CN104339896B - 一种无级调节行程的单向驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无级调节行程的单向驱动机构。包括可调支点位置的杠杆机构和单向驱动机构，可调支点位置的杠杆机构包括有主动端驱动件、杠杆等；单向驱动机构包括第一单向离合机构、第二单向离合机构等，杠杆装设在可调节支点上，杠杆主动端铰支装设在杠杆的一端，杠杆从动端铰支装设在单向驱动座的偏心轴上并在杠杆的另一端与杠杆配合，主动端驱动件装设在杠杆主动端铰支上，第一单向离合机构与单向转动轴同轴相联，单向辊和单向轮分别与单向转动轴同轴相联接，第一单向离合机构及第二单向离合机构装设在与单向转动轴上。本发明广泛应用于各种将固定行程的主动端运动转化为行程可无级调节的单向从动端运动，传动比精确，传动效率高，冲击和噪音低。

Description

一种无级调节行程的单向驱动机构

技术领域

本发明是一种无级调节行程的单向驱动机构,属于机械传动中主动端为行程固定的往复运动，从动端为行程可无级调节的单向运行机构。可广泛应用于打印设备、印刷设备、包装设备、冲压/冲裁设备等领域,属于无级调节行程的单向驱动机构的创新技术。

背景技术

在各种色带打印机中，由于打印后色带已打印区域不能再次打印，在下一次打印时需将色带驱动到下一段未打印的位置，色带是色带打印机上最主要的耗材，其成本是打印成本最主要的组成。由于不同应用场合打印面积不同，故不同应用所需的色带驱动步距不同。因此色带的驱动及步距调节和控制是色带打印机的关键机构，其驱动的响应及时性以及驱动步距的精度直接影响到打印速度、打印质量和打印成本。

目前市场上可见的色带打印机中，以热烫色带打印机为例，其色带的驱动主要有两种方式：

1） 除了打印头行程固定的往复驱动外，另外以单独的驱动源（如步进电机/伺服电机或气缸）进行色带驱动，其驱动行程依靠调节驱动端的行程（如步进电机/伺服电机的转角，或驱动气缸的往复行程）.这种方式增加了结构成本、机构体积、控制成本，以及需要色带动作与印头动作之间的配合控制，在高速运行（往复频率超过400次/分钟）、或存在干扰信号时容易导致两者动作的失调干扰，采用气动驱动源时更会产生较大的冲击、振动和噪音。实际应用中，这种结构可使用的速度（往复频率）最高约550次/分钟。

2） 采用打印头的固定行程往复运动作为色带的驱动源，采用主动齿条（由打印头往复驱动，往复行程固定）—中间齿轮（回转中心位置可变）--执行齿轮（回转中心固定）的机构驱动色带。由于中间齿轮的回转中心可变，因此其啮合的节圆直径可变。当齿条的往复行程不变，中间齿轮的节圆直径变化时，中间齿轮的转角可随着其中心的位置变化而变化，节圆直径越大，其转角越小，反之转角越大；中间齿轮的转角变化时，与其啮合的执行齿轮的转角也相应变化。从而可实现驱动行程（齿条行程）固定，而从动行程（执行齿轮转角）可无级调节。

但这种机构有个严重的缺陷，即中间尺寸的回转中心变化（不在其分度圆圆心）后，其与齿条以及执行齿轮的节圆（节线）不再相切，产生节圆之间的干涉或远离，它们之间的啮合不再是共轭啮合，啮合过程中齿与齿会发生干涉或啮合间隙过大甚至脱离，违反了机械原理。因此这种机构非常容易导致机件（齿条、中间齿轮、执行齿轮）的损坏，且驱动精度很差（色带步距误差超过±3mm），从而导致色带的利用率很低。尤其在高速（往复频率超过400次/分钟）时，驱动精度即噪音急剧恶化，机件的损坏也非常迅速（根据不同的机件材料，其机件的使用寿命大约仅为400小时～600小时甚至更低）。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种体积小，成本低，且能降低干扰影响和振动，减小噪音，延长机件使用寿命的无级调节行程的单向驱动机构。本发明可应用在高速甚至超高速的热烫色带印字机。

本发明的技术方案是：本发明的无级调节行程的单向驱动机构，包括有可调支点位置的杠杆机构和单向驱动机构，可调支点位置的杠杆机构包括有支点调节螺杆、杠杆从动端铰支、主动端驱动件、杠杆、杠杆主动端铰支、可调节支点、支点调节座；单向驱动机构包括有单向驱动座、第一单向离合机构、第二单向离合机构、单向转动轴、单向辊、轴承座、单向轮，其中杠杆装设在可调节支点上，可调节支点支承在支点调节座上，支点调节座上装设有能调节可调节支点的位置的支点调节螺杆，杠杆主动端铰支装设在杠杆的一端，杠杆从动端铰支装设在单向驱动座的偏心轴上并在杠杆的另一端与杠杆的内槽配合，主动端驱动件装设在杠杆主动端铰支上，第一单向离合机构安装在单向驱动座的孔内，并与单向转动轴同轴相联，且单向转动轴支承在轴承座上，单向辊和单向轮分别与单向转动轴同轴相联接，作为单向运动的执行件，第一单向离合机构及第二单向离合机构装设在与单向转动轴上。

本发明的无级调节行程的单向驱动机构具有如下效果：。

1)本发明的无级调节行程及单向驱动机构，在机械原理上各个机件的动作是唯一的，行程是确定的，而且各个机件之间的运动关系无任何干涉和分离，因此可以获得很好的精度；

2）各铰支采用滚动轴承作为运动件时，其摩擦副为滚动摩擦，因此即使在高速运行下噪音也很低，寿命长；

3）本发明的无级调节行程的单向驱动机可应用于高速静音打码机上，打印头就安装在主动端驱动件上，打印头的往复运动作为色带单向驱动的动力源，色带由单向辊卷绕驱动，由于驱动端的往复直线运动是由伺服电机通过同步带传动曲柄连杆机构带动，其速度曲线为正弦曲线，在行程的下死点（即印头接触到色带和被印物时）和上死点时其线速度理论上为0，因此打印时的噪音和振动非常小。

4）驱动端的往复直线运动是由伺服电机通过同步带传动曲柄连杆机构带动，伺服电机在保持恒扭矩时其转速可达到3000RPM，经过同步带1：2减速后，驱动端往复运动的频率可达到1500次/min，因此在保持伺服电机恒扭矩时高速静音打码机的打印速度可达到1500次/分钟。

本发明的机构原理应用于热烫色带印字机上后（MFP50和MFP60热烫色带印字机），直接采用打印头的往复运动作为色带单向驱动的动力源，可获得2～24mm范围无级调节的色带驱动步距，且在超过1000次/分钟的打印频率下，获得了±0.5mm的精准的色带步距控制精度，而且机件的使用寿命（在600次/分钟速度下）超过了2500小时仍未损坏；且该机构运行时几乎无振动和噪音，也不受干扰信号的影响（该机构无电控）。以1卷100m长度色带，每次打印长度6mm计，每卷色带打印数量从未采用本发明机构的5000～6000次上升到采用本发明机构的打印机的11000次以上，色带耗用成本降低80%以上。本发明用于热烫色带打印机，速度高，色带利用率高。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的无级调节行程的单向驱动机构。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，本发明的无级调节行程的单向驱动机构,包括有可调支点位置的杠杆机构和单向驱动机构，可调支点位置的杠杆机构包括有支点调节螺杆01、杠杆从动端铰支02、主动端驱动件09、杠杆10、杠杆主动端铰支11、可调节支点12、支点调节座13；单向驱动机构包括有第一单向离合机构03、第二单向离合机构04、单向转动轴05、单向辊06、轴承座07、单向轮08，其中杠杆10装设在可调节支点12上，可调节支点12支承在支点调节座13上，支点调节座13上装设有能调节可调节支点12的位置的支点调节螺杆01，杠杆主动端铰支11装设在杠杆10的一端，杠杆从动端铰支02装设在单向驱动座03A的偏心轴上并在杠杆10的另一端与杠杆的内槽配合，主动端驱动件09装设在杠杆主动端铰支11上，第一单向离合机构安装在单向驱动座03A的孔内，并与单向转动轴05同轴相联，且单向转动轴05支承在轴承座07上，单向辊06和单向轮08分别与单向转动轴05同轴相联接，作为单向运动的执行件，第一单向离合机构03及第二单向离合机构04装设在单向转动轴05上。单向驱动座03A上设有偏心轴，用于安装杠杆从动端铰支02，单向驱动座03A上设有的偏心轴与安装单向离合机构03的孔偏心。

本实施例中，上述单向辊06和单向轮08分别通过键与单向转动轴05同轴相联接。

本实施例中，上述支点调节螺杆01与支点调节座13组成螺旋传动副，杠杆支点12能随支点调节座13直线运动，从而能调节可调节支点12的位置，改变杠杆比，在主动端09行程不变的情况下改变从动端铰支02的行程。

本实施例中，上述第一单向离合机构3与第二单向离合机构4的止回方向相反，其中第一单向离合器03作为驱动器，其止回方向（工作方向）与单向转动轴5、执行件单向辊06和单向轮08的旋向相同；第二单向离合器04作为止回器，在单向转动轴5工作方向上无阻力，但在第一单向离合器03回程时提供止回，防止单向转动轴05反转。上述第一个单向离合机构03及第二单向离合机构是棘轮/棘爪机构，或棘条/棘爪机构，或单向离合器，或单向轴承，或超越离合器等；第一个单向离合机构03的单向驱动力（或扭矩）需能保证驱动从动端正常运行；第二个单向离合机构4的单向驱动力（或扭矩）需能保证防止从动端反向运行。

本实施例中，上述第一个单向离合机构3及第二单向离合机构是棘轮/棘爪机构，或棘条/棘爪机构，或单向离合器，或单向轴承，或超越离合器等；第一个单向离合机构03的单向驱动力（或扭矩）需能保证驱动从动端正常运行；第二个单向离合机构04的单向驱动力（或扭矩）需能保证防止从动端反向运行。

本实施例中，上述可调节支点12、杠杆从动端铰支02及杠杆主动端铰支11采用滚动轴承或滑动轴承，应能灵活旋转。

本实施例中，上述可调节支点12及杠杆从动端铰支02装设在杠杆10所设的滑槽中，可调节支点12及杠杆从动端铰支02与滑槽之间分别采用间隙配合，以保证传动精度的同时保证支点可在滑槽中灵活滑动。

本实施例中，上述杠杆10是直线式杠杆，或是平面或空间曲线杠杆。

本实施例中，上述主动端驱动件09及杠杆主动端铰支11的运动是平面往复运动，或是空间曲线往复运动；上述平面往复运动是平面直线往复运动或平面曲线往复运动。

本实施例中，上述杠杆从动端铰支02的运动是单向运动，或是往复运动；上述杠杆从动端铰支02的运动轨迹是直线，或是平面或空间曲线（如圆周运动、转动等）；上述主动端和从动端的运动方向相反（主动端与从动端分别位于杠杆支点两侧），或是相同（主动端与从动端位于杠杆支点同一侧）。

本实施例中，本发明解决在高速（热烫色带印字机打印频率超过500次/分钟）甚至超高速（热烫色带印字机打印频率超过800次/分钟）,又不增加（甚至还能减少）机构的体积和成本（如直接采用打印头的动作作为色带的驱动源，不另外增加色带驱动源），降低干扰影响和振动、噪音，延长机件寿命，同时这种机构原理、结构应可应用于其它类似应用。

本实施例中，本发明可调支点位置的杠杆机构。当初始杠杆比为i=a/b，调节杠杆支点位置后杠杆比变为i’= a’/b’，从而可实现在驱动端运动行程（线位移或角位移）固定时，从动端的运动行程（线位移或角位移）可无级调节变化。该机构符合机械原理，杠杆支点位置调节好固定后，在驱动端运动确定时各执行部件的动作确定（机构自由度为1），不产生任何干涉或不确定动作；该机构机件材料、制造条件及工艺易获取，不会导致过高的制造成本。

本发明的机构符合机械原理，在驱动端运动（行程、速率）确定时各执行部件的动作（行程、速率）确定（机构自由度为1），不产生任何干涉或不确定动作；该机构机件材料、制造条件及工艺易获取，不会导致过高的制造成本。

将本发明的机构原理应用于热烫色带印字机上后（MFP50和MFP60热烫色带印字机），直接采用打印头的往复运动作为色带单向驱动的动力源，可以获得如下效果：

1）获得了2～24mm可无级调节的色带驱动步距；

2）最高工作频率达到1200次/分钟；

3）在超过1000次/分钟的打印频率下，获得了±0.5mm的精准的色带步距控制精度；

4）机件的使用寿命（在600次/分钟速度下）超过了2500小时仍未损坏；

5）该机构运行时几乎无振动和噪音，也不受干扰信号的影响（该机构无电控）。

6）以1卷100m长度色带，每次打印长度6mm计，每卷色带打印数量从没有采用本发明机构的5000～6000次上升到采用本发明机构的MFP50和MFP60热烫色带印字机的11000次以上，色带耗用成本降低40%以上。

Claims (9)

1.一种无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于包括有可调支点位置的杠杆机构和单向驱动机构，可调支点位置的杠杆机构包括有支点调节螺杆、杠杆从动端铰支、主动端驱动件、杠杆、杠杆主动端铰支、可调节支点、支点调节座；单向驱动机构包括有单向驱动座、第一单向离合机构、第二单向离合机构、单向转动轴、单向辊、轴承座、单向轮，其中杠杆装设在可调节支点上，可调节支点支承在支点调节座上，支点调节座上装设有能调节可调节支点的位置的支点调节螺杆，杠杆主动端铰支装设在杠杆的一端，杠杆从动端铰支装设在单向驱动座的偏心轴上并在杠杆的另一端与杠杆的内槽配合，主动端驱动件装设在杠杆主动端铰支上，第一单向离合机构安装在单向驱动座的孔内，并与单向转动轴同轴相联，且单向转动轴支承在轴承座上，单向辊和单向轮分别与单向转动轴同轴相联接，作为单向运动的执行件，第一单向离合机构及第二单向离合机构装设在单向转动轴上；上述第一单向离合机构与第二单向离合机构的止回方向相反，其中第一单向离合器作为驱动器，其止回方向与单向转动轴、执行件单向辊和单向轮的旋向相同；第二单向离合器作为止回器，在单向转动轴工作方向上无阻力，但在第一单向离合器回程时提供止回，防止单向转动轴反转；当杠杆的两端与可调节支点的距离之比，即初始杠杆比为i，调节杠杆支点位置后，杠杆的两端与可调节支点的距离之比，即杠杆比变为i’,实现在驱动端运动行程固定时，从动端的运动行程无级调节变化，且获得2～24mm无级调节的色带驱动步距；在超过1000次/分钟的打印频率下，获得±0.5mm的精准的色带步距控制精度。

2.根据权利要求1所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述单向辊和单向轮分别通过键与单向转动轴同轴相联接。

3.根据权利要求1所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述支点调节螺杆与支点调节座组成螺旋传动副，可调节支点能随支点调节座直线运动，从而能调节可调节支点的位置，改变杠杆比，在主动端行程不变的情况下改变从动端铰支的行程。

4.根据权利要求3所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述第一单向离合机构及第二单向离合机构是棘轮/棘爪机构，或棘条/棘爪机构，或单向离合器，或单向轴承，或超越离合器；第一单向离合机构的单向驱动力需能保证驱动从动端正常运行；第二单向离合机构的单向驱动力需能保证防止从动端反向运行。

5.根据权利要求1至4任一项所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述可调节支点、杠杆从动端铰支及杠杆主动端铰支采用滚动轴承或滑动轴承。

6.根据权利要求5所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述可调节支点及杠杆从动端铰支装设在杠杆所设的滑槽中，可调节支点及杠杆从动端铰支与滑槽之间分别采用间隙配合。

7.根据权利要求6所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述杠杆是直线式杠杆，或是平面杠杆或空间曲线杠杆。

8.根据权利要求7所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述主动端驱动件及杠杆主动端铰支的运动是平面往复运动，或是空间曲线往复运动；上述平面往复运动是平面直线往复运动或平面曲线往复运动。

9.根据权利要求8所述的无级调节行程的单向驱动机构,其特征在于上述杠杆从动端铰支的运动是单向运动，或是往复运动；上述杠杆从动端铰支2的运动轨迹是直线，或是平面或空间曲线；上述主动端和从动端的运动方向相反，或是相同。