一种自由调节飞轮惯量的惯性摩擦焊接装置的制作方法

1.本发明涉及摩擦焊接装置技术领域，具体涉及一种自由调节飞轮惯量的惯性摩擦焊接装置。


背景技术：

2.摩擦焊接是指利用热塑性材料之间相互摩擦所生成的摩擦热（即将两个待焊工件在一定的摩擦力作用下实现相互转动摩擦、从而产生热量），使摩擦面受热熔融，经加压并冷却后形成焊接接头，可使两个待焊工件连接在一起、实现融合焊接的方法；在摩擦焊接过程中，所需的摩擦热与摩擦压力、转速、时间和摩擦面等有关。惯性摩擦焊接是将运动工件夹持在飞轮上，利用电机对飞轮施加动力使其达到一定转速，然后电机脱离飞轮，飞轮受到摩擦阻力减速直至停止，从而将动能转换成为热能的焊接过程。
3.现有技术中的惯性摩擦焊接设备，存在以下问题：一是惯性摩擦焊接针对不同的惯性或能量需求，除速度调节外、还需要频繁更换飞轮，从而极大的浪费了时间、降低了工业生产效率；二是反复装卸飞轮盘，会造成设备布局存在重新组装的过程，从而影响设备精度、无法保证结构的动平衡；三是焊接过程中飞轮速度下降（即飞轮主轴脱离电机），无法进行摩擦转速的保持与调节（转动过程中飞轮主轴重新连接电机会造成电机损坏），进而无法满足一些特定的焊接需求；四是若设备因特殊或突发情况而需要中断焊接停机时，停机速度慢、易造成对主轴的损害。


技术实现要素：

4.针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自由调节飞轮惯量的惯性摩擦焊接装置，以解决上述背景技术中存在的现有惯性摩擦焊接设备中需频繁更换飞轮、无法在焊接过程中进行飞轮的速度调节以及特定或突发情况下停机速度慢的问题。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：一种自由调节飞轮惯量的惯性摩擦焊接装置，其特征在于：包括主体支架、电机、驱动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、丝杠离合器、第三从动齿轮、第四从动齿轮、滚珠丝杠、主轴离合器、主轴、锥形飞轮盘、质量滑块、连接杆以及驱动组件；所述主体支架包括基座、齿轮支架、离合器支架、转轴支架、丝杠支架以及主轴支架；所述基座上端面由左至右依次固定设置齿轮支架、离合器支架、转轴支架、丝杠支架与主轴支架；所述电机输出端端部与所述齿轮支架转动连接且电机输出端外壁固定套接一驱动齿轮；所述第一从动齿轮设置在所述驱动齿轮上侧且与驱动齿轮啮合，所述第一从动齿轮固定套接在一第一转轴上，所述第一转轴远离第一从动齿轮的一端依次贯穿齿轮支架与离合器支架且与主轴离合器一端连接，所述第一转轴分别与齿轮支架、离合器支架转动连接；所述第二从动齿轮设置在所述驱动齿轮下侧且与驱动齿轮啮合，所述第二从动齿轮固定套接在一第二转轴上，所述第二转轴远离第二从动齿轮的一端贯穿齿轮支架且与丝杠离
合器一端连接，所述第二转轴与齿轮支架转动连接；所述丝杠离合器另一端与一第三转轴连接，所述第三转轴依次贯穿离合器支架与转轴支架且第三转轴位于离合器支架与转轴支架之间的外壁固定套接一第三从动齿轮，所述第三转轴与离合器支架、转轴支架分别转动连接；所述第三从动齿轮上侧两端分别设置一第四从动齿轮且两个所述第四从动齿轮均与第三从动齿轮啮合，两个所述第四从动齿轮分别固定套接在一第四转轴外壁，所述第四转轴一端分别与所述离合器支架转动连接、另一端贯穿所述转轴支架且固定连接一滚珠丝杠，两根所述滚珠丝杠远离第四转轴的一端分别与所述丝杠支架转动连接；所述主轴离合器另一端与所述主轴连接，所述主轴远离主轴离合器的一端依次贯穿转轴支架与主轴支架且主轴与转轴支架、主轴支架转动连接；所述主轴位于所述主轴支架左侧的外壁套接一锥形飞轮盘，所述锥形飞轮盘为由左向右直径逐渐增大的圆锥形结构、其中轴线与主轴中轴线共线，所述锥形飞轮盘外壁且饶其中轴线均匀开设若干导轨槽，所述导轨槽上分别滑动连接一质量滑块，所述质量滑块远离所述主轴支架的一端连接一连接杆；所述驱动组件包括导圏、推力轴承、驱动架以及丝杠套，所述导圏套接在主轴位于转轴支架与丝杠支架之间的外壁且导圏中轴线与主轴中轴线共线，所述连接杆远离质量滑块的一端均与所述导圏连接，所述导圏上设置两个推力轴承，两根所述滚珠丝杠外壁分别套接一丝杠套，两个丝杠套均与一驱动架固定连接，所述驱动架远离所述丝杠套的一端（即驱动架的肋片部位）设置在两个推力轴承之间。
6.作进一步优化，所述基座上端面且位于所述齿轮支架左侧固定设置一电机支座，所述电机固定设置在电机支座上。
7.作进一步优化，所述第一转轴与所述齿轮支架、离合器支架之间，所述第二转轴与所述齿轮支架之间，所述第三转轴及第四转轴与所述离合器支架、转轴支架之间，所述滚珠丝杠与所述丝杠支架之间，所述主轴与所述转轴支架、主轴支架之间均通过滚珠轴承转动连接；滚珠轴承的大小根据各个转轴的直径大小确定。
8.作进一步优化，所述主轴与所述锥形飞轮盘连接部位设置键槽，所述键槽内设置定位键，通过键槽与定位键配合实现锥形飞轮盘与主轴始终同步旋转。
9.优选的，所述导轨槽的数量为3～6根，对应所述质量滑块与连接杆的数量为3～6个。
10.作进一步优化，所述连接杆与所述质量滑块、所述导圏通过销钉结构转动连接，从而保证连接杆与质量滑块、导圏之间能够发生类似机械手臂的同轴转动。
11.作进一步优化，所述导圏为一体化结构，包括法兰部、筒体部、连接耳以及摩擦片，所述筒体部套接在所述主轴外壁且其两端分别固定连接一法兰部，靠近所述锥形飞轮盘的法兰部一侧侧面且对应导轨槽设置连接耳，用于与连接杆连接；靠近所述锥形飞轮盘的法兰部一侧侧面且饶其中轴线均匀设置摩擦片，所述摩擦片与连接耳异位（即不相互干涉），用于特殊或突发情况主轴的急停；所述锥形飞轮盘远离所述主轴支架一端的端面设置摩擦面，用于与摩擦片接触实现特殊或突发情况主轴的急停。
12.作进一步优化，所述主轴支架右侧设置一卡爪，用于装夹待焊工件，所述卡爪与所述主轴贯穿主轴支架的一端固定连接。
13.作进一步优化，所述惯性摩擦焊接装置还包括控制设备，所述控制设备与所述电机、所述丝杠离合器、所述主轴离合器电性连接。
14.作进一步优化，所述主轴离合器与丝杠离合器之间通过单刀双掷开关控制，从而确保主轴离合器断开、丝杠离合器闭合，丝杠离合器断开、主轴离合器闭合，保证整个机构的顺畅运行。
15.本发明具有如下技术效果：本技术装置通过调整锥形飞轮盘上的质量滑块位置、进而调节焊接时所需的初始转动惯量，从而有效避免装置重复拆装飞轮盘的过程，节省劳动力以及更换飞轮盘的时间，提升装置工作效率以及焊接效率；同时，该装置无需重复装卸飞轮盘、以实现转动惯量的匹配，从而能够一次性调节装置精度与校核动平衡，无需反复调节与校核，且装置精度与动平衡不会受到影响，从而确保每次焊接的精度以及焊接质量。
16.本技术装置在实际焊接过程中，通过调整质量滑块的位置，能够实现对焊接转速的调节（非调整能量），从而实现将动能转换为热能过程的同时保持、甚至提升焊接转速，进而在一定范围内能够按照实际需要控制焊接转速、保证焊接效率与焊接质量；本技术装置通过摩擦片与摩擦面的配合，在特殊或突发情况、需要停机的，能够有效采取摩擦制动措施、实现快速停机，并且能够同步实现对主轴的降速处理，无需电机或主轴参与制动，从而保护电机及主轴，提升电机与主轴的使用寿命、降低装置的使用与维护成本。
附图说明
17.图1为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置的结构示意图。
18.图2为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置的主体支架的结构示意图。
19.图3为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置（初始状态）的俯视图。
20.图4为图3的a-a向剖视图。
21.图5为图4的b向局部放大图。
22.图6为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置（工作状态）的剖视图。
23.图7为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置的锥形飞轮盘的结构示意图。
24.图8为本发明实施例中惯性摩擦焊接装置的导圏的结构示意图。
25.其中，10、主体支架；11、基座；12、齿轮支架；13、离合器支架；14、转轴支架；15、丝杠支架；16、主轴支架；17、电机支座；20、电机；30、驱动齿轮；40、第一从动齿轮；400、第一转轴；50、第二从动齿轮；500、第二转轴；60、丝杠离合器；70、第三从动齿轮；700、第三转轴；80、第四从动齿轮；800、第四转轴；90、滚珠丝杠；100、主轴离合器；110、主轴；1101、键槽；1102、定位键；120、锥形飞轮盘；1201、导轨槽；1202、摩擦面；130、质量滑块；140、连接杆；1400、销钉结构；150、驱动组件；1501、导圏；15011、法兰部；15012、筒体部；15013、连接耳；15014、摩擦片；1502、推力轴承；1503、驱动架；1504、丝杠套；160、卡爪。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.实施例：如图1～8所示，一种自由调节飞轮惯量的惯性摩擦焊接装置，其特征在于：包括主体支架10、电机20、驱动齿轮30、第一从动齿轮40、第二从动齿轮50、丝杠离合器60、第三从
动齿轮70、第四从动齿轮80、滚珠丝杠90、主轴离合器100、主轴110、锥形飞轮盘120、质量滑块130、连接杆140以及驱动组件150；主体支架10包括基座11、齿轮支架12、离合器支架13、转轴支架14、丝杠支架15以及主轴支架16；基座11上端面由左至右（如图1、图2所示）依次固定设置齿轮支架12、离合器支架13、转轴支架14、丝杠支架15与主轴支架16；电机20输出端端部与齿轮支架12转动连接且电机20输出端外壁固定套接一驱动齿轮30；第一从动齿轮40设置在驱动齿轮30上侧且与驱动齿轮40啮合，第一从动齿轮40固定套接在一第一转轴400上，第一转轴400远离第一从动齿轮40的一端依次贯穿齿轮支架12与离合器支架13且与主轴离合器100一端连接，第一转轴400分别与齿轮支架12、离合器支架13转动连接；第二从动齿轮50设置在驱动齿轮30下侧且与驱动齿轮30啮合，第二从动齿轮50固定套接在一第二转轴500上，第二转轴500远离第二从动齿轮50的一端贯穿齿轮支架12且与丝杠离合器60一端连接，第二转轴500与齿轮支架12转动连接；丝杠离合器60另一端与一第三转轴700连接，第三转轴700依次贯穿离合器支架13与转轴支架14且第三转轴700位于离合器支架13与转轴支架14之间的外壁固定套接一第三从动齿轮70，第三转轴700与离合器支架13、转轴支架14分别转动连接；第三从动齿轮70上侧两端分别设置一第四从动齿轮80且两个第四从动齿轮80均与第三从动齿轮70啮合（第四从动齿轮80与主轴离合器100不干涉），两个第四从动齿轮80分别固定套接在一第四转轴800外壁，第四转轴800一端分别与离合器支架13转动连接、另一端贯穿转轴支架14且固定连接一滚珠丝杠90，两根滚珠丝杠90远离第四转轴800的一端分别与丝杠支架15转动连接；主轴离合器100另一端与主轴110连接，主轴110远离主轴离合器100的一端依次贯穿转轴支架13与主轴支架16且主轴110与转轴支架13、主轴支架16转动连接；主轴110位于主轴支架16左侧的外壁套接一锥形飞轮盘120，锥形飞轮盘120为由左向右直径逐渐增大的圆锥形结构（如图1、图3、图4、图6所示）、其中轴线与主轴110中轴线共线，锥形飞轮盘120外壁且饶其中轴线均匀开设若干导轨槽1201，导轨槽1201上分别滑动连接一质量滑块130，质量滑块130远离主轴支架16的一端连接一连接杆140；驱动组件150包括导圏1501、推力轴承1502、驱动架1503以及丝杠套1504，导圏1501套接在主轴110位于转轴支架13与丝杠支架14之间的外壁且导圏1501中轴线与主轴110中轴线共线，连接杆140远离质量滑块130的一端均与导圏1501连接，导圏1501上设置两个推力轴承1502，两根滚珠丝杠90外壁分别套接一丝杠套1504，两个丝杠套均1504与一驱动架1503固定连接，驱动架1503远离丝杠套1504的一端（即驱动架1503的肋片部位）设置在两个推力轴承1502之间。导轨槽1201的数量为3～6根，对应质量滑块130与连接杆140的数量为3～6个（优选3根导轨槽1201，对应质量滑块130与连接杆140的数量为3个，如图8所示）。
28.基座11上端面且位于齿轮支架12左侧固定设置一电机支座17，电机20固定设置在电机支座17上。
29.第一转轴400与齿轮支架12、离合器支架13之间，第二转轴500与齿轮支架12之间，第三转轴700及第四转轴800与离合器支架13、转轴支架14之间，滚珠丝杠90与丝杠支架15之间，主轴110与转轴支架14、主轴支架16之间均通过滚珠轴承转动连接；滚珠轴承的大小根据各个转轴的直径大小确定（滚珠轴承的选用为本领域常规设计，本技术具体实施方式中不做过多论述）。
30.主轴110与锥形飞轮盘120连接部位设置键槽1201，键槽1201内设置定位键1202，通过键槽1201与定位键1202配合实现锥形飞轮盘120与主轴110始终同步旋转。
31.连接杆140与质量滑块130、导圏1501通过销钉结构1400转动连接，从而保证连接杆140与质量滑块130、导圏1501之间能够发生类似机械手臂的同轴转动。
32.导圏1501为一体化结构，包括法兰部15011、筒体部15012、连接耳15013以及摩擦片15014，筒体部15012套接在主轴110外壁且其两端分别固定连接一法兰部15011，靠近锥形飞轮盘120（即图示右侧）的法兰部15011一侧侧面且对应导轨槽1201设置连接耳15013，用于与连接杆140连接；靠近锥形飞轮盘120（即图示右侧）的法兰部15011一侧侧面且饶其中轴线均匀设置摩擦片15014，摩擦片15014与连接耳15013异位（即不相互干涉），用于特殊或突发情况主轴110的急停；锥形飞轮盘120远离主轴支架16一端的端面（即图示左侧）设置摩擦面1202，用于与摩擦片15014接触实现特殊或突发情况主轴110的急停。
33.主轴支架16右侧设置一卡爪160，用于装夹待焊工件，卡爪16与主轴110贯穿主轴支架16的一端（即主轴110位于主轴支架16的右侧一端）固定连接。
34.惯性摩擦焊接装置还包括控制设备，控制设备与电机20、丝杠离合器60、主轴离合器100电性连接，用于控制设备启停；主轴离合器100与丝杠离合器60之间通过单刀双掷开关控制，从而确保主轴离合器100断开、丝杠离合器60闭合，丝杠离合器60断开、主轴离合器100闭合，保证整个机构的顺畅运行。
35.工作原理：惯性摩擦焊接装置的初始状态如图4所示（即质量滑块130位于锥形飞轮盘120远离主轴支架16的一端）；在进行摩擦焊接之前，首先通过控制设备断开主轴离合器100、闭合丝杠离合器60，根据待焊工件的大小、焊接要求等参数，控制电机20运转，从而通过驱动齿轮30、第二从动齿轮50、丝杠离合器60、第三从动齿轮70、第四从动齿轮80带动滚珠丝杠90转动，从而通过丝杠套1504与驱动架1503带动导圏1501在主轴110上滑动，进而通过连接杆140带动质量滑块130在导轨槽1201上滑动，使质量滑块运动到相应位置、实现对转动惯量的设置；然后，断开丝杠离合器60、闭合主轴离合器100，控制电机20运转，从而通过驱动齿轮30、第一从动齿轮40、主轴离合器100带动主轴110与锥形飞轮盘20转动，使它们达到既定转速（通过质量滑块130在锥形飞轮盘120上的不同位置，叠加主轴110的初始转速调节，从而实现不同焊接的转动惯量的调节，无需进行飞轮盘的更换）。
36.在焊接过程中，主轴110连带锥形飞轮盘120、质量滑块130的转速不断降低；此时断开主轴离合器100、闭合丝杠离合器60，控制电机20运转，使其通过驱动齿轮30、第二从动齿轮50、丝杠离合器60、第三从动齿轮70、第四从动齿轮80、滚珠丝杠90、丝杠套1504与驱动架1503带动导圏1501向左以既定的速度曲线移动（速度曲线根据经验总结以及大量实验确定），从而通过连接杆140带动质量滑块130在锥形飞轮盘120上向左下方以相应的速度曲线运动，使得锥形飞轮盘120与质量滑块130的组合件的转动惯量下降，实现主轴110转速调节，使其焊接转速维持不变、或降低、或增加，从而实现对焊接过程中的转速调节，不损伤电机20或主轴110（，当e不变时，j减小、w增大，反之j增大、w减小；当e减小时，j减小的速率比e减小速率更大，则w反而会增大、反之若j增大则w会快速降低）。
37.当出现突发情况或特殊情况需要紧急停机时，断开主轴离合器100、闭合丝杠离合器60，控制电机20运转，使其通过驱动齿轮30、第二从动齿轮50、丝杠离合器60、第三从动齿
轮70、第四从动齿轮80、滚珠丝杠90、丝杠套1504与驱动架1503带动导圏1501向最右侧运动，从而使得摩擦片15014与摩擦面1202紧密贴合，实现紧急刹车、停机。同时，当导圏1501向最右侧运动时，质量滑块130在连接杆140的带动下在锥形飞轮盘120上向主轴110最远端（即靠近主轴支架16的一侧）运动，此时转动惯量逐渐增大到最大值、导致主轴110转速降低，从而有利于降低意外风险发生以及伤害程度；通过降低主轴110转速与摩擦停机的双重停机机制，在保证能够快速停机的基础上、提高主轴110与电机20的使用寿命，避免其在紧急停机时出现构件损伤。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。