CN106655608B - 一种平行双联同步伸缩电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行双联同步伸缩电动缸，包括作动筒装置、驱动装置、联结扭杆装置；驱动装置与作动筒装置的两个锥齿轮换向器相连，联结扭杆装置包括连接两个伸出套筒的第一扭杆组件、连接两个外套筒的第二扭杆组件、连接两个锥齿轮换向器端的回转支承扭板组件；第一扭杆组件用于连接两个伸出套筒，分两组对称的分布在两个伸出套筒伸出端的上下两端；第二扭杆用于连接两个外套筒，分两组对称的分布在两个外套筒伸出口端的上下两端；回转支承扭板组件通过扭板支承座与锥齿轮转向器连接；该平行双联电动缸能作任意摆动和承受复杂载荷，适于构建并联机构，可应用于高刚度、高精度要求的机床。

Description

一种平行双联同步伸缩电动缸

技术领域

本发明属于机械传动领域，特别是一种平行双联同步伸缩电动缸。

背景技术

各种并联机构中以杆式机构的刚度、精度最好，通常的六自由度杆式并联机构在应用中存在正解多解难题，控制难度很大。因此，少自由度特别是三平动并联机构以其构型简单、正解确定、控制容易等特点，在分拣、码垛等作业要求不太高的场合获得一些应用。目前这些三平动并联机构大都姿态保持能力较差、作业范围小，没有抵抗复杂载荷的能力，其原因是没有平行保持能力强又运动范围大的运动支链。

以三杆三平动3-UPU机构为例，其用三根伸缩杆通过两端的胡克铰链连接动、静平台，平动的保持依靠铰链的初始安装位置以及铰链各转轴绝对精确，很不可靠，实际上在许多位形处或在有力矩作用下，它有五个自由度。再例如应用较广的Delta机器人，是由三个摆臂推动三组等长且附加平行约束的杆实现三平动，由于摆臂输出力不宜大以及各组等长杆的平行约束不严格，因此该机器人没有抵抗复杂载荷的能力，应用限于分拣作业。还有用三个滑块推动三组等长杆构成并联机床的，其结果也是承载能力差、平行得不到有效保证。可见三平动并联机构容易实际应用，但需要有运动范围大且平行保持能力强的运动支链。

双联同步伸缩作动筒驱动原理分为液压驱动和电动两种，有许多应用案例，液压原理的如工程机械中的挖掘机、汽车起重机上用于变幅运动的双联同步液压缸，火箭导弹发射装置用于高低机变幅或起竖的双联同步液压缸，其同步是靠给具有相同截面积油缸腔室供给相同压力的液压油，加之被驱动变幅臂耳轴的自补偿作用来实现的，两油缸组成的四边形始终是矩形。电动原理的如一些有较宽工作台的机床，采用双丝杠双电机驱动，其在驱动电路上设置同步模块实现同步驱动，两丝杠组成的四边形也保持矩形；再如某些火箭导弹发射装置双丝杠高低机，将一部电机的运动同轴传给两个同参数的锥齿轮换向器的输入端，而锥齿轮的输出端联结丝杠，两丝杠组成的四边形也保持矩形；中国专利ZL01272475.0、ZL200420054348.0所述“双台同步电动推杆”是用于环保设备，其与上述火箭发射装置双丝杠高低机的设计思想基本上是相同的，即电机运动通过一个双向锥齿轮换向器传向两边，再分别传入两个相同的锥齿轮换向器，再传到两相同的丝杠作动筒，两丝杠组成的平面可以绕换向器输入轴转动，但两丝杠组成的四边形也保持矩形。上述双联作动筒不论是液压原理的还是电动原理的都有共同特点，即两同步伸缩作动筒与上下联结边组成的四边形保持矩形，可以绕一根轴线转动但不能成为任意的平行四边形，即两作动筒不能在自身平面内摆动。无法适应有两方向摆动要求的场合，即无法应用到三个及以上自由度的并联机构。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种平行双联同步伸缩电动缸，在运动上由一部电机驱动既能同步伸缩，又能作两个方向摆动，在推拉力和扭矩作用下始终保持两丝杠作动筒平行。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种平行双联同步伸缩电动缸，包括两根作动筒装置、驱动装置、联结扭杆装置；

所述两根作动筒装置均包括丝杠作动筒组件、锥齿轮换向器；所述丝杠作动筒组件包括螺母、丝杠、外套筒、滑动键组件；所述锥齿轮换向器包括主动锥齿轮、从动锥齿轮和角接触轴承；所述外套筒一端与换向器固接，外套筒另一端固接有滑动键组件；所述丝杠安装在从动锥齿轮轴孔上，通过角接触轴承支撑，丝杠与螺母构成螺旋副；所述螺母固接在伸出套筒靠近换向器一端的内圆孔上；主动锥齿轮与从动锥齿轮的轴线垂直，构成齿轮副；所述驱动装置与作动筒装置的锥齿轮换向器的主动锥齿轮相连；

所述联结扭杆装置包括第一扭杆组件、第二扭杆组件、回转支承扭板组件；所述第一扭杆组件连接两个伸出套筒；所述第二扭杆连接两个外套筒；所述回转支承扭板组件通过扭板支承座与锥齿轮转向器连接；

第一扭杆组件、第二扭杆组件和两个伸出套筒一起构成,四边可转动的平行四边形结构；回转支承扭板、第二扭杆组件和两个外套筒一起构成四边可转动的平行四边形。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)丝杠作动筒双联且由一部电机驱动实现同步伸缩，简化了机构的控制；(2)强制保持双联电动缸的平行姿态，使电动缸既能抵抗推力、拉力又能抵抗两个方向的扭矩；(3)可随并联的扭杆装置作两个方向摆动；(4)本发明的平行双联电动缸适于构建并联机构，可应用于高刚度、高精度要求的机床。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1平行双联同步伸缩电动缸总体结构示意图。

图2平行双联同步伸缩电动缸A-A剖面图。

图3锥齿轮换向器传动丝杠作动筒机构简图。

图4横向联结扭杆与作动筒结合位置截面图

图5电机追随摆杆结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图5对本发明作进一步的详细描述。

结合图1，本发明的一种平行同步伸缩双联电动缸，包括两根作动筒装置、驱动装置和联结扭杆装置；

结合图3、图4，所述两根作动筒装置结构相同，均包括丝杠作动筒组件3、锥齿轮换向器4；所述丝杠作动筒组件3包括螺母3-1、丝杠3-2、外套筒3-3、滑动键组件3-4；所述锥齿轮换向器4包括主动锥齿轮4-1、从动锥齿轮4-2和角接触轴承4-3；所述外套筒3-3一端与换向器4固接，外套筒3-3另一端固接有滑动键组件3-4；所述丝杠3-2安装在从动锥齿轮4-2轴孔上，通过角接触轴承4-3支撑，丝杠3-2与螺母3-1构成螺旋副；所述螺母3-1固接在伸出套筒3-5靠近换向器4一端内圆孔上；主动锥齿轮4-1与从动锥齿轮4-2的轴线垂直，构成齿轮副；所述驱动装置与作动筒装置的锥齿轮换向器4的主动锥齿轮4-1相连，驱动装置为两个丝杠作动筒提供同步驱动力；

所述锥齿轮换向器4的主动锥齿轮4-1外端装有同步带轮，主动锥齿轮4-1与同步带轮同轴安装；

结合图2，作为优选的实施方式，所述驱动装置包括第一菱形环6、第一压环7、驱动装置盒体9、第一从动带轮10、第一主动同步带轮11、第二主动同步带轮12、第二从动带轮13、电机连接盘14、第二压环15、电机16；所述驱动装置盒体9为板状结构，中间设有电机16的安装孔，两端均设有安装锥齿轮换向器4的安装孔，两个安装孔上均设有斜坡口；为了美观，驱动装置盒体9中间圆孔位置设有突出两端的台阶结构，两端设有圆弧形护板；所述电机16固接在电机连接盘14上，再通过电机连接盘14安装在驱动装置盒体9上；所述电机连接盘14为圆环结构，一圈设有用于第二压环15滑动的台阶结构，所述第二压环15为圆环结构；电机连接盘14通过第二压环15固定在驱动装置盒体9的内壁上，实现电机连接盘14在驱动装置盒体9上的定位和回转；所述第一主动同步带轮11、第二主动同步带轮12均安装在电机轴上；所述第一主动带轮11与第二主动同步带轮12大小一致；所述第一从动带轮10安装在一个锥齿轮换向器4的主动锥齿轮4-1的输入轴上，并与第一主动同步带轮11通过皮带连接；所述第二从动带轮13安装在另一个锥齿轮换向器4的主动锥齿轮4-1输入轴上，并与第二主动同步带轮12通过皮带连接；所述第一从动带轮10与第二从动带轮13大小一致，且轴线方向相互平行，两从动带轮沿轴线方向错开一条带宽的距离；

所述第一压环7为圆环状结构，中间孔设有一圈斜坡口，所述第一菱形环6为截面菱形的圆环结构；在锥齿轮转换器4的输入轴轴承座上设有一圈V型槽；所述第一菱形环6安装在锥齿轮转换器4的V型槽内，并通过第一压环7的斜坡口、驱动装置盒体9的斜坡口配合安装，所述第一压环7通过螺钉与驱动装置盒体9固定；使得驱动装置盒体9可绕锥齿轮转换器4的输入轴轴承座旋转；驱动装置盒体9、第二扭杆组件2和两个外套筒3-3一起构成四边可转动的平行四边形。

结合图2、图4，所述联结扭杆装置包括第一扭杆组件1、第二扭杆组件2、回转支承扭板组件；所述第一扭杆组件1连接两个伸出套筒3-5；所述第二扭杆2连接两个外套筒3-3；所述回转支承扭板组件通过扭板支承座8与锥齿轮转向器4连接；

所述第一扭杆组件1、第二扭杆组件2结构相同，均包括结构相同的两组扭杆2-1，两组扭杆2-1安装方向均垂直与两个伸出套筒3-5的轴线方向，两组扭杆2-1相对伸出套筒3-5对称平行；第一扭杆组件1、第二扭杆组件2和两个伸出套筒3-5一起构成四边可转动的平行四边形结构；驱动装置盒体9、第二扭杆组件2和两个外套筒3-3一起构成四边可转动的平行四边形；

所述第一扭杆组件1的两组扭杆2-1安装方向均垂直于两个伸出套筒3-5的轴线方向，两组扭杆2-1相对伸出套筒3-5对称平行；

所述第二扭杆组件2还包括第三压环2-2、回转支承座2-3、第二菱形环2-4；由于第一扭杆组件1和第二扭杆组件2结构相同，下面以第二扭杆组件2为例做说明；所述扭杆2-1中间为方管，两端均设有安装回转2-3的安装孔，且安装孔上设有与第二菱形环2-4配合的一圈斜坡口；两个扭杆2-1对称的分布在两个外套筒3-3上，所述回转支承座2-3外圆中部设有一圈V型槽，并通过螺钉安装在外套筒3-3上；所述第三压环2-2为圆环结构，中间孔设有一圈斜坡口，所述第二菱形环2-4为截面菱形的圆环结构；所述第二菱形环2-4安装在回转支承座2-3的V型槽内，通过第三压环2-2与扭杆2-1上的斜坡口配合；所述第三压环2-2与扭杆2-1两端固定；所述扭杆2-1通过第二菱形环2-4可绕回转支承座2-3旋转；因此，第一扭杆组件1、第二扭杆组件2和两个伸出套筒3-5一起构成四边可转动的平行四边形结构。

所述回转支承扭板组件包括回转支承扭板5，第一菱形环6，第一压环7，所述回转支承扭板5为板状结构，两端均设有安装扭板支承座8的安装孔，安装孔中间均设有斜坡口；所述回转支承扭板5中间设有便于电机16通过的装配孔；所述扭板支承座8为圆环结构，扭板支承座8与锥齿轮转向器4连接；扭板支承座8与锥齿轮转换器4连接端设有方形法兰，扭板支承座8的外圆中部设有一圈V型槽；所述第一菱形环6安装在扭板支承座8的V型槽内，通过第一压环7与回转支承扭板5上的斜坡口配合；所述第一压环7与回转支承扭板5相连；所述回转支承扭板5通过第一菱形环6可绕扭板支承座8旋转；

结合图1和图5，在电机连接盘14、第二扭杆组件2之间安装有追随摆杆18，所述追随摆杆18为长平板结构，两端设有螺钉安装孔；追随摆杆18的一端与第二扭杆组件2上的扭杆2-1中间相连，另一端与电机连接盘14相连，为使追随摆杆18与丝杠作动筒组件3的轴线平行，追随摆杆18与电机连接盘14之间通过方柱形垫块17连接；追随摆杆18与第二扭杆组件2上的扭杆2-1通过销钉20和开口销21相连；追随摆杆18与销钉20连接的一端安装孔内装有滑动轴承19，以便追随摆杆18可绕销钉20旋转，扭杆2-1摆动时，在追随摆杆18的作用下，电机连接盘14带动电机16一起摆动。

为便于安装，上述菱形环均分为两至三段卡入相应支承座的V型槽内。

结合图4，第二扭杆组件2的两扭杆2-1保持平行，且与垂直于扭杆2-1的两外套筒3-2的径向直线保持为矩形；当两外套筒3-2上有绕自身轴向的扭矩时，在扭杆2-1中有弯曲应力从而能抵抗外套筒3-2的扭转变形；当有绕两外套筒3-2圆心连线上产生力矩时，扭杆2-1中有扭转应力从而维持外套筒3-2平行共面。同样，第一扭杆组件1的两扭杆2-1也起同样的作用。

在另一些实施方式中，所述驱动装置也可以使用齿轮代替同步带轮实现同步驱动丝杠的作用。

本发明的平行双联同步伸缩电动缸通常应用于并联机构，两端分别通过两个球铰链分别与动平台和静平台联结。工作过程为：当电机16输出转动时，通过同步带轮传动使两个锥齿轮换向器4的主动锥齿轮4-1有相同的转动，带动两锥齿轮换向器4的从动锥齿轮4-2具有相同的转动，在螺母3-1、丝杠3-2的作用下，两伸出套筒3-5伸出或缩短相同的长度，双联电动缸保持平行；当电机16处于非工作状态(即电机轴无转动)，如无外作用双联电动缸无摆动，则伸出套筒3-5无轴向位移且双联电动缸保持原平行四边形形状不变，如有外作用使双联电动缸摆动一个角度，两电动缸上的从动同步带轮亦转动同样角度，在追随摆杆18的作用下，电机16连带上端的两个主动同步带轮也转过相同的角度，同步带传动系统中只有皮带与带轮的啮合运动，并无从动带轮与锥齿轮换向器4本体的相对运动，也无丝杠3-2的转动和伸出套筒3-5的位移。所以只要电机16处于非工作状态，外作用使双联电动缸摆动时，电动缸的伸出长度保持不变。

Claims (9)

1.一种平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于包括两根作动筒装置、驱动装置、联结扭杆装置；

所述两根作动筒装置均包括丝杠作动筒组件(3)、锥齿轮换向器(4)；所述丝杠作动筒组件(3)包括螺母(3-1)、丝杠(3-2)、外套筒(3-3)、滑动键组件(3-4)；所述锥齿轮换向器(4)包括主动锥齿轮(4-1)、从动锥齿轮(4-2)和角接触轴承(4-3)；所述外套筒(3-3)一端与换向器(4)固接，外套筒(3-3)另一端固接有滑动键组件(3-4)；所述丝杠(3-2)安装在从动锥齿轮(4-2)轴孔上，通过角接触轴承(4-3)支撑，丝杠(3-2)与螺母(3-1)构成螺旋副；所述螺母(3-1)固接在伸出套筒(3-5)靠近换向器(4)一端的内圆孔上；主动锥齿轮(4-1)与从动锥齿轮(4-2)的轴线垂直，构成齿轮副；所述驱动装置与作动筒装置的锥齿轮换向器(4)的主动锥齿轮(4-1)相连；

所述联结扭杆装置包括第一扭杆组件(1)、第二扭杆组件(2)、回转支承扭板组件；所述第一扭杆组件(1)连接两个伸出套筒(3-5)；所述第二扭杆(2)连接两个外套筒(3-3)；所述回转支承扭板组件通过扭板支承座(8)与锥齿轮转向器(4)连接；

第一扭杆组件(1)、第二扭杆组件(2)和两个伸出套筒(3-5)一起构成，四边可转动的平行四边形结构；回转支承扭板(5)、第二扭杆组件(2)和两个外套筒(3-3)一起构成四边可转动的平行四边形；

所述第一扭杆组件(1)包括结构相同的两组扭杆(2-1)，两组扭杆(2-1)安装方向均垂直于两个伸出套筒(3-5)的轴线方向，两组扭杆(2-1)相对伸出套筒(3-5)对称平行；所述第二扭杆组件(2)结构与第一扭杆组件(1)结构相同。

2.如权利要求1所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述第二扭杆组件(2)包括第三压环(2-2)、回转支承座(2-3)、第二菱形环(2-4)；所述回转支承座(2-3)安装在外套筒(3-3)上，回转支承座(2-3)的外圆中部设有一圈V型槽；所述第三压环(2-2)为圆环状结构，中间孔设有一圈斜坡口，所述第二菱形环(2-4)为截面菱形的圆环结构；所述第二菱形环(2-4)安装在回转支承座(2-3)的V型槽内，通过第三压环(2-2)与扭杆(2-1)上的斜坡口配合；所述第三压环(2-2)与扭杆(2-1)两端固定；所述扭杆(2-1)通过第二菱形环(2-4)可绕回转支承座(2-3)旋转。

3.如权利要求1所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于，所述驱动装置包括驱动装置盒体(9)、第一从动带轮(10)、第一主动同步带轮(11)、第二主动同步带轮(12)、第二从动带轮(13)、电机连接盘(14)、第二压环(15)、电机(16)；所述电机(16)固接在电机连接盘(14)上，再通过电机连接盘(14)安装在驱动装置盒体(9)上；所述第一主动同步带轮(11)、第二主动同步带轮(12)均安装在电机轴上；所述第一从动带轮(10)安装在一个锥齿轮换向器(4)的主动锥齿轮(4-1)输入轴上，并与第一主动同步带轮(11)通过皮带连接；所述第二从动带轮(13)安装在另一个锥齿轮换向器(4)的主动锥齿轮(4-1)输入轴上，并与第二主动同步带轮(12)通过皮带连接；两从动带轮沿轴线方向错开一条带宽的距离。

4.如权利要求3所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述驱动装置还包括第一菱形环(6)、第一压环(7)；所述第一压环(7)为圆环状结构，中间孔设有一圈斜坡口，所述第一菱形环(6)为截面菱形的圆环结构；在锥齿轮转换器(4)的输入轴轴承座上设有一圈V型槽；所述第一菱形环(6)安装在锥齿轮转换器(4)的V型槽内，并通过第一压环(7)的斜坡口、驱动装置盒体(9)的斜坡口配合安装，所述第一压环(7)与驱动装置盒体(9)固定。

5.如权利要求3所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于，所述第一主动带轮(11)与第二主动同步带轮(12)大小一致；所述第一从动带轮(10)与第二从动带轮(13)大小一致，且轴线方向相互平行。

6.如权利要求3所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述驱动装置盒体(9)、第二扭杆组件(2)和两个外套筒(3-3)一起构成四边可转动的平行四边形。

7.如权利要求1所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述回转支承扭板组件包括回转支承扭板(5)，第一菱形环(6)，第一压环(7)、扭板支承座(8)，所述回转支承扭板(5)为板状结构，两端均设有安装扭板支承座(8)的安装孔，安装孔中间均设有斜坡口，回转支承扭板(5)中间设有便于电机(16)通过的装配孔；所述扭板支承座(8)为圆环结构，扭板支承座(8)与锥齿轮转向器(4)连接；扭板支承座(8)与锥齿轮转换器(4)连接端设有法兰，扭板支承座(8)的外圆中部设有一圈V型槽；所述第一菱形环(6)安装在扭板支承座(8)的V型槽内，通过第一压环(7)与回转支承扭板(5)上的斜坡口配合；所述第一压环(7)与回转支承扭板(5)相连；所述回转支承扭板(5)通过第一菱形环(6)可绕扭板支承座(8)旋转。

8.如权利要求2或4或7所述的一种平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述菱形环均分为两至三段卡入相应支承座的V型槽内。

9.如权利要求3所述的平行双联同步伸缩电动缸，其特征在于所述电机连接盘(14)、第二扭杆组件(2)之间安装有追随摆杆(18)，所述追随摆杆(18)为长平板结构，两端设有螺钉安装孔；追随摆杆(18)的一端与第二扭杆组件(2)上的扭杆(2-1)中间相连，另一端与电机连接盘(14)相连，为使追随摆杆(18)丝杠作动筒组件(3)的轴线平行，追随摆杆(18)与电机连接盘(14)之间通过柱形垫块(17)连接；追随摆杆(18)与扭杆(2-1)通过销钉(20)和开口销(21)相连；追随摆杆(18)与销钉(20)连接的一端安装孔内装有滑动轴承(19)。