一种单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置的制作方法

本发明属于碳纳米管薄膜生产设备领域，具体涉及一种单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置。

背景技术：

自碳纳米管（carbonnanotube）被发现以来，因其特殊的纳米结构，优异的电学，力学，化学等性能以及诱人的潜在应用前景，吸引大批研究人员对其性能和应用进行研究探索，并取得了大量的研究成果，目前碳纳米管已经初步实现了实际应用。人们不仅实现了从一维到三维结构的实验室制备，并且实现了碳纳米管的工业化生产。

经过二十多年的研究，碳纳米管薄膜已经可以通过溶液法、浮动化学气相沉积法等方法进行大量制备。其中浮动化学气相沉积法在工业生产中使用的最为广泛。但是，利用浮动化学气相沉积法制备和收集碳纳米管薄膜的过程中，箱体内充满大量的可燃性气体，如氢气，一氧化碳，甲烷等并且箱体内温度较高，而现有的技术中用于驱动收集装置行走和转动的伺服电机分别设置即有两个伺服电机，电机数量较多，易导致设备可靠性和安全性下降。

因此急需一种能够解决现有问题的单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置，利用伺服电机带动丝杆进而带动变速箱的方式，相较于传统设备一个伺服电机控制行走另一个伺服电机负责辊筒转动的方式，减少了伺服电机的使用数量，不仅降低了设备制造成本，在可以保证碳纳米管薄膜连续稳定收集的同时，又可以提升设备安全性。

本发明提供了如下的技术方案：

一种单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置，包括箱体和动力机构，所述箱体内设有收集机构和变速箱，所述收集机构包括用于收集碳纳米管薄膜的辊筒和用于支撑所述辊筒的支架，所述动力机构包括伺服电机和丝杆以及滑轨，所述丝杆的一端与所述伺服电机相连，所述滑轨设于所述箱体的底壁，所述丝杆与所述支架螺纹连接，所述变速箱分别与所述丝杆和所述辊筒连接，所述伺服电机通过带动所述丝杆转动从而同时带动所述收集机构沿滑轨作水平运动和所述辊筒作旋转运动。利用伺服电机带动丝杆进而带动变速箱的方式，相较于传统设备一个伺服电机控制行走另一个伺服电机负责辊筒转动的方式，不仅减少了伺服电机的使用数量（减少了电气数量，降低着火和爆炸等重大安全生产事故概率且降低成本），最重要的使得设备的可靠性和安全性有了明显提升。

优选的，所述伺服电机设于所述箱体的外侧。将电气部分设置在箱体外部，与现有设备将伺服电机部分设置在箱体内部相比，不仅杜绝了由于电气打火引发的安全隐患，而且延长了伺服电机的使用寿命。

优选的，所述支架的底部设有螺母，所述丝杆与所述螺母螺纹连接。通过螺纹作用带动螺母水平运动，从而带动支架水平运动，进而带动整个收集机构水平运动。

优选的，所述箱体的底壁并列设有两个所述滑轨，所述箱体的底壁的两端分别设有一个支座，所述支座位于两个所述滑轨之间，所述丝杆转动设于两个所述支座上。

优选的，所述支架包括支撑板和若干设于所述支撑板底部的支撑块，所述支撑块的底端设有第一滑块，所述第一滑块滑动设于所述滑轨内。

优选的，所述变速箱包括壳体，所述壳体的底部设有第二滑块，所述第二滑块滑动设于所述滑轨内。由于变速箱和辊筒连接，通过辊筒水平运动带动变速箱水平运动，单独设置第二滑块，而不将变速箱设置在支架上，降低了支架的承重量，增加了收集机构以及变速箱的运动的稳定性。

优选的，所述支撑板的两端分别设有一个固定座，所述辊筒通过转轴转动连接在所述固定座上，所述壳体设有主动轴和辊轴以及自动机械换挡机构，所述主动轴的一端套有大齿轮，所述大齿轮与所述丝杆相啮合，所述辊轴与所述转轴固定连接，所述主动轴通过所述自动机械换挡机构带动所述辊轴转动，当所述伺服电机正反转交替时，所述自动机械换挡机构能够机械换挡使得所述辊筒始终保持某一特定方向的连续转动。所述变速箱将丝杆所提供的动力传送至辊筒，在丝杆进行正反转切换的同时自动完成机械换挡，使辊筒不受伺服电机正反转的影响，辊筒始终保持某一特定方向的连续转动，保证动力输出的连续性和稳定性。

优选的，所述自动机械换挡机构包括从动轴、小齿轮和第一从动齿轮，所述小齿轮设于所述主动轴的远离所述大齿轮的一端，所述第一从动齿轮设于所述辊轴的远离所述辊筒的一端，所述从动轴的一端套有圆弧形齿板，另一端设有第二从动齿轮，所述圆弧形齿板的内侧面和外侧面以及两个端面均设有圆弧形齿条，所述小齿轮和所述圆弧形齿条相啮合，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮通过链条相连接，当所述伺服电机正反转交替时，所述圆弧形齿板的端面的所述圆弧形齿条与所述小齿轮相啮合且即将进入到所述圆弧形齿板的侧面的所述圆弧形齿条与所述小齿轮相啮合从而完成机械换挡。丝杆在伺服电机带动下转动，带动大齿轮转动，通过主动轴的传动，小齿轮转动，由于小齿轮和圆弧形齿条相啮合，圆弧形齿板转动，通过从动轴的传动作用，第二从动齿轮转动，由于第二从动齿轮和第一从动齿轮相啮合，进而带动第一从动齿轮转动，紧接着辊轴转动，由于辊轴和辊筒的转轴连接，最终带动辊筒转动。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用伺服电机带动丝杆进而带动变速箱的方式，相较于传统设备一个伺服电机控制行走另一个伺服电机负责辊筒转动的方式，减少了伺服电机的使用数量，不仅降低了设备制造成本，最重要的使得设备的可靠性和安全性有了明显提升（减少了电气数量，降低着火和爆炸等重大安全生产事故概率）。

1、本发明将电气部分设置在箱体外部，与现有设备将伺服电机部分设置在箱体内部相比，不仅杜绝了由于电气打火引发的安全隐患，而且延长了伺服电机的使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的变速箱的内部结构示意图；

图4是本发明的变速箱的内部结构的右视图。

其中图中标记为：1、箱体；11、支座；2、动力机构；21、伺服电机；22、丝杆；23、滑轨；3、变速箱；31、壳体；32、第二滑块；33、主动轴；331、大齿轮；332、小齿轮；34、辊轴；341、第一从动齿轮；35、从动轴；351、第二从动齿轮；352、圆弧形齿板；353、圆弧形齿条；36、链条；4、收集机构；41、支架；401、支撑板；402、固定座；403、支撑块；404、第一滑块；405、螺母；42、辊筒；421、转轴。

具体实施方式

如图1-4所示，一种单伺服电机驱动的碳纳米管薄膜连续收集装置，包括箱体1和动力机构2，箱体1内设有收集机构4和变速箱3，收集机构4包括用于收集碳纳米管薄膜的辊筒42和用于支撑辊筒42的支架41，动力机构2包括伺服电机21和丝杆22以及滑轨23，伺服电机21设于箱体1的外侧，丝杆22的一端与伺服电机21相连，滑轨23为两个且并列设于箱体1的底壁，箱体1的底壁的两端分别设有一个支座11，支座11位于两个滑轨23之间，丝杆22转动设于两个支座11上，支架41的底部设有螺母405，丝杆22与螺母405螺纹连接。变速箱3包括壳体31，壳体31的底部设有第二滑块32，第二滑块32滑动设于滑轨23内；壳体31设有主动轴33和辊轴34以及自动机械换挡机构，主动轴33的一端套有大齿轮331（此处使用锥齿轮），大齿轮331与丝杆22相啮合，辊轴34与转轴421固定连接，主动轴33通过自动机械换挡机构带动辊轴34转动，当伺服电机21正反转交替时，自动机械换挡机构能够机械换挡使得辊筒42始终保持某一特定方向的连续转动。

具体的，支架41包括支撑板401和若干设于支撑板401底部的支撑块403，支撑块403的底端设有第一滑块404，第一滑块404滑动设于滑轨23内，支撑板401的两端分别设有一个固定座402，辊筒42通过转轴421转动连接在固定座402上。自动机械换挡机构包括从动轴35、小齿轮332和第一从动齿轮341，小齿轮332设于主动轴33的远离大齿轮331的一端，第一从动齿轮341（既可以套设于辊轴34上，也可以由辊轴34上凿出齿形结构即与辊轴34一体合成）设于辊轴34的远离辊筒42的一端，从动轴35的一端套有圆弧形齿板352，另一端设有第二从动齿轮351（既可以套设于从动轴35上，也可以从动轴35上凿出齿形结构即与从动轴35一体合成），圆弧形齿板352的内侧面和外侧面以及两个端面均设有圆弧形齿条353，这样可以使得圆弧形齿板352的侧壁形成一周的齿条，小齿轮332和圆弧形齿条353相啮合，第一从动齿轮341和第二从动齿轮351通过链条36（若通过皮带连接，或者其他齿轮传动连接，均可认为是本实施例的简单替换）相连接，当伺服电机21正反转交替时，圆弧形齿板352的端面的圆弧形齿条353与小齿轮332相啮合且即将进入到圆弧形齿板352的侧面的圆弧形齿条353与小齿轮332相啮合从而完成机械换挡。

原理：

伺服电机21带动丝杆22转动，一方面，丝杆22通过螺纹作用带动螺母405水平运动，从而带动支架41沿滑轨23方向水平运动，进而带动整个收集机构4水平运动；另一方面，变速箱3将丝杆22提供的动力传送至辊筒42，并通过变速箱3内的自动机械换挡机构完成自动换挡，使辊筒42在碳纳米管薄膜收集过程中始终保持固定方向转动，具体是丝杆22在伺服电机21带动下转动，带动大齿轮331转动，通过主动轴33的传动，小齿轮332转动，由于小齿轮332和圆弧形齿条353相啮合，圆弧形齿板352转动，通过从动轴35的传动作用，第二从动齿轮351转动，由于第二从动齿轮351和第一从动齿轮341相啮合，进而带动第一从动齿轮341转动，紧接着辊轴34转动，由于辊轴34和辊筒42的转轴421连接，最终带动辊筒42转动。由于圆弧形的内侧面和外侧面以及两个端面均设有圆弧形齿条353，只需要在伺服电机21进行正反转切换时，圆弧形齿板352的端面的圆弧形齿条353与小齿轮332相啮合且即将进入到圆弧形齿板352的侧面的圆弧形齿条353与小齿轮332相啮合，伺服电机21进行正反转切换结束后，圆弧形齿板352的侧面的圆弧形齿条353与小齿轮332相啮合进而带动圆弧形齿板352继续转动，由于伺服电机21正反转切换，以及圆弧形齿板352的内侧面和外侧面进行切换，正好使得圆弧形齿板352的转动方向不变，辊轴34的转动方向也不变化，进而使辊筒42始终保持某一特定方向的连续转动。辊筒42通过自转（旋转）和支架41的左右（沿滑轨23方向）水平移动来达到连续收集碳纳米管薄膜的目的。

优点：

1、本实施例由于将所有原有设备的双伺服电机21改为单伺服电机21控制，变速箱3分别与丝杆22和辊筒42连接，伺服电机21通过带动丝杆22转动从而同时带动收集机构4沿滑轨23作水平运动和辊筒42作旋转运动。利用伺服电机21带动丝杆22进而带动变速箱3的方式，相较于传统设备一个伺服电机21控制行走另一个伺服电机21负责辊筒42转动的方式，减少了伺服电机21的使用数量，不仅降低了设备制造成本，最重要的使得设备的可靠性和安全性有了明显提升（减少了电气数量，降低着火和爆炸等重大安全生产事故概率）。

2、变速箱3将丝杆22所提供的动力传送至辊筒42，在丝杆22进行正反转切换的同时自动完成机械换挡，使辊筒42不受伺服电机21正反转的影响，辊筒42始终保持某一特定方向的连续转动，保证动力输出的连续性和稳定性。

3、由于变速箱3和辊筒42连接，通过辊筒42水平运动带动变速箱3水平运动，单独设置第二滑块32，而不将变速箱3设置在支架41上，降低了支架41的承重量，增加了收集机构4以及变速箱3的运动的稳定性。

4、伺服电机21设置在箱体1外部，且箱体1内没有其他电气部分，与现有设备将伺服电机21部分设置在箱体1内部相比，不仅杜绝了由于电气打火引发的安全隐患，而且延长了伺服电机21的使用寿命。

值得注意的是，在本实施例中，丝杆22和大齿轮331通过啮合，使得大齿轮331转动，对于在丝杆22上直接安装与大齿轮331啮合的齿轮或者其他方式（如皮带等连接丝杆22上的齿轮和大齿轮331）带动大齿轮331转动的均属于本实施例的替换。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。