一種框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置是很多機(jī)械的 重要組成部分，它具有滿足機(jī)械設(shè)備正反轉(zhuǎn)、制動平穩(wěn)、安全可靠運行的作用。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置是實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分相對于不旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動的動力和 速度的傳動裝置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的形式和構(gòu)造，主要根據(jù)機(jī)械設(shè)備的用途、工作特點、負(fù)載 重量來確定。對于框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來說，為了保證旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的可靠工作和防止過載， 從受力方面考慮，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須克服如下力矩；偏屯、力矩、慣性力矩、干擾力矩。由于需要的 驅(qū)動力矩比較大，所W用電機(jī)直接驅(qū)動時需要電機(jī)有很大的輸出力矩，導(dǎo)致電機(jī)功率大、體 積大、重量大、成本高，在實際應(yīng)用時受到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計等指標(biāo)的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置， 用于框架式大負(fù)載設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分相對于不旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動的動力和速度的傳動裝置。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，主要包括驅(qū) 動電機(jī)、連接件、絲杠座、絲杠、高架、可回轉(zhuǎn)裝置組件、過渡件、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸座支架、固定 板、內(nèi)框、外框。絲杠通過連接件與電機(jī)軸固連。絲杠座通過高架固定在外框上方。絲杠螺 母與絲杠螺母座裝配成可回轉(zhuǎn)裝置組件。絲杠與內(nèi)框通過過渡件連接。過渡件一端固定在 內(nèi)框上，另一端通過可回轉(zhuǎn)裝置組件與絲杠連接。旋轉(zhuǎn)軸承載載體、內(nèi)框和相應(yīng)附屬結(jié)構(gòu)的 重量。旋轉(zhuǎn)軸一端通過旋轉(zhuǎn)軸座支架固定于外框上方，另一端通過固定板固連在內(nèi)框上方。 驅(qū)動電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過可回轉(zhuǎn)裝置組件和過渡件帶動內(nèi)框連同負(fù)載繞旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相 對于外框的旋轉(zhuǎn)。
[0005] 所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，內(nèi)框架驅(qū)動電機(jī)可為交流伺服電機(jī)+ 減速器，也可為=相異步電機(jī)+減速器。
[0006] 所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，可回轉(zhuǎn)裝置組件由絲杠螺母和絲杠螺 母座裝配而成。
[0007] 所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，該種設(shè)計降低了對驅(qū)動部分的力矩、 功率的要求。使電動機(jī)與驅(qū)動裝置的體積、重量、成本都大大減小。
[000引本發(fā)明的原理是；為了保證旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的可靠工作和防止過載，從受力方面考慮，旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須克服如下力矩；偏屯、力矩、慣性力矩、干擾力矩。考慮實際應(yīng)用條件和工程設(shè)計 的要求，需要選擇直徑、動負(fù)荷、靜負(fù)荷、導(dǎo)程均滿足要求得絲杠。過大的力矩直接由電機(jī)產(chǎn) 生的話，會有電機(jī)體積、重量大、功率大的問題，為此在電機(jī)和絲杠之間增加適當(dāng)傳動比為n 的減速器，并設(shè)計所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置。選擇驅(qū)動電機(jī)時，進(jìn)行如附圖 10量化計算。
[0009] 如附圖10所示，根據(jù)力矩平衡，當(dāng)所需提升力最大時，有：
[0010]
[0011] Fasin曰?li=Mgsin0 ? 12+Mgcos0 ?]_3 (1)
[0012] 由絲杠力矩與力的轉(zhuǎn)換公式有：
[0013] 化=(Fa*I)/(2*3T*nl) (2)
[0014] 式中化；驅(qū)動扭矩；
[001引Fa;軸向負(fù)載；
[0016] I;絲杠導(dǎo)程；
[0017] nl;進(jìn)給絲杠的正效率。
[001引 （1)偏屯、力矩的計算
[0019] 當(dāng)a取運動過程中的最小值，P取最大值時，可得最大的力F"。由公式（2)得 了。1= (F?W)/(2*31 *nl)，此時電機(jī)的輸出力矩將大大減小；
[0020] Ti=Tai/n做
[0021] (2)慣性力矩的計算
[0022] 設(shè)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速r，減速器的減速比為n，絲杠導(dǎo)程為1(單位；mm)則電機(jī)最大 轉(zhuǎn)速時，電機(jī)轉(zhuǎn)動使絲杠產(chǎn)生的提升速度為：
[002引 F= _ (4) 巧
[0024] 當(dāng)電機(jī)從啟動開始加速到最大轉(zhuǎn)速時，假定加速時間為t，且為均加速，則由V= at,知絲杠螺母的線加速度為a=v/t。
[0025] 絲杠螺母帶動內(nèi)框架產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，即在絲杠線加速度牽引下，內(nèi)框架會產(chǎn)生角 加速度。絲杠線加速度和內(nèi)框架角加速度的關(guān)系：
[0026] ? = (5) A
[0027] 式中R為可旋轉(zhuǎn)裝置到旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。
[002引載荷內(nèi)框架轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量為J，則慣性力矩；M=/& (6)
[0029] 由內(nèi)框架、載荷的慣性力矩對絲杠產(chǎn)生的拉力為；Fi=M/R(7)
[0030] 由公式似計算得Ta2= (Fi*I)/(2*3i*nl)，絲杠上慣性力矩附加力矩轉(zhuǎn)換到電機(jī) 的損耗力矩為：
[003UT2=Ta2/n做
[0032] (3)干擾力矩的計算
[0033] 考慮到運行過程中，框架可能受到的外界力、力矩的干擾，分析計算外界干擾產(chǎn)生 地附加力矩。計算中假設(shè)內(nèi)框架邊緣受到G外界力干擾，干擾力到旋轉(zhuǎn)軸的距離為1，則此 干擾引起絲杠附加拉力為：
[0034] 巧二竺（9) R
[00對 由公式似計算的T,3= (F2W)/(2*3i*nl)，絲杠轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換到電機(jī)上得力矩為：
[0036] T3=TJn(10)
[0037] 綜上所述，考慮到偏屯、力、慣性力、和外界干擾，電機(jī)需克服的力矩綜合為：
[00%]
[0039] 減速比n-般取20-40,由（11)式可見，本發(fā)明的驅(qū)動方式比直驅(qū)方式對電機(jī)的驅(qū) 動力矩要求大大減小。
[0040] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于；（1)本發(fā)明中驅(qū)動方式選擇杠桿式驅(qū)動，相 比軸驅(qū)動來說，可大大減小對電機(jī)驅(qū)動力矩的要求，減小了電機(jī)體積、重量，增加了設(shè)備運 動的安全性與可靠性。（2)本發(fā)明相對于齒輪驅(qū)動裝置來說，克服了齒隙引起的不協(xié)調(diào)感， 能夠?qū)崿F(xiàn)感覺不到齒隙的順暢旋轉(zhuǎn)動作。（3)從工程應(yīng)用角度綜合考慮，經(jīng)W上分析計算， 選擇合適額定輸出扭矩、額定轉(zhuǎn)速、額定功率的伺服電機(jī)。當(dāng)電機(jī)額定功率時，電機(jī)通過減 速器傳到絲杠的力矩很高，因此，驅(qū)動系統(tǒng)有較高的冗余度。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖2為驅(qū)動電機(jī)+連接件+絲杠示意圖；
[0043] 圖3為絲杠座示意圖；
[0044] 圖4高架外形示意圖；
[0045] 圖5為可回轉(zhuǎn)裝置組件示意圖，其中61為絲杠螺母，62為絲杠螺母座；
[0046] 圖6為過渡件示意圖；
[0047] 圖7為旋轉(zhuǎn)軸示意圖；
[0048] 圖8為旋轉(zhuǎn)軸座支架示意圖；
[0049] 圖9為固定板示意圖； 圖10為框架受力與結(jié)構(gòu)的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0050] 如圖1所示，本發(fā)明主要包括驅(qū)動電機(jī)（1)、連接件（2)、絲杠座（3)、絲杠（4)、高 架巧）、可回轉(zhuǎn)裝置組件化）、過渡件（7)、旋轉(zhuǎn)軸巧）、旋轉(zhuǎn)軸座支架巧）、固定板（10)、內(nèi)框 (11)、外框（12)。
[0051] 絲杠（4)通過連接件似與驅(qū)動電機(jī)（1)的電機(jī)軸固連。絲杠座做通過高架巧） 固定在外框（11)上方。絲杠螺母化1)與絲杠螺母座化2)裝配成可回轉(zhuǎn)裝置組件化）。絲 杠（4)與內(nèi)框（11)通過過渡件（7)連接。過渡件（7) -端固定在內(nèi)框（11)上，另一端通 過可回轉(zhuǎn)裝置組件（6)與絲杠（4)連接。旋轉(zhuǎn)軸（8)承載載體、內(nèi)框（11)和相應(yīng)附屬結(jié)構(gòu) 的重量。旋轉(zhuǎn)軸（8) -端通過旋轉(zhuǎn)軸座支架巧）固定于外框（12)上方，另一端通過固定板 (10)固連在內(nèi)框（11)上方。驅(qū)動電機(jī)（1)帶動絲杠（4)旋轉(zhuǎn)，通過可回轉(zhuǎn)裝置組件做和 過渡件（7)帶動內(nèi)框（11)連同負(fù)載繞旋轉(zhuǎn)軸（8)產(chǎn)生相對于外框（12)的旋轉(zhuǎn)。該種設(shè)計 降低了對驅(qū)動部分的力矩、功率的要求。使電動機(jī)與驅(qū)動裝置的體積、重量、成本都大大減 小。
[005引如圖2所示，內(nèi)框驅(qū)動部分是驅(qū)動電機(jī)（1)帶動絲杠（4)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)可為交流 伺服電機(jī)+減速器，也可為=相異步電機(jī)+減速器，通過連接件（2)與絲杠（4)相連，帶動 絲杠（4)轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動內(nèi)框（11)轉(zhuǎn)動。
[005引如圖3、4所示，絲杠座做通過高架妨焊接在外框（。）上方。
[0化4] 如圖5所示，可回轉(zhuǎn)裝置組件化）由絲杠螺母化1)和絲杠螺母座化2)裝配而成， 可實現(xiàn)絲杠（4)在過渡件（7)上的回轉(zhuǎn)動作。
[005引如圖6所示，絲杠（4)與內(nèi)框（11)通過過渡件（7)連接。過渡件（7) -端固定在 內(nèi)框（11)上，另一端通過可回轉(zhuǎn)裝置組件做與絲杠（4)連接。
[0化6] 如圖7、8、9所示，旋轉(zhuǎn)軸（8) -端通過旋轉(zhuǎn)軸座支架巧）固定于外框（12)上方， 另一端通過固定板（10)焊接在內(nèi)框（11)上方?？蓪崿F(xiàn)內(nèi)框（11)相對于外框（12)的自由 旋轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項】
1. 一種框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，其特征在于：主要包括驅(qū)動電機(jī)（1)、連接 件（2)、絲杠座（3)、絲杠（4)、高架（5)、可回轉(zhuǎn)裝置組件（6)、過渡件（7)、旋轉(zhuǎn)軸（8)、旋轉(zhuǎn) 軸座支架（9)、固定板（10)、內(nèi)框（11)、外框（12)。 絲杠（4)通過連接件（2)與驅(qū)動電機(jī)（1)的電機(jī)軸固連。絲杠座（3)通過高架（5)固 定在外框（11)上方。絲杠螺母（61)與絲杠螺母座（62)裝配成可回轉(zhuǎn)裝置組件（6)。絲 杠⑷與內(nèi)框（11)通過過渡件⑵連接。過渡件（7) -端固定在內(nèi)框（11)上，另一端通 過可回轉(zhuǎn)裝置組件（6)與絲杠（4)連接。旋轉(zhuǎn)軸（8)承載載體、內(nèi)框（11)和相應(yīng)附屬結(jié)構(gòu) 的重量。旋轉(zhuǎn)軸（8) -端通過旋轉(zhuǎn)軸座支架（9)固定于外框（12)上方，另一端通過固定板 (10)固連在內(nèi)框（11)上方。驅(qū)動電機(jī)⑴帶動絲杠⑷旋轉(zhuǎn)，通過可回轉(zhuǎn)裝置組件（6)和 過渡件⑵帶動內(nèi)框（11)連同負(fù)載繞旋轉(zhuǎn)軸⑶產(chǎn)生相對于外框（12)的旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，其特征在于：內(nèi)框架驅(qū) 動電機(jī)（1)可為交流伺服電機(jī)+減速器，也可為三相異步電機(jī)+減速器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，其特征在于：可回轉(zhuǎn)裝 置組件（6)由絲杠螺母（61)和絲杠螺母座（62)裝配而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，其特征在于：這種設(shè)計 降低了對驅(qū)動部分的力矩、功率的要求。使電動機(jī)與驅(qū)動裝置的體積、重量、成本都大大減 小。
【專利摘要】一種框架式大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，主要包括驅(qū)動電機(jī)、連接件、絲杠座、絲杠、高架、可回轉(zhuǎn)裝置組件、過渡件、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸座支架、固定板、內(nèi)框、外框。絲杠通過連接件與驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸固連。絲杠座通過高架固定在外框上方。絲杠螺母與絲杠螺母座裝配成可回轉(zhuǎn)裝置組件。絲杠與內(nèi)框通過過渡件連接。過渡件一端固定在內(nèi)框上，另一端通過可回轉(zhuǎn)裝置組件與絲杠連接。旋轉(zhuǎn)軸承載載體、內(nèi)框和相應(yīng)附屬結(jié)構(gòu)的重量。旋轉(zhuǎn)軸一端通過旋轉(zhuǎn)軸座支架固定于外框上方，另一端通過固定板固連在內(nèi)框上方。驅(qū)動電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過可回轉(zhuǎn)裝置組件和過渡件帶動內(nèi)框連同負(fù)載繞旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對于外框的旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計降低了對驅(qū)動部分的力矩、功率的要求。使電動機(jī)與驅(qū)動裝置的體積、重量、成本都大大減小。
【IPC分類】H02K7-10, F16H25-20
【公開號】CN104712721
【申請?zhí)枴緾N201410737573
【發(fā)明人】張延順, 劉姍姍, 王浩
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月5日