CN105990951A - 一种滚柱丝杠机电作动器 - Google Patents

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Abstract

一种滚柱丝杠机电作动器，涉及大功率机电作动器结构设计领域；主要包括永磁同步伺服电机、减速器、行星滚柱丝杠副、丝杠支撑用轴承、锁紧螺母、作动杆、第一、第二作动器壳体、上下支耳；永磁同步伺服电机通过平键与减速器输入端相连，减速器输出端通过花键连接形式与行星滚柱丝杠连接，丝杠螺母通过螺钉与作动杆连接固定，滚柱丝杠副的径向固定通过丝杠支撑用轴承与作动器壳体1固定，最终通过锁紧螺母锁紧轴承。当伺服电机驱动减速器带动丝杆旋转运动时，作动杆只能沿轴向做往复直线运动；解决了大功率级机电作动器零位尺寸短、正负行程长、负载力大、结构强度高等问题，进而提高机电作动器性能指标，提高可靠性。

Description

一种滚柱丝杠机电作动器
技术领域
本发明涉及一种大功率机电作动器结构设计领域，特别是一种滚柱丝杠机电作动器。
背景技术
机电伺服系统是航天飞行器飞行控制系统的执行子系统，是除主发动机外输出功率最大的系统的重要飞行执行机构。近年来，机电伺服系统发展迅猛，已经得到了很多成功实例的验证，鉴于机电伺服系统天然的优越性，今后机电伺服的发展前景会更加广阔。
机电作动器是机电伺服机构中的动力输出执行系统，它承受负载大、动态特性高等特点。尤其是近年来根据项目的要求，机电作动器功率等级越来越高，零位安装尺寸越来越苛刻、正负行程越来越长，负载力矩越来越大，传统的机电作动器已无法满足大负载要求，同时其整体结构强度需求也大幅提升，因此急需一种新型机电作动器，旨在满足大负载要求。最终，该新型机电作动器的应运而生，为此类问题提供了技术基础。
现有传统机电作动器主要由伺服电机1、丝杠2、丝杠螺母3、丝杠支撑用轴承4、锁紧螺母5等组成，如图1所示，工作原理：伺服电机1直接驱动丝杠2转动，丝杠2驱动丝杠螺母3运动，因丝杠螺母3旋转自由度受到限制，因此只能沿轴向做往复直线运动。
传统机电伺服作动器采用直线式滚珠丝杠副传动机构，但其所占零位长度长，正负行程有限，而且其所能承受的载荷较小，难以满足大负载力矩要求，同时该作动器整体壳体采用铝合金材料，其承力机构也无法满足强度、刚度要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种滚柱丝杠机电作动器，解决了大功率级机电作动器零位尺寸短、正负行程长、负载力大、结构强度高等问题，进而提高机电作动器性能指标，提高可靠性。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种滚柱丝杠机电作动器，包括永磁同步伺服电机、减速器、作动器壳体、行星滚柱丝杠副、作动杆、下支耳、上支耳和丝杠支撑用轴承和承力限位块；减速器的输入端与永磁同步伺服电机固定连接；减速器与作动器壳体之间设置有承力限位块，减速器输出端的侧壁通过承力限位块与作动器壳体固定连接；减速器的输出端与行星滚柱丝杠副固定连接；作动器壳体同轴固定在行星滚柱丝杠副的轴向外部；丝杠支撑用轴承与行星滚柱丝杠副轴壁接触，承力限位块与行星滚柱丝杠副配合接触；行星滚柱丝杠副一端通过丝杠支撑用轴承和承力限位块固定在作动器壳体的轴心位置；行星滚柱丝杠副另一端通过作动杆固定在作动器壳体轴心位置；作动器壳体一端的轴向外壁上固定有下支耳；上支耳固定在减速器的输出轴向外壁上。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，所述作动器壳体包括第一作动器壳体和第二作动器壳体；第一作动器壳体与减速器的输出端同轴固定连接；第二作动器壳体与下支耳同轴固定连接。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，第一作动器壳体为结构钢材料；第二作动器壳体为铝合金材料。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，所述的永磁同步伺服电机通过平键与减速器输入端相连；减速器输出端通过花键与行星滚柱丝杠副连接；实现了当伺服电机驱动减速器带动星滚柱丝杠副旋转运动时，因星滚柱丝杠副旋转自由度受到限制，作动杆只能沿轴向做水平往复直线运动。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，承力限位块与减速器输出端侧壁为微间隙配合。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，微间隙配合的尺寸为H7/g6。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，所述承力限位块与丝杠支撑用轴承的外径为过渡配合。
在上述的一种滚柱丝杠机电作动器，过渡配合的尺寸为H7/k6。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明滚柱丝杠机电动作器采用了平行式结构，伺服电机通过减速器与传动机构平行放置装配，大大减小了零位尺寸、增加了其正负行程；
(2)本发明采用了行星滚柱丝杠副，行星滚柱丝杠副为线接触，因此其是在径向尺寸相同的情况下，行星滚柱丝杠副的承载能力远远高于滚珠丝杠副的承载能力，负载-径向尺寸比大；
(3)本发明机电作动器采用分体式结构形式，用于固定丝杠支撑用轴承的第一作动器壳体采用沉淀硬化不锈钢材料，可满足轴向大负载强度要求；第二作动器壳体因其不承受大负载要求，因此采用铝合金材料，第一作动器壳体和第二作动器壳体通过螺栓连接固定，分体式结构充分考虑了伺服作动器整体受力情况，合理分配各承力件的强度指标，有效提升了作动器可靠性；
(4)本发明对于内结构承力结构进行优化设计，当机电作动器受到轴向拉力时，通过锁紧螺母承受；当受到轴向压力时，通过承力限位块承受，受力形式单一，避免了对其它结构件的影响；
(5)本发明中承力限位块与丝杠支撑用轴承外径为过渡配合，并且以此为参照基准，规定了承力限位块与减速器直口之间为微间隙配合，不仅保证了丝杠在运动过程中不承受径向载荷，同时对于丝杆与减速器输出端的内外花键配合起到了很好的调节作用。
附图说明
图1为传统机电作动器结构示意图；
图2为本发明滚柱丝杠机电作动器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
该新型伺服机电作动器，旨在解决大功率级机电作动器零位尺寸短、正负行程长、负载力大、结构强度高等问题，进而提高机电作动器性能指标，提高可靠性。
如图2所示为滚柱丝杠机电作动器结构示意图，由图可知，一种滚柱丝杠机电作动器，包括永磁同步伺服电机1、减速器2、作动器壳体、行星滚柱丝杠副5、作动杆6、下支耳7、上支耳8和丝杠支撑用轴承9和承力限位块11；减速器2的输入端与永磁同步伺服电机1固定连接；减速器2与作动器壳体之间设置有承力限位块11，减速器2输出端的侧壁通过承力限位块11与作动器壳体固定连接；减速器2的输出端与行星滚柱丝杠副5固定连接；作动器壳体同轴固定在行星滚柱丝杠副5的轴向外部；丝杠支撑用轴承9与行星滚柱丝杠副5轴壁接触，承力限位块11与行星滚柱丝杠副5配合接触；行星滚柱丝杠副5一端通过丝杠支撑用轴承9和承力限位块11固定在作动器壳体的轴心位置；行星滚柱丝杠副5另一端通过作动杆6固定在作动器壳体轴心位置；作动器壳体一端的轴向外壁上固定有下支耳7；上支耳8固定在减速器2的输出轴向外壁上。
所述作动器壳体包括第一作动器壳体3和第二作动器壳体4；第一作动器壳体3与减速器2的输出端同轴固定连接；第二作动器壳体4与下支耳7同轴固定连接。
其中，第一作动器壳体3为结构钢材料，更好承受丝杠支撑用轴承所承受的轴向载荷；第二作动器壳体4为铝合金材料，其作用仅仅为支撑行星滚柱丝杠副用；最终通过四个长螺钉依次将上支耳、减速器、传动机构固定连接。
所述的永磁同步伺服电机1通过平键与减速器2输入端相连；减速器2输出端通过花键与行星滚柱丝杠副5连接；实现了当伺服电机1驱动减速器2带动星滚柱丝杠副5旋转运动时，因星滚柱丝杠副5旋转自由度受到限制，作动杆6只能沿轴向做水平往复直线运动。
本发明对于内结构承力结构进行优化设计，当机电作动器受到轴向拉力时，通过锁紧螺母10承受；当受到轴向压力时，通过承力限位块11承受，受力形式单一，避免了对其它结构件的影响；
承力限位块11与丝杠支撑用轴承9外径为过渡配合，过渡配合的尺寸为H7/k6，并且以此为参照基准，规定了承力限位块11与减速器2直口之间为微间隙配合，微间隙配合的尺寸为H7/g6，不仅保证了丝杠在运动过程中不承受径向载荷，同时对于丝杆与减速器输出端的内外花键配合起到了很好的调节作用。
本发明中，永磁同步伺服电机通过平键与减速器输入端相连，减速器输出端通过花键连接形式与行星滚柱丝杠连接，丝杠螺母通过螺钉与作动杆连接固定，滚柱丝杠副的径向固定通过丝杠支撑用轴承与作动器壳体1固定，最终通过锁紧螺母锁紧轴承。当伺服电机驱动减速器带动丝杆旋转运动时，因丝杠螺母旋转自由度受到限制，因此作动杆只能沿轴向做往复直线运动。
本发明滚柱丝杠机电动作器采用了平行式结构，伺服电机通过减速器与传动机构平行放置装配，大大减小了零位尺寸、增加了其正负行程；
采用了行星滚柱丝杠副，行星滚柱丝杠副为线接触，因此其是在径向尺寸相同的情况下，行星滚柱丝杠副的承载能力远远高于滚珠丝杠副的承载能力，负载-径向尺寸比大；
机电作动器采用分体式结构形式，用于固定丝杠支撑用轴承的第一作动器壳体采用沉淀硬化不锈钢材料，可满足轴向大负载强度要求；第二作动器壳体因其不承受大负载要求，因此采用铝合金材料，第一作动器壳体和第二作动器壳体通过螺栓连接固定，分体式结构充分考虑了伺服作动器整体受力情况，合理分配各承力件的强度指标，有效提升了作动器可靠性；
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：包括永磁同步伺服电机(1)、减速器(2)、作动器壳体、行星滚柱丝杠副(5)、作动杆(6)、下支耳(7)、上支耳(8)和丝杠支撑用轴承(9)和承力限位块(11)；减速器(2)的输入端与永磁同步伺服电机(1)固定连接；减速器(2)与作动器壳体之间设置有承力限位块(11)，减速器(2)输出端的侧壁通过承力限位块(11)与作动器壳体固定连接；减速器(2)的输出端与行星滚柱丝杠副(5)固定连接；作动器壳体同轴固定在行星滚柱丝杠副(5)的轴向外部；丝杠支撑用轴承(9)与行星滚柱丝杠副(5)轴壁接触，承力限位块(11)与行星滚柱丝杠副(5)配合接触；行星滚柱丝杠副(5)一端通过丝杠支撑用轴承(9)和承力限位块(11)固定在作动器壳体的轴心位置；行星滚柱丝杠副(5)另一端通过作动杆(6)固定在作动器壳体轴心位置；作动器壳体一端的轴向外壁上固定有下支耳(7)；上支耳(8)固定在减速器(2)的输出轴向外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：所述作动器壳体包括第一作动器壳体(3)和第二作动器壳体(4)；第一作动器壳体(3)与减速器(2)的输出端同轴固定连接；第二作动器壳体(4)与下支耳(7)同轴固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：第一作动器壳体(3)为结构钢材料；第二作动器壳体(4)为铝合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：所述的永磁同步伺服电机(1)通过平键与减速器(2)输入端相连；减速器(2)输出端通过花键与行星滚柱丝杠副(5)连接；实现了当伺服电机(1)驱动减速器(2)带动星滚柱丝杠副(5)旋转运动时，因星滚柱丝杠副(5)旋转自由度受到限制，作动杆(6)只能沿轴向做水平往复直线运动。
5.根据权利要求1所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：承力限位块(11)与减速器(2)输出端侧壁为微间隙配合。
6.根据权利要求5所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：微间隙配合的尺寸为H7/g6。
7.根据权利要求1所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：所述承力限位块(11)与丝杠支撑用轴承(9)的外径为过渡配合。
8.根据权利要求7所述的一种滚柱丝杠机电作动器，其特征在于：过渡配合的尺寸为H7/k6。
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