全電動注塑機鎖模用齒輪減速箱傳動系統

梁啟華

摘 要：一種全電動注塑機鎖模用齒輪減速箱傳動系統，使用齒輪齒條替代傳統注塑機鎖模所用的滾珠絲杠，相比之下，齒輪齒條由于運用齒條傳動的方式，傳動過程不會出現打滑現象，而且傳動性高。齒輪齒條具體為雙側齒條設置，兩齒條同時受齒輪傳動，使齒輪齒條的受力平衡，確保齒輪齒條在其軸線上往復運動，保證鎖模順利完成，同時可減小磨損。其具有結構簡單合理、性能可靠、經久耐用的特點。

關鍵詞：全電動注塑機；鎖模；齒輪傳動；減速箱

中圖分類號：TH132.41 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0040-02

隨著新品種合成材料的出現和高精度要求的注塑制品使用的推廣，以及人們日漸增強的環保意識，導致了對注塑機的要求也越來越高，近年來節能型、環保型等注塑機不斷出現，傳統的靠機電液混合控制的注塑機開始慢慢退出歷史舞臺，導致了注塑行業的產業結構快速轉變。目前主流的新型注塑機有二板注塑機、微型注塑機、雙色注塑機、多組分注塑機、全電動注塑機，而在其中，全電動注射機最具有新型注塑機代表性。

所謂全電動注塑機是指使用伺服電機，配以滾珠絲杠、同步帶以及齒輪等零部件來驅動各個機構的注塑機，其最根本的特點是所有驅動模塊全為電動式，而非傳統的液壓式。在整套設備中沒有液壓系統，也沒有任何液壓零部件。全電動注塑機的應用相當廣泛，從一般民用到工業用品如汽車零件、化妝品容器、家庭器皿、精密齒輪等。全電動注塑機的各機構 （注射、塑化、計量和射移等）及合模裝置的各機構 （開模、鎖模、頂出、抽芯等）全部采用電動機驅動[1]。

滾珠絲杠傳動系統作為全電動注塑機主要傳遞運動和扭矩的系統，其中包括滾珠絲杠、螺母、滾珠、反向器、密封件等幾部分。滾珠絲杠屬于精密的零部件，在全電動注塑機的使用過程中，滾珠絲杠比較容易由于頻繁的間歇沖擊載荷造成損壞失效，典型的損壞失效形式一般分為：表面損傷、嚴重變形和斷裂失效三種：

（1）表面損傷失效指機械零件因表面損傷而造成機械設

備無法正常工作或失去精度的現象。主要包括：接觸疲勞失效、磨損失效與腐蝕失效。接觸疲勞失效是指零件在作滾動或滾滑復合運動時，由于承受交變接觸載荷，使表面材料疲勞斷裂而形成點蝕或剝落的現象。磨損失效是指表面之間的相對滑動摩擦導致其工作表面金屬不斷磨損而產生的失效。摩擦副對偶表面在相對滑動過程中，表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應，并伴隨機械作用而引起的材料損壞現象稱為腐蝕磨損。

（2）過量變形失效指零件在工作過程中產生超過允許值

的變形量而導致整個機械設備無法正常工作，或者能正常工作但產品質量嚴重下降的現象。

（3）斷裂失效指零件斷裂而導致整個機械設備無法工

作的現象。分為疲勞斷裂和受到超過材料強度極限的外加負載或沖擊載荷造成的過載斷裂。具體表現為絲杠、螺母明顯的部分脫落或整體裂痕、滾珠碎裂、反向器損壞等[2]。

從上面典型的損壞失效的三種形式來看，為了解決滾珠絲杠傳動系統的損壞失效問題，以往基本都是把關注點聚焦在：如何減少滾珠絲桿內部的滾動副的磨損，比如加強滾珠接觸面的強度和硬度、使用耐腐蝕的材料或者在滾珠或絲杠上電鍍耐腐蝕的金屬材料來避免接觸疲勞失效、磨損失效與腐蝕失效；盡量避免應力過大導致的絲杠變形，或者加強絲杠的剛度以提高其抗彎能力，減少過量變形和斷裂失效的情況發生。但這些方法始終停留在如何通過加強滾珠絲杠副來達到減緩滾珠絲杠失效，所需花費的成本高，改善的難度高，有些時候還需要依賴一些新材料的研發應用，所以往往得不到很好的改善效果。

鎖模系統的功能主要是壓緊安裝在鎖模定板和鎖模動板中間的模具，也就是說，鎖模動板需要一個向前直線的運動和壓緊模具的力，滾珠絲杠只是為了傳遞從鎖模尾板提供給鎖模動板的運動和力。基于這樣的思考，滾珠絲杠就不是唯一可以傳遞運動和力的機構，只要能找到一種可以取代滾珠絲杠向鎖模動板傳遞運動和力的機構，而且同時可以保證達到滾珠絲杠的控制精度的機構，也就可以完美的解決上述所講的滾珠絲杠的失效問題。

如圖1所示，我公司所發明的全電動注塑機鎖模用齒輪減速箱傳動系統，里面主要包括十字頭2、鎖模尾板3、鎖模動板3'、驅動電機4、齒輪齒條5和齒輪減速箱A；其中，十字頭2和鎖模尾板3通過傳動系統連接鎖模動板3'，十字頭2置于鎖模尾板3與鎖模動板3'之間，鎖模尾板3相對靜止，鎖模動板3'通過傳動系統隨十字頭2的往復運動實現開模或鎖模運動；齒輪齒條5穿過鎖模尾板3并連接十字頭2，驅動電機4傳動齒輪齒條5往復移動，從而作用十字頭2實現上述開模或鎖模運動。具體地講，齒輪齒條5伸入鎖模尾板3內的端部通過螺母1連接十字頭2，彼此固定連接；另一端活動式貫穿鎖模尾板3，其外露部分傳動連接驅動電機4。驅動電機4與齒輪齒條5垂直分布，其輸出端連接齒輪減速箱A，齒輪減速箱A往外伸出兩根同步軸（轉速相同，轉向相反），并分別連接第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10，第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10同時作用齒輪齒條5。經齒輪減速箱A內的傳動，第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10為同時、同速且互為逆向的轉動，由此可知，其同時作用齒輪齒條5往同一方向移動。齒輪齒條5兩側設置有相同的齒牙，第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10分別嚙合兩側齒牙，第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10實質為兩個相同的齒輪，且對稱設置于齒輪齒條5兩側，該結構確保齒輪齒條5平衡受力，不會產生側向偏離，保證其始終在軸線上往復運動。齒輪減速箱A內部具體結構如下：驅動電機4輸出端伸入齒輪減速箱A內，驅動電機4輸出端裝配有輸入齒輪6；輸入齒輪6傳動至第一過渡齒輪13，第二過渡齒輪12與第一過渡齒輪13同軸，其兩側分別連接第三過渡齒輪11和惰輪8，惰輪8與第二過渡齒輪12齒數相同，其另一側傳動至第四過渡齒輪7。第三過渡齒輪11同軸連接第二輸出齒輪10，第四過渡齒輪7同軸連接第一輸出齒輪9。齒輪減速箱A內的齒輪副結構保證了第一輸出齒輪9和第二輸出齒輪10可以轉速相同，轉向相反的同步轉動。

與傳統的滾珠絲杠相比，齒輪齒條由于運用齒條傳動的方式，傳動過程不會出現打滑現象，而且傳動性高。齒輪齒條為齒面接觸，比滾珠絲杠的球面接觸更能避免表面磨損失效，而且磨損后對精度的影響也沒有滾珠絲杠大。齒輪齒條具體為雙側齒條設置，兩齒條同時受齒輪傳動，使齒輪齒條的受力平衡，確保齒輪齒條在其軸線上往復運動，保證鎖模順利完成，同時可減小過度變形所造成的磨損。齒輪箱內的齒輪可根據不同的鎖模機鉸結構調整大小，以得到不同的減速比，更換方式非常靈活，改造成本低。

這是一種結構簡單合理、性能可靠、經久耐用的全電動注塑機鎖模用齒輪減速箱傳動系統，借用了齒輪傳動的傳統優勢，克服了現有全電動注塑機鎖模采用滾珠絲桿作為傳動系統的不足，是一種從根本上在脫離滾珠絲杠傳動的基礎上所設計出來的機構，使全電動注塑機鎖模機構的使用壽命得到有效保障，減輕了用戶的維護成本，也為在全電動注塑機上其他使用滾珠絲杠副的機構提供了一種很好的替代方案。

參考文獻：

[1]林宏權，蔣衛東.全電動式注塑機的發展現狀及展望[J].塑料工業，2005，4.

[2]王影.滾珠絲杠傳動系統的典型失效分析[J].精密制造與自動化，2008，4.

[3]徐鵬.淺談注塑機的機械安全與防護[J].科技創新與應用，2017（20）：

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