一种用于绕轴往复运动的驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于绕轴往复运动的驱动装置，包括：一个输出转矩周期和曲线可调的驱动电机，用于输出周期性转矩驱动载荷；一个或多个参数可调的储能器，用于在载荷减速时吸收能量，载荷加速时输出能量；一个载荷基座。其往复运动周期可调，往复运动零点位置可调，往复运动转角幅值可调。本发明专利技术用于驱动载荷作绕轴往复运动，采用力矩电机直接驱动转轴，取消了机械传动装置，并设置了储能器，具有运动参数可调，传动机构简单，分析计算方法方便，同时具有能耗低、可靠性高、噪声低、成本低等优点。

A driving device for reciprocating motion of a shaft

The invention discloses a device for driving, axial reciprocating motion includes a drive motor output torque and cycle curve can be adjusted for periodic output torque, driving load; one or more adjustable parameters of the accumulator, to absorb energy in the load deceleration, acceleration load output energy a base load. The period of reciprocating motion can be adjusted, the zero position of the reciprocating motion can be adjusted, and the amplitude of the reciprocating motion angle can be adjusted. The invention is used for driving load axial reciprocating motion, the torque motor direct drive shaft, cancel the mechanical transmission device, and set the accumulator, with motion parameters can be adjusted, the transmission mechanism is simple and convenient calculation method, and has the advantages of low energy consumption, high reliability, low noise, low cost etc..

【技术实现步骤摘要】
一种用于绕轴往复运动的驱动装置
本专利技术属于机电领域，特别涉及一种用于驱动载荷作绕轴往复运动的装置。
技术介绍
在工业生产、科学研究和国防等领域，存在大量的绕轴往复运动的大型载荷，其中很多载荷具有质量大、尺寸大、往复周期短的特点。此类载荷在作绕轴往复运动时，需要克服较大的转动惯量或得到较大的角加速度，因此，需要在载荷上周期性地加载较大的驱动转矩。对于这些载荷的驱动方案，可以分为两大类，机械传动和电机直驱两种。机械传动包括电机带动连杆机构驱动转动轴、电机输出减速后驱动转动轴等；电机直驱包括力矩电机直接驱动转动轴、圆弧导轨电机直接驱动载荷等。电机输出减速后驱动载荷转动轴是最基本的驱动形式，传统电机的转速高，输出转矩小，减速器电机转速降至与往复运动周期匹配的范围，相应的输出转矩提高至满足载荷运动所需。由于减速器输出轴与载荷转动轴同轴，简化了运动和受力分析，通过控制电机转矩，可以实现对载荷运动过程的连续可控。其缺点是，电机输出端轴承和减速器的高速级齿轮润滑要求高，寿命有限，增加了维护成本；周期性加载大转矩对减速器输出级提出了更高的要求；满足高精度控制所要求的齿侧间隙和大减速比、大转矩输出的减速器设计加工困难，成本高；载荷在加速时所需的能量完全由电机提供，而在减速时完全消耗在制动电阻上，甚至需要消耗能量进行制动；电机需要频繁切换转动方向，需要消耗额外的能量克服转子惯量。电机带动连杆机构驱动载荷转动轴，将载荷绕轴往复运动转换为电机的圆周运动；电机作圆周运动时，通过连杆机构将输出转矩传递至转动轴上。连杆机构避免了在载荷往复加减速过程中，电机频繁切换转动方向，免除了电机转子加减速时的能耗；同时，提高了传动比，降低了对电机输出转矩的要求。其缺点是连杆机构不易精确实现复杂的运动规律；传动效率较低；存在无法避免的振动与噪音，某些转速下，甚至会引起系统的失稳；运动和受力的分析过于复杂和繁琐，以及传动件的间隙，均不利于对载荷运动过程中的精确控制；对于设计好的连杆机构，圆周运动的电机只能够使载荷围绕特定零点、以特定的转角幅值作往复运动，对于其它零点或转角幅值，电机仍然需要以周期往复运动的形式输出转矩，连杆机构此时只能起减速器的作用；虽然避免了电机的运动方向切换，节省了克服电机转子惯量的能耗外，无法避免减速时对载荷动能的消耗。力矩电机直接驱动载荷转动轴，取消了减速器、连杆机构等传动部件，将低速大转矩电机转子通过法兰直接与载荷转轴固定连接，从根本上提高了系统的可靠性，而且控制精度高，动态性能好。其缺点是，在载荷需求相同的前提下，力矩电机尤其是大转矩的力矩电机，设计生产加工难度高，选型范围窄，成本高，重量大，转子惯量大；力矩电机输出转矩与电流成正比，大转矩输出时，力矩电机的电流较大，铜损高，相应的控制器的输出功率、成本都较高；电机转子法兰与载荷转动轴固定，电机需要运行在载荷所需的转速，对于控制器开发而言，大转矩低转速控制是一个难点；同样无法克服周期性正反转时转子惯量引起的能耗，以及减速时载荷动能的浪费。圆弧导轨电机直接驱动载荷，与力矩电机直接驱动转动轴类似，可以理解为从常规电机圆周上截取一段，定子为导轨，转子为滑块在导轨范围内往复运行，载荷固定在转子滑块上。其缺点是，设计生产加工难度较力矩电机更高，选型范围更窄，成本更高，自重更大；电流大，控制器成本高，控制难度高，能耗高，无法克服往复运动时滑块惯量引起的能耗，以及减速时动能的浪费。综上所述，现有的大惯量或高角加速度需求的绕轴往复运动驱动装置，采用直接或间接的手段，将电机转矩输出至载荷。都需要电机提供周期性重复的正反向转矩；载荷加速所需的动能完全由电机提供，减速时则将动能消耗在制动电阻上，甚至消耗能量进行反接制动；机械传动方案电效率较直驱高，成本低，但传动规律复杂，精度低，润滑、维护、寿命、噪音等问题难以解决；电机直接驱动精度高，动态性能好，但成本高，电流大，控制难。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于驱动载荷作绕轴往复运动的装置，通过控制电机的转矩参数和储能器参数，以实现载荷往复运动的周期可调、幅值可调、零点位置可调，并降低运行能耗。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于绕轴往复运动的驱动装置，包括：一个输出转矩的重复周期和输出转矩相对于转角的曲线可调的驱动电机，用于输出周期性转矩驱动载荷；一个或多个参数可调的储能器，用于在载荷减速时吸收能量，载荷加速时输出能量；一个载荷基座。由于采用了上述技术方案，本专利技术的用于绕轴往复运动的驱动装置，其往复运动周期可调，往复运动零点位置可调，往复运动转角幅值可调。进一步的，所述载荷基座的转动轴安装在驱动电机的输出轴上；驱动电机的外壳安装在固定基座上；储能器的活动端安装在载荷基座上，固定端安装在固定基座上。进一步的，所述驱动电机为力矩电机。其输出转矩的重复周期精确可调；输出转矩相对于转角的曲线精确可调。进一步的，所述储能器由两组空气弹簧组成。进一步的，每组空气弹簧包括活塞组件和气室；活塞组件包括相连接的活塞杆和活塞，活塞位于气室内，且与气室相适配，活塞杆远离活塞的一端为空气弹簧的活动端，铰接安装在载荷基座上；气室封闭端为空气弹簧的固定端，铰接安装在固定基座上。进一步的，所述的两组空气弹簧沿载荷基座对称轴的两侧对称布置，空气弹簧中心线与载荷基座转动面共面。进一步的，所述空气弹簧的气室充气量精确可调；两组空气弹簧的气室充气量之比精确可调。有益效果：(1)本专利技术采用力矩电机驱动载荷转动轴，能够精确地控制转矩输出周期和转矩曲线，以控制往复运动的周期、零点和幅值，控制精度高，动态响应性能好。(2)本专利技术采用储能器吸收载荷减速时的动能，并在载荷加速时释放，减小了能量损失，降低了电机的转矩需求和运行能耗；在一定条件下，储能器的运动控制方程可以近似为弹簧-质点系统振动方程，便于控制参数的设计；(3)本专利技术采用充气量可调的空气弹簧组成储能器，能够精确控制弹簧气室内的充气量，以控制往复运动的幅值和零点；结合对气室充气量的实时控制，能够实现一些特殊的运动特性；(4)本专利技术采用电机和储能器共同驱动载荷的设计，根据载荷往复运动所要求的指标设计控制参数；往复运动周期由驱动电机输出转矩的周期确定；往复运动零点由储能器两组空气弹簧气室充气量之比确定；往复运动幅值由驱动电机输出转矩周期、幅值、载荷惯量、阻尼系数、储能器等效弹性系数等确定；储能器等效弹性系数由两组空气弹簧的活塞行程和气室总充气量确定；(4)本专利技术可以选择驱动电机输出转矩周期、曲线和储能器等效弹性系数，使载荷-储能器组合体满足共振条件，驱动电机输入能量只需要克服系统的阻尼，可以将对驱动电机输出转矩的需求降至最低，驱动电机、控制器、支撑结构成本最优，能效比最高；(5)本专利技术可以根据需求，实时调节空气弹簧的气室充气量，结合合适的驱动电机输出转矩曲线，能够灵活设计载荷每个往复周期内的角位移、角速度、角加速度相对于转角的曲线；(6)实验表明，本专利技术取消了传动机构，无传动间隙，运动规律简单，简化了受力和运动分析仿真方法，运动过程控制精确、灵活、噪声低；无高转速部件，可靠性高，寿命长，维护要求低；运动参数灵活可调，尤其适合多工况要求的往复运动载荷；实现了减速时能量的储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于绕轴往复运动的驱动装置，其特征在于：包括：一个输出转矩的重复周期和输出转矩相对于转角的曲线可调的驱动电机，用于输出周期性转矩驱动载荷；一个或多个参数可调的储能器，用于在载荷减速时吸收能量，载荷加速时输出能量；一个载荷基座。

【技术特征摘要】
1.一种用于绕轴往复运动的驱动装置，其特征在于：包括：一个输出转矩的重复周期和输出转矩相对于转角的曲线可调的驱动电机，用于输出周期性转矩驱动载荷；一个或多个参数可调的储能器，用于在载荷减速时吸收能量，载荷加速时输出能量；一个载荷基座。2.根据权利要求1所述的用于绕轴往复运动的驱动装置，其特征在于：所述载荷基座的转动轴安装在驱动电机的输出轴上；驱动电机的外壳安装在固定基座上；储能器的活动端安装在载荷基座上，固定端安装在固定基座上。3.根据权利要求1或2所述的用于绕轴往复运动的驱动装置，其特征在于：所述驱动电机为力矩电机。4.根据权利要求1或2所述的用于绕轴往复运动的驱动装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仲宁，贲宇，巫健，朱亮亮，王文运，
申请(专利权)人：南京智真电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32