CN109667901A - 行星滚柱丝杠电动缸 - Google Patents

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roller
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Abstract

本发明公开了一种行星滚柱丝杠电动缸，包括电机、缸体、动力管以及行星滚柱丝杠副传动机构，电机向丝杠输出动力；动力管与螺母固定连接；行星滚柱丝杠副传动机构设置于缸体内，动力管伸出于缸体。本发明的积极进步效果在于：1、本发明采用新型行星滚柱丝杠副结构在重载条件下不打滑，保证传动精度，能实现高精度、高速重载、长寿命的工程实际需求。2、电机不仅可以布置成折返式；又可以布置成直线式。3、运动部件内置于缸体内部，在缸体两端左右端盖内部设置有密封件，将运动部件与外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。4、行星滚柱丝杠副结构可根据需要拆装更换，易于实现模块化设计。

Description

行星滚柱丝杠电动缸
技术领域
本发明涉及一种行星滚柱丝杠电动缸。
背景技术
伺服电动缸是将伺服电机的旋转运动转化为执行机构的直线运动，同时精确的控制转速和位置，在工程应用领域有着广泛的应用。伺服电动缸一般由伺服电机、同步传送带、丝杠、缸体等组成，可分为直线式和折返式电动，直线式电动缸中，伺服电机与丝杠直接相连，输入输出在一条是现实，折返式电动缸中，伺服电机通过同步传送带与丝杠相连接，整体长度较短，适用于安装位置小的场合。
现有的电动缸中，除了将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品外，但一般功率较小，传动精度不高；力姆泰克公司申请公开的CN103730979一体化伺服电动缸直接将丝杠副和电机做成了一体，克服了空间限制，但是承载能力未能提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电动缸功率小、精度不高的缺陷，提供一种行星滚柱丝杠电动缸。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种行星滚柱丝杠电动缸，其特点在于，所述行星滚柱丝杠电动缸包括电机、缸体、动力管以及行星滚柱丝杠副传动机构，其中，
所述行星滚柱丝杠副传动机构包括螺母、丝杠以及行星滚柱，
所述螺母间隔套设与所述丝杠的外侧；
所述行星滚柱沿着所述丝杠的周向分布于所述螺母和所述丝杠之间；
所述行星滚柱与所述丝杠啮合，所述行星滚柱在垂直于所述丝杠的轴线的轨道上作行星运动，且所述行星滚柱沿着所述丝杠的螺旋线作螺旋运动；
所述行星滚柱在所述螺母的周向转动并驱动所述螺母，所述行星滚柱与所述螺母啮合，且在所述螺母的轴线方向上无相对移动；
所述电机向所述丝杠输出动力；
所述动力管与所述螺母固定连接；
所述行星滚柱丝杠副传动机构设置于所述缸体内，所述动力管伸出于所述缸体。
当丝杠作旋转运动时，沿圆周方向围绕丝杠布置的行星滚柱在垂直于丝杠的轴线的轨道上作行星运动的同时沿着丝杠的螺旋线作螺旋运动。由于行星滚柱与螺母沿轴线方向上无相对移动，传动过程中通过推动螺母产生相对于丝杠的轴向移动。
本方案中的行星滚柱沿着所述丝杠的螺旋线作螺旋运动，与丝杠啮合时接触点法线方向一致，由此不会产生打滑现象，保证了传动比的稳定。同时，避免了各行星滚柱位置的不同，减少了加工和装配的复杂度。
因此，本方案的行星滚柱丝杠副结构在重载条件下不打滑，保证传动精度，能实现高精度、高速重载、长寿命的工程实际需求。对于行星滚柱的设计加工精度与相位要求较低，加工易控制。
其中，例如，只需要控制行星滚柱与丝杠的螺距相同，行星滚柱与螺母的螺距相同，无需控制螺母与丝杠参数关系，简化了设计流程。
本方案中电机不仅可以布置成折返式，通过传动装置将电机旋转运动传递给丝杠；又可以布置成直线式，直接通过联轴器将电机输入端与丝杠连接，可根据实际需求进行选择。
本方案的行星滚柱丝杠副传动机构内置于缸体内部，可以减少外部环境对运动部件的影响。且行星滚柱丝杠副传动机构可根据需要拆装更换，易于实现模块化设计。
较佳地，所述行星滚柱的外圆形成有驱动凸环；
所述螺母的內圆形成有与所述驱动凸环配合的驱动环槽，
所述驱动凸环在所述螺母的周向转动，并沿所述螺母的轴向驱动所述驱动环槽。
本方案的螺母采用分段或整体加工均可很好的控制加工精度，且加工结构均为环槽式结构，其中环槽结构可根据载荷沿轴向平行布置若干个，便于实现模块化设计。
较佳地，所述驱动凸环为闭合式的无螺旋角环槽。采用无螺旋角环槽，行星滚柱与螺母沿轴线方向上就无相对移动。
较佳地，所述行星滚柱设置有滚柱外螺纹段，所述滚柱外螺纹段与所述丝杠啮合。
本方案的滚柱外螺纹段以及驱动凸环可以根据载荷需要沿轴向布置多段来实现，并通过分段加工螺母来控制精度，由此降低高速重载的行星滚柱丝杠副传动机构的成本。
较佳地，所述滚柱外螺纹段设置于所述行星滚柱的中间位置，所述滚柱外螺纹段的轴向两侧均设置有所述驱动凸环。
行星滚柱的驱动凸环在与螺母啮合的两端形成了稳定的支撑，从而有效防止行星滚柱的轴线绕螺母的轴线的垂直方向转动，即当行星滚柱以行星方式运行时轴线始终与螺母的轴线平行，不会发生倾斜。不发生轴向倾斜，在保证传动精度的同时增加了行星滚柱丝杠的使用寿命。
较佳地，所述滚柱外螺纹段两侧的驱动凸环，以所述滚柱外螺纹段的径向中分面对称设置。
较佳地，所述驱动凸环的数量为多个，且沿着所述行星滚柱的轴向并列排布。
较佳地，所述驱动凸环和所述滚柱外螺纹段的牙型为圆弧，所述驱动凸环和所述滚柱外螺纹段的外轮廓为等效球，所述等效球的中心位于所述行星滚柱的轴线。
等效球的球心位于轴线，由此产生经过轴线的啮合力，能够减少磨损和增大承载能力。
较佳地，所述丝杠和所述驱动环槽的牙型为三角螺纹。
较佳地，所述驱动凸环、所述滚柱外螺纹段、所述丝杠和所述驱动环槽的牙型角均为90°。
较佳地，所述滚柱外螺纹段与所述丝杠的螺距相同，所述驱动凸环与所述驱动环槽的螺距相同。
较佳地，所述滚柱外螺纹段的小径大于所述驱动凸环的大径；
所述螺母的内圆凹陷形成有外螺纹容纳槽；
所述外螺纹容纳槽用于容纳所述滚柱外螺纹段。
较佳地，所述螺母的内端部还设有用于对各所述行星滚柱的周向定位的保持架。
较佳地，所述螺母内还设有限位挡圈，所述限位挡圈沿着所述螺母的轴向对所述保持架起限位作用。
限位挡圈对保持架起到限位的作用，保证行星滚柱丝杠副传动机构在运行的时候不会产生轴向跳动，保持架与螺母间滚动接触，并与行星滚柱一起绕丝杠的轴线作公转运动。
较佳地，所述行星滚柱的端部形成轴颈，所述轴颈连接于所述保持架。
较佳地，所述缸体与所述动力套之间设置有第一端盖，所述第一端盖与所述动力套之间通过密封件进行密封。通过第一端盖对动力套的外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。
较佳地，所述第一端盖上设置有导向套，所述导向套用于动力管的导向。
较佳地，所述缸体与所述丝杠之间设置有第二端盖，所述第二端盖与所述丝杠之间通过密封件进行密封。通过第二端盖对丝杠的外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。
较佳地，所述电机与所述丝杠通过同步带轮或者联轴器相连。
本发明的积极进步效果在于：1、本发明采用新型行星滚柱丝杠副结构在重载条件下不打滑，保证传动精度，能实现高精度、高速重载、长寿命的工程实际需求。2、电机不仅可以布置成折返式，通过传动装置将电机旋转运动传递给丝杠；又可以布置成直线式，直接通过联轴器将电机输入端与丝杠连接，可根据实际需求进行选择。3、运动部件内置于缸体内部，在缸体两端左右端盖内部设置有密封件，将运动部件与外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。4、行星滚柱丝杠副结构可根据需要拆装更换，易于实现模块化设计。
附图说明
图1为本发明实施例1的行星滚柱丝杠副传动机构的结构示意图。
图2为本发明实施例1的行星滚柱的结构示意图。
图3为本发明实施例1的螺母的结构示意图。
图4为本发明实施例1的折反式行星滚柱丝杠电动缸的结构示意图。
图5为本发明实施例2的直线式行星滚柱丝杠电动缸的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1-图4所示，本实施例公开了一种行星滚柱丝杠电动缸，行星滚柱丝杠电动缸包括电机22、缸体17、动力管13以及行星滚柱丝杠副传动机构。
电机22向丝杠输出动力，动力管13与螺母5通过紧定螺钉18固定连接。行星滚柱丝杠副传动机构设置于缸体17内，动力管13伸出于缸体17。
如图1-图3所示，行星滚柱丝杠副传动机构包括螺母5、丝杠1以及行星滚柱4。
如图1所示，螺母5间隔套设与丝杠1的外侧。行星滚柱4沿着丝杠1的周向分布于螺母5和丝杠1之间。
行星滚柱4与丝杠1啮合，行星滚柱4在垂直于丝杠1的轴线的轨道上作行星运动，且行星滚柱4沿着丝杠1的螺旋线作螺旋运动。
行星滚柱4在螺母5的周向转动并驱动螺母5，行星滚柱4与螺母5啮合，且在螺母5的轴线方向上无相对移动。
当丝杠1作旋转运动时，沿圆周方向围绕丝杠1布置的行星滚柱4在垂直于丝杠1的轴线的轨道上作行星运动的同时沿着丝杠1的螺旋线作螺旋运动。由于行星滚柱4与螺母5沿轴线方向上无相对移动，传动过程中通过推动螺母5产生相对于丝杠1的轴向移动。
本方案中的行星滚柱4沿着丝杠1的螺旋线作螺旋运动，与丝杠1啮合时接触点法线方向一致，由此不会产生打滑现象，保证了传动比的稳定。同时，避免了各行星滚柱4位置的不同，减少了加工和装配的复杂度。
因此，本方案的行星滚柱丝杠副既具有精密传动的特点，但是对于行星滚柱4的设计加工精度与相位要求较低，加工易控制。
本实施例的滚柱外螺纹段7与丝杠1的螺距相同，驱动凸环6与驱动环槽11的螺距相同。
由于采用了本实施例的方案，只需要控制行星滚柱4与丝杠1的螺距相同，行星滚柱4与螺母5的螺距相同，无需控制螺母5与丝杠1参数关系，简化了设计流程。
本实施例的行星滚柱丝杠副传动机构内置于缸体17内部，可以减少外部环境对运动部件的影响。且行星滚柱丝杠副传动机构可根据需要拆装更换，易于实现模块化设计。
如图2所示，行星滚柱4的外圆形成有驱动凸环6。如图3所示，螺母5的内圆形成有与驱动凸环6配合的驱动环槽11。
由此，本实施例的驱动凸环6在螺母5的周向转动，并沿螺母5的轴向驱动螺母5的驱动环槽11。
本实施例中，螺母5可一体加工成型，也可以分成两段或者多段螺母结构组合加工而成。行星滚柱4上各结构部分完全可以进行分段加工，相互间不存在相位干扰。
所以本实施例的螺母5采用分段或整体加工均可很好的控制加工精度，且加工结构均为环槽式结构，其中环槽结构可根据载荷沿轴向平行布置若干个，便于实现模块化设计。
本实施例中，驱动凸环6为闭合式的无螺旋角环槽。采用无螺旋角环槽，行星滚柱4与螺母5沿轴线方向上就无相对移动。
如图2所示，本实施例的行星滚柱4设置有滚柱外螺纹段7，滚柱外螺纹段7与丝杠1啮合。
本方案的滚柱外螺纹段7以及驱动凸环6可以根据载荷需要沿轴向布置多段来实现，并通过分段加工螺母5来控制精度，由此降低高速重载的行星滚柱丝杠副传动机构的成本。
如图2所示，本实施例的滚柱外螺纹段7设置于行星滚柱4的中间位置，滚柱外螺纹段7的轴向两侧均设置有驱动凸环6。
行星滚柱4的驱动凸环6在与螺母5啮合的两端形成了稳定的支撑，从而有效防止行星滚柱4的轴线绕螺母5的轴线的垂直方向转动，即当行星滚柱4以行星方式运行时轴线始终与螺母5的轴线平行，不会发生倾斜。不发生轴向倾斜，在保证传动精度的同时增加了行星滚柱4丝杠1的使用寿命。
进一步地，滚柱外螺纹段7两侧的驱动凸环6，以滚柱外螺纹段7的径向中分面对称设置。
在实际设计中，驱动凸环6的数量可以扩展为多个。设置时，使得多个驱动凸环6沿着行星滚柱4的轴向并列排布。
本实施例中，丝杠1可以为单头或者多头螺纹，螺纹导程可以根据需要实现由小导程到超大导程设计，驱动凸环6可以根据使用的不同环境而做出不同的选择，滚柱外螺纹段7的长度具体可以根据行星滚柱4的数量和所承受载荷确定。
如图2所示，驱动凸环6和滚柱外螺纹段7的牙型为圆弧。即驱动凸环6和滚柱外螺纹段7的截面为圆弧形。
驱动凸环6和滚柱外螺纹段7的外轮廓为等效球8，等效球8的中心位于行星滚柱4的轴线。
由于等效球8的球心位于轴线，因此在啮合时产生经过轴线的啮合力，能够减少磨损和增大承载能力。
本实施例的丝杠1和驱动环槽11的牙型则优选为三角螺纹。即丝杠1和驱动环槽11的截面为三角形。由此驱动凸环6和滚柱外螺纹段7分别与这两者的接触方式为点接触。
其中，本实施例的驱动凸环6、滚柱外螺纹段7、丝杠1和驱动环槽11的牙型角均选择为90°。
结合图1、图2和图3所示，滚柱外螺纹段7的小径大于驱动凸环6的大径。同时，螺母5的内圆凹陷形成有外螺纹容纳槽12。
由此，具有较大外轮廓尺寸且位于中间的滚柱外螺纹段7有了容纳空间。外螺纹容纳槽12的内径以不与滚柱外螺纹段7发生干涉为基准加工制成。由此，外螺纹容纳槽12可以避开滚柱外螺纹段7，防止产生干涉。
如图1所示，螺母5的内端部还设有用于对各行星滚柱4的周向定位的保持架3。保持架3保证了各行星滚柱之间的相对位置。
较佳地，螺母5内还设有限位挡圈2，限位挡圈2沿着螺母5的轴向对保持架3起限位作用。
其中，如图3所示，本实施例中通过在螺母5的内圆设置限位挡圈安装槽10来对限位挡圈2进行安装固定。当然也可以采用其他任何常规的固定方式对限位挡圈2进行固定。
限位挡圈2对保持架33起到限位的作用，保证行星滚柱丝杠副传动机构在运行的时候不会产生轴向跳动，保持架3与螺母5间滚动接触，并与行星滚柱4一起绕丝杠1的轴线作公转运动。
如图2所示，本实施例的行星滚柱4的端部形成轴颈9，轴颈9连接于保持架3。
如图4所示，缸体17与动力套之间设置有第一端盖14，第一端盖14与动力套之间通过密封件15进行密封。通过第一端盖14对动力套的外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。
缸体17与丝杠之间设置有第二端盖20，第二端盖20与丝杠之间通过密封件21进行密封。通过第二端盖20对丝杠的外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。
本实施例中，缸体17两端分别通过螺栓安装有第一端盖14和第二端盖20。第一端盖14分为盖沿、盖身、盖底，端盖盖沿与缸体17左端面贴合固定安装，端盖盖身与缸体17内侧贴合并与动力管13之间形成环形空间。密封件15设于盖身与动力管13之间形成的环形空间内。密封件15与盖底相接触，密封件15可隔离内外部环境，有效保护缸体17内部不受污染。
导向套16安装于第一端盖14和动力管13之间，主要起导向和防止动力管13产生旋转的作用。
如图4所示，本实施例的丝杠1与电机22间通过传动装置23(例如同步带轮)进行转矩的传递。传动装置23的侧边具有传动装置端盖24进行密封和保护。
如图4所示，行星滚柱丝杠副传动机构置于缸体17的内腔中，缸体17右端有轴承安装凸台，丝杠1的右端通过轴承19支撑在缸体17右侧轴承安装凸台上，即行星滚柱丝杠副传动机构采用一端支撑一端自由的方式安装。
其中，动力管13通过紧定螺钉18与行星滚柱丝杠副传动机构上的螺母5固定连接，动力管13输出的往复直线运动可以通过控制电机22的输出旋转方向来控制，动力管13输出直线运动的速度可以通过调整同步带轮23的传动比或行星滚柱丝杠副传动机构的传动比来控制。
动力管13通过左端与执行机构相连接输出直线往复运动，动力管13左端可以通过螺纹或花键与执行机构连接。本实施例的折反式行星滚柱丝杠电动缸在轴向上结构更短，适于安装在轴向方向空间小的环境。
本发明的积极进步效果在于：1、本发明采用新型行星滚柱丝杠副结构在重载条件下不打滑，保证传动精度，能实现高精度、高速重载、长寿命的工程实际需求。2、电机不仅可以布置成折返式，通过传动装置将电机旋转运动传递给丝杠；又可以布置成直线式，直接通过联轴器将电机输入端与丝杠连接，可根据实际需求进行选择。3、运动部件内置于缸体内部，在缸体两端左右端盖内部设置有密封件，将运动部件与外部环境隔离，杜绝了外部环境对于关键运动部件的影响。4、行星滚柱丝杠副结构可根据需要拆装更换，易于实现模块化设计。
实施例2
本实施例与实施例1除了电机连接方式之外的其他部分结构和原理都相同，故不在此赘述。
如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例为直线式行星滚柱丝杠电动缸的结构。本实施例的丝杠1与电机22间通过联轴器25连接，直线式电动缸结构紧凑。
实际运用中，本实施例的直线式电动缸与实施例1的折反式电动缸可以根据不同的安装环境而选择。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述行星滚柱丝杠电动缸包括电机、缸体、动力管以及行星滚柱丝杠副传动机构，其中，
所述行星滚柱丝杠副传动机构包括螺母、丝杠以及行星滚柱，
所述螺母间隔套设与所述丝杠的外侧；
所述行星滚柱沿着所述丝杠的周向分布于所述螺母和所述丝杠之间；
所述行星滚柱与所述丝杠啮合，所述行星滚柱在垂直于所述丝杠的轴线的轨道上作行星运动，且所述行星滚柱沿着所述丝杠的螺旋线作螺旋运动；
所述行星滚柱在所述螺母的周向转动并驱动所述螺母，所述行星滚柱与所述螺母啮合，且在所述螺母的轴线方向上无相对移动；
所述电机向所述丝杠输出动力；
所述动力管与所述螺母固定连接；
所述行星滚柱丝杠副传动机构设置于所述缸体内，所述动力管伸出于所述缸体。
2.如权利要求1所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，
所述行星滚柱的外圆形成有驱动凸环；
所述螺母的內圆形成有与所述驱动凸环配合的驱动环槽，
所述驱动凸环在所述螺母的周向转动，并沿所述螺母的轴向驱动所述驱动环槽。
3.如权利要求2所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述驱动凸环为闭合式的无螺旋角环槽。
4.如权利要求2所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述行星滚柱设置有滚柱外螺纹段，所述滚柱外螺纹段与所述丝杠啮合。
5.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述滚柱外螺纹段设置于所述行星滚柱的中间位置，所述滚柱外螺纹段的轴向两侧均设置有所述驱动凸环。
6.如权利要求5所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述滚柱外螺纹段两侧的驱动凸环，以所述滚柱外螺纹段的径向中分面对称设置。
7.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述驱动凸环的数量为多个，且沿着所述行星滚柱的轴向并列排布。
8.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述驱动凸环和所述滚柱外螺纹段的牙型为圆弧，所述驱动凸环和所述滚柱外螺纹段的外轮廓为等效球，所述等效球的中心位于所述行星滚柱的轴线。
9.如权利要求8所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述丝杠和所述驱动环槽的牙型为三角螺纹。
10.如权利要求9所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述驱动凸环、所述滚柱外螺纹段、所述丝杠和所述驱动环槽的牙型角均为90°。
11.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述滚柱外螺纹段与所述丝杠的螺距相同，所述驱动凸环与所述驱动环槽的螺距相同。
12.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，
所述滚柱外螺纹段的小径大于所述驱动凸环的大径；
所述螺母的内圆凹陷形成有外螺纹容纳槽；
所述外螺纹容纳槽用于容纳所述滚柱外螺纹段。
13.如权利要求1所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述螺母的内端部还设有用于对各所述行星滚柱的周向定位的保持架。
14.如权利要求13所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述螺母内还设有限位挡圈，所述限位挡圈沿着所述螺母的轴向对所述保持架起限位作用。
15.如权利要求13所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述行星滚柱的端部形成轴颈，所述轴颈连接于所述保持架。
16.如权利要求1-13任意一项所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述缸体与所述动力套之间设置有第一端盖，所述第一端盖与所述动力套之间通过密封件进行密封。
17.如权利要求16所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述第一端盖上设置有导向套，所述导向套用于动力管的导向。
18.如权利要求1-13任意一项所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述缸体与所述丝杠之间设置有第二端盖，所述第二端盖与所述丝杠之间通过密封件进行密封。
19.如权利要求1-13任意一项所述的行星滚柱丝杠电动缸，其特征在于，所述电机与所述丝杠通过同步带轮或者联轴器相连。
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