CN102287429A - 一种双层套叠伸缩导轨系统 - Google Patents

Abstract

一种双层套叠伸缩导轨系统，包括内部支撑管系统、外部套垫管、工作套管、导轨伸缩驱动丝杠、齿条、驱动电机等，导轨系统伸长后在各段节外表面形成一条梯级交错首尾少量重叠齿顶在同一平面内的连续齿条轨道，工作套管的齿轮与齿条轨道啮合后，能够沿外部套垫管动态铺设的导轨作连续的往复直线运动。通过内部支撑管和外部套垫管的巧妙设计和协同动作，提供了一条能够伸缩的导轨系统，解决了伸缩结构固有的越来越细、轨道平面越来越低的问题，以及承载管道缩回后齿条如何缩回和布局的难题。该导轨系统能够大范围的伸展和收缩，并且驱动简单，数据精准，非常适合用于空间受限的环境、经常搬运的场所、自动化控制作业的需求。

Description

一种双层套叠伸缩导轨系统

技术领域

本发明涉及一种双层套叠伸缩导轨系统，内部支撑管伸开以后形成导轨系统的支撑体，外部套垫管伸长后在各段节外表面形成一条连续的齿顶在同一平面内的齿条轨道，工作单元的齿轮与齿条轨道相啮合，沿外部套垫管动态铺设的导轨作往复直线运动。

背景技术

在数控设备中，要实现某个方向上的直线运动，比如沿x轴、y轴、z轴的直线运动，就需要在该方向上有一条导轨，来承载工作单元在其上来回往复直线运动。但在空间受限的环境中，如果需要这条导轨用到的时侯展开，不用的时侯能够缩回，以减少占用空间，便于搬运转移或实现空间交汇，因为这种需求不仅涉及到导轨支撑体本身的伸缩，还涉及到导轨轨道和齿条轨道的伸缩，技术复杂，实现困难，市场上、资料上、媒体上都还没有见到或听到这样的技术和产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层套叠伸缩导轨系统，这种导轨系统能够以伸缩的方式，提供让工作单元做往复直线运动的导轨轨道，并且工作伸缩范围大，方便承载和搬运，能够快速响应和精确控制。为了达到这种目标，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双层套叠伸缩导轨系统，由内部支撑管系统1、外部套垫管2、工作套管3、导轨伸缩驱动丝杠4、齿条5、丝杠转动驱动轮6、丝杠转动驱动电机7、工作套管驱动齿轮8、齿轮固定架9、工作套管驱动电机10组成；其中内部支撑管系统1包括固定支撑管1-1、标准支撑管1-2、末节支撑管1-3、限位装置1-4、轴承装置1-5、螺帽1-6，标准支撑管1-2可为一节或多节；外部套垫管2根据标准支撑管1-2的节数采用一节或多节；上述各部分的结构关系为：固定支撑管1-1固定安装在载体上，每一节标准支撑管1-2和末节支撑管1-3能够在其上一节支撑管内腔之中伸出或缩回；固定支撑管1-1起始端固定有轴承装置1-5，标准支撑管1-2、末节支撑管1-3起始端固定安装限位装置1-4，限位装置1-4中安装有螺帽1-6；固定支撑管1-1外部固定有齿条5，末节支撑管1-3同一侧外表面也固定有齿条5；每一节标准支撑管1-2外部安装一节外部套垫管，末节支撑管1-3外部安装一节外部套垫管；外部套垫管2与其所在的标准支撑管1-2的上一节支撑管内径和外径相等，能在所在的标准支撑管1-2外部滑动；每一节外部套垫管能在其上一节外部套垫管内腔之中伸出或缩回；每节外部套垫管2末端外部有同步块11；外部套垫管2与固定支撑管1-1同一侧外表面都固定有齿条5；固定支撑管1-1与第一节外部套垫管的齿条5正对相连；所有外部套垫管2及末节支撑管1-3表面上的齿条5相互平行位置依次错开排列；末节支撑管1-3的长度较长，其完全缩回时，露出最后一节标准支撑管内腔的长度，既能够固定安装齿条，又能够承载缩回后的各节外部套垫管2；各段节齿条的厚度不同，粗细不同的支撑管和外部套垫管上的齿条5的齿顶正好在同一平面内；外部套垫管2固定齿条5的表面平行于长度方向通身开口，开口宽度能够容纳其后各节外部套垫管和末节支撑管1-3的齿条5能够并列进入其中；工作套管3能够在固定支撑管1-1和第一节外部套垫管2外部滑动，工作套管3表面平行于长度方向通身开口，开口宽度可容纳工作套管3经过的所有并列排列的齿条5；工作套管驱动齿轮8通过齿轮固定架9安装在工作套管3末端，工作套管驱动齿轮8为超宽齿轮，齿轮宽度使之能够与并列排列的所有齿条相啮合；工作套管驱动齿轮8与齿条5相啮合后，能够带动工作套管3沿外部套垫管2动态铺设的导轨运行；

本发明的工作原理为：内部支撑管系统1在导轨伸缩驱动丝杠4的作用下，能够逐节伸出而变长，或者逐节缩回而变短，外部套垫管2与具有相同外径的标准支撑管1-2一同伸出或缩回；内部支撑管系统1伸到最长时，每一节外部套垫管正好从其上一节外部套垫管中伸出到位，各节外部套垫管2和末节支撑管1-3表面的齿条5正好依次排列形成一条梯级交错首尾少量重叠齿顶在同一平面内的连续齿条轨道；内部支撑管系统1缩到最短时，每一节外部套垫管缩回其上一端外部套垫管内腔之中，其齿条5进入上一节外部套垫管表面开口中，且所有齿条5并列进入到第一节外部套垫管2表面的开口中；工作套管驱动电机10带动工作套管驱动齿轮8能够沿上述连续齿条轨道运动，从而带动工作套管3沿导轨系统直线运动；工作套管3从固定支撑管1-1处开始运行，从起始端套入每一节外部套垫管2，并在同步块11作用下，带动该节外部套垫管2一起前进，多节外部套垫管2逐节套叠在一起，弥补逐节变细的支撑管，始终为工作套管3提供一个平直的导轨；工作套管3运行到导轨系统末端时，所有外部套垫管2都被同步带到导轨系统末端套叠在一起；工作套管3返回时，各节外部套垫管2被相同外径的支撑管拦截，逐节留下而伸出，工作套管3最终独自回到固定支撑管1-1位置；工作套管驱动电机10带动工作套管驱动齿轮8沿齿条轨道往复运行，带动工作套管3往复直线运动。

导轨伸缩驱动丝杠4包括无丝部分4-1和有丝部分4-2，无丝部分4-1直径小于等于有丝部分4-2丝底直径，无丝部分4-1端部安装在轴承装置1-5中，有丝部分4-2伸入支撑管内腔之中，各个螺帽1-6在需要时能够依次与有丝部分4-2啮合构成传动装置；导轨伸缩驱动丝杠4下端安装丝杠转动驱动轮6，在丝杠转动驱动电机7带动下，导轨伸缩驱动丝杠4能够在轴承装置1-5内转动。

内部支撑管系统1的工作原理为：内部支撑管系统1处于最短状态时，末节支撑管1-3的螺帽1-6与导轨伸缩驱动丝杠4的有丝部分4-2相啮合，各个标准支撑管的螺帽1-6处于导轨伸缩驱动丝杠4的无丝部分4-1；导轨系统由最短伸出变长时，导轨伸缩驱动丝杠4首先驱动末节支撑管1-3伸出，末节支撑管1-3伸出到位时，其内部的限位装置1-4生效，将其与相邻的标准支撑管连为一体；导轨伸缩驱动丝杠4继续转动，末节支撑管1-3会带动该标准支撑管一起伸出，并将其螺帽1-6带入到导轨伸缩驱动丝杠4的有丝部分4-2；导轨伸缩驱动丝杠4继续转动时，该标准支撑管被驱动伸出，末节支撑管1-3的螺帽1-6会逐步脱离导轨伸缩驱动丝杠4；同理，该标准支撑管会带动其上一节标准支撑管伸出，直到与固定支撑管1-1相邻的第一节标准支撑管1-2伸出到位，内部支撑管系统1到达最长状态，此时第一节标准支撑管1-2的螺帽1-6与导轨伸缩驱动丝杠4的有丝部分4-2相啮合，其他各节标准支撑管和末节支撑管1-3的螺帽1-6都脱离了导轨伸缩驱动丝杠4；内部支撑管系统1缩回的过程与上述过程相反，导轨伸缩驱动丝杠4反向转动，第一节标准支撑管1-2的限位装置1-4首先解除限位并开始缩回，缩回过程中将其下一节标准支撑管的螺帽1-6带入导轨伸缩驱动丝杠4；第一节标准支撑管1-2缩回到位时，其下一节标准支撑管的限位装置1-4解除限位，并开始在导轨伸缩驱动丝杠4驱动下缩回；一直到末节支撑管1-3的螺帽1-6被其上一节标准支撑管带入导轨伸缩驱动丝杠4，上一节标准支撑管缩入到位时，末节支撑管1-3的限位装置1-4解除并开始缩回，末节支撑管1-3缩回到位时，内部支撑管系统1缩回到最短状态。

每一节标准支撑管1-2和末节支撑管1-3的内壁起始端附近，有滚子通过孔1-7，其直径刚好让滚子1-4-5通过；固定支撑管1-1和每一节标准支撑管1-2的内壁末端附近有滚子限位窝1-8，滚子限位窝1-8能够与滚子1-4-5外圆面完好吻合。

限位装置1-4包括内滑芯1-4-1、上固定板1-4-2、下固定板1-4-3、弹簧1-4-4、滚子1-4-5、滚子起始窝1-4-6、滚子轨道1-4-7、弹簧仓1-4-8、丝杠通过孔1-4-9；上固定板1-4-2和下固定板1-4-3安装在标准支撑管1-2和末节支撑管1-3的起始端内部，下固定板1-4-3与起始端平齐；内滑芯1-4-1处于上固定板1-4-2和下固定板1-4-3之间，能够上下滑动；弹簧1-4-4安装在弹簧仓1-4-8中，其弹力使内滑芯1-4-1有向上固定板1-4-2运动的趋势；滚子起始窝1-4-6和滚子轨道1-4-7设计在内滑芯1-4-1的各个侧面，滚子轨道1-4-7与滚子起始窝1-4-6深度相同，其表面为球面的一部分，能够与滚子1-4-5外圆面完好吻合。

限位装置1-4的工作原理为：限位解除时或限位未生效时，滚子1-4-5处于滚子通过孔1-7中，被紧紧的限制在其所在支撑管的限位装置1-4的滚子起始窝1-4-6和上-节支撑管内壁之间，当导轨伸缩驱动丝杠4转动时驱动螺帽1-6移动，会带动该节支撑管在上一节支撑管内腔之中滑动伸出，当滚子1-4-5遇到上一节支撑管内壁的滚子限位窝1-8时，滚子1-4-5会进入滚子限位窝1-8中，内滑芯1-4-1就会被弹簧1-4-4弹起，将滚子1-4-5紧紧的压在内滑芯1-4-1外壁和上一节支撑管的滚子限位窝1-8之间，从而把该节支撑管与其上一节支撑管连为相对位置不变的一体，此时为限位装置1-4生效状态；相反的，当导轨伸缩驱动丝杠4向相反方向转动，会拉动螺帽1-6带动内滑芯1-4-1向下固定板1-4-3运动，当滚子1-4-5进入到滚子起始窝1-4-6时，该节支撑管和上一节的支撑管限位解除。

本发明的有益效果是：内部支撑管系统的伸缩设计为导轨系统的整体伸缩提供了一个基本支撑体；外部套垫管的设计，相当于把原来逐渐变细的导轨轨道垫起，形成了一条粗细不变的导轨；而齿条不同厚度的设计，使逐渐变低的齿条轨道变成同一平面内的轨道；齿条位置逐节错开的设计，使齿条随载体的伸缩成为可能；驱动齿轮的超宽设计，完美解决了工作单元平稳跨越梯级交错首尾连接的齿条轨道的问题，使工作单元得以实现在导轨上的直线运动。通过内部支撑管和外部套垫管的巧妙设计和协同动作，提供了一条可以伸缩的导轨系统，解决了伸缩结构固有的越来越细，齿顶平面越来越低的问题，以及承载管道缩回后齿条如何缩回和布局的难题。该导轨系统能够大范围的伸展和收缩，并且驱动简单，数据精准，非常适合用于空间受限的环境、经常搬运的场所、自动化控制作业的需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图，也可作为摘要附图。

图2为本发明的整体结构正视图，此时导轨缩到最短，负荷滑动套管在导轨下部。

图3为本发明缩回最短时内部支撑管系统的正视图。

图4为本发明缩回最短时内部支撑管系统的原理结构图，是图3的正剖视图。

图5为本发明伸到最长时内部支撑管系统的原理结构图。

图6为本发明整体伸展到最长时正视图，此时工作套管处于导轨底部。

图7为本发明工作套管由第一节外部套垫管向第二节外部套垫管运行时的状态图。

图8为本发明工作套管运行到第二节外部套垫管位置时状态图。

图9为本发明工作套管运行到导轨顶部位置时状态图。

图10为外部套垫管组成图

图11为导轨伸缩驱动丝杠结构示意图

图12为限位装置原理结构图。

图13为限位装置未生效或限位解除状态示意图。

图14为限位装置生效状态示意图。

其中：

1、内部支撑管系统

    1-1、固定支撑管

    1-2、标准支撑管

    1-3、末节支撑管

    1-4、限位装置

    1-4-1、内滑芯

    1-4-2、上固定板

    1-4-3、下固定板

    1-4-4、弹簧

    1-4-5、滚子

    1-4-6、滚子起始窝

    1-4-7、滚子轨道

    1-4-8、弹簧仓

    1-4-9、丝杠通过孔

    1-5、轴承装置

    1-6、螺帽

    1-7、滚子通过孔

    1-8、滚子限位窝

2、外部套垫管

3、工作套管

4、导轨伸缩驱动丝杠

    4-1、无丝部分

    4-2、有丝部分

5、齿条

6、丝杠转动驱动轮

7、丝杠转动驱动电机

8、工作套管驱动齿轮

9、齿轮固定架

10、工作套管驱动电机

11、同步块

具体实施方式

实施例1

结合图1到图14，以双层套叠伸缩导轨系统的内部支撑管系统1设计为三节的情况为例，来说明本发明的具体实施方式。三节内部支撑管分别是：固定支撑管1-1、标准支撑管1-2和末节支撑管1-3，相应的需要两节外部套垫管2，分别是安装在标准支撑管1-2外部的第一节外部套垫管2-1和安装在末节支撑管1-3外部的第二节外部套垫管2-2。

固定支撑管1-1、标准支撑管1-2、末节支撑管1-3、第一节外部套垫管2-1、第二节外部套垫管2-2和工作套管3都采用厚壁钢管制造；固定支撑管1-1用法兰固定在承载平台上，标准支撑管1-2能够在固定支撑管1-1内腔之中滑动；末节支撑管1-3能够在标准支撑管1-2内腔之中滑动；固定支撑管1-1的起始端部安装轴承装置1-5，导轨伸缩驱动丝杠4固定到轴承装置1-5之中；导轨伸缩驱动丝杠4下端安装丝杠转动驱动轮6，在丝杠转动驱动电机7带动下，导轨伸缩驱动丝杠4能够在轴承装置1-5内转动；标准支撑管1-2和末节支撑管1-3起始端内部安装限位装置1-4，限位装置1-4的内滑芯1-4-1内部安装螺帽1-6，螺帽1-6能够与导轨伸缩驱动丝杠4构成传动装置，导轨伸缩驱动丝杠4转动带动螺帽1-6在丝杠上运行，从而带动螺帽1-6所在的支撑管向上或向下运行。

如图1和图2所示，第一节外部套垫管2-1安装在固定支撑管1-1上部，套装在标准支撑管1-2外部；第二节外部套垫管2-2安装在标准支撑管1-2上部，套装在末节支撑管1-3外部；固定支撑管1-1、末节支撑管1-3、第一节外部套垫管2-1和第二节外部套垫管2-2同一侧表面固定有不同厚度的齿条5，齿条5的齿顶在同一平面内。第一节外部套垫管2-1表面有三倍齿条宽度的开口，第二节外部套垫管2-2表面有两倍齿条宽度的开口，这些开口使导轨缩回时上面各节的齿条能够缩回其中，当伸缩导轨缩回至最短时，各条齿条5互相相邻而不冲突。

工作套管3套装在固定支撑管1-1外部，齿轮固定架9安装在工作套管3上端，工作套管驱动齿轮8通过齿轮固定架9刚好和齿条5啮合，工作套管驱动齿轮8为超宽齿轮，其宽度使其能够同时啮合多个齿条。在工作套管驱动电机10带动下，工作套管驱动齿轮8能够带动工作套管3沿齿条5上下运行。

导轨系统的初始状态即导轨缩回最短的外观情况如图1和图2所示，此时内部支撑套管的状态如图3所示：标准支撑管1-2和末节支撑管1-3都已经缩到最大程度，标准支撑管1-2基本完全缩回固定支撑管1-1中，而末节支撑管1-3仍有一段较长的长度露在外面，这样设计使末节支撑管1-3上部成为承载外部第二节外部套垫管2-2的滑动支撑体；第二节外部套垫管2-2下端与标准支撑管1-2上端相连，又形成了第一节外部套垫管2-1的滑动支撑体；第一节外部套垫管2-1下端与固定支撑管1-1相连，为工作套管3提供滑动支撑。

导轨系统缩至最短时支撑管的内部结构如图4所示，此时末节支撑管1-3的螺帽1-6与导轨伸缩驱动丝杠4的有丝部分4-2相啮合，而标准支撑管1-2的螺帽1-6在导轨伸缩驱动丝杠4的无丝部分4-1。当导轨系统需要伸长时，导轨伸缩驱动丝杠4在丝杠转动驱动电机7带动下转动，会首先带动末节支撑管1-3伸出；末节支撑管1-3在标准支撑管1-2内腔之中滑动时，其限位装置1-4处于未生效状态。图12是限位装置1-4的结构原理图，图13是限位装置1-4未生效时的状态图：在弹簧1-4-4作用下，内滑芯1-4-1有向上运动的趋势，滚子1-4-5在末节支撑管1-3的滚子通过孔1-7内，被紧紧的限制在滚子起始窝1-4-6、滚子轨道1-4-7和标准支撑管1-2的内壁之间；当滚子1-4-5遇到标准支撑管1-2内壁上的滚子限位窝1-8时，在弹簧1-4-4压力作用下，滚子1-4-5会进入滚子限位窝1-8，内滑芯1-4-1向上运动，到达上固定板1-4-2后停止，滚子1-4-5在滚子通过孔1-7内被紧紧的限制在内滑芯1-4-1和标准支撑管1-2的滚子限位窝1-8内，滚子1-4-5就把末节支撑管1-3和标准支撑管1-2连接在一起，此即为限位装置1-4生效状态，限位装置1-4生效后的状态如图14所示。导轨伸缩驱动丝杠4继续转动时，末节支撑管1-3带动标准支撑管1-2一起向上运行，把标准支撑管1-2的螺帽1-6旋入导轨伸缩驱动丝杠4的有丝部分4-2并啮合。导轨伸缩驱动丝杠4继续转动时，标准支撑管1-2和末节支撑管1-3一起伸出，末节支撑管1-3的螺帽1-6逐步脱离导轨伸缩驱动丝杠4。标准支撑管1-2在固定支撑管1-1的内腔之中运行，当标准支撑管1-2的滚子1-4-5遇到固定支撑管1-1内壁上的滚子限位窝1-8时，同上所述，限位装置1-4生效，将标准支撑管1-2和固定支撑管1-1连接固定在一起，支撑管伸展到了最长长度，此时支撑管的内部结构如图5所示，此时标准支撑管1-2的螺帽1-6与导轨伸缩驱动丝杠4啮合，而末节支撑管1-3的螺帽1-6已经脱离导轨伸缩驱动丝杠4。在支撑管向上运行过程中，末节支撑管1-3会带动第二节外部套垫管2-2向上运动；标准支撑管1-2会带动第一节外部套垫管4向上运动，当伸展到最长时，如图6所示，各条齿条5首尾相连，齿条5厚度设计使其齿顶在同一平面内，这样就形成了一条稳固的连续的齿条轨道。

工作套管3沿齿条轨道向上运行的过程如图6、图7、图8、图9所示。图6中，工作套管3在导轨系统下部，此时工作套管驱动齿轮8与固定支撑管1-1的齿条5相啮合。在工作套管驱动电机10带动下，工作套管驱动齿轮8带动工作套管3沿齿条5向上运行；由于第一节外部套垫管2-1下端与固定支撑管1-1的上端相连，且齿条5之间接续，所以工作套管3能够一直爬升到第一节外部套垫管2-1的齿条5上并继续上向运行。

当工作套管3运行到第一节外部套垫管2-1上端时，如图7所示，由于第二节外部套垫管2-2的齿条5与第一节外部套垫管2-1的齿条5有少许长度是重合的，而且工作套管驱动齿轮8在工作套管3的上端，因此工作套管驱动齿轮8会同时和两条齿条5相啮合，带动工作套管3继续向上运行，并且到达第二节外部套垫管2-2的齿条5上。工作套管3再向上运行时，第一节外部套垫管2-1的同步块11起到阻绊作用，工作套管3带动第一节外部套垫管2-1一起向上运行，图8所示即为工作套管3带动第一节外部套垫管2-1运行到第二节外部套垫管2-2位置时的状态示意图。

工作套管3继续向上运行，到达第二节外部套垫管2-2顶端时，工作套管驱动齿轮8会同时和第二节外部套垫管2-2的齿条5及末节支撑管1-3的齿条5相啮合；工作套管3继续向上运行，到达末节支撑管1-3的齿条5上。此时第二节外部套垫管2-2的同步块11起到阻绊作用，第一节外部套垫管2-1拖着第二节外部套垫管2-2跟随工作套管3一起向上运行，图9所示即为工作套管3运行到末节支撑管1-3时的状态示意图。工作套管3能够一直运行到末节支撑管1-3的顶端。

当工作套管3从导轨顶端向下运行时，工作套管驱动齿轮8沿末节支撑管1-3的齿条5向下运行；当第二节外部套垫管2-2的下端接触到标准支撑管1-2的上端时，第二节外部套垫管2-2到达了支撑点，不再继续向下运行，其表面的齿条5又成为一条稳固的轨道；工作套管驱动齿轮8向下运行，通过两条齿条5交汇的地方，到达第二节外部套垫管2-2的齿条5，工作套管3随之向下运行到第二节外部套垫管2-2的位置；当第一节外部套垫管2-1的下端接触到固定支撑管1-1的上端时，第一节外部套垫管2-1到达了支撑点，不再继续向下运行，其表面的齿条5又成为一条稳固的轨道，并与固定支撑管1-1的齿条5相接续。工作套管3能够一直沿齿条5下行，到达导轨下部位置，即到达固定支撑管1-1的位置。工作套管3能够沿该伸缩导轨往复直线运行，来实现工业应用的需求。

当工作完毕需要将导轨缩回时，启动丝杠转动驱动电机7，在丝杠转动驱动轮6带动下，导轨伸缩驱动丝杠4向相反方向转动。此时标准支撑管1-2的螺帽1-6在导轨伸缩驱动丝杠4上啮合，因此标准支撑管1-2的螺帽1-6首先被驱动，螺帽1-6沿丝杠移动，带动内滑芯1-4-1向下运行，当滚子1-4-5逐步到达滚子起始窝1-4-6位置时，滚子1-4-5被压入滚子起始窝1-4-6内，标准支撑管1-2和固定支撑管1-1的连接限位被解除；螺帽1-6继续移动时，标准支撑管1-2开始向下运行缩回到固定支撑管1-1内腔之中；滚子1-4-5重新被紧紧的限制在滚子起始窝1-4-6、滚子轨道1-4-7和固定支撑管1-1的内壁之间。当标准支撑管1-2将要缩回到位时，末节支撑管1-3的螺帽1-6被旋入导轨伸缩驱动丝杠4相啮合，同上所述，螺帽1-6拉动末节支撑管1-3的限位装置1-4的内滑芯1-4-1向下运动，使滚子1-4-5进入到滚子起始窝1-4-6之中，末节支撑管1-3和标准支撑管1-2的连接限位被解除，末节支撑管1-3螺帽1-6继续沿丝杠移动，带动末节支撑管1-3缩回标准支撑管1-2内腔之中。支撑管缩回过程中，滑动垫管也随之缩回，齿条也缩回并并列排列。最终缩回到最短时，就成为如图1和图2所示的初始状态。

上述即为本发明双层套叠伸缩导轨系统伸出和缩回、负载沿导轨运行的原理和过程。

实施例2：

当导轨系统需要更长的长度时，可增加内部支撑管系统1的标准支撑管的节数，并相应增加外部套垫管节数。具体实施时，固定支撑管1-1、末节支撑管1-3的结构与实施例1完全相同，增加的标准支撑管与实施例1中标准支撑管1-2的结构完全相同；增加的外部垫管和实施例1中第一节外部套垫管2-1和第二节外部套垫管2-2结构相同，只需设计管节粗细长度及表面开口宽度数据，使之能够正好耦合。

实施例3：

本发明也可将内部支撑管系统1简化为二节，应用在不需要太大长度的场合。当只有两节内部支撑管使用时，只要实施例1中的固定支撑管1-1、末节支撑管1-3、第一节外部套垫管2-1即可，结构更加简化。

在具体应用中，双层套叠伸缩导轨系统管道之间的相对滑动采用直线轴承来减少摩擦力和活动间隙；丝杠转动驱动电机采用带刹车电机或带有保压装置的液压马达进行驱动，保证伸开以后导轨的牢固稳定；工作套管驱动电机采用步进电机或伺服电机，使其按照数据控制正向或反向运行，精确的负荷运行的位置，实现自动化控制场合应用。

Claims (5)

1.一种双层套叠伸缩导轨系统，其特征在于：由内部支撑管系统(1)、外部套垫管(2)、工作套管(3)、导轨伸缩驱动丝杠(4)、齿条(5)、丝杠转动驱动轮(6)、丝杠转动驱动电机(7)、工作套管驱动齿轮(8)、齿轮固定架(9)、工作套管驱动电机(10)组成；其中内部支撑管系统(1)包括固定支撑管(1-1)、标准支撑管(1-2)、末节支撑管(1-3)、限位装置(1-4)、轴承装置(1-5)、螺帽(1-6)，标准支撑管(1-2)可为一节或多节；外部套垫管(2)根据标准支撑管(1-2)的节数采用一节或多节；上述各部分的结构关系为：固定支撑管(1-1)固定安装在载体上，每一节标准支撑管(1-2)和末节支撑管(1-3)能够在其上一节支撑管内腔之中伸出或缩回；固定支撑管(1-1)起始端固定有轴承装置(1-5)，标准支撑管(1-2)、末节支撑管(1-3)起始端安装限位装置(1-4)，限位装置(1-4)中安装有螺帽(1-6)；固定支撑管(1-1)外部固定有齿条(5)，末节支撑管(1-3)同一侧外表面也固定有齿条(5)；每一节标准支撑管(1-2)外部安装一节外部套垫管，末节支撑管(1-3)外部安装一节外部套垫管；外部套垫管(2)与其所在的标准支撑管(1-2)的上一节支撑管内径和外径相等，能在所在的标准支撑管(1-2)外部滑动；每一节外部套垫管能在其上一节外部套垫管内腔之中伸出或缩回；每节外部套垫管(2)末端外部有同步块(11)；外部套垫管(2)与固定支撑管(1-1)同一侧外表面都固定有齿条(5)；固定支撑管(1-1)与第一节外部套垫管的齿条(5)正对相连；所有外部套垫管(2)及末节支撑管(1-3)表面上的齿条(5)相互平行位置依次错开排列；末节支撑管(1-3)的长度较长，末节支撑管(1-3)完全缩回时，露出最后一节标准支撑管内腔的长度，既能够固定安装齿条，又能够承载缩回后的各节外部套垫管(2)；各段节齿条的厚度不同，粗细不同的支撑管和外部套垫管上的齿条(5)的齿顶正好在同一平面内；外部套垫管(2)固定齿条的表面平行于长度方向通身开口，开口宽度能够容纳其后各节外部套垫管和末节支撑管(1-3)的齿条(5)能够并列进入其中；工作套管(3)能够在固定支撑管(1-1)和第一节外部套垫管(2)外部滑动，工作套管(3)表面平行于长度方向通身开口，开口宽度可容纳工作套管(3)经过的所有并列排列的齿条(5)；工作套管驱动齿轮(8)通过齿轮固定架(9)安装在工作套管(3)末端，工作套管驱动齿轮(8)为超宽齿轮，齿轮宽度使之能够与并列排列的所有齿条相啮合；工作套管驱动齿轮(8)与齿条(5)相啮合后，能够带动工作套管(3)沿外部套垫管(2)动态铺设的导轨运行；内部支撑管系统(1)在导轨伸缩驱动丝杠(4)的作用下，能够逐节伸出而变长，或者逐节缩回而变短，外部套垫管(2)与具有相同外径的标准支撑管(1-2)一同伸出或缩回；内部支撑管系统(1)伸到最长时，每一节外部套垫管正好从其上一节外部套垫管中伸出到位，各节外部套垫管(2)和末节支撑管(1-3)表面的齿条(5)正好依次排列形成一条梯级交错首尾少量重叠齿顶在同一平面内的连续齿条轨道；内部支撑管系统(1)缩到最短时，每一节外部套垫管缩回其上一端外部套垫管内腔之中，其齿条(5)进入上一节外部套垫管表面开口中，且所有齿条(5)并列进入到第一节外部套垫管(2)表面的开口中；工作套管驱动电机(10)带动工作套管驱动齿轮(8)能够沿上述连续齿条轨道运动，从而带动工作套管(3)沿导轨系统直线运动；工作套管(3)从固定支撑管(1-1)处开始运行，从起始端套入每一节外部套垫管(2)，并在同步块(11)作用下，带动该节外部套垫管(2)一起前进，多节外部套垫管(2)逐节套叠在一起，弥补逐节变细的支撑管，始终为工作套管(3)提供一个平直的导轨；工作套管(3)运行到导轨系统末端时，所有外部套垫管(2)都被同步带到导轨系统末端套叠在一起；工作套管(3)返回时，各节外部套垫管(2)被相同外径的支撑管拦截，逐节留下而伸出，工作套管(3)最终独自回到固定支撑管(1-1)位置；工作套管驱动电机(10)带动工作套管驱动齿轮(8)沿齿条轨道往复运行，带动工作套管(3)往复直线运动。

2.根据权利要求1所述的双层套叠伸缩导轨系统，其特征是：导轨伸缩驱动丝杠(4)包括无丝部分(4-1)和有丝部分(4-2)，无丝部分(4-1)直径小于等于有丝部分(4-2)丝底直径，无丝部分(4-1)端部安装在轴承装置(1-5)中，有丝部分(4-2)伸入支撑管内腔之中，各个螺帽(1-6)在需要时能够依次与有丝部分(4-2)啮合构成传动装置；导轨伸缩驱动丝杠(4)下端安装丝杠转动驱动轮(6)，在丝杠转动驱动电机(7)带动下，导轨伸缩驱动丝杠(4)能够在轴承装置(1-5)内转动。

3.根据权利要求1所述的双层套叠伸缩导轨系统，其特征是：内部支撑管系统(1)处于最短状态时，末节支撑管(1-3)的螺帽(1-6)与导轨伸缩驱动丝杠(4)的有丝部分(4-2)相啮合，各个标准支撑管的螺帽(1-6)处于导轨伸缩驱动丝杠(4)的无丝部分(4-1)；导轨系统由最短伸出变长时，导轨伸缩驱动丝杠(4)首先驱动末节支撑管(1-3)伸出，末节支撑管(1-3)伸出到位时，其内部的限位装置(1-4)生效，将其与相邻的标准支撑管连为一体；导轨伸缩驱动丝杠(4)继续转动，末节支撑管(1-3)会带动该标准支撑管一起伸出，并将其螺帽(1-6)带入到导轨伸缩驱动丝杠(4)的有丝部分(4-2)；导轨伸缩驱动丝杠(4)继续转动时，该标准支撑管被驱动伸出，末节支撑管(1-3)的螺帽(1-6)会逐步脱离导轨伸缩驱动丝杠(4)；同理，该标准支撑管会带动其上一节标准支撑管伸出，直到与固定支撑管(1-1)相邻的第一节标准支撑管(1-2)伸出到位，内部支撑管系统(1)到达最长状态，此时第一节标准支撑管(1-2)的螺帽(1-6)与导轨伸缩驱动丝杠(4)的有丝部分(4-2)相啮合，其他各节标准支撑管和末节支撑管(1-3)的螺帽(1-6)都脱离了导轨伸缩驱动丝杠(4)；内部支撑管系统(1)缩回的过程与上述过程相反，导轨伸缩驱动丝杠(4)反向转动，第一节标准支撑管(1-2)的限位装置(1-4)首先解除限位并开始缩回，缩回过程中将其下一节标准支撑管的螺帽(1-6)带入导轨伸缩驱动丝杠(4)；第一节标准支撑管(1-2)缩回到位时，其下一节标准支撑管的限位装置(1-4)解除限位，并开始在导轨伸缩驱动丝杠(4)驱动下缩回；一直到末节支撑管(1-3)的螺帽(1-6)被其上一节标准支撑管带入导轨伸缩驱动丝杠(4)，上一节标准支撑管缩入到位时，末节支撑管(1-3)的限位装置(1-4)解除并开始缩回，末节支撑管(1-3)缩回到位时，内部支撑管系统(1)缩回到最短状态。

4.根据权利要求1所述的双层套叠伸缩导轨系统，其特征是：内部支撑管系统(1)的每一节标准支撑管(1-2)和末节支撑管(1-3)的内壁起始端附近，有滚子通过孔(1-7)，其直径刚好让滚子(1-4-5)通过；固定支撑管(1-1)和每一节标准支撑管(1-2)的内壁末端附近有滚子限位窝(1-8)，滚子限位窝(1-8)能够与滚子(1-4-5)外圆面完好吻合。

5.根据权利要求1所述的双层套叠伸缩导轨系统，其特征是：限位装置(1-4)包括内滑芯(1-4-1)、上固定板(1-4-2)、下固定板(1-4-3)、弹簧(1-4-4)、滚子(1-4-5)、滚子起始窝(1-4-6)、滚子轨道(1-4-7)、弹簧仓(1-4-8)、丝杠通过孔(1-4-9)；上固定板(1-4-2)和下固定板(1-4-3)安装在标准支撑管(1-2)和末节支撑管(1-3)的起始端内部，下固定板(1-4-3)与起始端平齐；内滑芯(1-4-1)处于上固定板(1-4-2)和下固定板(1-4-3)之间，能够上下滑动；弹簧(1-4-4)安装在弹簧仓(1-4-8)中，其弹力使内滑芯(1-4-1)有向上固定板(1-4-2)运动的趋势；滚子起始窝(1-4-6)和滚子轨道(1-4-7)设计在内滑芯(1-4-1)的各个侧面，滚子轨道(1-4-7)与滚子起始窝(1-4-6)深度相同，其表面为球面的一部分，能够与滚子(1-4-5)外圆面完好吻合；限位解除时或限位未生效时，滚子(1-4-5)处于滚子通过孔(1-7)中，被紧紧的限制在其所在支撑管的限位装置(1-4)的滚子起始窝(1-4-6)和上一节支撑管内壁之间，当导轨伸缩驱动丝杠(4)转动时驱动螺帽(1-6)移动，会带动该节支撑管在其上一节支撑管内腔之中滑动伸出，当滚子(1-4-5)遇到上一节支撑管内壁的滚子限位窝(1-8)时，滚子(1-4-5)会进入滚子限位窝(1-8)中，内滑芯(1-4-1)就会被弹簧(1-4-4)弹起，将滚子(1-4-5)紧紧的压在内滑芯(1-4-1)外壁和上一节支撑管的滚子限位窝(1-8)之间，从而把该节支撑管与其上一节支撑管连为相对位置不变的一体，此时为限位装置(1-4)生效状态；相反的，当导轨伸缩驱动丝杠(4)向相反方向转动，会拉动螺帽(1-6)带动内滑芯(1-4-1)向下固定板(1-4-3)运动，当滚子(1-4-5)进入到滚子起始窝(1-4-6)时，该节支撑管和其上一节的支撑管限位解除。

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