CN1405466A - 内凸轮式组合机构振动驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内凸轮式组合机构振动驱动装置，包括箱体及端盖，箱体内装有支撑法兰和转臂，内凸轮设置在支撑法兰上，并与凸轮输入轴连接，转臂的一端穿过箱体底面的中心孔，另一端与行星架相配合，摆杆安装在行星架上，摆杆和转臂之间采用了齿轮机构或摇块机构实现运动和动力传递，可精确实现W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律的输出。本发明结构简单、体积小重量轻。可以作为独立的振动驱动器使用，也可以和其它被驱动对象设计成一体使用。振动部件转动惯量小，振动频率范围宽(可达0－400Hz)；该机构属于两自由度机构，可输入两个有级或无级可调转速的匀速转动，实现变频振动，亦可采用封闭传动恒定转速输入，实现固定频率振动。

Description

内凸轮式组合机构振动驱动装置

一、技术领域

本发明属于机械传动装置，具体涉及一种振动驱动装置，特别涉及一种能够实现W＝W_H+W_A×Sin(a×t)主轴运动规律的内凸轮式组合机构振动驱动装置。

二、背景技术

在机械传动中，往往要求输出轴能够实现各种预期的运动规律，如在机械加工设备中，对周向振动钻孔、扩孔、铰孔、攻丝加工装置(或设备)，实现振动切削主运动规律W＝W_H+W_A×Sin(a×t)有两种途径，第一种途径是：给夹持刀具的主轴提供一个角速度为W_H的匀速转动(或角速度为W_A×Sin(a×t)的回转振动)，同时给夹具连同工件一起提供一个W_A×Sin(a×t)的回转振动(或角速度为W_H的匀速转动)，在工件和刀具之间实现振动切削主运动的合成，不需要运动合成机构。但当夹具连同工件一起振动时，则由于振动部件的转动惯量大，能实现的振动频率较低(一般不大于200Hz)，因而切削效率低，仅适用于尺寸小、转动惯量小的工件；当采用刀具振动的形式，虽然可以达到较高的振动频率，但因工件需要作旋转运动，故仅适应于轴类、盘类等回转体工件在车床上进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等加工，加工范围窄。第二种途径是：设计一个能直接输出W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律的振动驱动装置来实现切削主运动，不需要工件作振动或匀速转动，可以适用于各种形状和尺寸的工件。但现有的运动合成机构大都采用曲柄滑块机构或曲柄摇杆机构的设计思想实现回转振动，曲柄轴和主轴平行布置。其存在几个缺点；一是机构尺寸大结构复杂；二是振动部件的转动惯量大，不能实现较高频率的振动；三是曲柄每旋转一周振动部件只能振动一次，故要求的曲柄轴的转速较高，如实现150Hz的振动频率，曲柄轴的转速高达9000rpm。

申请人在2001年申请了一种凸轮连杆式主轴振动驱动器(专利号ZL0124062.4)，该驱动器采用多峰(谷)内轮廓线凸轮摆杆机构与四杆机构，构成一个两自由度内凸轮连杆组合机构，分别给内凸轮和摆杆轴行星架输入一个匀速旋转运动，驱动轴就能实现W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律输出。但在具体使用中发现：精确实现主轴输出运动规律和改善机构的动力传递性之间存在有缺陷，即：当要求精确实现主轴.W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律输出时，四杆机构必须是平行四边形机构，此时机构的动力传递性能不好；当要求机构的动力传递性能最佳时，四杆机构就不能是平行四边形机构，此时就不能精确实现主轴W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律输出。

综上所述，能精确可靠地实现W＝W_H+W_A×Sin(a×t)主轴运动规律，研究一种内凸轮式组合机构振动驱动装置，是申请人在一段时间研究的重点。

三、发明内容

本发明的目的旨在提供一种能够将两个匀速转动合成为W＝W_H+W_A×Sin(a×t)运动规律输出的振动驱动装置，并可以通过改变输入运动的转速实现输出运动的频律调节。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种内凸轮式组合机构振动驱动装置，包括箱体9及端盖6，箱体9内装有带轴承20的支撑法兰10以及带有轴承19、轴承21和密封圈12的转臂15，箱体9内还设有一个具有连续多峰谷“升—降—升”规律的内凸轮8，内凸轮8装在支撑法兰10上，并与凸轮输入轴4连接；摆杆14、行星架1、转臂15、滚轮16置于内凸轮8的空腔内；转臂15的一端穿过箱体9底面的中心孔，转臂15的另一端与行星架1通过轴承9相配合；行星架1上设有轴承3、轴承18、间隔套5及定距套2；行星架1、凸轮输入轴4、内凸轮8、转臂15同轴式布置；凸轮输入轴4上设有轴承7，摆杆14安装在行星架1上，转臂15与内凸轮8之间还设置有轴承17和滚轮16；其特点是：摆杆14和转臂15之间采用齿轮或摇块机构进行运动和力传递。

本发明的其他一些特点是，所述的齿轮机构是，在转臂15上设置有一扇形齿轮，通过扇形齿轮与摆杆14上的轮齿啮合进行运动和力传递。

所述的摇块机构是，在摆杆14上设置一个滑槽，在转臂15上设置一个摇块11，通过摆杆14上的滑槽与转臂15上的摇块11进行运动和动力传递；或者在摆杆14上设置一个摇块11，在转臂15上设置一个滑槽，通过摆杆14上的摇块11与转臂15上的滑槽进行运动和动力传递。

所述轴承3、轴承17、轴承18轴承19、轴承20、轴承21为滚动轴承或滑动轴承。

由于本发明专利采用了内凸轮式组合机构传动原理，该机构是一个两自由度组合机构，分别给内凸轮和行星架组件输入一个匀速转动，转臂(输出轴)就能精确实现W＝W_H+W_A×Sin(a^*×t)运动规律输出。

四、附图说明

图1是本发明的结构纵向剖面图；

图2是图1的B-B的横向剖面图，也是本发明实施例1的横向剖面图；

图3是本发明带有扇形齿轮的摆杆14的结构图；

图4是本发明带有扇形齿轮的转臂15的结构图；

图5是本发明实施例2的横向剖面图；

图6是本发明带有摇块11的转臂15的组件结构图

图7是本发明带有滑槽的摆杆14的结构图；

图8是本发明实施例3的横向剖面图；

图9是本发明带有滑槽的转臂15的结构图；

图10是本发明带有摇块11的摆杆14的组件结构图。

五、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，下面结合附图和发明人按本技术方案所提供的具体实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1，参见图1～4，本发明的内凸轮式组合机构振动驱动装置，包括箱体9和端盖6，箱体9内设置有带轴承20的支撑法兰10以及带轴承19、轴承21和密封圈12的转臂15，转臂15的一端穿过箱体9底面的中心孔，转臂15的另一端与行星架1相配合，箱体9内还设置有一个内凸轮8，内凸轮8为一具有连续多峰(谷)“升—降—升”规律的内廓线型式，内凸轮8设置在支撑法兰10上，并与凸轮输入轴4连接，轴承3、轴承18、间隔套5及定距套2设置在行星架1上，行星架1为封闭框架式结构，也可为悬臂销式结构，其上设置有轴承孔，轴端可制成单键或花键，凸轮输入轴4上设置有轴承7，摆杆14通过销轴13安装在行星架1上，转臂15与内凸轮8之间还设置有轴承17和滚轮16，轴承3、轴承17和轴承18为滚动或滑动轴承，行星架1、凸轮输入轴4、内凸轮8、转臂15为同轴式布置，摆杆14及行星架1、转臂15、滚轮16置于内凸轮8的空腔内，摆杆14为具有三个平行孔的半封闭框架式结构，可以做成带弹性部分的力封闭结构，也可以做成不带弹性部分的结构，且摆杆14上设置有与转臂15相啮合的扇形齿轮。摆杆14的运动和动力通过齿轮副传递给转臂15。

实施例2，参见图1，5～7，本实施例中，摆杆14与转臂15通过设置在其滑槽内的摇块11相联接(参见图6、7)。其它零部件及零部件的联接关系同实施例1。摆杆14的运动通过摇块11传递给转臂15。

实施例3，参见图1，8～10，在本实施例中，与实施例2所不同的是，滑槽制作在转臂15上、摇块11与摆杆14相联接(参见图9、10)。其它零部件及零部件的联接关系同实施例1。摆杆14的运动通过摇块11传递给转臂15。

本发明的工作原理如下：当给内凸轮8输入一个匀速转动而行星架1不动时，转臂15实现回转振动；当同时给内凸轮8和行星架1输入一个同向等速转动W_H时，则行星架1、摆杆14、滚轮16、转臂15相对静止，并一起以W_H作匀速转动。当内凸轮8的输入转速为W₁，行星架1的转速为W_H(W_H≠W₁)时，则转臂15的运动规律为W＝W_H+W_A×Sin(a×t)。其中a＝k(W₁-W_H)/2π是由结构参数内凸轮的峰(谷)数k和运动参数(W₁-W_H)决定的系数；W_A是由内凸轮8、摆杆14和转臂15的结构参数决定的系数；

本发明采用同轴式布置，置内凸轮摆杆机构与齿轮机构(或摇块机构)构成的组合机构于内凸轮的空腔内，结构简单、体积小重量轻。可以作为独立的振动驱动器使用，也可以和其它被驱动对象设计成一体使用。振动部件转动惯量小，振动频率范围宽(可达0-400Hz)；该机构属于两自由度机构，可输入两个有级或无级可调转速的匀速转动，实现变频振动，亦可采用封闭传动恒定转速输入，实现固定频率振动。

Claims (4)

1、一种内凸轮式组合机构振动驱动装置，包括箱体[9]及端盖[6]，箱体[9]内装有带轴承[20]的支撑法兰[10]以及带有轴承[19]、轴承[21]和密封圈[12]的转臂[15]，箱体[9]内还设有一个具有连续多峰谷“升——降——升”规律的内凸轮[8]，内凸轮[8]装在支撑法兰[10]上，并与凸轮输入轴[4]连接；摆杆[14]、行星架[1]、转臂[15]、滚轮[16]置于内凸轮[8]的空腔内；转臂[15]的一端穿过箱体[9]底面的中心孔，转臂[15]的另一端与行星架[1]通过轴承[9]相配合；行星架[1]上设有轴承[3]、轴承[18]、间隔套[5]及定距套[2]；行星架[1]、凸轮输入轴[4]、内凸轮[8]、转臂[15]同轴式布置；凸轮输入轴[4]上设有轴承[7]，摆杆[14]安装在行星架[1]上，转臂[15]与内凸轮[8]之间还设置有轴承[17]和滚轮[16]；其特征在于：摆杆[14]和转臂[15]之间采用齿轮或摇块机构进行运动和力传递。

2.根据权利要求1所述的内凸轮式组合机构振动驱动装置，其特征在于：所述的齿轮机构是，在转臂[15]上设置有一扇形齿轮，通过扇形齿轮与摆杆[14]上的轮齿啮合进行运动和力传递。

3.根据权利要求1所述的内凸轮式组合机构振动驱动装置，其特征在于：所述的摇块机构是，在摆杆[14]上设置一个滑槽，在转臂[15]上设置一个摇块[11]，通过摆杆[14]上的滑槽与转臂[15]上的摇块[11]进行运动和动力传递；或者在摆杆[14]上设置一个摇块[11]，在转臂[15]上设置一个滑槽，通过摆杆[14]上的摇块[11]与转臂[15]上的滑槽进行运动和动力传递。

4.根据权利要求1所述的内凸轮式组合机构振动驱动装置，其特征在于：所述轴承[3]、轴承[17]、轴承[18]轴承[19]、轴承[20]、轴承[21]为滚动轴承或滑动轴承。

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