專利名稱：摩擦焊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦焊。
在一種將兩工件焊接在一起的摩擦焊方法中，將第一工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)與另一個(gè)即第二工件接觸，該兩工件被擠壓在一起以在它們之間產(chǎn)生摩擦熱。當(dāng)產(chǎn)生的熱足以進(jìn)行焊接時(shí)，使兩工件之間的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)停止，同時(shí)將兩工件擠壓在一起使它們焊接在一起。
通常在摩擦生熱時(shí)使第二工件保持靜止或基本靜止。在本發(fā)明說明書的下文中，假定第二工件確實(shí)保持靜止或基本靜止。盡管如此，應(yīng)該理解，在應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，在摩擦生熱期間還可使第二工件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)或按某些其它方式運(yùn)動(dòng)。
在設(shè)計(jì)第一工件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生困難。當(dāng)待焊接在一起的工件是由金屬制成并且在進(jìn)行焊接之前必須被加熱至較高溫度時(shí)，困難就會(huì)特別嚴(yán)重。還會(huì)發(fā)生由以下事實(shí)引起的困難，例如，必須使第一工件迅速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的典型速度為每分鐘1000至6000整往復(fù)次;必須克服的摩擦阻力不僅較高，通常為500至1000KN，而且在摩擦生熱過程中發(fā)生變化;當(dāng)要求溫度已經(jīng)達(dá)到，兩工件在焊接之前必須放置在預(yù)定的相對位置上，這時(shí)兩工件的相對運(yùn)動(dòng)必須迅速停止。
本發(fā)明的目的是減少或克服至少某些上述困難。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于摩擦焊設(shè)備的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于它包括裝有液壓液體的可變形狀的第一和第二室;往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置，二者的結(jié)構(gòu)使得在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可使第一室的容積發(fā)生局部變化，并使第二室的容積發(fā)生互補(bǔ)的局部變化;往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，在兩室的形狀不變并且各室裝有固定容積的液壓液體從而使各室的容積保持恒定時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置按任一給定幅度往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)引起傳動(dòng)裝置以較小的幅度和增大的力進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的一種最佳結(jié)構(gòu)中，第一室和第二室配置在一個(gè)公共分隔壁的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)裝置穿過該分隔壁上的一個(gè)或多個(gè)孔。同樣，在一種最佳結(jié)構(gòu)中，第一室和第二室配置在一個(gè)公共分隔壁的兩側(cè)，傳動(dòng)裝置穿過該分隔壁上的一個(gè)孔。需要時(shí)，可采用上述兩種最佳結(jié)構(gòu)，這些孔最好形成在同一個(gè)公共分隔壁上。
如上文所述的室容積的局部變化，可通過一個(gè)零件在室壁上的一個(gè)孔中的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。另一方面，也可以通過伸縮軟管、薄膜等的撓性運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。各零件滑動(dòng)安裝在孔中的這種設(shè)備的制造和裝配可能比較簡單，盡管它可能需要密封結(jié)構(gòu)和/或滑動(dòng)密封件以保證所述室沒有明顯的液體損失。采用伸縮軟管、薄膜或類似的裝置通常較為復(fù)雜，但所構(gòu)成的密封使液體很少或無機(jī)會(huì)從所述室泄漏出來。
實(shí)施本發(fā)明的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使驅(qū)動(dòng)裝置的有較大幅度但其作用力不過分大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生傳動(dòng)裝置的有適于摩擦焊的較小幅度但作用力較大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用該較大的作用力可使第一工件克服在摩擦生熱時(shí)所受到的阻力。
在實(shí)現(xiàn)摩擦焊時(shí)，通常希望，并且往往確實(shí)是很重要的是，將第一和第二工件在其被加熱之后和被焊接之前放置在予定的相互位置上。往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的一種最佳形式，應(yīng)該在過程的適當(dāng)階段，可以使傳動(dòng)裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度快速地逐漸減小至零。在采用根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備時(shí)，這可以通過減小驅(qū)動(dòng)裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度來實(shí)現(xiàn)。這可以借助變行程曲柄機(jī)構(gòu)來進(jìn)行。但是，最好設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置，它包括多個(gè)單獨(dú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件，其配置應(yīng)該在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使第一室的容積發(fā)生局部變化，并使第二室的容積發(fā)生互補(bǔ)的局部變化，往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)使各元件以相同頻率及不變的幅度往復(fù)運(yùn)動(dòng)，還包括調(diào)整裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可調(diào)整各元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的相對相位，由此，由各元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所引起的各室容積的局部變化之和，就可變小至零。
最好設(shè)置兩個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件按上述方式運(yùn)轉(zhuǎn)。至少從理論上講，有可能使用兩個(gè)以上往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件，但通常會(huì)帶來不必要的復(fù)雜化。
各元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)最好是簡諧運(yùn)動(dòng)，使得由元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的各室的容積局部變化之和本身是簡諧形式，是相同頻率的簡諧變化的和。因此，在各室容積不存在任何其它局部變化的情況下，傳動(dòng)裝置的合成往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式也是簡諧運(yùn)動(dòng)。
往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件最好設(shè)有相關(guān)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所涉及元件所需的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的公共的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入件，調(diào)整裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可改變轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對角位置或轉(zhuǎn)動(dòng)位置。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以是蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)或其它類似機(jī)構(gòu)。
當(dāng)采用上述種類的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置時(shí)，存在有往復(fù)合成力，如果不被平衡，就會(huì)作用在機(jī)座、機(jī)架或其它靜止部分上。為了克服或至少減輕該問題，往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置最好裝設(shè)有平衡裝置，該平衡裝置最好包括配重裝置和操作裝置，操作裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將配重裝置按與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的零件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)相反的方向移動(dòng)。
配重裝置的安裝用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過中介物的樞接搖桿裝置與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件耦接，搖桿裝置靠撓性元件與配重裝置及往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件連接，這些撓性元件在使用時(shí)具有適合于搖桿裝置和配重裝置之間及搖桿裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件之間的相對運(yùn)動(dòng)的撓性。
另一方面，平衡裝置可包括第一和第二室;以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置及傳動(dòng)裝置，它們與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的相似，但其運(yùn)轉(zhuǎn)使平衡裝置的傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)相反，以便平衡由往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的傳動(dòng)裝置所產(chǎn)生的往復(fù)力。
同樣，可以使平衡裝置的驅(qū)動(dòng)裝置按一個(gè)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置相同但反向的方式往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但是，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的一種最佳方式中，平衡裝置的驅(qū)動(dòng)裝置按與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置一致的方式被驅(qū)動(dòng)，復(fù)合的驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)則大部分或整體地由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)裝置相反的平衡重來平衡。
無論采用那種形式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，它最好包括一個(gè)或多個(gè)飛輪，當(dāng)待焊接在一起的兩零件之間的摩擦阻力有變化時(shí)，飛輪的短暫運(yùn)轉(zhuǎn)可提供或吸收能量，并且減少當(dāng)往復(fù)移動(dòng)零件和轉(zhuǎn)動(dòng)零件之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)引起的角速度的周期性變化。當(dāng)采用蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)或類似的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)時(shí)，在任何情況下，可能需要或者至少高度希望設(shè)置一個(gè)或多個(gè)飛輪。為減小或避免發(fā)生不平衡的力，任何蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)或類似的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)最好設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)飛輪，其配置應(yīng)使其重心處于與曲柄或其它轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中心平面相同的平面上，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，用以將第一零件和第二零件焊接在一起的摩擦焊設(shè)備，包括一個(gè)按照本發(fā)明第一方面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置;支撐上述第一零件的第一支架裝置，它與傳動(dòng)裝置連接，在工作時(shí)由傳動(dòng)裝置進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng);支撐上述第二零件的第二支架裝置;以及操作裝置，將第二支架裝置推向第一支架裝置，以便在工作時(shí)將由上述兩支架裝置支撐的第一和第二零件擠壓在一起。
下面通過實(shí)例并參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施方案，圖面簡單說明如下

圖1是本發(fā)明摩擦焊設(shè)備的局部俯剖視圖;
圖2是沿圖1中2-2線的放大剖視圖，其中驅(qū)動(dòng)軸已旋轉(zhuǎn)90°;
圖3是圖1所示設(shè)備一種改型的局部俯視圖;
圖4是該改型設(shè)備另一局部的正視圖;
圖5顯示圖1所示設(shè)備所使用的對中裝置;
圖6是使驅(qū)動(dòng)裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)的另一種裝置的剖視圖。
圖中所示設(shè)備包括一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置1和一個(gè)平衡裝置2。往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置1包括殼體3，它具有兩平行端壁4和5以及在該兩端壁中間的中央分隔壁6。分隔壁6將殼體內(nèi)部分隔成第一室7和第二室8。分隔壁6為兩室所共有，其上形成有不同大小的通孔，下文將詳細(xì)介紹。每個(gè)室中裝有液壓液體。在設(shè)備工作時(shí)，兩室中的液量保持恒定或基本恒定，這在下文中詳述。
往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置穿過殼體，它包括有兩個(gè)平行桿9和10。各桿穿過殼體3兩端壁4和5及中央分隔壁6上的各成一直線的孔。各桿穿過兩端壁4、5上的孔的桿部11，比穿過分隔壁6上的孔的中央桿部12具有更大的直徑。往復(fù)傳動(dòng)裝置也穿過殼體并包括有一根裝有活塞14的桿13，該活塞14滑配在分隔壁6的中心孔中。桿13在活塞兩側(cè)的部分穿過殼體兩端壁4、5上的成一直線的中心孔。
平衡裝置2的結(jié)構(gòu)基本上與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置1的結(jié)構(gòu)相同，它包括一個(gè)與殼體3相同的殼體15，具有兩平行桿16、17的驅(qū)動(dòng)裝置以及具有桿18和活塞19的傳動(dòng)裝置。桿16和桿17分別與桿9和桿10成一直線。每根桿16和17的桿部20的直徑與桿部11的直徑相同，該桿部20穿過殼體15分隔壁21上的一個(gè)孔，而桿16、17穿過殼體15兩端壁上的孔的那部分的直徑則與桿9、10的中央部分12的直徑相同。
傳動(dòng)裝置的桿18裝有配重22，使平衡裝置的傳動(dòng)裝置的總重與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的傳動(dòng)裝置的總重相等。
桿9和桿16的兩相鄰端與一個(gè)蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)相連接，該曲柄機(jī)構(gòu)包括一個(gè)帶有橫向滑槽24的滑座體23，滑槽為滑塊提供滑通，該滑塊具有套環(huán)26和由套環(huán)伸出的滑板25。套環(huán)26安裝在一根在一對飛輪28之間延伸的偏心銷27上。兩飛輪28安裝在一根由馬達(dá)30旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸29上。桿10和桿17的兩相鄰端與一個(gè)相同的蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)相連接，該曲機(jī)柄包括一個(gè)帶有橫向滑槽的滑座體31，該滑槽作為一個(gè)安裝在偏心銷32上的滑塊的滑道，偏心銷32則在兩個(gè)安裝在軸34上的飛輪33之間延伸。軸29和軸34的兩相鄰端部圓周上面成形有花鍵槽。軸29上的花鍵槽平行于旋轉(zhuǎn)軸線，而軸34上的花鍵槽則與兩軸的縱軸線呈30°傾斜。兩軸的端部上穿上一個(gè)套筒35，套筒內(nèi)部成形有與軸上的花鍵槽互補(bǔ)的螺旋形結(jié)構(gòu)。裝有液壓作動(dòng)筒，以便調(diào)節(jié)套筒的軸向位置。應(yīng)該理解，套筒的軸向移動(dòng)，引起兩軸之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變它們之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)位置?；ㄦI槽的傾斜度應(yīng)能防止套筒由于軸29和34施加扭矩于其上所引起的軸向移動(dòng)。需要時(shí)，當(dāng)然還可采用30°以外的傾斜角度。
上文所述設(shè)備的操作過程如下。將套筒35調(diào)至一個(gè)端位上，使兩偏心銷27和32互相成一直線。使馬達(dá)起動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸29和34。蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)使桿9、10、16和17同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)。桿9和10的擴(kuò)大桿部11的合成運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致室7和8的容積的局部變化。舉例來說，當(dāng)桿9和10移向圖1視圖的右方，則擴(kuò)大桿部11進(jìn)一步進(jìn)入第一室7，引起該室容積的局部減小，與此同時(shí)，擴(kuò)大桿部進(jìn)一步移出第二室8，引起第二室容積的局部增加一個(gè)互補(bǔ)的量。但是，第一室或第二室的總?cè)莘e由于填充于其間的液壓液體在實(shí)用上是不可壓縮的而保持恒定，因此使活塞14向右移動(dòng)一個(gè)較小的距離。當(dāng)桿9和桿10彼此同相往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各桿9和10移動(dòng)的距離與桿13因此而移動(dòng)的距離的比值，同活塞14露出端面的面積與兩個(gè)擴(kuò)大桿部11露出端面面積之和的比值相等，該比值可以是4至8之間。如上所述，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的機(jī)械效益，至少從理論上說等于該比值。作動(dòng)筒被操作以便沿軸向移動(dòng)套筒35。當(dāng)兩桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)逐漸異相，各桿9和10移動(dòng)的距離與桿15因此而移動(dòng)的距離6的比值逐漸變小，同時(shí)機(jī)械效益增大。
桿16和17的運(yùn)動(dòng)效果與桿9和10的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效果相同，但由于擴(kuò)大桿部的配置情況不同，活塞19的移動(dòng)方向與活塞14相反。
圖示設(shè)備被安裝來將兩個(gè)零件36和37焊接在一起。第一個(gè)零件36被固定在L形支架38的一個(gè)臂上，支架的另一個(gè)臂連接到桿13的一個(gè)伸出端上。第二個(gè)零件被安裝在滾子導(dǎo)向件39之間，使之可以被移向第一零件但不能橫向移動(dòng)。液壓作動(dòng)筒40具有一個(gè)活塞桿41，它推靠在第二零件37上，使之與第一零件相接觸;還具有一個(gè)缸筒42，它對橫條43施加反作用力。橫條43的兩端由兩根撓性金屬桿44與類似的橫條45的兩端相連接，該橫條45在支架38的背面延伸。在工作時(shí)，當(dāng)作動(dòng)筒40動(dòng)作以推壓第二零件與第一零件36接觸，有反作力作用到橫條43和45上，使撓性金屬桿44被張緊。因此，反作用力不會(huì)傳遞到設(shè)備的構(gòu)架或基座上?？梢钥闯觯瑑闪慵?6和37的接觸面包含著桿13的縱向軸線。
在進(jìn)行焊接時(shí)，操縱設(shè)備，使兩偏心銷27和32彼此成一直線。它將使桿13往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而在零件36和37之間產(chǎn)生摩擦熱。當(dāng)兩零件的對接面達(dá)到所需溫度時(shí)，將套筒35沿軸向迅速移動(dòng)。這樣就使軸34相對軸29轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，從而使偏心銷27和32完全異相。發(fā)生該情況時(shí)，由桿9和16上的擴(kuò)大桿部11和20引起的室容積的局部變化，就完全被桿10和17上的擴(kuò)大桿部所引起的局部容積變化所抵消，以致活塞14和19保持不動(dòng)。第一和第二零件之間的相對運(yùn)動(dòng)中止，兩零件被焊接在一起。需要時(shí)，在兩零件之間的相對運(yùn)動(dòng)停止之后，作動(dòng)筒40可施加附加力，將兩零件更牢固地壓在一起，但最好不用施加附加力。
可以理解，當(dāng)套筒35處于任一中間位置時(shí)，桿9和16與桿10和17局部異相，則活塞14和19的合成運(yùn)動(dòng)保持簡諧運(yùn)動(dòng)，但其幅度減小。
配重22的重量選擇，應(yīng)使活塞14、桿13和支架38的慣性載荷可被活塞19、桿18和配重22的慣性載荷所平衡。需要時(shí)，可將一個(gè)相等于零件36重量的載荷附加在配重22上，以便載荷被完全平衡。
但是，桿9和16，同桿10和17一樣是同步運(yùn)動(dòng)的。為使它們得以動(dòng)態(tài)平衡，各設(shè)有一個(gè)配重46，配重46安裝在一個(gè)臂47的一端。臂47的中部樞接于48處，其另一端通過一個(gè)樞接連桿49與一個(gè)桿16或另一個(gè)桿17相連接。該配重在圖1中不按比例畫出。此外，最好將圖示裝置進(jìn)行改進(jìn)，使兩配重46的臂47的中部樞軸48是同軸的，并使兩配重的重心在平行平面內(nèi)移動(dòng)，每個(gè)平面也包含滑座體23和31之一的中心平面。這樣，每個(gè)配重36可被看成是好象位于圖1的剖視零件平面之上方。為增加結(jié)構(gòu)的對稱性，各桿16和17最好設(shè)有兩個(gè)與配重46相同的配重，但其中一個(gè)位于圖1的剖視零件平面的上方，而另一個(gè)對稱位于該平面下方。這樣，桿16的兩個(gè)配重的合成重心永遠(yuǎn)地位于桿16的軸線上。同樣，桿17的兩配重的合成重心也永遠(yuǎn)地位于桿17的軸線上。
當(dāng)摩擦熱已按上述方式產(chǎn)生之后，摩擦阻力發(fā)生周期性變化。另外，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的幅度緊接在進(jìn)行焊接之前逐漸減弱至零時(shí)，摩擦阻力也會(huì)發(fā)生非常大的變化。而且，各往復(fù)零件的功能，從每次行程開頭的最小值向著每次行程中途的最大值變化。為了最大限度減小這些影響，用飛輪28和33作為能量儲(chǔ)存器，可以從中提取能量，或者它本身可吸收能量，這些能量不僅在摩擦阻力變化時(shí)需要，而且在往復(fù)運(yùn)動(dòng)各零件的動(dòng)能變化時(shí)需要。因此，飛輪的存在有助于減少往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件和轉(zhuǎn)動(dòng)零件之間動(dòng)能轉(zhuǎn)換時(shí)的角速度周期性變化程度。在實(shí)際中，似乎飛輪的轉(zhuǎn)速還有些變化，從而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率有些變化，但這通常對焊接過程并無顯著影響。另一方面，飛輪的存在確實(shí)比沒有飛輪時(shí)允許采用較小功率的馬達(dá)30。
從圖2可以理解，偏心27和滑塊25、26的重心位于一個(gè)相對驅(qū)動(dòng)軸29的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏心的點(diǎn)上。為對此進(jìn)行補(bǔ)償，最好改變兩飛輪28的形狀，使其合成重心也相對驅(qū)動(dòng)軸29的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏心，但偏向偏心銷和滑塊的重心的沿直徑的相對一邊。所需改變可包括在飛輪周邊適當(dāng)位置附加重物，或從飛輪上除去一定材料。后一種更為理想，對飛輪33采用完全相同的措施，以平衡銷32及其相關(guān)的滑塊31。
使用圖1和圖2中所示設(shè)備可能產(chǎn)生的問題在于，不能使飛輪22的運(yùn)動(dòng)相對桿13的運(yùn)動(dòng)完全異相。為了完全克服該問題，有時(shí)最好采用如圖3和圖4中所示的改型設(shè)備。設(shè)備的一部分與圖1和2中的相同，相同的零件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。但是，在圖3和圖4所示的設(shè)備中，平衡裝置2被省去，以其它形式的平衡裝置來代替，這在下文中介紹。
橫梁50固定在桿13上，其兩端具有墊塊51和52。各墊塊與相關(guān)的平衡裝置相聯(lián)接。因?yàn)樵搩蓚€(gè)平衡裝置彼此相同，下面只介紹與墊塊51相關(guān)的一個(gè)。平衡裝置具有一個(gè)撓性金屬片53，其一端連接到墊塊51上，其另一端連接到墊塊54上，而墊塊54固定在搖桿55的一端。搖桿55可繞一個(gè)安裝在設(shè)備固定部分(圖中未示)上的中心樞軸56旋轉(zhuǎn)。搖桿的外端裝有墊塊57，撓性金屬片58的一端連接至墊塊57。金屬片58的另一端與一個(gè)滑動(dòng)安裝在固定導(dǎo)板60的孔中的配重69相連接。
在工作時(shí)，當(dāng)桿13往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則搖桿55繞其樞軸56擺動(dòng)，使配重59沿著平行于桿通道的線性通道往復(fù)運(yùn)動(dòng)。桿13向一個(gè)方向移動(dòng)，而配重59向另一個(gè)方向移動(dòng)。采用撓性金屬片53和58，可大大減少樞軸接頭的數(shù)量;這是非常理想的，因?yàn)檫@類連桿的每一個(gè)在使用時(shí)會(huì)經(jīng)受重復(fù)重載和高速變化方向。
各桿16和17也設(shè)有其各自的平衡裝置，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況相同，這里只描述與桿16相關(guān)的一個(gè)，它簡略示于圖4。桿16設(shè)有上平衡裝置61和下平衡裝置62，因?yàn)槎叩慕Y(jié)構(gòu)彼此相同，這里只描述上平衡裝置61。上平衡裝置61包括一個(gè)與搖桿55相同的中心樞接的搖桿63。搖桿63的一端靠一個(gè)與金屬片53相同的撓性金屬片64與桿16相連，其另一端靠一個(gè)與金屬片58相同的撓性金屬片66與配重65相連。配重65與配重59相同，可在與固定導(dǎo)板60相同的固定導(dǎo)板67的成一直線的孔中滑移。在工作時(shí)，當(dāng)桿16往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該配重以互補(bǔ)的方式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但其往復(fù)運(yùn)動(dòng)與桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)相位差180°。
在各焊接過程終了，假如活塞14或19從其正確的起點(diǎn)位置稍許移位，可能需要或希望將各活塞14或19對中。圖5所示的這種定心裝置可用于該目的。該定心裝置應(yīng)用于活塞14上。如果沒有平衡裝置2，同樣的定心裝置也可應(yīng)用于活塞19上。在殼體3外面，活塞13上設(shè)有橫向伸出的擋塊68。設(shè)有兩個(gè)液壓活塞-缸筒裝置69和70。各放在擋塊的一側(cè)。液壓裝置的缸筒相對設(shè)備的機(jī)座或機(jī)架(未示)固定。在摩擦生熱期間，兩液壓裝置的相應(yīng)活塞桿71和72靠其活塞而縮回，使擋塊68可自由往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但是，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)已經(jīng)完成，兩活塞桿被伸出，將擋塊置于其端部之間?；钊麠U72的作用力大于活塞桿71的作用力，但活塞桿72的行程由一個(gè)具有預(yù)定軸向長度的間隔環(huán)73所限定。因此，活塞桿72的位置由間隔環(huán)來確定，而擋塊68靠活塞桿71作用的較小的力使之與活塞桿72相接觸(如果不完全接觸的話)。換個(gè)方式，或者同時(shí)存在，活塞桿13可成形有圓形斷面的橫向孔，該孔具有圓柱形入口部分、直徑比入口部分小的圓柱形出口部分以及在入口和出口部分之間延伸的中央截錐部分。一個(gè)與該孔形狀互補(bǔ)的定心銷被插入該孔中，當(dāng)其沿軸向移動(dòng)到位時(shí)將桿13對中。
為了使桿13可以靠液壓裝置69和70或者靠定心銷來實(shí)現(xiàn)任何必要的定心運(yùn)動(dòng)，需要使液壓液體自由流入或流出室7和8。雖然在桿定心時(shí)只需要使較小量的液體流入或流出每一個(gè)室，可以設(shè)想，還應(yīng)該有機(jī)會(huì)將各室中的全部或大部液體更換成新液體。其原因在于在每個(gè)焊接過程中，似乎液壓液體會(huì)被加熱，在下一焊接過程開始之前需要換以冷卻的液體。
雖然這些裝置可以同活塞14、桿13以及室7和8共同使用，當(dāng)設(shè)有平衡裝置2時(shí)，同樣的裝置最好也同平衡裝置的相應(yīng)零件共同使用。
圖6顯示了用以調(diào)節(jié)兩偏心件之間的相位的另一種機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其一是調(diào)節(jié)裝置不是配置在兩偏心件之間，從而其設(shè)計(jì)更加自由;另一是離馬達(dá)較遠(yuǎn)的偏心件本身并不通過其它偏心件作中介物來驅(qū)動(dòng)。
在圖6示意表示的機(jī)構(gòu)中，馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)軸74，軸74的另一端裝有一對與飛輪33相當(dāng)?shù)南嚅g隔的飛輪75，還有一個(gè)帶偏心孔的偏心件76。偏心件76用鍵連接在與偏心銷32相當(dāng)?shù)妮S74上。一個(gè)管形套筒77也安裝在軸74上，它可相對該軸旋轉(zhuǎn)。一對相間隔的飛輪78鍵接在套筒一端附近，兩飛輪之間有一個(gè)相當(dāng)于偏心銷27的偏心件79鍵接在套筒79上。套筒77靠近馬達(dá)30的端部有平底锪孔，使套筒該部分和在其中的軸74之間留下圓筒形間隙。間隙內(nèi)安放有一個(gè)可軸向移動(dòng)的軸環(huán)80。套筒77的平底孔內(nèi)成形有螺旋鍵槽，與軸環(huán)80圓周面上的互補(bǔ)槽相配合。軸74的相鄰部分成形有縱向花鍵槽或者反手的螺旋花鍵槽，該花鍵槽與軸環(huán)80孔中的互補(bǔ)槽配合。由此可以理解，當(dāng)軸環(huán)80處于軸74上任一給定軸向位置，偏心件76和79有固定的角位置關(guān)系;但是當(dāng)軸環(huán)沿軸的縱向移動(dòng)時(shí)，兩偏心件之間的角位置關(guān)系就會(huì)改變。
一個(gè)液壓活塞-缸筒裝置(未示)用來沿軸向移動(dòng)軸環(huán)80，從而改變兩偏心件之間的相對角位置。軸環(huán)和液壓裝置之間的聯(lián)接當(dāng)然可以容許軸環(huán)的旋轉(zhuǎn)。
在上文所述的各種形式的設(shè)備中，最好使室中的液體處于一定壓力之下，至少在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是如此。由于有慣性和摩擦力作用在或傳遞給桿13和活塞14，各室7和8的壓力在每個(gè)行程中顯著波動(dòng)。液體的加壓保證各室中的壓力保持正壓。在每次焊接完成之后，最好將液體壓力減小至大氣壓力，并且使液體不受限制地流入和流出各室。這樣就使桿13能夠?qū)崿F(xiàn)如上面參照圖5所述的再定心。另外，在每次焊接完成之后，最好將液體從各室排出并填以新液。新液可包括或包含原先未用過的液體，但最好包含大量的或全部的原先已使用過的并經(jīng)冷卻、過濾或處理處的液體。
當(dāng)實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生摩擦焊接熱所用的時(shí)間周期很可能持續(xù)不超過幾秒。該周期予計(jì)最長不超過15秒或20秒。盡管如此，除非采取適當(dāng)步驟，似乎存在壓液從一個(gè)或多個(gè)室泄漏的問題。避免或至少減輕該問題的一個(gè)方法是按傳統(tǒng)方式密封各室，使用密封環(huán)來使往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件通過其中。這種結(jié)構(gòu)簡示于圖1，其中，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件通過的靜止部分的孔中都存在有環(huán)形密封環(huán)。換個(gè)方式，在有活塞14和19的地方，或者在桿9、10、13、16、17或18穿過的其中一個(gè)室的壁上的孔中，可裝有一個(gè)可軸向壓縮和拉伸的波紋套筒，該套筒的一端與室壁密封連接，而另一端與活塞或桿密封連接，視具體情況而定。這種結(jié)構(gòu)可完全液密。
克服或減輕泄漏所引起的問題的另一個(gè)方法在于，對各室提供一個(gè)壓力液體源，使壓力液體通過止回閥或通過細(xì)毛細(xì)管之類的高流動(dòng)阻力通道進(jìn)入相關(guān)的室中。在兩種情況下，室中由于泄漏引起的液壓降低，都會(huì)導(dǎo)致液體導(dǎo)入該室中以代替泄漏掉的液體。
往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置1內(nèi)的泄漏，通過完全取消桿9的介于兩擴(kuò)大桿部11之間的那部分，并且完全取消桿10的介于兩同樣的擴(kuò)大桿部之間的那部分得以部分防止。將分隔壁6上穿有桿9和10部分的各孔堵住，而兩擴(kuò)大桿部11則由殼體3外部互相剛性連接，同時(shí)桿10的兩相同的擴(kuò)大桿部也同樣互相連接。這樣，桿9的兩擴(kuò)大桿部11被強(qiáng)制進(jìn)行同步移動(dòng)。同樣，桿10的兩擴(kuò)大桿部也被強(qiáng)制進(jìn)行同步移動(dòng)。這時(shí)，桿9和桿10不再穿過分隔壁6。擴(kuò)大桿部的直徑被減小，以抵消桿上所取消的原先連接兩擴(kuò)大桿部的那部分。
權(quán)利要求
1.一種用于摩擦焊設(shè)備的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(1)，其特征在于它包括裝有液壓液體的可變形狀的第一和第二室(7，8)；往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(9，10，11)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置(13，14)，二者的結(jié)構(gòu)使得在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可使第一室的容積發(fā)生局部變化，并使第二室的容積發(fā)生互補(bǔ)的局部變化；往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，在兩室的形狀不變并且各室裝有固定容積的液壓液體從而使各室的容積保持恒定時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置按任一給定幅度往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)引起傳動(dòng)裝置以較小的幅度和增大的力進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于第一室和第二室配置在一個(gè)公共分隔壁(6)的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)裝置穿過該分隔壁上的一個(gè)或多個(gè)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于第一室和第二室配置在一個(gè)公共分隔壁(6)的兩側(cè)，傳動(dòng)裝置穿過該分隔壁上的一個(gè)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置包括多個(gè)單獨(dú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件(9，10)，其配置應(yīng)該在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使第一室的容積發(fā)生局部變化，并使第二室的容積發(fā)生互補(bǔ)的局部變化，往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)使各元件以相同頻率及不變的幅度往復(fù)運(yùn)動(dòng)，還包括調(diào)整裝置(34，35)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可調(diào)整各元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的相對相位，由此，由各元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所引起的各室容積的局部變化之和，就可變小至零。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于具有兩個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件(9，10)，它們各設(shè)有相關(guān)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(23，31)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件(76，79)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所涉及元件所需的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的公共的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入件(74)，調(diào)整裝置(80)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可改變轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對角位置或轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于裝設(shè)有平衡裝置，該平衡裝置包括配重裝置(22;46;59;65)和操作裝置(2;46至49)，操作裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將配重裝置按與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的零件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)相反的方向移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于配重裝置(59;65)的安裝用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過中介物的樞接搖桿裝置(55;63)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件(13;16)耦接，搖桿裝置靠撓性元件(53，58;64，66)與配重裝置及往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件連接，這些撓性元件在使用時(shí)具有適合于搖桿裝置和配重裝置之間及搖桿裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件之間的相對運(yùn)動(dòng)的撓性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于包括一個(gè)或多個(gè)飛輪(28，33;75，78)，當(dāng)待焊接在一起的兩零件之間的摩擦阻力有變化時(shí)，飛輪的短暫運(yùn)轉(zhuǎn)可提供或吸收能量，并且減少當(dāng)往復(fù)移動(dòng)零件和轉(zhuǎn)動(dòng)零件之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)引起的角速度的周期性變化。
9.用以將第一零件和第二零件焊接在一起的摩擦焊設(shè)備，其特征在于包括一個(gè)按照前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置;支撐上述第一零件的第一支架裝置(38)，它與傳動(dòng)裝置連接，在工作時(shí)由傳動(dòng)裝置進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng);支撐上述第二零件的第二支架裝置(41);以及操作裝置(40)，將第二支架裝置推向第一支架裝置，以便在工作時(shí)將由上述兩支架裝置支撐的第一和第二零件擠壓在一起。
全文摘要
摩擦焊機(jī)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置有兩隔開的壓液室。傳動(dòng)桿上的活塞在分隔壁孔中滑移，桿上有固定第一工件的支架。兩桿穿過兩室，其擴(kuò)大桿部穿過室兩端壁孔。兩桿由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的蘇格蘭曲柄機(jī)構(gòu)帶動(dòng)以定幅往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄的相位靠套筒的軸向移位來變化。兩桿同步運(yùn)動(dòng)，使室內(nèi)空間局部變化而引起活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，幅度比桿小但作用力變大。兩工件摩擦生熱。當(dāng)曲柄移相180°，活塞停止，兩工件焊在一起?；钊案郊倪\(yùn)動(dòng)由平衡器平衡，桿及伸長部由樞接配重平衡。
文檔編號(hào)B23K20/12GK1041306SQ89107458
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月21日
發(fā)明者約翰·吉爾伯特·塞爾 申請人:奧爾伍德-塞爾及蒂尼(集團(tuán))有限公司