轴向力隔离装置的制作方法

本申请涉及一种轴向力隔离装置，尤其是一种应用在旋转焊接机上的轴向力隔离装置。进一步地，本申请涉及一种应用在旋转焊接机上的能够调节轴承的轴向间隙的轴向力隔离装置。

背景技术：

旋转焊接机是一种用于将塑料件通过摩擦熔融从而焊接在一起的机器。旋转焊接机的工作过程为，在两个塑料件的接触面上施加压力的同时，通过旋转电机以及可能使用的同轴减速机驱动其中一个塑料件转动，使两个塑料件在所施加的压力下相对转动，从而使两个塑料件的接触面通过摩擦产生大量的热，熔化两个塑料件的接触部分，然后停止旋转，在保持压力的状态下进行一定时间的冷却，最终完成两个塑料件的焊接。

由上可见，塑料件之间不仅需要较大的相对转动速度，还需要保持较大的压力，通常转速在3000rpm左右，待焊接的塑料件之间的压力达到3000n以上。而现有的旋转电机的电机轴或标准同轴减速机的减速机轴——电机轴和减速机轴以下统称为输出轴——无法满足在额定转速下，如3000rpm的转速，承受较大的轴向载荷，如3000n的轴向载荷。

因此，有必要设置一种轴向力隔离装置，将塑料件之间的压力所产生的轴向载荷与输出轴隔离开，使输出轴不承受轴向力，以保证电机或减速机的正常运行。

相关技术中有一种双伺服旋转摩擦焊接机中的旋转机构，其采用推力球轴承来隔离轴向力。但根据推力球轴承使用规范，推力球轴承不能承受径向负荷，极限转速较低。当推力球轴承在高速条件下运转时，钢球和滚道径向平面的接触角会受离心力影响，从而引起钢球相对滚道的滑动，这种滑动造成的粘着磨损会损坏推力球轴承。为防止这种损坏，必须保证推力球轴承承受最小载荷。而在旋转焊接机的应用中，转速达到了3000rpm，并且轴向力达到了3000n以上，将直接造成推力球轴承的磨损并急剧地降低推力球轴承的寿命。

此外，相关技术中的轴向力隔离装置由于长时间承受高速和大轴向力，使其间的轴承产生很大的轴向间隙，导致焊接机的轴向的位置精度下降，使焊接产品的焊接深度难以控制，影响焊接产品的质量；更严重时，可能直接将轴向力传递到输出轴，导致电机或减速机由于承受轴向力而损坏。

应该注意的是，本背景技术部分旨在于举例说明本申请的技术背景，并不用于限定本申请的范围。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种轴向力隔离装置，能够将旋转焊接机工作过程中产生的轴向载荷隔离开，使其不能传导至电机或减速机的输出轴上。

本申请的另一个目的是提供一种轴向力隔离装置，其能够实现轴向力隔离装置的轴承的轴向间隙的调节，从而保证焊接机的轴向定位精度。

本申请一方面提供了一种轴向力隔离装置，其可以满足高转速(3000rpm-4500rpm)、高轴向力(4500n-5000n)的工作环境，该轴向力隔离装置包括：

第一轴，所述第一轴以可旋转的方式设置在所述轴向力隔离装置中，并在工作时承受轴向力；以及

沿所述第一轴的第一端到所述第一轴的第二端的方向依次设置的：

第一端盖，所述第一轴以能够相对于所述第一端盖转动的方式穿过所述第一端盖的中心孔；

第一轴承，所述第一轴承设置在所述第一轴上，所述第一轴承的第一端的外圈抵接所述第一端盖；

内挡圈，所述内挡圈的第一端与所述第一轴承的内圈的第二端抵接；

第二轴承，所述第二轴承设置在所述第一轴上，所述第二轴承的内圈的第一端抵接所述内挡圈的第二端；以及

径向凸出部，所述径向凸出部径向凸出于所述第一轴，且所述径向凸出部抵接所述第二轴承的内圈的第二端；

其中，所述第一轴承、内挡圈和第二轴承由螺纹连接在所述第一轴的第一端的紧固元件紧固定位在所述第一端盖与所述径向凸出部之间，从而将第一轴所承受的轴向力依次通过所述径向凸出部、第二轴承、内挡圈、第一轴承而传递到所述第一端盖上。

由本公开的以上构造，可以将第一轴上承受的轴向力，通过径向凸出部、第二轴承、内挡圈、第一轴承、第一端盖的顺序，引导至第一端盖上，最终该轴向力施加在能够承受该轴向力的第一端盖上，而不会施加到电机或减速机的输出轴上。

进一步地，本公开的轴向力隔离装置还包括：

第一外挡圈，所述第一外挡圈在第一轴承的外侧固定到所述第一端盖并与所述第一轴承的外圈的第二端抵接；

第二外挡圈，所述第二外挡圈的两端分别与所述第二轴承的外圈的第一端及所述第一外挡圈抵接；以及

外壳，所述外壳设置在所述第一外挡圈及第二外挡圈的外侧并与所述第一端盖固定连接。

进一步地，轴向力隔离装置还包括：

第二端盖，所述第二端盖设置在所述第一轴的第二侧，并与所述外壳固定连接；

其中，所述第一端盖、外壳及所述第二端盖封围成中空腔体，所述第一轴穿过所述中空腔体，并且所述紧固元件、第一轴承、内挡圈、第一外挡圈、第二外挡圈、第二轴承和径向凸出部均位于所述中空腔体中。

根据本公开的轴向力隔离装置，第一轴的第一端设置有中心孔及键槽，用于将电机或减速机的输出轴键连接到所述第一轴，并且第一端盖能够固定配合到所述电机或减速机的机壳上，从而通过将轴向力进一步传递到所述电机或减速机的机壳上而隔离传递到所述电机或减速机的输出轴上的轴向力。

根据本公开的轴向力隔离装置还包括调节机构，所述调节机构能够调节所述第一外挡圈和第二外挡圈之间的轴向距离，从而消除所述第一轴承和第二轴承的轴向间隙。

其中，所述调节机构包括：

径向槽，所述径向槽设置在所述第一外挡圈和第二外挡圈中至少一者的彼此相对的端面上，且所述径向槽具有由外向内逐渐变浅的底面；

调节块，所述调节块设置在所述第一外挡圈及第二外挡圈之间并位于所述径向槽内，且所述调节块与所述径向槽的形状互补；

调节元件，所述调节元件设置在所述调节块的径向外侧，用于推动所述调节块沿着径向移动，所述调节块由外侧向中心的径向移动推动所述第一外挡圈和第二外挡圈沿轴向以相互远离的方式移动。

特别地，所述第一外挡圈和第二外挡圈的端面上分别沿周向设置有多个成对的径向槽，所述第一外挡圈和第二外挡圈上的径向槽的位置彼此一一对应，形成多个楔形的中空槽，所述调节块对应地形成为楔形的调节块。

具体地，所述调节元件为调节螺钉，所述调节螺钉与设置在所述外壳上的螺纹通孔螺纹配合并且所述调节螺钉的末端穿过所述外壳抵接所述调节块的径向外侧面。

进一步地，所述螺纹通孔形成为台阶孔，所述台阶孔的台阶部用于限制所述调节螺钉的旋入深度。

根据本公开的轴向力隔离装置，第一端盖和第一轴之间设有第一密封圈，所述第二端盖和第一轴之间设有第二密封圈；特别地，仅在所述第二端盖和第一轴之间设有第二密封圈。

特别地，所述径向凸出部为从所述第一轴沿径向一体延伸的凸肩；或者，所述径向凸出部可以是与所述第一轴配合的挡圈。

优选地，所述第一轴承和第二轴承为角接触球轴承或深沟球轴承。

另外地，所述中心孔的轴向长度和所述键槽的轴向长度分别大于所述电机或减速机的输出轴的外伸的轴向长度和键的轴向长度，使得由所述键连接的所述第一轴相对于所述输出轴可沿轴向方向轻微地移动，进一步隔离轴向力。

更进一步地，所述第一端盖上设有连接止口结构，以在所述第一端盖与所述电机或减速机的机壳配合时轴向对准。具体地，所述连接止口结构为设置在所述第一端盖的端面上的下沉的圆形台阶部，用于与所述电机或减速机的机壳对应的凸台配合。

下面将结合具体实施例详细介绍本公开的技术特征和技术效果。

附图说明

图1是根据本公开的一种立式旋转焊接机的立体示意图；

图2是根据本公开的带有模具组件的旋转焊接机的局部立体示意图；

图3a和图3b是根据本公开的旋转焊接机的升降主体组件的沿两个方向观察得到的分解立体示意图；

图4a和图4b是根据本公开的旋转焊接机的压头升降组件的沿两个方向观察得到的分解立体示意图；

图5是根据本公开的旋转焊接机的旋转组件和轴向力隔离装置的截面图；

图6a和图6b是根据本公开的轴向力隔离装置的第一外挡圈的沿两个方向观察得到的立体示意图；

图7是根据本公开的轴向力隔离装置的第二外挡圈的立体示意图；

图8a是根据本公开的轴向力隔离装置的调节块的立体示意图；

图8b和8c是根据本公开的轴向力隔离装置的调节块的侧面示意图；

图9是根据本公开的轴向力隔离装置的第一端盖的平面示意图。

具体实施方式

旋转焊接机可以用于焊接塑料或金属等可在高压和摩擦下熔化、并在冷却后一体成型的工件；同时，根据施压方向的不同，也可以分为立式旋转焊接机和卧式旋转焊接机。下面参照附图1-9，以立式塑料旋转焊接机为例介绍本申请的一个实施方案：一种具有轴向力隔离装置的立式塑料旋转焊接机。

参照附图1和2，其示出了根据本公开的第一实施方式的旋转焊接机10。旋转焊接机10上可以安装模具组件20，模具组件20上可以固定待焊接的塑料工件30。其中，该旋转焊接机10包括：机座100，该机座100用于对旋转焊接机10进行整体支撑；机架200，该机架200的下端固定安装在机座100上，并沿着垂直于机座100的方向延伸，使旋转焊接机10的整体可以在该方向上得到延伸，为模具组件20的安装提供足够的操作空间；升降组件300，该升降组件300安装在机架200上，使得安装在升降组件300上的压头组件400能够在机架200上移动，为模具组件20提供合适的初始高度；该压头组件400安装在升降组件300上，并能够使得安装在压头组件400上的旋转组件500能够相对于压头组件400上下移动，为塑料工件30提供所需的压力；该旋转组件500安装在压头组件400上，为塑料工件30提供所需的旋转力；以及轴向力隔离装置600，该轴向力隔离装置600安装在旋转组件500的输出端，用于将旋转组件500提供的旋转力传递给模具组件20，并为旋转组件500的输出轴隔离掉模具组件20反馈的轴向力。

参照附图2，模具组件包括上模具21和下模具22；塑料工件30包括上工件31和下工件32。机座100上设有工作台面101，工作台面101上可以安装下模具22，下模具22用于固定下工件32。轴向力隔离装置600的下端可以安装上模具21，上模具21用于固定上工件31。

参照附图3a、3b，升降组件300包括升降主体301、升降主体电机302、升降主体丝杆303、升降主体螺母304、升降主体导轨305和升降主体滑块306。其中，升降主体电机302固定在机架200的上端并驱动升降主体丝杆303转动。升降主体丝杆303和升降主体导轨305固定在机架200上并沿着机架200延伸的方向延伸。升降主体螺母304与升降主体丝杆303螺纹连接，以将升降主体丝杆303的转动转变成升降主体螺母304的直线运动。同时，升降主体螺母304与升降主体301通过螺栓固定连接，因此升降主体螺母304还带动升降主体301作直线运动。升降主体滑块306固定在升降主体301上，并与升降主体导轨305滑动连接，使得升降主体301的直线运动得到升降主体导轨305的支撑和定位。最终实现，随着升降主体电机302的转动，升降主体301沿着升降主体导轨305作上下直线运动，以提供模具组件20所需的工作高度。

可以想到的是，升降主体丝杆303和升降主体螺母304配合实现升降的功能，也可以被气缸和固定块的组合所替代。其中，气缸安装在机架200上，固定块安装在气缸头上并与升降主体301固定连接，以实现升降主体301在直线方向上的移动。

参照附图4a、4b，压头组件400固定安装在升降组件300的升降主体301上，并包括压头升降支架401、压头升降电机402、压头丝杆403、压头导轨405和压头滑块406。其中，压头升降支架401例如通过螺钉固定在升降主体301上。压头升降电机402固定在压头升降支架401的上端，并驱动安装在压头升降支架401上的压头丝杆403转动。压头导轨405固定在压头升降支架401上，并沿着机架200延伸的方向延伸。旋转组件500的丝杆螺母504与压头丝杆403螺纹连接，并与旋转组件500的电机安装架507一体成型。本领域普通技术人员可以想到的是，丝杆螺母504也可以固定在电机安装架507上。丝杆螺母504将压头丝杆403的转动转变成压头螺母504的直线运动，同时压头螺母504带动电机安装架507作直线运动。压头滑块406固定在电机安装架507上，并与压头导轨405滑动连接，使得电机安装架507的直线运动得到压头导轨405的支撑和定位。最终实现，随着压头升降伺服电机402的转动，旋转组件500的电机安装架507沿着压头导轨405作直线运动，以提供焊接所需的压力。

可以想到的是，压头丝杆403和丝杆螺母504配合实现升降的功能，也可以被气缸和固定块的组合所替代。其中，气缸安装在压头升降支架401上，固定块安装在气缸头上并与电机安装架507固定连接，以实现电机安装架507在直线方向上的移动。

可以理解的是，在另一个实施方式中，也可以不设有升降组件300，从而压头组件400可以不固定在升降组件300上，而是直接固定在机架200上，只是在这种情况下压头组件的竖向位置不能调整。

参照附图4a及图5，旋转组件500除了电机安装架507及压头螺母504之外，还包括输出旋转力的电机501，其中，电机501的电机壳502固定在电机安装架507上，并且电机501的电机轴503平行于机架200设置。优选地，旋转组件500还包括与电机501联接的减速机，用于降低旋转组件500的输出转速。

可以理解，如果旋转组件500在提供旋转力的同时能够提供足够的轴向压力，也可以不设置压头组件400。

轴向力隔离装置600安装在旋转组件500上，以保证轴向力不会传递到电机轴或减速机轴503上。该轴向力隔离装置600包括第一轴601，该第一轴601在上端设有输入端中心孔和键槽601a，电机轴503通过输入端中心孔和键槽601a与第一轴601键连接，以实现一起旋转。或者，也可以先将旋转电机501与减速机连接，再将减速机轴与第一轴601连接。第一轴601的下端设有输出端键槽601b，上模具21可以通过输出端键槽601b与第一轴601在转动方向上固定连接，并可以将上工件31固定在上模具21上。最终实现，将旋转电机501输出的旋转力传递给上工件31，使上工件31相对下工件32转动，提供焊接所需的摩擦力。用于承受轴向力的第一端盖602与电机壳502固定连接，并且第一端盖602开设有供第一轴601通过的中心孔。外壳603大致沿着第一端盖602的外沿周向布置，并与第一端盖602通过螺钉固定连接，以形成中空腔体。第二端盖604设置在外壳603的与第一端盖602相反的一侧，并与外壳603通过螺钉固定连接，以封闭该中空腔体，并且，第二端盖604开设有供第一轴601通过的中心孔。

这样，第一轴601可以设置成穿过第一端盖602和第二端盖604以及中空腔体。

此外，该轴向力隔离装置600还包括依次套设在第一轴601上的、并位于中空腔体内部的如下部件：第一轴承605，该第一轴承605的外圈的第一端抵接所述第一端盖602；内挡圈606，该内挡圈606的第一端与第一轴承605的内圈的第二端抵接；第二轴承607，内挡圈606的第二端与该第二轴承607的内圈的第一端抵接。第一轴601上还形成有径向凸出部608，该径向凸出部608径向凸出于第一轴601，且该径向凸出部608抵接第二轴承607的内圈的第二端。

更具体地，径向凸出部608在这里为从第一轴601一体径向延伸的轴肩。通过螺纹连接到第一轴601一端的紧固元件609将第一轴承605、内挡圈606及第二轴承607抵靠径向突出部608紧固在第一轴上。该紧固元件609为第一轴承605的内圈和第二轴承607的内圈提供了轴向的预紧力。容易想到的是，径向凸出部608也可以设置为分体式的挡圈等构件。

由于本公开的上述轴向力隔离装置600的结构，当旋转焊接机10工作时，通过上模具21施加到第一轴601上的轴向力依次通过径向凸出部608、第二轴承607、内挡圈606、第一轴承605传递到第一端盖602上，从而阻止了轴向力向电机或减速机的输出轴503的传递，实现了隔离轴向力的技术效果。

需要注意的是，从图5可以看出，第一端盖602只与第一轴承605的外圈接触而不与其内圈接触，因此施加到第一轴承605及第二轴承607的内圈的轴向力是通过传递到其外圈而最终传递到第一端盖602而实现隔离的，因而第一轴承605及第二轴承607在工作过程中会受到使得其内圈与外圈相互错开的力，久而久之，在轴承的内圈及外圈之间会形成相互错动的轴向间隙，影响第一轴的定位精度。

如图5、图6a及图6b所示，轴向力隔离装置600还包括：第一外挡圈610，该第一外挡圈610具有与第一轴承605的外侧配合的内表面617及与第一轴承605的第二端抵接的台阶部618。具体地，所述第一外挡圈与所述第一轴承的外圈的第二端抵接，并且第一外挡圈固定在第一端盖602上，特别地，这里通过固定第一端盖602和外壳603的螺钉进行固定。由此第一轴承605的内圈的两端分别由紧固元件609及内挡圈606定位；而第一轴承605的外圈分别由第一端盖602及第一外挡圈610定位，实现了第一轴承605在第一轴601上的固定安装。

如图6a及图6b所示，第一外挡圈610上还设有裙边610a，裙边610a上设有安装孔610b，用于将第一外挡圈610固定在第一端盖602和外壳603之间，使得第一外挡圈610成为固定件。

如图5及图7所示，轴向力隔离装置600还包括第二外挡圈611，该第二外挡圈611的一端与第二轴承607的外圈的第一端抵接，该第二外挡圈611的另一端与第一外挡圈610抵接。类似地，第二轴承607由内挡圈606、第二外挡圈611、径向凸出部608以及外壳603定位。

为了能够对第一轴承605和第二轴承607的轴承间隙进行调节，轴向力隔离装置600还包括调节机构，该调节机构能调整第一外挡圈610和第二外挡圈611之间的轴向距离。如图6a、图6b及图7所示，调节机构包括：径向槽612，该径向槽612在第一外挡圈610和第二外挡圈611的接触端面上沿径向延伸，并优选地沿周向设置为多个，并且该径向槽612具有与第一轴601的径向直线平行的侧面和由外向内逐渐变浅的底面。

径向槽612内配合有调节块613。如图8a～8c所示，调节块613的形状与径向槽612的形状互补，在一个方向上形成为楔形。具体地，上下表面形成为与径向槽612的底面配合的斜面形、左右表面形成为与径向槽612的侧面配合的平行侧面，以及前后面形成为与外挡圈一致的弧形面。

调节螺钉614穿过外壳603的螺纹通孔抵接在调节块613的径向外侧，并且该调节螺钉614与外壳603的螺纹通孔螺纹连接。旋转该调节螺钉614能够使其沿着径向移动，同时推动调节块613沿径向移动，由于调节块613形成为楔形，调节块613在径向移动的同时对第一外挡圈610和第二外挡圈611施加轴向的力，使得第一外挡圈610和第二外挡圈611产生彼此远离的轴向位移，以调节第一外挡圈610和第二外挡圈611之间的距离。

根据以上设计，能够通过旋入调节螺钉614增大第一外挡圈610和第二外挡圈611之间的距离，并以此增大第一轴承605的外圈和第二轴承607的外圈之间的距离，同时在紧固元件609已经固定第一轴承605的内圈和第二轴承607的内圈的情况下，第一轴承605和第二轴承607各自的轴承间隙即可得到简单而有效的调节。

此外，以上设计还增加了一条轴向力的传递途径，即从径向凸出部608，经由第二轴承607、第二外挡圈611、第一外挡圈610、第一轴承605传递到第一端盖602上。可以想到的是，如果仅为了传递轴向力，第一外挡圈610和第二外挡圈611也可以以一个整体构件的形式出现。

优选地，第一轴601与第一端盖602之间设有第一密封圈615，第一轴601与第二端盖604之间设有第二密封圈616，使该中空腔体密封，不但可以阻止外界的粉尘等进入中空腔体，也利于保存中空腔体内部的润滑物质，从而提高中空腔体内部零件的使用寿命。

优选地，与调节螺钉614配合的外壳602的螺纹通孔形成为台阶孔，该台阶孔的台阶部用于限制调节螺钉614旋入深度，限制调节螺钉614旋入过多。

优选地，第一轴承605和第二轴承607采用角接触球轴承，以承受较大的轴向力；如果第一轴601上承受的轴向力较小，也可以采用深沟球轴承。

优选地，第一轴601和电机轴503或减速机轴之间采用浮动设计，即中心孔和键槽601a在轴向上的长度分别大于电机轴503或减速机轴的外伸的轴向长度及键的长度，从而在轴向上留有一定的余量，使两者可以在轴向上相对运动，以防止由于第一轴601的轴向窜动而损坏电机或减速箱。

容易想到的是，第一外挡圈610还可以固定在第二端盖604或外壳603上。此外，本领域技术人员还可以不固定第一外挡圈610，而将第二外挡圈611固定在第一端盖602或第二端盖604或外壳603上，通过调节块613在周向上的限定作用，使得第一外挡圈610被固定，以实现第一轴承605的外圈和第二轴承607的外圈的固定。

上述实施例中，调节块是两侧面为斜面的楔形构型。但是调节块613的构型具有更大的灵活性。比如，仅一个侧面形成为斜面也可以实现本实用新型的效果，相应地，仅在第一外挡圈610或第二外挡圈611中对应的一侧开设与其配合的径向槽612。

根据上述实施方案，第一轴承605和第二轴承607的外圈的外侧可以根据实际情况抵靠在第一外挡圈610或第二外挡圈611或外壳603上，以使得第一轴承605和第二轴承607的外圈被很好地固定。

参照附图9，第一端盖602上设有连接螺纹孔602a和连接止口结构602b。通过连接螺纹孔602a将第一端盖602固定在电机壳502或减速机壳上。连接止口结构602b设置为从第一端盖602的端面下沉的圆形台阶部，用于与电机壳502的对应凸台配合，保证第一端盖602与电机壳502的正确的轴向对准，从而进一步保证第一轴601和电机轴503的轴向对准，防止因为轴向未对准而对电机轴503产生轴向和径向的分力。

由于电机壳502和第一端盖602之间通过连接止口结构进行固定，使得第一轴601与第一端盖602之间也可以不设置第一密封圈615，即仅在第一轴601与第二端盖604之间设有第二密封圈616，就可以达到令人满意的密封性。

本申请公开了一个实施例，并提及了一些可能的替代方案，这些已提及的技术方案均在本申请的保护范围内。另外，本领域普通技术人员将认识到的某些显而易见的修改也将落入本申请的保护范围内。