CN101983296B - 气缸装置 - Google Patents

Abstract

提供一种气缸装置，能够在减少旋转中心的偏摆，提高丝杠进给精度的同时，抑制切换转速时电动机输出发生变动，控制输送部进给速度，使其在高速域至低速域的较大范围内保持稳定。端部固定在内置制动器(6)和编码器(7)的外罩(8)上的中空轴电动机(1)，其中不仅贯穿着滚珠丝杠(2)，还连接着由行星齿轮减速机构成的减速机(3)，在中空轴电动机(1)和减速机(3)的两边相对而设的一对滚珠丝杠螺母(5和10)分别与丝杠(2)螺合，设置在减速机(3)输出齿轮(4)端部的垫片(11)连接着内齿轮(12)，内齿轮(12)与连接在滚珠丝杠螺母(5)上的外齿轮(13)啮合，减速机(3)的输出齿轮(4)通过花键与连接轴(9)啮合。

Description

气缸装置

技术领域

本发明涉及一种气缸装置，其通过电动机转动螺母（以下称丝杠螺母），直线驱动丝杠。特别涉及一种能够在减少旋转中心的偏摆，提高丝杠进给精度的同时，抑制切换转速时电动机输出发生变动，稳定控制丝杠进给速度的气缸装置。

背景技术

气缸装置是一种通过将丝杠与丝杠螺母的相对旋转运动转换为直线运动，直线驱动与丝杠或丝杠螺母相连的机构等的装置。根据驱动丝杠与丝杠螺母旋转的电动机种类，气缸装置可分为电动式、液压式和空压式三种。尤其电动式气缸装置，与液压式和空压式气缸装置相比，具有噪音小不漏油且便于操作等优点，广泛用于各种产业设备中。因此，一直以来，对电动式气缸装置的研究开发颇为盛行，已有多项相关发明与设计公开。

例如，专利文献1中阐述的是一种在注塑成型机等设备上使用的名为“电动气缸”的气缸装置。

专利文献1中所述气缸装置，其结构由平行于丝杠设置的电动机、将该电动机的旋转驱动力传递给丝杠的齿轮列、与丝杠螺合的螺母、限制螺母旋转的中空杆以及嵌有该中空杆使其可滑动的外缸构成。

依据上述结构，当电动机的旋转动作通过齿轮列传递给丝杠时，螺母和中空杆直线移动，使中空杆伸缩。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-86932号公报

发明概要

发明所要解决的技术问题

但在上述专利文献1所述气缸装置中，电动机的驱动轴与丝杠错位平行而设，由于电动机、齿轮、中空杆、外缸和丝杠不在一条直线上，因此难以提高中空杆的进给精度。另外，在该气缸装置中，设有套着丝杠的中空杆，中空杆上套有外缸等构成要素较多，所以结构较为复杂。除此之外，该汽缸装置针对距离旋转中心越远，丝杠的偏摆幅度越大这一问题，不仅在丝杠的旋转中心附近设置了通过键连接中空杆的外缸，还在丝杠的旋转中心附近设置了止旋键，因此存在丝杠的偏摆幅度较大，导致中空杆的进给精度较差的问题。而且，由于丝杠仅在一端固定，进给中空杆时，容易出现偏摆和颤振，存在无法提高进给精度的问题。此外，为延长中空杆的进给长度，必须延长整个气缸装置的长度，这导致部件数量增加，成本大幅提高。

通常根据气缸装置的用途，要求在高速域能够良好工作，在低速域具有稳定性。对此，上述专利文献1所述气缸装置中，通过一个电动机转动丝杠，例如当需要将丝杠的转速从1000转/分变为10转/分时，必须将电动机的转速从1000转/分切换为10转/分。但是，当电动机的转速变化幅度较大时，转矩值和电流值等输出性能会发生较大变动，可能导致电动机的运转状态不稳定。即，专利文献1所述气缸装置中，存在无法控制中空杆的进给速度在高速域至低速域的较大范围内保持稳定的技术问题。

发明内容

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的目的在于，解决上述以往技术存在的问题，提供一种能够在减少旋转中心偏摆，提高丝杠进给精度的同时，抑制切换转速时电动机输出发生变动，控制运送部的进给速度，使其在从高速域至低速域的较大范围内保持稳定的气缸装置。

为达到上述目的，本发明提供的技术解决方案是权利要求项1所述气缸装置，其特征在于：其结构中配有贯穿着丝杠的中空轴电动机、与该中空轴电动机的输出轴相连减速机、与丝杠螺合并与减速机相连，能够传递中空轴电动机旋转驱动力的第1丝杠螺母、与丝杠螺合并隔着中空轴电动机与第1丝杠螺母相对而置，能够传递中空轴电动机旋转驱动力的第2丝杠螺母、与减速机相连的内齿轮、与该内齿轮啮合并与第1丝杠螺母相连的外齿轮，丝杠以相对于中空轴电动机和减速机的中空部分可自由滑动的方式贯穿于该中空轴电动机和减速机，中空轴电机的旋转驱动力通过外齿轮和内齿轮传递给第1丝杠螺母。

这种结构的气缸装置通过第1丝杠螺母和第2丝杠螺母的连动旋转，将中空轴电动机的旋转运动转换为丝杠进给动作这一直线运动。另外，丝杠通过第1丝杠螺母和第2丝杠螺母在相隔规定距离的两处固定，因此具有使旋转中心不易出现偏摆，使进给动作和旋转动作能够保持稳定的作用。此外，第1丝杠螺母和第2丝杠螺母在整个内周面上固定丝杠，因此具有使磨损均匀分散的作用。

而且，具有通过内齿轮和外齿轮的啮合处产生的间隙，缓和内齿轮和外齿轮相对于丝杠的轴向偏移和轴向偏移的作用。

此外，由于丝杠以相对于中空轴电动机的中空部分可自由滑动的方式贯穿于该中空轴电动机，所以，与设有丝杠贯穿中实结构的电动机的传统气缸装置相比，不易受运转时电动机的振动等影响。

本发明权利要求项2所述发明，其特征在于：权利要求项1所述气缸装置中配有与丝杠的一端相连，能够传递旋转驱动力的电动机。

这种结构的气缸装置具有根据中空轴电动机及电动机的旋转方向和旋转速度，使丝杠和第1丝杠螺母及第2丝杠螺母相对旋转的作用。此时，例如：如果为避免第1丝杠螺母和第2丝杠螺母向丝杠的轴向移动而将其固定，则丝杠会与电动机一起，向该轴向前进或后退。相反，如果为避免丝杠向轴向移动而将其固定，则第1丝杠螺母和第2丝杠螺母会随着上述电动机的旋转，向丝杠的轴向前进或后退。

发明的效果

依据本发明的权利要求项1所述气缸装置，其装置结构简单，因此可节省设置空间。另外，固定丝杠的丝杠螺母内周面不易产生偏向磨损，因此可延长装置的使用寿命。除此之外，由于丝杠的旋转中心不易出现偏摆，能够保持进给动作和旋转动作稳定。因此，可提高丝杠的进给精度。另外，可通过改变丝杠的长度，轻而易举地改变丝杠的进给长度。再者，当需要变更丝杠的直径时，只需改变第1丝杠螺母和第2丝杠螺母的直径即可。即，当需要改变丝杠进给长度和直径时，无需像传统的气缸装置那样，改变丝杠、外缸、外壳等装置整体的尺寸。因此，可通过将装置主体进行模块化等，提高量产性。并且，不易受运转时电动机的振动等影响，丝杠的定位精度较高。

依据本发明的权利要求项2所述气缸装置，其可通过调节连接在丝杠一端的电动机和中空轴电动机的转速，控制第1丝杠螺母和第2丝杠螺母或丝杠的进给速度，使其在高速域至低速域的较大范围内保持稳定。另外，能够将上述两个电动机的输出性能的变动幅度控制在最小范围内。

附图说明

【图1】涉及本发明第一种实施方式的气缸装置实施例1的截面图。

【图2】图1中A处截面的局部放大图。

【图3】图1的B处截面中托架与连接轴啮合处的局部放大图。

【图4】涉及本发明第一种实施方式的气缸装置实施例2的截面图。

【图5】涉及本发明第二种实施方式的气缸装置截面图。

【图6】涉及本发明第二种实施方式的气缸装置实施例1的截面图。

【图7】涉及本发明第二种实施方式的气缸装置实施例2的截面图。

符号说明

1、中空轴电动机

2、滚珠丝杠（滚珠丝杆）

2a、滚珠

3、减速机

4、托架

5、滚珠丝杠螺母

6、制动器

6a、转盘

7、编码器

8、外罩

9、连接轴

10、滚珠丝杠螺母

11、垫片

12、内齿轮

13、外齿轮

14a、间隙

14b、间隙

14c、间隙

15、基座

16、滑动导轨

17、电动机

18、联轴器

19、滑板

20、支柱

21、支臂

22a、轴承

22b、轴承

23、工件

24、滑座

25、导轴

26、支柱

本发明的实施方式

（第一实施方式）

以下，通过图1至图4，对涉及本发明第一实施方式的气缸装置进行详细说明。

图1为涉及本发明第一实施方式的气缸装置实施例1的截面图。图2为图1中A处截面的局部放大图。图3为图1的B处截面中托架4与连接轴9啮合处的局部放大图。另外，图4为涉及第一种实施方式的气缸装置实施例2的截面图。图1和图4所示的是包括滚珠丝杠2的旋转中心点在内的截面状态。图2和图3所示的是通过滚珠丝杠2的旋转中心点正交平面的截面状态。另外，图1至图4中，除制动器6、编码器7以及滚珠丝杠螺母5、10之外，均省略了表示截面的剖面线图示。而且，在以下说明中，为方便起见，将滚珠丝杠2的轴向（图中箭头×1所示的方向）称为前后方向。

如图1所示，实施例1的气缸装置中，贯穿着滚珠丝杠（滚珠丝杆）2的中空轴电动机1上连有行星齿轮减速机（以下简称减速机3），中空轴电动机1和减速机3的两边相对而设的滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10分别与滚珠丝杠2螺合。而且，设置在减速机3输出齿轮（托架4）端部的垫片11上连有内齿轮12，内齿轮12与连接在滚珠丝杠螺母5上的外齿轮13相啮合。此时，图2所示的内齿轮12和外齿轮13的啮合处产生的间隙14b，将起到内齿轮12与外齿轮13相对于滚珠丝杠2的轴向偏移和周向偏移的缓冲作用。

中空轴电动机1内置在外罩8内，未连接减速机3的一侧中空轴电动机1的端部固定在外罩8上。另外，制动器6和编码器7也内置在外罩8内，制动器6的转盘6a通过连接轴9与滚珠丝杠螺母10相连。另外，减速机3的输出齿轮（托架4）通过花键与连接轴9相啮合。另外，托架4和连接轴9的啮合处产生的间隙14c（参照图3）将起到托架4和连接轴9相对于滚珠丝杠2的轴向偏移和周向偏移的缓冲作用。

滚珠丝杠螺母5在安装外齿轮13后，以垫片11的端面与外齿轮13的平面部接触的状态安装在滚珠丝杠2上。而且，通过微调滚珠丝杠螺母5相对于滚珠丝杠2的位置，使垫片11的端面和外齿轮13的平面部之间产生指定的间隙14a，最后将内齿轮12设置在与外齿轮13相啮合的位置。另外，对准滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10相对于滚珠丝杠2的位置时，间隙14a将起到滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10相对于滚珠丝杠2的轴向偏移的缓冲作用。

这种结构的气缸装置中，当转动中空轴电动机1时，减速机3会随之旋转，与此同时，通过内齿轮12和外齿轮13与减速机3相连的滚珠丝杠螺母5也会随之旋转。而且，通过连接轴9与减速机3相连的滚珠丝杠螺母10会与滚珠丝杠螺母5连动旋转。另外，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10与滚珠丝杠2之间的滚珠2a滚动，中空轴电动机1的旋转运动如箭头×1所示转换为滚珠丝杠2的进给动作这一直线运动。另外，滚珠丝杠2通过滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10在相隔规定距离的两处固定，因此旋转中心不易出现偏摆。除此之外，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10将滚珠丝杠2固定在整个内周面上，因此具有使磨损均匀分散的作用。

综上所述，本实施例的气缸装置，其结构采用中空轴电动机1与减速机3的组合方式，可以根据使用目的调整进给滚珠丝杠2的恰当驱动力、速度或进给精度。因此，可提高装置的工作效率。另外，各构成要素平行于滚珠丝杠2排列，可提高装置的组装精度。另外，装置的结构简单，可节省设置空间。另外，滚珠丝杠2的旋转中心不易出现偏摆，可使进给动作和旋转动作保持稳定。因此，可提高滚珠丝杠2的进给精度。另外，托架4、连接轴9、内齿轮12和外齿轮13啮合部可缓解组装误差、部件固有的加工误差或因热变形等引起的机械误差，提高装置的组装精度。除此之外，本气缸装置中，滚珠丝杠2贯穿于中空轴电动机1和减速机3的中空部分，可自由滑动。与设有丝杠贯穿中实结构的电动机和减速机的传统气缸装置相比，不易受运转时电动机和减速机的振动等影响，滚珠丝杠2的定位精度较高。

另外，固定滚珠丝杠2的滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10的内周面内不易产生偏向磨损，因此可延长装置的寿命。另外，需要改变滚珠丝杠2的进给长度时，只需改变滚珠丝杠2的长度即可。另外，需要变更滚珠丝杠2的直径时，只需改变滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10的直径即可。即：需要改变滚珠丝杠2的进给长度或直径时，无需像传统的气缸装置那样，改变丝杠、外缸、外壳等整体装置的尺寸。因此，可通过将装置主体进行模块化等，提高量产性。

实施例2的气缸装置，其特征在于：在图4所示实施例1的气缸装置中，调换中空轴电动机1和减速机3的配置，并将滚珠丝杠螺母10连接在减速机3的输出齿轮（托架4）上。而且，将托架4和连接轴9通过花键啮合，以实现滚珠丝杠螺母10和滚珠丝杠螺母5的连动，通过将滚珠丝杠螺母5和连接轴9与内齿轮12和外齿轮13啮合连接，实现减速机3和滚珠丝杠螺母5的连接。

这种结构的气缸装置中，随着中空轴电动机1的旋转运动，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10会连动旋转。其结果，滚珠丝杠2会如箭头×1所示移动。

（第二种实施方式）

以下，通过图5至图7，对涉及本发明第二种实施方式的气缸装置进行详细说明。

图5为涉及本发明第二实施方式的气缸装置截面图。图6和图7分别为涉及本发明第二种实施方式的气缸装置实施例1的截面图和实施例2的截面图。另外，图5至图7所示的是包括滚珠丝杠2的旋转中心点在内的截面状态。另外，对于图1至图4所示的构成要素，会标注相同符号后略去说明。

第一种实施方式实施例1的气缸装置（参照图1）中，也可在滚珠丝杠2的一端设置除中空轴电动机1以外的另一个电动机，通过两个电动机转动滚珠丝杠2。此时，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10与滚珠丝杠2会根据两个电动机的旋转方向和旋转速度以相应的速度作相对旋转。而且，为避免外罩8向前后方向移动，如果在将其固定的状态下旋转滚珠丝杠2，则滚珠丝杠2会如图5箭头×1所示向前后方向移动。另外，为避免滚珠丝杠2作前后移动而将其固定时，随着滚珠丝杠2的旋转，外罩8也会如图5箭头×2所示向前后方向移动。

以下，分别通过图6和图7，对固定外罩8（实施例1）和固定滚珠丝杠2（实施例2）这两种情况进行说明。

如图6所示，实施例1的气缸装置中，基座15上铺设着滑动导轨16，电动机17通过联轴器18连接在滚珠丝杠2的一端，同时通过滑板19设置在滑动导轨16上并可滑动。另外，内置中空轴电动机1（无图示）的外罩8通过一对支柱20和20固定在基座15上。连接滚珠丝杠2的联轴器18的一侧端部通过纵向设在滑板19上的支臂21上所设轴承22a支撑。而且，滚珠丝杠2的另一端通过轴承22b连接着上面载有工件23的滑座24。另外，滑座24可沿导轴25如箭头×1所示移动。

这种结构的气缸装置中，当转动中空轴电动机1和电动机17时，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10连动旋转，与此同时，滚珠丝杠2也随之旋转。而且，连接在滚珠丝杠2一端的滑座24沿导轴25如箭头×1所示移动；连接在滚珠丝杠2另一端的电动机17随着滚珠丝杠2的移动，沿滑动导轨16与导板19一起在基座15上滑动。因此，本实施例的气缸装置可将电动机17和滑座24之间的间隔拉长。

另外，即使仅转动中空轴电动机1和电动机17中的一个电动机，滚珠丝杠2也会移动。特别是在使中空轴电动机1和电动机17以不同的转速相互作逆向旋转时，滚珠丝杠2及其相连的滑座24将根据两者的转速差以相应的速度作前后移动。因此，可通过调节中空轴电动机1和电动机17的转速，以期望的速度进给滑座24。而且，在所述专利文献1中阐述的是现有的气缸装置，以滚珠丝杠2的转速，例如：从1000转/分切换到1转/分是不可能的。对此，在本实施例的气缸装置中，例如：中空轴电动机1及电动机17以1000转/分及1001转/分的速度相互作逆向旋转时，滚珠丝杠2以1转/分的速度旋转。即，能够通过调节中空轴电动机1和电动机17的转速，向可控制滑座24输送所期望得速度。因此，本实施例的气缸装置，可控制滑座24的进给速度，使其在高速域至低速域的较大范围内保持稳定。而且，此时，无需较大改变中空轴电动机1和电动机17的转速，因此其输出性能不易出现变动。

如图7所示，实施例2的气缸装置，其特征在于，与涉及本实施方式的实施例1所述气缸装置相比，固定在基座15上的电动机17通过联轴器18连接在滚珠丝杠2的一端上，上面载有工件23的滑座24固定在内置中空轴电动机1（图中未表示）的外罩8上。而且，滚珠丝杠2的两端通过立设在基座15上的一对支柱26和26上分别所设轴承22a和22b支撑。滑座24可沿着两端由支柱26和26支撑的导轴25如箭头×2所示滑动。

这种结构的气缸装置中，随着中空轴电动机1和电动机17旋转，滚珠丝杠螺母5和滚珠丝杠螺母10会连动旋转。与此同时，滚珠丝杠2也会随之旋转，固定在外罩8上的滑座24会沿导轴25如箭头×2所示滑动。即，本实施例的气缸装置中，滚珠丝杠2的两端是由轴承22a和22b支撑，因此，中空轴电动机1和电动机17工作时，滚珠丝杠2的旋转中心不易出现偏摆。因此，可提高滑座24的进给精度。

另外，中空轴电动机1和电动机17分别以不同的转速相互作逆向旋转时，滑座24将按照两者的转速差相应的速度移动。即，本实施例的气缸装置也如实施例2一般，可通过调节中空轴电动机1和电动机17的转速，变更滑座24的进给速度。因此，可控制滑座24的进给速度，使其在高速域至低速域的较大范围内保持稳定。另外，如实施例2一般，将中空轴电动机1和电动机17的输出性能的变动幅度控制在最小范围内。

另外，本申请发明的气缸装置并不限于第一种和第二种实施方式的各实施例，可作适度调整。即，减速机3除使用行星齿轮减速机外，也可采用例如平行轴齿轮减速机或垂直轴齿轮减速机等各种差动减速机。另外，可在减速机3和滚珠丝杠螺母5之间设置除内齿轮12和外齿轮13以外的齿轮，通过该齿轮，将中空轴电动机1的旋转驱动力传递给滚珠丝杠螺母5。另外，也可采用除使用花键以外的其它方法啮合使托架4和连接轴9。除此之外，滚珠丝杠2也可采用梯形丝杠或方形丝杠等。而且，如测量仪器等XY工作台的驱动装置等，要求较高的进给精度时，可使用滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母；如货物的输送装置等，不要求较高的进给精度时，可不使用滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母，而仅以丝杠和丝杠螺母代替。另外，在上述的各实施例中，对于将滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母分别以丝杠和丝杠螺母代替使用时，也同样可以发挥上述作用和效果。另外，也可以不采用在滑座24上加载工件23，而是将滑座24与其它设备的可动件相连接，将本气缸装置作为该设备的驱动装置。

实用性

权利要求项1至权利要求项2所述发明，可适用于注塑成型机和压铸机或物品的搬送装置及XY工作台的驱动装置等。

Claims (2)

1.一种气缸装置，其特征在于：具有贯穿着丝杠（2）的中空轴电机（1）、与该中空轴电机（1）的输出轴连接的减速机（3）、与所述丝杠（2）螺合并与所述减速机（3）相连，能够传递所述中空轴电机（1）的旋转驱动力的第1丝杠螺母（5）、与所述丝杠（2）螺合并隔着所述中空轴电机（1）与所述第1丝杠螺母（5）相对而置，能够传递所述中空轴电机（1）的旋转驱动力的第2丝杠螺母（10）、与所述减速机（3）相连的内齿轮（12）、与该内齿轮（12）啮合并与所述第1丝杠螺母（5）相连的外齿轮（13），所述丝杠（2）以相对于所述中空轴电机（1）和所述减速机（3）的中空部分可自由滑动的方式贯穿于所述中空轴电机（1）和所述减速机（3），所述中空轴电机（1）的旋转驱动力通过所述外齿轮（13）和内齿轮（12）传递给所述第1丝杠螺母（5）。

2.权利要求项1所述气缸装置，其特征在于：结构中配有与所述丝杠（2）的一端相连的电机（17），能够传递旋转驱动力。