一种永不脱落的快换原理及装置的制作方法

本发明涉及自动化机械设备技术领域，具体涉及一种永不脱落的快换原理及装置。

背景技术：

快换装置广泛应用在现有的自动化机械设备上，一般是应用于机械臂与不同夹具或者不同加工装置之间的切换，可以在较短的时间内对不同夹具或者不同加工装置进行切换，实现功能的切换，其切换效率及较高，具有高精准度和高牢固性；现有产品通常使用气动锁紧。突然断气后，钢珠由于受负载重力的作用，会给凸轮一个水平向内的力，促使凸轮向上运动，工具盘掉落风险较大，从而导致工具盘损坏，或者损坏下方加工工件，造成不必要的经济损失，因此需要设计一种在断气时避免脱落的快换装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种永不脱落的快换原理及装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种永不脱落的快换原理及装置，包括主盘和工具盘，所述主盘靠近工具盘的端面上设有凹槽，所述主盘靠近工具盘的端面固定连接有与凹槽匹配的筒体，所述筒体的侧壁上均布有若干连通内部的圆形开口，所述圆形开口内匹配滑动设有钢珠，所述筒体内设有对钢珠进行限位的凸轮，所述凸轮上设有防脱落面，所述主盘内设有圆柱腔室，所述圆柱腔室内密封滑动设有活塞，所述活塞上侧竖直设有弹簧，所述弹簧下端与活塞固定连接，所述弹簧上端和圆柱腔室内顶壁固定连接，所述活塞下端同轴固定连接有驱动杆，所述驱动杆下端贯穿主盘并与凸轮固定连接，所述工具盘靠近主盘的端面上设有与筒体匹配的快换开口，所述快换开口侧壁上设有与若干钢珠对应的环形限位开槽，所述工具盘下端面设有连通快换凹槽的连通开口。

进一步的，所述凸轮从上往下分为圆柱段和圆台段，所述凸轮的圆柱段侧壁上设有环形锁紧开槽，所述环形锁紧开槽的截面呈梯形，所述环形锁紧开槽的下侧壁为防脱落面，所述环形锁紧开槽的上侧壁为锁紧工作面，所述凸轮上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮圆台段下端直径。

进一步的，所述筒体下端外边缘经过倒角处理，所述快换凹槽内边缘匹配筒体进行倒角处理。

进一步的，所述凹槽底壁上设有连通圆环腔室的通孔，所述驱动杆贯穿通孔设置，所述通孔内壁上设有环形容纳开槽，所述环形容纳开槽内过盈固定设置环形密封圈，所述环形密封圈与驱动杆过盈接触。

进一步的，所述环形限位开槽截面呈梯形。

进一步的，所述主盘上端面设有连通圆柱腔室的操作开口，所述主盘上侧水平设有与加固开口位置对应的加固盘，所述加固盘面积大于操作开口面积，所述加固盘通过若干螺栓与主盘密封固定连接，所述加固盘与主盘之间固定设有密封垫。

进一步的，所述圆形开口的两个开口位置边缘均设有向内的环形凸起。

一种永不脱落的快换原理，采用上述的快换装置，其原理如下：

s1、由于受工具盘及其连接的工件重力g1的作用，会给钢珠一个向内的力，钢珠会推动凸轮向上移动，此时，钢珠与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠与凸轮的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势，水平方向的分力被抵消。

s2、出现意外断气时，主盘上圆柱腔室内部的弹簧，会给凸轮提供一个很大的向下的力，促使凸轮向下运动，避免凸轮上移。

s3、因为钢珠作用于防脱落工作面及弹簧的弹力限位作用，使凸轮向下运动，反过来会给钢珠一个向外的力，保持钢珠置于环形限位开槽内，保证工具盘锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的。

进一步地，所述s1中防脱落面和环形锁紧开槽底壁的夹角为145°。

进一步地，所述s3中环形限位开槽截面的两内夹角均为120-135°。

本发明的有益效果：

该发明当正常通气时，通过凸轮驱动钢珠突出圆形开口并进入到环形限位开槽内，处于锁紧状态，锁紧工作面起作用；当意外断气时，由于受工具盘及其工件重力g1的作用，会给钢珠一个向内的力，钢珠会推动凸轮向上移动，此时，钢珠与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠与凸轮的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势；同时弹簧也会给凸轮一个很大的向下的力，促使凸轮向下运动；凸轮向下运动，反过来会给钢珠一个向外的力，推动工作盘锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的能够实现工具的快速切换，提供大的锁紧力，同时提供超强的断气保护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的俯视立体结构示意图；

图2为本发明的仰视立体结构示意图；

图3为本发明工作锁紧状态的剖视结构示意图；

图4为本发明断气锁紧状态的剖视结构示意图；

图5为本发明的原理示意图。

图中：

1主盘、2工具盘、3筒体、4钢珠、5环形凸起、6凸轮、7活塞、8驱动杆、9弹簧、10环形密封圈、11加固盘。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。

参照图1、图2、图3和图4所示的一种永不脱落的快换原理及装置，包括主盘1和工具盘2，主盘1用于安装在转换部件上，主盘1靠近工具盘2的端面上设有凹槽，主盘1靠近工具盘2的端面固定连接有与凹槽匹配的筒体3，筒体3的侧壁上均布有若干连通内部的圆形开口，圆形开口内匹配滑动设有钢珠4，筒体3内设有对钢珠4进行限位的凸轮6，通过凸轮6的移动，可以驱动钢珠4进行移动，凸轮6上设有防脱落面，主盘1内设有圆柱腔室，圆柱腔室内密封滑动设有活塞7，活塞7上侧竖直设有弹簧9，弹簧9下端与活塞7固定连接，弹簧9上端和圆柱腔室内顶壁固定连接，弹簧9可以提供弹力，对于活塞7起到一定限位作用，进一步的对凸轮6起到限位作用，活塞7下端同轴固定连接有驱动杆8，驱动杆8下端贯穿主盘1并与凸轮6固定连接，工具盘2靠近主盘1的端面上设有与筒体3匹配的快换开口，快换开口侧壁上设有与若干钢珠4对应的环形限位开槽，通过钢珠4卡入环形限位开槽或者脱出环形限位开槽，实现卡紧和脱出作用，工具盘2下端面设有连通快换凹槽的连通开口。

如图3所示，凸轮6从上往下分为圆柱段和圆台段，凸轮6的圆柱段侧壁上设有环形锁紧开槽，环形锁紧开槽的截面呈梯形，环形锁紧开槽的下侧壁为防脱落面，当钢珠4与防脱落面接触受力时起到防脱落作用，环形锁紧开槽的上侧壁为锁紧工作面，当钢珠4与锁紧工作面接触时，可以起到限制钢珠4位置，使得钢珠4置入环形限位开槽内，起到锁紧作用，凸轮6上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮6圆台段下端直径，使得钢珠4置入环形锁紧开槽段内仍然具有锁紧作用。

如图3和图4所示，筒体3下端外边缘经过倒角处理，快换凹槽内边缘匹配筒体3进行倒角处理，便于筒体3插入快换凹槽内。

如图3和图4所示，凹槽底壁上设有连通圆环腔室的通孔，驱动杆8贯穿通孔设置，活塞7移动可以驱动凸轮6进行移动，通孔内壁上设有环形容纳开槽，环形容纳开槽内过盈固定设置环形密封圈10，环形密封圈10与驱动杆8过盈接触，保证圆柱腔室的密封性，方便进行活塞7上下两侧气体的通入，实现气动作用。

如图3和图4所示，环形限位开槽截面呈梯形，可以供钢珠4进入，从而实现卡紧作用，同时容纳效果较高，也便于钢珠4脱出。

如图3和图所示，主盘1上端面设有连通圆柱腔室的操作开口，主盘1上侧水平设有与加固开口位置对应的加固盘11，加固盘11面积大于操作开口面积，加固盘11通过若干螺栓与主盘1密封固定连接，加固盘11与主盘1之间固定设有密封垫，可以将加固盘11拆卸，对圆柱腔室内部结构部件进行操作，方便维护。

如图图3和图所示，圆形开口的两个开口位置边缘均设有向内的环形凸起5，可以将钢珠4限制在圆形开口内，同时不影响钢珠4在圆形开口内滑动以及凸出。

实施1

如图5，一种永不脱落的快换原理，采用上述的快换装置，其原理如下：

s1、由于受工具盘2及其连接的工件重力g1的作用，会给钢珠4一个向内的力，钢珠4会推动凸轮6向上移动，此时，钢珠4与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠4与凸轮6的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮6一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势，水平方向的分力被抵消。

s2、出现意外断气时，主盘1上圆柱腔室内部的弹簧9，会给凸轮6提供一个很大的向下的力，促使凸轮6向下运动，避免凸轮6上移。

s3、因为钢珠4作用于防脱落工作面及弹簧9的弹力限位作用，使凸轮6向下运动，反过来会给钢珠4一个向外的力，保持钢珠4置于环形限位开槽内，保证工具盘2锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的。

其中，s1中防脱落面和环形锁紧开槽底壁的夹角为145°。

其中，s3中环形限位开槽截面的两内夹角均为145°。

根据力学的分解公式：

其中n的数值等于180°－145°=35°，考虑到凸轮6上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮6圆台段下端直径，此处环形限位开槽截面的两内夹角不能小于145°，计算内夹角为145°时向下的力。

实施2

如图5，一种永不脱落的快换原理，采用上述的快换装置，其原理如下：

s1、由于受工具盘2及其连接的工件重力g1的作用，会给钢珠4一个向内的力，钢珠4会推动凸轮6向上移动，此时，钢珠4与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠4与凸轮6的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮6一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势，水平方向的分力被抵消。

s2、出现意外断气时，主盘1上圆柱腔室内部的弹簧9，会给凸轮6提供一个很大的向下的力，促使凸轮6向下运动，避免凸轮6上移。

s3、因为钢珠4作用于防脱落工作面及弹簧9的弹力限位作用，使凸轮6向下运动，反过来会给钢珠4一个向外的力，保持钢珠4置于环形限位开槽内，保证工具盘2锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的。

其中，s1中防脱落面和环形锁紧开槽底壁的夹角为145°。

其中，s3中环形限位开槽截面的两内夹角均为150°。

根据力学的分解公式：

其中n的数值等于180°－150°=30°，考虑到凸轮6上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮6圆台段下端直径，此处环形限位开槽截面的两内夹角不能小于145°，计算内夹角为150°时向下的力。

实施3

如图5，一种永不脱落的快换原理，采用上述的快换装置，其原理如下：

s1、由于受工具盘2及其连接的工件重力g1的作用，会给钢珠4一个向内的力，钢珠4会推动凸轮6向上移动，此时，钢珠4与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠4与凸轮6的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮6一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势，水平方向的分力被抵消。

s2、出现意外断气时，主盘1上圆柱腔室内部的弹簧9，会给凸轮6提供一个很大的向下的力，促使凸轮6向下运动，避免凸轮6上移。

s3、因为钢珠4作用于防脱落工作面及弹簧9的弹力限位作用，使凸轮6向下运动，反过来会给钢珠4一个向外的力，保持钢珠4置于环形限位开槽内，保证工具盘2锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的。

其中，s1中防脱落面和环形锁紧开槽底壁的夹角为145°。

其中，s3中环形限位开槽截面的两内夹角均为155°。

根据力学的分解公式：

其中n的数值等于180°－155°=25°，考虑到凸轮6上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮6圆台段下端直径，此处环形限位开槽截面的两内夹角不能小于145°，计算内夹角为155°时向下的力。

实施4

如图5，一种永不脱落的快换原理，采用上述的快换装置，其原理如下：

s1、由于受工具盘2及其连接的工件重力g1的作用，会给钢珠4一个向内的力，钢珠4会推动凸轮6向上移动，此时，钢珠4与锁紧工作面脱离，到达防脱落工作面；当钢珠4与凸轮6的防脱落工作面接触时，会垂直于防脱落工作面给凸轮6一个向内且斜向下的力f，力f的分力f1会促使凸轮有向下运动的趋势，水平方向的分力被抵消。

s2、出现意外断气时，主盘1上圆柱腔室内部的弹簧9，会给凸轮6提供一个很大的向下的力，促使凸轮6向下运动，避免凸轮6上移。

s3、因为钢珠4作用于防脱落工作面及弹簧9的弹力限位作用，使凸轮6向下运动，反过来会给钢珠4一个向外的力，保持钢珠4置于环形限位开槽内，保证工具盘2锁紧，最终会达到一个平衡，实现永久防脱落的目的。

其中，s1中防脱落面和环形锁紧开槽底壁的夹角为145°°。

其中，s3中环形限位开槽截面的两内夹角均为160°。

根据力学的分解公式：

其中n的数值等于180°－160°=20°，考虑到凸轮6上环形锁紧开槽段的直径大于凸轮6圆台段下端直径，此处环形限位开槽截面的两内夹角不能小于145°，计算内夹角为160°时向下的力。

由计算结果可以得出，当内夹角角度越小时，其向下的力f1越大，考虑到环形锁紧开槽段直径应该大于凸轮6圆台段下端直径，此处内夹角具有最小阈值，同时考虑夹紧程度和材料硬度以及厚度，设置为145°较佳。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。