偏心旋转机构的结构设计

程长　何清　丛永超

【摘 要】本文意在介绍一种偏心旋转机构的结构设计。此偏心旋转机构由5个动力源构成。其中1个动力源提供主轴常态旋转，2个动力源使主轴上下收缩，另外2个动力源实现偏心旋转，可实现向2个不同矢量方向偏心旋转。通过控制2个偏心动力源的运作时间，可由此2个偏心旋转的矢量合成一个复杂的偏心旋转曲线，从而实现其加工生产的功能。

【关键词】偏心；旋转；结构；设计

0.引言

在工业自动化生产加工领域我们常常用到偏心旋转机构来满足生产线某些产品特定工艺加工生产的要求。例如，利用偏心旋转机构清洗产品内孔；利用偏心旋转机构对塑化产品进行造型处理；利用偏心旋转机构打磨产品外表面轮廓等等。然而对于动作曲线单一的偏心旋转机构我们不难实现，但对于动作曲线复杂偏心旋转机构却不易实现。本文所介绍的偏心旋转机构是用于汽车刹车系统中的卡钳内孔的洗刷，可实现动作曲线复杂的偏心旋转。

1.机构的结构组成

此偏心结构实现的设计有别于常规设计。如图1所示，此偏心旋转机构输出轴19.主轴为直轴而不是偏心轴，19.主轴自身不会实现偏心旋转动作，其偏心旋转动作是靠8.大偏心套筒和18.小偏心套筒旋转从而迫使19.主轴偏转来实现。

此偏心旋转机构由5个动力源组成。图1所示4个动力源，它们分别是22.小摆动气缸，23.气动马达，24.气缸，25.气缸。另外1个动力源是1个可以360°旋转的齿轮齿条摆动气缸，其于一个同步带轮相连，通过同步带与9.偏心带轮相连，为提供其偏心旋转的动力。22.小摆动气缸与10.小齿轮相连，小齿轮与17.偏心齿轮相互啮合，偏心齿轮又与15.套筒相连，最终把动力传递在套筒上，为整个机构提供偏心旋转的另1动力。23.气动马达通过与11.联轴节螺纹连接（螺纹旋向要与1.刷子的旋转方向一致），11.联轴节再通过键连接把23.气动马达的扭矩传递给输出轴19.主轴，从而提供1.刷子旋转的动力。通过调整23.气动马达的输入气压的大小及流量可以控制其转矩的大小及转速的快慢。24.气缸与25.气缸他们的行程不同，分别与12.连接块和16.气缸头连接块相连，12.连接块在抱死23.气动马达的同时又与15.套筒相连，当气缸收缩就会带动12.连接块、23.气动马达、15.套筒、11.联轴节、19.主轴等等运动，最终作用在1.刷子上使其上下运动。气缸不同的行程控制主轴可上下运动不同的长度。在此机构中的1.刷子为易损件， 所以在工作时必须实现可快换1.刷子。为此3.刷子下接头设计成十字开口锥面的形状， 2.刷子上接头内部也设计成锥面形状（比3.刷子下接头的锥度小），通过与3.刷子下接头螺纹相连拧紧，其锥面就会挤压3.刷子下接头的锥面以达到锁死1.刷子的目的。

图1 偏心旋转机构组成

1.刷子2.刷子上接头3.刷子下接头4.销子5.大法兰盘6.衬套7.固定套筒8.大偏心套筒9.偏心带轮10.小齿轮 11.联轴节12.连接块13.垫圈14.气缸连接板15.套筒16.气缸头连接块17.偏心齿轮18.小偏心套筒19.主轴20.轴端挡圈21.小法兰盘22.小摆动气缸23.气动马达24.气缸25.气缸26.轴套27.密封圈28.密封圈

2.机构的基本原理

此偏心旋转机构基本的工作原理图如下图2所示，其中19.主轴为输出轴由24.气缸和25.气缸带动可上下运动，又由23.气动马达提供动力围绕中心Oa实现自身持续旋转。18.小偏心套筒由22.小摆动气缸传递动力，使其可围绕Ob旋转，从而迫使19.主轴偏转，通过调整22.小摆动气缸摆角的死挡角度可调整19.主轴偏转的转角量。8.大偏心套筒由机构外接的可360°旋转的齿轮齿条气缸提供动力，其可围绕Oc点旋转，从而迫使18.小偏心套筒旋转实现偏转。19.主轴、18.小偏心套筒和8.大偏心套筒相互配合作用，可使输出轴端的1.刷子生成复杂的运动轨迹。通过调整5个动力源运行的快慢以及相应的摆角即可实现轨迹相应的变化，从而达到实际生产的需求。

图2 偏心旋转机构的基本工作原理

3.机构的运作分析

下面简单介绍此机构运作流程。整个机构以PLC控制阀岛，22.小摆动气缸23.气动马达24.气缸25.气缸等等相应的阀片都集成在阀岛上，以实现生产加工动作过程的全自动化。第1步，PLC控制阀岛使23.气动马达接通气源带动19.主轴持续旋转，1.刷子连同旋转；第2步，24.气缸缩回使1.刷子伸出到工作位；第3步，22.小摆动气缸摆动带动9.主轴偏转，从而带动1.刷子偏转；同时机构外接的可360°旋转的大摆动气缸摆动，间接带动1.刷子向另一方向偏转；同时气缸25缩回带动1.刷子在偏心旋转的同时伸长。第3步动作运作完成后按原步骤返还，回归0位。

4.结束语

本文详尽的阐述可偏心旋转机构的机构组成、基本原理以及运作分析的概况，其结构设计别出心裁，现实中应用具有运行稳定，可靠性高，灵活性强，自动化程度高等特点。由此机构生成的合成运动曲线可根据使用者所要完成的加工需求来进行相应的柔性调整。此机构在工业自动化领域，尤其是汽车零部件加工生产方面有着十分重要的参考价值。 [科]

【参考文献】

[1]马秋生.机械设计基础.北京：机械工业出版社，2006，2.

[2]刘延柱，杨海兴，朱本华.理论力学.高等教育出版社，2005，12.