真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

□趙剛 □花勇

江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 淮安 223003

翻轉(zhuǎn)機(jī)是一種適應(yīng)于裝配、鋼帶、卷料等的工業(yè)設(shè)備，主要用于不同產(chǎn)品的安全、平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)。相比于人工翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)機(jī)可以有效提高安全性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作方便性，同時(shí)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)成本。通常，翻轉(zhuǎn)機(jī)按照翻轉(zhuǎn)的最大角度一般分為90°和180°，因此翻轉(zhuǎn)角度制約著翻轉(zhuǎn)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。為了增加翻轉(zhuǎn)機(jī)的翻轉(zhuǎn)角度，拓展翻轉(zhuǎn)機(jī)使用范圍，筆者采用CATIA軟件設(shè)計(jì)了一種真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)工件的上升、下降以及360°的水平和豎直旋轉(zhuǎn)［1］。

1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)大型工件在原地的空間翻轉(zhuǎn)、上升和下降，必須采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)方式，關(guān)鍵是如何將這兩種運(yùn)動(dòng)方式可靠地結(jié)合起來［2］。本文設(shè)計(jì)的真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理如圖1所示，工作過程為：電機(jī)1（見圖3）通過傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)上轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，該齒輪與左、右主動(dòng)齒輪嚙合后驅(qū)動(dòng)左、右主動(dòng)輪作同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，左、右主動(dòng)輪通過皮帶分別驅(qū)動(dòng)左、右從動(dòng)輪作同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)左、右卷輪作同向轉(zhuǎn)動(dòng)，左、右卷輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過升吊鏈條實(shí)現(xiàn)懸吊輪的上升和下降，懸吊輪通過懸吊鏈條連接下轉(zhuǎn)動(dòng)輪，最終實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上升和下降。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)抓取工件后，電機(jī)2（見圖4）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)輪軸旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)輪軸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的360°豎直旋轉(zhuǎn)。上轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪、左主動(dòng)輪、右主動(dòng)輪、左從動(dòng)輪、右從動(dòng)輪、左卷輪、右卷輪及其它輔助零件均安裝在支撐轉(zhuǎn)盤上，由電機(jī)3（見圖3）驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的360°水平旋轉(zhuǎn)。該翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)擴(kuò)大了執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空中的位置及翻轉(zhuǎn)角度范圍，其方便性和使用范圍將得到提高。

▲圖1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原理圖

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

▲圖2 空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖

▲圖3 動(dòng)力組件和上支撐驅(qū)動(dòng)組件簡圖

真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的模型如圖2所示，主要由動(dòng)力組件、上支撐驅(qū)動(dòng)組件、導(dǎo)軌組件、下支撐移動(dòng)組件、懸吊組件、執(zhí)行組件及其它輔助零部件組成。動(dòng)力組件安裝在上支撐驅(qū)動(dòng)組件上，上支撐驅(qū)動(dòng)組件連接下支撐移動(dòng)組件，上支撐驅(qū)動(dòng)組件和下支撐移動(dòng)組件安裝在導(dǎo)軌組件上，懸吊組件安裝在動(dòng)力組件下面，通過升吊鏈條實(shí)現(xiàn)其與動(dòng)力組件的連接，執(zhí)行組件通過懸吊鏈條連接懸吊組件，執(zhí)行組件和下支撐移動(dòng)組件通過伸縮連桿實(shí)現(xiàn)連接，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主體部分的組裝。

3 動(dòng)力組件和上支撐驅(qū)動(dòng)組件設(shè)計(jì)

動(dòng)力組件（如圖3所示）由電機(jī)1、卷輪、電機(jī)3、主動(dòng)輪、立柱、從動(dòng)輪、皮帶、升吊鏈條及其它輔助零部件構(gòu)成，電機(jī)3通過聯(lián)軸器、變速器將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到上支撐驅(qū)動(dòng)組件中的連接柱，實(shí)現(xiàn)連接柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連接柱同時(shí)連接下支撐移動(dòng)組件的承接板 （見圖4），該承接板通過轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)連接轉(zhuǎn)動(dòng)柱，轉(zhuǎn)動(dòng)柱通過伸縮連桿連接執(zhí)行組件，連接柱旋轉(zhuǎn)時(shí)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到承接板，承接板驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)柱同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)柱驅(qū)動(dòng)伸縮連桿同步旋轉(zhuǎn)，伸縮連桿連接執(zhí)行組件，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行組件的360°水平旋轉(zhuǎn)。

上支撐驅(qū)動(dòng)組件（見圖3）由轉(zhuǎn)動(dòng)板、電機(jī)4、水平移動(dòng)輪、輪柱、上支撐板、連接柱及其它輔助零部件構(gòu)成，動(dòng)力組件通過轉(zhuǎn)動(dòng)板安裝在上支撐板上，轉(zhuǎn)動(dòng)板可以自由旋轉(zhuǎn)，上支撐板由4根輪柱支撐，輪柱安裝在水平移動(dòng)輪上，電機(jī)4驅(qū)動(dòng)水平移動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)上支撐驅(qū)動(dòng)組件和動(dòng)力組件的水平移動(dòng)，連接柱用于連接動(dòng)力組件、上支撐驅(qū)動(dòng)組件和下支撐移動(dòng)組件，當(dāng)上支撐驅(qū)動(dòng)組件水平移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力組件和下支撐移動(dòng)組件作同向水平移動(dòng)。

4 其它組件設(shè)計(jì)

下支撐移動(dòng)組件如圖4所示，主要由承接板、下支撐板、輪柱、水平移動(dòng)輪、轉(zhuǎn)動(dòng)柱、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)及其它零部件構(gòu)成，輪柱和水平移動(dòng)輪主要用于支撐承接板、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、轉(zhuǎn)動(dòng)柱、下支撐板及零部件質(zhì)量，同時(shí)將工件和執(zhí)行組件的質(zhì)量通過伸縮連桿傳遞到導(dǎo)軌上。

執(zhí)行組件（見圖4），主要由真空吸盤、電機(jī)2、承接組件、助力旋轉(zhuǎn)氣缸、下轉(zhuǎn)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)輪軸及其它零部件構(gòu)成，真空吸盤安裝在承接組件上，用來抓取工件，下轉(zhuǎn)動(dòng)輪通過懸吊鏈條與懸吊組件連接，轉(zhuǎn)輪軸安裝在伸縮連桿的軸承上，下轉(zhuǎn)動(dòng)輪安裝在轉(zhuǎn)輪軸上，可以自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)2通過聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)輪軸通過花鍵將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給承接組件，此時(shí)助力旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)360°的翻轉(zhuǎn)。

懸吊組件（見圖4），主要由升吊及懸吊鏈條、懸吊軸、懸吊輪、伸縮連桿及其它零部件構(gòu)成，主要起連接執(zhí)行組件、動(dòng)力組件、上支撐驅(qū)動(dòng)組件、下支撐移動(dòng)組件以及承接工件質(zhì)量的作用。懸吊輪通過懸吊鏈條將執(zhí)行組件和工件的一部分質(zhì)量傳遞給懸吊軸，懸吊軸通過升吊鏈條將執(zhí)行組件、工件及懸吊組件一部分質(zhì)量通過升吊鏈條傳遞給動(dòng)力組件中的左、右卷輪，左、右卷輪通過立柱將這一部分質(zhì)量最終傳遞給導(dǎo)軌。導(dǎo)軌組件由導(dǎo)軌、支撐架及其它零部件組成，起支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及工件質(zhì)量的作用。

▲圖4 下支撐移動(dòng)、懸吊和執(zhí)行組件簡圖

5 總結(jié)

當(dāng)前，翻轉(zhuǎn)機(jī)的翻轉(zhuǎn)角度多數(shù)為90°和180°，本文設(shè)計(jì)的真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)工件的上升和下降、水平移動(dòng)、360°水平和豎直旋轉(zhuǎn)，可以用于工件的拆卸、搬運(yùn)、裝配等。但是這種真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)精度、控制系統(tǒng)以及可靠性等方面制約其在工藝過程中的應(yīng)用，對(duì)其控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、傳感器選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、定位精度、翻轉(zhuǎn)效率等方面需要作進(jìn)一步的研究?？傊疚脑O(shè)計(jì)的真空吸盤式空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以為此類翻轉(zhuǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)和啟發(fā)。

［1］張瑞，王玉寬，王春英，等.空中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2009（12）：17-19.

［2］金鑫，張悅，張軻.雙關(guān)節(jié)低位空間翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的研制［J］.造船技術(shù)，2004（5）：38-40，33.