CN202729225U

CN202729225U - 一种两自由度差动式往复推送装置

Info

Publication number: CN202729225U
Application number: CN 201220336081
Authority: CN
Inventors: 张宪民; 金莫辉; 曾家铨; 甘波
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-11

Abstract

本实用新型公开了提供一种两自由度差动式往复推送装置，包括机架及设在机架上的行星轮系机构及驱动机构、凸轮连杆机构；行星轮系机构包括行星架，行星轮系机构通过行星架与驱动机构连接；行星轮的中心轴一端设有同步带差动机构，其另一端设有凸轮连杆机构；另外，凸轮连杆机构也与行星架连接；同步带差动机构的动力输出端与推手机构连接。本实用新型两自由度差动式往复推送装置，各运动构件以旋转运动的形式直接将输入的旋转运动转化为往复运动，避免使用导轨与滑块直接驱动货物；能在更高的速度下稳定运行，这对包装机械在保证包装质量和提高包装速度等方面有很大帮助。

Description

一种两自由度差动式往复推送装置

技术领域

本实用新型涉及轻工装备中的推送装置技术领域，特别涉及一种两自由度差动式往复推送装置。

背景技术

推送装置是包装机械中的重要部件。高速包装机械对推送装置的工作要求比较高；在高速运行的情况下，要求推送装置严格以直线运动的形式将物品推入下一工位；而返程时需要避让该直线运动轨迹，甚至还要完成一些简单的包装折叠动作，同时保证不损坏包装物品。

高速包装机械运行速度高，推送速度可达500次/分钟，惯性加速度大，而包装机械要求推送装置接触包装物品时的惯性力尽量小，以防损坏包装物品，所以开发出适合高速运行的推送装置对提高包装机械性能具有重要意义。

推送装置的运动轨迹一般是由直线往复运动和另外一种运动叠加而成的两自由度平面运动。在传统机械中，普遍采用曲柄滑块机构来产生往复直线运动，虽然其机构较为简单，但由于其往复运动要靠滑块与导轨的相对滑动来保证，需要较高的加工精度、安装精度和较大的机构空间，且易出现导轨和滑块磨损等问题；另外，曲柄滑块机构应用到高速机械的时候会有一定的问题，其惯性力较大，难以实现平衡，易造成机械振动及噪声等问题，降低机械效率和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是针对现有高速包装机械的推送装置的技术不足，提供一种两自由度差动式往复推送装置。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种两自由度差动式往复推送装置，包括机架及设在机架上的行星轮系机构及驱动机构、凸轮连杆机构；所述行星轮系机构包括行星架，所述行星轮系机构通过行星架与驱动机构连接；所述行星轮的中心轴一端设有同步带差动机构，其另一端设有凸轮连杆机构；另外，所述凸轮连杆机构也与行星架连接；所述同步带差动机构的动力输出端与推手机构连接。

优选地，所述行星轮系机构为齿轮传动行星轮系机构或同步带传动行星轮系机构。

优选地，所述齿轮传动行星轮系机构包括行星架及设在行星架上的太阳轮、行星轮、惰轮；其中，所述太阳轮的中心轴穿过行星架固定于机架上；所述行星轮的中心轴一端与同步带差动机构连接，其另一端与凸轮连杆机构连接；所述惰轮分别与太阳轮、行星轮啮合，从而驱动行星轮的转动；且所述行星轮的齿数为太阳轮的齿数的1/2。

优选地，所述同步带传动行星轮系机构包括行星架及设在行星架上的太阳轮、行星轮、张紧轮；其中，所述太阳轮的中心轴穿过行星架固定于机架上；所述行星轮的中心轴一端与同步带差动机构连接，其另一端与凸轮连杆机构连接；太阳轮和行星轮为同步带轮，太阳轮通过同步带驱动行星轮，所述张紧轮压在同步带上；且所述行星轮的齿数为太阳轮的齿数的1/2。

优选地，为便于安装与美观，所述行星架中间设有U型切口区域，所述切口区域用于安装太阳轮、行星轮与惰轮；或所述切口区域用于安装太阳轮、行星轮与张紧轮。

优选地，所述驱动机构包括第一齿轮、第二齿轮与动力输入轴；所述行星架与第一齿轮啮合，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第二齿轮与动力输入轴连接，所述动力输出轴与外界动力源相连接。

优选地，所述同步带差动机构包括连杆及置于连杆内的同步带、第一带轮、第二带轮与张紧轮；所述第一带轮与行星轮的中心轴连接，该第一带轮能相对于行星轮或连杆转动；所述第一带轮、第二带轮通过同步带连接，所述张紧轮压在同步带上，且所述第一带轮的齿数为第二带轮的齿数的1/2，所述第二带轮轮径大于第一带轮；所述第二带轮在第一带轮的驱动下相对连杆转动，所述第二带轮一端与推手机构连接；所述连杆的杆长等于太阳轮与行星轮的中心距。

优选地，为便于安装于美观，所述连杆为空心状，所述同步带、第一带轮、第二带轮与张紧轮设置于连杆内。

优选地，所述凸轮连杆机构包括平面凹槽凸轮和曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构包括第一杆、摇杆、第三杆与曲柄；所述第一杆一端装在行星架上，另一端与摇杆的一端连接，所述摇杆的另一端与第三杆的一端连接，所述第三杆的另一端与曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与行星轮中心轴连接；所述平面凹槽凸轮装在机架上；所述摇杆上设有滚子，所述平面凹槽凸轮相应设有用于滚子运动的导轨。

优选地，所述推手机构包括推手，所述推手的动力输入端与第二带轮中心轴的动力输出端相连接，所述推手的动力输出端设有定位片，所述定位片用于将推送中的货物定位。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

1）本实用新型两自由度差动式往复推送装置，相比起曲柄滑块推送装置，结构更加紧凑，惯性力小；同时，本实用新型使用了同步带传动机构，能更好地降低机械的振动及噪音。

2）本实用新型两自由度差动式往复推送装置，各运动构件以旋转运动的形式直接将输入的旋转运动转化为往复运动，避免使用导轨与滑块直接驱动货物；能在更高的速度下稳定运行，这对包装机械在保证包装质量和提高包装速度等方面有很大帮助。

附图说明

图1为本实用新型两自由度差动式往复推送装置的前视图；

图2为实施例1的三维图；

图3为实施例2的三维图；

图4为实施例1沿图1中A-A剖面的剖视图；

图5为实施例2沿图1中A-A剖面的剖视图；

图6为沿图4或图5中B-B剖面的局部剖视图；

图7为实施例1中C-C剖面的剖视图；

图8为实施例2中D-D剖面的剖视图；

图9为沿图4或图5中E-E剖面的剖视图；

图10为行星轮系机构的工作原理图；

图11为小带轮相对于行星架的运动规律趋势图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本实用新型采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

实施例1

如图1、2、4、6、7、9所示，一种两自由度差动式往复推送装置，包括机架1及设在机架1上的行星轮系机构及驱动机构、凸轮连杆机构。行星轮系机构包括行星架2，行星轮系机构通过行星架2与驱动机构连接。

行星轮中心为空心区域8，用于安装中心轴6，该中心轴两端均伸出于该行星轮。行星轮的中心轴6另一端设有同步带差动机构，同步带差动机构的动力输出端与推手机构连接。

行星轮的中心轴6的另一端设有凸轮连杆机构；另外，所述凸轮连杆机构也与行星架2连接。

行星轮系机构包括齿轮传动行星轮系机构。齿轮传动行星轮系机构包括行星架及设在行星架上的太阳轮3、行星轮5与惰轮4。其中，太阳轮的中心轴22穿过行星架的空心区域33固定于机架1上。行星轮的中心轴6一端与同步带差动机构连接，其另一端与凸轮连杆机构连接。惰轮4分别与太阳轮3、行星轮5啮合；且行星轮5的齿数为太阳轮3的齿数的1/2。

该行星架中间设有U型切口区域26，切口区域用于安装太阳轮3、行星轮5、惰轮4。

驱动机构包括第一齿轮21、第二齿轮24与动力输入轴23；行星架与第一齿轮21连接，第一齿轮21与第二齿轮24啮合；第二齿轮24与动力输入轴23连接，动力输出轴与外界动力源相连接。

同步带差动机构包括连杆7及置于连杆7内的同步带12、第一带轮9、第二带轮11与张紧轮10。第一带轮与行星轮的中心轴连接，该第一带轮能相对于行星轮5或连杆7转动。第一带轮9、第二带轮11通过同步带连接；而张紧轮压在同步带上。且，第一带轮9的齿数为第二带轮11的齿数的1/2，第二带轮11轮径大于第一带轮9。第二带轮在第一带轮的驱动下相对连杆转动，第二带轮的动力输出端与推手机构连接。

另外，连杆7的杆长等于太阳轮3与行星轮5的中心距。连杆为空心状，同步带12、第一带轮9、第二带轮11与张紧轮10设置于连杆内。

凸轮连杆机构包括平面凹槽凸轮20和曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构包括第一杆38、摇杆18、第三杆17与曲柄16。第一杆38一端装在行星架2上，另一端与摇杆18的一端连接，摇杆18的另一端与第三杆17的一端连接，第三杆17的另一端与曲柄16的一端连接，曲柄16的另一端与行星轮的中心轴6连接。平面凹槽凸轮20装在机架1上。摇杆18上设有滚子19，平面凹槽凸轮20上相应设有用于滚子19滑动的导轨25。

推手机构包括推手13。推手的动力输入端与第二带轮的中心轴27的动力输出端相连接。即行星架2的旋转运动与第二带轮的中心轴27的往复直线运动可以相互转化，从而使得货物沿直线轨迹28运动。推手的动力输出端15设有定位片14，定位片14用于将推送中的货物定位。

在推送货物过程中，凸轮连杆机构相对于行星架2静止，即绕平面凹槽凸轮20中心旋转而不产生其他方向的附加运动。返回时，摇杆18快速摆动，产生一个相对于行星架2的附加运动，曲柄将此运动传递给行星轮的中心轴6，行星轮的中心轴6传递给同步带差动机构，最后作用于推手机构。推手机构在原有直线运动基础上随之产生一个附加运动，两者叠加，使得推手机构沿返回轨迹29快速返回。

关于凸轮连杆机构的运动规律按照推程和返程两个阶段来解释：

1)推程

推程中要求推手保持姿态只做平移运动将货物直线推送，所以推手及与其固结的第二带轮11的角速度为0。

如图10所示，行星轮系机构产生往复直线运动的条件是：

L₂=L₇，ω₂=-ω₇；

其中L₂和ω₂分别为行星架2半径及其角速度，L₇和ω₇分别为行星轮连杆7长度及其角速度。

以行星轮连杆7为参考系，则第二带轮11相对于连杆7的加速度ω₁₁₇为：

ω₁₁₇=-ω₇=ω₂。

根据第一带轮9的齿数为第二带轮11的1/2，可知第一带轮9相对与连杆7的角速度ω₉₇为：

ω₉₇=2ω₁₁₇=2ω₂。

以机架1为参考系，第一带轮9的绝对角速度为：ω₉=ω₇+ω₉₇=ω₂。

所以第一带轮9的角速度和行星架2的角速度相同，即两者相对静止。

相应的，与第一带轮9固结的曲柄16也相对于行星架2静止，连杆机构中的摇杆18即凸轮摇杆无摆动，对应的凸轮轨迹为圆弧。

2)返程

如图11所示，第一带轮9在推程相对于行星架的角位移为0，而在返程中，推手需先逆时针抬高，然后再顺时针返回原状态，所以第一带轮9的相对于行星架2的角位移在返程中出现一个单峰的变化。

如图9所示，实线为推程中凸轮连杆机构所保持的状态1，虚线为返程中曲柄位移达到最大时对应的连杆状态2，总结为：推程时，连杆机构保持状态1；返程时，连杆机构由状态1变化到状态2，再由状态2变化到状态1，完成一个周期的运动。

实施例2

本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：如图1、3、5、6、8、9所示，行星轮系机构为同步带传动行星轮系机构。同步带传动行星轮系机构包括行星架2及设在行星架2上的太阳轮34、行星轮35与张紧轮36。其中，太阳轮的中心轴22穿过行星架2固定于机架1上。行星轮的中心轴6一端与同步带差动机构连接，其另一端与凸轮连杆机构连接。太阳轮34和行星轮35为同步带轮，太阳轮34与行星轮35通过同步带37传动，张紧轮36压在同步带37上；且行星轮35的齿数为太阳轮34的齿数的1/2。

该行星架中间设有U型切口区域26，切口区域用于安装太阳轮3、行星轮5和张紧轮36。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：包括机架（1）及设在机架（1）上的行星轮系机构及驱动机构、凸轮连杆机构；所述行星轮系机构包括行星架（2）与设于行星架（2）上的行星轮（5或35），所述行星轮系机构通过行星架（2）与驱动机构连接；所述行星轮的中心轴（6）一端设有同步带差动机构，其另一端设有凸轮连杆机构；另外，所述凸轮连杆机构也与行星架（2）连接；所述同步带差动机构的动力输出端与推手机构连接。

2.根据权利要求1所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述行星轮系机构为齿轮传动行星轮系机构或同步带传动行星轮系机构。

3.根据权利要求2所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述齿轮传动行星轮系机构还包括设在行星架上的太阳轮（3）与惰轮（4）；其中，所述太阳轮的中心轴（22）穿过行星架（2）固定于机架（1）上；所述惰轮（4）分别与太阳轮（3）、行星轮（5）啮合，从而驱动行星轮（5）的转动；且所述行星轮（5）的齿数为太阳轮（3）的齿数的1/2。

4.根据权利要求2所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述同步带传动行星轮系机构还包括行星架（2）及设在行星架上的太阳轮（34）与张紧轮（36）；其中，所述太阳轮的中心轴（22）穿过行星架（2）固定于机架（1）上；太阳轮（34）和行星轮（35）为同步带轮，太阳轮（34）通过同步带（37）驱动行星轮（35），所述张紧轮压在同步带上；且所述行星轮（35）的齿数为太阳轮（34）的齿数的1/2。

5.根据权利要求3或4所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述行星架中间设有U型切口区域（26），所述切口区域用于安装太阳轮（3）、行星轮（5）与惰轮（4）；或所述切口区域用于安装太阳轮（34）、行星轮（35）与张紧轮（36）。

6.根据权利要求5所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述驱动机构包括第一齿轮（21）、第二齿轮（24）与动力输入轴（23）；所述行星架与第一齿轮（21）啮合，所述第一齿轮（21）与第二齿轮（24）啮合；所述第二齿轮（24）与动力输入轴（23）连接，所述动力输出轴与外界动力源相连接。

7.根据权利要求6所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述同步带差动机构包括连杆（7）及置于连杆（7）内的同步带（12）、第一带轮（9）、第二带轮（11）与张紧轮（10）；所述第一带轮（9）与行星轮的中心轴（6）连接，且该第一带轮（9）相对于行星轮（5、35）或连杆（7）转动；所述第一带轮（9）、第二带轮（11）通过同步带（12）连接，所述张紧轮（10）压在同步带上；所述第一带轮（9）的齿数为第二带轮（11）的齿数的1/2，所述第二带轮（11）轮径大于第一带轮（9）；所述第二带轮（11）在第一带轮（9）的驱动下相对连杆（7）转动，所述第二带轮（11）一端与推手机构连接；所述连杆（7）的杆长等于太阳轮（34）与行星轮（35）的中心距。

8.根据权利要求7所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述连杆（7）为空心状，所述同步带（12）、第一带轮（9）、第二带轮（11）与张紧轮（10）设置于连杆（7）内。

9.根据权利要求7或8所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述凸轮连杆机构包括平面凹槽凸轮（20）和曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构包括第一杆（38）、摇杆（18）、第三杆（17）与曲柄（16）；所述第一杆（38）一端装在行星架（2）上，另一端与摇杆（18）的一端连接，所述摇杆（18）的另一端与第三杆（17）的一端连接，所述第三杆（17）的另一端与曲柄（16）的一端铰接，所述曲柄（16）的另一端与行星轮的中心轴（6）连接；所述平面凹槽凸轮（20）装在机架（1）上；所述摇杆（18）上设有滚子（19），所述平面凹槽凸轮（20）上相应设有用于滚子（19）滑动的导轨（25）。

10.根据权利要求9所述的两自由度差动式往复推送装置，其特征在于：所述推手机构包括推手（13），所述推手（13）的动力输入端与第二带轮（11）的中心轴（27）的动力输出端相连接，所述推手的动力输出端（15）设有定位片（14），所述定位片（14）用于将推送中的货物定位。