CN109611525A - 一种可调预紧力的精密直线运动导向机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精密仪器结构设计领域，具体公开了一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，包括空心轴电机、设于空心轴电机的电机转子中的丝杠螺母、穿过丝杠螺母中心的丝杠、穿过丝杠且位于空心轴电机上方的底板、套设在丝杠上且位于底板上方的套筒，以及设于底板上的左侧导向机构、右侧导向机构和可加预紧力导向机构。本发明装置可根据需要对预紧力进行调整，易于调节，不易卡死，通过给运动件施加预紧力，实现运动件精密直线滑动。

Description

一种可调预紧力的精密直线运动导向机构

技术领域

本发明属于精密仪器结构设计领域，具体涉及一种可调预紧力的精密直线运动导向机构。

背景技术

在某些小型精密设备的结构设计中，需要使用电机将旋转运动转化为直线运动，同时，为了满足精密传递的需求，在直线运动过程中需严格保持直线，避免引起旋转，带来角位移。

如果是较大的设备，空间安装位置不受限制，可以使用直线运动导轨或其他结构形式，如曲柄滑块、齿轮齿条等结构形式，但对于小型仪器设备，小型直线运动导轨制作成本高，鲜有现成的设备可以利用，曲柄滑环或齿轮齿条传动结构形式过于复杂，无疑将增大结构制作成本，同时为精密传动引入别的误差因素。受结构的限制，现有的导轨形式很难适应安装空间要求，这就需要单独设计一种导向机构形式，以满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，能够将电机产生的旋转运动转化为直线运动。

本发明的技术方案如下：

一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，包括空心轴电机、套筒、丝杠、丝杠螺母、底板、左侧导向机构、右侧导向机构、可加预紧力导向机构；

在空心轴电机的电机定子中设有中空的电机转子，在电机转子中空处安装丝杠螺母，丝杠穿过丝杠螺母的中心，在丝杠螺母随着电机转子旋转的情况下，丝杠做直线运动；

在所述丝杠的顶端加工配合段，配合段与丝杠螺母同轴；在丝杠的配合段安装有套筒，径向使用顶丝顶紧固定，轴向使用压帽将套筒的端头压紧，并使用沉头螺钉拧紧固定；

在所述套筒的外侧壁上开设三个V形槽，包括左侧V形槽、右侧V形槽和后侧V形槽，所述V形槽的走向与套筒的中轴线平行；

所述的底板是一块带有凸台的平板，在底板的上表面设有左侧螺纹孔、右侧螺纹孔、后侧螺纹孔和凸台，在凸台上也设有螺纹孔；

在所述底板的中心位置开设中心孔，丝杠的配合段穿过底板上的中心孔位于底板的上方；所述底板上表面的左侧螺纹孔与套筒上的左侧V形槽位置相对，右侧螺纹孔与右侧V形槽位置相对，后侧螺纹孔与后侧V形槽位置相对；

在所述底板上表面的左侧螺纹孔处安装V槽安装座Ⅰ，在V槽安装座Ⅰ上安装V形导向槽Ⅰ；所述的V形导向槽Ⅰ卡在V槽安装座Ⅰ的上下堵头之间，V形导向槽Ⅰ的长度与V槽安装座Ⅰ上下堵头之间的间隙匹配；在所述的V形导向槽Ⅰ内放置滚珠Ⅰ，V槽安装座Ⅰ的上下堵头正好将滚珠Ⅰ堵在由V形导向槽Ⅰ和套筒的左侧V形槽围成的区域内；所述的V槽安装座Ⅰ、V形导向槽Ⅰ、滚珠Ⅰ及连接螺钉组成左侧导向机构；

右侧导向机构包括V槽安装座Ⅱ、V形导向槽Ⅱ、滚珠Ⅱ及连接螺钉，所述的右侧导向机构安装在底板上表面的右侧螺纹孔处、与左侧导向机构位置相对称，且所述右侧导向机构的结构形式与左侧导向机构的结构形式相同；

所述的左侧导向机构和右侧导向机构分别固定完成后，V形导向槽Ⅰ的两斜面与滚珠Ⅰ之间、滚珠Ⅰ与套筒的左侧V形槽两斜面之间、V形导向槽Ⅱ的两斜面与滚珠Ⅱ之间、滚珠Ⅱ与套筒的右侧V形槽两斜面之间全都接触，没有间隙；

可加预紧力导向机构由V槽安装座Ⅲ、V形导向槽Ⅲ、滚珠Ⅲ、滚珠堵件A、滚珠堵件B和顶紧螺钉组成；所述的V槽安装座Ⅲ通过螺钉固定在底板的凸台上，V槽安装座Ⅲ的前部与套筒相对；所述的V形导向槽Ⅲ位于V槽安装座Ⅲ中，通过V槽安装座Ⅲ背部的顶紧螺钉固定；所述的滚珠Ⅲ设于V形导向槽Ⅲ内，滚珠堵件A插入V形导向槽Ⅲ底部的凹槽内，滚珠堵件B设于V形导向槽Ⅲ的顶部；通过所述的滚珠堵件A和滚珠堵件B对滚珠Ⅲ限位，使滚珠Ⅲ与套筒的后侧V形槽紧密贴合，没有间隙；

工作时，转动电机转子，使丝杠螺母旋转带动丝杠做上下滑动，通过顶紧螺钉调节V形导向槽Ⅲ与套筒之间的预紧力，使其达到一个平顺的滑合状态，使套筒的后侧V形槽和滚珠Ⅲ之间紧贴、无间隙。

还包括在所述套筒的V形槽底部开有空刀槽，作为储存润滑油脂槽。

在所述滚珠Ⅰ、滚珠Ⅱ、滚珠Ⅲ安装前，在套筒的V形槽、V形导向槽Ⅰ、V形导向槽Ⅱ、V形导向槽Ⅲ内分别涂抹润滑油脂，可以黏连滚珠Ⅰ、滚珠Ⅱ、滚珠Ⅲ，方便安装，还可用来防锈和润滑。

所述套筒的左侧V形槽、右侧V形槽和后侧V形槽在套筒的外侧壁上沿圆周方向每隔120°布置。

所述的滚珠Ⅰ、滚珠Ⅱ、滚珠Ⅲ的直径相同，V槽安装座Ⅰ、V槽安装座Ⅱ、V槽安装座Ⅲ的尺寸相同，V形导向槽Ⅰ、V形导向槽Ⅱ、V形导向槽Ⅲ的尺寸相同。

所述滚珠Ⅰ的直径为V形导向槽Ⅰ槽宽的1.3～1.6倍。

所述滚珠Ⅰ的数量根据导向的行程确定，以V槽安装座Ⅰ的上下堵头之间放不下为准。

所述的套筒比丝杠的配合段长2～3mm，套筒的内径与丝杠的配合段外径精密配合。

对所述套筒、V形导向槽Ⅰ、V形导向槽Ⅱ和V形导向槽Ⅲ做淬火处理，硬度HRC58-62。

所述的V槽安装座Ⅰ与V形导向槽Ⅰ之间使用螺钉连接。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明装置可以在不同的应用场合根据具体的空间条件，依据本发明装置的结构形式和原理，对本发明装置的结构进行适当的调整，以满足使用要求，应用范围广。

(2)本发明装置可根据需要对预紧力进行调整，易于调节，不易卡死，通过给运动件施加预紧力，实现运动件精密直线滑动。

附图说明

图1为导向机构分解结构示意图；

图2为导向机构剖视图。

图中：1.沉头螺钉；2.压帽；3.套筒；4.丝杠；5.滚珠Ⅰ；6.V形导向槽Ⅰ；7.V槽安装座Ⅰ；8.底板；9.V槽安装座Ⅱ；10.V形导向槽Ⅱ；11.滚珠Ⅱ；12.V槽安装座Ⅲ；13.顶紧螺钉；14.滚珠堵件A；15.V形导向槽Ⅲ；16.滚珠Ⅲ；17.滚珠堵件B；18.电机转子；19.电机定子；20.丝杠螺母。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，装置包括空心轴电机、套筒3、丝杠4、丝杠螺母20、底板8、左侧导向机构、右侧导向机构、可加预紧力导向机构。

在空心轴电机的电机定子19中设有中空的电机转子18，在电机转子18中空处安装丝杠螺母20，丝杠4穿过丝杠螺母20的中心，在丝杠螺母20随着电机转子18旋转的情况下，丝杠4做直线运动。在所述丝杠4的顶端加工配合段，配合段与丝杠螺母20同轴。在丝杠4的配合段安装有套筒3，套筒3的内径与丝杠4的配合段外径精密配合，径向使用顶丝顶紧固定，套筒3比丝杠4的配合段长2～3mm，以便于在轴向使用压帽2将套筒3的端头压紧，并使用沉头螺钉1拧紧固定。

在所述套筒3的外侧壁上沿圆周方向每隔120°开设一个V形槽，包括左侧V形槽、右侧V形槽和后侧V形槽，所述V形槽的走向与套筒3的中轴线平行。在所述套筒3的V形槽底部开有空刀槽，作为储存润滑油脂槽。

所述的底板8是一块带有凸台的平板，在底板8的上表面设有左侧螺纹孔、右侧螺纹孔、后侧螺纹孔和凸台，在凸台上也设有螺纹孔，在凸台上也设有螺纹孔。在底板8的中心位置开设中心孔，丝杠4的配合段穿过底板8上的中心孔位于底板8的上方。所述底板8上表面的左侧螺纹孔与套筒3上的左侧V形槽位置相对，右侧螺纹孔与右侧V形槽位置相对，后侧螺纹孔与后侧V形槽位置相对。

在所述底板8上表面的左侧螺纹孔处安装V槽安装座Ⅰ7，使用螺钉连接；在V槽安装座Ⅰ7上安装V形导向槽Ⅰ6，使用螺钉连接。所述的V形导向槽Ⅰ6卡在V槽安装座Ⅰ7的上下堵头之间，V形导向槽Ⅰ6的长度与V槽安装座Ⅰ7上下堵头之间的间隙匹配。在所述的V形导向槽Ⅰ6内放置滚珠Ⅰ5，滚珠Ⅰ5的直径为V形导向槽Ⅰ6槽宽的1.3～1.6倍，滚珠Ⅰ5的数量根据导向的行程确定，以V槽安装座Ⅰ7的上下堵头之间放不下为准。所述V槽安装座Ⅰ7的上下堵头正好将滚珠Ⅰ5堵在由V形导向槽Ⅰ6和套筒3的V形槽围成的区域内。所述的V槽安装座Ⅰ7、V形导向槽Ⅰ6、滚珠Ⅰ5及连接螺钉组成左侧导向机构。

右侧导向机构包括V槽安装座Ⅱ9、V形导向槽Ⅱ10、滚珠Ⅱ11及连接螺钉，所述的右侧导向机构安装在底板8上表面的右侧螺纹孔处、与左侧导向机构位置相对称。所述右侧导向机构的结构与左侧导向机构的结构相对称。所述的左侧导向机构和右侧导向机构分别固定完成后，V形导向槽Ⅰ6的两斜面与滚珠Ⅰ5之间、滚珠Ⅰ5与套筒3的左侧V形槽两斜面之间、V形导向槽Ⅱ10的两斜面与滚珠Ⅱ11之间、滚珠Ⅱ11与套筒3的右侧V形槽两斜面之间全都接触，没有间隙。

可加预紧力导向机构由V槽安装座Ⅲ12、V形导向槽Ⅲ15、滚珠Ⅲ16、滚珠堵件A14、滚珠堵件B17和顶紧螺钉13组成。所述的V槽安装座Ⅲ12通过螺钉固定在底板8的凸台上，V槽安装座Ⅲ12的前部与套筒3相对。所述的V形导向槽Ⅲ15位于V槽安装座Ⅲ12中，通过V槽安装座Ⅲ12背部的顶紧螺钉13固定。所述的滚珠Ⅲ16设于V形导向槽Ⅲ15内，滚珠堵件A14插入V形导向槽Ⅲ15底部的凹槽内，滚珠堵件B17设于V形导向槽Ⅲ15的顶部。通过所述的滚珠堵件A14和滚珠堵件B17对滚珠Ⅲ16限位，使滚珠Ⅲ16与套筒3的后侧V形槽紧密贴合，没有间隙。

所述的滚珠Ⅰ5、滚珠Ⅱ11、滚珠Ⅲ16的直径相同，V槽安装座Ⅰ7、V槽安装座Ⅱ9、V槽安装座Ⅲ12的尺寸相同，V形导向槽Ⅰ6、V形导向槽Ⅱ10、V形导向槽Ⅲ15的尺寸相同。

在所述滚珠Ⅰ5、滚珠Ⅱ11、滚珠Ⅲ16安装前，在套筒3的V形槽、V形导向槽Ⅰ6、V形导向槽Ⅱ10、V形导向槽Ⅲ15内分别涂抹润滑油脂，可以黏连滚珠Ⅰ5、滚珠Ⅱ11、滚珠Ⅲ16，方便安装，还可用来防锈和润滑。

对所述套筒3、V形导向槽Ⅰ6、V形导向槽Ⅱ10和V形导向槽Ⅲ15做淬火处理，硬度HRC58-62。

工作时，转动电机转子18，使丝杠螺母20旋转带动丝杠4做上下滑动，通过顶紧螺钉13调节V形导向槽Ⅲ15与套筒3之间的预紧力，使其达到一个平顺的滑合状态，使套筒3的后侧V形槽和滚珠Ⅲ16之间紧贴、无间隙，然后拧紧其余的安装螺钉，完成安装。

Claims (10)

1.一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：包括空心轴电机、套筒(3)、丝杠(4)、丝杠螺母(20)、底板(8)、左侧导向机构、右侧导向机构、可加预紧力导向机构；

在空心轴电机的电机定子(19)中设有中空的电机转子(18)，在电机转子(18)中空处安装丝杠螺母(20)，丝杠(4)穿过丝杠螺母(20)的中心，在丝杠螺母(20)随着电机转子(18)旋转的情况下，丝杠(4)做直线运动；

在所述丝杠(4)的顶端加工配合段，配合段与丝杠螺母(20)同轴；在丝杠(4)的配合段安装有套筒(3)，径向使用顶丝顶紧固定，轴向使用压帽(2)将套筒(3)的端头压紧，并使用沉头螺钉(1)拧紧固定；

在所述套筒(3)的外侧壁上开设三个V形槽，包括左侧V形槽、右侧V形槽和后侧V形槽，所述V形槽的走向与套筒(3)的中轴线平行；

所述的底板(8)是一块带有凸台的平板，在底板(8)的上表面设有左侧螺纹孔、右侧螺纹孔、后侧螺纹孔和凸台，在凸台上也设有螺纹孔；

在所述底板(8)的中心位置开设中心孔，丝杠(4)的配合段穿过底板(8)上的中心孔位于底板(8)的上方；所述底板(8)上表面的左侧螺纹孔与套筒(3)上的左侧V形槽位置相对，右侧螺纹孔与右侧V形槽位置相对，后侧螺纹孔与后侧V形槽位置相对；

在所述底板(8)上表面的左侧螺纹孔处安装V槽安装座Ⅰ(7)，在V槽安装座Ⅰ(7)上安装V形导向槽Ⅰ(6)；所述的V形导向槽Ⅰ(6)卡在V槽安装座Ⅰ(7)的上下堵头之间，V形导向槽Ⅰ(6)的长度与V槽安装座Ⅰ(7)上下堵头之间的间隙匹配；在所述的V形导向槽Ⅰ(6)内放置滚珠Ⅰ(5)，V槽安装座Ⅰ(7)的上下堵头正好将滚珠Ⅰ(5)堵在由V形导向槽Ⅰ(6)和套筒(3)的左侧V形槽围成的区域内；所述的V槽安装座Ⅰ(7)、V形导向槽Ⅰ(6)、滚珠Ⅰ(5)及连接螺钉组成左侧导向机构；

右侧导向机构包括V槽安装座Ⅱ(9)、V形导向槽Ⅱ(10)、滚珠Ⅱ(11)及连接螺钉，所述的右侧导向机构安装在底板(8)上表面的右侧螺纹孔处、与左侧导向机构位置相对称，且所述右侧导向机构的结构形式与左侧导向机构的结构形式相同；

所述的左侧导向机构和右侧导向机构分别固定完成后，V形导向槽Ⅰ(6)的两斜面与滚珠Ⅰ(5)之间、滚珠Ⅰ(5)与套筒(3)的左侧V形槽两斜面之间、V形导向槽Ⅱ(10)的两斜面与滚珠Ⅱ(11)之间、滚珠Ⅱ(11)与套筒(3)的右侧V形槽两斜面之间全都接触，没有间隙；

可加预紧力导向机构由V槽安装座Ⅲ(12)、V形导向槽Ⅲ(15)、滚珠Ⅲ(16)、滚珠堵件A(14)、滚珠堵件B(17)和顶紧螺钉(13)组成；所述的V槽安装座Ⅲ(12)通过螺钉固定在底板(8)的凸台上，V槽安装座Ⅲ(12)的前部与套筒(3)相对；所述的V形导向槽Ⅲ(15)位于V槽安装座Ⅲ(12)中，通过V槽安装座Ⅲ(12)背部的顶紧螺钉(13)固定；所述的滚珠Ⅲ(16)设于V形导向槽Ⅲ(15)内，滚珠堵件A(14)插入V形导向槽Ⅲ(15)底部的凹槽内，滚珠堵件B(17)设于V形导向槽Ⅲ(15)的顶部；通过所述的滚珠堵件A(14)和滚珠堵件B(17)对滚珠Ⅲ(16)限位，使滚珠Ⅲ(16)与套筒(3)的后侧V形槽紧密贴合，没有间隙；

工作时，转动电机转子(18)，使丝杠螺母(20)旋转带动丝杠(4)做上下滑动，通过顶紧螺钉(13)调节V形导向槽Ⅲ(15)与套筒(3)之间的预紧力，使其达到一个平顺的滑合状态，使套筒(3)的后侧V形槽和滚珠Ⅲ(16)之间紧贴、无间隙。

2.如权利要求1所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：还包括在所述套筒(3)的V形槽底部开有空刀槽，作为储存润滑油脂槽。

3.如权利要求2所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：在所述滚珠Ⅰ(5)、滚珠Ⅱ(11)、滚珠Ⅲ(16)安装前，在套筒(3)的V形槽、V形导向槽Ⅰ(6)、V形导向槽Ⅱ(10)、V形导向槽Ⅲ(15)内分别涂抹润滑油脂，可以黏连滚珠Ⅰ(5)、滚珠Ⅱ(11)、滚珠Ⅲ(16)，方便安装，还可用来防锈和润滑。

4.如权利要求3所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述套筒(3)的左侧V形槽、右侧V形槽和后侧V形槽在套筒(3)的外侧壁上沿圆周方向每隔120°布置。

5.如权利要求4所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述的滚珠Ⅰ(5)、滚珠Ⅱ(11)、滚珠Ⅲ(16)的直径相同，V槽安装座Ⅰ(7)、V槽安装座Ⅱ(9)、V槽安装座Ⅲ(12)的尺寸相同，V形导向槽Ⅰ(6)、V形导向槽Ⅱ(10)、V形导向槽Ⅲ(15)的尺寸相同。

6.如权利要求5所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述滚珠Ⅰ(5)的直径为V形导向槽Ⅰ(6)槽宽的1.3～1.6倍。

7.如权利要求6所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述滚珠Ⅰ(5)的数量根据导向的行程确定，以V槽安装座Ⅰ(7)的上下堵头之间放不下为准。

8.如权利要求7所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述的套筒(3)比丝杠(4)的配合段长2～3mm，套筒(3)的内径与丝杠(4)的配合段外径精密配合。

9.如权利要求8所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：对所述套筒(3)、V形导向槽Ⅰ(6)、V形导向槽Ⅱ(10)和V形导向槽Ⅲ(15)做淬火处理，硬度HRC58-62。

10.如权利要求9所述的一种可调预紧力的精密直线运动导向机构，其特征在于：所述的V槽安装座Ⅰ(7)与V形导向槽Ⅰ(6)之间使用螺钉连接。