新型机械传动结构及具有该机械传动结构的装置的制作方法

本发明涉及机械传动相关技术领域，具体的说，是涉及新型机械传动结构及具有该机械传动结构的装置。

背景技术：

3D打印机是快速成型技术的一种装置，熔融沉积型技术(Fused Deposition Modeling，FDM)是3D打印主流技术之一。它利用热塑性材料(ABS或PLA，peek等)的热熔型、粘接性，将热塑材料在打印喷头内加热成熔融态。打印喷头在设定程序控制下，沿着模型轮廓轨迹进行X-Y平面运动，打印材料被挤出后迅速固化，并与周围材料粘接，每一个层面都是在上一层层面上堆积而成，直至按模型层层堆积完成为止。

因同步带具有：无滑动，传动比精确；传动效率高达0.98，节能效果好；传动比可达到10左右，结构紧凑；维护保养方便低廉等优点，在高速低负荷的机械传动中得到广泛的应用。

熔融沉积型(FDM)3D打印机等高速低负荷机器，大都采用较窄的同步带，具有多种传动结构，但随着机器尺寸加大，传动距离加大，同步带长度随之增加，同步带弹性变形量增加，又因为动力传递过程中，力多次改变方向，造成动力传递延误加大，影响传动效率和精度，使得大型机器特别是大型3D打印机器的进一步发展受到制约。

为了保证工作精度，大型的机器仅能够降速运行，无法全速运行。

因此，如何设计一种全新的传动结构，使其在应用在大型机械上时依然具有较高的传动效率与精度，是本领域技术人员亟需解决的。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种新型机械传动结构。本发明所提供的传动具有可以进行二轴联动，特别适用于3D打印机和雕刻机等高速低负荷机器利用同步带传动实现XY方向高效精准运动的结构，并具有传动精度高、寿命可靠的优点。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型机械传动结构，包括：

位于左、右两侧的Y方向滑轨，每个Y方向滑轨上均具有一个Y方向滑块；

与所述Y方向滑块固定连接的X方向滑轨，该X方向滑轨上具有X方向滑块；

位于所述Y方向滑轨端部外侧的电机，每个电机的主轴上均安装有一个驱动轮，所述电机共有四个；

两Y方向滑块上，均具有两个从动轮，一同步带绕过四个驱动轮与四个从动轮后与X方向滑块固定连接。

优选的，所述电机为步进电机或伺服电机。

优选的，所述X方向滑轨与Y方向滑轨垂直。

优选的，所述四个电机完全相同。

优选的，所述四个电机包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机；

第一电机和第二电机由第一驱动器控制；

第三电机和第四电机由第二驱动器控制。

优选的，所述第一电机和第二电机中心的连线与位于同一侧滑块上的两从动轮的连线平行。

同时，Y方向的同步带互相平行并且与X方向同步带互相垂直。

优选的，所述第一电机和第二电机中心的连线与第三电机和第四电机中心的连线平行。

在提供上述传动结构方案的同时，本发明还提供了一种装置，该装置上安装有上述的机械传动结构。

上述的装置，优选为3D打印机，其中，所述X方向滑块上安装有挤出头。

上述的装置，优选为激光雕刻机，其中，所述X方向滑块上安装有激光雕刻头。

本发明的有益效果是：

(1)结构简单紧凑，易于安装和调试，低故障，零件精度要求不高，降低了生产成本和维护费用。

(2)缩短了动力源和工作模块之间的同步带长度，解决了大尺寸机器随着同步带增长后，同步带反应滞后以及弹性增加，影响精度和速度的问题，动力传递更迅速，提高了传动精度和速度。

(3)采用XY联动结构，X轴和Y轴方向都是两个电机协调配合进行传动，使得传动效率更高，能够设计出更加低功耗的设备。

(4)整机采用一根同步带，便于调节整条同步带张力一致。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中X方向滑块45°方向进给示意图；

图3是本发明中X方向滑块30°方向进给示意图；

图4是本发明中X方向滑块75°方向进给示意图；

图中：

1、第一电机，2、第二电机，3、第三电机，4、第四电机，

5、第一同步轮，6、第二同步轮，7、第三同步轮，8、第四同步轮，

9、同步带，

10、第一从动轮，11、第二从动轮，12、第三从动轮，13、第四从动轮，

14、同步带固定处A，15、同步带固定处B，

16、X方向滑轨，17、X方向滑块，18、Y方向滑轨，19、Y方向滑块，20、工作模块，21、控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：一种新型机械传动结构，其结构如图1所示，包括：

位于左、右两侧的Y方向滑轨18，每个Y方向滑轨18上均具有一个Y方向滑块19；两个Y方向滑块19与同一X方向滑轨16的两端固定连接，X方向滑轨16上具有X方向滑块17，所述X方向滑轨16与Y方向滑轨18垂直。

在左侧Y方向滑轨18的上、下两端分别设置有第四电机4和第三电机3；在右侧Y方向滑轨18的上、下两端分别设置有第二电机2和第一电机1。

其中，在第一电机1上安装有第一同步轮5，在第二电机2上安装有第二同步轮6，在第三电机3上安装有第3同步轮7，在第四电机4上安装有第四同步轮8。

四个同步轮在各自对应电机驱动时，均为主动轮。

左侧的Y方向滑块19上安装有第四从动轮13和第三从动轮12；右侧的Y方向滑块19上安装有第二从动轮11和第一从动轮10。四个从动轮均应选择为光滑无齿的从动轮。

同步带9的一端与X方向滑块17的右端固定连接，形成同步带固定处B15。然后同步带9依次绕过第二从动轮11、第二同步轮6、第一同步轮5、第一从动轮10、第三从动轮12、第三同步轮7、第四同步轮8和第四从动轮13后与X方向滑块17的左端固定连接，形成同步带固定处A14。同步带9的各部分，应当处于同一水平面，四个驱动轮和四个从动轮亦是，以便减少阻力，确保传递精准，高速高效。

同步带9的宽度为市面常见的6-20毫米规格，容易采购，同步带9可采用加强纤维或加强金属，减少变形量，提高精度和传动效率。同步带固定处A14和同步带固定处B15尽量靠近工作模块的重心，以便在X方向运动时，减小工作模块旋转力，降低传动误差和提高传动效率。

在X方向滑块17上，安装有工作模块20。

根据不同的需要，四个电机可以选择为步进电机或伺服电机。作为较佳的选择，四个电机的型号规格尽量完全相同。四个电机中，第一电机1和第二电机2由第一驱动器控制；第三电机3和第四电机4由第二驱动器控制，两驱动器均位于控制模块21中。

忽略工作模块20的情况下，处于提高运动精度的角度考虑，当X方向滑轨16处于Y方向滑轨18的中间，且X方向滑块17位于X方向滑轨16中央时，本装置整体为中心对称结构，同时也是轴对称结构。

作为与本方案类似的情形，XY方向也可以互换。

工作模块20根据不同的需要，可以选择为激光头，3D打印喷头或画笔等装置。

继续参考图1所示，当工作模块向X方向移动时，第一电机1、第二电机2、第三电机3、和第四电机4同时运动，都为顺时针，转速相同。

如图2所示，当工作模块20进行45度移动时，假设单位时间内工作模块20移动距离为1，根据三角函数sin45所知，同时在XY分别移动了0.70711，那么单位时间内第一电机1和第二电机2需要顺时针移动1.41422，第三电机3和第四电机4需要X方向顺时针移动0.70711，同时Y反方向逆时针移动0.70711。因此进行图2所示45度运动时，第一电机1和第二电机2顺时针旋转，第三电机3和第四电机4保持静止。

如图3示，当工作模块30度移动时，假设单位时间内工作模块20移动距离为1，根据三角函数sin30＝y/1,cos30＝x/1,所以工作模块20进行Y方向移动0.5，X方向移动0.86603，那么单位时间内第一电机1和第二电机2需要顺时针转到1.36603，第三电机3和第四电机4需要(0.86603-0.5＝0.36603)同时顺时针移动0.36603。此时，第一电机1、第二电机2与第三电机3、第四电机4转速比为：3.7320165：1。

如图4所示，当工作模块20进行75度移动时，假设单位时间内工作模块20移动距离为1，根据三角函数sin75＝y/1,cos75＝x/1,所知，工作模块20进行Y方向移动了0.96593，X方向移动了0.25882，那么单位时间内第一电机1和第二电机2需要顺时针转动1.22475，第三电机3和第四电机4需要(0.86603-0.5＝0.36603)逆时针移动0.70711。此时，第一电机1、第二电机2和第三电机3、第四电机4转速比为：1.7320500176：1。

采用了四个驱动电机后，本装置缩短了同步带传动距离，提高了传动效率和精度及速度。

实施例2：一种装置，该装置上安装有X轴和Y轴的二轴联动机械结构。其中，该结构为实施例1所示的结构。

实施例3：一种3D打印机，该3D打印机至少为二轴二联动结构。其中，该打印机采用了实施例1所示的传动结构，且该打印机上的工作模块20被替换为挤出头。

实施例4：一种雕刻机，该雕刻机至少为二轴二联动结构。其中，该雕刻机采用了实施例1所示的传动结构，且该雕刻机上的工作模块20被替换为激光雕刻头。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。