CN208138419U - 一种行程和斜率均可调节的直线运动机构 - Google Patents

Abstract

一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，属于运动机构技术领域，由直线运动机构和调节机构共同组成；直线运动机构由运动输出连杆、运动曲柄、运动曲轴、运动外齿轮、内齿轮外蜗轮、运动滑块、运动连杆和直线运动电机构成；调节机构由运动行程调节蜗杆、内齿轮外蜗轮、运动外齿轮、行程调节手轮、蜗杆左法兰、蜗杆右法兰和行程调整电机构成；本实用新型结构新颖，控制方法清晰可行，形成往复直线运动的初始位置可以根据实际需要进行调整，该机构运行过程中无侧向分力，这样使得滑块在平面副中无侧向摩擦阻力运动，提高了运动副的寿命与稳定性；制造成本虽有所增加，但适用范围广泛了，增强了功能性价比。

Description

一种行程和斜率均可调节的直线运动机构

技术领域

本实用新型属于运动机构技术领域，涉及一种直线运动机构，具体的说是涉及一种行程和斜率均可调节的直线运动机构。

背景技术

机构是由构件组成的系统，具有确定的机械运动，它可以用来传递和转换运动。直线运动机构是使构件上某点作准确或近似直线运动的机构，因此可分为精确直线运动机构和近似直线运动机构两类；精确直线机构可以代替导槽和滑杆，由于在运动过程中唯一的损耗来源是铰结处的转动摩擦，而且摩擦的长度很短，所以相比导槽和滑杆，摩擦损耗要小很多。经典的精确直线运动机构有波塞利耶-利普金直线运动机构和萨鲁斯直线运动机构。近似直线运动机构虽可以替代滑杆和导槽，但在应用中，需要有一段是直线，另一段是曲线。经典的近似直线运动机构有瓦特近似直线运动机构和霍肯直线运动机构。

直线运动机构具有如下特点：(1)结构简单，制造容易，工作可靠，传动距离较远，传递载荷较大，可实现急回运动规律，但不易获得匀速运动或其他任意运动规律，传动效率较低，传动不平稳，冲击与振动较大；(2)可实现转动与直线移动，传动平稳无噪声，互换；滑动螺旋可做成自锁螺旋机构；工作速度一般很低，只适用于小功率传动；(3)制造和安装精度要求较高，精度低时传动噪声较大，无过载保护作用；斜齿圆柱齿轮机构运动平稳，承载能力强，但在传动中会产生轴向力，在使用时必须安装推力轴承或角接触轴承；(4)轴间距离较大，工作平稳无噪声，能缓冲吸振，摩擦式带传动有过载保护作用；结构简单，安装要求不高，外廓尺寸较大；摩擦式带传动有弹性滑动，不能用于分度系统；摩擦易起电，不宜用于易燃易爆的场合；轴和轴承受力较大，传动带寿命较短；(5)轴向距离较大，平均传动比为常数，链条元件间形成的油膜有吸振能力，对恶劣环境有较强的适应能力，工作可靠，轴上载荷较小；瞬时运转速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时因磨损伸长后容易引起共振，一般需增设张紧和减振装置。

实际的机器当中，回转运动与直线运动之间相互转换的常见机构分别是曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构和滚珠丝杠机构。

在普通四杆机构中，四个构件之间都是通过转动副连接，实现曲线与曲线运动之间的转换，而曲柄滑块机构是保留曲柄杆、中间杆和固定杆(机架)，将另一根杆退化为滑块，使滑块与中间连杆用转动副连接，滑块与固定杆用移动副连接，这样就实现了曲柄端的回转运动与滑块端的直线运动相互转化。曲柄滑块机构在机械中的应用很广泛，例如，内燃机通过活塞往复运动将内能转换为曲柄转动的机械能；压力机结构中通过曲柄的连续转动，经连杆带动滑块实现加压作用；牛头刨床主运动机构中，导杆绕一点摆动，带动滑枕做往复运动，实现刨削；抽水机结构中，摇动手柄时，在连杆的支承下，活塞杆在筒(固定滑块)内做上下运动，以达到抽水目的。另外，工程中的搓丝机、自动送料装置及自卸翻斗装置等机械中都用到曲柄滑块机构。曲柄滑块机构的优点为低副连接，运动副单位面积受力小，便于润滑，磨损小；对于长距离的控制也可以实现；构件之间的运动靠几何封闭来维系，比力封闭的可靠。但曲柄滑块机构结构设计较复杂，且对制造安装的敏感性大；高速时将引起很大的振动和动载荷。

凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分组成，其中凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮的轮廓决定。凸轮是具有曲线轮廓或沟槽的构件，若从动件是移动构件，那么这样的凸轮机构便能实现回转运动、直线运动的转换。内燃机的配气机构就是凸轮机构应用的典型实例，凸轮机构可以用于对从动件任意运动规律要求的场合；可以高速启动，动作准确可靠，结构简单紧凑；凸轮和从动件以点或线接触，单位面积上压力高，难以保持良好的润滑，易磨损；但凸轮形状复杂，加工维修较困难。

齿轮齿条传动是使用较为广泛的一种传动形式，它能实现齿轮的回转运动与齿条的直线运动间的转化，这种形式的传动有很多优点，特别是在很多大型机床上，利用这种形式的传动，很方便的就得到高速直线运动，而且根据车床各方面的不同我们可以制作出各种材质的齿条，使得刚度和机械效率大大提高。但这种传动形式的平稳性是依赖齿条和齿轮精度，如果精度不够高，机床在加工其他零件时，就会有一定的误差。所以如果想要消除这类零件的误差，或使其在机床中运转噪音减少，就要不断提高对齿条和齿轮的精度要求，并在材质上增加耐磨性和耐热性。

专利号CN01240083.1实用新型专利提出了一种无曲轴长行程活塞内燃机，该专利中用传动轴头孔输出装置取代曲轴，没有曲轴摆角限制，其气缸、活塞行程根据热效率需要，可随意合理加长；专利号CN1520373237.4实用新型提出了一种可将直线运动转变为旋转运动的齿轮箱，该专利是采用齿条、齿轮传动的原理，实现直线运动与旋转运动的转换；专利号CN201510149575.4实用新型专利提出了一种组合模式的直线运动装置，该专利中由侧板、直线导轨、电机、联轴器、固定端轴承座、支撑端轴承座、螺母、滚珠丝杠及滑台组成，实现旋转运动与直线运动的转换；专利号CN201410280856.9实用新型专利提出了一种往复直线运动与圆周运动转换装置，专利中采用的是传动链绕固定转轴实现运动转换，该运动的精确性存在缺陷；专利号CN99202004.2实用新型专利提出了一种可变行程的圆内旋轮线往复直线运动装置，实现的路径是将定圈内齿轮固定在基座上，动圈外齿轮装在轴承座轴孔中的T型轴横臂的曲轴上，驱动轮安装在T型轴横臂上，与动圈外齿轮对称，可调曲柄活动安装在动圆齿轮的轮辐上可活动移位，方框形滑动掛板置于滑动导轨的中间切套在可调曲柄的摆动轴套上，带动工作杆作往复直线运动。从现有的实用新型专利、实用新型专利可以看出，实现旋转运动与直线运动的转换机构有不同的路径，但都是通过一定的运动副配合来实现的。尚未出现齿轮传动与曲柄连杆机构的组合机构来实现旋转运动转化成直线运动且行程可控的运动机构。

实用新型内容

本实用新型针对现有直线运动机构可实现急回运动规律，但不能获得匀速运动规律，传动不平稳、冲击与振动较大，工作行程不能根据需求进行微调等不足，提出一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，可有效解决上述技术中存在的不足，可进一步满足直线运动机构在特殊场合的使用需求。

本实用新型的技术方案：一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，包括左壳体和右壳体，所述左壳体和右壳体通过内六角花形圆柱头螺钉相连接；其特征在于：所述行程和斜率均可调节的直线运动机构还由直线运动机构和调节机构共同组成；

所述直线运动机构由运动输出连杆、运动曲柄、运动曲轴、运动外齿轮、内齿轮外蜗轮、运动滑块、运动连杆和直线运动电机构成；所述内齿轮外蜗轮通过第二角接触球轴承连接设置在所述右壳体内，所述运动曲轴通过第一角接触球轴承设置在所述内齿轮外蜗轮的中心，所述运动曲轴的输入端与所述直线运动电机的输出轴形成驱动连接，所述运动外齿轮设置在所述运动曲轴的输出端上，所述运动曲柄设置在所述运动外齿轮的中心，所述运动输出连杆设置在所述运动曲柄的底部，所述运动连杆的一端与所述运动输出连杆相连，另一端与所述运动滑块相连；

所述调节机构由运动行程调节蜗杆、内齿轮外蜗轮、运动外齿轮、行程调节手轮、蜗杆左法兰、蜗杆右法兰和行程调整电机构成；所述运动行程调节蜗杆与所述内齿轮外蜗轮传动连接，所述行程调节蜗杆的左侧通过第四角接触球轴承连接设置在壳体上，所述蜗杆左法兰通过沉头螺钉设置在所述第四角接触球轴承的外侧，所述行程调节手轮设置在所述运动行程调节蜗杆的左端部并通过大圆柱头螺钉进行限位固定，所述运动行程调节蜗杆的右侧通过第四角接触球轴承连接设置在壳体上，所述蜗杆右法兰通过沉头螺钉设置在所述第四角接触球轴承的外侧，所述行程调整电机的输出轴与所述运动行程调节蜗杆的右端部相连接。

所述运动输出连杆与运动曲柄之间设有向心滚针和保持架组件，使运动输出连杆相对运动曲柄形成周向转动，运动输出连杆通过开槽球面大圆柱头螺钉与运动曲柄形成轴向的限位固定。

所述运动曲柄设置在运动外齿轮的中心，并通过六角头带槽螺栓、平垫圈和轻型弹簧垫圈与运动曲轴连接固定。

所述运动曲柄的轴心距与运动外齿轮的节圆半径相等。

所述第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第三角接触球轴承和第四角接触球轴承均为成对结构使用，每对角接触球轴承之间均设有轴承隔圈，第二角接触球轴承所在的内齿轮外蜗轮轴上设有轴用弹簧挡圈，第三角接触球轴承所在的内齿轮外蜗轮的孔壁上设有孔用弹簧挡圈。

所述运动外齿轮的节圆直径与内齿轮外蜗轮的节圆半径相等。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，结构新颖，采用了运动外齿轮节圆上任一点的运动轨迹是通过直线运动内齿轮外蜗轮直径往复直线运动的直线的原理，同时使用行程斜率可调的蜗轮与直线运动内齿轮为一体的零件结构，使得形成往复直线运动的初始位置可以根据实际需要进行调整，这样通过连杆使得滑块的直线运动行程得到控制与调整。该机构相对于曲柄滑块机构零件构成虽多一些，但曲柄滑块机构的滑块直线运动行程是固定的，而该机构是可以根据需要进行人工或控制予以调整；同时，该机构运行过程中无侧向分力，这样使得滑块在平面副中无侧向摩擦阻力运动，提高了运动副的寿命与稳定性；制造成本虽有所增加，但适用范围广泛了，增强了功能性价比。

附图说明

图1 为本实用新型整体侧视结构示意图。

图2 为本实用新型整体主视结构示意图。

图中：开槽球面大圆柱头螺钉1、向心滚针和保持架组件2、运动输出连杆3、运动曲柄4、六角头带槽螺栓5、平垫圈6、轻型弹簧垫圈7、运动曲轴8、大垫片9、第一角接触球轴承10、轴承隔圈11、运动外齿轮12、轴承长隔圈13、内齿轮外蜗轮14、运动行程调节蜗杆15、左壳体16、内六角花形圆柱头螺钉17、平垫圈18、轻型弹簧垫圈19、右壳体20、第二角接触球轴承21、轴承隔圈22、内六角花形圆柱头螺钉23、平垫圈24、轻型弹簧垫圈25、轴用弹簧挡圈26、孔用弹簧挡圈27、第三角接触球轴承28、直线运动电机29、大圆柱头螺钉30、行程调节手轮31、蜗杆左法兰32、沉头螺钉33、第四角接触球轴承34、行程调整电机35、运动滑块36、运动连杆37、蜗杆右法兰38。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1～2所示，一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，包括左壳体16和右壳体20，还由直线运动机构和调节机构共同组成。

如图1～2所示，一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，直线运动机构由运动输出连杆3、运动曲柄4、运动曲轴8、运动外齿轮12、内齿轮外蜗轮14、运动滑块36、运动连杆37和直线运动电机29构成；内齿轮外蜗轮14通过第二角接触球轴承21连接设置在右壳体20内，运动曲轴8通过第一角接触球轴承10设置在内齿轮外蜗轮14的中心，运动曲轴8的输入端与直线运动电机29的输出轴形成驱动连接，运动外齿轮12设置在运动曲轴8的输出端上，运动曲柄4设置在运动外齿轮12的中心，运动输出连杆3设置在运动曲柄4的底部，运动连杆37的一端与运动输出连杆3相连，另一端与运动滑块36相连；

如图1～2所示，一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，调节机构由运动行程调节蜗杆15、内齿轮外蜗轮14、运动外齿轮12、行程调节手轮31、蜗杆左法兰32、蜗杆右法兰38和行程调整电机35构成；运动行程调节蜗杆15与内齿轮外蜗轮14传动连接，运动行程调节蜗杆15的左侧通过第四角接触球轴承34连接设置在壳体上，蜗杆左法兰32通过沉头螺钉33设置在第四角接触球轴承34的外侧，行程调节手轮31设置在运动行程调节蜗杆15的左端部并通过大圆柱头螺钉30进行限位固定，运动行程调节蜗杆15的右侧通过第四角接触球轴承34连接设置在壳体上，蜗杆右法兰38通过沉头螺钉33设置在第四角接触球轴承34的外侧，行程调整电机35的输出轴与行程调节蜗杆15的右端部相连接。

如图1～2所示，一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，运动输出连杆3与运动曲柄4之间设有向心滚针和保持架组件2，使运动输出连杆3相对运动曲柄4形成周向转动，运动输出连杆3通过开槽球面大圆柱头螺钉1与运动曲柄4形成轴向的限位固定；运动曲柄4设置在运动外齿轮12的中心，并通过六角头带槽螺栓5、平垫圈6和轻型弹簧垫圈7与运动曲轴8连接固定；运动曲柄4的轴心距与运动外齿轮12的节圆半径相等；第一角接触球轴承10、第二角接触球轴承21、第三角接触球轴承28和第四角接触球轴承34均为成对结构使用，每对角接触球轴承之间均设有轴承隔圈，第二角接触球轴承21所在的内齿轮外蜗轮轴上设有轴用弹簧挡圈26，第三角接触球轴承28所在的内齿轮外蜗轮的孔壁上设有孔用弹簧挡圈27；运动外齿轮12的节圆直径与内齿轮外蜗轮14的节圆半径相等。

如图1～2所示，一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，由于要在运动外齿轮12的节点上再安装一个圆柱销，带动运动输出连杆3驱动运动滑块36作往复直线运动是有一定的难度的，为了保证齿轮轮齿的强度，同时又能传递一定的转矩，必须选择大模数的齿轮做内外齿轮，这样运动转换机构的体积就会很庞大。为此，借助于运动曲轴8的左轴端伸出部分，通过花键(或方形结构)固联一个运动曲柄4，运动曲柄4的轴心距等于运动外齿轮12的节圆半径。也就是虚拟制作一个节圆半径，实现传递运动与扭矩的功用。

实施例

行程和斜率均可调节的直线运动机构的相关参数如下：

(1)为保证齿轮传动机构的强度、刚度、啮合质量高、体积小，齿轮传动的结构参数选择为：模数2、内齿轮齿数50、外齿轮齿数25的标准齿轮传动。

(2)改变直线运动行程的斜率执行机构：蜗轮齿数60、模数2、蜗杆头数1、手动或自动调节；调节结束后，蜗轮蜗杆机构处于自锁状态。

(3)斜率调整范围：0°～90°。

(4)为使曲柄连杆机构在机构轻巧的前提下有足够的刚度与强度，最适合的连杆长度、曲柄半径以及结构参数选择为：连杆长度180mm，曲柄半径25mm，结构参数0.2778。

(5)虚拟曲柄长度25mm。

(6)斜率调整机构调整后的滑块最大最小行程：0～50mm。

Claims (6)

1.一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，包括左壳体(16)和右壳体(20)，所述左壳体(16)和右壳体(20)通过内六角花形圆柱头螺钉(17)相连接；其特征在于：所述行程和斜率均可调节的直线运动机构还由直线运动机构和调节机构共同组成；

所述直线运动机构由运动输出连杆(3)、运动曲柄(4)、运动曲轴(8)、运动外齿轮(12)、内齿轮外蜗轮(14)、运动滑块(36)、运动连杆(37)和直线运动电机(29)构成；所述内齿轮外蜗轮(14)通过第二角接触球轴承(21)连接设置在所述右壳体(20)内，所述运动曲轴(8)通过第一角接触球轴承(10)设置在所述内齿轮外蜗轮(14)的中心，所述运动曲轴(8)的输入端与所述直线运动电机(29)的输出轴形成驱动连接，所述运动外齿轮(12)设置在所述运动曲轴(8)的输出端上，所述运动曲柄(4)设置在所述运动外齿轮(12)的中心，所述运动输出连杆(3)设置在所述运动曲柄(4)的底部，所述运动连杆(37)的一端与所述运动输出连杆(3)相连，另一端与所述运动滑块(36)相连；

所述调节机构由运动行程调节蜗杆(15)、内齿轮外蜗轮(14)、运动外齿轮(12)、行程调节手轮(31)、蜗杆左法兰(32)、蜗杆右法兰(38)和行程调整电机(35)构成；所述运动行程调节蜗杆(15)与所述内齿轮外蜗轮(14)传动连接，所述行程调节蜗杆(15)的左侧通过第四角接触球轴承(34)连接设置在壳体上，所述蜗杆左法兰(32)通过沉头螺钉(33)设置在所述第四角接触球轴承(34)的外侧，所述行程调节手轮(31)设置在所述运动行程调节蜗杆(15)的左端部并通过大圆柱头螺钉(30)进行限位固定，所述运动行程调节蜗杆(15)的右侧通过第四角接触球轴承(34)连接设置在壳体上，所述蜗杆右法兰(38)通过沉头螺钉(33)设置在所述第四角接触球轴承(34)的外侧，所述行程调整电机(35)的输出轴与所述运动行程调节蜗杆(15)的右端部相连接。

2.根据权利要求1所述的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，其特征在于：所述运动输出连杆(3)与运动曲柄(4)之间设有向心滚针和保持架组件(2)，使运动输出连杆(3)相对运动曲柄(4)形成周向转动，运动输出连杆(3)通过开槽球面大圆柱头螺钉(1)与运动曲柄(4)形成轴向的限位固定。

3.根据权利要求1所述的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，其特征在于：所述运动曲柄(4)设置在运动外齿轮(12)的中心，并通过六角头带槽螺栓(5)、平垫圈(6)和轻型弹簧垫圈(7)与运动曲轴(8)连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，其特征在于：所述运动曲柄(4)的轴心距与运动外齿轮(12)的节圆半径相等。

5.根据权利要求1所述的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，其特征在于：所述第一角接触球轴承(10)、第二角接触球轴承(21)、第三角接触球轴承(28)和第四角接触球轴承(34)均为成对结构使用，每对角接触球轴承之间均设有轴承隔圈，第二角接触球轴承(21)所在的内齿轮外蜗轮轴上设有轴用弹簧挡圈(26)，第三角接触球轴承(28)所在的内齿轮外蜗轮的孔壁上设有孔用弹簧挡圈(27)。

6.根据权利要求1所述的一种行程和斜率均可调节的直线运动机构，其特征在于：所述运动外齿轮(12)的节圆直径与内齿轮外蜗轮(14)的节圆半径相等。