一種麥克納姆輥輪的加工方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種麥克納姆輥輪的加工方法，包括如下步驟：a)加工形成中空的輥芯；b)在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層；c)對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工，使得聚氨酯膠層的外輪廓線和輥芯的外輪廓線相一致。本發(fā)明提供的麥克納姆輥輪的加工方法，聚氨酯膠層通過(guò)包膠的方式包裹在輥芯外，并對(duì)輥芯和膠層分別切削加工，輥輪外形曲線與輥芯近相似，使得膠層厚度均勻一致，在大沖擊載荷下移動(dòng)，輥輪受力會(huì)均勻，膠層的彈性形變也會(huì)穩(wěn)定一致，使得輥輪的壽命得到延長(zhǎng)；并且車(chē)輪軸線與地面的距離可以保持一致，從而防止車(chē)體的非線性扭動(dòng)，大大提高大沖擊載荷下移動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種麥克納姆輥輪的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輥輪加工方法，尤其涉及一種麥克納姆輥輪的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]麥克納姆輪是一種全方位移動(dòng)車(chē)輪，世界眾多大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)和再發(fā)明，應(yīng)用領(lǐng)域涉及全方位移動(dòng)的叉車(chē)、搬運(yùn)車(chē)、輪椅、彈藥運(yùn)輸車(chē)、移動(dòng)機(jī)器人等，尤其是精密裝配和對(duì)接平臺(tái)。
[0003]采用全方位移動(dòng)技術(shù)后，可以顯著提高搬運(yùn)效率和靈活性、減小貨物存儲(chǔ)空間20%?3 O %、尤其對(duì)于狹小空間移動(dòng)物體，具有不可取代的作用。目前，成功的應(yīng)用例子有美國(guó)AirTrix公司的Sidewinder全方位移動(dòng)叉車(chē)、COBRA全方位移動(dòng)升降機(jī)、MP2全方位搬運(yùn)拖車(chē)、全方位彈藥轉(zhuǎn)載機(jī)；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的全方位機(jī)器人、美國(guó)Ominx公司的全方位移動(dòng)輪椅、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)全方位移動(dòng)托架等產(chǎn)品。包括我國(guó)在內(nèi)的世界眾多大學(xué)也開(kāi)展了麥克納姆輪的應(yīng)用和控制研究，但是多集中在移動(dòng)機(jī)器人方面的應(yīng)用研究，但形成產(chǎn)品的很少。中國(guó)申請(qǐng)?zhí)?201010611789.6，發(fā)明名稱(chēng):電動(dòng)全方位移動(dòng)車(chē)的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種利用麥克納姆輪作為運(yùn)動(dòng)輪的車(chē)輛，但在涉及路面不平(有凹凸坑)情況時(shí)，如何保證車(chē)輛按規(guī)定軌跡行駛沒(méi)有提供技術(shù)手段。
[0004]麥克納姆輥輪是麥克納姆輪的關(guān)鍵零件，在支撐較大載荷條件下，輥輪表面有較大的接觸變型，由于輥輪表面既有滾動(dòng)摩擦，又有滑動(dòng)摩擦，故輥輪表面極易磨損，進(jìn)而導(dǎo)致麥克納姆輥輪工作失效。目前，現(xiàn)有輥輪的結(jié)構(gòu)和加工方法不夠合理，主要問(wèn)題如下:
[0005]1、澆鑄成型法包覆聚胺脂工藝的缺陷
[0006]現(xiàn)有的輪輥膠層成型加工采用模具注塑一次成型的方式。具體為:將加工好的輥芯放入根據(jù)成品輥?zhàn)油廨喞谱鞯哪＞咧校缓鬂沧⒊尚渭纯?。因?yàn)闈沧?nèi)應(yīng)力、冷卻速度和聚氨酯收縮等問(wèn)題，外輪廓的精確性不可能達(dá)到要求，也不能保證輥芯和膠層的同心度(輥芯放入模具本身就很難保證同心度)，這對(duì)需要高精度的輥?zhàn)拥柠溈思{姆輪來(lái)說(shuō)，是很致命的。
[0007]2、圓柱型輥芯的不足
[0008]在輥?zhàn)拥募庸し椒ㄖ?，也有人采用了圓柱型的直輥芯，該結(jié)構(gòu)輥?zhàn)又胁磕z層的厚度t和末端膠層的厚度t'是不一樣的。這種方法的弊端就在于，輥?zhàn)映惺茌d荷時(shí)，膠層的形變沿著軸向由兩端到中心會(huì)產(chǎn)生非線性變化，所以膠層的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)使得整個(gè)膠層沿著軸向由中心向兩端產(chǎn)生形變，這必然會(huì)導(dǎo)致麥克納姆輪軸與地面的高度產(chǎn)生非線性變化，并使車(chē)體產(chǎn)生非線性扭動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致膠層開(kāi)裂。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的麥克納姆輥輪結(jié)構(gòu)及其加工方法進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種麥克納姆輥輪的加工方法，兼具剛性結(jié)構(gòu)和彈性形變，能夠防止車(chē)體的非線性扭動(dòng)，避免輥芯外膠層開(kāi)裂，從而大大提高大沖擊載荷下移動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種麥克納姆輥輪的加工方法，包括如下步驟:a)加工形成中空的輥芯；b)在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層；c)對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工，使得聚氨酯膠層的外輪廓線和輥芯的外輪廓線相一致。
[0011]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟a)包括如下過(guò)程:al)提供紡錘形坯料工件夾緊后進(jìn)行粗車(chē)加工；a2)對(duì)坯料工件表面通過(guò)淬火和高溫回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為HB280?300 ；a3)夾緊坯料工件外圓，在保證內(nèi)孔同心度和孔徑尺寸的前提下精車(chē)內(nèi)孔；a4)將坯料工件固定在車(chē)床夾具上，利用前后定位銷(xiāo)固定后精車(chē)外輪廓線形成中空的輥芯。
[0012]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟b)中在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層前還包括對(duì)輥芯表面進(jìn)行噴砂處理。
[0013]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟b)中在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層前還包括如下的輥芯表面處理過(guò)程:用短而硬的毛刷在輥芯表面沿一個(gè)方向均勻地涂粘合劑后晚干。
[0014]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述粘合劑的涂抹遍數(shù)為2?3次。
[0015]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟b)包括如下過(guò)程:bl)配制膠液山2)將輥芯放入模具中心，將膠液澆注到模具中后固化形成聚氨酯膠層；b3)在100?200°C下成型硫化60?120min后脫模；b4)采用拋光或研磨方法除去輥芯和聚氨酯膠層接觸間隙處剩余料邊。
[0016]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟bl)中膠液配制過(guò)程如下:將甘油加入到聚四亞甲基二醇中，加熱至150?170°C，真空下脫水I?2小時(shí)，再加熱至150?170°C，真空下脫水，如此反復(fù)三次，待溫度降至40?60°C時(shí)，加入甲苯二異氰酯、三乙醇胺、乙醇、丁二醇、太白粉，攪拌2?3小時(shí)，并保持溫度在80° C，進(jìn)行真空脫泡，之后加入3，3’ - 二氯-4，4- 二氨基二苯基甲燒，膠液配制完畢。
[0017]上述的麥克納姆輥輪的加工方法，其中，所述步驟c)采用白鋼刀對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工。
[0018]本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的麥克納姆輥輪的加工方法，聚氨酯膠層通過(guò)包膠的方式包裹在輥芯外，并對(duì)輥芯和膠層分別切削加工，輥輪外形曲線與輥芯近相似，使得膠層厚度均勻一致，在大沖擊載荷下移動(dòng)，輥輪受力會(huì)均勻，膠層的彈性形變也會(huì)穩(wěn)定一致，使得輥輪的壽命得到延長(zhǎng)；并且車(chē)輪軸線與地面的距離可以保持一致，從而防止車(chē)體的非線性扭動(dòng)，大大提高大沖擊載荷下移動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明麥克納姆輥輪的輥芯加工示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明麥克納姆輥輪的輥芯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明包膠后的麥克納姆輥輪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明麥克納姆輥輪的膠層加工示意圖；
[0023]圖5為加工后本發(fā)明麥克納姆輥輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:[0025]I車(chē)床三角卡盤(pán) 2第一定位銷(xiāo) 3輥芯
[0026]4第二定位銷(xiāo) 5車(chē)床頂針 6刀具
[0027]7聚氨酯膠層
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0029]本發(fā)明提供的麥克納姆輥輪的加工方法包括如下步驟:
[0030]a)加工形成中空的輥芯
[0031]對(duì)輥芯的具體加工分為如下過(guò)程:
[0032]al)提供紡錘形坯料工件夾緊后進(jìn)行粗車(chē)加工；
[0033]a2)對(duì)坯料工件表面通過(guò)淬火和高溫回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為HB280?300 ；
[0034]a3)夾緊坯料工件外圓，在保證內(nèi)孔同心度和孔徑尺寸的前提下精車(chē)內(nèi)孔；
[0035]a4)將坯料工件固定在車(chē)床夾具上，利用前后定位銷(xiāo)固定后精車(chē)外輪廓線形成中空的輥芯。如圖1所示，待加工的輥芯3通過(guò)第一定位銷(xiāo)2和車(chē)床三角卡盤(pán)相抵，通過(guò)第二定位銷(xiāo)4和車(chē)床頂針5相抵后高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)刀具6切削加工，得到圖2所示的輥芯。
[0036]b)在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層
[0037]1.輥芯表面處理
[0038]由于在輥芯表面有許多的污垢、灰塵、油脂、水、銹及其它有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，影響粘合劑的濕浸潤(rùn)。因此為了提高粘接強(qiáng)度，用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法清潔、粗糙、活化被粘物表面，改變表面性質(zhì)，以利于粘合劑的良好浸潤(rùn)，牢固粘接，而且能夠提高輥芯的耐久性和使用壽命。經(jīng)過(guò)表面處理，能使輥芯表面變成一種具有高表面能、高活性和高有效面積的被粘表面。本發(fā)明采用噴砂處理的方法清除表面不利于膠接的有機(jī)或無(wú)機(jī)物，給表面提供適當(dāng)?shù)拇植诙?，增加有效粘接面積，改善粘合劑對(duì)被粘物表面的浸潤(rùn)性，改善粘附性能。
[0039]2.清洗:用刷子清理表面處理后的輥芯。然后使用清洗劑清除表面污物。清洗后一定要有必要的晾干時(shí)間，否則由于溶劑殘留在粘膠面上而影響粘接強(qiáng)度。
[0040]3.涂粘合劑:
[0041](I)用短而硬的毛刷在充分干燥的輥芯表面沿一個(gè)方向均勻地涂粘合劑。由于金屬表面容易吸附空氣，為了防止包裹空氣而使涂層產(chǎn)生氣泡或氣孔，應(yīng)朝一個(gè)方向移動(dòng)。涂粘合劑速度不能太快，以利于空氣的排出。涂粘合劑的遍數(shù)一般金屬為兩遍。
[0042](2)溶劑型粘合劑涂膠后有晾置過(guò)程，晾置的主要目的使溶劑揮發(fā)，粘度增大，促進(jìn)化學(xué)結(jié)晶反應(yīng)。晾置時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)也不能太短，晾置的環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好、清潔、干凈、空氣干燥。
[0043]4.澆注:
[0044]聚氨酯全稱(chēng)為聚氨基甲酸酯，是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的統(tǒng)稱(chēng)。聚氨酯橡膠的硬度范圍較寬，低至邵爾AlO以下的低模量橡膠，高至邵爾D85的高抗沖擊彈性材料，其彈性模量可高達(dá)數(shù)百兆帕，大大超出了其它橡膠的彈性模量范圍(約
0.2?IOMPa)，所以聚氨酯橡膠的性能范圍很寬，是介于從橡膠到塑料的一類(lèi)高分子材料。本發(fā)明采用的是聚氨酯NDI系列，該類(lèi)的主要特點(diǎn)是耐溫型比較好，在零下20°C?高溫120°C ;耐磨性能好，劃不傷，無(wú)噪音；使用壽命長(zhǎng)，減少成本；聚氨酯產(chǎn)品無(wú)污染，無(wú)毒無(wú)味。[0045]具體性能參數(shù):
[0046]
相對(duì)密度:1.10 — 1.25邵爾硬度:10 —100
拉伸強(qiáng)度:0.6 —TOMPa耐寒性:優(yōu)勝；撕裂強(qiáng)度:優(yōu)
耐老化性:優(yōu)耐油性:優(yōu)
扯斷延伸率:500 —1000工作溫度:-20—80° C
耐熱性:優(yōu)回強(qiáng)性:可
耐磨性:極佳耐臭氧/電暈性:極佳
耐水性:中
[0047]具體配制和澆注方法如下:
[0048]bl:配制膠液:將甘油加入到聚四亞甲基二醇中，加熱至150?170°C，真空下脫水I?2小時(shí)，再加熱至150?170°C，真空下脫水，如此反復(fù)三次，待溫度降至40?60°C時(shí)，加入甲苯二異氰酯、三乙醇胺、乙醇、丁二醇、太白粉，攪拌2?3小時(shí)，并保持溫度在80°C，進(jìn)行真空脫泡，之后加入3，3’ - 二氯-4，4- 二氨基二苯基甲烷，膠液配制完畢。
[0049]b2:將輥芯放入模具中心，將膠液澆注到模具中。聚氨酯膠層的厚度是根據(jù)輥?zhàn)蛹刃枰欢ǖ膹椥孕巫冇中枰欢ǖ慕Y(jié)構(gòu)剛性決定的。
[0050]b3:固化:此過(guò)程是獲得良好粘接性能的關(guān)鍵過(guò)程，唯有完全固化，強(qiáng)度才會(huì)最大。為了獲得良好的強(qiáng)度，固化過(guò)程在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行，固化條件包括溫度、時(shí)間、壓力。
[0051](I)成型硫化(模型硫化)，輥?zhàn)釉诿撃Ｇ霸谀＞咧辛蚧倪^(guò)程。其溫度可選擇在其化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞的前提下盡可能高，以加快擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)，縮短脫模時(shí)間，提高模具和設(shè)備利用率，常以100?200°C,60?120min (分鐘)為宜。
[0052](2)后硫化:指輥?zhàn)用撃：罄^續(xù)加熱硫化的過(guò)程，溫度稍低于成型硫化的溫度。
[0053]b4:去飛邊:模具內(nèi)多余的膠液會(huì)在輥芯和膠層接觸間隙處形成一圈剩余料邊。可用拋光、研磨等方法除去；得到如圖3所示的輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)。
[0054]c)對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工
[0055]請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖4，待加工的輥輪通過(guò)第一定位銷(xiāo)2和車(chē)床三角卡盤(pán)相抵，通過(guò)第二定位銷(xiāo)4和車(chē)床頂針5相抵后高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)刀具6切削加工，利用前后定位銷(xiāo)，精車(chē)外輪廓線，保證圓同軸度，精車(chē)時(shí)合理使用切削用量。橡膠聚胺脂是一種非金屬材料，它具有一些獨(dú)特的物理機(jī)械性能，如極高的彈性，在很大的變形下仍不損壞，但它的強(qiáng)度很低。在整體精車(chē)膠層過(guò)程中，如果用普通的硬質(zhì)合金刀來(lái)切削，容易出現(xiàn)啃刀、鋸齒形切屑、輥?zhàn)颖砻娲植诘痊F(xiàn)象。本發(fā)明通過(guò)使用高速鋼刀(俗稱(chēng)白鋼刀)切削就可以收到滿意的加工效果。比采用模具注塑一次成型的方式，更好的保證了外輪廓線和表面粗糙度。最后得到圖5所示的輥輪，輥輪中部膠層的厚度t和末端膠層的厚度t是一樣的，在大沖擊載荷下移動(dòng)，輥輪受力會(huì)均勻，膠層的彈性形變也會(huì)穩(wěn)定一致，使得輥輪的壽命得到延長(zhǎng)；并且車(chē)輪軸線與地面的距離可以保持一致，從而防止車(chē)體的非線性扭動(dòng)，大大提高大沖擊載荷下移動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。
[0056]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，包括如下步驟: a)加工形成中空的輥芯； b)在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層； c)對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工，使得聚氨酯膠層的外輪廓線和輥芯的外輪廓線相一致。
2.如權(quán)利要求1所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟a)包括如下過(guò)程: al)提供紡錘形坯料工件夾緊后進(jìn)行粗車(chē)加工； a2)對(duì)坯料工件表面通過(guò)淬火和高溫回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為HB280?300 ；a3)夾緊坯料工件外圓，在保證內(nèi)孔同心度和孔徑尺寸的前提下精車(chē)內(nèi)孔；a4)將坯料工件固定在車(chē)床夾具上，利用前后定位銷(xiāo)固定后精車(chē)外輪廓線形成中空的輥芯。
3.如權(quán)利要求1所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟b)中在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層前還包括對(duì)輥芯表面進(jìn)行噴砂處理。
4.如權(quán)利要求1所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟b)中在中空輥芯外包覆聚氨酯膠層前還包括如下的輥芯表面處理過(guò)程:用短而硬的毛刷在輥芯表面沿一個(gè)方向均勻地涂粘合劑后晾干。
5.如權(quán)利要求4所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述粘合劑的涂抹遍數(shù)為2?3次。
6.如權(quán)利要求1所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟b)包括如下過(guò)程: bl)配制膠液； b2)將輥芯放入模具中心，將膠液澆注到模具中后固化形成聚氨酯膠層； b3)在100?200°C下成型硫化60?120min后脫模； b4)采用拋光或研磨方法除去輥芯和聚氨酯膠層接觸間隙處剩余料邊。
7.如權(quán)利要求6所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟bl)中膠液配制過(guò)程如下:將甘油加入到聚四亞甲基二醇中，加熱至150?170°C，真空下脫水I?2小時(shí)，再加熱至150?170°C，真空下脫水，如此反復(fù)三次，待溫度降至40?60°C時(shí)，加入甲苯二異氰酯、三乙醇胺、乙醇、丁二醇、太白粉，攪拌2?3小時(shí)，并保持溫度在80°C，進(jìn)行真空脫泡，之后加入3，3’ - 二氯-4，4- 二氨基二苯基甲烷，膠液配制完畢。
8.如權(quán)利要求1所述的麥克納姆輥輪的加工方法，其特征在于，所述步驟c)采用白鋼刀對(duì)聚氨酯膠層進(jìn)行切削加工。
【文檔編號(hào)】B60B19/12GK103817965SQ201410073740
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】張海峰, 陳曉, 管德宏, 張德明, 郝浩, 徐良興 申請(qǐng)人:上海匯聚自動(dòng)化科技有限公司