CN107288830A - 一种储能电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电动缸，是由电机组件、减速器、卷簧组件、丝杆副组件、缸体组件、推杆、安装组件和限位开关组成；电机组件安装在减速器的输入端，丝杆副组件安装在减速器的输出端；丝杆螺母同推杆固定在一起，一同在缸体组件中滑动；缸体组件安装减速器输出端；球头1安装在推杆的顶端，球头2安装在减速器底盖上；限位开关1安装在缸体组件上方，限位开关2安装在缸体组件下方；卷簧组件安装在减速器的传动轴上，并随着传动轴的转动存储或释放能量；该发明能将被运输物体的重力势能或空行程中电机的动能转化为卷簧的弹性势能存贮起来，并在另一个行程中释放存储的能量，能大幅度降低电机消耗的电能，并且能明显的提高电机的负载能力。

Description

一种储能电动缸

技术领域

本发明涉及一种储能电动缸，具体地说是一种安装了卷簧机构的可以存储能量的电动缸，属于机械传动领域。

背景技术

随着工业自动化的迅速发展，电动缸的应用日益广泛。电动缸是一种能把电机的旋转运动转换为推杆的直线运动的一种执行机构，它是电机与丝杠一体化的模块化产品，目前广泛应用于机器人手臂及关节、模拟飞行器、升降平台等设备上。相比于液压和气压驱动设备，电动缸具有环保节能、易控制、精度高和维护成本低等特点。

中国专利CN 113593A公开了一种减少震动并减弱对其自身及被输送物的损害的电动缸，该专利在电动缸推杆的前端增加一个法兰，并在法兰上安装圆形的聚氨基甲酸酯橡胶片，并在聚氨基甲酸酯橡胶片前表面安装一个钢制或者陶瓷保护片，这种结构使该电动缸具有耐高温和抗冲击的特点，因此该电动缸主要用于推动或承受高温重物。

中国专利CN 103313846 A公开了一种电动缸，该电动缸在外部缸中添加一个应变检测机构来执行载荷检测。因此，该电动缸不必单独地设置载荷检测单元，能够简化电动缸的结构。该电动缸适用于在监测载荷的同时还要执行挤压压入工作的配合设备或挤压设备中。

上述所有电动缸都是针对某一特殊应用场合设计的，各有各的应用特点，但上述所有电动缸的推力全部都是由电机提供的，在某些立式的工况中，被输送物体或机架本身的重力势能在工作过程中不仅没有被利用，而且电机还要提供能量去抵消被输送物体或机架的重力势能，这样就造成能量的大量浪费；除此之外在一些单行程工况中，电机在空行程中提供动能的能力也都被浪费，因此，迫切需要一种能存储能量并在需要时释放能量的电动缸，而目前市场上没有这类产品。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了一种储能电动缸。

本发明通过以下技术方案实现的：一种储能电动缸，是由电机组件、减速器、卷簧组件、缸体组件、丝杆副组件、推杆和安装组件组成。

其特征在于：电机组件通过螺钉安装在减速器的上端，并且斜齿轮1安装在电机的输出轴上，斜齿轮2、斜齿轮3安装在传动轴上，斜齿轮4安装在丝杆副上，其中斜齿轮1与斜齿轮2啮合，斜齿轮3与斜齿轮4啮合，在传动轴的两端分别安装轴承1和轴承2。二者都为角接触球轴承，采用面对面的安装方式。轴承1、轴承2的外圈分别安装在轴承套1和轴承套2中，且轴承套1和轴承套2通过螺钉安装在减速器箱体的左右两端面上。减速器端盖通过螺钉连接固定在减速器箱体上。

丝杆上还安装有轴承3和轴承4，两个轴承均为角接触球轴承并采用背对背的安装方式，轴承3和轴承4安装在减速器输出端的台阶孔中，轴承4上端被缸筒压住，且缸筒通过螺钉固定在减速器箱体上。

丝杆螺母安装在丝杆上，丝杆螺母通过螺纹连接和推杆固定在一起。

在丝杆顶端安装一个外径尺寸和推杆内径尺寸相同的滑块。

缸筒盖通过螺钉固定在缸筒上，且缸筒盖内孔上四个间隔90度的键与推杆外圆柱面上4条间隔90度的键槽相配合，使推杆延缸筒滑动。

球头1通过螺纹连接固定在推杆上，球头2通过螺纹连接固定在减速器底盖上。

在缸筒上方和下方的两个螺纹孔上安装限位开关1和限位开关2。

所述减速器中还安装了用于蓄力的卷簧组件，卷簧组件由3个卷簧机构组成，每个卷簧机构都有由用于存储能量的卷簧、放置卷簧的卷簧壳和防止卷簧跳出的卷簧端盖组成。卷簧为外钩内钩结构，外钩挂在卷簧壳的槽口处，内钩挂在传动轴上的槽口中。卷簧端盖通过螺钉固定在卷簧壳上，卷簧壳通过螺钉固定在减速器箱体上。3个卷簧机构并列安装。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)在立式工况中，本发明可将被输送物或机架下降过程中的重力势能转化为卷簧的弹性势能存储起来，当被输送物或机架上升时则释放卷簧中的弹性势能，带动传动轴运动，同电机一起提供动力，使被输送物或机架上升，从而达到节能电能的目的。

(2)对于单行程工作的情况，可在空行程中将电机的动能转化为卷簧的弹性势能存储起来，然后在工作行程中释放卷簧中的弹性势能，带动传动轴运动，同电机一起提供动力，这样即使在安装小功率电机的情况下，电动缸也能在工作行程中提供较大推力或拉力。因此在满足所需推力或拉力的前提下可以有效的降低电机的成本。

(3)在单行程工作的情况下，为了增加电动缸在工作行程中的推力或拉力，通常是增加电机的减速比或者增加电机的功率，若增加电机的减速比，这势必会增加减速器的尺寸。用卷簧将电机在空行程中的动能存储起来，然后在工作行程中释放卷簧中的弹性势能，带动传动轴运动，同电机一起提供动力，这样在增加工作行程推力的前提下，会使电动缸的整体尺寸更为紧凑。

(4)对于单行程工作的情况，可在空行程中将电机的动能转化为卷簧的弹性势能存储起来，然后在工作行程中释放卷簧中的弹性势能，带动传动轴运动，同电机一起提供动力，能大大提高电动缸的响应速度，增加工作效率。

(5)电动缸对电机的启动转矩的要求一般是额定转矩的2～2.2倍，在某些情况下为了使电机达到启动转矩的要求，必须选择额定转矩较大的电机。而卷簧组件可在电机启动时释放卷簧中存储的弹性势能，能大大降低电动缸对电机启动转矩的要求，从而降低电机的成本。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明总体结构的剖视图。

图3为本发明卷簧组件的爆炸结构示意图。

图4为本发明卷簧组件的安装示意图。

1电机组件，2减速器，3卷簧组件，4缸体组件，5丝杆副组件，6推杆，7安装组件，8限位开关。

1-1电机，1-2键1；2-1斜齿轮1，2-2锁紧螺母1，2-3斜齿轮2，2-4传动轴，2-5 键2，2-6轴承1，2-7轴承套，2-8减速器箱体，2-9斜齿轮3，2-10轴承2，2-11轴承套2，2-12斜齿轮4，2-13键3，2-14减速器底盖；3-1卷簧壳，3-2卷簧，3-3卷簧端盖； 4-1缸筒，4-2缸筒盖；5-1丝杆，5-2锁紧螺母2，5-3轴承3，5-4轴承4，5-5锁紧螺母4，5-6丝杆螺母，5-7滑块；7-1球头1，7-2球头2；8-1限位开关1，限位开关2。

具体实施方式

一种储能电动缸，是由电机组件(1)、减速器(2)、卷簧组件(3)、缸体组件(4)、丝杆副组件(5)、推杆(6)、安装组件(7)和限位开关(8)组成。其特征在于：电机组件(1) 通过螺钉安装在减速器(2)的上端，并且斜齿轮1(2-1)安装在电机(1-1)的输出轴上，在斜齿轮1(2-1)的轴孔上和电机(1-1)的输出轴上加工键槽，通过在电机(1-1)输出轴上安放键1(1-2)来限制斜齿轮1(2-1)和电机(1-1)的输出轴发生相对转动，在电机(1-1) 输出轴的末端加工外螺纹，通过拧紧锁紧螺母1(2-2)使斜齿轮1(2-1)上端面紧贴电机 (1-1)输出轴上的台阶面，以此来限制斜齿轮1(2-1)在电机(1-1)输出轴上滑动。

斜齿轮2(2-3)安装在传动轴(2-4)上，并且与斜齿轮1(2-1)啮合，在斜齿轮(2-3)的轴孔和传动轴(2-4)上分别加工键槽，并安装键2(2-5)来限制斜齿轮2(2-3)和传动轴(2-4)发生相对转动，斜齿轮2(2-3)右端面与传动轴(2-4)上的轴肩贴紧，斜齿轮2(2-3) 左端面与轴承1(2-6)的内圈贴紧，以此来防止斜齿轮2(2-3)在传动轴(2-4)上滑动。

轴承1(2-6)和轴承2(2-10)为角接触球轴承，采用面对面的安装方式。轴承1(2-6)内圈与斜齿轮2(2-3)左端面紧贴，外圈与轴承套1(2-7)内孔中的台阶面贴紧，通过这种安装方式来限制轴承1(2-6)在传动轴(2-4)上滑动。轴承套1(2-7)通过螺钉固定在减速器箱体(2-8)上。减速器(2)右端的斜齿轮3(2-9)、轴承2(2-10)、轴承套2(2-11)的安装和定位方式与左端斜齿轮2(2-3)、轴承1(2-6)、轴承套1(2-7)的安装和定位方式完全相同。

减速器(2)中斜齿轮4(2-12)安装在丝杆(5-1)上，在斜齿轮4(2-12)轴孔上和丝杆(5-1)上加工键槽并安装键3(2-13)，以此来限制斜齿轮4(2-12)和丝杆(5-1)发生相对转动，斜齿轮4(2-12)上端面与丝杆(5-1)上的阶梯面相接处，下端面和安装在丝杆(5-1) 上的锁紧螺母2(5-2)相接触，以此来限制斜齿轮4(2-12)在丝杆(5-1)上滑动。丝杆(5-1) 上还安装有轴承3(5-3)和轴承4(5-4)，二者均为角接触球轴承并采用背对背的安装方式，轴承4(5-4)内圈与丝杆(5-1)上的轴肩相接触，轴承3(5-3)的内圈与锁紧螺母3(5-5) 接触，以此来限制轴承3(5-3)、轴承4(5-4)在丝杆(5-1)上滑动，轴承3(5-3)外圈的下端面与减速器箱体(2-8)上输出端台阶孔相接处，轴承4(5-4)外圈的上端面与缸筒 (4-1)相接处，以此来限制轴承3(5-3)、轴承4(5-4)在减速器箱体(2-8)内上下滑动。

所述缸筒(4-1)的内径要小于轴承4(5-4)外圈最大直径，这样才能限制轴承3(5-3)、轴承4(5-4)的向上移动。并且缸筒(4-1)和减速器箱体(2-8)之间通过螺钉连接。

丝杆螺母(5-6)安装在丝杆(5-1)上，丝杆螺母(5-6)外圆柱面上加工有外螺纹，螺纹规格与推杆(6)底部的内螺纹规格相同，通过螺纹连接将推杆(6)固定在丝杆螺母(5-6)上。丝杆螺母(5-6)最大直径与缸筒(4-1)内径相同，以保证丝杆螺母(5-6)在缸筒(4-1) 内滑动的同时两者的中心线重合。

在丝杆(5-1)顶端安装一个外径尺寸和推杆(6)内径尺寸相同的滑块(5-7)，该滑块在推杆中滑动，用以保证丝杆(5-1)和推杆(6)的中心线重合。

缸筒盖(4-2)通过螺钉固定在缸筒(4-1)上，且缸体盖(4-2)内孔上加工有四个间隔 90度的键。在推杆(6)外圆柱面上加工有4条间隔90度的键槽，该键槽与缸筒盖(4-2) 内孔上的四个键相配合，以保证推杆(6-1)只能延缸体组件(4)滑动而不能转动。

在推杆(6)的上端加工有内螺纹，其规格与球头1(7-1)上的外螺纹规格相同，通过螺纹将二者安装在一起。在减速器底盖(2-14)上加工有内螺纹孔，其规格与球头2(7-2) 上的外螺纹规格相同，通过螺纹将二者安装在一起。

在缸筒(4-1)上方和下方加工两个螺纹孔，用以安装限位开关(8-1)和限位开关(8-2)，当丝杆螺母(5-6)移动到传感器位置时就会触发传感器，输出信号给控制器，控制器就会使电动机停止运动，达到保护的目的。

所述减速器底盖(2-14)和减速器箱体(2-8)通过螺钉连接在一起。

卷簧组件(3)安装减速器(2)中，卷簧组件(3)由3个卷簧机构组成，每个卷簧机构都由用于存储能量的卷簧(3-1)、放置卷簧(3-1)的卷簧壳(3-2)和防止卷簧跳出的卷簧端盖(3-3)组成。卷簧(3-1)为外钩内钩结构，外钩挂在卷簧壳(3-2)的槽口处，内钩挂在传动轴(2-4)上的槽口中。卷簧端盖(3-3)通过螺钉固定在卷簧壳(3-2)上，卷簧壳(3-2) 通过螺钉固定在减速器箱体(2-8)上。3个卷簧机构并列安装，同时存储能量或释放能量。

当该装置工作时，电机(1-1)提供的动力经过斜齿轮1(2-1)传递给斜齿轮2(2-3)，斜齿轮2(2-3)通过带动传动轴(2-4)转动将动力传给斜齿轮3(2-9)，斜齿轮3(2-9)通过齿轮啮合将动力传给斜齿轮4(2-12)，斜齿轮4(2-12)带动丝杆(5-1)转动，丝杆(5-1) 通过螺旋副将动力传递给丝杆螺母(5-6)，丝杆螺母(5-6)带动推杆(6)延缸筒(4-1)轴线方向滑动。

针对电动缸安装方式和应用场合的不同，卷簧组件的安装和储能方式分为以下几种:

(1)当电动缸竖直安装且球头(7-1)在上，球头(7-2)在下时，由于被输送物或者机架所受重力方向向下，所以推杆在工作中受压力作用，当推杆(6)收缩向下运输物体，此时电动缸将被运输物体或者机架的重力势能转化为卷簧的弹性势能存贮在卷簧组件 (3)中。当推杆(6)完全收缩时，此时卷簧组件(3)中卷簧的弹性势能最大。当推杆(6)伸长时，卷簧组件(3)中存储弹性势能开始同电机(1)一起克服被运输物体或者机架的重力做功。

(2)当电动缸竖直安装且球头(7-1)在下，球头(7-2)在上时，由于被输送物或者机架所受重力方向向下，所以推杆在工作中受拉力作用，当推杆(6)伸长向下运输物体，此时电动缸将被运输物体或者机架的重力势能转化为卷簧的弹性势能存贮在卷簧组件 (3)中。当推杆(6)完全伸长时，此时卷簧组件(3)中卷簧的弹性势能最大。当推杆(6)收缩时，卷簧组件(3)中存储弹性势能开始同电机(1)一起克服被运输物体或者机架的重力做功。

(3)在单行程工作场合中，如在某些压力设备中，电动缸在空行程中将电机(2)的动能转化为卷簧组件(3)的弹性势能存储起来，然后在工作行程中将存储的弹性势能释放出来，同电机一起带动推杆(6)运动，增加推杆(6)的推力或拉力。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种储能电动缸，是由电机组件、减速器、卷簧组件、缸体组件、丝杆副组件、推杆、安装组件和限位开关组成，其特征在于：电机组件通过螺钉安装在减速器的上端，并且斜齿轮1安装在电机的输出轴上，斜齿轮2、斜齿轮3安装在传动轴上，斜齿轮4安装在丝杆副上，其中斜齿轮1与斜齿轮2啮合，斜齿轮3与斜齿轮4啮合，轴承1和轴承2分别安装在传动轴的两端，且都为角接触球轴承，采用面对面的安装方式。轴承1、轴承2的外圈分别安装在轴承套1和轴承套2中，且轴承套1和轴承套2通过螺钉安装在减速器箱体的左右两端面上；减速器底盖通过螺钉连接固定在减速器箱体上；

丝杆上还安装有轴承3和轴承4，两个轴承均为角接触球轴承并采用背对背的安装方式，轴承3和轴承4安装在减速器输出端的台阶孔中，轴承4外圈的上端被缸筒压住，缸筒通过螺钉固定在减速器箱体上；

丝杆螺母安装在丝杆上，丝杆螺母通过螺纹连接和推杆固定在一起；

在丝杆顶端安装一个外径尺寸和推杆内径尺寸相同的滑块；

缸筒盖通过螺钉固定在缸筒上，并且缸筒盖内孔上有四个间隔90度的键，在推杆外圆柱面上也有4条间隔90度的键槽，该键槽与缸筒盖内孔上的四个键相配合，使推杆延缸筒滑动；

球头1通过螺纹连接固定在推杆上，球头2通过螺纹连接固定在减速器底盖上；

在缸筒上方和下方加工有两个螺纹孔，用来安装限位开关1和限位开关2；

卷簧组件安装在减速器中，卷簧组件由3个卷簧机构组成，每个卷簧机构都有用于存储能量的卷簧、放置卷簧的卷簧壳和防止卷簧跳出的卷簧端盖组成，卷簧为外钩内钩结构，外钩挂在卷簧壳的槽口处，内钩挂在传动轴上的槽口中，卷簧端盖通过螺钉固定在卷簧壳上，卷簧壳通过螺钉固定在减速器箱体上，3个卷簧机构并列安装。

2.如权利要求1所述的一种储能电动缸，其特征在于，所述电机为伺服电机或步进电机或其他具有自锁功能的电机。

3.如权利要求1所述的一种储能电动缸，其特征在于，所述丝杆副组件可以为滚珠丝杆副或梯形丝杆副。

4.如权利要求1所述的一种储能电动缸，其特征在于，所述卷簧组件中卷簧机构的数量可以根据实际要求增加或减少。

5.如权利要求1所述的一种储能电动缸，其特征在于，所述限位开关为霍尔传感器。