旋转光轴直线驱动装置的设计和应用

　　摘　要：本实用新型装置是一种用旋转光轴的摩擦驱动装置，是用外径一致、且表面光滑的旋转圆轴作动力，通过摩擦驱动装置使物体沿光轴轴线移动，实现对物料的直线输送。
　　关键词：摩擦驱动；实用新型；旋转光轴
　　常见将转动转化成直线运动的装置有螺杆螺母、齿轮齿条、凸轮顶杆机构和曲柄滑块机构等。着重对螺杆螺母传动装置进行分析比较，创新性地设计一种用旋转光轴摩擦驱动的直线运动装置。
　　1　普通旋转螺杆螺母直线传动的缺点
　　与本装置相近的螺杆螺母传动装置的工作原理是运用旋转螺杆，依靠螺纹传动，驱动安装在移动装置内的螺母，螺母带动移动装置沿螺杆轴线平行的导轨上移动。普通螺杆螺母传动装置的不足之处有：螺杆的吸入性好，旋转时与螺杆接触的东西容易被卷入，造成危险；螺杆螺母之间常需要加润滑油，致使环境的粉尘易沾污在螺杆上，加快螺杆与螺母之间的磨损；同时浇注在螺杆上的润滑油也容易向外流出，污染环境，因此常用隔离罩等措施将旋转螺杆与外界隔离开来；螺杆传动装置中若没有安全措施，一旦超载，就会损坏螺杆螺母或其他相关的零部件；螺杆加工比较困难，工艺复杂，螺杆与螺母之间的配合尺寸要求严格，齿形与螺距都要求一致；螺杆一般也不做成中空结构，自重大，长度相对较短，移动距离较短。
　　2　旋转光轴直线驱动装置的设计
　　本旋转光轴直线驱动装置设计的基本思路来自无心磨床工件直线运动的工作原理：工件进入、离开摩擦区的方法是依靠摩擦导轮来驱动的。按下文所示，就能灵活设计出用旋转光轴使物体沿光轴轴向移动的新型装置。
　　2.1 装置的核心结构设计
　　本结构的核心部分是摩擦传动的结构，由旋转光轴、摩擦轮、支承板、移动座、如图1所示构成。光轴能灵活转动，且摩擦轮轴线与旋转光轴轴线斜交。摩擦轮的母线采用双曲线，以满足摩擦轮与旋转光轴之间为线接触；与光轴接触的摩擦轮表面采用了橡胶等摩擦系数大的材料；支承板安装在移动座内。

图1 光轴摩擦传动结构

　　移动座支承在由两条平行导轨组成的导轨上，旋转光轴也是其中一条支承移动座的导轨，如图2所示。本装置还可以将2块支承板和2个、或3个摩擦轮等做成一个分部件，每个摩擦轮与旋转光轴斜交交角相同，斜交的方向一致，并环绕旋转光轴圆周分布。移动座内沿旋转光轴轴线方向安装1个、2个、3个或4个分部件。

图2 直线输送装置外形图

　　2.2 装置的整体结构详细描述
　　如图3所示，可以看作是物料直线输送台。结合主视图物料输送台的光轴轴向剖视图、主视图的A-A剖视图（左视图）和左视图的B向旋转剖视图（俯视图），说明实施本装置方式的物料输送台。输送的物料放在移动座2的台面上，移动座由两根平行圆导轨支承，它们分别是圆导轨12和光轴1。光轴1也是驱动物料输送台的动力源。光轴1旋转时会带动压在光轴1上的4个摩擦轮6转动，摩擦轮6轴线与光轴1轴线斜交，见俯视图，它们的斜交角16相同，倾斜的方向也一致。磨擦轮6的两端开设60°锥孔并热处理表面淬火，支承板3的相应位置上也开设60°锥孔并热处理表面淬火；采用钢珠作为球轴承4安装在磨擦轮6和支承板3的锥孔内，以承受摩擦轮6上的径向力和轴向力。轴承间隙则通过对调整板5的调整来保证。图3是将2块支承板和2个摩擦轮等做成一个分部件，每个分部件内的两个摩擦轮6在光轴1的圆周上方左右相对分布，如图3的A-A剖视图所示。在主视图物料输送台的光轴轴向剖视图中可看出，移动座内沿旋转光轴轴线方向安装了2个分部件。为提高摩擦轮6与光轴1之间的摩擦因素，将摩擦轮6与光轴1接触的部分采用了摩擦轮表面橡胶材料7，并在摩擦轮表面橡胶材料7的两端用钢丝锁圈8锁住，再用环氧树脂胶水封固，确保摩擦轮表面橡胶材料7受力后不会在摩擦轮6上分离。移动座2内的另一侧安装导轨座10，导轨座10上安装导轨滚动体13，圆导轨12便在导轨滚动体13内通过，如左视图所示。侧板11和底板9是用螺钉、销钉等紧固件固定在移动座2上。图中所有螺钉、销钉等紧固件均未表示出。

图3 直线输送装置
1.光轴；2.移动座；3.支承板；4.球轴承；5.调整板；6.摩擦轮；7.摩擦轮表面橡胶；8.钢丝锁圈；9.底板；10.导轨座；11.侧板；12.圆导轨；13.导轨滚动体；16.斜交角

　　2.3 装置的优势
　　与现有技术相比，本装置的明显优势是：输入动力是一根表面光滑的光轴，旋转时光轴不会象螺杆一样容易卷入外界的东西，较安全；光轴与摩擦轮之间采用摩擦传动，不用润滑油，光轴上不容易沾附粉尘，环境中的粉尘对本装置影响不大，表面干净，不会象螺杆一样浇注润滑油后会污染环境，也不需要采用隔离罩等措施将旋转光轴与外界隔离开；光轴是依靠摩擦力带动摩擦轮转动的，移动座在移动时一旦遇到障碍，出现过载，也只是光轴与摩擦轮之间出现打滑，不会损坏其他相关的零部件，不需要另外再增加过载保护装置，安全可靠，并且载荷越大，轴向运动就越平稳；光轴加工工艺较简单，容易制造；摩擦轮是压紧在光轴上的，不存在它们之间的配合问题，若支承板之间只安装1个或2个摩擦轮时，光轴直径的细微变化不会影响其装配结果；与相同外径的螺杆相比，光轴的刚性比螺杆高，光轴还可做成中空轴，减轻光轴的自重，节省材料；与螺杆相比，光轴可做得很长，可实现对物料等的远距离输送。
　　3　装置的实际运用
　　结合图4说明使用了本实用新型方式的窗帘自动开合器。窗帘自动开合器由外壳14、摩擦轮6、两块支承板3和吊挂并驱动窗帘自动开合器的旋转光轴1所组成。摩擦轮的母线采用双曲线，以满足摩擦轮与光轴之间为线接触，与光轴1接触的摩擦轮6表面浸涂橡胶材料。摩擦轮6支承在两块支承板3上，能灵活转动，并与光轴1的轴线保持斜交角16。待摩擦轮6、支承板3装好在外壳14中后，利用外壳14下面的局部翻边封口，使支承板3固定在外壳14内，完成整体封装。为便于安装使用，外壳14和支承板3的下面是开口的，它可直接摆放在光轴1上。窗帘的上端吊挂在外壳14的挂窗帘孔15内，窗帘的重量使得窗帘自动开合器内的摩擦轮6压在光轴1上，当光轴1正反向旋转时，便驱动窗帘自动开合器带动窗帘自动开合。

图4 窗帘自动开合器
1.光轴；2.移动座；3.支承板；4.球轴承；5.调整板；6.摩擦轮；14.外壳；15.挂窗帘孔；16.斜交角

　　4　结束语
　　无心磨床的工作原理众所周知，现将这个简单原理灵活运用，制造出旋转光轴直线传动装置（见图2），这种实用新型结构，体现了全新的传动概念。它不但可以用于设计制造现代物流装备、自动线上输送物品等生产设备；还能应用于日常生活设施，如能自动启闭移动门，能作为窗帘、幕布等物件的驱动装置等。正因为本装置在结构和和使用上有明显的优势，其应用范围还可以不断扩大，同时也可以为企业设计、改造新产品提供技术支持。当然本装置还需要进一步改进，主要涉及到机械调速、换向机构的设计和长距离传送的方式实现等，通过这些方面的不断改进，必将能让该新型传动方式发挥出更大的效能。
　　参考文献
　　[1]顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社,2001
　　[2]机械设计手册编委会编著.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004