一种可调节公自转速比的行星式横支座机构及采用该机构的搅拌机的制作方法

1.本实用新型涉及搅拌机技术领域，特别涉及一种可调节公自转速比的行星式横支座机构及采用该机构的搅拌机。


背景技术：

2.目前市场上已有的搅拌机，主要是通过电机带动横支座公转，通过齿轮传动带动转杯自传，从而实现材料混合搅拌。现有的横支座结构有公自转速比固定式和公自转速比可调节两种形式。
3.现有技术提出了一种可调节公自转速比的横支座，如说明书附图的图4所示，该横支座设置有自转中心齿轮24、过渡直齿轮25、过渡锥齿轮26、转杯下部锥齿轮27、公转驱动轮28以及自转驱动轮29，通过公转电机驱动横支座公转，自转电机驱动与公转同轴的自转中心齿轮24，该齿轮通过过渡直齿轮25及过渡锥齿轮26带动转杯下部锥齿轮27转动，从而实现转杯的自转。
4.现有的这种横支座结构，通过调整公转电机和自转电机的转速，可实现公转和转杯自转以不同的转速旋转。其中，公转转速标识为n1
′
，转矩标识为t1
′
；自转转速标识为n2
′
，转矩标识为t2
′
；转杯相对转速标识为n4
′
，转矩标识为t4
′
；中心齿轮到转杯的传动速比系数为k
′
，k
′
的取值与自转中心齿轮24、过渡直齿轮25、过渡锥齿轮26、转杯下部锥齿轮27的齿数成一定的比例关系，则各转速之间满足关系式：n4
′
/n1
′
＝k
′
*(n2
′
/n1
′‑
1)，各转矩之间满足关系式：t4
′
＝-t1
′
/k
′
＝t2
′
/k
′
。根据齿轮齿数可确定k
′
＝0.5。
5.当n2
′
/n1
′
＝-1～0时，即公、自转电机以一定的速比反向旋转，由转矩关系式可知，t1与t2的转矩方向始终相反。即公转电机和自转电机都保持正向输出。此时，n4
′
/n1
′
＝-1～-0.5，即公转和转杯以此速比反向转动，系统可以保持稳定运行。
6.当n2
′
/n1
′
＝0～1时，即公自转电机以一定的速比同向旋转，由转矩关系式可知，t1
′
与t2
′
的转矩方向始终相反。即公转电机或自转电机中，必将有一个电机要输出反向扭矩(技术无法实现)。在实际运转中，将会造成一个电机发生失速或拖拽报警，造成系统不能稳定运行。即，由公式计算得到的公转和转杯速比n4
′
/n1
′
＝-0.5～0无法实现。
7.由以上分析可知，现有的公自转速比可调节横支座结构仅能实现1～0.5范围的速比调节，0.5～0范围的速比调节无法实现。其中，0.5作为调速的临界点，当自转电机的转速为0，即n2
′
/n1
′
＝0时，出现调速临界点。调速临界点n4
′
/n1
′
＝-k
′
，可以通过调整传动齿轮的齿数，改变设备的调速临界点值。但是，无论如何调整传动齿轮的齿数，k
′
值永远无法等于0。即该调速临界点永远存在，无法实现速比为0的转速模式。即设备不能在速比范围为-k
′
～0的区域工作，存在调速盲区。
8.综上所述，现有横支座结构虽然可实现公自转速比的调节，但是该结构实现的速比调节范围很窄，不能实现全速段的转速比调节，存在调速盲区。同时，传动结构亦有采用皮带、圆皮带、同步带等结构形式，但此类传动具有共同的特点，即公自转速比虽然可以调
节，但是速比调节范围都存在调速盲区。
9.自转速度是决定材料温度升高的一个关键因素，因无法更宽范围地调节自转转速，将不能很好控制材料的温度上升，该特性也决定了，目前的搅拌机只能适用于部分材料的搅拌混合，适用范围较小。针对不同粘度的材料，需要不同的公自转转速比，因存在调速盲区，将无法适用特定粘度范围的材料搅拌，设备的适用范围降低。


技术实现要素：

10.鉴于以上内容，有必要提供一种可调节公自转速比的行星式横支座机构及采用该机构的搅拌机，用于解决现有搅拌机因存在调速盲区而不能实现全速段转速比调节的问题。
11.为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
12.一种可调节公自转速比的行星式横支座机构，包括横支座、转杯、中心齿轮、齿圈结构、锥齿一体行星架、行星齿轮、公转电机以及自转电机；
13.所述横支座上固定插设有公转轴，所述公转轴的外部固定套设有中心齿轮，所述公转轴与所述公转电机的输出轴相连，其由所述公转电机驱动旋转；所述齿圈结构同轴活动套设在中心齿轮外侧，其通过自转驱动组件连接所述自转电机的输出轴，所述齿圈结构由所述自转电机驱动旋转；所述齿圈结构的内侧啮合连接有行星齿轮，并通过所述行星齿轮啮合连接中心齿轮，所述行星齿轮转动安装在锥齿一体行星架上；所述锥齿一体行星架同轴活动套设在公转轴外侧，并与所述中心齿轮、齿圈结构之间存在间隙，所述锥齿一体行星架通过转杯驱动组件传动连接转杯轴，所述转杯轴一端转动穿设横支座后连接所述转杯。
14.优选地，所述转杯驱动组件为锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。
15.优选地，所述自转驱动组件为锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。
16.优选地，所述公转电机的输出轴通过公转驱动组件与所述公转轴传动连接，所述公转驱动组件为联轴器、锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。
17.优选地，所述转杯和齿圈结构分设在横支座的相对两侧。
18.优选地，所述行星齿轮至少设有两个，所有行星齿轮间隔环绕在所述中心齿轮的周向，并安装在同一锥齿一体行星架上。
19.优选地，所述横支座上间隔设置有至少两个转杯，所有转杯均匀环绕在所述公转轴的周向。
20.优选地，所述转杯轴倾斜设置，其连接转杯的一端相较于另一端更靠近于所述公转轴的轴线。
21.本实用新型还提供了一种搅拌机，该搅拌机包括如上所述的行星式横支座机构。
22.优选地，该搅拌机还包括外壳，所述外壳内部中空，构成收纳腔，所述收纳腔内设置有用于安装所述行星式横支座机构的支架。
23.优选地，所述外壳的顶部开设有装料口，并设置有用于盖合所述装料口的装料安全门；所述外壳的顶部还设置有操作屏、急停按钮、启动开关，所述外壳内设置有电控系统，所述操作屏、所述急停按钮、所述启动开关、所述公转电机以及所述自转电机均与所述电控系统电性连接。
24.由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
25.1.本实用新型通过双电机驱动行星齿轮结构进行转速比调节，工作时，自转电机从齿圈结构将动力输入，经行星齿轮啮合传动后，通过锥齿一体行星架将动力传递给转杯。公转电机从中心齿轮将动力输入，经行星齿轮啮合传动后，通过锥齿一体行星架将动力传递给转杯。锥齿一体行星架及行星齿轮接收到齿圈结构和中心齿轮输入的动力，经过运动合成后，传递给转杯。本实用新型通过采用上述行星齿轮结构，齿圈结构作为动力输入端一、中心齿轮作为动力输入端二、锥齿一体行星架作为动力输出端将动力传递给转杯，从而可以实现公自转速比的全速段的大范围调节。
26.2.本实用新型通过调节两个电机的转速，即可实现转速比调节，整个调速过程中，两个电机的输出方向始终与扭矩输出方向相同，电机始终保持正向输出，公转电机或自转电机不会出现失速、拖拽报警的情况，确保系统的稳定性。
27.3.本实用新型不仅可以实现公自转速比为0～0.5的高公转低自转的运行模式，还可以实现公自转速比为1.5～2的低公转高自转的运行模式，两种模式分别适用于特殊的材料搅拌要求，该设备即可适用于特殊的材料行业。本实用新型可实现转速比范围从0开始调节，扩大公自转速比的调节范围，针对粘度不同的材料，适用的公自转速比不同，因此本实用新型可适用的材料范围更加广泛。
28.4.本实用新型可实现转杯转速以恒定速度转动，公转转速不断提高或降低的转速模式，这种搅拌模式是原有可调速比的横支座结构无法实现的。针对材料脱泡，选定合适的转杯转速，该转速以保证材料不离心分层，且温度不大幅升高为原则确定，在保持转杯转速不变的情况下，可提高公转转速进而提高离心加速度，更有利于材料的离心脱泡。
29.5.本实用新型的公转电机和自转电机通过运动合成，驱动转杯自转，在混合搅拌过程中，材料温度升高的快慢和转杯的自转速度成正比关系，在同样的公转转速下，本实用新型可以实现更低的转杯转速，因此可以更加有效地控制材料的温度升高。
附图说明
30.图1是本实用新型实施例1所提供的行星式横支座机构的结构示意图；
31.图2是本实用新型实施例1所提供的搅拌机的结构示意图；
32.图3是本实用新型实施例2所提供的行星式横支座机构的结构示意图；
33.图4是现有技术提供的一种横支座的结构示意图；
34.图中主要元件符号说明如下：
35.附图中，1-横支座、2-转杯、3-转杯轴、4-传动锥齿轮、5-公转轴、6-中心齿轮、7-齿圈结构、8-行星齿轮、9-锥齿一体行星架、10-公转电机、11-公转皮带、12-自转电机、13-传动直齿轮、14-自转电机的输出轴、15-外壳、16-支架、17-架体、18-支撑板、19-装料安全门、20-操作屏、21-急停按钮、22-启动开关、23-脚轮、24-自转中心齿轮、25-过渡直齿轮、26-过渡锥齿轮、27-转杯下部锥齿轮、28-公转驱动轮、29-自转驱动轮、30-自转皮带、31-传动轴。
36.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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，为了更好地说明本实用新型的具体实施方式，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，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.实施例1
40.如图1所示，一种可调节公自转速比的行星式横支座机构，包括横支座1、转杯2、中心齿轮6、齿圈结构7、锥齿一体行星架9、行星齿轮8、公转电机10以及自转电机12。
41.横支座1上固定插设有公转轴5，公转轴5的外部固定套设有中心齿轮6，公转轴5与公转电机10的输出轴相连，其由公转电机10驱动旋转。中心齿轮6和横支座1均与公转轴5固定连接，与公转轴5一起旋转。
42.其中，公转电机10的输出轴通过公转驱动组件与公转轴5传动连接，公转驱动组件为联轴器、锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。本实施例中，公转驱动组件为皮带组件，公转电机10通过套设在输出轴上的公转皮带轮、套设在公转轴5上的公转皮带轮以及两公转皮带轮上的公转皮带11进行皮带传动，最终驱动中心齿轮6及横支座1等一起转动。公转电机10驱动中心齿轮6及横支座1的方式不局限于皮带连接传动，直联、直齿轮、锥齿轮等达到同等效果的传动方式均属于类同结构。
43.齿圈结构7同轴活动套设在中心齿轮6外侧，齿圈结构7通过自转驱动组件连接自转电机的输出轴14，齿圈结构7由自转电机12驱动旋转。其中，自转驱动组件为锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。本实施例中，自转驱动组件为直齿轮组件，包括一个传动直齿轮13，传动直齿轮13套设在自转电机的输出轴14上，其啮合连接齿圈结构7的外侧齿形结构。自转电机12通过套设在输出轴上的传动直齿轮13，与齿圈结构7外侧的齿形结构啮合连接，最终驱动齿圈结构7转动。自转电机12驱动齿圈结构7的方式不局限于直齿轮连接，皮带、锥齿轮等达到同等效果的传动方式均属于类同结构。
44.本实施例中，齿圈结构7的内侧和外侧均设置有齿形结构。所述齿圈结构7的内侧啮合连接有行星齿轮8，并通过所述行星齿轮8啮合连接中心齿轮6，行星齿轮8转动安装在锥齿一体行星架9上，具体地，行星齿轮8的转动轴安装在锥齿一体行星架9上。行星齿轮8的数量可以为1个或多个，当设置多个时，结构更为稳定，此时，所有行星齿轮8间隔环绕在中心齿轮6的周向，并安装在同一锥齿一体行星架9上。本实施例中，行星齿轮8设有四个，具有较好的稳定性。锥齿一体行星架9均通过行星齿轮8与中心齿轮6、齿圈结构7传动连接。锥齿一体行星架9同轴活动套设在公转轴5外侧，并与中心齿轮6、齿圈结构7之间存在间隙，具体地，锥齿一体行星架9通过轴承活动套设在公转轴5外侧，结构更为稳固。锥齿一体行星架9与公转轴5同轴，并可与横支座1相对独立旋转。
45.锥齿一体行星架9通过转杯驱动组件传动连接转杯轴3，转杯轴3一端转动穿设横支座1后连接转杯2。其中，转杯驱动组件为锥齿轮组件、皮带组件或直齿轮组件。本实施例中，转杯驱动组件为锥齿轮组件，包括一个传动锥齿轮4，固定套设在转杯轴3的一端，锥齿一体行星架9的外侧设置有锥齿形结构，并通过锥齿形结构啮合连接传动锥齿轮4。转杯驱动组件驱动转杯轴3的方式不局限于直齿轮连接，皮带、锥齿轮等达到同等效果的传动方式均属于类同结构。
46.其中，转杯2和齿圈结构7分设在横支座1的相对两侧，转杯轴3可以是竖直或倾斜设置，倾斜设置时其连接转杯2的一端相较于另一端更靠近于公转轴5的轴线。横支座1上的转杯数量不限，但在具体实施时，两个转杯2为较优选择，当设置的转杯数量大于1时，所有转杯2均匀环绕在公转轴5的周向。本实施例设置有两个转杯2，两个转杯2左右对称设置，旋转时具有较好的稳定性。锥齿一体行星架9通过传动锥齿轮4，将动力传递给转杯2。
47.本实用新型中，横支座1、中心齿轮6安装在公转轴5上，由公转电机10驱动旋转。转杯2与传动锥齿轮4同轴安装，锥齿一体行星架9通过传动锥齿轮4驱动转杯2旋转，齿圈结构7由自转电机12驱动旋转。当公转电机10旋转时，带动中心齿轮6、横支座1旋转，当自转电机12旋转时，带动齿圈结构7旋转，中心齿轮6与齿圈结构7通过行星齿轮8带动锥齿一体行星架9旋转，锥齿一体行星架9驱动传动锥齿轮4及转杯2旋转，即公转电机10和自转电机12通过运动合成，驱动转杯2自转。中心齿轮6和齿圈结构7输入的两股动力，通过行星齿轮8及锥齿一体行星架9的啮合传动，将动力输出到转杯2。
48.通过上述设置，本实用新型工作时，自转电机12从齿圈结构7将动力输入，经行星齿轮8啮合传动后，通过锥齿一体行星架9将动力传递给转杯2。公转电机10从中心齿轮6将动力输入，经行星齿轮8啮合传动后，通过锥齿一体行星架9将动力传递给转杯2。锥齿一体行星架9及行星齿轮8接收到齿圈结构7和中心齿轮6输入的动力，经过运动合成后，传递给转杯2。
49.本实用新型通过采用上述行星齿轮结构，齿圈结构7作为动力输入端一、中心齿轮6作为动力输入端二、锥齿一体行星架9作为动力输出端将动力传递给转杯2，从而可以实现公自转速比的全速段的大范围调节。
50.具体工作原理为：公转转速与中心齿轮6的转速相等，转杯速度与传动锥齿轮4的转速相等。中心齿轮6的转速为n1，转矩为t1，齿数为z1；齿圈结构7的转速为n2，转矩为t2，齿数为z2；锥齿一体行星架9的转速为n3，转矩为t3，齿数为z3；传动锥齿轮4的相对速度为n4，转矩为t4，齿数为z4；各转速满足式n4/n1＝-k*α*(n2/n1-1)/(1+α)的关系，各扭矩满足式t4＝-(1+α)t1/k＝-(1+α)t2/(k*α)的关系，系数α＝z2/z1，系数k＝z3/z4。
51.本实用新型可根据结构确定速比系数α＝2、k＝2，当n2/n1＝1～2.5时，即公、自转电机以一定的速比同向旋转，由转矩关系式可知，t1与t2的转矩方向始终相同。即公转电机10和自转电机12都保持正向输出。此时，n4/n1＝0～-2，即公转和转杯2以此速比反向转动，系统可以保持稳定运行。因此，公转和转杯2的转速比(n4/n1)可实现0～2的速比调节，即速比可以实现从0开始调节。本实用新型通过控制自转电机12转速与公转电机10转速，可实现公自转速比的全速段的大范围调节。
52.本实用新型通过调节两个电机的转速，即可实现转速比调节，整个调速过程中，两个电机的输出方向始终与扭矩输出方向相同，电机始终保持正向输出，公转电机10或自转
电机12不会出现失速、拖拽报警的情况，确保系统的稳定性。
53.本实用新型不仅可以实现公自转速比为0～0.5的高公转低自转的运行模式，还可以实现公自转速比为1.5～2的低公转高自转的运行模式，两种模式分别适用于特殊的材料搅拌要求，该设备即可适用于特殊的材料行业。本实用新型可实现转速比范围从0开始调节，扩大公自转速比的调节范围，针对粘度不同的材料，适用的公自转速比不同，因此本实用新型可适用的材料范围更加广泛。
54.如图2所示，本实用新型还提出了一种搅拌机，该搅拌机包括外壳15和图1中的行星式横支座机构。
55.外壳15内部中空，构成收纳腔，收纳腔内设置有用于安装行星式横支座机构的支架16。具体地，支架16包括架体17和设于架体17顶部的支撑板18，支撑板18水平设置，行星式横支座机构的公转轴5转动安装在支撑板18上，公转电机10和自转电机12均固定安装在架体17上，并位于支撑板18的下方，自转电机12的输出轴14活动穿设支撑板18并与传动直齿轮13相连。
56.此外，外壳15的顶部开设有装料口，并设置有用于盖合装料口的装料安全门19，方便进行装料。外壳15的顶部还设置有操作屏20、急停按钮21、启动开关22，外壳15内设置有电控系统，操作屏20、急停按钮21、启动开关22、公转电机10以及自转电机12均与电控系统电性连接。当按下启动开关22后，横支座1按照设定的转速运转，按下急停按钮21时，整机将停止运转。通过操作屏20和电控系统，可设置横支座1的公转转速和公自转速比，按动启动开关22后，电控系统驱动公转电机10、自转电机12、横支座1按照设定的参数旋转。本实用新型也可以通过多段控制方式，在一个工作周期内，分段设置不同的公自转速比，可实现几个不同速比分段的工作转速连续切换。外壳15的底部四个边角位置均设置有带刹车功能的脚轮23，脚轮23起到支撑和移动作用。
57.本实用新型可实现转杯2转速以恒定速度转动，公转转速不断提高或降低的转速模式，这种搅拌模式是原有可调速比的横支座结构无法实现的。针对材料脱泡，选定合适的转杯2转速，该转速以保证材料不离心分层，且温度不大幅升高为原则确定，在保持转杯2转速不变的情况下，可提高公转转速进而提高离心加速度，更有利于材料的离心脱泡。
58.本实用新型的公转电机10和自转电机12通过运动合成，驱动转杯2自转，在混合搅拌过程中，材料温度升高的快慢和转杯2的自转速度成正比关系，在同样的公转转速下，本实用新型可以实现更低的转杯2转速，因此可以更加有效地控制材料的温度升高。
59.实施例2
60.本实施例中，行星式横支座机构的自转驱动组件包括传动直齿轮13、传动轴31、两个自转皮带轮以及自转皮带30。两个自转皮带轮分别安装在传动轴31的一端和自转电机12的输出轴上，自转皮带30安装在两个自转皮带轮上，传动直齿轮13安装在传动轴31远离自转皮带轮的一端，并与齿圈结构7啮合连接。
61.其中，齿圈结构7包括上下相连的上齿圈和下齿圈，上齿圈和下齿圈同轴并一体设置，上齿圈的内侧和下齿圈的外侧均设置有齿形结构，上齿圈内侧的齿形结构与行星齿轮8啮合连接，下齿圈外侧的齿形结构与传动直齿轮13啮合连接。工作时，自转电机12通过自转皮带30驱动传动轴31转动，传动轴31通过传动直齿轮13驱动齿圈结构7转动，从而向齿圈结构7输入动力。
62.上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。