CN201721921U - 工件步进输送驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种能够对重载荷工件进行准确平稳的自动步进式输送的工件步进输送驱动系统。在该系统中，电动机与动力驱动部分、转键离合装置、从动部分顺序连接，其中动力驱动部分为带传动、减速机和一对齿轮啮合副顺序连接组成的三级减速装置，其动力输入端的小带轮安装在电动机输出轴上，动力输出端的大齿轮内部为转键离合装置；转键离合装置的主动部分和从动部分依靠双转键刚性连接；在从动部分中，传动轴1、曲柄滑块机构、齿条齿轮传动机构、棘爪棘轮传动机构和传动轴2顺序连接。该驱动系统可用于大型自动化连续生产线上多工位重载荷长距离输送场合下对步进精度和运行平稳性要求均较高的工件的自动步进式输送，可现场灵活调控步进工作节拍。

Description

工件步进输送驱动系统 

技术领域

本实用新型涉及一种步进式输送工件的驱动装置，尤其适用于大型自动化生产线中多工位重载荷长距离输送的生产场合下工件的步进式输送。 

背景技术

在自动化生产线中，步进式输送是最常用的工件输送方式之一。对于步进式输送工件的驱动装置，从动力驱动方式上可分为电动机驱动型和气动液压执行元件驱动型，从动力连接方式上可分为有离合功能型和无离合功能型。在生产实际中可根据实际需要和要求采用合适的动力驱动方式和动力连接方式以实现特定的功能，从而更好地满足现实生产中的工序化和顺序化动作的实际需求。 

目前，公知的步进式输送工件的驱动装置通常采用气动执行元件作为动力源，通过齿轮齿条传动机构和棘轮棘爪传动机构，或通过单向离合器(单向轴承、超越离合器等)将气动执行元件的直线运动转化为从动元件的单向旋转运动以实现步进功能，但上述结构通常只应用于输送中小载荷或步进精度要求不高的生产场合。在现代大型自动化生产线中，如果一条工件步进输送线上步进工位很多，输送距离很长且输送载荷很大时，如果仍按上述常规方式选用大缸径气缸作为驱动执行元件，不仅增加步进动作的响应时间，影响生产效率，而且运行时很不稳定，极易产生爬行现象，还会发出很大的噪音，既不经济又不符合现代环保要求。对于使用单向离合器的步进驱动机构，由于单向离合元件的承载能力有限，因而更无法满足大载荷步进输送要求，而且使用单向离合器易产生累积误差，不能保证步进输送的重复定位精度，只适用于步进精度要求不高的场合。 

目前，公知的步进式输送工件的驱动装置也有采用电动机作为驱动源的，通过间歇运动机构(如马耳他机构)、平行四连杆机构或其它相似的平移机构实现步进功能，但由于受到结构和空间尺寸规格的限制，且没有动力离合功能，此类驱动机构通常应用于短距离中小载荷的连续步进输送场合，其步进节拍是固定不变的，不能根据现场实际需要实时进行调整和控制。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，为了克服和弥补现有工件步进驱动装置在多工位、长距离和大载荷输送能力上的技术不足和缺陷，本实用新型提供一种工件步进输送驱动系统，该系统不仅能实现多工位、长距离和大载荷生产场合下工件的步进输送，而且能充分保证步进精度要求和运行可靠性及平稳性要求，还可根据现场实际需要实时调整和控制步进工作节拍。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：以电动机作为动力源，经过三级减速，既可满足多工位长距离大载荷的输送要求，又能满足步进节拍和生产效率要求；采用双转键离合装置实现工件步进输送驱动系统中动力驱动部分与从动部分动力的可靠分离与接合，既能保证多工位长距离大载荷输送场合下离合装置工作的可靠性，又能避免累积误差，切实保证传动精度，还可根据现场实际需要实时调整和控制步进工作节拍。采用曲柄滑块机构、齿轮齿条传动机构、棘轮棘爪传动机构实现步进功能，不仅杜绝了累积误差产生的环节，同时又增加了步进输送运行的平稳性。 

本实用新型由电动机、动力驱动部分、离合装置、从动部分顺序连接组成： 

动力驱动部分为三级减速装置，由带传动、减速机和一对齿轮啮合副顺序连接组成，其中带传动为一级减速，减速机为二级减速，齿轮啮合副为三级减速，带传动的大带轮安装在减速机输入轴上，齿轮啮合副的小齿轮安装在减速机输出轴上；在动力驱动部分中，动力输入端的小带轮安装在电动机输出轴上，动力输出端的大齿轮内部为双转键离合装置；以电动机为动力源，通过带传动、减速机和一对齿轮啮合副，实现动力驱动部分的三级减速功能，以满足工件的步进节拍和生产效率要求；另外，当步进工位很多，输送距离很长且输送载荷 很大时，以电动机作为动力源可克服按常规方式选用大缸径气缸所带来的种种不利因素，只要选择足够的电动机功率，即可满足多工位、长距离和大载荷步进输送要求。 

从动部分由传动轴1、曲柄滑块机构、齿条齿轮传动机构、棘爪棘轮传动机构和传动轴2顺序连接组成。通过以上各个机构的功能衔接和组合，可实现步进式驱动功能。传动轴1的主动端安装了双转键离合装置，从动端安装了曲柄滑块机构的偏心轮。偏心轮通过销轴与连杆和滑块相连，滑块可沿导轨座做往复直线运动。齿条齿轮传动机构中的齿条与滑块为一体化结构，齿轮空套在传动轴2上。棘爪棘轮机构中的棘爪安装在齿轮上，棘轮与传动轴2之间为键连接。当双转键离合装置接合时，动力由传动轴1的主动端输入，使传动轴1带动从动端的偏心轮旋转。偏心轮旋转一周为一个步进工作循环。偏心轮每旋转一周，通过连杆带动滑块(齿条)沿直线导轨座往复运动一次，并通过齿条齿轮传动机构使安装于齿轮上的棘爪正转和反转，棘爪正转时与棘轮啮合并驱动传动轴2转过一定角度完成一次步进输送，棘爪反转时与棘轮脱离啮合并完成返程，至此完成一个步进工作循环。在从动部分各机构中，曲柄滑块机构是杜绝累积误差，保证步进精度要求和运行平稳性要求的重要环节之一。由曲柄滑块机构的运动特性可知，偏心轮每旋转一周，滑块正反两方向单向行程(为偏心轮偏心距的2倍)及2个运动极限位置均是固定不变的，因此通过齿条齿轮传动和棘爪棘轮传动的一一对应关系，棘爪的正转和反转角度及运动起点和终点位置也是固定不变的，这样在传动环节上就杜绝了累积误差的存在，只要将齿条齿轮传动机构和棘爪棘轮传动机构的系统制造误差和传动误差控制在合理范围内，即可保证步进精度要求。另外，滑块运动的速度-时间关系为一正弦函数，其运动速度是随时间变化的，为偏心轮与连杆铰接点的线速度在水平方向上的分量，即 

v_t＝vcosφ＝vcosωt 

式中，v_t-滑块线速度； 

v-偏心轮与连杆铰接点的线速度； 

φ-偏心轮转过的角度； 

ω-偏心轮角速度； 

t-滑块运动的时间； 

当φ＝ωt＝0时，v_t＝0(滑块运动起点)； 

φ＝ωt＝π/2时，v_t＝v(滑块两个运动极限位置的中点)； 

φ＝ωt＝π时，v_t＝0(滑块运动终点)； 

φ＝ωt＝3π/2时，v_t＝-v(滑块两个运动极限位置的中点)； 

φ＝ωt＝2π时，v_t＝0(滑块运动起点)； 

由此可知，滑块到达两个运动极限位置时速度均为零，而到达两个运动极限位置的中点时速度最大，即当滑块由任一个运动极限位置向另一个运动极限位置运动时，总是从速度为零时开始加速，到达两个运动极限位置的中点时速度达到最大值，然后再开始减速，到达另一极限位置时速度又降为零。由于齿条齿轮传动与棘爪棘轮传动均为同步啮合式传动，因而棘爪驱动棘轮的运动也符合滑块的上述运动特性。当棘爪驱动棘轮正传或反向返程时，开始时角速度为零，行至中间角速度最大，单次行程结束时角速度又降为零。因此曲柄滑块机构的运动特性既杜绝了累积误差，又有效保证了步进运行的平稳性。 

双转键离合部分由主动部分、从动部分、连接零件及操纵机构组成。依靠连接零件(双 转键)将主动部分和从动部分刚性连接起来，是一种刚性离合装置。主动部分包括大齿轮、中套和两个滑动轴承；从动部分包括传动轴1、内套和外套等；连接零件是转键，转键包括工作键和填充键。工作键右端安装有工作键柄，填充键右端安装有填充键柄，工作键柄和填充键柄通过拉板相连，因此填充键总是跟随工作键转动，但转向相反；中套用平键与大齿轮连接，其内缘有四个均布的半圆形槽。传动轴1的右端及内、外套的内缘上也各有两个半圆形槽，它的直径与中套的半圆形槽直径相同。转键的两端为圆柱轴颈，被支承在由传动轴1和内、外套上的半圆形槽组成的孔中；转键中部的内缘与传动轴1上的半圆形槽配合，外缘与传动轴右端的外表面构成一个整圆。因此，当中套上的半圆形槽与传动轴1上的半圆形槽恰好对正并形成一个整圆时，转键便能绕自己的轴线转动，实现主动部分和从动部分之间动力的接合与分离。操纵机构由离合操纵缸、导向座及关闭器等组成。离合操纵缸可带动关闭器沿导向座滑动。当关闭器沿导向座向前伸出时可挡住尾板随传动轴1一起旋转的路线，使动力脱离，反之关闭器沿导向座缩回时，尾板会在拉簧拉力作用下旋转一定角度使动力接合。因此，通过控制离合操纵缸使关闭器动作，可控制双转键离合装置的主动部分与从动部分动力的接合与分离，达到根据现场实际需要实时控制和调整步进工作节拍的目的。 

当步进驱动负载很大时，如果按常规方式采用摩擦式或电磁式离合方式，因其承载能力有限，工作时主动部分和从动部分接合面处易产生相对滑动，很容易引起运行时的累积误差，其运行可靠性受到质疑，而转键离合方式不同于上述离合方式，如前所述，它是一种纯机械式的刚性啮合式离合方式，其本身的刚性结构特点决定其不仅承载能力远远大于其它非机械式离合方式，而且工作时主动部分和从动部分接合处没有相对滑动，只有其本身的制造精度会造成一定的系统误差，但绝不会产生累积误差。只要制造精度合理，将系统误差控制在一定范围内就能满足使用要求，而降低系统误差是相对比较容易办到的。因此采用刚性离合方式的双转键离合装置不仅具有很强的承载能力，可满足步进驱动的大负载要求，而且从根本上杜绝了累积误差对步进精度造成的影响，可完全满足使用可靠性要求。 

本实用新型的有益效果是，可实现多工位重载荷长距离输送的生产场合下工件的步进输送，并切实保证步进精度和运行可靠性及平稳性要求，其相对适用范围更广，尤其适用于多工位、输送距离长、输送载荷相对较大且对生产自动化程度要求较高的大型自动化连续生产线。所采用的纯机械式刚性动力离合装置离合准确可靠、方便快捷，故障率极低，可根据现场工作情况实时调整和控制步进工作节拍，为大型自动化连续生产线的顺利运行提供了可靠的技术支持与保障，使现有步进输送技术得到了拓展和完善，为工件步进输送领域提供了一种新的技术发展方向。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型实施例的整体结构关系图。 

图2是图1的A--A剖视图。 

图3是图2的D--D剖视图。 

图4是图2的E--E剖视图(动力分离时)。 

图5是图2的E--E剖视图(动力接合时)。 

图6是图2去掉端盖的F向视图(动力分离时)。 

图7是图2去掉端盖的F向视图(动力接合时)。 

图8是图1的B--B剖视图。 

图9是图1的C--C剖视图。 

图10是图9的K向视图。 

图中1.电动机，2.带传动，3.减速机，4.小齿轮，5.大齿轮，6.转键离合缸，7.传动轴1，8.偏心轮，9.连杆，10.传动轴2，11.齿轮，12.齿条，13.棘爪，14.棘轮，15.内套，16.滑动轴承，17.中套，18.外套，19.端盖，20.填充键，21.工作键柄，22.拉扳，23.工作键，24.尾板，25.关闭器，26.导向座，27.离合操纵缸，28.拉簧，29.填充键柄，30.直线导 轨座 

具体实施方式

在图1所示实施例中，以电动机(1)通过带传动(2)、减速机(3)及小齿轮(4)和大齿轮(5)组成的啮合副构成工件步进输送驱动系统的动力驱动部分，实现三级减速功能。以电动机作为驱动源，只要选择足够的功率，既可满足步进输送的大负载要求，同时可克服选择其它动作执行元件作为动力源所带来的诸多不利因素；通过三级减速可得到合适的减速比，满足步进输送的节拍和生产效率要求。大齿轮(5)通过安装在其内部的双转键离合装置实现与传动轴1(7)的动力接合与分离，并通过传动轴1(7)顺序驱动由偏心轮(8)、连杆(9)及齿条(12)组成的曲柄滑块机构，由齿条(12)及齿轮(11)组成的齿轮齿条机构、由棘爪(13)及棘轮(14)组成的棘轮棘爪单向传动机构和传动轴2(10)，通过以上各个机构的功能衔接和组合，可实现步进式驱动功能。 

在图2、图3、图4、图5、图6和图7中，双转键离合装置的主动部分由大齿轮(5)、中套(17)和两个滑动轴承(16)等组成，从动部分由传动轴1(7)、内套(15)和外套(18)等组成。主动部分和从动部分之间动力的接合与分离通过转键完成。转键为双转键，即工作键(23)和填充键(20)。工作键(23)右端安装有工作键柄(21)，填充键(20)右端安装有填充键柄(29)，工作键柄(21)和填充键柄(29)通过拉板(22)相连，因此填充键(20)总是跟随工作键(23)转动，但转向相反；中套(17)用平键与大齿轮(5)连接，其内缘有四个均布的半圆形槽。传动轴1(7)的右端及内套(15)、外套(18)的内缘上也各有两个半圆形槽，它的直径与中套(17)的半圆形槽直径相同。转键的两端为圆柱轴颈，被支承在由传动轴1(7)和内套(15)、外套(18)上的半圆形槽组成的孔中；转键中部的内缘与传动轴1(7)上的半圆形槽配合，外缘与传动轴1(7)右端的外表面构成一个整圆。因此，当中套(17)上的半圆形槽与传动轴1(7)上的半圆形槽恰好对正并形成一个整圆时，转键便能绕自己的轴线转动，实现主动部分和从动部分之间动力的接合与分离。操纵机构由离合操纵缸(27)、导向座(26)及关闭器(25)等组成。离合操纵缸(27)可带动关闭器(25)沿导向座(26)滑动。当关闭器(25)沿导向座(26)向前伸出时可挡住尾板(24)随从动轴1(7)一起旋转的路线，使动力脱离，反之关闭器(25)沿导向座(26)缩回时，尾板(24)会在拉簧(28)拉力作用下旋转一定角度使动力接合。因此，通过控制离合操纵缸(27)使关闭器(25)动作，可控制双转键离合装置的主动部分与从动部分动力的接合与分离，达到根据现场实际需要灵活控制和调整步进工作节拍的目的。 

下面详细说明转键离合装置实现动力接合与分离的过程。 

当步进输送条件满足时，转键离合操纵缸(27)动作，关闭器(25)缩回，尾板(24)连同工作键(23)在拉簧(28)拉力的作用下，有向逆时针方向旋转的趋势。当中套(17)上的半圆形槽与传动轴1(7)上的半圆形槽对正时，工作键(23)便立刻向逆时针方向转过一个角度(见图5)，使大齿轮(5)经过中套(17)和工作键(23)的中部带动传动轴1(7)向逆时针旋转，完成主动部分与从动部分动力的接合；当动力接合完成后，转键离合操纵缸(27)动作，关闭器(25)重新伸出。当传动轴1(7)带动尾板(24)旋转一周时，尾板(24)又回到原位并被关闭器(25)挡住，迫使尾板(24)连同工作键(23)向顺时针方向转回原位(见图4)，工作键(23)及与之联动的填充键(20)的中部外缘又与传动轴1(7)右端的外表面构成一个整圆，于是传动轴1(7)与中套(17)脱离，大齿轮(5)空转，传动轴1(7)在制动装置作用下停止转动，至此完成主动部分与从动部分动力的分离。 

在本实施例所采用的转键离合装置中，依靠双转键将主动部分和从动部分刚性连接起来，它不同于普通的承载能力有限的接触摩擦式或电磁式离合方式，是一种纯机械式的刚性啮合式离合方式，其本身的刚性结构特点决定其不仅承载能力远远大于其它非机械式离合方式，而且动力接合时主动部分和从动部分接合处不会产生相对滑动，因此可满足步进驱动的大负载要求，并且从根本上杜绝了累积误差对步进精度造成的影响，可完全满足使用可靠性要求。 

在图8中，由偏心轮(8)、连杆(9)和齿条(12)组成曲柄滑块机构，齿条(12)下部 安装了直线导轨，可沿直线导轨座(30)往复运动，并与齿轮(11)相啮合，组成齿条齿轮传动机构。 

在图9和图10中，齿轮(11)空套在传动轴2(10)上，其上安装有三个棘爪(13)，可同步驱动棘轮(14)单向旋转；棘轮(14)与传动轴2(10)之间为键连接。通过齿条齿轮传动机构和棘爪棘轮传动机构，可将齿条(12)的往复直线运动转化为棘轮(14)和传动轴2(10)的单向转动，实现步进功能。 

在本实施例中，由传动轴1(7)、曲柄滑块机构、齿条齿轮传动机构、棘爪棘轮传动机构和传动轴2(10)共同组成工件步进输送驱动系统的从动部分，完成工件步进式输送功能。传动轴1(7)每旋转一周，曲柄滑块机构往复运动一次，并通过齿轮齿条传动机构带动棘爪(13)正转和反转，棘爪(13)正转时与棘轮(14)啮合并驱动传动轴2(10)转过一定角度完成一次步进输送，棘爪(13)反转时与棘轮(14)脱离啮合并完成返程，至此完成一次完整的步进工作循环。本实施例中采用的曲柄滑块机构，可以将传动轴1(7)的单向旋转运动转化为齿条(12)的往复直线运动，根据曲柄滑块机构的运动特性，齿条(12)正反两方向单向行程(为偏心轮偏心距的2倍)及2个运动极限位置均是固定不变的，因此在传动环节上从根本上杜绝了累积误差的存在，通过合理控制从动部分各部件的制造和传动误差，可切实保证步进精度要求。另外，齿条(12)运动的速度-时间关系为一正弦函数，即当齿条(12)从一个运动极限位置向另一个运动极限位置运动时，总是从速度为零时开始加速，到达两个运动极限位置的中点时速度达到最大值，然后再开始减速，到达另一极限位置时速度又降为零。曲柄连杆的这种运动特性应用于步进式输送中，可克服从动部分传动系统的惯性对步进运动稳定性和步进精度造成的不利影响，切实保障了步进式输送运动的稳定性要求。 

Claims (4)

1.一种工件步进输送驱动系统，电动机、动力驱动部分、离合装置、从动部分顺序连接，其特征是：在动力驱动部分中，动力输入端的小带轮安装在电动机输出轴上，动力输出端的大齿轮内部为双转键离合装置；在从动部分中，传动轴1、曲柄滑块机构、齿条齿轮传动机构、棘爪棘轮传动机构和传动轴2顺序连接。

2.根据权利要求1所述的工件步进输送驱动系统，其特征是：动力驱动部分为三级减速装置，由带传动、减速机和一对齿轮啮合副顺序连接组成，其中带传动为一级减速，减速机为二级减速，齿轮啮合副为三级减速，带传动的大带轮安装在减速机输入轴上，齿轮啮合副的小齿轮安装在减速机输出轴上。

3.根据权利要求1所述的工件步进输送驱动系统，其特征是：双转键离合装置由主动部分、从动部分、双转键及操纵机构组成，主动部分和从动部分依靠双转键刚性连接；主动部分包括大齿轮、中套和两个滑动轴承，从动部分包括传动轴1、内套和外套，双转键即工作键和填充键，工作键右端安装有工作键柄，填充键右端安装有填充键柄，工作键柄和填充键柄通过拉板相连；中套用平键与大齿轮连接，其内缘有四个均布的半圆形槽；传动轴1的右端及内、外套的内缘上也各有两个半圆形槽，它的直径与中套的半圆形槽直径相同；转键的两端为圆柱轴颈，被支承在由传动轴1和内、外套上的半圆形槽组成的孔中；转键中部的内缘与传动轴1上的半圆形槽配合，外缘与传动轴1右端的外表面构成一个整圆；操纵机构由离合操纵缸、导向座和关闭器组成，关闭器与离合操纵缸相连接，可沿导向座滑动。

4.根据权利要求1所述的工件步进输送驱动系统，其特征是：曲柄滑块机构的偏心轮安装在传动轴1的从动端，偏心轮通过销轴与连杆和滑块相连；齿条齿轮传动机构中的齿条与滑块为一体化结构，齿轮空套在传动轴2上；棘爪棘轮机构中的棘爪安装在齿轮上，棘轮与传动轴2为键连接。 

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