真空吸盤式空中翻轉機構的設計研究

□趙剛 □花勇

江蘇食品藥品職業技術學院 江蘇 淮安 223003

翻轉機是一種適應于裝配、鋼帶、卷料等的工業設備，主要用于不同產品的安全、平穩翻轉。相比于人工翻轉，翻轉機可以有效提高安全性，降低工人勞動強度，改善操作方便性，同時提高企業經濟效益，降低生產成本。通常，翻轉機按照翻轉的最大角度一般分為90°和180°，因此翻轉角度制約著翻轉機在工業生產中的應用。為了增加翻轉機的翻轉角度，拓展翻轉機使用范圍，筆者采用CATIA軟件設計了一種真空吸盤式空中翻轉機構，該機構可以實現工件的上升、下降以及360°的水平和豎直旋轉［1］。

1 翻轉機構的原理設計

為實現大型工件在原地的空間翻轉、上升和下降，必須采用旋轉運動和直線運動相結合的運動方式，關鍵是如何將這兩種運動方式可靠地結合起來［2］。本文設計的真空吸盤式空中翻轉機構原理如圖1所示，工作過程為：電機1（見圖3）通過傳動軸驅動上轉動齒輪，該齒輪與左、右主動齒輪嚙合后驅動左、右主動輪作同向旋轉運動，左、右主動輪通過皮帶分別驅動左、右從動輪作同向轉動，從而驅動左、右卷輪作同向轉動，左、右卷輪的轉動通過升吊鏈條實現懸吊輪的上升和下降，懸吊輪通過懸吊鏈條連接下轉動輪，最終實現執行機構的上升和下降。當執行機構抓取工件后，電機2（見圖4）驅動執行機構轉輪軸旋轉，該轉輪軸驅動執行機構作旋轉運動，從而實現工件的360°豎直旋轉。上轉動齒輪、左主動輪、右主動輪、左從動輪、右從動輪、左卷輪、右卷輪及其它輔助零件均安裝在支撐轉盤上，由電機3（見圖3）驅動，實現執行機構的360°水平旋轉。該翻轉機構擴大了執行機構在空中的位置及翻轉角度范圍，其方便性和使用范圍將得到提高。

▲圖1 翻轉機構的原理圖

2 總體結構設計

▲圖2 空中翻轉機構簡圖

▲圖3 動力組件和上支撐驅動組件簡圖

真空吸盤式空中翻轉機構的模型如圖2所示，主要由動力組件、上支撐驅動組件、導軌組件、下支撐移動組件、懸吊組件、執行組件及其它輔助零部件組成。動力組件安裝在上支撐驅動組件上，上支撐驅動組件連接下支撐移動組件，上支撐驅動組件和下支撐移動組件安裝在導軌組件上，懸吊組件安裝在動力組件下面，通過升吊鏈條實現其與動力組件的連接，執行組件通過懸吊鏈條連接懸吊組件，執行組件和下支撐移動組件通過伸縮連桿實現連接，最終實現整個翻轉機構主體部分的組裝。

3 動力組件和上支撐驅動組件設計

動力組件（如圖3所示）由電機1、卷輪、電機3、主動輪、立柱、從動輪、皮帶、升吊鏈條及其它輔助零部件構成，電機3通過聯軸器、變速器將旋轉運動傳遞到上支撐驅動組件中的連接柱，實現連接柱的旋轉運動，連接柱同時連接下支撐移動組件的承接板 （見圖4），該承接板通過轉動環連接轉動柱，轉動柱通過伸縮連桿連接執行組件，連接柱旋轉時將旋轉運動傳遞到承接板，承接板驅動轉動環和轉動柱同步旋轉，轉動柱驅動伸縮連桿同步旋轉，伸縮連桿連接執行組件，從而實現執行組件的360°水平旋轉。

上支撐驅動組件（見圖3）由轉動板、電機4、水平移動輪、輪柱、上支撐板、連接柱及其它輔助零部件構成，動力組件通過轉動板安裝在上支撐板上，轉動板可以自由旋轉，上支撐板由4根輪柱支撐，輪柱安裝在水平移動輪上，電機4驅動水平移動輪實現上支撐驅動組件和動力組件的水平移動，連接柱用于連接動力組件、上支撐驅動組件和下支撐移動組件，當上支撐驅動組件水平移動時，驅動動力組件和下支撐移動組件作同向水平移動。

4 其它組件設計

下支撐移動組件如圖4所示，主要由承接板、下支撐板、輪柱、水平移動輪、轉動柱、轉動環及其它零部件構成，輪柱和水平移動輪主要用于支撐承接板、轉動環、轉動柱、下支撐板及零部件質量，同時將工件和執行組件的質量通過伸縮連桿傳遞到導軌上。

執行組件（見圖4），主要由真空吸盤、電機2、承接組件、助力旋轉氣缸、下轉動輪、轉輪軸及其它零部件構成，真空吸盤安裝在承接組件上，用來抓取工件，下轉動輪通過懸吊鏈條與懸吊組件連接，轉輪軸安裝在伸縮連桿的軸承上，下轉動輪安裝在轉輪軸上，可以自由旋轉，當電機2通過聯軸器、驅動轉輪軸旋轉時，轉輪軸通過花鍵將旋轉運動傳遞給承接組件，此時助力旋轉氣缸動作，驅動執行機構旋轉，實現360°的翻轉。

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成，主要起連接執行組件、動力組件、上支撐驅動組件、下支撐移動組件以及承接工件質量的作用。懸吊輪通過懸吊鏈條將執行組件和工件的一部分質量傳遞給懸吊軸，懸吊軸通過升吊鏈條將執行組件、工件及懸吊組件一部分質量通過升吊鏈條傳遞給動力組件中的左、右卷輪，左、右卷輪通過立柱將這一部分質量最終傳遞給導軌。導軌組件由導軌、支撐架及其它零部件組成，起支撐翻轉機構及工件質量的作用。

▲圖4 下支撐移動、懸吊和執行組件簡圖

5 總結

當前，翻轉機的翻轉角度多數為90°和180°，本文設計的真空吸盤式空中翻轉機構可以實現工件的上升和下降、水平移動、360°水平和豎直旋轉，可以用于工件的拆卸、搬運、裝配等。但是這種真空吸盤式空中翻轉機構的旋轉精度、控制系統以及可靠性等方面制約其在工藝過程中的應用，對其控制系統、電氣系統、氣動系統、傳感器選擇、結構優化、定位精度、翻轉效率等方面需要作進一步的研究。總之，本文設計的真空吸盤式空中翻轉機構可以為此類翻轉機的設計提供一定的參考依據和啟發。

［1］張瑞，王玉寬，王春英，等.空中翻轉機構的設計及應用［J］.起重運輸機械，2009（12）：17-19.

［2］金鑫，張悅，張軻.雙關節低位空間翻轉機構的研制［J］.造船技術，2004（5）：38-40，33.