CN103358140A - 一种使用同步皮带的直线定位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用同步皮带的直线定位器。该直线定位器包括基座和动平台，基座上设有导轨和基座同步皮带，动平台包括支架、滑块、电机、动平台同步皮带和皮带齿轮，滑块设置在支架的一侧并能够沿导轨滑动，电机安装在滑块上，皮带齿轮设置在支架的另一侧并与电机的输出轴连接。在皮带齿轮的两侧设有大导轮和导块。动平台同步皮带同时与皮带齿轮和基座同步皮带啮合，大导轮和导块布置在动平台同步皮带上方并接触动平台同步皮带，以保证动平台同步皮带与基座同步皮带啮合。本发明的直线定位器在同步皮带缺齿或者硬质基座与同步皮带有装配间隙的情况下，仍能很好的工作，由此降低了生产使用中检修成本，同时解决了使用不同基座的配合问题。

Description

一种使用同步皮带的直线定位器

技术领域

本发明涉及直线定位设备，更具体的说，涉及一种应用于机床或者直角坐标机械手臂的使用同步皮带的直线定位器。

背景技术

直线定位设备是机械制造及其自动化领域内一个最基本的运动套件。传统的直线定位设备由基座、导轨、滑块、丝杆等部件构成。其作用是将电机的旋转运动转化为执行滑块的直线运动，从而实现工作空间的任务要求。除了丝杆导轨模式，直线电机等新兴技术也广泛的应用在机械制造及其自动化领域。降低制造成本，降低环境与润滑要求是直线定位设备制造的一个挑战目标。

在某些粉尘较多的环境中，由于粉尘对某些机构例如丝杠传动产生阻塞，其传动效率以及质量将大大下降。相比这些传动方式，皮带传动对环境要求低，对润滑要求低，大大降低了维护成本，且传动精度高。

皮带传动是一种最基本的机械传动模式。同步皮带作为皮带传动的一种，能提供精密的定位，较大的传动载荷。同步皮带广泛应用在低成本，大行程的精密直线定位装置上。但是皮带传动的一个最大的缺点是皮带自身的变形问题。为了实现精确平稳的传动减小运动中的变形，皮带传动往往需要施加很高的预张紧力。传动距离越长，对预张紧力要求也越高。大的张紧力一方面增加了皮带的疲劳损害可能，另一方面也增加了对变速箱的要求。在此场合中，变速箱轴承需承受大预张紧力带来的压力。其必然增加了变速齿轮箱的磨损从而降低了寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用齿条皮带的直线定位器，其在同步皮带缺齿或者硬质基座同步皮带有装配间隙的情况下，仍能很好的工作，由此降低了生产使用中检修成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种使用同步皮带的直线定位器，所述直线定位器包括基座和动平台，所述基座上设有导轨和基座同步皮带，所述动平台包括支架、滑块、电机、动平台同步皮带和皮带齿轮，所述滑块设置在所述支架的一侧并能够沿所述导轨滑动，所述电机安装在所述滑块上，所述皮带齿轮设置在所述支架的另一侧并与电机的输出轴连接，其特征在于：在所述皮带齿轮的一侧依次设有大导轮和导块，而另一侧依次设有另一大导轮和另一导块；所述动平台同步皮带同时与所述皮带齿轮和所述基座同步皮带啮合，所述大导轮和导块以及所述另一大导轮和另一导块布置在所述动平台同步皮带上方并接触所述动平台同步皮带，以保证所述动平台同步皮带与所述基座同步皮带啮合。

本发明的一实施例中，所述基座同步皮带可为硬质基座同步皮带，且所述硬质基座同步皮带由多段同步皮带构成，各段同步皮带之间存在着间隙。

优选地，所述大导轮和所述另一大导轮可分别通过销轴可转动地安装所述支架上，所述导块固定在所述支架上。

本发明的一实施例中，所述导块与所述支架通过螺栓连接固定或可成一体。

本发明的一实施例中，所述基座同步皮带和所述动平台同步皮带正面具有啮合齿，背面为平整面，且所述基座同步皮带背面固结在基座表面上，正面与所述同步皮带正面啮合。

优选地，所述直线定位器还可包括两个小导轮，所述导块位于所述小导轮中一个与所述大导轮之间，所述另一导块位于所述小导轮中另一个与所述另一个大导轮之间，所述两个小导轮分别通过销轴可转动地安装所述支架上。

本发明的一实施例中，所述直线定位上设有多个动平台，所述多个动平台顺序放置在所述基座同步皮带上，且每个所述动平台独立控制。

上述实施例中，优选地，每个动平台的边缘上设有传感器和橡胶碰撞块。

本发明的一实施例中，所述导块与所述大导轮相邻的一侧为斜坡，从而在安装时能够部分地伸入所述大导轮下方，以增加所述导块与所述基座同步皮带之间的接触面积。

本发明的一实施例中，所述支架上设有用于安装所述大导轮和所述另一大导轮的多个螺纹孔来调节所述大导轮和所述另一大导轮相对于所述皮带齿轮的位置，并实现对同步皮带的张紧作用。

本发明的直线定位器在同步皮带缺齿或者硬质基座同步皮带有装配间隙的情况下，仍能很好的工作，由此降低了生产使用中检修成本。本发明还极大的缩短了皮带的拉伸部位长度，从而极大的提高了系统的刚度和精度。同时，本发明解决了使用不同基座时的配合问题。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的直线定位器的立体结构图。

图2是图1的直线定位器的正视图。

图3是图1的直线定位器的后视图。

图4示出设有多个动平台的直线定位器的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

图1是根据本发明的一实施例的直线定位器的立体结构图。如图1所示，直线定位器主要包括基座（图未示）和动平台100，基座上设有导轨1和基座同步皮带2（或基座齿条2）。每个动平台100上设有支架109，支架109的一侧设有皮带齿轮105，另一侧设有电机110。电机110的输出轴与皮带齿轮105连接，从而电机的转动能够带动皮带齿轮105转动。在皮带齿轮105的一侧依次设有大导轮103、导块102和小导轮101，而另一侧也依次设有大导轮106、导块107和小导轮108。动平台同步皮带104同时与皮带齿轮105和基座同步皮带2啮合，大导轮103和106、导块102和107以及小导轮101和108布置在动平台同步皮带104上方并接触动平台同步皮带104，对动平台同步皮带104进行限位，以保证动平台同步皮带104与基座同步皮带2精密啮合。

在支架109的设有电机110的一侧上还设有滑块111，电机110固定在滑块111上，且滑块111能够沿导轨1滑动。工作时，电机110的转动带动皮带齿轮105转动，通过皮带齿轮105和动平台同步皮带104的啮合以及动平台同步皮带104与基座同步皮带2的啮合，动平台100能够沿导轨1直线运动，并通过上述啮合，可将动平台100定位在导轨上的任意位置处。

上述的直线定位器中，导轨1采用螺纹连接等方式安装在基座上。电机固定在支架109上，小导轮101、108和大导轮103、106分别通过销轴101a、108a、103a、106a可转动地安装支架109上。导块102和107通过螺栓连接固定在支架109上，或者与支架109成一体。

上述的直线定位器中，基座同步皮带2和动平台同步皮带104正面具有均匀分布的啮合齿，背面均为平整的一面。基座同步皮带2背面是固结在基座表面上的，其正面与同步皮带正面啮合。动平台同步皮带104两端与基座同步皮带2是紧密固结的，以避免动平台同步皮带104和基座同步皮带2之间产生滑动。动平台同步皮带104中有一段是与基座同步皮带2分离的，分离的这一段皮带呈弯曲状为皮带弯状段104a。皮带弯状段104a处于两段相邻的且相互啮合的皮带之间。

上述的直线定位器中，导块下表面为光滑平面，各边导有光滑圆角，导块与大导轮相邻的一侧为斜坡，从而在安装时能够部分地伸入大导轮下方，以增加导块与基座同步皮带之间的接触面积。

上述的直线定位器中，在安装动平台时，应当保证大导轮紧贴同步皮带，而导块与皮带间留有微小间隙。然后，为了保证同步皮带和皮带齿轮之间的啮合效果，应调节并锁定大导轮和皮带齿轮之间的相对位置，从而实现同步皮带与皮带齿轮之间较大的预张紧力，以达到最佳的传动效果并减小误差和振动。在本直线定位器中，相对位置的调节是通过在支架上对大导轮设置不同位置的螺纹孔实现的，但也可采用其他合适的方式。

上述的直线定位器中，如图4所示，可设置多个动平台100，顺序放置在基座同步皮带2上，每个动平台100都是独立控制的，每个动平台边缘都固定有碰撞传感器和橡胶碰撞块来解决碰撞问题。本发明中，可以通过增加光栅编码器来实现精密定位检测。但是，在未使用光栅编码器场合，也可以通过零点定位传感器等来确定零点位置。

上述的直线定位器中，除了对称齿同步皮带（两根相同的皮带可以完全啮合）以外，其他各种齿形的同步皮带都可以考虑使用，不同的是基座同步皮带需要特殊加工成跟动平台同步皮带啮合的齿形。

上述的直线定位器中，可以不设置小导轮，同样也可一定程度上实现本发明的技术效果。

运行过程中，电机110转动带动皮带齿轮105运转，皮带齿轮105带动动平台同步皮带104运动，使动平台100沿导轨1直线运行。其中，导轮101、103、106、108和导块102、107与动平台同步皮带104配合，加大了动平台同步皮带104与基座同步皮带2之间的接触面积。具体地，当皮带齿轮105逆时针转动时，皮带弯状段104a左节将向下运动，大导轮103将同步皮带压向基座同步皮带2，以将两者啮合。随着导块通过，动平台同步皮带104和基座同步皮带2之间的啮合状态将进一步得到稳定，从而避免了打滑或啮合错误等情况的发生。与此同时，皮带弯状段右节将向上运动逐渐与基座同步皮带分离，此时皮带弯状段104a对齿轮105产生的切向力驱动动平台100向右运动。同理，当皮带齿轮顺时针转动时，动平台向左运动。

在超长设计场合，如果使用硬质基座同步皮带（塑料或者金属）与动平台同步皮带会出现啮合误差。原因之一是动平台同步皮带拉伸产生的自身变形以及本身的制造误差。因此，将硬质基座同步皮带分段，通过调节不同段之间的装配间隙来消除啮合误差。但是，装配间隙处皮带啮合将无法提供所需拉力，本发明的大导轮103、106和小导轮101、108以及导块102、107的组合保证了多齿啮合。具体地，当皮带有缺齿现象或啮合时存在间隙，远离导轮方向的皮带可能会出现上翘或啮合不完全现象，从而导致同步皮带运转不正常，影响定位器的工作。大导轮103、106和小导轮101、108以及导块102、107的组合，尤其是导块102、107的设置可以加大皮带之间的接触面积，起到压制皮带的作用，从而避免了打滑或啮合错误等情况的发生。

另外，在同步皮带缺齿或部分齿损坏的情况中（在直线定位器的使用过程中，这是非常容易发生的情况），大导轮103、106和小导轮101、108以及导块102、107的组合也保证了直线定位器能够正常工作。

本发明的直线定位器中，除了对称齿同步皮带（两根相同的皮带可以完全啮合）以外，其他各种齿形的同步皮带都可以考虑使用，不同的是基座同步皮带（或者基座齿条）需要特殊加工成跟动平台同步皮带啮合的齿形。另外，在同步皮带（动平台同步皮带或者基座同步皮带）缺齿或者硬质基座同步皮带有装配间隙的情况下，本直线定位器仍能很好的工作，由此降低了生产使用中检修成本。

本发明可作为标准模块快速应用到各种直角坐标机械臂的制造与集成中。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种使用同步皮带的直线定位器，所述直线定位器包括基座和动平台，所述基座上设有导轨和基座同步皮带，所述动平台包括支架、滑块、电机、动平台同步皮带和皮带齿轮，所述滑块设置在所述支架的一侧并能够沿所述导轨滑动，所述电机安装在所述滑块上，所述皮带齿轮设置在所述支架的另一侧并与电机的输出轴连接，其特征在于：在所述皮带齿轮的一侧依次设有大导轮和导块，而另一侧依次设有另一大导轮和另一导块；所述动平台同步皮带同时与所述皮带齿轮和所述基座同步皮带啮合，所述大导轮和导块以及所述另一大导轮和另一导块布置在所述动平台同步皮带上方并接触所述动平台同步皮带，以保证所述动平台同步皮带与所述基座同步皮带啮合。

2.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述基座同步皮带为硬质基座同步皮带，且所述硬质基座同步皮带由多段同步皮带构成，各段同步皮带之间存在着间隙。

3.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述大导轮和所述另一大导轮分别通过销轴可转动地安装所述支架上，所述导块固定在所述支架上。

4.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述导块通过螺栓连接安装在所述支架上或与所述支架成一体。

5.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述基座同步皮带和所述动平台同步皮带正面具有啮合齿，背面为平整面，且所述基座同步皮带背面固结在基座表面上，正面与所述同步皮带正面啮合。

6.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：还包括两个小导轮，所述导块位于所述小导轮中一个与所述大导轮之间，所述另一导块位于所述小导轮中另一个与所述另一个大导轮之间，所述两个小导轮分别通过销轴可转动地安装所述支架上。

7.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述直线定位上设有多个动平台，所述多个动平台顺序放置在所述基座同步皮带上，且每个所述动平台独立控制。

8.如权利要求7所述的直线定位器，其特征在于：每个所述动平台的边缘上设有传感器和橡胶碰撞块。

9.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述导块与所述大导轮相邻的一侧为斜坡，从而在安装时能够部分地伸入所述大导轮下方，以增加所述导块与所述基座同步皮带之间的接触面积。

10.如权利要求1所述的直线定位器，其特征在于：所述支架上设有用于安装所述大导轮和所述另一大导轮的多个螺纹孔来调节所述大导轮和所述另一大导轮相对于所述皮带齿轮的位置并实现对同步皮带的张紧作用。

Images