TWI663348B - 旋轉軸之迴轉定位機構 - Google Patents

Abstract

一種旋轉軸之迴轉定位機構，包括並鄰設置且可相對移動的第一從動件與第二從動件，第一從動件與第二從動件具有錯位設計的齒列同時與齒輪齧合，當第一從動件與第二從動件受到相反力的作用時能夾擠齒輪使之不會晃動。當齒輪是旋轉軸的一部分且旋轉軸一端結合物件時，物件能進行旋轉動作，並在旋轉到達定位點時不會晃動而保持在精準定位的狀態。

Description

旋轉軸之迴轉定位機構

本發明係與傳動機構有關；特別是指一種可對旋轉軸產生迴轉定位效果的齒輪傳動機構。

傳動機構是指可以將動力提供的運動方式、方向或速度加以改變者，常見的有利用機件間的摩擦力來傳遞動力，或者利用齧合方式來傳遞動力以驅使機器部件的運動或是運轉。以齧合傳動機構為例，係透過凸齒間的互相咬合而發揮傳遞運動可靠及適用載荷大的效果，因此廣泛應用於工具機中。

圖1至圖3所示為一種已知的齒輪傳動機構，其透過驅使齒條(Racks)1往復移動而傳動與之齧合的齒輪2產生正反向的轉動，前述配置方式是將直線運動改變為轉動模式，當齒輪2是旋轉軸3的一部分時，可帶動結合在旋轉軸3一端的物件產生相對應的轉動。以工具機的換刀臂4為例，即是結合在旋轉軸3一端而隨之轉動以執行換刀作業，然而，換刀臂4在停止狀態下，因齒條1的凸齒1a與齒輪2的凸齒2a在齧合部位之間存在著齒隙G，使得旋轉軸3仍有微小的迴轉空間，該情形造成換刀臂4無法精準定位在不晃動的停止位置而徒增困擾，類似的情形不限於物件是換刀臂的場合中，其他例如物件是旋轉台時亦將因為齒隙的存在而難以在停止運動的狀態下保持極佳的穩固性。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種旋轉軸之迴轉定位機構，係在機構停止運動的狀態下能對旋轉軸產生極佳的精準定位。

緣以達成上述目的，本發明提供一種旋轉軸之迴轉定位機構，旋轉軸具有齒輪，迴轉定位機構包括具有第一齒列的第一從動件與具有第二齒列的第二從動件，其中第一從動件與第二從動件並鄰設置，齒輪同時與第一齒列及第二齒列齧合；當第一從動件受第一方向力作用，第二從動件受第二方向力作用，且第一方向力與第二方向力的方向相反時，第一齒列與第二齒列推夾齒輪。

本發明之效果在於透過第一從動件與第二從動件能夠相對移動且受到相反力的作用時能夾擠齒輪使之不會晃動。

〔本發明〕

100‧‧‧迴轉定位機構

10‧‧‧第一從動件

12‧‧‧第一齒列

14‧‧‧第一凸齒

14a‧‧‧第一前齒面

14b‧‧‧第一後齒面

16‧‧‧第一齒谷

18‧‧‧定位環

20‧‧‧第二從動件

22‧‧‧第二齒列

24‧‧‧第二凸齒

24a‧‧‧第二前齒面

24b‧‧‧第二後齒面

26‧‧‧第二齒谷

30‧‧‧迴轉座

32‧‧‧軸孔

34‧‧‧貫孔

36‧‧‧偏壓件

36a‧‧‧接觸面

40‧‧‧缸管

50‧‧‧第一加壓缸

60‧‧‧第二加壓缸

70‧‧‧第一頂推件

72‧‧‧第一頂抵面

80‧‧‧第二頂推件

82‧‧‧第二頂抵面

90‧‧‧控制模組

200‧‧‧旋轉軸

201‧‧‧齒輪

201a‧‧‧齧合齒

202‧‧‧軸承

203‧‧‧密封環

G1、G2‧‧‧間隙

F1‧‧‧第一方向力

F2‧‧‧第二方向力

L1‧‧‧第一徑向線

L2‧‧‧第二徑向線

圖1為已知齒輪傳動機構的俯視圖；圖2為圖1的前視圖；圖3為圖2中”A”部分的局部放大圖；圖4為本發明一較佳實施例之迴轉定位機構與旋轉軸配置的立體圖；圖5為圖4的俯視圖；圖6為圖5的前視暨局部圖；圖7為本發明另一較佳實施例之迴轉定位機構與旋轉軸的分解圖；圖8為圖7中構件的組合立體圖；圖9為圖8之9-9方向剖視圖； 圖10為圖8的局部剖面暨俯視圖；圖11為圖9的局部放大圖；圖12為圖11的局部剖面暨俯視圖；圖13為圖10的局部放大圖；圖14類同圖10，揭示旋轉軸轉動之狀態；圖15類同圖11，揭示對應圖14當中旋轉軸轉動之狀態；圖16A及圖16B分別為圖14中”B”部分及”C”部分的局部放大圖；圖17為立體圖，揭示迴轉定位機構包括定位環及偏壓件。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖4至圖6所示的迴轉定位機構100，係可用於傳動旋轉軸200，所述旋轉軸200具有齒輪201，且旋轉軸200的一端可結合物件(圖未示)並帶動物件轉動，因應適用場合的不同，所述物件可以是工具機之換刀臂或者是其他須經過轉動並且能在停止轉動時精準定位的物體。

迴轉定位機構100包括有並鄰設置且能夠相對移動的第一從動件10與第二從動件20，且第一從動件10具有第一齒列12，第二從動件20具有第二齒列22，旋轉軸200的齒輪201同時與第一齒列12及第二齒列22齧合。在本實施例中，齒輪201為具有多數個沿著圓周設置之齧合齒201a的正齒輪(Spur gears)，第一從動件10和第二從動件20分別為獨立的齒條(Racks)，且彼此間以平行軸(Parallel shafts)方式配置。當迴轉定位機構100停止運動且旋轉軸200停止轉動時，第一從動件10受第一方向力F1作用，第二從動件20受第二方向力F2作用，且第一方 向力F1與第二方向力F2的方向相反，使得第一齒列12與第二齒列22呈錯位設置並據以消弭齒隙，進而能推夾齒輪201以使旋轉軸200保持在不會晃動的穩定狀態，相對使得結合在旋轉軸200一端的物件能獲得精準定位。前述第一方向力F1與第二方向力F2可以是其中之一為作用力，另一者為反作用力，不排除也可以是源自不同的壓力源所造成。

請再配合圖7至圖10所示，在一實施例中的迴轉定位機構100除了包括上述的第一從動件10與第二從動件20之外，還進一步包括有迴轉座30、缸管40、第一加壓缸50、第二加壓缸60、第一頂推件70、第二頂推件80及控制模組90。其中，迴轉座30位置居中且具有軸孔32為外部套設有軸承202及密封環203的旋轉軸200可轉動地穿設其中，旋轉軸200的一端並穿出迴轉座30而可結合物件(例如換刀臂)，迴轉座30的相對兩側分別連結一個圓筒形的缸管40，該二缸管40外再分別連結第一加壓缸50與第二加壓缸60，且各個缸管40內分別設置可沿著軸向移動的第一頂推件70與第二頂推件80，控制模組90控制第一加壓缸50產生第一方向力F1作用於第一頂推件70，或是控制第二加壓缸60產生第二方向力F2作用於第二頂推件80。前述第一方向力F1和第二方向力F2的產生可以是來自於油壓或者是氣壓所造成，控制模組90可以包括一種電磁閥，用來切換液壓油或是氣體的流向，易言之，在第一加壓缸50與第二加壓缸60的其中一者產生方向力時，另一者則呈釋壓的狀態。

本實施例的第一從動件10與第二從動件20為相同長度的齒條，其中，第一從動件10的第一齒列12由沿著長邊方向排列設置的多數個第一凸齒14構成，每一個第一凸齒14具有相背對的第一前齒面14a與第一後齒面14b，相鄰第一凸齒14之間並形成第一齒谷16；第二從動件20的第二齒列22由沿著長邊方向排列設置的多數個第二凸齒24構成， 每一個第二凸齒24具有相背對的第二前齒面24a與第二後齒面24b，相鄰第二凸齒24之間形成第二齒谷26。前述第一齒列12的齒距與第二齒列22的齒距相同，但第一齒列12與第二齒列22並非位在完全對齊的位置，也就是說當第一從動件10與第二從動件20的兩端對齊時，第一齒列12與第二齒列22是呈錯位的，但錯位的差距仍能為一個齧合齒進入相對應的第一齒谷16與第二齒谷26中。

第一從動件10與第二從動件20並鄰穿設於迴轉座30的貫孔34中，且兩端伸至缸管40中而與旋轉軸200呈正交擺設，第一從動件10與第二從動件20位在屬於一種活塞結構的第一頂推件70與第二頂推件80之間，其中第一頂推件70具有第一頂抵面72抵接第一從動件10的一端，第二頂推件80具有第二頂抵面82抵接第二從動件20的一端。在圖9及圖10所揭示的迴轉定位機構100中，第一加壓缸50產生第一方向力F1作用於第一頂推件70，第一頂推件70向右抵推第一從動件10，第二頂推件80因第二加壓缸60呈釋壓狀態而止於第二加壓缸60的內側壁，使得第二從動件20承受著反作用力(即第二方向力F2)，請再配合圖11至圖13所示，當控制模組90停止控制動作而使得第一從動件10與第二從動件20也停止運動時，第一凸齒14是以其第一前齒面14a與第二凸齒24的第二後齒面24b前後抵接位在第一徑向線L1上的對應齧合齒201a的相對兩側齒面，此時的齧合齒201a與第一凸齒14及第二凸齒24之間並無任何的齒隙存在，至此，旋轉軸200停止轉動且保持在不會晃動的穩定狀態，連帶使得結合在旋轉軸200一端的物件獲得精準定位，於此同時，因第一齒列12與第二齒列22的錯位設計，使得第一從動件10的另一端與第二頂抵面82保持著間隙G1，第二從動件20的另一端與第一頂抵面72保持著同樣的間隙G1。

當欲驅使旋轉軸200轉動而使控制模組90改為控制第二加壓缸60產生第二方向力F2作用於第二頂推件80，且第一加壓缸50轉為釋壓狀態時，如圖14所示，在此程序中的第一方向力F1將不存在，第二方向力F2則不再是反作用力，因此第二頂推件80將向左抵推第二從動件20移動，致其第二凸齒24以直線方向推動齧合齒201a，如圖15所示，此時原位在第一徑向線L1上的齧合齒201a在偏轉至第二徑向線L2的過程中，將同步推動第一從動件10以與第二從動件20相同平移的方向移動，由於第二從動件20是以直線方向推動齒輪201，而齒輪201是以旋轉方式推動第一從動件10，因此造成第一從動件10的移動行程會略大於第二從動件20的移動行程，參圖16A及圖16B所示，該情形造成了第一從動件10(第二從動件20)未接觸第二頂抵面82(第一頂抵面72)的一端與第二頂抵面82(第一頂抵面72)之間的間隙G2略大於上述圖13所揭示狀態的間隙G1，同時也使得第一凸齒14往接近重合第二凸齒24的位置靠攏，如此使得齒輪201的齧合齒201a與凸齒之間產生有齒隙，俾利於第一從動件10與第二從動件20能夠順暢地齧合傳動旋轉軸200作轉動。

當第一頂推件70移動至止於第一加壓缸50的內側壁時，控制模組90將停止控制動作，此時的第二頂推件80仍承受著缸管40內的油壓或者是氣壓而受有第二方向力F2的作用，第一頂推件70則因止於第一加壓缸50的內側壁而受有反作用力(即第一方向力F1)的作用，該情形使得從動件一端與頂推件的頂抵面之間的距離再次減縮為間隙G1，並將因此再次造成第一凸齒14以其第一前齒面14a與第二凸齒24的第二後齒面24b前後抵接對應齧合齒的相對兩側齒面，至此表示完成旋轉軸200的轉動控制，且旋轉軸200停止轉動並保持在不會晃動的穩定狀態。

由上述可知，本發明透過並鄰設置且能夠相對移動的第一從動件10與第二從動件20來同步齧合傳動齒輪201轉動，更在其中之一者受到抵擋而無法前進時，因分別承受著作用力與反作用力的配對力影響而夾擠齒輪201的齧合齒201a以預防鬆動。申言之，當旋轉軸200一端結合的物件是換刀臂時，換刀臂能在旋轉到達定位點時不會有微小的晃動情形而能保持在精準定位的狀態。

請再參圖17所示，上述實施例中的第一從動件10與第二從動件20的外部可選擇套設至少一個定位環18用以穩定彼此間的相對位置，圖中顯示使用兩個定位環套設在從動件的兩端。另外，可在迴轉座30中增設一個偏壓件36，用以對第一從動件10與第二從動件20提供一偏壓力而使齒輪與齒列之間保持良好的齧合關係，偏壓件36具有接觸面36a與第一從動件10及第二從動件20的外型輪廓配合，而偏壓力的產生可以是彈簧，也可以是從具有可調整位置的螺栓來獲得，前述螺栓螺合在迴轉座30的一個螺孔中。

上述實施例中用以驅使旋轉軸轉動的方式是由具有直向設置齒列的齒條所達成，然而在其他的實施例中也可以是一種內齒輪(Internal gears)與正齒輪(Spur gears)的組合，亦即旋轉軸的齒輪仍為正齒輪，而第一從動件與第二從動件分別為並鄰設置且與正齒輪具有相同旋轉中心並可相對轉動的內齒輪，內齒輪的齒列是圓環狀的且彼此間仍為錯位設計，其可達成相同上述實施例之驅使旋轉軸轉動，並在停止狀態下對旋轉軸產生限位效果而不會晃動。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims (8)

1. 一種旋轉軸之迴轉定位機構，該旋轉軸具有一齒輪，該迴轉定位機構包括：一第一從動件，具有一第一齒列；一第二從動件，係並鄰於該第一從動件且具有一第二齒列；其中該旋轉軸之該齒輪同時與該第一齒列及該第二齒列齧合；一第一頂推件與一第二頂推件，該第一頂推件具有一第一頂抵面，該第二頂推件具有一第二頂抵面，該第一從動件與該第二從動件設置於該第一頂推件與該第二頂推件之間，其中該第一從動件一端抵接該第一頂抵面，另一端與該第二頂抵面保持一間隙，該第二從動件一端抵接該第二頂抵面，另一端與該第一頂抵面保持一間隙；藉此，在該第一從動件受一第一方向力作用，該第二從動件受一第二方向力作用，且該第一方向力與該第二方向力的方向相反時，該第一齒列與該第二齒列推夾該齒輪。
2. 如請求項1所述旋轉軸之迴轉定位機構，其中該第一方向力與該第二方向力之一者為作用力，另一者為反作用力。
3. 如請求項2所述旋轉軸之迴轉定位機構，包括一第一加壓缸與一第二加壓缸，其中該第一加壓缸產生該第一方向力作用於該第一從動件時，該第二頂推件對該第二從動件產生反作用力；該第二加壓缸產生該第二方向力作用於該第二從動件，該第一頂推件對該第一從動件產生反作用力。
4. 如請求項3所述旋轉軸之迴轉定位機構，包括一控制模組，該控制模組控制該第一加壓缸與該第二加壓缸之一者產生方向力時，另一者則為釋壓狀態。
5. 如請求項2-4任一項所述旋轉軸之迴轉定位機構，其中該旋轉軸之該齒輪具有沿著圓周設置的多數個齧合齒，該第一從動件為齒條，其第一齒列具有沿著長邊方向排列設置的多數個第一凸齒且相鄰第一凸齒之間形成一第一齒谷，該第二從動件為齒條，其第二齒列具有沿著長邊方向排列設置的多數個第二凸齒且相鄰第二凸齒之間形成一第二齒谷；其中該齧合齒位於相對應之第一齒谷與第二齒谷中，且該第一齒谷與該第二齒谷係呈錯位設置。
6. 如請求項5所述旋轉軸之迴轉定位機構，其中每一第一凸齒具有相背對的一第一前齒面與一第一後齒面，每一第二凸齒具有相背對的一第二前齒面與一第二後齒面；其中該第一凸齒的第一前齒面與該第二凸齒的第二後齒面分別抵接對應齧合齒的相對兩側齒面，或者是該第一凸齒的第一後齒面與該第二凸齒的第二前齒面分別抵接對應齧合齒的相對兩側齒面。
7. 如請求項5所述旋轉軸之迴轉定位機構，其中該第一從動件與該第二從動件的外部共同套設至少一定位環。
8. 如請求項5所述旋轉軸之迴轉定位機構，包括一偏壓件用以對該第一從動件與該第二從動件提供一偏壓力，使該第一齒列與該第二齒列齧合該齒輪。