CN101248297A - 直线致动元件，特别用于风洞模型的可调组件的远程控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直线致动元件(1)，特别用于风洞模型的可调组件的远程控制。所述致动元件包括壳体(2)和用于驱动丝杠(27)的齿轮电机(13)，其中在丝杠(27)上布置有用来移动推杆(11)的螺母(28)。根据本发明，丝杠(27)通过链驱动件(14)连接到齿轮电机(13)，其中丝杠(27)和齿轮电机轴(49)布置成基本反向平行。由于齿轮电机轴(49)和丝杠(27)的反向平行布置，该直线致动元件(1)具有紧凑的结构。因此直线致动元件(1)适用于空间尺寸较小的风洞模型中可调组件的远程控制。另外，该直线致动元件(1)可以产生很大的机械致动力，同时还能提供非常良好的定位及复位精度。

Description

直线致动元件，特别用于风洞模型的可调组件的远程控制
技术领域
本发明涉及一种直线致动元件，特别用于风洞模型的可调组件的远程控制，包括壳体和用于驱动丝杠的齿轮电机，其中在丝杠上布置有用于移动推杆的螺母。
背景技术
例如在风洞模型中，直线致动器用于可调节组件的远程控制，特别是气动作用面、阀或类似部件的远程控制。由于在风洞中空气流速很高，致动器必然产生相当大的致动力，同时还需要致动器具有很高的定位和复位精度，以获得尽可能准确的测量结果。另外，由于通常使用的风洞模型空间尺寸有限，所以直线致动器必须具有较小的设计尺寸。另外，所用的直线致动器必须可以进行大量的致动任务，而不会影响定位和复位精度，因为风洞模型气动作用面的位置在测量活动期间必须能够连续重复可调。
直线致动器的已知的实施方式通常不能满足上述要求，或者不能充分地满足上述要求。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种直线致动元件，特别用于风洞模型的可调节组件的远程控制，该直线致动元件产生相当大的致动力，同时具有很高的定位及复位精度，还具有较小的设计尺寸。
本发明的该目的通过具有权利要求1特征的直线致动元件来实现。
因为丝杠通过链驱动件连接到齿轮电机，其中丝杠和齿轮电机轴布置成基本反向平行，所以根据本发明的直线致动元件可以具有非常小的设计尺寸，同时可以产生很大的机械致动力以及提供非常良好的定位及复位精度。另外，该直线致动元件在整个行进路径上可以承担大量的致动任务，而不会显著降低精度。另外，该链驱动件使得从齿轮电机产生的力与相当大的致动力脱耦。
根据一个优选实施方式，齿轮电机偏心地设置以张紧链驱动件的链。该实施方式使得便于张紧链驱动件的链，而不需要额外的例如链张紧器或类似组件。
根据另一个优选实施方式，该链驱动件的链可以通过至少一个链张紧器来张紧。这为张紧链驱动件的链提供了除了在直线致动元件壳体内偏心布置有齿轮电机轴以外的选择。
一个优选的改进方案提出，设有两个用于限制推杆的行进路径的限位开关，其中限位开关可以通过布置在推杆区域的控制凸轮来致动。通过这种方式可以防止在推杆超出行进路径时对直线致动元件的损害。
另一个优选的改进方案提出，各限位开关分别布置在螺杆上，从而螺杆的转动可以使限位开关无级滑动以调整行进路径。通过这种方式可以简单而又精确地设定推杆的端部位置。
根据另一优选实施方式，壳体包括至少一个纵向导轨，其中至少一个设置在推杆上的导向键可滑动地容纳在纵向导轨中。这防止了推杆绕其纵向轴线的转动。另外，至少一个纵向导轨结合至少一个导向键可以至少部分地执行引导推杆的功能。
本发明的另一个优选改进方案提出，丝杠同轴地容纳在推杆内。这种推杆和丝杠的同轴设计使得推杆可以在纵向上被精确引导，同时可以在设置于丝杠上的螺母和推杆之间实现有效的中心力传递。另外，同轴布置可以使结构更紧凑。
该结构的其它优选实施方式在所附权利要求中论述。
附图说明
在附图示出：
图1是根据本发明的直线致动元件的整体立体图；
图2是除去壳体的致动元件的立体图；
图3是该直线致动元件的详细分解图。
附图中相同的设计元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的直线致动元件1的整体立体图。
直线致动元件1特别包括具有两个纵向导轨3、4的壳体2，两个纵向导轨各容纳一个可纵向滑动的导向键5、6。在这种结构中纵向导轨3、4的长度大致对应于通过直线致动元件1可以实现的行进路径。另外，在壳体2内布置有链张紧器7。另一没有附图标记的链张紧器位于壳体2的后部区域。在壳体2的后部区域8具有安装件9，其用于直线致动元件1与支座(未示出)的旋转附连。在壳体2的前部10区域中具有内部中空的推杆11，其包括叉头12。
图2示出了除去壳体2的直线致动元件1的立体图。
通过链驱动件14，齿轮电机13驱动丝杠(在图2视图中被盖住了)以直线移动推杆11。通过链张紧器7，链驱动件14的链15可以被张紧。为了图2的简洁起见而没有在推杆11的起始区域16示出叉头12。推杆11的末端区域17具有中空圆柱体形式的加宽部分18。加宽部分18特别用于容纳螺母(同样在图2中被盖住)。在加宽部分18上附连有导向键5、6，其与纵向导轨3、4相互作用，特别是在直线致动元件1致动期间防止推杆11围绕其纵轴线转动，同时具有导向功能。
另外，在壳体2中，布置有两个限位开关19、20。限位开关19、20通过限位开关安装件23、24可滑动布置在螺杆21、22上。当螺杆21、22转动时，限位开关安装件23、24沿着螺杆21、22滑动，从而在任何情况下限位开关19、20可以相互独立地在纵向上进行调节，来调节控制单元直线致动元件1的行进路径。
通过布置在推杆11的加宽部分18上的控制凸轮25，限位开关19、20在推杆11的两端位置上被致动，从而限制直线致动元件1的运动。在电机安装件26中偏心地容纳有齿轮电机13，从而通过齿轮电机13的简单旋转或者轻微旋转来补充链张紧器7，就能张紧链15。
例如，可以设置有绝对值轴角编码器，通过该编码器控制和/或调节装置(未示出)可以获得高精度的推杆11纵向位置。另外，通过该控制和/或调节装置优选无级地进行齿轮电机13的转速控制和/或转矩控制，例如根据预设的特性图或类似图。在直线致动元件1的可替代的实施方式中，可以用例如带齿皮带、冲击带或类似部件来代替链15用于丝杠和齿轮电机之间的动力传递。
图3示出了直线致动元件1的内部设计的详细分解图。
图的下部示出了直线致动元件1的壳体2，具有纵向导轨3、4、链张紧器7以及带有限位开关安装件23、24和限位开关19、20的螺杆21、22。链15除了通过旋转齿轮电机13之外还可以通过链张紧器7张紧，其中齿轮电机13偏心地设置在电机安装件26内。通过控制凸轮25，限位开关19、20的各自预设终点位置通过推杆11来触发，通过这种方式将推杆11的行进路径进行限定。
丝杠27通过齿轮电机13和链驱动件14进行旋转。因此螺母28平行于x轴线29移动。中空推杆11同心地布置在丝杠27上。为了获得直线致动元件1小机械游隙和高定位及复位精度，螺母28结合丝杠27被设计成所谓的螺纹滚子斜齿齿轮驱动。在这种结构中，用两个相互略微拧紧的螺母以及容纳其间的螺纹滚子，可以实现螺母28相对丝杠27的非常精准和几乎无间隙的定位，从而直线致动元件1使得推杆11可以以非常高的机械精度平行于x轴线29移动。另外，丝杠27与推杆11同轴布置可以在位于丝杠27上的螺母28和推杆11之间进行有效且大致沿中心的动力传递。另外，同轴布置使得直线致动元件1的整个结构可以很紧凑。
螺母28容纳在推杆11的加宽部分18中，且通过螺帽30固定那里。两个导向键5、6防止推杆11由于丝杠27的转动而绕x轴线29旋转，同时帮助引导推杆11。
在直线致动元件1的壳体2的前部10的区域中有前轴承结构31，用于引导和支撑齿轮电机13以及带有叉头12的推杆11。前轴承结构31主要具有卡环32、33，其可以形状接合地插入到在壳体2的前部10的两个相互叠置的开口区域的相应的槽34、35中。通过可以拧到一起的法兰盘36至39，可以连接于插入在壳体2中的卡环32、33。推杆11的轴向引导通过轴承40来进行，其中轴承40例如是直线滚珠轴承或者其它直线轴承。
在直线致动元件1的壳体2的后部8区域中的后轴承结构41设计得与前轴承结构31类似。卡环42、43也形状接合地插入到在壳体2后部8的两个开口区域的相应的周向槽(未示出)中。通过可以拧到一起的法兰盘44至47，可以机械连接于卡环42、43并因此连接于壳体2。
另外，在前后轴承结构31、41区域中，设置有未在附图中具体指出的平密封件以密封壳体2。沿x轴线29方向的轴向力主要由轴向滚珠轴承48吸收，其位于后轴承结构41的区域中并为推力轴承形式。
齿轮电机轴49与丝杠27基本上反向平行，从而直线致动元件1整体具有非常紧凑的设计，特别是缩短了结构长度。在本文里措辞“反向平行”表示从齿轮电机13产生的力流沿相反且反向平行的方向转向。但是齿轮电机轴49和丝杠27在几何上是相互平行布置的。因此从齿轮电机13发出的力流以180度角传递给丝杠27。
在这种设计中齿轮电机13内的齿轮结构产生了例如1∶10的减速比，链驱动件14提供了额外的减速比例如1∶2，而在丝杠27和螺母28之间具有例如1∶5的减速比，从而总的机械减速比是1∶100。由于这种非常大的减速比，所以根据本发明可以获得直线致动元件1相当大的力。由于使用包括丝杠27和螺母28的丝杠驱动，所以可以同时实现推杆11平行于x轴线29的直线移动非常良好的定位精度，即特别高的定位和复位精度。另外，如果齿轮电机故障，直线致动元件1可以自锁，从而在这种情况下作用在推杆11上的力不会引起不受限制的再调整。
通过根据本发明的直线致动元件1，推杆11平行于x轴线29的绝对定位精度在50mm到100mm的行程路径情况下小于0.01mm。在这种结构中可以施加达到10000牛顿的机械定位力。对于丝杠27和螺母28的相应设计，可以达到每分钟1cm到10cm的行进速度。上述特征值在整个行进路径上都是安全可重复的，可达到近一百万次横向运动过程，从而根据本发明的直线致动元件1特别适于作为风洞模型或类似物的远程控制组件的最终控制元件。
附图标记列表
1直线致动元件
2壳体
3纵向导轨
4纵向导轨
5导向键
6导向键
7链张紧器
8后部
9安装件(直线致动元件的壳体)
10前部
11推杆
12叉头
13齿轮电机
14链驱动件
15链
16起始区域(推杆)
17末端区域(推杆)
18加宽部分
19限位开关
20限位开关
21螺杆
22螺杆
23限位开关安装件
24限位开关安装件
25控制凸轮
26电机安装件(齿轮电机)
27丝杠
28螺母
29x轴线
30螺帽
31前轴承结构
32卡环
33卡环
34槽
35槽
36法兰
37法兰
38法兰
39法兰
40轴承
41后轴承结构
42卡环
43卡环
44法兰
45法兰
46法兰
47法兰
48轴向滚珠轴承
49齿轮电机轴
50行进路径

Claims (10)

1.一种直线致动元件(1)，特别用于风洞模型的可调组件的远程控制，所述直线致动元件包括壳体(2)和用于驱动丝杠(27)的齿轮电机(13)，其中在所述丝杠(27)上布置有用于移动推杆(11)的螺母(28)，其特征在于，所述丝杠(27)通过链驱动件(14)连接到所述齿轮电机(13)，其中所述丝杠(27)和齿轮电机轴(49)布置成基本反向平行。
2.如权利要求1所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述齿轮电机(13)偏心地设置以张紧所述链驱动件(14)的链(15)。
3.如权利要求1或2所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述链驱动件(14)的链(15)通过至少一个链张紧器(7)张紧。
4.如权利要求1至3中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，有两个用于限制所述推杆(11)的行进路径(50)的限位开关(19、20)，其中所述限位开关(19、20)通过布置在所述推杆(11)区域内的控制凸轮(25)致动。
5.如权利要求1至4中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，各限位开关(19、20)分别布置在螺杆(21、22)上，从而所述螺杆(21、22)的转动可以使所述限位开关无级滑动以调整行进路径(50)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述壳体(2)包括至少一个纵向导轨(3、4)，其中至少一个设置在推杆(11)上的导向键(5、6)可滑动地容纳在所述纵向导轨中。
7.如权利要求1至6中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述丝杠(27)同轴地容纳在所述推杆(11)内。
8.如权利要求1至7中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述壳体(2)包括前轴承结构(31)和后轴承结构(41)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述推杆(11)和所述丝杠(27)在前轴承结构(31)区域中容纳在轴承(40)内，特别是直线轴承内。
10.如权利要求1至9中任一项所述的直线致动元件(1)，其特征在于，所述齿轮电机(13)通过控制和/或调节装置控制。
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