主轴箱的动力输入装置的制作方法

1.本发明涉及机床的动力输入技术。


背景技术：

2.作为机加工的常规设备的机床，以车床为例，其动力源通常为电机，电机将转动扭矩首先输送到主轴箱的动力输入轴上，再经过后序或下游的若干级变速传动机构后输送到动力输出轴即可视为车床为主轴上。为保证结构的简单和设备的紧凑，通常只提供一个电机向主轴箱的动力输入轴上输送动力，为确保动力输出轴获得多级合适的转速，主轴箱内除动力输入轴、动力输出轴外，在两者之间一般至少还设置有一根中间过渡轴，这样方能使动力输出轴获得合适的转速级，以满足车削加工的需要。
3.主轴箱内传动轴越多，成本增加以外，主轴箱体积大、零部件布置与装配困难，变速箱油需求量也随之增加；尤其是，主轴箱内传动轴越多噪音也随之变大，操作者必须长期面对这样的噪音环境，身心健康受到严重威胁。
4.上述多轴结构的主轴箱之所以无法优化，其根本原因在于选定的电机与动力输入轴之间只有一种固定传动比的动力传递方式，也就是说设置在电机轴和动力输入轴上的皮带轮之间的传动比是唯一的，所以说只有在主轴箱内设置相应根数的中间轴的方式来实现动力输出轴的转速级的需求。
5.随着电机控制技术的发展，调速类电机得到了广泛使用，重要的是调速类电机可以满足转速变化的同时难以满足输出扭矩的要求，这对机床类设备来讲无疑是无法回避的难题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种主轴箱的动力输入装置，解决动力电机与主轴箱的动力输入轴之间的多级转速的传递，在确保切削扭矩的前提下实现多级转速传递。
7.为实现上述目的，一种主轴箱的动力输入装置，包括主轴箱箱体，主轴箱箱体上设置有动力输入轴，其特征在于：位于主轴箱箱体外部的动力输入轴上至少套设有第一、二两个动力输入带轮，所述的动力输入轴与第一、二两个动力输入带轮之间设置有离合机构，离合机构选择动力输入轴与第一、二两个动力输入带轮中的一个周向同步转动连接，动力输入轴与第一、二两个动力输入带轮中的另一个构成空套转动配合。
8.上述方案中，动力输入轴上述设置两个带轮即第一、二两个动力输入带轮，通过离合器的选择性连接动力输入轴第一、二两个动力输入带轮之一处在同轴转动的结合状态，依据不同带轮的转速，动力输入轴就可以获得相应的转速，这与现有技术中通过更换皮带及带轮的方式来实现动力输入轴转速的改变完全不同，本动力输入装置与调速电机等相结合，得到适合的切削多级速度。
附图说明
9.图1本发明的结构示意图；
10.图2是本发明中的动力输入轴的立体结构示意图；
11.图3是本发明中的滑键的立体结构示意图；
12.图4、5分别是本发明中的第一、二动力输入带轮的立体结构示意图。
具体实施方式
13.如图1所示，一种主轴箱的动力输入装置，包括主轴箱箱体10，主轴箱箱体10上设置有动力输入轴20，位于主轴箱箱体10外部的动力输入轴20的轴身段上至少套设有第一、二两个动力输入带轮30、40，所述的动力输入轴20与第一、二两个动力输入带轮30、40之间设置有离合机构，离合机构选择动力输入轴20与第一、二两个动力输入带轮30、40中的一个周向同步转动连接，动力输入轴20与第一、二两个动力输入带轮30、40中的另一个构成空套转动配合。
14.上述方案中的第一、二两个动力输入带轮30、40由两组皮带连接到同一个电机的轴上的带轮上且电机以同一转速输出扭矩，电机轴上的带轮可以是同规格的，也可以是不同规格的，这样第一、二两个动力输入带轮30、40就可以获得不同的转速，而转动扭矩却不会降低或衰减，当离合机构选择动力输入轴20与第一动力输入带轮30结合时，动力输入轴20与第二动力输入带轮40之间为空转配合，所以转动扭矩就由电机经由第一动力输入带轮30传递到动力输入轴20上，然后再由动力输入轴20向下游传动机构机构传递；反之亦然，即转动扭矩由电机经由第二动力输入带轮40传递到动力输入轴20上，此时第一动力输入带轮30空套在动力输入轴20上且并不传递扭矩。
15.作为优选方案，本发明提供了以下离合机构：动力输入轴20为空芯轴，离合机构包括置于动力输入轴20的内孔腔21中的滑键50，滑键50上有径向延伸的凸块51，显露于动力输入轴20轴身外部的凸块51的外端与第一、二两个动力输入带轮30、40的内孔壁之间构成键配合传递转动扭矩。
16.上述方案中，动力输入轴20设计为空芯轴，这样可以减轻动力输入轴20重量的同时提高其抗弯强度，又利用了其内部的内孔腔21的空间又利用于布置滑键50，滑键50即轴向滑动位移的键，当其轴向位移时可以抵达第一、二动力输入带轮30、40的管腔的轴向相应位置处并与其构成键配合的形式实现周向同步转动以传递扭矩。
17.更为优选的方案是，凸块51的周向端面上布置有齿511，齿511的齿峰或齿谷的方向与动力输入轴20的轴向一致，所述的动力输入轴20上有径向贯通的条形孔22，凸块51位于条形孔22内且两者构成周向限位、轴向滑动配合，齿511显露于条形孔22外部，滑键50轴向位移时齿511选择与第一、二两个动力输入带轮30、40的齿形内孔的齿形部啮合或分离配合。
18.参见图1、2、3，设置条形孔22供凸块51径向伸出并对其施予约束，实现了两者之间的周向同步转动的限位配合及轴向滑动移位配合，周向转动扭矩正是借助于第一、二动力输入带轮30、40的齿形内孔与滑键50的键配合以及动力输入轴20与滑键50之间的周向同步限位实现依次传递的。如图3所示，齿511设置在凸块51的两端的周面上且呈对称布置，这样可以提高凸块51传递力矩的能力，也改善了第一、二动力输入带轮30、40的齿形内孔受力分
布。如图3所示，齿511的两端由斜置倒角514，以便引导其快速与第一、二动力输入带轮30、40的齿形内孔实现啮合。
19.作为优选方案，凸块51与轴向拉杆60相连，轴向拉杆60选择位移至滑键50与第一、二两个动力输入带轮30、40之一构成键连接配合位。由于凸块51所处的位置及其位移的区域的限制，为了方便驱动凸块51的位移，本发明为其提供了轴向拉杆60，借助于轴向拉杆60的设置，可以将轴向拉杆60的另一端延伸到方便控制的位置处，一则是沿引至动力输入轴20的外端，以方便对其操控，以下结合图1、2详细说明本发明提供的优选方案。
20.凸块51里端有外螺纹杆头512，外螺纹杆头512与轴向拉杆60的一端螺接，轴向拉杆60的另一端连接有径向布置的销柱61，销柱61从动力输入轴20中段的位于主轴箱箱体10内的轴身上开设的径向贯通孔腔21设置的槽形孔23中伸出后与拨动机构相连，槽形孔23的槽长方向与动力输入轴20的轴向方向一致，销柱61与槽形孔23构成周向限位、轴向相对滑动配合。
21.如图3所示，轴向拉杆60的杆端有螺纹孔用于连接在凸块51里端的外螺纹杆头512上，这样就可以实现两者轴向同步位移了，轴向拉杆60的另一端连接的销柱61由槽形孔23处凸伸出，拨动机构提供的外力驱使销柱61在槽形孔23内移动时，会一并推拉轴向拉杆60带动滑键50沿动力输入轴20的轴向位移。
22.为了确保滑键50中心线与动力输入轴20同芯且在滑键50位移时仍保持两者的同芯位置关系，也就是保证齿511与第一、二动力输入带轮30、40的齿形内孔的可靠啮合，本发明中是借助于轴向拉杆60的外径与动力输入轴20的内孔腔21的直径吻合且两者构成滑动配合来实现的。
23.更优选的方案是轴向拉杆60靠近外螺纹杆头512的局部杆身外径与动力输入轴20的内孔腔21的直径吻合。也就是说，为了减少加工量并降低加工难度，靠近外螺纹杆头512的轴向拉杆60与动力输入轴20的内孔腔21之间只要加工一段高精度的配合段即可，配合段的长度与轴向拉杆60的位移行程相符即可。
24.如图1、3所示，所述的凸块51的外端有外螺杆头513，外螺杆头513上连接有螺母导向杆70，螺母导向杆70的外径与动力输入轴20的动力输入轴20的内孔腔21孔径吻合且两者构成动配合。上述方案为凸块51的两端设置了限位导向配合，使得凸块51的位置稳定性得到了保证，便且方便了装配，因为滑键50位移的范围只要是满足了分别与第一、二两个动力输入带轮30、40构成离合配合即可，同时为了方便装配滑键50，即确保滑键50从条形孔22处装入，所以滑键50的轴向尺寸小于条形孔22的轴长方向的长度，然后再于两端分别连接螺母导向杆70、轴向拉杆60，从而将滑键50的凸块51可靠稳定设在条形孔22处。由于滑键50从条形孔22处装入时，可以斜向姿态时时插入，这样可以减少条形孔22的孔长方向的尺寸以减少加工量。
25.以下说明驱动销柱61轴向位移的传力机构。
26.动力输入轴20上活动套设有左、右挡环24、25，左、右挡环24、25临近环面相互贴靠且两者构成拆卸式连接，左、右挡环24、25的贴靠面的盘缘处围成容纳销柱61端部的环形槽26，左、右挡环24、25与销柱61构成轴向同步限位配合，左、右挡环24、25外边沿上有槽口向外的环形凹槽27，环形凹槽27与拨动机构的拨叉80配合。
27.上述方案中，拨叉80拨动左、右挡环24、25构成的组合环沿动力输入轴20的轴向位
移，因而带动销柱61同步轴向位移。上述方案中，环形槽26也可以是一个凹部，凹部只要是能够容纳销柱61的杆端部位即可，因为左、右挡环24、25与销柱61只要实现两者之间的轴向约束实现轴向同步位移即可，周向方向上既可以同步转动、也可以周向相对转动。
28.所述的左、右挡环24、25上有相互远离式布置的左、右挡环套241、251，左、右挡环套241、251位于主轴箱箱体10内，左、右挡环套241、251的内管径与动力输入轴20轴径吻合且构成活动配合，拨叉80与调速机构的操作手柄相连，槽形孔23两端的动力输入轴20上的环形槽处设置密封圈28，密封圈28的外周与左、右挡环套241、251构成密封配合。
29.上述方案为集中操作控制提高了方便，即调速机构原本就有，将其分设一路拨叉80出来用于控制本发明中的离合机构十分便捷，同时由于设置了左、右挡环套241、251，左、右挡环24、25位移时保证良好的稳定性。由于密封圈28的设置，主轴箱箱体10内的润滑油就被封堵在槽形孔23的外部并无法通过槽形孔23抵达内孔腔21而泄漏。
30.以下详细说明第一、二动力输入带轮30、40的装配结构。
31.第一、二两个动力输入带轮30、40分别是位于外侧的小带轮、内侧的大带轮，主轴箱箱体10上的动力输入轴20过孔处设置带轮座90，带轮座90为套管状，其内壁与动力输入轴20间隙配合，带轮座90的外管段插置于第一轴承1的内圈中；第二动力输入带轮40中部有齿形孔41，齿形孔41两侧的管腔直径大于齿形孔41的孔径，齿形孔41右侧管孔套置在第一轴承1的外圈上。
32.第二动力输入带轮40中部的齿形孔41左侧较大管径管孔套置在第二轴承2的外圈上，第二轴承2的内圈套设在第一动力输入带轮30的带槽31右侧的轮面段，第一动力输入带轮30的带槽31所在段临近显露于第二动力输入带轮40左侧轴向端面的外部，第二动力输入带轮40外周的皮带槽42位于第二动力输入带轮40的左侧段，第一动力输入带轮30的外端与动力输入轴20之间设置第三轴承3，第三轴承3右侧的第一动力输入带轮30的轮腔为花齿孔32。
33.此处需要说明的是，有关于左或右的位置限定是以图1所示状态为基准的，并且有关于内、外的位置定义是以靠近或邻近主轴箱箱体10的一侧为内，反之为外。
34.第一、二两个动力输入带轮30、40选择一大、一小的规格，具有如下技术效果：1、可以方便获得所需的多级转速输入，本实施例中为两级；2、第二轴承2布置在第一、二动力输入带轮30、40的重合段之间，不仅节省了轴承部件，同时缩短了动力输入轴20悬置段的长度，进而提高了动力输入轴20的抗弯能力，并且相应地也缩短了用于连接两个皮带轮的电机轴的长度；3、第二动力输入带轮40上的齿形孔41与第一动力输入带轮30上的花齿孔32可以布置较为靠近，因此滑键50的位移行程很短，既可实现滑键50分别与齿形孔41和花齿孔32的离合配合，操控相应快捷，相应的导向配合段的轴向长度也相应缩短，降低加工难度；4、第二轴承2布置在第一、二动力输入带轮30、40的重合段之间使得第一、二动力输入带轮30、40彼此相互支撑，提高了第一、二动力输入带轮30、40的稳定性，具体工作时第一、二动力输入带轮30、40只有一个受弯矩作用，另一个空转的带轮亦为工作带轮贡献抗弯支撑。
35.第一动力输入带轮30外端的动力输入轴20的端部设置锁紧螺母29，锁紧螺母29提供轴向力施加在第三轴承3内圈的外端面上。由于锁紧螺母29、第一、二动力输入带轮30、40、第一、二、三轴承1、2、3、带轮座90连接至主轴箱箱体10上，动力输入轴20免受径向力的作用，起到卸荷的作用，动力输入轴20受弯变形的情况得以避免。
36.另外，实施例中的图1只给出了动力输入轴20的动力输入的传动结构，动力输入轴20右段上的有齿轮4、5构成的双联齿轮，该齿轮由拨叉6拨动位移，未示出的下游传动轴及齿轮可根据实际需求的转速进行布置，此处不再赘述。