CN108006162A - 环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，包括模组基座、电机座、驱动电机、环形双面齿同步带传动机构和导向机构，所述模组基座的侧面具有直线形的同步齿齿条，模组基座的上表面设置有直线导轨，直线导轨的长度方向和同步齿齿条的长度方向相平行，所述的电机座位于模组基座的上方，驱动电机安装在电机座上，所述的环形双面齿同步带传动机构分别与驱动电机的输出轴和与电机座锁紧的惰轮轴相连接，并且该环形双面齿同步带传动机构与同步齿齿条相啮合，所述导向机构与电机座相连接，并且卡装在直线导轨上，所述驱动电机能够驱动环形双面齿同步带传动机构沿同步齿齿条的长度方向向前或向后运动和做精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动运动设备，具体是指环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组。
背景技术
众所周知，在机械结构中，常用的直线运动模组的传动方向有三种。
第一种是丝杆，如滚珠丝杆，其运动及定位精度较高，但其要求的安装空间较大、速度上有局限，而且成本也较高。
第二种是同步带传动，其精度一般，但运动方向上需求安装马达和安装座，需求一定的空间，行程过长或负载过大时，皮带的张紧与弹性变形对运动限制了其运动精度与速度。
还有一种是齿轮齿条结构，但其啮合传动齿面容易磨损，工作声音大，精度与维护难度也较大。
在机械运动部件的小型化、高速化需求越来越高的今天，需求有更好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，该运动模组结构简单，操作方便，且高速小型化，能够将驱动电机的旋转运动高效地转换成直线运动。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述运动模组包括模组基座、电机座、驱动电机、环形双面齿同步带传动机构和导向机构，所述模组基座的侧面具有直线形的同步齿齿条，模组基座的上表面设置有直线导轨，直线导轨的长度方向和同步齿齿条的长度方向相平行，所述的电机座位于模组基座的上方，驱动电机安装在电机座上，所述的环形双面齿同步带传动机构分别与驱动电机的输出轴以及电机座相连接，并且该环形双面齿同步带传动机构与同步齿齿条相啮合，所述导向机构与电机座相连接，并且卡装在直线导轨上，所述驱动电机能够驱动环形双面齿同步带传动机构沿同步齿齿条的长度方向向前或向后运动和做精确的定位。
本发明中，所述的环形双面齿同步带传动机构包括双面齿同步带、同步带主动轮和同步带惰轮，所述的同步带主动轮套装在驱动电机的输出轴上，同步带惰轮具有惰轮轮轴，惰轮轮轴固定安装在电机座上，同步带惰轮套装惰轮轮轴，并且能够绕惰轮轮轴转动，所述的双面齿同步带分别套装同步带主动轮和同步带惰轮，并且双面齿同步带还与同步齿齿条相啮合，所述驱动电机通过输出轴带动同步带主动轮转动，同步带主动轮过程中通过同步带惰轮带动双面齿同步带转动，从而将同步带主动轮的旋转运动转换成了双面齿同步带的直线运动；所述的导向机构包括移动板以及安装在移动板下表面的直线导向滑块，电机座安装在移动板上，直线导向滑块与所述的直线导轨相适配，两者构成直线导轨组件。
本发明中，惰轮轮轴具有惰轮轴固定螺钉，惰轮轴固定螺钉固定插装在电机座上，惰轮轮轴紧固套装所述惰轮轴固定螺钉从而固定安装在电机座上，同步带惰轮与惰轮轮轴之间还设有惰轮轴承。
本发明中，所述惰轮轴固定螺钉还具有张紧调节单元，所述张紧调节单元包括张紧调节锁块和调节块拉紧螺钉，惰轮轴固定螺钉安装在电机座的一端的端头伸出电机座，张紧调节锁块卡装惰轮轴固定螺钉伸出电机座的端头，调节块拉紧螺钉与张紧调节锁块螺纹紧固连接，将张紧调节锁块锁紧固定在惰轮轴固定螺钉的端头上，进一步对惰轮轴固定螺钉进行固定，且具有张紧调节功能。
本发明中，所述双面齿同步带与同步齿齿条相啮合的齿数大于等于9齿。如需要更多也可通过惰轮的设计很好的实现。
本发明中，电机座通过锁紧螺丝安装在移动板上。
本发明中，所述驱动电机为小型电机。
本发明中，所述驱动电机为小型步进电机
本发明中，所述运动模组直线运动的速度为大于等于2m/s的高速。
本发明中，所述的模组基座与同步齿齿条为一体加工成型的。
本发明中，移动板通过锁紧螺丝安装在电机座。而且螺丝孔设计为腰型孔，可对电机座的环形双面齿传动系统进行预压性调节。
本发明中，所述驱动电机为步进电机或是伺服电机等旋转运动元件。
如何减少直线运动模组的占用空间，将直线运动模组的空间利用率最大化，首先得将马达及相关零件的空间节省出来，所以必须将动力元件-电机放置在中间或是运动平台上。为了简单可靠地实现这样的传动，又保证运动的精度与平稳性，本发明专利灵活的利用双面齿同步带的柔性和双面带传动齿的特性，双面齿同步带通过使用主动轮和惰轮的固定和张紧，会形式了环形节线，即是环形的转动体。同时发明性地将双面齿同步带的一面的同步带齿啮合于主动同步带轮和惰轮，保证形态的保证和动力的传递，而一面的同步带齿啮合于同步带齿齿条，则将其转换成直线运动。
因为利用了环形双面齿同步带的直线部分与同步带齿进行啮合，其参与啮合传动的同步齿达到了9齿甚至可以更多，从而保证动力的传递强度、运动精度和平稳性，通过驱动电机直接驱动，此传动系统最高的传动速度可以达到2m/s，甚至更高，同时也可以保证长行程使用时的稳定性与刚性，加上同步带轮传动具有减震、噪声低、传动效率高的特点，而且无需润滑，维护保养成本低。要此环形双面齿同步带齿传动系统之上，加上直线运动导向系统、马达及位置感应器等部件，就可以组成一个完整的、小型的能高速运动的直线运动模组。
本发明的运动模组适用于在生产、加工、检测、制造过程中需求直线运动和定位的场合，自动化设备，直线运动模组等，其需求空间小、结构简单可靠，特别适合在自动化设备使用。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
(1)本发明的运动模组利用双面齿同步带传动系统将驱动电机放置到中间的移动板上，省去了其需求安装在模组两端的空间，从而能将空间利用率最大化。
(2)本发明的运动模组利用利用双面齿同步带的柔性及双面带传动齿的特点和主动同带轮、同步带惰轮的张紧和固定与双面齿同步带形成一个环形的运动轨迹，将马达的旋转运动转换成双面齿同步带的环形循环运动。
(3)本发明的运动模组通双面齿同步带与同步齿齿条啮合，将双面齿同步带的环形循环运动转换成模组直线运动。
(4)本发明的运动模组利用柔性同步齿与同步齿齿条啮合，因其啮合齿数多且可以进行预压安装，其传动的强度、运动的精确性与平稳性得到更好的保证，也能达到了更高的速度与精度，同时能保证其在长行程应用的场合中都可以稳定运行。
(5)本发明的运动模组使用的柔性的双面齿同步带和惰轮张紧、环形双面齿传动系统可拆可调的结构，不仅具备无需润滑，维护保养成本低的特点，而且也极大的方便了结构调整与更换。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组的整体结构示意图；
图2是本发明环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组的局部结构示意图；
图3是本发明环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组中环形双面齿同步带传动机构与同步齿齿条相啮合的结构剖面图；
图4是本发明环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组的直线驱动组件结构示意图；
图5是本发明环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组的直线驱动组件的剖面图。
图中：1双面齿同步带，2同步带主动轮，3同步带惰轮，4惰轮轴承，5惰轮轮轴，6同步齿齿条，7电机座，8驱动电机，9惰轮轴固定螺钉，10调节块拉紧螺钉，11张紧调节锁块，12模组基座，13直线导向滑块，14直线导轨，15锁紧螺丝，16移动板。
具体实施方式
如图1至图5所示的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，包括模组基座12、电机座7、驱动电机8、环形双面齿同步带传动机构和导向机构，模组基座12的侧面具有直线形的同步齿齿条6，模组基座12与同步齿齿条6为一体加工成型的，模组基座12的上表面设置有直线导轨14，直线导轨14的长度方向和同步齿齿条6的长度方向相平行，电机座7位于模组基座12的上方，驱动电机8安装在电机座7上，环形双面齿同步带传动机构分别与驱动电机8的输出轴以及电机座7相连接，并且该环形双面齿同步带传动机构与同步齿齿条6相啮合，导向机构与电机座7相连接，并且卡装在直线导轨14上，驱动电机8能够驱动环形双面齿同步带传动机构沿同步齿齿条6的长度方向向前或向后运动和精确定位。
本实施例中，环形双面齿同步带传动机构包括双面齿同步带1、同步带主动轮2和同步带惰轮3，同步带主动轮2套装在驱动电机8的输出轴上，同步带惰轮3具有惰轮轮轴5，惰轮轮轴5固定安装在电机座7上，同步带惰轮3套装惰轮轮轴5，并且能够绕惰轮轮轴5转动，双面齿同步带1分别套装同步带主动轮2和同步带惰轮3，并且双面齿同步带1还与同步齿齿条6相啮合，双面齿同步带1与同步齿齿条6相啮合多达9齿即可，驱动电机8通过输出轴带动同步带主动轮2转动，同步带主动轮2过程中通过同步带惰轮3带动双面齿同步带1转动，从而将同步带主动轮2的旋转运动转换成了双面齿同步带1的直线运动；导向机构包括移动板16以及安装在移动板16下表面的直线导向滑块13，电机座7通过锁紧螺丝15安装在移动板16上，直线导向滑块13具有与直线导轨14相适配，两者具有滚珠导向移动副，两者构成直线导轨组件，保证模组直线运动的精度。
本实施例中，惰轮轮轴5具有惰轮轴固定螺钉9，惰轮轴固定螺钉9固定插装在电机座7上，惰轮轮轴5紧固套装惰轮轴固定螺钉9从而固定安装在电机座7上，同步带惰轮3与惰轮轮轴5之间还设有惰轮轴承4。
惰轮轴固定螺钉9还具有张紧调节单元，张紧调节单元包括张紧调节锁块11和调节块拉紧螺钉10，惰轮轴固定螺钉9安装在电机座7的一端的端头伸出电机座7，张紧调节锁块11卡装惰轮轴固定螺钉9伸出电机座7的端头，调节块拉紧螺钉10与张紧调节锁块11螺纹紧固连接，将张紧调节锁块11锁紧固定在惰轮轴固定螺钉9的端头上，进一步对惰轮轴固定螺钉9进行固定，且具有张紧调节功能。
本实施例中，驱动电机8为小型的步进电机，也可以是伺服电机或是其它驱动电机，运动模组直线运动的速度可以达到2m/s的高速，甚至更高。
本实施例中，双面齿同步带1在同步带主动轮2和同步带惰轮3的作用下的，形成了一个环形的运动轨迹，而同步带惰轮3则是通过惰轮轴承4限制在惰轮轮轴5上，即同步带惰轮3可以绕着惰轮轮轴5自动旋转，则双面齿同步带1的环形轨迹的直线部分则是与同步齿齿条6进行啮合传动，这样，此环形双面齿同步带传动系统会将双面齿同步带1在同步带主动轮2的带转矩的旋转和同步带惰轮3被动旋转下，双面齿同步带1会自动进行旋转，而双面齿同步带1又和同步齿齿条6相啮合，这样，双面齿同步带1就会像坦克的履带一样，向前或向后运动，从而实现了主动轮的旋转运动转换成了环形双面齿同步带的直线运动。
驱动电机8固定到电机座7上，而环形双面齿同步带系统的同步带主动轮2则是跟驱动电机8的动力输出轴上，而在电机座7上设计有滑动槽，里面安装有张紧调节锁块11，而惰轮轴固定螺钉9则是将环形双面齿同步带系统的同步带惰轮3及惰轮轮轴5固定锁定到张紧调节锁块11，这样，同步带的惰轮就可以实现左右方向的调整与锁紧，也就实现了对双面齿同步带的张紧锁定和更换维护等操作。而调节块拉紧螺钉10则通过电机座7对张紧调节锁块11进行螺纹式的拉紧，也就实现了同步带惰轮拉紧和防松。而在电机座7上设计了两个锁紧螺丝孔，方便了环形双面齿同步带驱动头模组的安装、调整与维护。
导向机构的直线导向滑块13则是固定在移动块16上，而同步齿的齿条也设计在此基板上，其与导向系统的安装基准位置和平行度有严格的形位公差，从而保证了传动系统的精度，移动板16上与马达固定板的螺丝孔上设计有腰形孔，以方便环形双面齿同步带传动机构的安装、位置调整、张紧调整及驱动头的维护更换。如此模件，配合上感应器及电机的控制，即可实现模组的运动与定位等功能。
本发明的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组是一种创新型将电机的旋转运动高效地转化成直线运动定位的模组。在导向机构的导向作用下，驱动电机输出的旋转运动通过环形双面齿同步带传动系统转化成直线运动。而本发明的环形双面齿同步带传动机构中，利用双面齿同步带的柔性和双面带传动齿的特性，通过主动同步轮和惰轮的张紧固定，将双面齿同步带轮组成一个环形运动轨迹的转动体，而此转动体再与同步带齿进行啮合传动，依靠直线导向组件，即可实现了运动的转换。
因为双面齿同步带受主动带轮和惰轮的拉紧和固定，其与同步带轮条的啮合齿数为9齿或者更多，与传统的齿轮传动比有更好的运动平稳性、和更低的噪声，可以达到2m/s或是更高的运动速度，且不需要润滑、方便维护的特点，与同步带平行传动结构相比，有更小的安装空间需求，而且没有同步带张紧弹性的变化，其运动精度和高速性更佳，同时做长行程使用时运动的平衡性与刚性也得到保证。这种新型的小型化集成式高速直线运动模组非常适合自动化设备运动组件，机械设备组件的应用，是新型设备的小型化和高速化的一种很好的技术方案。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述运动模组包括模组基座(12)、电机座(7)、驱动电机(8)、环形双面齿同步带传动机构和导向机构，所述模组基座(12)的侧面具有直线形的同步齿齿条(6)，模组基座(12)的上表面设置有直线导轨(14)，直线导轨(14)的长度方向和同步齿齿条(6)的长度方向相平行，所述的电机座(7)位于模组基座(12)的上方，驱动电机(8)安装在电机座(7)上，所述的环形双面齿同步带传动机构分别与驱动电机(8)的输出轴以及电机座(7)相连接，并且该环形双面齿同步带传动机构与同步齿齿条(6)相啮合，所述导向机构与电机座(7)相连接，并且卡装在直线导轨(14)上，所述驱动电机(8)能够驱动环形双面齿同步带传动机构沿同步齿齿条(6)的长度方向向前或向后运动和做精确的定位。
2.如权利要求1所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述的环形双面齿同步带传动机构包括双面齿同步带(1)、同步带主动轮(2)和同步带惰轮(3)，所述的同步带主动轮(2)套装在驱动电机(8)的输出轴上，同步带惰轮(3)具有惰轮轮轴(5)，惰轮轮轴(5)固定安装在电机座(7)上，同步带惰轮(3)套装惰轮轮轴(5)，并且能够绕惰轮轮轴(5)转动，所述的双面齿同步带(1)分别套装同步带主动轮(2)和同步带惰轮(3)，并且双面齿同步带(1)还与同步齿齿条(6)相啮合，所述驱动电机(8)通过输出轴带动同步带主动轮(2)转动，同步带主动轮(2)过程中通过同步带惰轮(3)带动双面齿同步带(1)转动，从而将同步带主动轮(2)的旋转运动转换成了双面齿同步带(1)的直线运动；所述的导向机构包括移动板(16)以及安装在移动板(16)下表面的直线导向滑块(13)，电机座(7)安装在移动板(16)上，直线导向滑块(13)与所述的直线导轨(14)相适配，两者构成直线导轨组件。
3.如权利要求2所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：惰轮轮轴(5)具有惰轮轴固定螺钉(9)，惰轮轴固定螺钉(9)固定插装在电机座(7)上，惰轮轮轴(5)紧固套装所述惰轮轴固定螺钉(9)从而固定安装在电机座(7)上，同步带惰轮(3)与惰轮轮轴(5)之间还设有惰轮轴承(4)。
4.如权利要求3所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述惰轮轴固定螺钉(9)还具有张紧调节单元，所述张紧调节单元包括张紧调节锁块(11)和调节块拉紧螺钉(10)，惰轮轴固定螺钉(9)安装在电机座(7)的一端的端头伸出电机座(7)，张紧调节锁块(11)卡装惰轮轴固定螺钉(9)伸出电机座(7)的端头，调节块拉紧螺钉(10)与张紧调节锁块(11)螺纹紧固连接，将张紧调节锁块(11)锁紧固定在惰轮轴固定螺钉(9)的端头上，进一步对惰轮轴固定螺钉(9)进行固定，且具有张紧调节功能。
5.如权利要求2所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述双面齿同步带(1)与同步齿齿条(6)相啮合的齿数大于等于9齿。
6.如权利要求2所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：电机座(7)通过锁紧螺丝(15)安装在移动板(16)上。
7.如权利要求1所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述驱动电机(8)为小型电机。
8.如权利要求7所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述驱动电机(8)为小型步进电机。
9.如权利要求1所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述运动模组直线运动的速度为大于等于2m/s的高速。
10.如权利要求1所述的环形双面齿高速小型化驱动直线运动模组，其特征在于：所述的模组基座(12)与同步齿齿条(6)为一体加工成型的。
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