CN107733147A - 电缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缸，包括伺服电机、外缸筒、设置于外缸筒内部的丝杠、设置于外缸筒内部且与丝杠相配合的螺母以及与所述螺母连接且与螺母同步做直线往复运动的内缸筒。本发明的电缸，低噪音、低摩擦和低速平稳性良好，优异的控制性和稳定性，结构紧凑、外形尺寸较小，高响应、高性能、高可靠性、低惯量设计，定位和重复精度高，工作寿命长，能频繁启停，环境适应性好。

Description

电缸

技术领域

本发明属于机械传动装置技术领域，具体地说，本发明涉及一种电缸。

背景技术

目前，普遍使用的驱动装置为液压缸或气缸。气缸出力较小且位置难以随机控制，一般使用过程中均是通过死限位的方式来获得准确的位移，这样不利于柔性自动化生产，并且气缸使用过程中噪音大；液压缸虽然出力较大，但是存在泄漏，造成环境污染，并且泄漏导致损耗大及传递效率低，成本较高；液压缸还普遍存在定位控制复杂，定位精度低的问题。

电缸作为液压缸和气缸的最佳替代品，电缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。电缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制。

现有技术中的伺服电动缸定位过程复杂，定位精度不高，另外该伺服电动缸结构复杂，不利于广泛应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种电缸，目的是提高定位精度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：电缸，包括伺服电机、外缸筒、设置于外缸筒内部的丝杠、设置于外缸筒内部且与丝杠相配合的螺母以及与所述螺母连接且与螺母同步做直线往复运动的内缸筒。

所述内缸筒插入所述外缸筒的内部且两者相配合对所述丝杠提供支撑，内缸筒和外缸筒同轴。

所述的电缸还包括与所述外缸筒连接且对所述内缸筒起导向作用的前端盖，前端盖具有让内缸筒穿过的中心孔。

所述前端盖具有导向块，所述内缸筒具有让导向块嵌入的导向槽，导向块在前端盖的中心孔处的内圆面上沿周向至少设有两个。

所述前端盖与所述内缸筒之间设有导向带。

所述的电缸还包括套设于所述螺母上且与螺母同步做直线往复运动的导套和设置于导套上且与磁性开关相配合以感应导套位置的磁环，导套夹在螺母和所述内缸筒之间。

所述的电缸还包括套设于所述丝杠上的轴承衬套、套设于轴承衬套上的第一轴承和第二轴承以及套设于丝杠上且位于轴承衬套同一侧的第一挡圈和锁紧螺母，锁紧螺母、第一挡圈、第一轴承和第二轴承为沿丝杠的轴向依次设置。

所述第一轴承和所述第二轴承为角接触轴承，所述锁紧螺母与丝杠为螺纹连接且锁紧螺母用于调整第一轴承和第二轴承游隙大小。

所述的电缸还包括套设于所述丝杠上且位于所述内缸筒的内部的第三轴承，所述第一轴承和所述第二轴承位于丝杠的一端，第三轴承位于丝杠的另一端。

所述伺服电机通过同步带传动机构与所述丝杠连接。

本发明的电缸，省能源，并消除了液压油泄漏污染环境的缺点，低噪音、低摩擦和低速平稳性良好，优异的控制性和稳定性，安装、使用方便，低维护成本和对维护人员没有太高的技术要求，同时拥有滚珠丝杆、行星滚柱丝杆、T形丝杆的应用技术，采用先进的模块化设计方法，结构紧凑、外形尺寸较小，高响应、高性能、高可靠性、低惯量设计，定位和重复精度高，工作寿命长，能频繁启停，环境适应性好，能够适应低温、高温、海上、防水、防爆等特种环境。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明电缸的剖视图；

图2是前端盖的结构示意图；

图3是导套的结构示意图；

图中标记为：1、耳座；2、限位套；3、主动带轮；4、防护罩；5、从动带轮；6、第三挡圈；7、底板；8、第二挡圈；9、第一挡圈；10、轴承衬套；11、后端盖；12、导套；13、内缸筒；14、丝杠；15、外缸筒；16、前端盖；16001、中心孔；1602、导向块；17、前端套组合件；18、同步带；19、导向带；20、卡环；21、第三轴承；22、磁环；23、第一轴承；24、第二轴承；25、止动垫圈；26、锁紧螺母；27、伺服电机；28、第一凸缘；29、第二凸缘；30、窥视孔；32、注油孔；33、螺母。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种电缸，包括伺服电机27、外缸筒15、设置于外缸筒15内部的丝杠、设置于外缸筒15内部且与丝杠相配合的螺母以及与螺母连接且与螺母同步做直线往复运动的内缸筒13。螺母与丝杠相配合构成丝杠螺母传动机构，丝杠用于接收伺服电机27产生的旋转力，丝杠运转，可以使螺母做往复直线运动，螺母同时带动内缸筒13同步运动，螺母与内缸筒13固定连接。

具体地说，如图1所示，外缸筒15为两端开口、内部中空的构件且，外缸筒15为圆柱体，外缸筒15的内部为容纳内缸筒13和螺母等部件的中空内腔，外缸筒15的中空内腔为圆形腔体。内缸筒13为两端开口、内部中空的构件且内缸筒13为圆柱体，内缸筒13的内部为容纳丝杠等部件的中空内腔，内缸筒13的中空内腔为圆形腔体，外缸筒15和内缸筒13为同轴设置，内缸筒13的外直径小于外缸筒15的内直径，内缸筒13与外缸筒15之间在径向上具有间隙。内缸筒13插入外缸筒15的内部且内缸筒13可伸出至外缸筒15的外部，丝杠运转时，通过螺母带动内缸筒13沿轴向作往复直线运动，实现动力输出。这种结构的电缸长度短，体积小，占用空间小，便于布置；通过内缸筒13输出动力，内缸筒13的直径大，刚性强，提高了电缸的可靠性。

如图1所示，内缸筒13插入外缸筒15的内部且两者相配合对丝杠提供支撑，丝杠的一部分位于外缸筒15的中空内腔中，丝杠的另一部分位于内缸筒13的中空内腔中，丝杠的直径小于内缸筒13的内直径，丝杠与内缸筒13和外缸筒15为同轴设置，与丝杠相配合的螺母是在内缸筒13的一端与内缸筒13固定连接，螺母始终处于外缸筒15的中空内腔中，内缸筒13的长度小于外缸筒15的长度。

如图1所示，本发明的电缸还包括与外缸筒15连接且对内缸筒13起导向作用的前端盖16和与外缸筒15连接的后端盖11，前端盖16和后端盖11为相对设置，前端盖16和后端盖11分别与外缸筒15的一端固定连接，前端盖16将外缸筒15的一端开口封闭。

如图1和图2所示，前端盖16为圆环形结构，前端盖16的中心处具有让内缸筒13穿过的中心孔1601，中心孔1601的直径与内缸筒13的外直径大小相等，前端盖16套设于内缸筒13上且前端盖16和内缸筒13为同轴。前端盖16具有导向块1602，内缸筒13具有让导向块1602嵌入的导向槽，导向块1602在前端盖16的中心孔处的内圆面上沿周向至少设有两个。导向槽为在内缸筒13的外圆面上设置的凹槽，导向槽为沿内缸筒13的轴向从内缸筒13的一端开始延伸至内缸筒13的另一端，导向槽的数量与导向块1602的数量相等且各个导向块1602分别嵌入一个导向槽中。导向块1602与导向槽相配合，对内缸筒13起到了导向和防止旋转的作用，确保内缸筒13做直线运动。

如图2所示，在本实施例中，导向块1602在前端盖16的中心孔1601处的内圆面上沿周向设有两个且两个导向块1602为沿周向均匀分布，导向块1602沿中心孔的径向朝向中心孔1601中伸出，内缸筒13上的导向槽也设置两个且两个导向槽在内缸筒13的外圆面上为沿周向均匀分布。导向块1602的形状为矩形，导向槽为矩形槽。

作为优选的，如图1所示，前端盖16与内缸筒13之间设有导向带19，使得粉尘颗粒或其他污染被阻挡在外缸筒15的外部，不会对内部关键运动机构造成影响。导向带19起到了导向的作用，为了防止缸筒与前端盖16磨损，极耐磨，低摩擦，耐热，耐化学腐蚀，允许任何异物嵌进导向耐磨环内，防止颗粒对电缸及密封件损失，具有吸收振动性能，并有极好的耐磨性能和良好的干动行特性。

如图1和图3所示，本发明的电缸还包括套设于螺母上且与螺母同步做直线往复运动的导套12和固定设置于导套12上且与磁性开关相配合以感应导套12位置的磁环22，导套12夹在螺母和内缸筒13之间且与螺母和内缸筒13固定连接。导套12为圆环形构件，导套12的材质为尼龙，导套12的中心处具有让螺母插入的中心孔且中心孔为圆孔，导套12与螺母和内缸筒13为同轴设置。螺母具有凸缘，该凸缘为圆环形且导套12夹在该凸缘和内缸筒13之间，导套12位于螺母的凸缘和内缸筒13之间，凸缘的外直径大于导套12的中心孔的直径，螺母是通过螺钉与内缸筒13固定连接，螺母的凸缘上设有让螺钉穿过的通孔，导套12上也设有让螺钉穿过的通孔，内缸筒13的端部设有内螺纹孔。导套12的外直径与外缸筒15的内直径大小相等，导套12的外圆面与外缸筒15的内圆面接触。磁环22为圆环形构件，导套12具有容纳磁环22的容置槽且该容置槽为在导套12的外圆面上沿整个周向延伸的环形凹槽，磁环22嵌入该容置槽中且磁环22由导套12带动，与螺母和内缸筒13同步做直线往复运动。

磁性开关位于外缸筒15的外部，磁性开关与外缸筒15内部的磁环22相配合，能够及时感应磁环22的位置，进而能及时了解内缸筒13的位置。伺服电机27运转时，当导套12带动磁环22运动到磁性开关的位置时，磁性开关感应到磁环22，磁性开关发送信号至控制系统，说明内缸筒13沿轴向已经从零位位置移动到到达位置或从到达位置移动到零位位置，以便执行下一个动作。磁性开关和伺服电机27与控制系统为电连接，伺服电机27受控制系统的控制。电缸处于如图1所示状态时，内缸筒13位于零位位置(也可叫初始位置或出发位置)，到达位置位于第三轴承21和零位位置之间。磁性开关包括在零位位置处设置的第一磁性开关和在到达位置处设置的第二磁性开关，第一磁性开关和第二磁性开关位于外缸筒15的外部，第一磁性开关和第二磁性开关与外缸筒15内部的磁环22相配合。当第一磁性开关感应到磁环22时，说明内缸筒13处于零位位置；当第二磁性开关感应到磁环22时，说明内缸筒13处于到达位置，第二磁性开关的位置可根据需要进行设置。通过设置磁环22和磁性开关相配合，能够精确控制内缸筒13的位置，提高了电缸的定位精度和可靠性。

如图1所示，伺服电机27上设置有编码器，编码器是一种速度、角度或者位置传感器，编码器通过光电转换将内缸筒13的机械几何位移量转换成脉冲，可以高精度测量内缸筒13的直线行程长度。

如图1所示，本发明的电缸还包括套设于丝杠上的轴承衬套10、套设于轴承衬套10上的第一轴承23和第二轴承24以及套设于丝杠上且位于轴承衬套10同一侧的第一挡圈9和锁紧螺母26，锁紧螺母26、第一挡圈9、第一轴承23和第二轴承24为沿丝杠的轴向依次设置，前端盖16、螺母和后端盖11为沿外缸筒15的轴向依次设置。后端盖11为圆环形构件，后端盖11在外缸筒15的开口端插入外缸筒15中且与外缸筒15固定连接，后端盖11将外缸筒15的开口端封闭，后端盖11的中心处具有容纳第一轴承23和第二轴承24的中心孔且该中心孔为圆孔，后端盖11的中心孔与外缸筒15的中空内腔和前端盖16的中心孔为同轴设置。轴承衬套10为圆环形构件，轴承衬套10与第一轴承23和第二轴承24位于后端盖11的中心孔中，轴承衬套10的外直径小于后端盖11的内直径，后端盖11为第一轴承23和第二轴承24提供支撑作用，第一轴承23和第二轴承24为丝杠提供支撑作用。轴承衬套10的中心处具有让丝杠插入的中心孔且该中心孔为圆孔，丝杠上具有一个用于在轴向上对轴承衬套10起限位作用的轴肩，轴承衬套10位于第一挡圈9和该轴肩之间。在丝杠的轴向上，第一挡圈9位于锁紧螺母26和第一轴承23之间，锁紧螺母26与丝杠为螺纹连接且锁紧螺母26用于调整第一轴承23和第二轴承24游隙大小，第一挡圈9套设于丝杠上且第一挡圈9用于在轴向上对第一轴承23和第二轴承24起到限位作用。第一挡圈9为圆环形构件，第一挡圈9的中心处具有让丝杠插入的中心孔且该中心孔为圆孔，第一挡圈9和锁紧螺母26在丝杠上能够沿轴向进行移动。锁紧螺母26和第一挡圈9相配合，用于调整第一轴承23和第二轴承24的游隙大小。通过旋转锁紧螺母26，调整锁紧螺母26的轴向位置，进而实现第一轴承23和第二轴承24的游隙大小的调整。

作为优选的，如图1所示，锁紧螺母26上设有止动垫圈25，止动垫圈25用于防止锁紧螺母26松动，确保第一轴承23和第二轴承24的游隙大小在调整后能够保持不变。第一轴承23和第二轴承24为角接触轴承，第一轴承23和第二轴承24为采用背对背的方式进行安装，即第一轴承23和第二轴承24在轴承衬套10上为背对背安装，轴承的这种安装方式能够提高电缸的精度，在内缸筒13移动到零位位置后能够保证内缸筒13在零位位置不动，使内缸筒13不会有轴向窜动。

轴承衬套10上设有用于在轴向上对第二轴承24的内圈起到限位作用的第一凸缘28，后端盖11上设有用于在轴向上对第二轴承24的外圈起到限位作用的第二凸缘29，第一凸缘28和第二凸缘29均为圆环形。第一凸缘28与轴承衬套10的端部固定连接且第一凸缘28与轴承衬套10为同轴设置，第一凸缘28的外直径大于轴承衬套10的外直径，第一凸缘28朝向轴承衬套10的外侧凸出，第一凸缘28与轴承衬套10之间形成一个限位台阶，在丝杠的轴向上，第一凸缘28位于第二轴承24和螺母之间，也即第一凸缘28是与轴承衬套10上的靠近螺母的一端固定连接，第一凸缘28与第二轴承24的内圈的端面接触，进而第一凸缘28可对第一轴承23和第二轴承24的内圈起轴向定位作用。第二凸缘29与后端盖11的端部固定连接且第二凸缘29与后端盖11为同轴设置，第二凸缘29的内直径小于后端盖11的内直径且第二凸缘29的内直径大于第一凸缘28的外直径，第二凸缘29朝向后端盖11的内侧凸出，第二凸缘29与后端盖11之间形成一个限位台阶，在丝杠的轴向上，第二凸缘29位于第二轴承24和螺母之间，也即第二凸缘29是与后端盖11上的靠近螺母的一端固定连接，第二凸缘29与第二轴承24的外圈的端面接触，进而第二凸缘29可对第一轴承23和第二轴承24的外圈起轴向定位作用。

如图1所示，本发明的电缸还包括用于在轴向上对第一轴承23的外圈起到限位作用的第二挡圈8，第二挡圈8为圆环形构件，第二挡圈8位于后端盖11的中心孔中，第二挡圈8的外直径与后端盖11的内直径大小相等，第二挡圈8的内直径大于第一挡圈9的外直径，第一挡圈9位于第二挡圈8的中心孔中，第二挡圈8、第一轴承23、第二轴承24和第二凸缘29为沿丝杠的轴向依次设置，第二挡圈8与第一轴承23的外圈的端面接触，第二挡圈8和第二凸缘29相配合，夹紧第一轴承23和第二轴承24。

如图1所示，本发明的电缸还包括底板7，底板7为平板，后端盖11和伺服电机27与底板7固定连接，伺服电机27与后端盖11及外缸筒15等部件位于底板7的同一侧，伺服电机27的轴线与外缸筒15的轴线相平行，第二挡圈8夹在底板7和第一轴承23之间。

如图1所示，本发明的电缸还包括套设于丝杠上且位于内缸筒13的内部的第三轴承21，第一轴承23和第二轴承24位于丝杠的一端，第三轴承21位于丝杠的另一端。第一轴承23和第二轴承24与第三轴承21相配合，对旋转设置的丝杠提供支撑作用，第三轴承21的外圆面与内缸筒13的内圆面相接触。第三轴承21优选为深沟球轴承，第三轴承21的内圈的一端由丝杠上所设的轴肩定位，第三轴承21的内圈的另一端采用轴用卡环20限位，该卡环20套设于丝杠上。本发明的电缸的丝杠轴端支承采取一端固定、另一端浮动的方式，丝杠的一端由第一轴承23和第二轴承24等部件实现轴向固定，丝杠的另一端由第三轴承21提供支撑且丝杠的该端为浮动端。考虑到丝杠的长度较长，丝杠会出现变形，而且在电缸工作时因发热也会导致丝杠出现变形，将丝杠的一端固定、另一端浮动，丝杠的浮动端及第三轴承21能够在内缸筒13中沿轴向移动，从而可以有效释放丝杠的变形，使丝杠与内缸筒13处于同轴状态，保证了丝杠的顺畅运转，提高了丝杠的寿命，而且也方便安装。

如图1所示，伺服电机27通过同步带传动机构与丝杠连接，同步带传动机构实现伺服电机27和丝杠之间的动力传递，同步带传动机构和后端盖11分别位于底板7的一侧。同步带传动机构由主动带轮3、从动带轮5和同步带构成，主动带轮3固定设置于伺服电机27的电机轴上，从动带轮5固定设置于丝杠上，同步带与主动带轮3和从动带轮5相配合，伺服电机27运转，通过同步带传动机构带动丝杠进行旋转。同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw，i<10，对于要求同步的传动也可用于低速传动。

如图1所示，本发明的电缸还包括罩住同步带传动机构的防护罩4，防护罩4为内部中空的罩体，防护罩4与底板7固定连接，防护罩4和底板7相配合，形成容纳同步带传动机构的密闭空间，电机轴和丝杠的端部均插入该密闭空间中且分别与主动带轮3和从动带轮5固定连接。

如图1所示，本发明的电缸还包括与防护罩4固定连接的耳座1，耳座1用于实现电缸与相连接的部件之间的转动连接，耳座1具有让转轴插入的轴孔。耳板可以具有多种形式，如采用尾部单耳固定结构、中间转轴固定结构、后法兰固定结构、前法兰固定结构等。在本实施例中，耳座1为尾部双耳固定结构。

如图1所示，外缸筒15上设有窥视孔30，窥视孔30为在外缸筒15的圆环形侧壁上沿径向贯穿设置的通孔，窥视孔30并为圆孔，窥视孔30位于外缸筒15的两端之间，窥视孔30使得外缸筒15的中空内腔与外界环境相连通。内缸筒13上设有注油孔32，注油孔32为在内缸筒13的圆环形侧壁上沿径向贯穿设置的通孔，注油孔32并为圆孔，注油孔32位于内缸筒13的两端之间，注油孔32使得外缸筒15的中空内腔与内缸筒13的中空内腔相连通。通过注油孔32，可以向内缸筒13的中空内腔中加注润滑剂，实现轴承与内缸筒13、丝杠与螺母之间的润滑。当注油孔32与窥视孔30对齐时，注油孔32和窥视孔30处于内缸筒13的同一径向线上，注油嘴穿过窥视孔30后插入注油孔32中，从而可将润滑剂加入到内缸筒13的中空内腔中。窥视孔30的直径大于注油孔32的直径，设置窥视孔30主要是为了让注油嘴通过，外缸筒15的中空内腔中无需加注润滑剂，从而确保了内缸筒13外表面不会粘有润滑剂。

如图1所示，本发明的电缸还包括与内缸筒13连接的前端套组合件17，前端套组合件17用于与接收电缸产生的驱动力的部件连接，前端套组合件17和螺母分别在内缸筒13的一开口端与内缸筒13固定连接且将内缸筒13的开口端封闭。作为优选的，前端套组合件17与内缸筒13为螺纹连接，前端套组合件17的外圆面上设有外螺纹，内缸筒13的内圆面上设有内螺纹，采用螺纹连接，方便拆装以及更换前端套组合件17，前端套组合件17具有多种型号，通过更换前端套组合件17，可以使电缸能够匹配不同的接收电缸产生的驱动力的部件，从而提高了电缸的通用性。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电缸，包括伺服电机、外缸筒、设置于外缸筒内部的丝杠和设置于外缸筒内部且与丝杠相配合的螺母，其特征在于：还包括与所述螺母连接且与螺母同步做直线往复运动的内缸筒。

2.根据权利要求1所述的电缸，其特征在于：所述内缸筒插入所述外缸筒的内部且两者相配合对所述丝杠提供支撑，内缸筒和外缸筒同轴。

3.根据权利要求1所述的电缸，其特征在于：还包括与所述外缸筒连接且对所述内缸筒起导向作用的前端盖，前端盖具有让内缸筒穿过的中心孔。

4.根据权利要求3所述的电缸，其特征在于：所述前端盖具有导向块，所述内缸筒具有让导向块嵌入的导向槽，导向块在前端盖的中心孔处的内圆面上沿周向至少设有两个。

5.根据权利要求3或4所述的电缸，其特征在于：所述前端盖与所述内缸筒之间设有导向带。

6.根据权利要求1至5任一所述的电缸，其特征在于：还包括套设于所述螺母上且与螺母同步做直线往复运动的导套和设置于导套上且与磁性开关相配合以感应导套位置的磁环，导套夹在螺母和所述内缸筒之间。

7.根据权利要求1至6任一所述的电缸，其特征在于：还包括套设于所述丝杠上的轴承衬套、套设于轴承衬套上的第一轴承和第二轴承以及套设于丝杠上且位于轴承衬套同一侧的第一挡圈和锁紧螺母，锁紧螺母、第一挡圈、第一轴承和第二轴承为沿丝杠的轴向依次设置。

8.根据权利要求7所述的电缸，其特征在于：所述第一轴承和所述第二轴承为角接触轴承，所述锁紧螺母与丝杠为螺纹连接且锁紧螺母用于调整第一轴承和第二轴承游隙大小。

9.根据权利要求7所述的电缸，其特征在于：还包括套设于所述丝杠上且位于所述内缸筒的内部的第三轴承，所述第一轴承和所述第二轴承位于丝杠的一端，第三轴承位于丝杠的另一端。

10.根据权利要求1至9任一所述的电缸，其特征在于：所述伺服电机通过同步带传动机构与所述丝杠连接。