CN1771402A

CN1771402A - 旋转轴用平衡器机构

Info

Publication number: CN1771402A
Application number: CNA2003801103058A
Authority: CN
Inventors: 町田昌弘; 四林博之
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2006-05-10
Also published as: AU2003273058A1; WO2005038291A1; US20060185470A1; EP1677028A1; JPWO2005038291A1; EP1677028A4

Abstract

一种旋转轴用平衡器机构(8)，具有：固定在旋转轴(3)左端部上的凸轮构件(10)；抵接在凸轮构件(10)上并进行从动的凸轮从动构件(15)；对凸轮从动构件(15)向凸轮构件(10)的一方予以弹性施力的气体弹簧(20)、即、使通过凸轮从动构件(15)和凸轮构件(10)而抵消旋转扭矩至少一部分的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴(3)的气体弹簧(20)。使用气体弹簧，可将对作用于旋转轴的旋转扭矩至少一部分予以抵消的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴，能简单而可靠地减轻所述旋转扭矩。

Description

旋转轴用平衡器机构

技术领域

本发明，涉及对构件作用在转动自如地支承于轴支承部的旋转轴上的旋转扭矩予以减轻用的平衡器机构，而所述构件由该旋转轴支承。

背景技术

以往，分度器(日文：インデクサ一)装置、曲柄冲床装置、自动机械手臂等装置上，旋转轴可转动自如地被支承在轴支承部上，在该旋转轴上支承有工作台单元、可动盘和臂部等构件。

例如，在分度器装置中，固定于工作台单元的1对旋转轴转动自如地支承在轴支承部上，驱动力从电动机输入于该旋转轴，工作台单元被转动驱动。

在工作台单元上，设有可围绕与所述旋转轴的轴心正交的轴转动的转盘及其驱动机构，该转盘上安装有装拆自如的工件，对工件进行机械加工。

通常，作为置于分度器装置的工件，因假定了各种形状、尺寸的工件，故难以使工作台单元及安装在工作台单元上的工件的转动中心(旋转轴的轴心)与重心一致。因此，该工作台单元及工件的偏负载所产生的旋转扭矩作用于旋转轴，电动机的负载变大。

因此，考虑了在工作台单元等上安装平衡块，使工作台单元及工件的转动中心与重心一致，但使工作台单元和工件转动、转动停止时的应答性变差。

这种问题不仅是分度器装置的问题，而且是曲柄冲床装置和自动机械手臂等各种装置的问题，即，所述各种装置由构件将旋转扭矩作用于转动自如地支承在轴支承部上的旋转轴上，而所述构件由该旋转轴支承。

然而，在工作台单元及工件的转动中心与重心不一致的场合，作用于旋转轴上的旋转扭矩的大小随旋转轴(工作台单元及工件)的转动角度而变化。

日本专利特开2001-277059号公报揭示了一种具备带压力机构的旋转工作台。在该带压力机构中，在旋转轴的端部形成有气动孔，在该孔的壁面形成有第1、第2受压面。在旋转轴的气动孔中插入空气供给构件，由第1或第2受压面接受从该空气供给构件的第1或第2气孔所供给的加压空气，旋转扭矩向第1或第2旋转方向作用于旋转轴。这样，发生平衡用旋转扭矩，其抵消由旋转工作台及工件的偏负荷所产生的旋转扭矩的至少一部分。

但是，在该旋转工作台中，必须在旋转轴的端部形成气动孔，在该孔的壁面形成第1、第2受压面，设置空气供给构件，将该空气供给构件插入气动孔中，且还必须有空气通道和加压空气供给装置，因此，结构复杂，制作成本较高。另外，为了对付根据旋转轴的旋转角度而变化的旋转扭矩，虽然设置气阀和控制装置，对供给于气动孔的加压空气的压力进行调节，也可调节平衡用旋转扭矩，但进一步使结构复杂化，制作成本变高。

发明内容

本发明的目的是如下：使用气体弹簧，使对作用于旋转轴的旋转扭矩的至少一部分予以抵消的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴，简单而可靠地减轻所述旋转扭矩；减轻对旋转轴予以驱动的驱动机构的负荷；使由旋转轴支承的构件转动、转动停止时的应答性良好；使大小根据所述旋转扭矩大小的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴；使结构简单化；可容易地安装在由支承在旋转轴上的构件将旋转扭矩作用于该旋转轴的各种现有装置上进行使用等。

本发明的平衡器机构，减轻由构件作用在转动自如地支承于轴支承部的旋转轴上的旋转扭矩，而所述构件由该旋转轴支承，其特点是，具有：固定在所述旋转轴端部上的凸轮构件；与所述凸轮构件抵接进行从动的凸轮从动构件；对所述凸轮从动构件向凸轮构件一方予以弹性施力的气体弹簧、即、通过凸轮从动构件和凸轮构件而使平衡用旋转扭矩作用于旋转轴上的气体弹簧，所述平衡用旋转扭矩抵消所述旋转扭矩的至少一部分。(技术方案1)。

该旋转轴用平衡器机构，可适用于这样一种装置，该装置具有如下的由支承在旋转轴上的构件作用旋转扭矩的旋转轴：在分度器装置中，对装拆自如地安装工件的工作台单元予以转动自如地进行支承的旋转轴；在曲柄冲压装置中，对上下往复驱动可动盘的曲柄机构的曲柄轴予以旋转自如地进行支承的旋转轴；在自动机械手臂中，对臂部予以转动自如地进行支承的旋转轴等等。

在该旋转轴用平衡器中，在旋转轴端部固定有凸轮构件，凸轮从动构件受到气体弹簧的朝向凸轮构件的一方的弹性施力，被推压抵接在凸轮构件上，凸轮从动构件跟从凸轮构件，而凸轮构件与旋转轴一体转动。利用该气体弹簧，可使通过凸轮从动构件和凸轮构件而抵消所述旋转扭矩至少一部分的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴，减轻所述旋转扭矩。

如此，使用气体弹簧，可使抵消所述旋转扭矩至少一部分的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴，简单而可靠地减轻所述旋转扭矩，因此，可减轻对旋转轴进行驱动的驱动机构的负荷，使由旋转轴支承的构件转动、转动停止时的应答性良好。而且，平衡机构成为具有凸轮构件、凸轮从动构件和气体弹簧的简单结构，对制作成本是有利的。此外，可容易地安装在由支承在旋转轴上的构件将旋转扭矩作用于旋转轴的各种现有装置上进行使用，通用性优异。

接着，说明本发明的较佳结构、可实施的结构。

所述凸轮构件由以相对于所述旋转轴的轴心偏心的位置为中心的圆板构件构成，在该圆板构件的外周面抵接有所述凸轮从动构件(权利要求2)。

可将凸轮构件作成简单的形状，可使凸轮从动构件顺利地跟从凸轮构件。旋转轴的旋转角度在0～360度的大致整个区域，利用气体弹簧，通过凸轮从动构件和凸轮构件使所述平衡用旋转扭矩作用于旋转轴，可减轻所述旋转扭矩。此外，所述旋转扭矩的大小根据旋转轴的转动角度而变化，但利用气体弹簧，可使从凸轮从动构件将力输入于凸轮构件的输入位置、力的方向和大小予以适当变化，可使大小根据所述旋转扭矩的大小的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴。

所述凸轮从动构件由旋转自如地安装在所述气体弹簧上的滚轮构件构成(权利要求3)。可使滚轮构件(凸轮从动构件)与圆板构件(凸轮构件)的外周面抵接，更顺利地使其跟从，可尽量防止凸轮构件与凸轮从动构件的磨损、损伤，而延长寿命。

利用所述气体弹簧对凸轮从动构件进行弹性施力的方向，朝向所述旋转轴的轴心的一方(权利要求4)。由于可固定安装气体弹簧，故气体弹簧的组装变得简单，因此，可使大小根据所述旋转扭矩的大小的平衡用旋转扭矩作用于旋转轴。

这里，也可调节对凸轮从动构件向凸轮构件予以弹性施力的气体弹簧的弹性力、即调节气体弹簧内的气体压力。此时，也可设置根据所述旋转扭矩的大小来自动调节气体压力的气体压力调节装置。另外，也可调节由气体弹簧对凸轮从动构件予以弹性施力的方向、即调节气体弹簧的位置(姿势)。此时，也可设置根据所述旋转扭矩的大小来自动调节气体弹簧位置的气体弹簧位置调节装置。

附图的简单说明

图1是本发明实施例的具有平衡器机构的分度器装置的主视图。

图2是分度器装置的左视图。

图3是图2中III-III线的剖视图。

图4～图7是旋转轴用平衡器机构的动作说明图，图4表示旋转轴的转动角度为0度、图5表示旋转轴的转动角度约为30度、图6表示旋转轴的转动角度为90度、图7表示旋转轴的转动角度约为150度的状态。

图8是作用于旋转轴的平衡用旋转扭矩等的说明图。

图9是表示根据旋转轴转动角度而作用于旋转轴的平衡用旋转扭矩的图表。

图10是变更实施例的具有平衡机构的分度器装置的左视图。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施例。本实施例，是对利用工作机械对实施机械加工的工件安装成装拆自如的分度器装置、应用本发明的旋转轴用平衡器机构时的一个例子。将图1中箭头a和b作为上方和左方进行说明。

如图1所示，分度器装置1具有：工作台单元2；固定在工作台单元2上的左右1对旋转轴3、4；包括转动自如地支承旋转轴3的轴支承部在内的左轴支承机构5；包括转动自如地支承旋转轴4的轴支承部在内的右轴支承机构6；转动驱动机构7，其具有将工作台单元2和旋转轴3、4围绕旋转轴3、4的轴心A予以转动驱动的电动机7a；本申请特有的旋转轴用平衡器机构8(下面称为平衡器机构8)。另外，对于工作台单元2、旋转轴3和轴支承机构5，在图1和图2～图7中结构多少有点不同，但实质上是相同的，故用同一符号进行说明。

转动驱动机构7设在右轴支承机构6的附近，驱动力从该旋转驱动机构7输入旋转轴4，工作台单元2就被转动驱动。在工作台单元2上，设有可围绕与旋转轴3、4的轴心A正交的轴作转动的转盘及其驱动机构(图示省略)，在该转盘上安装有装拆自如的工件W，对工件W实施机械加工。

在工作台单元2及安装在工作台单元2上的工件W的重心不与旋转轴3、4的轴心A一致的场合，在旋转轴3、4上作用了由该工作台单元2及工件W的偏负荷所产生的旋转扭矩M1。

平衡器机构8是用来减轻由构件(工作台单元2及工件W)作用在转动自如地支承于轴支承机构5、6的旋转轴3、4上的旋转扭矩M1，而所述构件由该旋转轴3、4支承。

现详细说明平衡器机构8。

如图1～图7所示，平衡器机构8具有：固定在旋转轴3左端部上的凸轮构件10；从大致下侧与凸轮构件10抵接而进行从动的凸轮从动构件15；以及对凸轮从动构件15向凸轮构件10一方(上方)予以弹性施力的气体弹簧20，即，使通过凸轮从动构件15和凸轮构件10而抵消所述旋转扭矩M1至少一部分的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3的气体弹簧20。

旋转轴3的左端面从轴支承机构5的左端向外部露出，在该旋转轴3的左端面固定有相对旋转轴3的轴心A偏心的短尺寸的轴构件14，在该轴构件14的左端面固定有凸轮构件10。

凸轮构件10由以相对旋转轴3的轴心A偏心的位置为中心B的圆板构件10构成，且构成为在该圆板构件10的外周面抵接有凸轮从动构件15的状态。凸轮从动构件15由旋转自如地安装在气体弹簧20上的滚轮构件15构成。这里，工作台单元2及工件W的重心位置位于最下侧，旋转扭矩M1未作用于旋转轴3的状态(例如图1的状态)时，圆板构件10的中心B被设定成为旋转轴3的轴心A的正下方(参照图2、图4)。

气体弹簧20以立起姿势被配设在凸轮构件10和轴构件14的下侧，气体弹簧20的缸构件21通过托架19等而固定在轴支承机构5的框架上。气体弹簧20的输出构件22从缸构件21向上方突出，利用充填在缸构件21内的加压空气对其向上方弹性施力。在输出构件22的上端部固定有托架25，在该托架25上固定有朝向左右方向的滚轮轴26的两端部，在该滚轮轴26上支承有转动自如的滚轮构件15。

接着，根据图8来说明作用于旋转轴3的平衡用旋转扭矩M2。将圆板构件10的半径设为R，将滚轮构件15的半径设为r，将圆板构件10的中心B的偏心量设为m，将∠ACB的角度设为θ，将利用气体弹簧20对滚轮构件15向上方予以弹性施力的弹力设为F。

如图8所示，圆板构件10的中心B的轨迹称为圆t，θ在0～约25度的范围内变化。在将B位于最下侧时的旋转轴3的转动角度θa设为0度的场合、旋转轴3的转动角度θa为0度或180度的场合，θ成为最小角度0度，在旋转轴3的转动角度θa为90度或270度的场合，θ成为最大角度约25度。

由滚轮构件15向圆板构件10输入从p向B方向的力f＝F×cosθ。

对于该力f，A与q之间的长度成为杠杆，平衡用旋转扭矩M2＝f×L＝F×cosθ×L作用于旋转轴3。

这里，在θ角度近似为25度的场合，

可近似为L＝(R+r)×tanθ

并可近似为M2＝F×cosθ×(R+r)tanθ＝F×(R+r)×sinθ

实际上，根据ΔABC中的余弦定理，成为

h＝(R+r)×cosθ+[(R+r)²×cos²θ-(R+r)²+m²]^1/2

因此成为：

M2＝F×cosθ×[(R+r)×cosθ+[(R+r)²×cos²θ-(R+r)²+m²]^1/2]×sinθ

这里，在作成r∶R∶m＝6∶15∶8时，

M2＝F×cosθ×[21/6×r×cosθ+(21²/6²×cos²θ×r²-21²/6²+8²/6²×r²)^1/2]×sinθ

＝F×cosθ×sinθ[3.5×cosθ+(12.25×cos²θ+5.52)^1/2]×r。

此时，使θ在0度～20度范围内每5度变化时的M2数值成为图9所示的那样。

从该图可知，θ在0度～约25度范围内越大，平衡用旋转扭矩M2也越大。

下面说明平衡器机构8的作用、效果。

在该旋转轴用平衡器机构8中，在旋转轴3的左端部固定有凸轮构件10，其由以相对旋转轴3的轴心A偏心的位置为中心B的圆板构件10构成，在凸轮构件10的下侧以立起的姿势配设有气体弹簧20，在气体弹簧20的输出构件22的上端部，安装有旋转自如的由滚轮构件15构成的凸轮从动构件15。

凸轮从动构件15受到气体弹簧20的朝向凸轮构件10一方(上方)的弹性施力，并被推压到凸轮构件10的外周面与其抵接，凸轮从动构件15就跟从与旋转轴3一体旋转的凸轮构件10。

工作台单元2及安装在工作台单元2上的工件W的重心与旋转轴3的轴心A不一致时，虽在旋转轴3、4上作用了由该工作台单元2及工件W的偏负荷所产生的旋转扭矩M1，但利用气体弹簧20，可使通过凸轮从动构件15和凸轮构件10而抵消旋转扭矩M1至少一部分的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3。

作用于旋转轴3的旋转扭矩M1的大小，随旋转轴3的转动角度θa而变化，在将旋转扭矩M1的最大值设为Mo时，旋转扭矩M1的大小成为|Mo sinθa|。如图6所示，当旋转轴3的转动角度θa为90度(270度)时，旋转扭矩M1为最大，另外，平衡用旋转扭矩M2也为最大。

例如，如图5所示，当旋转轴3的转动角度θa在0～90度之间增加时，旋转扭矩M1就增加，平衡用旋转扭矩M2也增加。另外，例如如图7所示，当旋转轴3的转动角度θa在90～180度之间增加时，旋转扭矩M1就减少，平衡用旋转扭矩M2也减少。

如上所述，采用该平衡器机构8，可用气体弹簧20，使在旋转轴3上抵消所述旋转扭矩M1至少一部分的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3，简单而可靠地减轻旋转扭矩M1，因此，可减轻对旋转轴4进行驱动的转动驱动机构7的负荷，使由旋转轴3、4支承的工作台单元2及工件W转动、转动停止时的应答性良好。

而且，平衡器机构8成为具有凸轮构件10、凸轮从动构件15和气体弹簧20的简单结构，对制作成本是有利的。此外，可容易地安装在由支承于旋转轴的构件将旋转扭矩作用于该旋转轴的各种的现有装置上，通用性优异。

凸轮构件10由以相对旋转轴3的轴心A偏心的位置为中心B的圆板构件10构成，在该圆板构件10的外周面抵接有凸轮从动构件15，因此可将凸轮构件10作成简单的形状，可顺利地使凸轮从动构件15跟从于凸轮构件10。而且，在旋转轴3的转动角度θa为0～360度的大致整个区域，利用气体弹簧20，通过凸轮从动构件15和凸轮构件10使平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3，可减轻旋转扭矩M1。

此外，旋转扭矩M1的大小虽然随旋转轴3的转动角度θa而变化，但利用气体弹簧20，可使从凸轮从动构件15将力输入凸轮构件10的输入位置、力的方向和大小予以适当变化，能可靠地使大小根据旋转扭矩M1大小的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3。

由于凸轮从动构件15由旋转自如地安装在气体弹簧20上的滚轮构件15构成，故可使滚轮构件15抵接在圆板构件10的外周面上使其顺利地跟从，可尽量防止凸轮构件10和凸轮从动构件15的磨损、损伤，而延长寿命。

由于利用气体弹簧20对凸轮从动构件15予以弹性施力的方向是朝向旋转轴3的轴心A的一方，故可固定安装气体弹簧20，气体弹簧20的组装变得简单，因此，能可靠地使大小根据旋转扭矩M1大小的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3。

接着对前述实施例予以部分变更的变更实施例进行说明。

(1)如图10所示，也可设置液压缸40来代替气体弹簧20，在该液压缸40上设置供给大致一定压力的油压的储液器45。即，液压缸40和储液器45对凸轮从动构件15向凸轮构件10的一方进行弹性施力，就使通过凸轮从动构件15和凸轮构件10而抵消旋转扭矩M1至少一部分的平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3。

这里，液压缸40在凸轮构件10和轴构件14的下侧配设成立起姿势，液压缸40的缸构件41利用托架19等固定在轴支承机构5的框架上。液压缸40的输出构件42(活塞连杆42)从缸构件41向上方突出，利用储液器45将油压供给于缸构件41内的油压动作室(图示省略)，输出构件42成为受到向凸轮构件10一方(上方)的施力的状态。在该输出构件42的上端部安装有旋转自如的滚轮构件15(凸轮从动构件15)。该平衡器机构8A的其它结构、作用和效果是与前述平衡器机构8相同的。

(2)凸轮构件10，不必作成圆板构件，以与凸轮从动构件15抵接，使平衡用旋转扭矩M2作用于旋转轴3，也可构成为局部圆板构件、椭圆板构件、局部椭圆板构件等各种形状。

(3)凸轮从动构件15，不必作成滚轮构件15，也可构成为仅与凸轮构件10接触并可进行跟从的从动件。

(4)对于气体弹簧20、油压缸40的安装位置和姿势，可作适当变更。例如，也可将气体弹簧20、油压缸40作成横向姿势，安装在凸轮构件10的侧方，也可将气体弹簧20、油压缸40作成向下姿势，安装在凸轮构件10的上方。

(5)也可与1对旋转轴3、4对应而设置1对平衡器机构8、8A，使平衡用旋转扭矩作用于旋转轴3、4。

(6)也可在各旋转轴3、4上设置多个平衡器机构8、8A。

(7)也可调节对凸轮从动构件15予以弹性施力的气体弹簧20的弹力、即调节气体弹簧20内的气体压力。此时，也可设置根据旋转扭矩M1的大小用来自动调节气体压力的由压力调节阀及其控制装置等构成的气体压力调节装置。

(8)也可调节利用气体弹簧20、液压缸40而对凸轮从动构件15予以弹性施力的方向，即调节气体弹簧20、液压缸40的位置(姿势)。此时，也可设置根据旋转扭矩M1的大小用来自动调节气体弹簧20、液压缸40位置的由位置调节机构及其控制装置构成的位置调节装置。

(9)所述平衡器机构8、8A不仅可适用于分度器装置1，而且可适用于具有如下旋转轴的各种装置：在曲柄冲压装置中，对上下往复驱动可动盘的曲柄机构的曲柄轴予以旋转自如地支承的旋转轴；在自动机械手臂中，对手臂部予以转动自如地支承的旋转轴；由支承在旋转轴上的构件作用旋转扭矩的旋转轴等。

Claims

1.一种旋转轴用平衡器机构，减轻由构件作用在转动自如地支承于轴支承部的旋转轴上的旋转扭矩，而所述构件由该旋转轴支承，其特征在于，具有：

固定在所述旋转轴端部上的凸轮构件；

与所述凸轮构件抵接进行从动的凸轮从动构件；

对所述凸轮从动构件向凸轮构件一方予以弹性施力的气体弹簧、即、通过凸轮从动构件和凸轮构件而使平衡用旋转扭矩作用于旋转轴上的气体弹簧，所述平衡用旋转扭矩抵消所述旋转扭矩的至少一部分。

2.如权利要求1所述的旋转轴用平衡器机构，其特征在于，所述凸轮构件由以相对于所述旋转轴的轴心偏心的位置为中心的圆板构件构成，在该圆板构件的外周面抵接有所述凸轮从动构件。

3.如权利要求2所述的旋转轴用平衡器机构，其特征在于，所述凸轮从动构件由旋转自如地安装在所述气体弹簧上的滚轮构件构成。

4.如权利要求2或3所述的旋转轴用平衡器机构，其特征在于，利用所述气体弹簧对凸轮从动构件进行弹性施力的方向，朝向所述旋转轴的轴心一方。

5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转轴用平衡器机构，其特征在于，所述旋转轴是在分度器装置中对装拆自如地安装工件的工作台单元予以转动自如地支承的旋转轴。