專利名稱：一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕工裝備中的推送裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置。
背景技術(shù)：
推送裝置是包裝機械中的重要部件。高速包裝機械對推送裝置的工作要求比較高；在高速運行的情況下，要求推送裝置嚴(yán)格以直線運動的形式將物品推入下一工位；而返程時需要避讓該直線運動軌跡，甚至還要完成一些簡單的包裝折疊動作，同時保證不損壞包裝物品。
高速包裝機械運行速度高，推送速度可達(dá)500次/分鐘，慣性加速度大，而包裝機械要求推送裝置接觸包裝物品時的慣性力盡量小，以防損壞包裝物品，所以開發(fā)出適合高速運行的推送裝置對提高包裝機械性能具有重要意義。推送裝置的運動軌跡一般是由直線往復(fù)運動和另外一種運動疊加而成的兩自由度平面運動。在傳統(tǒng)機械中，普遍采用曲柄滑塊機構(gòu)來產(chǎn)生往復(fù)直線運動，雖然其機構(gòu)較為簡單，但由于其往復(fù)運動要靠滑塊與導(dǎo)軌的相對滑動來保證，需要較高的加工精度、安裝精度和較大的機構(gòu)空間，且易出現(xiàn)導(dǎo)軌和滑塊磨損等問題；另外，曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用到高速機械的時候會有一定的問題，其慣性力較大，難以實現(xiàn)平衡，易造成機械振動及噪聲等問題，降低機械效率和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有高速包裝機械的推送裝置的技術(shù)不足，提供一種兩
自由度差動式往復(fù)推送裝置。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
提供一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，包括機架及設(shè)在機架上的行星輪系機構(gòu)及驅(qū)動機構(gòu)、凸輪連桿機構(gòu)；所述行星輪系機構(gòu)包括行星架，所述行星輪系機構(gòu)通過行星架與驅(qū)動機構(gòu)連接；所述行星輪的中心軸一端設(shè)有同步帶差動機構(gòu)，其另一端設(shè)有凸輪連桿機構(gòu)；另外，所述凸輪連桿機構(gòu)也與行星架連接；所述同步帶差動機構(gòu)的動力輸出端與推手機構(gòu)連接。優(yōu)選地，所述行星輪系機構(gòu)為齒輪傳動行星輪系機構(gòu)或同步帶傳動行星輪系機構(gòu)。優(yōu)選地，所述齒輪傳動行星輪系機構(gòu)包括行星架及設(shè)在行星架上的太陽輪、行星輪、惰輪；其中，所述太陽輪的中心軸穿過行星架固定于機架上；所述行星輪的中心軸一端與同步帶差動機構(gòu)連接，其另一端與凸輪連桿機構(gòu)連接；所述惰輪分別與太陽輪、行星輪嚙合，從而驅(qū)動行星輪的轉(zhuǎn)動；且所述行星輪的齒數(shù)為太陽輪的齒數(shù)的1/2。優(yōu)選地，所述同步帶傳動行星輪系機構(gòu)包括行星架及設(shè)在行星架上的太陽輪、行星輪、張緊輪；其中，所述太陽輪的中心軸穿過行星架固定于機架上；所述行星輪的中心軸一端與同步帶差動機構(gòu)連接，其另一端與凸輪連桿機構(gòu)連接；太陽輪和行星輪為同步帶輪，太陽輪通過同步帶驅(qū)動行星輪，所述張緊輪壓在同步帶上；且所述行星輪的齒數(shù)為太陽輪的齒數(shù)的1/2。優(yōu)選地，為便于安裝與美觀，所述行星架中間設(shè)有U型切口區(qū)域，所述切口區(qū)域用于安裝太陽輪、行星輪與惰輪；或所述切口區(qū)域用于安裝太陽輪、行星輪與張緊輪。優(yōu)選地，所述驅(qū)動機構(gòu)包括第一齒輪、第二齒輪與動力輸入軸；所述行星架與第一齒輪嚙合，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合；所述第二齒輪與動力輸入軸連接，所述動力輸出軸與外界動力源相連接。優(yōu)選地，所述同步帶差動機構(gòu)包括連桿及置于連桿內(nèi)的同步帶、第一帶輪、第二帶輪與張緊輪；所述第一帶輪與行星輪的中心軸連接，該第一帶輪能相對于行星輪或連桿轉(zhuǎn)動；所述第一帶輪、第二帶輪通過同步帶連接，所述張緊輪壓在同步帶上，且所述第一帶輪的齒數(shù)為第二帶輪的齒數(shù)的1/2，所述第二帶輪輪徑大于第一帶輪；所述第二帶輪在第一帶輪的驅(qū)動下相對連桿轉(zhuǎn)動，所述第二帶輪一端與推手機構(gòu)連接；所述連桿的桿長等于太 陽輪與行星輪的中心距。優(yōu)選地，為便于安裝于美觀，所述連桿為空心狀，所述同步帶、第一帶輪、第二帶輪與張緊輪設(shè)置于連桿內(nèi)。優(yōu)選地，所述凸輪連桿機構(gòu)包括平面凹槽凸輪和曲柄搖桿機構(gòu)；所述曲柄搖桿機構(gòu)包括第一桿、搖桿、第三桿與曲柄；所述第一桿一端裝在行星架上，另一端與搖桿的一端連接，所述搖桿的另一端與第三桿的一端連接，所述第三桿的另一端與曲柄的一端鉸接，所述曲柄的另一端與行星輪中心軸連接；所述平面凹槽凸輪裝在機架上；所述搖桿上設(shè)有滾子，所述平面凹槽凸輪相應(yīng)設(shè)有用于滾子運動的導(dǎo)軌。優(yōu)選地，所述推手機構(gòu)包括推手，所述推手的動力輸入端與第二帶輪中心軸的動力輸出端相連接，所述推手的動力輸出端設(shè)有定位片，所述定位片用于用于將推送中的貨物定位。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果
I)本發(fā)明兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，相比起曲柄滑塊推送裝置，結(jié)構(gòu)更加緊湊，慣性力?。煌瑫r，本發(fā)明使用了同步帶傳動機構(gòu)，能更好地降低機械的振動及噪音。2)本發(fā)明兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，各運動構(gòu)件以旋轉(zhuǎn)運動的形式直接將輸入的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動，避免使用導(dǎo)軌與滑塊直接驅(qū)動貨物；能在更高的速度下穩(wěn)定運行，這對包裝機械在保證包裝質(zhì)量和提高包裝速度等方面有很大幫助。


圖I為本發(fā)明兩自由度差動式往復(fù)推送裝置的前視 圖2為實施例I的三維 圖3為實施例2的三維 圖4為實施例I沿圖I中A-A剖面的剖視 圖5為實施例2沿圖I中A-A剖面的剖視 圖6為沿圖4或圖5中B-B剖面的局部剖視 圖7為實施例I中C-C剖面的剖視圖；圖8為實施例2中D-D剖面的剖視 圖9為沿圖4或圖5中E-E剖面的剖視 圖10為行星輪系機構(gòu)的工作原理 圖11為小帶輪相對于行星架的運動規(guī)律趨勢圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方 法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)材料和加工方法。實施例I
如圖1、2、4、6、7、9所示，一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，包括機架I及設(shè)在機架I上的行星輪系機構(gòu)及驅(qū)動機構(gòu)、凸輪連桿機構(gòu)。行星輪系機構(gòu)包括行星架2，行星輪系機構(gòu)通過行星架2與驅(qū)動機構(gòu)連接。行星輪中心為空心區(qū)域8，用于安裝中心軸6，該中心軸兩端均伸出于該行星輪。行星輪的中心軸6另一端設(shè)有同步帶差動機構(gòu)，同步帶差動機構(gòu)的動力輸出端與推手機構(gòu)連接。行星輪的中心軸6的另一端設(shè)有凸輪連桿機構(gòu)；另外，所述凸輪連桿機構(gòu)也與行星架2連接。行星輪系機構(gòu)包括齒輪傳動行星輪系機構(gòu)。齒輪傳動行星輪系機構(gòu)包括行星架及設(shè)在行星架上的太陽輪3、行星輪5與惰輪4。其中，太陽輪的中心軸22穿過行星架的空心區(qū)域33固定于機架I上。行星輪的中心軸6 —端與同步帶差動機構(gòu)連接，其另一端與凸輪連桿機構(gòu)連接。惰輪4分別與太陽輪3、行星輪5嚙合；且行星輪5的齒數(shù)為太陽輪3的齒數(shù)的1/2。該行星架中間設(shè)有U型切口區(qū)域26，切口區(qū)域用于安裝太陽輪3、行星輪5、惰輪4。驅(qū)動機構(gòu)包括第一齒輪21、第二齒輪24與動力輸入軸23 ;行星架與第一齒輪21連接，第一齒輪21與第二齒輪24嚙合；第二齒輪24與動力輸入軸23連接，動力輸出軸與外界動力源相連接。同步帶差動機構(gòu)包括連桿7及置于連桿7內(nèi)的同步帶12、第一帶輪9、第二帶輪11與張緊輪10。第一帶輪與行星輪的中心軸連接，該第一帶輪能相對于行星輪5或連桿7轉(zhuǎn)動。第一帶輪9、第二帶輪11通過同步帶連接；而張緊輪壓在同步帶上。且，第一帶輪9的齒數(shù)為第二帶輪11的齒數(shù)的1/2，第二帶輪11輪徑大于第一帶輪9。第二帶輪在第一帶輪的驅(qū)動下相對連桿轉(zhuǎn)動，第二帶輪的動力輸出端與推手機構(gòu)連接。另外，連桿7的桿長等于太陽輪3與行星輪5的中心距。連桿為空心狀，同步帶12、第一帶輪9、第二帶輪11與張緊輪10設(shè)置于連桿內(nèi)。凸輪連桿機構(gòu)包括平面凹槽凸輪20和曲柄搖桿機構(gòu)；所述曲柄搖桿機構(gòu)包括第一桿38、搖桿18、第三桿17與曲柄16。第一桿38 —端裝在行星架2上,另一端與搖桿18的一端連接，搖桿18的另一端與第三桿17的一端連接，第三桿17的另一端與曲柄16的一端連接，曲柄16的另一端與行星輪的中心軸6連接。平面凹槽凸輪20裝在機架I上。搖桿18上設(shè)有滾子19，平面凹槽凸輪20上相應(yīng)設(shè)有用于滾子19滑動的導(dǎo)軌25。推手機構(gòu)包括推手13。推手的動力輸入端與第二帶輪的中心軸27的動力輸出端相連接。即行星架2的旋轉(zhuǎn)運動與第二帶輪的中心軸27的往復(fù)直線運動可以相互轉(zhuǎn)化，從而使得貨物沿直線軌跡28運動。推手的動力輸出端15設(shè)有定位片14，定位片14用于用于將推送中的貨物定位。在推送貨物過程中，凸輪連桿機構(gòu)相對于行星架2靜止，即繞平面凹槽凸輪20中心旋轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生其他方向的附加運動。返回時，搖桿18快速擺動，產(chǎn)生一個相對于行星架
2的附加運動，曲柄將此運動傳遞給行星輪的中心軸6，行星輪的中心軸6傳遞給同步帶差 動機構(gòu)，最后作用于推手機構(gòu)。推手機構(gòu)在原有直線運動基礎(chǔ)上隨之產(chǎn)生一個附加運動，兩者疊加，使得推手機構(gòu)沿返回軌跡29快速返回。關(guān)于凸輪連桿機構(gòu)的運動規(guī)律按照推程和返程兩個階段來解釋
I)推程
推程中要求推手保持姿態(tài)只做平移運動將貨物直線推送，所以推手及與其固結(jié)的第二帶輪11的角速度為O。如圖10所示，行星輪系機構(gòu)產(chǎn)生往復(fù)直線運動的條件是
L2=Lj , 二 ;
其中I2和02分別為行星架2半徑及其角速度,分別為行星輪連桿7長度及其角速度。以行星輪連桿7為參考系，第二大帶輪11相對于連桿7的加速度為根據(jù)第一帶輪9的齒數(shù)為第二帶輪11的1/2，可知第一帶輪9相對與連桿7的角速度%|為以機架I為參考系，第一帶輪9的絕對角速度為: =%+ %=%所以第一帶輪9的角速度和行星架2的角速度相同，即兩者相對靜止。相應(yīng)的，與第一帶輪9固結(jié)的曲柄16也相對于行星架2靜止，連桿機構(gòu)中的搖桿18即凸輪搖桿無擺動，對應(yīng)的凸輪軌跡為圓弧。2)返程
如圖11所示，第一帶輪9在推程相對于行星架的角位移為0，而在返程中，推手需先逆時針抬高，然后再順時針返回原狀態(tài)，所以第一帶輪9的相對于行星架2的角位移在返程中出現(xiàn)一個單峰的變化。如圖9所示，實線為推程中凸輪連桿機構(gòu)所保持的狀態(tài)1，虛線為返程中曲柄位移達(dá)到最大時對應(yīng)的連桿狀態(tài)2，總結(jié)為推程時，連桿機構(gòu)保持狀態(tài)I ;返程時，連桿機構(gòu)由狀態(tài)I變化到狀態(tài)2，再由狀態(tài)2變化到狀態(tài)1，完成一個周期的運動。實施例2
本實施例除下述特征外，其他均與實施例I相同如圖1、3、5、6、8、9所示，行星輪系機構(gòu)為同步帶傳動行星輪系機構(gòu)。同步帶傳動行星輪系機構(gòu)包括行星架2及設(shè)在行星架2上的太陽輪34、行星輪35與張緊輪36。其中，太陽輪的中心軸22穿過行星架2固定于機架I上。行星輪的中心軸6—端與同步帶差動機構(gòu)連接，其另一端與凸輪連桿機構(gòu)連接。太陽輪34和行星輪35為同步帶輪，太陽輪34與行星輪35通過同步帶37傳動，張緊輪36壓在同步帶37上；且行星輪35的齒數(shù)為太陽輪34的齒數(shù)的1/2。
該行星架中間設(shè)有U型切口區(qū)域26，切口區(qū)域用于安裝太陽輪3、行星輪5和張緊輪36。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于包括機架(I)及設(shè)在機架(I)上的行星輪系機構(gòu)及驅(qū)動機構(gòu)、凸輪連桿機構(gòu)；所述行星輪系機構(gòu)包括行星架(2)與設(shè)于行星架(2)上的行星輪(5或35)，所述行星輪系機構(gòu)通過行星架(2)與驅(qū)動機構(gòu)連接；所述行星輪的中心軸(6)—端設(shè)有同步帶差動機構(gòu)，其另一端設(shè)有凸輪連桿機構(gòu)；另外，所述凸輪連桿機構(gòu)也與行星架(2)連接；所述同步帶差動機構(gòu)的動力輸出端與推手機構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述行星輪系機構(gòu)為齒輪傳動行星輪系機構(gòu)或同步帶傳動行星輪系機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述齒輪傳動行星輪系機構(gòu)還包括設(shè)在行星架上的太陽輪(3)與惰輪(4);其中，所述太陽輪的中心軸(22)穿過行星架(2)固定于機架(I)上；所述惰輪(4)分別與太陽輪(3)、行星輪(5)嚙合，從而驅(qū)動行星輪(5)的轉(zhuǎn)動；且所述行星輪(5)的齒數(shù)為太陽輪(3)的齒數(shù)的1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述同步帶傳動行星輪系機構(gòu)還包括行星架(2)及設(shè)在行星架上的太陽輪(34)與張緊輪(36);其中，所述太陽輪的中心軸(22)穿過行星架(2)固定于機架(I)上；太陽輪(34)和行星輪(35)為同步帶輪，太陽輪(34)通過同步帶(37)驅(qū)動行星輪(35)，所述張緊輪壓在同步帶上；且所述行星輪(35)的齒數(shù)為太陽輪(34)的齒數(shù)的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述行星架中間設(shè)有U型切口區(qū)域(26)，所述切口區(qū)域用于安裝太陽輪(3)、行星輪(5)與惰輪(4);或所述切口區(qū)域用于安裝太陽輪(34)、行星輪(35)與張緊輪(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)包括第一齒輪(21)、第二齒輪(24)與動力輸入軸(23);所述行星架與第一齒輪(21)哨合，所述第一齒輪(21)與第二齒輪(24)嚙合；所述第二齒輪(24)與動力輸入軸(23)連接，所述動力輸出軸與外界動力源相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述同步帶差動機構(gòu)包括連桿(7)及置于連桿(7)內(nèi)的同步帶(12)、第一帶輪(9)、第二帶輪(11)與張緊輪(10);所述第一帶輪(9)與行星輪的中心軸(6)連接，且該第一帶輪(9)相對于行星輪(5、35)或連桿(7)轉(zhuǎn)動；所述第一帶輪(9)、第二帶輪(11)通過同步帶(12)連接，所述張緊輪(10)壓在同步帶上；所述第一帶輪(9)的齒數(shù)為第二帶輪11的齒數(shù)的1/2，所述第二帶輪(11)輪徑大于第一帶輪(9);所述第二帶輪(11)在第一帶輪(9)的驅(qū)動下相對連桿(7)轉(zhuǎn)動，所述第二帶輪(11) 一端與推手機構(gòu)連接；所述連桿(7)的桿長等于太陽輪(34)與行星輪(35)的中心距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述連桿(7)為空心狀，所述同步帶12、第一帶輪(9)、第二帶輪(11)與張緊輪(10)設(shè)置于連桿(7)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述凸輪連桿機構(gòu)包括平面凹槽凸輪(20)和曲柄搖桿機構(gòu)；所述曲柄搖桿機構(gòu)包括第一桿(38)、搖桿(18)、第三桿(17)與曲柄(16);所述第一桿(38) —端裝在行星架(2)上，另一端與搖桿(18)的一端連接，所述搖桿(18)的另一端與第三桿(17)的一端連接，所述第三桿(17)的另一端與曲柄(16)的一端鉸接，所述曲柄(16)的另一端與行星輪的中心軸(6)連接；所述平面凹槽凸輪(20)裝在機架(I)上；所述搖桿(18)上設(shè)有滾子(19)，所述平面凹槽凸輪(20)上相應(yīng)設(shè)有用于滾子(19)滑動的導(dǎo)軌(25)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，其特征在于所述推手機構(gòu)包括推手(13)，所述推手(13)的動力輸入端與第二帶輪(11)的中心軸(27)的動力輸出端相連接，所述推手的動力輸出端(15)設(shè)有定位片(14)，所述定位片(14)用于將推送中的貨物定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，包括機架及設(shè)在機架上的行星輪系機構(gòu)及驅(qū)動機構(gòu)、凸輪連桿機構(gòu)；行星輪系機構(gòu)包括行星架，行星輪系機構(gòu)通過行星架與驅(qū)動機構(gòu)連接；行星輪的中心軸一端設(shè)有同步帶差動機構(gòu)，其另一端設(shè)有凸輪連桿機構(gòu)；另外，凸輪連桿機構(gòu)也與行星架連接；同步帶差動機構(gòu)的動力輸出端與推手機構(gòu)連接。本發(fā)明兩自由度差動式往復(fù)推送裝置，各運動構(gòu)件以旋轉(zhuǎn)運動的形式直接將輸入的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動，避免使用導(dǎo)軌與滑塊直接驅(qū)動貨物；能在更高的速度下穩(wěn)定運行，這對包裝機械在保證包裝質(zhì)量和提高包裝速度等方面有很大幫助。
文檔編號F16H37/12GK102774611SQ20121023981
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者張憲民, 曾家銓, 甘波, 金莫輝 申請人:華南理工大學(xué)