全电动注塑机锁模用齿轮减速箱传动系统

梁启华

摘 要：一种全电动注塑机锁模用齿轮减速箱传动系统，使用齿轮齿条替代传统注塑机锁模所用的滚珠丝杠，相比之下，齿轮齿条由于运用齿条传动的方式，传动过程不会出现打滑现象，而且传动性高。齿轮齿条具体为双侧齿条设置，两齿条同时受齿轮传动，使齿轮齿条的受力平衡，确保齿轮齿条在其轴线上往复运动，保证锁模顺利完成，同时可减小磨损。其具有结构简单合理、性能可靠、经久耐用的特点。

关键词：全电动注塑机；锁模；齿轮传动；减速箱

中图分类号：TH132.41 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0040-02

随着新品种合成材料的出现和高精度要求的注塑制品使用的推广，以及人们日渐增强的环保意识，导致了对注塑机的要求也越来越高，近年来节能型、环保型等注塑机不断出现，传统的靠机电液混合控制的注塑机开始慢慢退出历史舞台，导致了注塑行业的产业结构快速转变。目前主流的新型注塑机有二板注塑机、微型注塑机、双色注塑机、多组分注塑机、全电动注塑机，而在其中，全电动注射机最具有新型注塑机代表性。

所谓全电动注塑机是指使用伺服电机，配以滚珠丝杠、同步带以及齿轮等零部件来驱动各个机构的注塑机，其最根本的特点是所有驱动模块全为电动式，而非传统的液压式。在整套设备中没有液压系统，也没有任何液压零部件。全电动注塑机的应用相当广泛，从一般民用到工业用品如汽车零件、化妆品容器、家庭器皿、精密齿轮等。全电动注塑机的各机构 （注射、塑化、计量和射移等）及合模装置的各机构 （开模、锁模、顶出、抽芯等）全部采用电动机驱动[1]。

滚珠丝杠传动系统作为全电动注塑机主要传递运动和扭矩的系统，其中包括滚珠丝杠、螺母、滚珠、反向器、密封件等几部分。滚珠丝杠属于精密的零部件，在全电动注塑机的使用过程中，滚珠丝杠比较容易由于频繁的间歇冲击载荷造成损坏失效，典型的损坏失效形式一般分为：表面损伤、严重变形和断裂失效三种：

（1）表面损伤失效指机械零件因表面损伤而造成机械设

备无法正常工作或失去精度的现象。主要包括：接触疲劳失效、磨损失效与腐蚀失效。接触疲劳失效是指零件在作滚动或滚滑复合运动时，由于承受交变接触载荷，使表面材料疲劳断裂而形成点蚀或剥落的现象。磨损失效是指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损坏现象称为腐蚀磨损。

（2）过量变形失效指零件在工作过程中产生超过允许值

的变形量而导致整个机械设备无法正常工作，或者能正常工作但产品质量严重下降的现象。

（3）断裂失效指零件断裂而导致整个机械设备无法工

作的现象。分为疲劳断裂和受到超过材料强度极限的外加负载或冲击载荷造成的过载断裂。具体表现为丝杠、螺母明显的部分脱落或整体裂痕、滚珠碎裂、反向器损坏等[2]。

从上面典型的损坏失效的三种形式来看，为了解决滚珠丝杠传动系统的损坏失效问题，以往基本都是把关注点聚焦在：如何减少滚珠丝杆内部的滚动副的磨损，比如加强滚珠接触面的强度和硬度、使用耐腐蚀的材料或者在滚珠或丝杠上电镀耐腐蚀的金属材料来避免接触疲劳失效、磨损失效与腐蚀失效；尽量避免应力过大导致的丝杠变形，或者加强丝杠的刚度以提高其抗弯能力，减少过量变形和断裂失效的情况发生。但这些方法始终停留在如何通过加强滚珠丝杠副来达到减缓滚珠丝杠失效，所需花费的成本高，改善的难度高，有些时候还需要依赖一些新材料的研发应用，所以往往得不到很好的改善效果。

锁模系统的功能主要是压紧安装在锁模定板和锁模动板中间的模具，也就是说，锁模动板需要一个向前直线的运动和压紧模具的力，滚珠丝杠只是为了传递从锁模尾板提供给锁模动板的运动和力。基于这样的思考，滚珠丝杠就不是唯一可以传递运动和力的机构，只要能找到一种可以取代滚珠丝杠向锁模动板传递运动和力的机构，而且同时可以保证达到滚珠丝杠的控制精度的机构，也就可以完美的解决上述所讲的滚珠丝杠的失效问题。

如图1所示，我公司所发明的全电动注塑机锁模用齿轮减速箱传动系统，里面主要包括十字头2、锁模尾板3、锁模动板3'、驱动电机4、齿轮齿条5和齿轮减速箱A；其中，十字头2和锁模尾板3通过传动系统连接锁模动板3'，十字头2置于锁模尾板3与锁模动板3'之间，锁模尾板3相对静止，锁模动板3'通过传动系统随十字头2的往复运动实现开模或锁模运动；齿轮齿条5穿过锁模尾板3并连接十字头2，驱动电机4传动齿轮齿条5往复移动，从而作用十字头2实现上述开模或锁模运动。具体地讲，齿轮齿条5伸入锁模尾板3内的端部通过螺母1连接十字头2，彼此固定连接；另一端活动式贯穿锁模尾板3，其外露部分传动连接驱动电机4。驱动电机4与齿轮齿条5垂直分布，其输出端连接齿轮减速箱A，齿轮减速箱A往外伸出两根同步轴（转速相同，转向相反），并分别连接第一输出齿轮9和第二输出齿輪10，第一输出齿轮9和第二输出齿轮10同时作用齿轮齿条5。经齿轮减速箱A内的传动，第一输出齿轮9和第二输出齿轮10为同时、同速且互为逆向的转动，由此可知，其同时作用齿轮齿条5往同一方向移动。齿轮齿条5两侧设置有相同的齿牙，第一输出齿轮9和第二输出齿轮10分别啮合两侧齿牙，第一输出齿轮9和第二输出齿轮10实质为两个相同的齿轮，且对称设置于齿轮齿条5两侧，该结构确保齿轮齿条5平衡受力，不会产生侧向偏离，保证其始终在轴线上往复运动。齿轮减速箱A内部具体结构如下：驱动电机4输出端伸入齿轮减速箱A内，驱动电机4输出端装配有输入齿轮6；输入齿轮6传动至第一过渡齿轮13，第二过渡齿轮12与第一过渡齿轮13同轴，其两侧分别连接第三过渡齿轮11和惰轮8，惰轮8与第二过渡齿轮12齿数相同，其另一侧传动至第四过渡齿轮7。第三过渡齿轮11同轴连接第二输出齿轮10，第四过渡齿轮7同轴连接第一输出齿轮9。齿轮减速箱A内的齿轮副结构保证了第一输出齿轮9和第二输出齿轮10可以转速相同，转向相反的同步转动。

与传统的滚珠丝杠相比，齿轮齿条由于运用齿条传动的方式，传动过程不会出现打滑现象，而且传动性高。齿轮齿条为齿面接触，比滚珠丝杠的球面接触更能避免表面磨损失效，而且磨损后对精度的影响也没有滚珠丝杠大。齿轮齿条具体为双侧齿条设置，两齿条同时受齿轮传动，使齿轮齿条的受力平衡，确保齿轮齿条在其轴线上往复运动，保证锁模顺利完成，同时可减小过度变形所造成的磨损。齿轮箱内的齿轮可根据不同的锁模机铰结构调整大小，以得到不同的减速比，更换方式非常灵活，改造成本低。

这是一种结构简单合理、性能可靠、经久耐用的全电动注塑机锁模用齿轮减速箱传动系统，借用了齿轮传动的传统优势，克服了现有全电动注塑机锁模采用滚珠丝杆作为传动系统的不足，是一种从根本上在脱离滚珠丝杠传动的基础上所设计出来的机构，使全电动注塑机锁模机构的使用寿命得到有效保障，减轻了用户的维护成本，也为在全电动注塑机上其他使用滚珠丝杠副的机构提供了一种很好的替代方案。

参考文献：

[1]林宏权，蒋卫东.全电动式注塑机的发展现状及展望[J].塑料工业，2005，4.

[2]王影.滚珠丝杠传动系统的典型失效分析[J].精密制造与自动化，2008，4.

[3]徐鹏.浅谈注塑机的机械安全与防护[J].科技创新与应用，2017（20）：

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