CN109505936A - 一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构 - Google Patents

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杜传明
马尚君
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Abstract

本发明公开了一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，它包含螺母（9），该螺母（9）的两端设置有与其旋接对接的内齿圈（10），所述螺母（9）的一端设置有与其旋接配合的端盖（7），所述的螺母（9）的内部设置有数个环形阵列排列的滚柱（8），每根滚柱（8）的两端加工有直齿，该直齿与安装于螺母（9）两端的内齿圈（10）啮合，所述的滚柱（8）通过保持架（11）圆周均匀分布在中空丝杠（14）的周围。本发明所述冷却循环系统，冷却液通过出液管流经中空丝杠带走丝杠产生的部分热量，然后经过端盖楔形孔和螺母环形槽带走螺母产生的部分热量，能够有效降低行星滚柱丝杠传动机构工作时因摩擦产生的温升。

Description

一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构
技术领域
本发明涉及一种温度实时监测和温升自适应控制装置，具体涉及一种可用于自适应控制行星滚柱丝杠传动机构温升的方案。
背景技术
行星滚柱丝杠传动机构是一种将伺服电机的旋转扭矩转换成直线推力的一种高精度机械传动机构，具有推力大、精度高、效率高、寿命长等优点，因而被广泛应用于航空航天、高档数控机床、医疗器械、精密仪器、武器装备以及工业机器人等领域。
行星滚柱丝杠传动机构在高速下长时间运动过程中摩擦会产生热量导致温度的上升，如果产生的总热量过多，换热不足，会影响润滑脂的粘度，导致行星滚柱丝杠传动机构发生热变形，降低整个传动系统的精度和可靠性，影响行星滚柱丝杠传动机构的使用寿命，甚至可能导致行星滚柱丝杠传动机构失效破坏。考虑到行星滚柱丝杠传动机构热变形会随着温度的升高而有不断变大的趋势，因此研究一种自适应调控行星滚柱丝杠传动机构温升的装置变的至关重要。
发明内容
本发明目的是提供一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。
为了解决背景技术中所存在的问题，它包含螺母9，该螺母9的两端设置有与其旋接对接的内齿圈10，所述螺母9的一端设置有与其旋接配合的端盖7，所述的螺母9的内部设置有数个环形阵列排列的滚柱8，每根滚柱8 的两端加工有直齿，该直齿与安装于螺母9两端的内齿圈10啮合，所述的滚柱8通过保持架11圆周均匀分布在中空丝杠14的周围，保持架11 通过挡圈12轴向定位，所述的滚柱8上设置有与中空丝杠14和螺母9啮合配合的外螺纹，所述中空丝杠14设置在螺母9的中部，该螺母9的一端设置有与其旋接连接的端盖7，所述中空丝杠14的端部穿过端盖7与大旋转接头2外圈通过键4连接在一起，所述大旋转接头2整体为与中空丝杠14连通的中空结构，所述大旋转接头2的外侧面处安装有角编码器3，所述大旋转接头2的端部安装有与中空丝杠14相连通的连接管1，该连接管1的端部通过螺钉5和密封圈6与端盖7对接，所述的螺母9的中部轴向开设有环形槽23和出口通孔24，所述环形槽23的端部与出口通孔24 的端部相连通，所述出口通孔24的端部安装有回液管16，该回液管16的端部与冷却液循环泵17对接，所述冷却液循环泵17的一侧安装有出液管 18，该出液管18的端部通过小旋转接头19与中空丝杠14对接。
所述的螺母9和冷却液循环泵17的外侧面处安装有磁性式温度传感器13，所述螺母9一侧放置有热成像仪15。
所述的端盖7外侧设置有一圈可以紧密的插入到环形槽23内的薄壁 21，该薄壁21的一端通过端盖7与密封圈6连通，所述薄壁21的端部与环形槽23相连通，所述薄壁21的轴向截面为倾斜角为10度的楔形孔，螺母9便形成了一个楔形空间，冷却液在端盖7内由大口流入，小口流出，在压力作用下进入螺母环形槽23，提高了螺母的散热效果。
所述的螺母9从一侧加工一定深度的环形槽23，此环形槽不能穿透至螺母9另一侧，以便与端盖薄壁21配合形成一个空腔，在螺母9距离端盖7较远侧有一连接环形槽23的出口通孔24，出口通孔24接外部回液管 16。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述冷却循环系统，冷却液通过出液管流经中空丝杠带走丝杠产生的部分热量，然后经过端盖楔形孔和螺母环形槽带走螺母产生的部分热量，能够有效降低行星滚柱丝杠传动机构工作时因摩擦产生的温升；
(2)本发明所述通过磁性式温度传感器监测到的温度变化来反馈调节循环泵流速，使温度自适应维持在一定的范围，并且当达到设定的温度上限时，程序会发生报警，行星滚柱丝杠传动机构停止工作，冷却循环系统继续工作直至温度降低至稳态；磁铁探头与被测物体接触面积大、接触紧密、测温准确性高，反应速度快、体积小、方便安装、监测范围大，反馈调节精度高，自适应好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主剖视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明中端盖结构的三维剖视图；
图4为本发明中端盖和螺母结构的三维装配图；
图5为本发明反馈调节模式示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
参看图1-4，本实施例包含螺母9，该螺母9的两端设置有与其旋接对接的内齿圈10，所述螺母9的一端设置有与其旋接配合的端盖7，所述的螺母9的内部设置有数个环形阵列排列的滚柱8，每根滚柱8的两端加工有直齿，该直齿与安装于螺母9两端的内齿圈10啮合，所述的滚柱8通过保持架11圆周均匀分布在中空丝杠14的周围，保持架11通过挡圈12轴向定位，所述的滚柱8上设置有与中空丝杠14和螺母9啮合配合的外螺纹，所述中空丝杠14设置在螺母9的中部，该螺母9的一端设置有与其旋接连接的端盖7，所述中空丝杠14的端部穿过端盖7与大旋转接头2 外圈通过键4连接在一起，所述大旋转接头2整体为与中空丝杠14连通的中空结构，所述大旋转接头2的外侧面处安装有角编码器3，所述大旋转接头2的端部安装有与中空丝杠14相连通的连接管1，该连接管1的端部通过螺钉5和密封圈6与端盖7对接，所述的螺母9的中部轴向开设有环形槽23和出口通孔24，所述环形槽23的端部与出口通孔24的端部相连通，所述出口通孔24的端部安装有回液管16，该回液管16的端部与冷却液循环泵17对接，所述冷却液循环泵17的一侧安装有出液管18，该出液管18的端部通过小旋转接头19与中空丝杠14对接。
所述的螺母9和冷却液循环泵17的外侧面处安装有磁性式温度传感器13，所述螺母9一侧放置有热成像仪15。
所述的端盖7外侧设置有一圈可以紧密的插入到环形槽23内的薄壁 21，该薄壁21的一端通过端盖7与密封圈6连通，所述薄壁21的端部与环形槽23相连通，所述薄壁21的轴向截面为倾斜角为10度的楔形孔，螺母9便形成了一个楔形空间，冷却液在端盖7内由大口流入，小口流出，在压力作用下进入螺母环形槽23，提高了螺母的散热效果。
所述的螺母9从一侧加工一定深度的环形槽23，此环形槽不能穿透至螺母9另一侧，以便与端盖薄壁21配合形成一个空腔，在螺母9距离端盖7较远侧有一连接环形槽23的出口通孔24，出口通孔24接外部回液管 16。
实施例2
在本具体实施方式中冷却液循环泵17提供动力，冷却液通过出液管18 流经中空丝杠14带走丝杠产生的部分热量，然后经过端盖楔形孔20和螺母环形槽23带走螺母9产生的部分热量，最后从螺母9下方的出口通孔 24流回冷却液循环泵17，完成冷却循环系统的循环，在螺母9上放置四个磁性式温度传感器13，通过磁性式温度传感器13监测到的温度变化来反馈调节冷却液循环泵17流速，使温度自适应维持在一定的范围，并且当达到设定的温度上限时,程序会发生报警。并且放置热成像仪15来监测中空丝杠14的温度变化；
在本具体实施方式中所述的冷却液循环泵17为无极调速，调速范围为30rpm～3000rpm，温度每升高1℃,转速增加10rpm，温度每降低1℃, 转速减少10rpm，冷却液循环泵17内部有一定容量的冷却液(水或油)，工作时循环泵17内部的液体会以调定的流速由出液管18流出，最后由回液管16流回到冷却液循环泵17内，冷却液循环泵17可以给整个冷却循环系统提供动力；
在本具体实施方式中所述的大旋转接头2外圈与旋转的中空丝杠14 端部通过键4连接在一起，内圈与连接管1连接止转并且能够实现液体的传输，外圈可旋转，内圈不能旋转；大旋转接头2周向与角度编码器3通过螺钉连接紧固，两者集成为一体共同做旋转运动，角度编码器3可测量中空丝杠14的转角；
在本具体实施方式中所述的磁性式温度传感器13通过磁力吸附在螺母9上，将磁性式温度传感器13采集的模拟信号转化为数字信号，以数字形式显示在上位机上，上位机的控制模块通过反馈控制调节冷却液循环泵17的转速进而调节其流速，冷却液流速不同引起降低温升的效果就不同，在上位机控制软件中设定温度的上限Tmax，当磁性式温度传感器13 温度超出设定温度范围上限(Temp>Tmax)时，冷却液循环泵17转速升高，冷却液的流速加快，热量散失的越多，温度下降进而调节温度达到稳态(Temp≤Tmax)；若温升过高，冷却液循环泵17已经达到最大转速但仍未使温度降低至稳态温度情况下，控制软件中的报警系统会自动报警，进而控制行星滚柱丝杠传动机构停止工作，但同时会使冷却液循环泵17继续工作，直至温度降低至稳态温度时，控制系统才可控制行星滚柱丝杠传动机构开始工作；设置四个磁性式温度传感器13为并联控制，当其中一个温度传感器13达到温度上限时，系统便会开启反馈调节模式；
在本具体实施方式中所述的热成像仪15采用红外测温，能够实时监测与外部空气接触部分的中空丝杠14的温度变化，可以实现间隔一定时间记录数据的功能。
在本具体实施方式中所述的连接管1与端盖7和大旋转接头2通过螺钉连接紧固，在接触处安装密封圈6以防止冷却液溢出；
所述的端盖7外侧有一薄壁21，薄壁21的厚度正好与螺母的环形槽的厚度相同，端盖7和螺母薄壁21相配合形成一个封闭的空腔，薄壁21 还可以起支撑螺母9并增强螺母强度的作用；在端盖7进油口处有一个端盖楔形孔20，孔的大小从端盖7的进油口到出油口逐渐减小，从轴向截面上看其是倾斜角为10度的楔形孔，螺母9便形成了一个楔形空间，冷却液在端盖7内由大口流入，小口流出，在压力作用下进入螺母环形槽23，提高了螺母的散热效果；
所述的螺母9从一侧加工一定深度的环形槽23，此环形槽不能穿透至螺母9另一侧，以便与端盖薄壁21配合形成一个空腔，在螺母9距离端盖7较远侧有一连接环形槽23的出口通孔24，出口通孔24接外部回液管 16，这样，冷却液经过端盖楔形孔20后流经螺母9上的环形槽23由螺母下方的出口通孔24流出，最后经过回液管16流回冷却液循环泵17。
冷却循环系统:
在本实施方式中冷却液循环泵17为无极调速，调速范围为30rpm～ 3000rpm，温度每升高1℃,转速增加10rpm，温度每降低1℃,转速减少 10rpm，冷却液循环泵17内部有一定容量的冷却液(水或油)，工作时循环泵内部的液体会以调定的流速流出，通过出液管18传输到达中空丝杠 14，出液管18与中空丝杠14通过小旋转接头19连接，小旋转接头19外圈与中空丝杠14连接，内圈与出液管18连接，外圈可旋转，内圈不能旋转，出液管18与冷却液循环泵17连接固定，中空丝杠14内部是圆形截面的中空通道，让冷却液通过以便带走热量，冷却液通过中空丝杠14后再通过连接管1，连接管1与中空丝杠14通过大旋转接头2连接，大旋转接头通过键4与中空丝杠14连接，冷却液通过连接管1后进入端盖7，端盖7与连接管1通过螺钉5连接，在连接管1和端盖7周向接触部位安装密封圈6以防止冷却液溢出，端盖7与螺母9通过螺纹连接并且通过销子 22固定，端盖楔形孔20便于冷却液通过时形成压力增大流速，螺母环形槽23便于冷却液流通，冷却液通过螺母环形槽23后由下端出口通口24 处流出，出口与回液管16通过螺钉连接，冷却液通过回液管16流回冷却液循环泵17，从而实现冷却液在整个回路中循环流动。
传动系统：
图1所示行星滚柱丝杠传动机构由滚柱8、螺母9、中空丝杠14、内齿圈10、保持架11、挡圈12、销子22组成，10个滚柱8和保持架11间隙配合，内齿圈10和螺母9通过螺纹连接固定，滚柱8分别与中空丝杠 14和螺母9通过螺纹配合，当中空丝杠14旋转时，滚柱8自转和公转，滚柱8带动螺母9共同做往复直线运动。
自适应降温系统：
采用四个磁性式温度传感器13布置在螺母9上以便监测不同位置温度的变化，它们可以通过传感器自带的磁铁吸附在螺母9上，如图1所示，一个放置在螺母9侧边，另三个放置在螺母9周向处，对应于滚柱8中部位置放置一个，对应于滚柱两侧位置各放置一个，两两形成对照试验，通过温度传感器13监测到的温度变化来反馈调节循环泵流速，使温度自适应维持在一定的范围，并且当达到设定的温度上限时，温度监测报警器会发生报警；丝杠做旋转运动，可采用热成像仪15来监测中空丝杠温度的变化。
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，冷却液循环泵17 为无极调速，调速范围为30rpm～3000rpm，温度每升高1℃,转速增加 10rpm，温度每降低1℃,转速减少10rpm。冷却液循环泵17内部有一定容量的冷却液(水或油)，工作时循环泵内部的液体会以调定的流速由出液管18流出，最后由回液管18流回到冷却液循环泵17内，冷却液循环泵 17给整个冷却循环系统提供动力；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，大旋转接头2外圈与旋转的中空丝杠14端部通过键4连接在一起，内圈与管道连接止转并且能够实现液体的传输，外圈可旋转，内圈不能旋转；大旋转接头2周向可与角编码器3通过螺钉连接紧固，两者集成为一体共同做旋转运动，角度编码器3可以测量中空丝杠14的转角；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，反馈调节模式如图 5所示，磁性式温度传感器13通过磁力吸附在螺母9上，将磁性式温度传感器13采集的模拟信号转化为数字信号，以数字形式显示在上位机上，上位机的控制模块通过反馈控制调节冷却液循环泵17的转速进而调节其流速，冷却液流速不同引起降低温升的效果就不同，在上位机控制软件中设定温度的上限Tmax，当磁性式温度传感器13温度超出设定温度范围上限(Temp>Tmax)时，冷却液循环泵17转速升高，冷却液的流速加快，热量散失的越多，温度下降进而调节温度达到稳态(Temp≤Tmax)；若温升过高，冷却液循环泵17已经达到最大转速但仍未使温度降低至稳态温度情况下，控制软件中的报警系统会自动报警，进而控制行星滚柱丝杠传动机构停止工作，但同时会使冷却液循环泵17继续工作，直至温度降低至稳态温度时，控制系统才可控制行星滚柱丝杠传动机构开始工作；设置四个磁性式温度传感器13为并联控制，当其中一个温度传感器13达到温度上限时，系统便会开启反馈调节模式；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，热成像仪15采用红外测温，能够实时监测与外部空气接触部分的中空丝杠14的温度变化，可以实现间隔一定时间记录数据的功能；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，连接管1与端盖7 和大旋转接头2通过螺钉连接紧固，在接触处安装密封圈6以防止冷却液溢出；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，端盖7如图3所示，端盖7外侧有一薄壁21，薄壁21的厚度正好与螺母的环形槽的厚度相同，端盖7和螺母薄壁21相配合形成一个封闭的空腔，薄壁21还可以起支撑螺母9并增强螺母强度的作用；端盖7进油口处有一个端盖楔形孔20，孔的大小从端盖7的进油口到出油口逐渐减小，从轴向截面上看其是倾斜角为10度的楔形孔，螺母9便形成了一个楔形空间，冷却液在端盖7内由大口流入，小口流出，在压力作用下进入螺母环形槽23，提高了螺母的散热效果；
所述一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，如图4所示，螺母 9从一侧加工一定深度的环形槽23，此环形槽不能穿透至螺母9另一侧，以便与端盖薄壁21配合形成一个空腔，在螺母9距离端盖7较远侧有一连接环形槽23的出口通孔24，出口通孔24接外部回液管16，这样，冷却液经过端盖楔形孔20后流经螺母9上的环形槽23由螺母下方的出口通孔24流出，最后经过回液管16流回冷却液循环泵17。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，其特征在于它包含螺母(9)，该螺母(9)的两端设置有与其旋接对接的内齿圈(10)，所述螺母(9)的一端设置有与其旋接配合的端盖(7)，所述的螺母(9)的内部设置有数个环形阵列排列的滚柱(8)，每根滚柱(8)的两端加工有直齿，该直齿与安装于螺母(9)两端的内齿圈(10)啮合，所述的滚柱(8)通过保持架(11)圆周均匀分布在中空丝杠(14)的周围，保持架(11)通过挡圈(12)轴向定位，所述的滚柱(8)上设置有与中空丝杠(14)和螺母(9)啮合配合的外螺纹，所述中空丝杠(14)设置在螺母(9)的中部，该螺母(9)的一端设置有与其旋接连接的端盖(7)，所述中空丝杠(14)的端部穿过端盖(7)与大旋转接头(2)外圈通过键(4)连接在一起，所述大旋转接头(2)整体为与中空丝杠(14)连通的中空结构，所述大旋转接头(2)的外侧面处安装有角编码器(3)，所述大旋转接头(2)的端部安装有与中空丝杠(14)相连通的连接管(1)，该连接管(1)的端部通过螺钉(5)和密封圈(6)与端盖(7)对接，所述的螺母(9)的中部轴向开设有环形槽(23)和出口通孔(24)，所述环形槽(23)的端部与出口通孔(24)的端部相连通，所述出口通孔(24)的端部安装有回液管(16)，该回液管(16)的端部与冷却液循环泵(17)对接，所述冷却液循环泵(17)的一侧安装有出液管(18)，该出液管(18)的端部通过小旋转接头(19)与中空丝杠(14)对接。
2.根据权利要求1所述的一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，其特征在于所述的螺母(9)和冷却液循环泵(17)的外侧面处安装有磁性式温度传感器(13)，所述螺母(9)一侧放置有热成像仪(15)。
3.根据权利要求1所述的一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，其特征在于所述的端盖(7)外侧设置有一圈可以紧密的插入到环形槽(23)内的薄壁(21)，该薄壁(21)的一端通过端盖(7)与密封圈(6)连通，所述薄壁(21)的端部与环形槽(23)相连通，所述薄壁(21)的轴向截面为倾斜角为10度的楔形孔，螺母(9)便形成了一个楔形空间，冷却液在端盖(7)内由大口流入，小口流出，在压力作用下进入螺母环形槽(23)，提高了螺母的散热效果。
4.根据权利要求1所述的一种可自适应温控的行星滚柱丝杠传动机构，其特征在于所述的螺母(9)从一侧加工一定深度的环形槽(23)，此环形槽不能穿透至螺母(9)另一侧，以便与端盖薄壁(21)配合形成一个空腔，在螺母(9)距离端盖(7)较远侧有一连接环形槽(23)的出口通孔(24)，出口通孔(24)接外部回液管(16)。
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