器输出端旋转，带动转接螺母旋转，进而驱动活塞杆直线运动。
4.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述壳体的右端设置有固定组件，用于与减速器本体连接固定，固定组件包括连接环、锁紧环和锥套，连接环与壳体为一体结构，自壳体右端延伸而出，连接环和锁紧环均呈环状，并具有倾斜角度相反的锥形内壁，锥套套装在减速器本体外，锥套的外壁与连接环及锁紧环内壁贴合，连接环和锁紧环之间通过螺栓连接，随着螺栓逐渐锁紧，连接环和锁紧环径向挤压锥套，进而将减速器本体夹紧固定。
5.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述第一排气阀和第二排气阀均包括排气阀杆、排气阀芯、螺塞和弹簧，端盖或壳体上开有阶梯状的阀孔，并在阀孔侧壁开有与外界连通的排气孔，阀孔变径处呈内锥形，排气阀芯呈外锥形置于阀孔内，并与阀孔的内锥面贴合密封，排气阀杆从排气阀芯的中心旋入并伸入壳体内，螺塞旋入阀孔的大径端，螺塞与排气阀芯之间抵接弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述第一进气阀和第二进气阀均包括进气阀座、进气阀杆、进气阀芯、弹簧座和弹簧，所述进气阀座沿轴线开有贯穿的进气孔，进气孔一端呈内锥形，进气阀杆和进气阀芯为一体结构，进气阀杆与进气阀芯一同置于进气孔内，进气阀芯的外锥面与进气孔内锥面贴合密封，进气阀杆上开有延伸至进气阀芯锥面的进气槽；
所述活塞杆左端或端盖上开有阀孔，弹簧座置于阀孔孔底，进气阀座整体旋入至阀孔内，并使进气阀杆面向外侧，进气阀座与弹簧座之间抵接弹簧。
7.根据权利要求6所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述第二进气阀的进气阀座上安装有第一支臂，第一调整螺钉与第一支臂之间通过螺纹连接，改变第一调整螺钉的旋入深度用于调节第一进气阀的开启和关闭时机。
8.根据权利要求1所述的一种减速器负载机构，其特征在于，所述端盖上安装有第二支臂，第二调整螺钉与第二支臂之间通过螺纹连接，改变第二调整螺钉的旋入深度用于调节第二进气阀的开启或关闭时机。
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