張寶東 馮如意 劉廷輝

（沈陽機床成套設(shè)備有限責(zé)任公司技術(shù)部，遼寧沈陽 110142）

1 問題的提出及技術(shù)分析

在汽車零部件及其他加工自動生產(chǎn)線中，經(jīng)常需要將工件或夾具翻轉(zhuǎn)（或回轉(zhuǎn)）90°。這種需要往往通過伺服電動機、90°回轉(zhuǎn)油缸及直線油缸加齒輪齒條機構(gòu)驅(qū)動來實現(xiàn)。上述機構(gòu)它們各自有不同的優(yōu)缺點，具體分析如下:

（1）伺服電動機驅(qū)動翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。這是隨著數(shù)控機床的普及而發(fā)展起來的現(xiàn)代機構(gòu)，其翻轉(zhuǎn)角速度可控，因此運動平穩(wěn)，在完成翻轉(zhuǎn)結(jié)束后沒有沖擊現(xiàn)象，定位精度非常高。但是伺服電動機對工作環(huán)境要求高，且造價也高。

（2）直線油缸加齒輪、齒條機構(gòu)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。這是目前普遍使用的翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、造價低廉，但是啟動和停止時沖擊比較大，經(jīng)常損壞機件且定位不準(zhǔn)。

（3）采用90°回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。這種機構(gòu)造價低于伺服電動機驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)，高于直線油缸加齒輪齒條機構(gòu)驅(qū)動?；剞D(zhuǎn)油缸往往需要國外采購，采購周期比較長。它在回轉(zhuǎn)過程中基本是等速運動，雖然在兩端設(shè)有緩沖機構(gòu)，還是避免不了啟動和停止時沖擊大及經(jīng)常損壞機件及定位不準(zhǔn)的問題。

通過對上述翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)分析后，不難看出設(shè)計一種新型正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，要求造價低、啟動和停止平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確可靠是十分必要的。

2 技術(shù)創(chuàng)新

圖1是自主創(chuàng)新設(shè)計的有完全知識產(chǎn)權(quán)的正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。它包括驅(qū)動箱體、直線油缸、齒條、齒輪、齒輪軸、翻轉(zhuǎn)支架、翻轉(zhuǎn)軸、槽板、滾輪、擺桿和翻轉(zhuǎn)平臺。其構(gòu)造為:翻轉(zhuǎn)平臺11緊固在翻轉(zhuǎn)軸6中部;翻轉(zhuǎn)軸6兩端通過軸承分別支撐在驅(qū)動箱10和翻轉(zhuǎn)支架5上;而驅(qū)動箱體10和翻轉(zhuǎn)支架5安裝在固定不動的基礎(chǔ)上;翻轉(zhuǎn)支架6在左側(cè)，驅(qū)動箱體10在右側(cè);驅(qū)動箱體10上部通過軸承安裝翻轉(zhuǎn)軸6，翻轉(zhuǎn)平臺11固定在翻轉(zhuǎn)軸6上;在驅(qū)動箱體10中通過軸承安裝與翻轉(zhuǎn)軸6平行的齒輪軸3;在齒輪軸3上面固定齒輪4和擺桿9，齒輪4與直線油缸1活塞桿聯(lián)接的齒條2嚙合，直線油缸1位于驅(qū)動箱體5的底部;在擺桿9的端部裝有滾輪8，槽板7固定在翻轉(zhuǎn)軸6上，滾輪8的外圓柱面與槽板7上的徑向直槽滑動配合，并可沿著槽板7上的直槽移動。其工作原理是:通過齒輪、齒條副將直線油缸的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪軸的回轉(zhuǎn)運動，再通過正弦槽輪機構(gòu)（即由槽板7和擺桿9構(gòu)成的運動副）將勻速回轉(zhuǎn)運動變成變速回轉(zhuǎn)運動;這個變速回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動支撐在翻轉(zhuǎn)支架5和驅(qū)動箱10上部的翻轉(zhuǎn)軸6帶動翻轉(zhuǎn)平臺完成90°翻轉(zhuǎn)運動。

90°正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的新穎之處是將勻速直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榉D(zhuǎn)平臺按正弦曲線變化的回轉(zhuǎn)運動（其運動曲線見圖2），使得翻轉(zhuǎn)軸在啟動和停止瞬間其角速度為零。而翻轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)在0°～45°之間時，其角速度是按正弦曲線由零角速度加速;在 45°～90°之間時，按正弦曲線減速至零角速度，完全消除了翻轉(zhuǎn)支架在啟動和停止時的沖擊現(xiàn)象。槽板7上的徑向直槽下部在工作區(qū)域外做了與滾輪8外圓母線的回轉(zhuǎn)運動軌跡一致的弧面修形處理（見圖3），即便擺桿9在0°和90°的位置有過沖現(xiàn)象時，也不會影響翻轉(zhuǎn)支架的準(zhǔn)確定位，因此，翻轉(zhuǎn)平臺在翻轉(zhuǎn)到位后非常平穩(wěn)、毫無沖擊現(xiàn)象，定位精度非常高。

3 應(yīng)用前景

90°正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機構(gòu)現(xiàn)已完成制造與裝配，它將用于浙江青年蓮花發(fā)動機有限公司的缸體粗加工生產(chǎn)中。這種機構(gòu)可廣泛用于各類生產(chǎn)線需要工件翻轉(zhuǎn)的場合，有著廣闊的應(yīng)用前景。此機構(gòu)于2012年8月申請實用新型專利。