CN102748451A - 一种采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器。该作动器主要由电机、同步带减速机构、串联式行星滚柱丝杠执行机构和控制器组成，运动由电机经同步带减速驱动一级行星滚柱丝杠副并传递到二级行星滚柱丝杠副，将丝杠旋转运动通过滚柱的公转与自转转化成螺母直线往复运动的同时，两级螺母的直线运动实现了叠加，从而达到了扩大行程-原长比的目的。一级丝杠的左端支撑选用阻尼轴承，实现反向自锁。电机的安装采用折返式安装，即电机轴线与行星滚柱丝杠轴线平行。主要优点：利用同步带传动所具有的能保持恒定的传动比，传动速度均匀，适合远距离传递动力，噪声小，耐冲击，安装容易，加工成本低，行程-原长比大，利实现自锁。

Description

一种采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器

技术领域

本发明涉及一种用于将旋转运动转化为直线运动的大行程-原长比可自锁机械装置。

现有技术

机电作动器是通过控制电动机或电器的运行直接或间接地控制负载的运动,实现控制目标的位置伺服控制的一类系统的总称。

机电作动器主要有两种：旋转机电作动器和直线机电作动器。其中直线机电作动器主要由电机、减速机构、执行机构和控制器四部分组成，执行机构通常由丝杠、滚动体和螺母组成。工作时将电机的旋转运动通过减速机构传递给丝杠，丝杠再将旋转运动通过滚动体的公转与自转转换为螺母的直线运动。该类直线机电作动器应用最为广泛，如飞机和导弹舵面作动、火箭矢量推进控制、空间站与航天飞机对接、飞机起落架的收放、车辆主动悬架系统、飞机和车辆的机电刹车、车辆的电动助力转向、无凸轮汽车发动机燃油喷射器控制阀、往复式压缩机以及摩擦焊等。

关于直线机电作动器，现有技术如中国专利号为03249715.6中提出的机电作动器主要由交流伺服电机、两级齿轮减速机构、单级行星滚柱丝杠组成，采用绕线式电位器进行准确定位，减速机构相对比较复杂，占用较大空间也增大了整体质量，缺乏相应的密封措施以及自锁装置。现有直线机电作动器中由于采用两级齿轮减速机构直接连在电机轴上进行减速，这样不仅加大了作动系统的重量和传动中的噪声，而且还增加了结构的复杂程度。现有机电作动器中采用绕线式电位器安装在丝杠轴端部来对运动进行准确定位，这样也是结构变得复杂。现有作动器多采用单级行星滚柱丝杠，这在需要采用多级直线作动的场合往往达不到所需行程。现有技术中的行星滚柱丝杠作动器没有设计自锁装置，若用于垂直安装的场合，重力会导致螺母或丝杠移动，使装置自行落下。

发明内容

为了克服现有直线机电作动器的上述不足，在简化结构的同时扩大行程-原长比，采了取相应的自锁措施。本发明设计了一种新型的采用串联式行星滚柱丝杠的折返式直线机电作动器本发明的目的就是设计一种结构简单紧凑，噪声小、传动刚度大，转矩稳定，重量轻、行程-原长比大的直线机电作动器。

本发明的技术方案是：一种采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器，主要包括电机8、同步带传动减速机构、串联式行星滚柱丝杠副和套筒推杆组件四部分；

所述串联式行星滚柱丝杠副安装壳体6内，主要包括一级行星滚柱丝杠副33和二级行星滚柱丝杠副37；一级丝杠35采用一端固定一端自由的支撑方式，所述固定端采用两个阻尼轴承32并在两个轴承之间设置轴承定距环31来调整轴承游隙，采用轴肩和圆螺母30实现轴承的轴向定位；所述自由端穿过二级丝杠36的内部空腔，并通过端部的六角方钢39实现一级行星滚柱丝杠副33和二级行星滚柱丝杠副37的串联；所述一级行星滚柱丝杠副33的螺母通过推力轴承34与二级行星滚柱丝杠副37连接，

所述同步带传动减速机构主要包括同步带轮a13、同步带轮b18、同步带17及带轮挡边14；所述同步带17安装在同步带轮a13和同步带轮b18上；带有两侧带轮挡边14的同步带轮a13安装在电机8的输出轴上，通过普通平键Ⅰ15和紧定螺钉16分别实现周向和轴向定位；所述同步带轮b18安装在一级丝杠35的端部，通过普通平键Ⅱ19实现周向定位，且所述一级丝杠35固定端端部有通过螺钉21连接的轴端挡圈20和垫片Ⅰ22配合轴肩实现同步带轮b18的轴向定位；

所述套筒推杆组件主要包括通过螺纹连接在一起的推杆1和套筒2；所述套筒2通过螺纹连接在二级行星滚柱丝杠副37的螺母上并通过定位销38实现周向定位；

所述电机8的输出轴和一级丝杠35固定端分别穿过后盖11上的孔a和孔b；电机8和后盖11连接；所述串联式行星滚柱丝杠副的壳体6和后盖11接合面密封；端盖12与后盖11连接，从而将作动器后端封装起来；所述同步带传动减速机构与串联式行星滚柱丝杠副之间轴段和后盖11之间密封；

所述套筒推杆组件的套筒2外壁有安装法兰3和前盖4，前盖4台阶径向面与壳体6端面止靠；所述前盖4与套筒2外壁、前盖4与壳体6之间密封；长螺杆26将安装法兰3、前盖4及后盖11连接在一起。

为了消除由于二级行星滚柱丝杠副37的螺母轻微转动带来的运动误差，所述套筒2上可有安装止转环的位置。

为减少运动中的冲击，在前盖4与后盖11上可装有防撞环5。

工作时，电机8用来提供动力，电机用来提供动力并通过配套的驱动器进行速度位移等的控制，电机的选用根据实际应用场合中所需的功率和相应的转速来选择。动力直接通过连接在电机输出轴上的同步带轮a13传递下去，通过电机驱动器进行速度位移控制，根据实际应用场合所需的功率选用合适的交流伺服永磁同步电机及配套驱动器。同步带传动减速机构作为传动机构进行一定减速比的减速，将动力传输到直线作动机构即串联式行星滚柱丝杠副和套筒推杆组件，将旋转运动转化为直线运动。串联式行星滚柱丝杠副中一级丝杠35的转动通过其端部的六角方钢39带动二级行星滚柱丝杠副中二级丝杠36与其以同样的转速旋转，一级行星滚柱丝杠副中螺母的直线位移通过推力轴承34的连接传递给二级行星滚柱丝杠副，最后由二级行星滚柱丝杠副中螺母输出直线运动，二级行星滚柱丝杠副中螺母的直线运动通过连接在螺母端部的套筒推杆组件传递出去。一级丝杠35固定端采用阻尼轴承32支撑，能有效防止反向自行运动，实现自锁。本实施例在工作时，通过设定电机8控制部分的参数，使电机8以一定的转速带动带轮转动，通过同步带传动的减速将运动传到行星滚柱丝杠副，从推杆1输出一定速度的直线运动，并通过推杆1上的螺纹和安装法兰3上设有的连接螺钉孔连接到应用场合。同时通过设置电机8控制部分的位置控制参数可对运动位置进行精确控制。

本发明的有益效果是：同步带17的两个带轮，即同步带轮a13和同步带轮b18分别安装在电机8输出轴和丝杠轴上，与现有专利中的机电作动器少了一根中间传动轴从而使结构简化，行星滚柱丝杠副又具有承载能力强，运行精度好、刚度大、寿命长、往复运动仍能精确定位等显著优点。壳体的设计考虑定位、密封、支撑对它的要求，前盖4、后盖11、端盖12等的设计都考虑整个结构的简单紧凑及连接的需要进行最优化设计。安装法兰3的设计考虑了机电作动器连接到应用场合时的需要，在实际使用中安装法兰3可根据具体应用场合的尺寸进行订制，安装法兰3的位置和形式也可以根据安装空间的不同进行相应的改进，比如可将本设计中端面安装法兰改为侧面安装或底面安装。而且，一级丝杠35固定端采用阻尼轴承32支撑，能有效防止反向自行运动，实现自锁。

本发明所涉及的折返式机电作动器主要优点是结构紧凑、节省安装空间，由于采用了串联式行星滚柱丝杠，在实现大的行程-原长比的同时，确保了作动器的直线作动性能，例如传动刚度大、运动平稳、精度高、强度高等，而且所述折返式机电作动器可广泛应用于航空航天、精密机床、石油化工等领域需要直线伺服控制的场合。

附图说明

图1是实施例中的采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器主视图；

图2是实施例中的采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器轴测图；

图3是推杆结构轴测图；

图4是套筒结构轴测图；

图5是安装法兰结构轴测图；

图6是前盖结构轴测图；

图7是壳体结构轴测图；

图8是后盖结构轴测图；

图9是端盖结构轴测图；

其中：1-推杆；2-套筒；3-安装法兰；4-前盖；5-防撞环；6-壳体；8-电机；9-螺栓Ⅰ；10-螺母Ⅰ；11-后盖；12-端盖；13-同步带轮a；14-带轮挡边；15-普通平键Ⅰ；16-紧定螺钉；17-同步带；18-同步带轮b；19-普通平键Ⅱ；20-轴端挡圈；21-螺钉；22-垫片Ⅰ；23-螺栓Ⅱ；24-螺母Ⅱ；25-垫片Ⅱ；26-长螺杆；27-孔用弹性挡圈；28-O形圈Ⅰ；29-唇形密封圈；30-圆螺母；31-轴承定距环；32-阻尼轴承；33-一级行星滚柱丝杠副；34-推力轴承；35-一级丝杠；36-二级丝杠；37-二级行星滚柱丝杠副；38-定位销；39-六角方钢；40-O形圈Ⅱ

具体实施方式

参阅图1-图9，本实施例中采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器，主要包括电机8、同步带传动减速机构、串联式行星滚柱丝杠副和套筒推杆组件四部分；

所述串联式行星滚柱丝杠副安装壳体6内，主要包括一级行星滚柱丝杠副33和二级行星滚柱丝杠副37；其中，一级丝杠35和二级丝杠36均采用空心六角方钢加工，一级丝杠35采用一端固定一端自由的支撑方式，所述固定端采用两个阻尼轴承32并在两个轴承之间设置轴承定距环31来调整轴承游隙，采用轴肩和圆螺母30实现轴承的轴向定位；所述自由端穿过二级丝杠36的内部空腔，并通过端部的六角方钢39实现一级行星滚柱丝杠副33和二级行星滚柱丝杠副37的串联；所述一级行星滚柱丝杠副33的螺母通过推力轴承34与二级行星滚柱丝杠副37连接，

所述同步带传动减速机构主要包括同步带轮a13、同步带轮b18、同步带17及带轮挡边14；所述同步带17安装在同步带轮a13和同步带轮b18上；带有两侧带轮挡边14的同步带轮a13安装在电机8的输出轴上，通过普通平键Ⅰ15和紧定螺钉16分别实现周向和轴向定位；所述同步带轮b18安装在一级丝杠35的端部，通过普通平键Ⅱ19实现周向定位，且所述一级丝杠35固定端端部有通过螺钉21连接的轴端挡圈20和垫片Ⅰ22配合轴肩实现同步带轮b18的轴向定位；

所述套筒推杆组件主要包括通过螺纹连接在一起的推杆1和套筒2；所述套筒2通过螺纹连接在二级行星滚柱丝杠副37的螺母上并通过定位销38实现周向定位；

所述电机8的输出轴和一级丝杠35固定端分别穿过后盖11上的孔a和孔b，它们的中心距靠孔a和孔b的中心距来保证；电机8和后盖11通过螺栓Ⅰ9连接在一起；所述串联式行星滚柱丝杠副的壳体6和后盖11接合面采用O形圈Ⅰ28实现密封；端盖12与后盖11通过螺栓Ⅱ23、螺母Ⅱ24和垫片Ⅱ25将作动器后端封装起来；所述同步带传动减速机构与串联式行星滚柱丝杠副之间轴段和后盖11之间采用唇形密封圈27和孔用弹性挡圈27密封；

所述套筒推杆组件的套筒2外壁有安装法兰3和前盖4，前盖4台阶径向面与壳体6端面止靠；所述前盖4与套筒2外壁、前盖4与壳体6之间通过O形圈Ⅱ40密封；长螺杆26将安装法兰3、前盖4及后盖11连接在一起。

为了消除由于二级行星滚柱丝杠副37的螺母轻微转动带来的运动误差，本实施例中的套筒2上有安装止转环的位置。

为减少运动中的冲击，本实施例中在前盖4与后盖11上装有防撞环5。

工作时，电机8用来提供动力，动力直接通过连接在电机输出轴上的同步带轮a13传递下去，通过电机驱动器进行速度位移控制，根据实际应用场合所需的功率选用合适的交流伺服永磁同步电机及配套驱动器。同步带传动减速机构作为传动机构进行一定减速比的减速，将动力传输到直线作动机构即串联式行星滚柱丝杠副和套筒推杆组件，将旋转运动转化为直线运动。串联式行星滚柱丝杠副中一级丝杠35的转动通过其端部的六角方钢39带动二级行星滚柱丝杠副中二级丝杠36与其以同样的转速旋转，一级行星滚柱丝杠副中螺母的直线位移通过推力轴承34的连接传递给二级行星滚柱丝杠副，最后由二级行星滚柱丝杠副中螺母输出直线运动，二级行星滚柱丝杠副中螺母的直线运动通过连接在螺母端部的套筒推杆组件传递出去。一级丝杠35固定端采用阻尼轴承32支撑，能有效防止反向自行运动，实现自锁。本实施例在工作时，通过设定电机8控制部分的参数，使电机8以一定的转速带动带轮转动，通过同步带传动的减速将运动传到行星滚柱丝杠副，从推杆1输出一定速度的直线运动，并通过推杆1上的螺纹和安装法兰3上设有的连接螺钉孔连接到应用场合。同时通过设置电机8控制部分的位置控制参数可对运动位置进行精确控制。

Claims (3)

1.一种采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器，其特征在于：主要包括电机（8）、同步带传动减速机构、串联式行星滚柱丝杠副和套筒推杆组件四部分；

所述串联式行星滚柱丝杠副安装壳体（6）内，主要包括一级行星滚柱丝杠副（33）和二级行星滚柱丝杠副（37）；一级丝杠（35）采用一端固定一端自由的支撑方式，所述固定端采用两个阻尼轴承（32）并在两个轴承之间设置轴承定距环（31）来调整轴承游隙，采用轴肩和圆螺母（30）实现轴承的轴向定位；所述自由端穿过二级丝杠（36）的内部空腔，并通过端部的六角方钢（39）实现一级行星滚柱丝杠副（33）和二级行星滚柱丝杠副（37）的串联；所述一级行星滚柱丝杠副（33）的螺母通过推力轴承（34）与二级行星滚柱丝杠副（37）连接，

所述同步带传动减速机构主要包括同步带轮a（13）、同步带轮b（18）、同步带（17）及带轮挡边（14）；所述同步带（17）安装在同步带轮a（13）和同步带轮b（18）上；带有两侧带轮挡边（14）的同步带轮a（13）安装在电机（8）的输出轴上，通过普通平键Ⅰ（15）和紧定螺钉（16）分别实现周向和轴向定位；所述同步带轮b（18）安装在的端部，通过普通平键Ⅱ（19）实现周向定位，且所述一级丝杠（35）固定端端部有通过螺钉（21）连接的轴端挡圈（20）和垫片Ⅰ（22）配合轴肩实现同步带轮b18的轴向定位；

所述套筒推杆组件主要包括通过螺纹连接在一起的推杆（1）和套筒（2）；所述套筒（2）通过螺纹连接在二级行星滚柱丝杠副（37）的螺母上并通过定位销（33）实现周向定位；

所述电机（8）的输出轴和一级丝杠（35）固定端分别穿过后盖（11）上的孔a和孔b；电机（8）和后盖（11）连接；所述串联式行星滚柱丝杠副的壳体（6）和后盖（11）接合面密封；端盖（12）与后盖（11）连接，从而将作动器后端封装起来；所述同步带传动减速机构与串联式行星滚柱丝杠副之间轴段和后盖（11）之间密封；

所述套筒推杆组件的套筒（2）外壁有安装法兰（3）和前盖（4），前盖（4）台阶径向面与壳体（6）端面止靠；所述前盖（4）与套筒（2）外壁、前盖（4）与壳体（6）之间密封；长螺杆（26）将安装法兰（3）、前盖（4）及后盖（11）连接在一起。

2.一种如权利要求1所述的采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器，其特征在于：所述套筒（2）上有安装止转环的位置。

3.一种如权利要求1所述的采用串联式行星滚柱丝杠副的折返式直线机电作动器，其特征在于：在所述前盖（4）与后盖（11）上装有防撞环（5）。

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