CN107588168A - 一种具有紧凑结构的直线作动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有紧凑结构的直线作动机构，其中丝杠(1)左端由位于轴承前支撑(81)和轴承后支撑(82)间的支撑轴承组(8)支撑；丝杠(1)右端装有支撑导向装置(9)且伸进推杆组件(4)的推杆套筒内；推杆组件(4)左端与丝杠(1)上的螺母(2)相接，右端由装于缸筒前端盖(7)内的推杆导向套做导向支撑，并伸出缸筒前端盖(7)；缸筒(3)上有滑槽(31)；固定在螺母(2)上的防旋转导向装置(5)部分伸入缸筒(3)的滑槽(31)中；耳轴板(13)固定在固定板(10)和缸筒前端盖(7)的前后侧；限位开关(12)装在缸筒(3)上，与其配合的磁石组件固定在推杆法兰上。本发明能降低加工成本，且结构紧凑。

Description

一种具有紧凑结构的直线作动机构

技术领域

本发明涉及直线作动机构，尤其涉及一种具有紧凑结构的直线作动机构。

背景技术

随着现代工业和装备制造业的飞速发展和进步，在数字技术及微处理技术等的推动和影响下，人们对设备执行终端的性能和运行位置的精度控制要求越来越高。传统液压、气动执行机构由于其位置可控性差、维修不便、系统结构复杂、灵敏性差、环境敏感度高，且会造成较大的泄露及噪声污染等特点，已难以适应当今工业发展的需要。而随着电子技术的高速发展，制约电力驱动的调速控制及功率密度等问题逐渐得到解决，于是电驱设备已逐渐成为当前驱动技术领域新的大趋势。

电驱设备中，作为直线作动机构的电动执行器之一的伺服电动缸(以下简称电动缸)是随着现代工业的发展而逐步发展起来的动力基础部件，它作为集成度和精密度较高的直线作动机构，可将电机的旋转运动转化为直线运动。

在已知的具有丝杠螺母的直线作动机构中，以伺服电动机作为动力，带动丝杠旋转，并通过约束螺母的旋转且要保证螺母的直线运动导向，来实现与螺母连接的推杆组件的直线运动。

传统的防旋转导向装置通常是通过在螺母上开有滑槽结构，同时在缸筒的内表面固定有防旋转条，来约束螺母的旋转运动并保证了螺母的直线运动导向，这样无可避免的会对螺母进行特殊的设计和加工，而且会造成整个电动缸的尺寸过大，导致设备的加工成本也会上升、占用空间也会增大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种具有紧凑结构的直线作动机构，其能够降低加工成本，且能够减小电动缸的尺寸，从而使得直线作动机构的结构更为紧凑。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种具有紧凑结构的直线作动机构，其包括：

丝杠；螺母；缸筒；推杆组件；防旋转导向装置；缓冲装置；缸筒前端盖；支撑轴承组；轴承前支撑；轴承后支撑；支撑导向装置；固定板；磁石组件；限位开关；耳轴板和动力单元；

所述缸筒固定在缸筒前端盖和轴承后支撑之间；轴承后支撑和动力单元的电动机平行固定在固定板上；

丝杠的左端由安装于轴承前支撑和轴承后支撑之间的支撑轴承组支撑；丝杠的右端装有支撑导向装置，且伸进推杆组件的推杆套筒内部；所述推杆组件左端与丝杠上的螺母相接；推杆组件右端由安装于缸筒前端盖内的推杆导向套做导向支撑，并伸出缸筒前端盖；丝杠的运转由动力单元提供动力；

所述缸筒上开有滑槽；安装在所述螺母上的防旋转导向装置部分伸入缸筒的滑槽中；

所述耳轴板固定在固定板和缸筒前端盖的前侧和后侧；

所述缸筒上安装有限位开关，与限位开关配合使用的磁石组件固定在推杆组件的推杆法兰上。

更优选地，所述螺母两侧端对称开有平面；所述防旋转导向装置为两个，每个防旋转导向装置的一面固定在所述螺母侧端的平面上，另一面伸入所述缸筒的滑槽中，并能够沿着所述滑槽做直线运动。

更优选地，所述防旋转导向装置包括：

导向键、导向键套和导向键螺钉；

所述导向键通过单个导向键螺钉固定在螺母侧端的平面上；

所述导向键套安装于导向键的外部，并将该导向键包裹住；该导向键套伸入所述缸筒的滑槽中，且与所述滑槽配合，能够沿着所述滑槽做直线运动。

更优选地，

所述推杆法兰的外圈上开设凹槽，所述凹槽的顶部以及一端部具有开口，端部的开口朝向推杆法兰有螺栓的一侧；且推杆法兰上的相邻两个螺栓分别对称布置在所述凹槽的中心线两侧；所述磁石组件固定在所述推杆组件的推杆法兰的凹槽内；

所述缸筒筒壁上设置有T型滑槽，所述限位开关为两个，安装在所述T 型滑槽内，且分别对应推杆法兰的运行起始位置和终止位置；

所述磁石组件被所述推杆组件带动运行，当所述限位开关位于所述磁石组件的感应磁场时，限位开关动作。

更优选地，所述磁石组件包括：

磁石、磁石套、磁石压板和紧固件；

所述磁石套为具有容纳空腔的桶体结构，该桶体结构的上部沿纵向铣有一平面；该容纳空腔向右一直延伸至桶体结构的右端，向上延伸至平面；该磁石套安装至直线作动机构的推杆法兰外圈上开设的凹槽内；

所述磁石安装在磁石套的容纳空腔内；

所述磁石的右端被磁石压板顶住；

所述磁石压板通过紧固件固定在直线作动机构的推杆法兰的端面上。

更优选地，所述限位开关的感应中心位于磁石的中心与推杆法兰中心的连线上。

更优选地，所述缓冲限位装置包括：

左缓冲限位装置和右缓冲限位装置；

所述左缓冲限位装置的左端面靠紧轴承前支撑右侧面的槽体底部，左缓冲限位装置的右端面自由且对着螺母；

所述右缓冲限位装置的右侧面通过胶接方式安装在所述缸筒前端盖的左侧面；右缓冲限位装置的左侧面自由且对着设置在推杆组件右端的推杆法兰。

更优选地，所述左缓冲限位装置包括：

第一缓冲垫和缓冲片；

所述第一缓冲垫的外圈呈锥形，中部开有锥形孔，形成上宽下窄的环形圈；其中环形圈较宽侧靠紧该轴承前支撑右侧面的槽体底部；其中环形圈较窄侧开有凹槽，所述缓冲片为金属缓冲片，通过胶接方式安装在第一缓冲垫的凹槽内，该缓冲片的右端对着螺母。

更优选地，所述支撑导向装置包括：

支撑导向头、紧固件和止推垫片；

所述支撑导向头安装在所述丝杠的轴头上，并在丝杠的轴头端部用紧固件固定止推垫片；

所述支撑导向头在径向上，其外圆和推杆组件的推杆套筒内壁之间为间隙配合，其内壁与丝杠轴头之间的配合为间隙配合；

所述支撑导向头在轴向方向上，与丝杠的轴肩以及止推垫片之间均为间隙配合。

更优选地，

所述耳轴板内侧靠近两端部的位置分别设有台阶，且该台阶的底平面与所述平板结构的端部相通，形成两个连接平面；其中一个连接平面上开有第一安装孔，其与固定板端面上的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓；另外一个连接平面上开有第二安装孔，其与缸筒前端盖端面的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓；所述耳轴板结构上开有耳轴孔，用于连接耳轴；

所述台阶的深度设置为H，所述H满足：B/2<H<B，其中B为耳轴板的厚度；

设耳轴板两端部的台阶之间的距离为L，则该L满足如下关系：

L＝L0-S

其中，L0为理论长度值，该L0＝L1+L2，其中L1表示缸筒的前端面到后端内台阶之间的距离，L2表示缸筒的后端内台阶至轴承后支撑与固定板相接触面之间的距离；S为缸筒预紧压缩量。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

本发明通过防旋转导向装置来约束螺母的旋转运动并保证螺母的直线运动导向，在安装该防旋转导向装置时，只需在螺母上铣有对称的两端面即可，相对于现有技术在螺母上开设滑槽的结构，加工简单，成本低；而且电动缸缸筒的内表面无需固定防旋转条，所以不会导致整个电动缸的尺寸过大。

本发明通过在推杆组件的推杆法兰外圈上开设凹槽，将磁石组件固定在直线作动机构的推杆法兰的凹槽内，使得缸筒筒壁的外形尺寸不会因为安装限位装置而变大，从而保证了整个设备的体积，节省了设备的制造成本；并且本发明通过磁石组件与限位开关的配合能够实现对推杆运行位置的精确限位。

本发明在现有技术基础上增加了缓冲装置，在推杆组件运行过程中，通过本缓冲装置，避免了丝杠螺母组件、推杆组件和伺服电机受到较大的冲击力，因此能够保障丝杠螺母组件、推杆组件和伺服电机等不致因为较大的冲击力或过载发生损坏；而且，通过在缓冲垫中设置金属缓冲片的结构使得缓冲装置的安装空间小，尤其适用于缓冲时接触面积较小的场景。

本发明通过支撑导向头在径向上和推杆组件的推杆套筒内壁和丝杠轴头之间为间隙配合，在轴向方向上与丝杠的轴肩以及止推垫片之间均为间隙配合，丝杠相对于支撑导向头高速旋转，若支撑导向头由于摩擦作用与丝杠同步旋转，则其周向线速度最大可达6168mm/s，径向线速度最大为 190mm/s，为减小铜导向头磨损提高效率，应尽量避免支撑导向头周向旋转。

本发明能够保证支撑导向头不随着丝杠一起运转，因此能够减小支撑导向头以及推杆套筒内壁的磨损并提高效率。

本发明通过在耳轴板内侧靠近两端部的位置分别设有台阶，其通过该台阶的深度H取值使得耳轴板可以通过自身台阶直接将力传递给固定板和缸筒前端盖；通过该两个台阶之间的长度取值使得耳轴板的台阶侧面与固定板内侧面(即固定板对着缸筒前端面的一面)之间会留有间隙S，从而保证了直线作动机构受90kN拉力或压力时，缸筒不会和缸筒前端盖或固定板之间产生间隙，因此可以使得耳轴板与固定板、耳轴板与缸筒前端盖间的受力均衡。

附图说明

图1-1为本发明直线作动机构的内部结构示意图；

图1-2为本发明直线作动机构的外部形状示意图；

图2-1为本发明中缸筒结构的主视图；

图2-2为本发明中缸筒结构的侧视图；

图2-3为图2-2中的I部的局部放大示意图；

图3-1为本发明中防旋转导向装置的安装位置示意图；

图3-2为图2中A部的局部放大图；

图3-3为图2中B部的局部放大图；

图4-1为本发明中的支撑导向装置的结构示意图；

图4-2为本申请中的支撑导向头的结构示意图；

图4-3为图4-2中的A-A剖视图；

图5-1为本发明中的缓冲限位装置的安装位置示意图；

图5-2为图5-1中A部的局部放大图；

图5-3为图5-1中B部的局部放大图；

图5-4为左缓冲限位装置的结构示意图；

图6-1为本发明中的限位装置的结构示意图；

图6-2为限位装置中的磁石组件的结构示意图；

图7-1为本申请的耳轴板的结构示意图；

图7-2为本申请的耳轴板的安装位置示意图；

图7-3为图7-2中A部的局部放大图；

图7-4为图7-2中B部的局部放大图。

图中：

丝杠1；螺母2、平面21；缸筒3、滑槽31；推杆组件4；防旋转导向装置5、导向键51、导向键套52、导向键螺钉53；缓冲装置6、左缓冲限位装置61、右缓冲限位装置62；第一缓冲垫611、缓冲片612；第二缓冲垫621；缸筒前端盖7；支撑轴承组8；轴承前支撑81；轴承后支撑82；支撑导向装置9；支撑导向头91、紧固件92和止推垫片93；固定板10；磁石组件11、磁石11-1、磁石套11-2、磁石压板11-3和紧固件11-4；限位开关12；耳轴板13；第一安装孔13-1、第二安装孔13-2、耳轴孔13-3和台阶13-4；耳轴14；动力单元15。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例一

本发明提供一种具有紧凑结构的直线作动机构，其结构如图1-1和图 1-2所示，包括：

丝杠1；螺母2；缸筒3；推杆组件4；防旋转导向装置5；缓冲装置6；缸筒前端盖7；支撑轴承组8；轴承前支撑81；轴承后支撑82，支撑导向装置9；固定板10；磁石组件11；限位开关12；耳轴板13；耳轴14；动力单元15。

固定板10用于固定动力单元15以及轴承后支撑82。缸筒3固定在缸筒前端盖7和轴承后支撑82之间；

动力单元15为丝杠1的运转提供动力，其包括伺服电机和传动部件。在伺服电机的驱动下，通过传动部件减速以及改变传动方向后，以定减速比将动力传给丝杠1。

丝杠1的左端由支撑轴承组8支撑，支撑轴承组8采用两组同向安装的角接触轴承，且两组轴承之间采用背靠背方式安装于轴承前支撑81和轴承后支撑82内然后整体内置于缸筒3内。丝杠1的右端安装有支撑导向装置9，且支撑导向装置9伸进推杆组件4的推杆套筒内部。丝杠1的外部配合安装螺母2，螺母2与推杆组件4左端相连接。推杆组件4的右端由安装于缸筒前端盖7内的推杆导向套做导向支撑，并伸出缸筒前端盖7。

上述缸筒3上开有滑槽31；螺母2上固定有防旋转导向装置5，该防旋转导向装置5部分伸入缸筒3的滑槽中，以限制螺母2随丝杠1的旋转而周线旋转。当丝杠1旋转时，由于缸筒3对螺母2的周向约束作用，螺母2即带动推杆组件4在缸筒3内做直线运动。

缸筒3一端通过轴承后支撑82固定在固定板10上，另一端由缸筒前端盖7封住。耳轴板13为两个，分别在固定板10和缸筒前端盖7的前侧和后侧。耳轴板13上固定有耳轴14；该耳轴14用于将整个直线作动机构固定在耳座上。

缸筒3上安装有限位开关12，与限位开关12配合使用的磁石组件固定在推杆组件4的推杆法兰上，二者配合使用，可以对推杆组件4行程的起始位置和终止位置进行限定。

下面对如下几个关键零部件的功能以及结构进行详细介绍：

一、缸筒3

缸筒3主要有承载、密封和导向的作用。其结构如图2-1、图2-2及图 2-3所示，缸筒3内部设计了滑槽31，螺母2上固定的防旋转导向装置5 部分伸入缸筒3的滑槽31中，以限制螺母2随丝杠1的旋转而周线旋转，从而保证了丝杠1的旋转运动转化为螺母2的直线运动。

缸筒3内部左侧设计有第一台阶面32，用于实现与轴承前支撑8端面的贴合；缸筒3内部右侧设计有第二台阶面33，用于和缸筒前端盖7配合安装，实现固定限位作用。

为了实现结构的紧凑性，缸筒3的外表面的四个拐角处设计了圆弧缺口34，为支撑螺柱的安装留有足够的安装空间。该支撑螺柱用于将该缸筒固定在固定板和缸筒前端盖上。

为方便装限位开关12，缸筒3一侧面设计有T型滑槽35。

缸筒3的材料选用铝合金，利用采用热挤压成型工艺一体成型，加工工艺简单。

二、防旋转导向装置5

防旋转导向装置5为两个，其安装位置如图3-1所示，每个防旋转导向装置5的一面固定在所述螺母2侧端的平面21上，另一面伸入所述缸筒3 的滑槽31中，并能够沿着所述滑槽31做直线运动。

在直线作动机构工作过程中，在丝杠1转动的同时，该防旋转导向装置5一方面，能够约束螺母2的旋转，使得丝杠1的旋转运动转化为螺母2 的直线运动；另一方面，可以保证螺母2在缸筒3内壁的滑槽31内进行直线滑动。

该防旋转导向装置的结构如图3-2和图3-3所示，该防旋转导向装置5 包括导向键51、导向键套52、导向键螺钉53。

导向键51通过单个导向键螺钉53固定在螺母2侧端的平面21上，用来限制螺母2的旋转运动；导向键套52安装于导向键51的外部，并将其包裹住；该导向键套52伸入所述缸筒3的滑槽31中，且与缸筒3的滑槽31配合，能够沿着所述滑槽31做直线运动。在直线作动装置运动过程中，导向键套52直接与缸筒3的滑槽31内壁接触，在滑槽31内作直线运动。

上述导向键套52为非金属导向键套，其材料可以选用棉纤维增强酚醛树脂板，这种非金属材料使得该导向键套具有很好的耐磨特性。

在安装本申请时，可以预先在缸筒3内壁的滑槽31内以及导向键套52 的壳体结构的内部空腔中添加润滑脂，这样会使得螺母2在缸筒3内壁的滑槽31内进行直线滑动时更加顺滑，且会减少导向键套52与缸筒3的滑槽31内壁之间的磨损。一次注脂，全寿命周期使用，终身受用。

通过将导向键51固定在螺母2的侧端面，在导向键51的外部安装导向键套52，由导向键套52与缸筒3的滑槽31配合，这样避免了导向键51 与缸筒内的滑槽31之间的直接接触，由导向键套52主要承担摩擦，在一定程度上保护了导向键51和缸筒内的滑槽31，减缓了缸筒3和导向键51 之间的磨损，进一步提高导向键51和缸筒3的使用寿命，从而使得直线作动机构能够保持传动精度。

该导向键套52容易更换，可以实现整个防旋转导向装置5磨损后的快速替换和维修。

通过采用单个螺钉将导向键固定在螺母2上，使其能在螺母2侧端的平面21上转动，类似平面铰接。在保证铰接中心位于对称平面上的前提下，一方面在防旋转导向装置5装入缸筒3的过程中，可以自我调整旋转角度适应安装；另一方面，在电动缸工作过程中，安装于螺母2两侧端平面的防旋转导向结构5有一定适应性，受力不均匀时可以自我调整作用力沿接触平面的分配，以使导向键套52更加均匀磨损，从而使得装有本申请的直线作动机构能够保持传动精度。

三、支撑导向装置9

为了确保直线作动机构工作过程中，丝杠1和与推杆组件4的推杆套筒内壁之间没有相互的接触和摩擦，如图4-1所示，支撑导向装置9安装在丝杠1的轴头上。通过该支撑导向装置9，一方面可以对丝杠1的结构起到滑动支撑的作用，以避免丝杠1的螺纹与推杆组件4的推杆套筒内壁之间的直接接触，保护丝杠1螺纹的使用精度和寿命；另一方面可以减小摩擦力，起到滑动支撑作用。

由图4-1可以看出，该支撑导向装置9包括支撑导向头91、紧固件92 和止推垫片93。为了防止支撑导向头91轴向移动脱出丝杠1的轴头，在丝杠1的轴头端部用紧固件92固定止推垫片93。

上述支撑导向头91的结构如图4-2和图4-3所示，该支撑导向头91为柱形结构，柱形结构的中部开有轴孔，该轴孔的端部设有倒角，以方便装入丝杠1的轴头。该支撑导向头91的外圆母线设计为弧形，以避免支撑导向头91因受到径向力后导致其与推杆组件4的推杆套筒内壁之间接触而产生摩擦。

为了增大支撑导向头91的周向阻力防止其随丝杠1旋转，该支撑导向头91的四周设计有四个缺口，同时该缺口也有储存润滑脂作用。在安装时，可以预先在该缺口中加装润滑脂，一次加注，终身受用，提升了设备的使用寿命。

为了避免丝杠1与推杆组件4的推杆套筒内壁之间相互接触和摩擦，在径向上，将该支撑导向头91的外圆和推杆组件4的推杆套筒内壁之间的配合公差设计为间隙配合。这样设计，即使支撑导向头91在径向上受到了力的作用，也仅仅是支撑导向头91与推杆组件4的推杆套筒内壁有轴向的相对运动，因此可以极大的减少丝杠1与推杆组件4的推杆套筒内壁之间的磨损。

电动缸工作过程中，丝杠1作高速旋转运动，若该支撑导向装置9由于摩擦作用与丝杠1同步旋转，则其周向线速度和轴向线速度都十分的巨大，因此应尽量避免支撑导向头91随丝杠1一起周向旋转，以减小支撑导向头91的磨损并提高效率。为了避免支撑导向头91随丝杠1一起周向旋转，设置将支撑导向头91的内壁与丝杆1轴头之间设计为间隙配合，同时使支撑导向头91的厚度小于丝杠1轴头的长度，这样在丝杠1轴头端部固定止推垫片93后，支撑导向头91在轴向方向上与丝杠1的轴肩以及止推垫片93之间均为间隙配合，也就是说，将支撑导向头91放置于止推垫片 93和丝杠1轴肩之间，并不是卡死的。

为了减小支撑导向头91和推杆组件4的推杆套筒内壁之间的摩擦力，支撑导向头91的材料选用铜或者铜为基料的合成材料(如铝青铜)等制成的支撑导向头。

四、缓冲限位装置6

为了限制推杆组件4的行动位置范围，需要设置该缓冲限位装置6用于机械限位。

该缓冲限位装置的安装位置如图5-1、图5-2和图5-3所示，可以看出，本申请中的缓冲限位装置6包括：左缓冲限位装置61和右缓冲限位装置62。

其中的左缓冲限位装置61安装于轴承前支撑81的右侧，且左缓冲限位装置61的左端面通过胶接方式安装在轴承前支撑右侧面的槽体底部，左缓冲限位装置61的右端面自由且对着螺母2。

其中的右缓冲限位装置62的右侧面通过胶接方式安装在缸筒3右端的缸筒前端盖7的左侧面；右缓冲限位装置62的左侧面自由且对着设置在推杆组件4右端的推杆法兰，用于在推杆组件4向右运行过程中与推杆法兰相接触。

上述的左缓冲限位装置61的结构如图5-4所示，包括：第一缓冲垫611 和缓冲片612。

其中第一缓冲垫611为橡胶缓冲垫，其外圈呈锥形，中部开有锥形孔，形成上宽下窄的环形圈。安装时，将第一缓冲垫611较窄的一侧对着螺母2，较宽的一侧通过胶接方式安装在该轴承前支撑右侧面的槽体底部。第一缓冲垫611的较窄侧开有凹槽，以容纳缓冲片612，该缓冲片612的右端对着螺母2。当螺母2随着推杆组件4向左移动时，首先会碰击第一缓冲垫611 的较窄端，而后较窄端将受到的应力传递给第一缓冲垫611的较宽侧。

在实际的工作过程中，第一缓冲垫611受到冲击时，第一缓冲垫611 的较宽侧应力较大，为了降低第一缓冲垫611较宽侧的应力和应变，增加其使用寿命，设置锥形孔的锥形方向与外圈的锥形方向相反，这样能够保证第一缓冲垫611较宽侧的接触面积较大，从而能够使作用于单位面积上的应力变小，进而能够降低该第一缓冲垫611的应变。同时，第一缓冲垫 611的锥形设计也便于其制造，一定程度上起到拔模角度的作用。

上述缓冲片612为金属缓冲片，其材料可以为弹簧钢。缓冲片612通过胶接方式安装在第一缓冲垫611的凹槽内。

上述右缓冲限位装置62与左缓冲限位装置61相比，不再包括缓冲片 612，二是仅仅包括第二缓冲垫。且第二缓冲垫上不用设置凹槽，其余的特点与第一缓冲垫611相同，这里不再详细描述。

安装该右缓冲限位装置62，将环形圈较宽侧向右靠紧缸筒前端盖7，较窄侧自由，对着推杆组件4的推杆法兰。当推杆组件4向右移动时，推杆组件4的推杆法兰首先会碰击第二缓冲垫的较窄端，而后较窄端将受到的应力传递给第二缓冲垫的较宽侧。

五、电气限位装置

该限位装置主要采用磁场感应的原理，对直线动作机构实现非接触式的电气限位。该限位装置的结构如图6-1所示，该限位装置包括：磁石组件 11和限位开关12。

磁石组件11固定在直线作动机构的推杆组件4中的推杆法兰的凹槽内；所述凹槽开设在推杆法兰的外圈上，所述凹槽的顶部以及一端部具有开口，端部的开口朝向推杆法兰有螺栓的一侧；且推杆法兰上的相邻两个螺栓分别对称布置在所述凹槽的中心线两侧。

限位开关12固定在直线作动机构缸筒筒壁上。具体固定在缸筒3一侧面的T型滑槽35内。

随着直线作动机构的推杆做直线运动，磁石组件11与限位开关12之间的距离越来越小，当磁石组件11的感应磁场到达限位开关12的磁感应距离时，触发限位开关12动作，限位开关12输出一个电气信号给控制器，控制器接收到该电气信号后，发出相应的特定控制指令以控制驱动部件(如伺服电机)停止驱动。

上述磁石组件11的结构如图6-2所示，其包括磁石11-1、磁石套11-2、磁石压板11-3和紧固件11-4。

上述磁石套11-2为具有容纳空腔的桶体结构，该桶体结构的上部沿纵向铣有一平面；该容纳空腔向右一直延伸至桶体结构的右端，向上延伸至平面。该磁石套11-2安装至推杆法兰外圈上开设的凹槽内。

磁石11-1安装在磁石套11-2的容纳空腔内，由于磁石套11-2的容纳空间向上一直延伸至平面，使得磁石套11-2的上半部分结构未封闭，这样将磁石11-1从磁石套11-2的上部就裸露了出来，从而能够增强磁石磁场穿透性，保证了磁场强度。

磁石11-1的右端被磁石压板11-3顶住。为了增强磁石磁场穿透性，磁石压板11-3的最上端低于磁石11-1的最上端。

磁石压板11-3通过紧固件11-4固定在直线作动机构的推杆法兰2的端面上。通过该紧固件11-4对磁石压板11-3的挤压作用，能够固定磁石11 不从推杆法兰内脱落。

上述限位开关12为两个，一个布置在推杆法兰的前电气限位位置，另一个布置在推杆法兰的后电气限位位置，二者之间的间距可以根据现场需要调整。这两个限位开关12分别通过卡扣安装在缸筒筒壁的外表面上。为了保证磁石组件11与限位开关12之间的感应磁场强度，在直线作动机构缸筒筒壁上开有滑槽，并使限位开关12的感应中心位于该滑槽的正上方。

为了保证感应磁场强度，布置上述限位开关12时，使限位开关12的感应中心位于感应磁石11-1的中心与推杆法兰中心的连线上。这时感应磁石11-1与限位开关12的直线距离较短，磁场强度较强。

为了增强磁石磁场穿透性，本申请中的直线作动机构的缸筒筒壁、磁石套11-2和磁石压板11-3选用不导磁材料制作，如硬质铝合金；

为了增强磁石磁场强度，上述磁石11-1选用钕铁硼强磁铁制作。

七、耳轴板13

耳轴板的结构如图7-1所示，可以看出，该耳轴板13为平板结构且在平板内侧靠近两端部的位置分别设有台阶13-4，且该台阶13-4的底平面与平板端部相通，形成两个连接平面；其中一个连接平面上开有第一安装孔 13-1，其与固定板10端面上的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓；为了方便微调整耳轴板13长度方向的安装位置，该第一安装孔13-1设置为长孔；另外一个连接平面上开有第二安装孔13-2，其与缸筒前端盖7端面的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓。耳轴板上还开有通透的耳轴孔13-3，用于连接耳轴。

耳轴板的台阶的长为L，宽为B，深为H；其中的B＝耳轴板的宽度。

在能够确保台阶能够承受相应的作用力的情况下，尽量的使台阶的深度较小，但同时也要考虑加工工艺性以及耳轴板的综合受力状况，将耳轴板台阶的深度设置为H，该B/2<H<B，优选的H＝3mm。由于耳轴板的台阶 13-4的深度为H＝3mm，使得耳轴板可以通过自身台阶直接将力传递给固定板10和缸筒前端盖7。

为了保证耳轴板的台阶13-4在实际过程中起到承受载荷的作用，在直线作动机构的实际装配中，会利用支撑螺柱对缸筒进行预紧压缩，以保证该直线作动机构受90kN拉力或压力时，缸筒不会和缸筒前端盖7或固定板10之间产生间隙。为此，在设计耳轴板台阶时，应该考虑到耳轴板的台阶13-4与缸筒前端盖7或者固定板10之间应保证有一定的预留间隙，为此，如图7-4所示，设计耳轴板的两个台阶13-4之间的长度L的取值应在理论长度值L0(理论长度值即是安装完其它结构如缸筒3、缸筒前端盖7、轴承前支撑81和固定板10后且未安装耳轴板情况下，恰好与缸筒前端盖7和固定板10相贴合的耳轴板两个台阶13-4间的理想长度)的基础上减去缸筒预紧压缩量S，优选地该S＝0.2mm。具体表现为：

设耳轴板两端部的台阶13-4之间的距离为L，则该L满足如下关系：

L＝L0-S

其中，L0为理论长度值，该L0＝L1+L2，其中L1表示缸筒的前端面到后端内台阶间的距离，L2表示缸筒3的后端内台阶至轴承后支撑82与固定板10相接触面之间的距离；S为缸筒预紧压缩量。

本申请的耳轴板的安装位置如图7-2、图7-3和图7-4所示，其中的耳轴板13为两块，其中一块耳轴板13垂直于上述缸筒前端盖7与固定板10 的前端面，并通过四个固定螺钉固定；另一块耳轴板13垂直于上述缸筒前端盖7与固定板10的后端面，并通过四个固定螺钉固定。

由图7-2、图7-3和图7-4可以看出，耳轴板13安装后，耳轴板13的台阶侧面与固定板10的内侧面(对着缸筒3的一面)之间会留有间隙S。台阶的深度H保证了耳轴板可以通过自身台阶直接将力传递给固定板10和缸筒前端盖7。

通过耳轴板的台阶设计，一方面可以很大程度的降低装置中各个关键部件的最大应力值，另一方面也使各关键部件受力分配更加合理与均匀。

八、丝杠1左端的支撑轴承组8

在直线作动机构工作过程中，一方面丝杠1要高速旋转，另一方面要承受轴向载荷以及径向载荷作用，所以选择合适的支撑轴承组对丝杠1的寿命以及工作的可靠性至关重要。由于本发明的支撑轴承组8选择了两组背靠背方式安装的角接触轴承，一方面能够保证丝杠能够灵活转动；另一方面起到对丝杠的径向、轴向支撑作用。

九、密封结构

为防止缸筒内润滑脂泄露以及外部灰尘污染到电动缸内部，本设计针对可能泄露与污染的位置进行了密封设计，该密封设计不仅仅考虑到结构的静态密封，进一步对动态密封部位进行了设计。具体见下表1。

表1密封设计

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述具有紧凑结构的直线作动机构包括：

丝杠(1)；螺母(2)；缸筒(3)；推杆组件(4)；防旋转导向装置(5)；缓冲装置(6)；缸筒前端盖(7)；支撑轴承组(8)；轴承前支撑(81)；轴承后支撑(82)；支撑导向装置(9)；固定板(10)；磁石组件；限位开关(12)；耳轴板(13)和动力单元(15)；

所述缸筒(3)固定在缸筒前端盖(7)和轴承后支撑(82)之间；轴承后支撑(82)和动力单元(15)的电动机平行固定在固定板(10)上；

丝杠(1)的左端由安装于轴承前支撑(81)和轴承后支撑(82)之间的支撑轴承组(8)支撑；丝杠(1)的右端装有支撑导向装置(9)，且伸进推杆组件(4)的推杆套筒内部；所述推杆组件(4)左端与丝杠(1)上的螺母(2)相接；推杆组件(4)右端由安装于缸筒前端盖(7)内的推杆导向套做导向支撑，并伸出缸筒前端盖(7)；丝杠(1)的运转由动力单元(14)提供动力；

所述缸筒(3)上开有滑槽(31)；安装在所述螺母(2)上的防旋转导向装置(5)部分伸入缸筒(3)的滑槽(31)中；

所述耳轴板(13)固定在固定板(10)和缸筒前端盖(7)的前侧和后侧；

所述缸筒(3)上安装有限位开关(12)，与限位开关(12)配合使用的磁石组件固定在推杆组件(4)的推杆法兰上。

2.根据权利要求1所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，

所述螺母(2)两侧端对称开有平面(21)；

所述防旋转导向装置(5)为两个，每个防旋转导向装置(5)的一面固定在所述螺母(2)侧端的平面(21)上，另一面伸入所述缸筒(3)的滑槽(31)中，并能够沿着所述滑槽(31)做直线运动。

3.根据权利要求2所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，，其特征在于，所述防旋转导向装置(5)包括：

导向键(51)、导向键套(52)和导向键螺钉(53)；

所述导向键(51)通过单个导向键螺钉(53)固定在螺母(2)侧端的平面(21)上；

所述导向键套(52)安装于导向键(51)的外部，并将该导向键(51)包裹住；该导向键套(52)伸入所述缸筒(3)的滑槽(31)中，且与所述滑槽(31)配合，能够沿着所述滑槽(31)做直线运动。

4.根据权利要求1所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，

所述推杆法兰(4)的外圈上开设凹槽，所述凹槽的顶部以及一端部具有开口，端部的开口朝向推杆法兰有螺栓的一侧；且推杆法兰上的相邻两个螺栓分别对称布置在所述凹槽的中心线两侧；所述磁石组件(11)固定在所述推杆组件(4)的推杆法兰的凹槽内；

所述缸筒(3)筒壁上设置有T型滑槽(35)，所述限位开关(12)为两个，安装在所述T型滑槽(35)内，且分别对应推杆法兰的前后电气限位位置；

所述磁石组件(11)被所述推杆组件(4)带动运行，当所述限位开关(12)位于所述磁石组件(11)的感应磁场时，限位开关(12)动作。

5.根据权利要求4所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述磁石组件包括：

磁石(11-1)、磁石套(11-2)、磁石压板(11-3)和紧固件(11-4)；

所述磁石套(11-2)为具有容纳空腔的桶体结构，该桶体结构的上部沿纵向铣有一平面；该容纳空腔向右一直延伸至桶体结构的右端，向上延伸至平面；该磁石套(11-2)安装至直线作动机构的推杆法兰外圈上开设的凹槽内；

所述磁石(11-1)安装在磁石套(11-2)的容纳空腔内；

所述磁石(11-1)的右端被磁石压板(11-3)顶住；

所述磁石压板(11-3)通过紧固件(11-4)固定在直线作动机构的推杆法兰的端面上。

6.根据权利要求5所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述限位开关(12)的感应中心位于磁石(11-1)的中心与推杆法兰中心的连线上。

7.根据权利要求1所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述缓冲限位装置(6)包括：

左缓冲限位装置(61)和右缓冲限位装置(62)；

所述左缓冲限位装置(61)的左端面胶接方式安装在轴承前支撑(81)右侧面的槽体底部，左缓冲限位装置(61)的右端面自由且对着螺母(2)；

所述右缓冲限位装置(62)的右侧面通过胶接方式安装在所述缸筒前端盖(7)的左侧面；右缓冲限位装置(62)的左侧面自由且对着设置在推杆组件(4)右端的推杆法兰。

8.根据权利要求7所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述左缓冲限位装置(61)包括：

第一缓冲垫(611)和缓冲片(612)；

所述第一缓冲垫(611)的外圈呈锥形，中部开有锥形孔，形成上宽下窄的环形圈；其中环形圈较宽侧胶接方式安装在该轴承前支撑(81)右侧面的槽体底部；其中环形圈较窄侧开有凹槽，所述缓冲片(612)为金属缓冲片，通过胶接方式安装在第一缓冲垫(611)的凹槽内，该缓冲片(612)的右端对着螺母(2)。

9.根据权利要求1所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，所述支撑导向装置(9)包括：

支撑导向头(91)、紧固件(92)和止推垫片(93)；

所述支撑导向头(91)安装在所述丝杠(1)的轴头上，并在丝杠(1)的轴头端部用紧固件(92)固定止推垫片(93)；

所述支撑导向头(91)在径向上，其外圆和推杆组件(4)的推杆套筒内壁之间为间隙配合，其内壁与丝杠(1)轴头之间的配合为间隙配合；

所述支撑导向头(91)在轴向方向上，与丝杠(1)的轴肩以及止推垫片(93)之间均为间隙配合。

10.根据权利要求1所述的一种具有紧凑结构的直线作动机构，其特征在于，

所述耳轴板(13)内侧靠近两端部的位置分别设有台阶(13-4)，且该台阶(13-4)的底平面与所述平板结构的端部相通，形成两个连接平面；其中一个连接平面上开有第一安装孔(13-1)，其与固定板(10)端面上的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓；另外一个连接平面上开有第二安装孔(13-2)，其与缸筒前端盖(7)端面的螺栓孔配合以安装耳轴板紧固螺栓；所述耳轴板结构上开有耳轴孔(13-3)，用于连接耳轴；

所述台阶(13-4)的深度设置为H，所述H满足：B/2<H<B，其中B为耳轴板的厚度；

设耳轴板两端部的台阶(13-4)之间的距离为L，则该L满足如下关系：

L＝L0-S

其中，L0为理论长度值，该L0＝L1+L2，其中L1表示缸筒(3)的前端面到后端内台阶间的距离，L2表示缸筒(3)的后端内台阶至轴承后支撑(82)与固定板(10)相接触面之间的距离；S为缸筒预紧压缩量。