CN204799860U - 一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构，是一种两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。本实用新型能解决伺服机械压力机工作机构存在的增力效果与滑块行程相互钳制的矛盾，在获得足够滑块最大行程的同时，大幅降低伺服电机功率容量和伺服机械压力机制造成本；且可实现滑块运动速度可调、滑块最大行程可调以及滑块下死点可调，大大提升伺服机械压力机的工作性能和工艺适应性。

Description

一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构

技术领域

本实用新型涉及一种伺服机械压力机用的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，是锻压机械领域的创新设计。

背景技术

冲压机构是机械压力机的重要功能部件，采用交流伺服电机作为冲压机构驱动元件的压力机称为伺服机械压力机。与传统常规电机驱动的机械压力机相比，伺服机械压力机具有滑块运动可控、工作性能优良和高效节能环保等特点。但是，由于去除了用于储存和释放机械能的大飞轮，伺服机械压力机完全依靠伺服电机的瞬时扭矩，以产生足够的压制力才能使金属工件进入屈服状态，因此，往往需要采用功率高达几十甚至上百千瓦的伺服电机，而大功率伺服电机的制造成本是非常高昂的，从而大幅提升了压力机的制造成本，甚至无法开发出大吨位机型。

为了开发出低成本、大吨位的伺服机械压力机，人们从驱动方式、减速机构和工作机构等方面开发新型伺服冲压机构。例如，中国专利号为CN102172760A和CN102172759B分别公开的“四电机并联驱动机械多连杆伺服压力机”和“六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机”，其采用多台较小功率伺服电机并联驱动，采用单肘节肘杆机构推动滑块运动。该方案中，单台伺服电机的功率的确减少了，但所有伺服电机的总功率不一定减少，所采用的单肘节肘杆机构虽具有低速锻冲特性和增力效果，但公称压力行程和最大行程都受到限制。又例如，中国专利号为CN102019707A、CN101905263A和CN103586383A分别公开的“伺服压力机高增力比三角连杆-肘杆传动机构”、“用于精密冲裁、成形和/或冲压工件的机械压力机”和“一种适用于大吨位伺服直驱式热模锻压力机的传动系统”，均采用三角连杆-肘杆机构作为工作机构，该机构比一般单肘节肘杆机构具有更好的增力效果，但该肘杆机构存在公称压力行程内增力比有波动、增力效果与滑块行程相互钳制以及滑块最大行程与下死点不可调等问题。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构。本实用新型不仅可在获得足够滑块行程的同时获得很好的增力效果，而且在实现滑块运动速度可调的同时，实现滑块最大行程可调和滑块下死点可调。本实用新型设计巧妙，方便实用。

本实用新型通过以下技术方案实现：本实用新型的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。

所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机，下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机。

所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠、调整滑台、上连杆，第一伺服电机的输出轴与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与调整滑台组成螺旋传动副，调整滑台置于导轨上，伺服电机输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动，使调整滑台沿导轨作往复直线移动，调整滑台通过第一销轴与上连杆的一端连接，上连杆的另一端通过第二销轴与上肘杆及中肘杆铰接，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入端，上肘节是上肘节调整机构的输出端。

所述第一伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。

所述调整滑台通过铰接连接板与上连杆连接，其中调整滑台与铰接连接板连接，铰接连接板通过第一销轴与上连杆的一端连接，调整滑台带动铰接连接板运动，铰接连接板带动上连杆运动。

所述下肘节驱动机构的传动机构包括有连接轴、小齿轮、大齿轮、曲轴和下连杆，第二伺服电机的输出轴与连接轴的一端连接，连接轴的另一端安装有制动器，连接轴上安装的小齿轮与曲轴上安装的大齿轮啮合，曲轴支承在机架上，下连杆的一端与曲轴上的曲柄颈连接，下连杆的另一端通过第三销轴与中肘杆及下肘杆连接；第二伺服电机是下肘节驱动机构的输入端，下肘节是下肘节驱动机构的输出端。

所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块,上肘的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接，上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节，中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节，下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接，冲压滑块置于机架导轨中构成移动副；上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动。

本实用新型与现有技术相比,具有如下优点：（1）滑块的最大行程主要通过上肘节调整机构获得，曲轴的曲柄长度不再受滑块最大行程设计要求的约束，可以通过大幅减短曲柄长度而大幅降低伺服电机的驱动扭矩要求，在获得足够滑块最大行程的同时，大幅降低伺服电机功率容量和伺服机械压力机制造成本；（2）在到达上死点时，通过调整上肘节调整机构中调整滑台的位置，可方便地实现滑块最大行程可调；（3）在到达下死点时，通过微调上肘节中调整滑台的位置，使上肘杆和中肘杆稍微偏离共线，可方便地实现滑块下死点可调；（4）在下行空行程、下行压制行程和上行空行程，通过改变大、小伺服电机的转速和转向，可方便地获得包含变速、暂停甚至后退的任意滑块运动；（5）在下行空行程和上行空行程，两台伺服电机单独受控，且分别匀速运动，两者之间不存在协调关系，降低了控制系统的复杂性。

附图说明

附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的双肘节承载机构的结构示意图；

图3为本实用新型的上肘节调整机构的结构示意图；

图4为本实用新型的下肘节驱动机构的结构示意图；

图5为本实用新型的处于上死点（最大行程较大）的结构示意图；

图6为本实用新型的处于上死点（最大行程较小）的结构示意图；

图7为本实用新型的处于公称压力点的结构示意图（等轴视图）；

图8为本实用新型的处于公称压力点的结构示意图（正视图）；

图9为本实用新型的处于下死点（标准的下死点）的结构示意图；

图10为本实用新型的处于下死点（调整的下死点）的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

图1所示为本实施例双肘节双电机并联驱动肘杆机构的结构示意图，本实用新型双肘节双电机并联驱动肘杆机构为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有上肘节及下肘节两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的上肘节及下肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。

本实施例中，所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机17，下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机24。

如图2所示，为本实用新型所述双肘节承载机构的结构示意图，包括有上肘杆调整块9、上肘杆7、中肘杆5、下肘杆3、冲压滑块1；上肘杆7的一端通过第四销轴8与上肘杆调整块9铰接，上肘杆7的另一端通过第二销轴6与中肘杆5的一端铰接构成上肘节，中肘杆5的另一端通过第三销轴4与下肘杆3的一端铰接构成下肘节，下肘杆3的另一端通过第五销轴2与冲压滑块1铰接，冲压滑块1置于机架导轨中构成移动副。

如图2所示，本实用新型所述双肘节承载机构，其肘杆调整块9可沿冲压铅垂线调整高度，上肘杆7绕第四销轴8作摆动，中肘杆5和下肘杆3作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块1在机架导轨上作直线往复运动。

如图2所示，本实用新型所述双肘节承载机构，其上肘杆、中肘杆和下肘杆非重叠共线时，通过两个肘节的垂线为冲压铅垂线。

如图2所示，本实用新型所述双肘节承载机构，其第一伺服电机17是上肘节调整机构的输入端，上肘节是上肘节调整机构的输出端；第二伺服电机24是下肘节驱动机构的输入端，下肘节是下肘节驱动机构的输出端；上肘节和下肘节是双肘节承载机构的输入端，冲压滑块1是双肘节承载机构的输出端，双肘节承载机构将两个肘节并联输入的平面运动变换为冲压滑块输出的直线往复运动。

如图3所示，为所述上肘节调整机构的结构示意图，本实用新型所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠14、调整滑台13、铰接连接板12、第一销轴11和上连杆10；第一伺服电机17的输出轴通过联轴器16与滚珠丝杠14连接，滚珠丝杠14与调整滑台13组成螺旋传动副，调整滑台13置于导轨15上。

如图3所示，本实用新型所述上肘节调整机构，其第一伺服电机17输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动，使调整滑台13沿导轨15作往复直线移动。

如图3所示，所述上肘节调整机构，其调整滑台13通过铰接连接板12与上连杆10连接，其中调整滑台13与铰接连接板12连接，铰接连接板12通过第一销轴11与上连杆10的一端连接。调整滑台13带动铰接连接板12运动，铰接连接板12带动上连杆10运动，上连杆10的另一端通过第二销轴6与上肘杆7及中肘杆5铰接。

如图4所示，为所述下肘节驱动机构的结构示意图，所述的下肘节驱动机构的传动机构包括连接轴22、小齿轮21、大齿轮18、曲轴19和下连杆26；第二伺服电机24的输出轴通过轴套23与连接轴22的一端连接，连接轴22的另一端安装有制动器20，连接轴22上安装的小齿轮21与曲轴19上安装的大齿轮18啮合，曲轴19通过轴颈上装设的轴瓦支承在机架上，轴瓦与机架构成转动副；下连杆26的一端与曲轴19上的曲柄颈连接，下连杆26的另一端通过第三销轴4与中肘杆5及下肘杆3连接。

如图4所示，本实用新型所述下肘节驱动机构，其第二伺服电机24输出轴的运动通过小齿轮21和大齿轮18减速后变换为曲轴19上的曲柄颈的圆周运动，曲轴19上的曲柄颈带动下连杆26和第三销轴4运动。

本实用新型实施例的工作原理包括双电机并联驱动原理、滑块最大行程调整原理和滑块下死点调整原理。其中，双电机并联驱动原理又包括伺服冲压机构回零过程、滑块返回上死点过程、滑块下行空行程过程、滑块下行压制行程过程以及滑块变速工作原理。

图1所示，为伺服冲压机构回零后状态，回零过程如下：第一伺服电机17匀速缓慢驱动调整滑台13控制上肘节运动，第二伺服电机24匀速缓慢驱动曲轴19控制下肘节运动，使上肘杆7、中肘杆5和下肘杆3在冲压铅垂线上共线，且上连杆10和下连杆26处于水平状态，使肘杆机构到达零点状态。回零后，标记冲压滑块1的当前位置为标准下死点，上肘杆7与中肘杆5之间的夹角为上肘节零角，曲轴19的曲柄颈与下连杆26之间的夹角为曲柄零角，此时，控制系统将对检测滑块行程的光栅尺、测量上肘杆7与中肘杆5之间的夹角的编码器和测量曲柄与下连杆26之间的夹角的编码器清零。

从图1状态到图5状态为滑块返回上死点过程，工作原理如下：第一伺服电机17匀速快速驱动调整滑台13，使其远离冲压铅垂线移动到某一设定位置（该设定位置对应冲压滑块最大行程的某一设定值），拉动上肘节，同时第二伺服电机24匀速快速驱动曲轴19使曲轴19上的曲柄颈与下连杆26重叠共线，可以通过编码器检测，两台伺服电机完成各自运动后使冲压滑块1处于上死点位置。

从图5状态到图7状态为滑块下行空行程过程，工作原理如下：第一伺服电机17驱动调整滑台13，使调整滑台13靠近冲压铅垂线，推动上肘节靠近并通过冲压铅垂线移动到对应位置，直至上肘杆7与中肘杆5到达非重叠共线，可以通过编码器检测，同时第二伺服电机24驱动曲轴19，拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线，冲压滑块1由于上、下肘节的向下运动分量而实现快速下行，直至快速靠近工件。

从图7状态到图9状态为滑块下行压制行程过程，工作原理如下：第二伺服电机24匀速缓慢驱动曲轴19，继续拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线，直至中肘杆5与下肘杆3共线，此时，曲轴19上的曲柄颈与下连杆26应该非重叠共线，两者之间的夹角应为零，可以通过编码器检测，与此同时，第一伺服电机17驱动调整滑台13，使调整滑台13靠近冲压铅垂线，拉动上肘节使之靠近冲压铅垂线，并使上肘杆7与中肘杆5保持非重叠共线，直至上肘杆7、中肘杆5和下肘杆3在冲压铅垂线上达到非重叠共线，使冲压滑块1到达下死点；该运动过程中，两台伺服电机协调匀速运动，其中第二伺服电机24为主电机，第一伺服电机17为从电机，从电机跟随主电机运动使上连杆10与上肘杆7保持非重叠共线。

滑块变速工作原理如下：在下行空行程、下行压制行程和上行空行程中，通过改变大、小伺服电机的匀速转速或者转向或者暂停时间，可获得包含变速、暂停甚至后退的任意滑块运动。

如图5和图6所示，滑块最大行程调整原理如下：第一伺服电机17匀速快速驱动调整滑台13，使其远离冲压铅垂线移动到某一设定位置，且第二伺服电机24匀速驱动曲轴19，使曲轴19上的曲柄颈与下连杆26重叠共线；通过改变调整滑台13的位置，可实现冲压滑块1的最大行程任意可调，图5和图6所示分别为调整滑台13移动到不同位置时的状态，此时，冲压滑块1的最大行程不同。

如图9和图10所示，滑块下死点调整原理如下：在第一伺服电机17驱动下，朝靠近第一伺服电机17方向稍微移动整滑台13，使上肘杆7不与中肘杆5在冲压铅垂线上非重叠共线，而是在上肘节处呈稍小于180°锐角，且下肘杆3几乎保持处于冲压铅垂线上，此时冲压滑块1的下死点将从标准下死点向上微调；通过改变调整滑台13的位置，可实现冲压滑块的下死点位置任意可调，图9标准下死点状态，图10为调整后下死点的状态。

Claims (8)

1.一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。

2.根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机，下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机。

3.根据权利要求2所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠、调整滑台、上连杆，第一伺服电机的输出轴与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与调整滑台组成螺旋传动副，调整滑台置于导轨上，伺服电机输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动，使调整滑台沿导轨作往复直线移动，调整滑台通过第一销轴与上连杆的一端连接，上连杆的另一端通过第二销轴与上肘杆及中肘杆铰接，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入端，上肘节是上肘节调整机构的输出端。

4.根据权利要求3所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述第一伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。

5.根据权利要求3所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述调整滑台通过铰接连接板与上连杆连接，其中调整滑台与铰接连接板连接，铰接连接板通过第一销轴与上连杆的一端连接，调整滑台带动铰接连接板运动，铰接连接板带动上连杆运动。

6.根据权利要求2所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述下肘节驱动机构的传动机构包括有连接轴、小齿轮、大齿轮、曲轴和下连杆，第二伺服电机的输出轴与连接轴的一端连接，连接轴的另一端安装有制动器，连接轴上安装的小齿轮与曲轴上安装的大齿轮啮合，曲轴支承在机架上，下连杆的一端与曲轴上的曲柄颈连接，下连杆的另一端通过第三销轴与中肘杆及下肘杆连接；第二伺服电机是下肘节驱动机构的输入端，下肘节是下肘节驱动机构的输出端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块,上肘的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接，上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节，中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节，下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接，冲压滑块置于机架导轨中构成移动副；上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动。

8.根据权利要求6所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述曲轴通过轴颈上装设的轴瓦支承在机架上。