CN103354305A - 谐波丝杠线性执行器 - Google Patents

Abstract

一种谐波丝杠线性执行器，其包括有箱体、端盖、电机屏蔽盒、电机连接座、步进电机、弹性联轴节、谐波变速器、输出齿轮、轴承、套筒、塑料内花键套和滚珠丝杆，其中，端盖与箱体固定，谐波变速器设于箱体的空腔中，输入端与步进电机输出轴连接，输出端与输出齿轮啮合，输出齿轮通过轴承安装在箱体的内壁上，其一端设有内轮齿，另一端的中心孔中设置有滚道，套筒固定于端盖外壁的中央，塑料内花键套嵌固于套筒内，滚珠丝杆的一端通过滚珠与输出齿轮的滚道形成滚珠丝杆传动副，并且穿过端盖伸入箱体的空腔，其另一端设置有花键与塑料内花键套配合。本发明具有定位精度高、承载能力大、反向间隙小、传动效率高、运动平稳、体积小的优点，适用于高精密主动控制系统。

Description

谐波丝杠线性执行器

技术领域

本发明涉及一种电动执行机构，具体涉及一种用于大型射电望远镜主反射面主动控制系统的谐波丝杠线性执行器，属于精密机械技术领域。

背景技术

大型射电望远镜主反射面的表面形状误差是影响观测效率的重要因素，对于高频信号而言，表面误差较大的主反射面的观测效率衰减甚至高达5倍之多。为了克服大型射电望远镜由于自身重量、风载及温度变化而导致的主反射面表面变形，常常需要对主反射面变形量进行补偿，使之更符合标准抛物面。为此目的，目前通常的做法是将主反射面分割成若干分块面板，通过促动器带动各分块面板做微小位移，从而补偿主反射面的变形量。该技术的核心为主反射面主动调整用电动执行器。与其他电动执行机构相比这种电动执行器应达到以下要求：1.传动精度高；2.功率重量比大；3.承受侧向力；4.可靠性高。由于现有的电动执行器存在体积较大、效率较低（40%以下）、重载工况下磨损严重以及轻载工况反向间隙较大等问题，因此有必要开发新型的电动线性执行器。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种谐波丝杠线性执行器，其采用谐波变速器与滚珠丝杆相结合，实现大型射电望远镜主反射面调整用电动执行器，达到具有体积小、效率高、传动平稳、重载磨损小及反向间隙小的效果。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种谐波丝杠线性执行器，其包括有箱体、端盖、电机屏蔽盒、电机连接座、步进电机、弹性联轴节、谐波变速器、输出齿轮、轴承、套筒、塑料内花键套和滚珠丝杆，其中，箱体内部具有一空腔，端盖与箱体固定连接，电机屏蔽盒连接在箱体的外壁上，步进电机通过螺栓与电机连接座固定于电机屏蔽盒的内部，谐波变速器设置于箱体的空腔中，输入端通过弹性联轴节与步进电机的输出轴连接，输出端与输出齿轮啮合连接，输出齿轮为圆筒状构件，通过轴承安装在箱体的空腔的内壁上，输出齿轮的一端设有内轮齿，另一端的中心孔中设置有滚道，套筒固定于端盖外壁的中央，塑料内花键套嵌固于套筒的内壁上，滚珠丝杆的一端通过滚珠与输出齿轮的滚道形成滚珠丝杆传动副，并且穿过端盖伸入箱体的空腔，滚珠丝杆的另一端设置有花键，并且与塑料内花键套配合以约束滚珠丝杆的转动。

所述的谐波变速器包括有波形发生器、柔性轴承、柔性齿轮和刚性固定齿轮，其中，波形发生器通过所述弹性联轴节与所述步进电机的输出轴固定连接，柔性齿轮通过柔性轴承套置于波形发生器的外周，柔性齿轮同时与所述输出齿轮及刚性固定齿轮啮合，刚性固定齿轮固定于箱体空腔的内壁上。

所述的谐波丝杠线性执行器还包括有调整挡圈，所述输出齿轮的外周设有用于轴承定位的凸台，所述调整挡圈顶靠轴承以减小轴向游隙。

所述的塑料内花键套通过过盈配合嵌入套筒。

所述的滚珠丝杆为研磨级滚珠丝杠。

本发明的有益效果在于：

与使用蜗轮蜗杆和滚珠丝杆的传统电动线性执行器相比，本发明具有以下优点：

1、由于采用了精密谐波传动与研磨级滚珠丝杠运动副相配合，使得传动效率大幅提高至70%左右，同时明显降低了重载磨损，减小了反向间隙。

2、采用塑料内花键套与滚珠丝杆配合，从而提高了自润滑性能，降低了滚珠丝杆的摩擦阻力。

3、滚珠丝杆的一部分行程设置在箱体的空腔中，从而使执行器的整体体积减小了约10%。

4、电动线性执行器的运动平稳性及定位精度都有所提高，其定位精度高达±0.015mm。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1-电机屏蔽盒，2-刚性固定齿轮，3-柔性齿轮，4-柔性轴承，5-电机连接座，6-步进电机，7-弹性联轴节，8-波形发生器，9-轴承，10-调整挡圈，11-输出齿轮，12-套筒，13-塑料内花键套，14-滚珠丝杆，15-端盖，16-箱体。

具体实施方式

本发明所述的谐波丝杠线性执行器创新地将谐波传动与滚珠丝杠传动结合起来，通过电机驱动滚珠丝杆输出直线运动，从而带动大型射电望远镜主反射面上各分块面板做微小位移，以补偿主反射面的变形量，达到提高大型射电望远镜的观测效率的目的。

以下结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明所述的谐波丝杆线性执行器包括有箱体16、端盖15、电机屏蔽盒1、电机连接座5、步进电机6、弹性联轴节7、谐波变速器、输出齿轮11、轴承9、调整挡圈10、套筒12、塑料内花键套13和滚珠丝杆14。

所述箱体16内部具有一空腔，所述端盖15通过螺栓与箱体固定连接。

所述电机屏蔽盒1通过螺栓连接在箱体16的外壁上，所述步进电机6通过螺栓与所述电机连接座5固定于该电机屏蔽盒1的内部。

所述谐波变速器设置于所述箱体1的空腔中，该谐波变速器的输入端通过所述弹性联轴节7与步进电机6的输出轴连接，谐波变速器的输出端与所述输出齿轮11啮合连接。所述的谐波变速器包括有波形发生器8、柔性轴承4、柔性齿轮3和刚性固定齿轮2，其中，波形发生器8通过所述弹性联轴节7与所述步进电机6的输出轴固定连接，柔性齿轮3通过柔性轴承4套置于波形发生器8的外周，该柔性齿轮3同时与所述输出齿轮11及刚性固定齿轮2啮合，刚性固定齿轮2通过螺栓固定于箱体16空腔的内壁上。

所述输出齿轮11为圆筒状构件，通过两轴承9安装在箱体16的空腔的内壁上，本实施例中，该轴承9为角接触轴承。所述输出齿轮11的外周设有用于两轴承9定位的凸台，在所述箱体16的内壁上加工有螺纹与所述调整挡圈10配合，该调整挡圈10通过旋紧能够顶靠轴承9以减小轴向游隙。所述输出齿轮11的一端设有内轮齿，另一端的中心孔中设置有滚道。

所述套筒12通过螺栓固定于所述端盖15外壁的中央，所述塑料内花键套13通过过盈配合嵌固于该套筒12的内壁上。

所述的滚珠丝杆14为研磨级滚珠丝杠，其一端穿过所述端盖15伸入所述箱体16的空腔，并且通过滚珠与所述输出齿轮11的滚道形成滚珠丝杆传动副，从而使滚珠丝杆14的一部分行程设置在所述箱体16的空腔中，即输出齿轮11的内部；所述滚珠丝杆14的另一端设置有花键，并且与所述塑料内花键套13配合，从而约束滚珠丝杆14的转动，使之只能进行左右直线运动。

本发明的工作过程如下：

步进电机6通过弹性联轴节7带动波形发生器8转动，柔性轴承4及柔性齿轮3在波形发生器8转动时随之发生变形，使柔性齿轮3的长轴处于啮合状态而短轴处于脱开状态；在变形过程中，柔性齿轮3一方面传递扭矩，一方面做减速运动；输出齿轮11与柔性齿轮3啮合，在保证传动比的同时将动力传递到滚珠丝杆14，由于塑料内花键套13的限制，滚珠丝杆14只能进行左右直线运动，从而带动大型射电望远镜主反射面上各分块面板做位移，以补偿主反射面的变形量。

本发明具有定位精度高、承载能力大、反向间隙小、传动效率高、运动平稳、体积小的优点，尤其适用于高精密主动控制系统。

Claims (5)

1.一种谐波丝杠线性执行器，其特征在于：包括有箱体、端盖、电机屏蔽盒、电机连接座、步进电机、弹性联轴节、谐波变速器、输出齿轮、轴承、套筒、塑料内花键套和滚珠丝杆，其中，箱体内部具有一空腔，端盖与箱体固定连接，电机屏蔽盒连接在箱体的外壁上，步进电机通过螺栓与电机连接座固定于电机屏蔽盒的内部，谐波变速器设置于箱体的空腔中，输入端通过弹性联轴节与步进电机的输出轴连接，输出端与输出齿轮啮合连接，输出齿轮为圆筒状构件，通过轴承安装在箱体的空腔的内壁上，输出齿轮的一端设有内轮齿，另一端的中心孔中设置有滚道，套筒固定于端盖外壁的中央，塑料内花键套嵌固于套筒的内壁上，滚珠丝杆的一端通过滚珠与输出齿轮的滚道形成滚珠丝杆传动副，并且穿过端盖伸入箱体的空腔，滚珠丝杆的另一端设置有花键，并且与塑料内花键套配合以约束滚珠丝杆的转动。

2.根据权利要求1所述的谐波丝杠线性执行器，其特征在于：所述的谐波变速器包括有波形发生器、柔性轴承、柔性齿轮和刚性固定齿轮，其中，波形发生器通过所述弹性联轴节与所述步进电机的输出轴固定连接，柔性齿轮通过柔性轴承套置于波形发生器的外周，柔性齿轮同时与所述输出齿轮及刚性固定齿轮啮合，刚性固定齿轮固定于箱体空腔的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的谐波丝杠线性执行器，其特征在于：所述的谐波丝杠线性执行器还包括有调整挡圈，所述输出齿轮的外周设有用于轴承定位的凸台，所述调整挡圈顶靠轴承以减小轴向游隙。

4.根据权利要求1或2所述的谐波丝杠线性执行器，其特征在于：所述的塑料内花键套通过过盈配合嵌入套筒。

5.根据权利要求1或2所述的谐波丝杠线性执行器，其特征在于：所述的滚珠丝杆为研磨级滚珠丝杠。

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