一种90°正弦槽轮翻转机构

张宝东 冯如意 刘廷辉

（沈阳机床成套设备有限责任公司技术部，辽宁沈阳 110142）

1 问题的提出及技术分析

在汽车零部件及其他加工自动生产线中，经常需要将工件或夹具翻转（或回转）90°。这种需要往往通过伺服电动机、90°回转油缸及直线油缸加齿轮齿条机构驱动来实现。上述机构它们各自有不同的优缺点，具体分析如下:

（1）伺服电动机驱动翻转机构。这是随着数控机床的普及而发展起来的现代机构，其翻转角速度可控，因此运动平稳，在完成翻转结束后没有冲击现象，定位精度非常高。但是伺服电动机对工作环境要求高，且造价也高。

（2）直线油缸加齿轮、齿条机构驱动的翻转机构。这是目前普遍使用的翻转驱动机构。其结构简单、制造容易、造价低廉，但是启动和停止时冲击比较大，经常损坏机件且定位不准。

（3）采用90°回转油缸驱动的翻转机构。这种机构造价低于伺服电动机驱动回转机构，高于直线油缸加齿轮齿条机构驱动。回转油缸往往需要国外采购，采购周期比较长。它在回转过程中基本是等速运动，虽然在两端设有缓冲机构，还是避免不了启动和停止时冲击大及经常损坏机件及定位不准的问题。

通过对上述翻转驱动机构分析后，不难看出设计一种新型正弦槽轮翻转机构，要求造价低、启动和停止平稳、定位准确可靠是十分必要的。

2 技术创新

图1是自主创新设计的有完全知识产权的正弦槽轮翻转机构。它包括驱动箱体、直线油缸、齿条、齿轮、齿轮轴、翻转支架、翻转轴、槽板、滚轮、摆杆和翻转平台。其构造为:翻转平台11紧固在翻转轴6中部;翻转轴6两端通过轴承分别支撑在驱动箱10和翻转支架5上;而驱动箱体10和翻转支架5安装在固定不动的基础上;翻转支架6在左侧，驱动箱体10在右侧;驱动箱体10上部通过轴承安装翻转轴6，翻转平台11固定在翻转轴6上;在驱动箱体10中通过轴承安装与翻转轴6平行的齿轮轴3;在齿轮轴3上面固定齿轮4和摆杆9，齿轮4与直线油缸1活塞杆联接的齿条2啮合，直线油缸1位于驱动箱体5的底部;在摆杆9的端部装有滚轮8，槽板7固定在翻转轴6上，滚轮8的外圆柱面与槽板7上的径向直槽滑动配合，并可沿着槽板7上的直槽移动。其工作原理是:通过齿轮、齿条副将直线油缸的直线运动转变为齿轮轴的回转运动，再通过正弦槽轮机构（即由槽板7和摆杆9构成的运动副）将匀速回转运动变成变速回转运动;这个变速回转运动驱动支撑在翻转支架5和驱动箱10上部的翻转轴6带动翻转平台完成90°翻转运动。

90°正弦槽轮翻转机构的新颖之处是将匀速直线运动转变为翻转平台按正弦曲线变化的回转运动（其运动曲线见图2），使得翻转轴在启动和停止瞬间其角速度为零。而翻转轴回转在0°～45°之间时，其角速度是按正弦曲线由零角速度加速;在 45°～90°之间时，按正弦曲线减速至零角速度，完全消除了翻转支架在启动和停止时的冲击现象。槽板7上的径向直槽下部在工作区域外做了与滚轮8外圆母线的回转运动轨迹一致的弧面修形处理（见图3），即便摆杆9在0°和90°的位置有过冲现象时，也不会影响翻转支架的准确定位，因此，翻转平台在翻转到位后非常平稳、毫无冲击现象，定位精度非常高。

3 应用前景

90°正弦槽轮翻转机构现已完成制造与装配，它将用于浙江青年莲花发动机有限公司的缸体粗加工生产中。这种机构可广泛用于各类生产线需要工件翻转的场合，有着广阔的应用前景。此机构于2012年8月申请实用新型专利。