CN105805254B - 一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块 - Google Patents

Abstract

一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，导向块的截面为T型，T型截面的窄边宽度比宽边小0.6～2mm；导向块的长度方向上均布螺纹孔，通过螺钉将T型截面的窄边一端固定在机电作动器壳体内壁，使得导向块位于丝杠螺母的导向槽内，导向槽中螺母的上端面距离T型截面窄边与宽边的交界面距离0.35～0.75mm，且T型截面的宽边两端面与导向槽之间的配合间隙满足0.01～0.02mm，平行度为0.01～0.02mm。

Description

一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块

技术领域

本发明专利涉及一种导向块，尤其适用于航空、航天、航宇的机电作动器内丝杠直线位移传动导向。

背景技术

机电伺服机构是应用于航空、航天、航宇等飞行器的重要飞行控制机构，机电伺服系统发展速度飞快，随之应用也迅速扩大；机电伺服与液压伺服相比有其非常突出的优点，所以今后的应用和发展前景十分广阔。

机电伺服机构是将电机交变的转动转换为丝杠的直线运动，为了控制丝杠不发生转动，而只直线运动，我们就要设计直线方向的导向，导向又有滚动摩擦和滑动摩擦，滚动摩擦空间要求大，加工难，由于航空、航天、航宇的机电作动器要求占用空间小，质量轻，因此迫切需要一种质量轻、防卡死、易加工的导向块，此发明为滑动摩擦，以往的滑动导向块都有和丝杠螺母咬死或卡塞的现象，咬死或卡塞会使机电作动器失去功能，甚至毁坏，为此发明了一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，防止机电作动器咬死和卡塞。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，可直接应用于各种机电作动器的直线位移导向，具有防咬死、防卡塞、易加工等特点。

本发明的技术解决方案是：一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，导向块的截面为T型，T型截面的窄边宽度比宽边小0.6～2mm；导向块的长度方向上均布螺纹孔，通过螺钉将T型截面的窄边一端固定在机电作动器壳体内壁，使得导向块位于丝杠螺母的导向槽内，导向槽中螺母的上端面距离T型截面窄边与宽边的交界面距离0.35～0.75mm，且T型截面的宽边两端面与导向槽之间的配合间隙满足0.01～0.02mm，平行度为0.01～0.02mm。

所述的导向块所有边均圆滑过渡。

所述的圆滑过渡通过下列方式实现：首先将导向块上所有锐边先倒角，倒角为C0.1～2mm，再将倒角的锐边手工用油石倒钝约R1～R20。

T型截面的宽边与导向槽间隙配合的两端面上加工多个0.2～1mm深的圆柱孔并在孔底涂润滑脂。

所述的圆柱孔距离其所在端面边缘0.35～2.5mm，相邻圆柱孔的间距为圆柱孔孔径的5～15倍。

将作动器壳体内壁与导向块的接触面加工成平面，壳体与导向块接触平面的垂直两侧面的间隙控制在0.6～2mm。

在导向块与壳体内壁接触的一面上加工O型槽，用于安装O型密封圈。

密封圈的内侧距离螺纹孔最外边缘距离0.75～2.5mm。

在T型截面的宽边与导向槽间隙配合的两端面溅射0.5～2μm厚度的二硫化钼基固体薄膜。

导向块的T型截面的宽边宽度为导向块的螺纹孔大径加4～6mm，导向块的高度根据①导向块沉进丝杠螺母导向槽的深度能承受住壳内扭矩再乘于1.4的安全系数，②螺钉拧进3～5圈且螺钉距离端面0.5～1mm不露头确定；导向块的长度由作动器的行程再减2～4mm确定。

所述螺钉的选取步骤如下：

首先根据导向块应用过程中所要承受的剪力，乘以至少1.4倍的安全系数，得到螺钉所要承受的总剪力；

然后从5个螺钉开始，根据螺钉所要承受的总剪力，选取螺钉的直径；依次增加一个螺钉数量，得到2-4组符合总剪力要求的螺钉数量与螺钉直径；

最后，根据每组情况下，导向块与螺钉的总质量，选取其中最轻质量对应的一组螺钉数量与螺钉直径。

本发明与现有技术相比有益效果为：

采用滑动摩擦，发明占用空间小、质量轻、易加工、横截面为T型基的导向块，解决滚动摩擦质量重、难加工、占用空加大等问题，采用导向块端面(与丝杠接触面)溅射0.5～2μm的二硫化钼提高润滑，减小摩擦系数解决发热问题；去除与丝杠导向槽尖角直接接触部分，避免导向块与丝杠尖角碰撞和划伤导向块表面而产生多余物，在导向块端面(与丝杠接触面)加工0.2～0.3mm深的圆孔或者方孔，并在孔底涂润滑脂，将可能产生的多余物疏导在孔内避免多余物堆积，解决质量轻、易卡死问题；将导向块机加加工的面设计成平面，解决加工难度问题。

附图说明

图1为本发明导向块示意图；

图2为本发明导向块O型密封圈和螺纹安装孔示意图；

图3为本发明导向块锐边倒钝图示意图；

图4导向块与丝杠螺母接触面小圆柱孔示意图；

图5为本发明导向块安装附图示意图Ⅰ；

图6为本发明导向块安装附图示意图Ⅱ；

具体实施方式

下面结合附图从几个方面对本发明导向块进行说明。具体如下：

(1)将导向块的横截面设计为T型(如图1、3所示)，避免与丝杠螺母导向槽的锐边和尖角直接碰撞，防止丝杠螺母导向槽与导向块碰撞时产生多余物而卡塞和咬死；

经过反复、多次、大量实验总结：如图5所示，(1)T型导向块窄边应比宽边小，L8为(0.6～2)mm确定宽度为最佳状态，既不碰到尖角又不会影响强度。(2)窄边以躲过尖角L6＝(0.35～0.75)mm确定高度最为适宜。

上面说到“碰撞”其实并不为过，做导向的目的是将丝杠螺母的转动改变为直线运动，通过电机的正反转实现收缩和伸长；其实丝杠螺母的主动意识是转动，那么丝杠螺母导向槽的锐边和尖角会随着电机频繁的正反转对导向块有一个频繁但不大的碰撞，频繁的碰撞就会使材料堆积，使材料脱落而产生多余物，而当多余物堆积较多时就会卡塞甚至咬死以至于作动器失效。因此将导向块的横截面设计为T型，让过丝杠螺母导向槽的锐边和尖角，经过多次试验效果非常明显。

(2)在导向块端面(与丝杠螺母导向槽接触的两个端面，即图3中的A、B两面)溅射二硫化钼基固体薄膜(0.5～2)μm增强润滑，减小摩擦系数，减小发热防止真空冷焊。

二硫化钼润滑性能极佳；设计避免锐边碰撞之后再次润滑极其重要；导向块与丝杠螺母接触的两个端面溅射二硫化钼基固体薄膜(0.5～2)μm增强润滑后，减小了摩擦系数，提高了效率，减小了发热，还能适用真空环境，提高了可靠性和使用寿命。

(3)将导向块与丝杠螺母接触的两个端面(A、B两面)加工多个(0.2～1)mm深的圆柱孔并在孔低涂润滑脂，保证可能产生的多余物有地儿可去，不至于堆积而卡塞或卡死。

大禹治水之前的治水方法都是堵，短时见效，可时间长了灾难更严重，打孔的目的就是采用了大禹治水的强大智慧“疏”；经过反复、多次、大量实验总结：(1)圆柱孔的孔径以小于导向块单边宽度(0.35～2.5)mm最为适宜，即图4中的L4＝(0.35～2.5)mm，既不增加机加难度，也不影响清除可能产生的多余物。(2)我们在导向块与丝杠螺母接触的两个端面加工多个(0.2～1)mm深的圆柱孔，间距L5为圆柱孔孔径的5～15倍效果最佳。

(4)加O型密封圈防止未知的，不明确的气体、液体、固体多余物进入

经过反复、多次、大量实验总结：如图2所示，导向块加O密封圈，密封圈的内侧应距离锁紧螺纹孔最外边缘距离，即L2＝(0.75～2.5)mm为最佳密封状态，其目的是将那些未知的，不明确的气体、液体、固体阻挡在外，而不至于影响到导向块在实际应用中变涩。图中L3为相邻两个锁紧螺钉的间距。

(5)将导向块的所有锐边先倒角，倒角为C(0.1～2)mm，再将倒角的锐边手工用油石倒钝约R1～R20，降低了加工难度保证了质量，并且提高了加工的的速度。

在对作动器的反复多次试验，还发现导向块只倒角也会产生多余物，倒圆角不易加工且浪费时间；由于导向块较小，圆角不易加工；而倒角的导向块仍然有锐角，是锐角，材料就会有翻边的存在，丝杠螺母导向槽会与导向块倒角锐边的一边有频繁的不经意的接触，这样也容易产生多余物，所以设计成导向块所有锐边先倒角，倒角为C0.1～2mm再将倒角的锐边手工用油石倒钝R1～R20。

(6)保证导向块与丝杠螺母导向槽的两个接触平面的配合间隙与平行度，保证配合间隙为(0.01～0.02)mm之间，平行度为0.01～0.02，使导向块与丝杠螺母不具备发生扭转的间隙而碰撞产生多余物。

经过大量的试验发现导向块的两个接触平面与丝杠螺母导向槽配合发生直线运动时，导向块平行度为0.01～0.02且配合间隙为(0.01～0.02)mm之间时作动器的直线运动非常的可靠和顺滑。

(7)将作动器壳体内腔与导向块的接触面加工成平面，这样使作动器壳体内腔与导向块接触面由线接触改为面接触，增大安装接触面使导向块更牢固、导向块更易加工、而且更能提高散热能力。

经过反复试验发现，由于作动器的内腔为圆柱孔实际与横截面方形的导向块接触时是线接触，这种接触紧固不牢靠，如果将与之接触的平面加工成圆弧面，看似解决了问题，其实大大加重了加工难度，线接触时导向块容易发生扭转，如果在作动器反复收缩或者伸长并承受较大力时发生扭转，丝杠螺母导向槽的边会挤压导向块，使导向块产生多余物，而当多余物堆积较多时就会使作动器卡塞甚至咬死以至于作动器失效。所以将作动器壳体内腔与导向块的接触面加工成平面也达到了一定的减重目的，这样使作动器壳体内腔与导向块接触面由线接触改为面接触，增大安装接触面使导向块安装更牢固、导向块更易加工、而且更能提高散热能力且壳体与导向块接触平面的垂直两侧面(D面、E面)的间隙应在(0.6～2)mm之间最为合适，不影响壳体强度和接触面加工难度。

(8)精妙的减重和缩小所占空间设计。

减重与不减安全性是人类永远努力的方向，与导向块有关影响作动器重量的有锁紧螺钉的个数、长度和导向块本身的长、宽、高；那就要经过精密的计算和多次试验摸索一个安全系数；导向块的螺纹大径加(4～6)mm决定导向块宽度，螺纹孔径M根据螺钉直径和个数所能承受的剪力再乘于1.4的安全系数确定；导向块高度和螺钉的长度①根据导向块能沉进丝杠螺母导向槽的深度能承受住壳内扭矩再乘于1.4的安全系数。②螺钉能拧进3～5圈且螺钉距离端面(0.5～1)mm(如图6L1所示)不露头确定；长度由作动器的行程再减(2～4)mm确定，这样既保证了安全性又最有效的减轻了质量,需要注意的是丝杠螺母导向槽底部应距离导向块F面即L7＝(0.5～1.2)mm为最佳。

下面将导向块锁紧螺钉组件1、导向块2、壳体3、O型密封圈4、丝杠螺母5装配过程进行简要说明(如图6所示)：

(1)将导向块2上的螺纹孔与壳体3上的孔对齐,导向块2的较窄的一边朝向有安装孔的壳体3内壁平面。

(2)然后用导向块锁紧螺钉组件1将导向块安装在壳体2内部,但是不要拧紧螺钉,控制拧紧力矩小于0.5Nm；

(3)用工装保证壳体2水平放置旋转丝杠轴,使丝杠螺母全行程移动,保证丝杠螺母伸缩顺畅，不断拧紧导向块锁紧螺钉组件1,保证每次拧紧后,丝杠能够顺利转动,丝杠螺母5伸缩顺畅；不断反复,最后导向块2安装导向块锁紧螺钉组件1拧紧。至此，该机构的安装就完成。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：导向块的截面为T型，T型截面的窄边宽度比宽边小0.6～2mm；导向块的长度方向上均布螺纹孔，通过螺钉将T型截面的窄边一端固定在机电作动器壳体内壁，使得导向块位于丝杠螺母的导向槽内，导向槽中螺母的上端面距离T型截面窄边与宽边的交界面距离0.35～0.75mm，且T型截面的宽边两端面与导向槽之间的配合间隙满足0.01～0.02mm，平行度为0.01～0.02，使导向块与丝杠螺母不具备发生扭转的间隙而碰撞产生多余物；在T型截面的宽边与导向槽间隙配合的两端面溅射0.5～2μm厚度的二硫化钼基固体薄膜，T型截面的宽边与导向槽间隙配合的两端面上加工多个0.2～1mm深的圆柱孔并在孔底涂润滑脂；将作动器壳体内壁与导向块的接触面加工成平面，壳体与导向块接触平面的垂直两侧面的间隙控制在0.6～2mm。

2.根据权利要求1所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：所述的导向块所有边均圆滑过渡。

3.根据权利要求2所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：所述的圆滑过渡通过下列方式实现：首先将导向块上所有锐边先倒角，倒角为C0.1～2mm，再将倒角的锐边手工用油石倒钝约R1～R20。

4.根据权利要求1所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：所述的圆柱孔距离其所在端面边缘0.35～2.5mm，相邻圆柱孔的间距为圆柱孔孔径的5～15倍。

5.根据权利要求1所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：在导向块与壳体内壁接触的一面上加工O型槽，用于安装O型密封圈。

6.根据权利要求5所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：密封圈的内侧距离螺纹孔最外边缘距离0.75～2.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：导向块的T型截面的宽边宽度为导向块的螺纹孔大径加4～6mm，导向块的高度根据①导向块沉进丝杠螺母导向槽的深度能承受住壳内扭矩再乘于1.4的安全系数，②螺钉拧进3～5圈且螺钉距离端面0.5～1mm不露头确定；导向块的长度由作动器的行程再减2～4mm确定。

8.根据权利要求1所述的一种机电作动器预防直线位移卡死的导向块，其特征在于：所述螺钉的选取步骤如下：

首先根据导向块应用过程中所要承受的剪力，乘以至少1.4倍的安全系数，得到螺钉所要承受的总剪力；

然后从5个螺钉开始，根据螺钉所要承受的总剪力，选取螺钉的直径；依次增加一个螺钉数量，得到2-4组符合总剪力要求的螺钉数量与螺钉直径；

最后，根据每组情况下，导向块与螺钉的总质量，选取其中最轻质量对应的一组螺钉数量与螺钉直径。