CN109798340A - 一种小体积重载多级电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小体积重载多级电动缸，包括电动缸本体、电机和减速箱；所述电动缸本体由内而外设置有同轴的行星滚珠丝杠轴、空心滚珠丝杠轴、导杆、内支撑套筒和外支撑壳体，支撑板通过其外圆设置的导向键槽与外支撑壳体内圆设置的外导向键相配合实现直线运动，空心滚珠丝杠轴螺纹连接有空心滚珠丝杠螺母，并通过空心滚珠丝杠螺母与导杆一端固定连接，空心滚珠丝杠螺母通过其外圆设置的导向键槽与内支撑套筒内圆设置的内导向键相配合实现直线运动；所述减速箱与电机连接，并通过蜗轮与行星滚珠丝杠轴固定连接，减速箱壳体与外支撑壳体一端固定连接。减小了空间体积，使轴向刚性显著增加、承载能力增强。

Description

一种小体积重载多级电动缸

技术领域

本发明涉及电动缸机构，尤其是一种小体积重载多级电动缸。

背景技术

电动缸作为全电化战斗车辆、多自由度机器人等装备的核心执行机构，已在车载调平起竖、天文仪器观测等领域广泛应用。由于普通电动缸伸缩比小、体积大、承载小等原因，目前，在要求安装空间小、工作行程长的垂直发射等领域仍采用多级液压缸。多级液压缸工作过程中，存在换级冲击大和“跑、冒、滴和漏”现象等问题，一直困扰着大型垂直发射。所以，研究大伸缩比、小体积、承载大的多级电动缸成为全电化车辆研究的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种小体积重载多级电动缸,实现了多级电动缸较小轴向尺寸能提供较大的工作行程，减小了空间体积，使轴向刚性显著增加、承载能力增强。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种小体积重载多级电动缸，包括电动缸本体、电机和减速箱；

所述电动缸本体由内而外设置有同轴的行星滚珠丝杠轴、空心滚珠丝杠轴、导杆、内支撑套筒和外支撑壳体，行星滚珠丝杠轴一端与减速箱固定连接，另一端与空心滚珠丝杠轴内圆花键连接，行星滚珠丝杠轴上螺纹套接有行星滚珠丝杠螺母，行星滚珠丝杠螺母通过支撑板分别与内支撑套筒一端和空心滚珠丝杠轴一端固定连接，支撑板通过其外圆设置的导向键槽与外支撑壳体内圆设置的外导向键相配合实现直线运动，空心滚珠丝杠轴螺纹连接有空心滚珠丝杠螺母，并通过空心滚珠丝杠螺母与导杆一端固定连接，空心滚珠丝杠螺母通过其外圆设置的导向键槽与内支撑套筒内圆设置的内导向键相配合实现直线运动；

所述减速箱与电机连接，并通过蜗轮与行星滚珠丝杠轴固定连接，减速箱壳体与外支撑壳体一端固定连接。

优选的，所述电机连接有行星换向器，电机的输出轴与行星滚珠丝杠轴平行，行星换向器和减速箱通过行星换向器转接法兰减速和箱转接法兰进行连接，并通过法兰锁紧螺柱和法兰锁紧螺母进行锁紧，减速箱通过轴承盖锁紧螺钉连接有轴承盖组件。

进一步，所述蜗轮与行星滚珠丝杠轴螺纹连接，行星滚珠丝杠轴穿过蜗轮，并在其穿过的一端设置有行星滚珠丝杠末端锁紧螺母，蜗轮轴向两端套有支撑其转动的圆锥滚子轴承，下端设置有蜗杆与其配合，蜗杆两端通过轴承分别与行星换向器转接法兰和轴承盖组件配合。

再进一步，所述行星滚珠丝杠末端锁紧螺母在圆周面上的轴向三分之一位置处，设有径向的槽，在行星滚珠丝杠末端锁紧螺母靠近槽的端面开设螺纹孔，通过螺纹孔与末端锁紧螺母锁紧螺钉配合，末端锁紧螺母锁紧螺钉穿过槽。

优选的，所述行星滚珠丝杠轴与空心滚珠丝杠轴内圆固定连接的一端套有行星滚珠丝杠浮动支撑轴承，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承延轴线两侧分别设置有防转键和行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母，行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母位于行星滚珠丝杠轴端部，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承外圆套有用于空心滚珠丝杠轴浮动支撑的行星滚珠丝杠浮动支撑，防转键套有花键，两者为花键连接，花键与空心滚珠丝杠轴内圆花键连接，行星滚珠丝杠浮动支撑与花键间安装有轴套。

优选的，所述空心滚珠丝杠轴两端分别套有空心滚珠丝杠支撑轴承和空心滚珠丝杠轴浮动支撑轴承；

空心滚珠丝杠支撑轴承轴向两侧分别设置有空心滚珠丝杠末端锁紧螺母和空心滚珠丝杠轴承端盖，空心滚珠丝杠末端锁紧螺母位于空心滚珠丝杠轴一端端部，空心滚珠丝杠支撑轴承套有用于支撑其转动的空心滚珠丝杠轴承支撑壳体，空心滚珠丝杠轴承支撑壳体与支撑板固定连接；

空心滚珠丝杠浮动支撑轴承轴向一侧设置有空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母，空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母位于空心滚珠丝杠轴另一端端部，空心滚珠丝杠浮动支撑轴承套有空心滚珠丝杠轴浮动支撑。

优选的，空心滚珠丝杠轴内部设置有支撑杆，支撑杆一端固定在空心滚珠丝杠轴伸出端，另一端嵌套在行星滚珠丝杠轴内部，并与行星滚珠丝杠轴滑动配合。

优选的，所述外支撑壳体的另一端安装外滑动轴瓦，并在外滑动轴瓦上安装用于内支撑套筒密封的外密封圈；

所述内支撑套筒的另一端安装内滑动轴瓦，并在内滑动轴瓦上安装用于导杆密封的内密封圈。

优选的，所述电动缸两端分别设置有上连接头和下连接头，且均安装有关节轴承，关节轴承与蜗杆轴线平行设置，上连接头通过杆端锁紧螺母与导杆螺纹连接，下连接头与减速箱紧固连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过行星滚珠丝杠小体积、大承载和滚珠丝杠高精度、高效率的特点，依据特殊机构组合理论，设计出一种新型二级丝杠传动机构。一级采用行星滚珠丝杠实现同等承载下，直径约为滚珠丝杠的1/2。通过二级丝杠采用空心滚珠丝杠，使一级行星滚珠丝杠直径减小，可根据强度和刚度要求，在行星滚柱丝杠节省的空间中增大空心滚珠丝杠轴直径，从而提高空心滚珠丝杠轴的刚度和强度。该种新型二级丝杠机构与两级皆为滚珠丝杠型二级丝杠相比，实现了较小轴向尺寸能提供较大的工作行程，使体积明显减小、轴向刚性显著增加、承载能力增强；一级行星滚珠丝杠和二级空心滚珠丝杠通过花键副连接进行动力传递，实现任意位置的速度可控和运动轨迹唯一。

进一步，通过使用行星换向器连接电机和减速箱，使电机与丝杠从垂直设置，改为与丝杠轴向平行设置，从而减小了电动缸的体积。

进一步，针对重载电动缸丝杠末端要求锁紧可靠的问题，设计了丝杠末端机械防松锁紧机构，通过螺钉的挤压，使行星滚珠丝杠末端锁紧螺母的槽发生形变，从而使行星滚珠丝杠末端锁紧螺母形变卡紧在行星滚珠丝杠轴，有效解决重载条件下丝杠末端锁紧不可靠的问题。

进一步，通过在行星滚珠丝杠轴和空心滚珠丝杠轴的两端设置的轴承组件和浮动支撑组件，实现行星滚珠丝杠轴和空心滚珠丝杠轴运动过程的支撑，进一步增强了轴向刚性和承载能力。

进一步，通过在传动机构最内部设置有支撑杆，将行星滚柱丝杠轴和空心滚珠丝杠轴从内部进行支撑连接，实现行星滚珠丝杠轴和空心滚珠丝杠轴运动过程的支撑，进一步增强了轴向刚性和承载能力。

进一步，通过在外支撑壳体和内支撑套筒上设置有滑动轴瓦和密封圈，保证了装置的密封性。

附图说明

图1为本发明的多级电动缸的剖视图；

图2为本发明的多级电动缸的俯视图；

图3为本发明的多级电动缸完全展开时的剖视图；

图4为本发明的丝杠组件结构示意图；

图5为行星滚珠丝杠末端锁紧螺母装配示意图；

图6为行星滚珠丝杠末端锁紧螺母的主视图；

图7为图6的B-B视图。

其中：1、行星滚珠丝杠末端锁紧螺母；2、减速箱；3、蜗轮；4、圆锥滚子轴承；5、行星滚珠丝杠螺母；6、外支撑壳体；7、行星滚珠丝杠轴；8、内导向键；9、空心滚珠丝杠螺母；10、外导向键；11、内支撑套筒；12、空心滚珠丝杠轴；13、导杆；14、外滑动轴瓦；15、外密封圈；16、内滑动轴瓦；17、内密封圈；18、杆端锁紧螺母；19、关节轴承；20、蜗杆；21、减速箱转接法兰；22、行星换向器转接法兰；23、行星换向器；24、法兰锁紧螺柱；25、法兰锁紧螺母；26、电机；27、上连接头；28、外支撑壳体锁紧螺钉；29、轴承盖锁紧螺钉；30、轴承盖组件；31、下连接头；32、支撑板；33、空心滚珠丝杠末端锁紧螺母；34、空心滚珠丝杠轴承支撑壳体；35、空心滚珠丝杠支撑轴承；36、空心滚珠丝杠轴承端盖；37、花键；38、防转键；39、轴套；40、行星滚珠丝杠浮动支撑；41、行星滚珠丝杠浮动支撑轴承；42、行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母；43、空心滚珠丝杠轴浮动支撑；44、空心滚珠丝杠轴浮动支撑轴承；45、空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母；46、末端锁紧螺母锁紧螺钉；47、支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1-4所示，电动缸本体包括由内而外依次同轴嵌套的行星滚珠丝杠轴7、空心滚珠丝杠轴12、导杆13、内支撑套筒11和外支撑壳体6，电机26通过行星换向器23与蜗杆20连接，电机26的输出轴与行星滚珠丝杠轴7平行，蜗杆20在蜗轮3下方与其配合。蜗轮3和行星滚珠丝杠轴7通过螺纹紧固连接，并通过行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1锁紧，行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1位于行星滚珠丝杠轴7穿过蜗轮3的一端。行星换向器23通过减速箱转接法兰21和行星换向器转接法兰22进行连接，并通过法兰锁紧螺柱24和法兰锁紧螺母25进行锁紧。轴承盖组件30通过轴承盖锁紧螺钉29与减速箱2连接，行星换向器转接法兰22和轴承盖组件30位于蜗杆20两端，均通过轴承支撑蜗杆20转动，圆锥滚子轴承4安装在蜗轮3轴向两端，支撑蜗轮3转动。外支撑壳体6一端与减速箱2通过外支撑壳体锁紧螺钉28紧固连接，外导向键10与外支撑壳体6进行螺纹紧固连接，行星滚珠丝杠螺母5通过支撑板32分别与内支撑套筒11一端和空心滚珠丝杠轴12一端固定连接，在外导向键10作用下，行星滚珠丝杠轴7的旋转运动转化成内支撑套筒11的往复直线运动。

空心滚珠丝杠轴承支撑壳体34与支撑板32固定连接，用于支撑空心滚珠丝杠支撑轴承35的转动，空心滚珠丝杠末端锁紧螺母33和空心滚珠丝杠轴承端盖36位于空心滚珠丝杠支撑轴承35的轴向两侧，两者用于空心滚珠丝杠支撑轴承35的轴承预紧。空心滚珠丝杠轴12空心设置，内部还设置有支撑杆47，支撑杆47一端固定在空心滚珠丝杠轴12伸出端，另一端嵌套在行星滚珠丝杠轴7内部，并与行星滚珠丝杠轴7滑动配合。

行星滚珠丝杠轴7与空心滚珠丝杠轴12内圆固定连接的一端套有行星滚珠丝杠浮动支撑轴承41，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承41延轴线两侧分别设置有防转键38和行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母42，行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母42位于行星滚珠丝杠轴7端部，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承41外圆套有用于空心滚珠丝杠轴12浮动支撑的行星滚珠丝杠浮动支撑40，防转键38套有花键37，两者为花键连接，实现花键37转动，花键37与空心滚珠丝杠轴12内圆花键连接，行星滚珠丝杠浮动支撑40与花键37间安装有轴套39。

空心滚珠丝杠轴12另一端装配空心滚珠丝杠轴浮动支撑轴承44，空心滚珠丝杠浮动支撑轴承44轴向一侧通过空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母45实现锁紧，空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母45位于空心滚珠丝杠轴12另一端端部，空心滚珠丝杠浮动支撑轴承44套有空心滚珠丝杠轴浮动支撑43。空心滚珠丝杠螺母9与导杆13紧固连接，空心滚珠丝杠螺母9外圆设置导向键槽与内导向键8相配合，内导向键8与内支撑套筒11紧固连接。在内导向键8作用下，空心滚珠丝杠轴12的旋转运动转化成导杆13的往复直线运动，从而将行星滚珠丝杠轴7的旋转运动通过二级丝杠副转化成导杆13的直线运动。外支撑壳体6另一端安装外滑动轴瓦14，并在外滑动轴瓦14上安装外密封圈15用于内支撑套筒密封。内支撑套筒11另一端安装内滑动轴瓦16和内密封圈17用于导杆密封。上连接头27与导杆13通过螺纹连接，并通过杆端锁紧螺母18进行锁紧，下连接头31与减速箱2紧固连接，上连接头27和下连接头31安装关节轴承19，关节轴承19与蜗杆20轴线平行设置。

如图5-7所示，行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1通过预紧方式锁紧蜗轮3，行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1圆周面上的轴向三分之一位置处，设有径向的槽，在行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1靠近槽的端面开设螺纹孔，通过螺纹孔与末端锁紧螺母锁紧螺钉46配合，末端锁紧螺母锁紧螺钉46穿过槽。行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1采用机械防松结构方式，1/3圆周开槽尺寸为行星滚珠丝杠末端锁紧螺母螺母1外圆圆周的三分之一，可根据所需预紧力的大小设计开槽位置、开槽宽度、螺纹孔及通孔大小。行星滚珠丝杠末端锁紧螺母1在预紧力作用下，末端锁紧螺母锁紧螺钉46使螺纹变形，从而实现行星滚珠丝杠轴7的丝杠末端锁紧机械防松，实现重载可靠自锁。

装置启动时，电机26通过行星换向器23减速后，将动力传递给涡轮蜗杆20副，使旋转运动转化成蜗杆20的旋转运动，蜗杆20将动力传递给蜗轮3，涡轮3通过螺纹与行星滚珠丝杠轴7连接，并将动力传递行星滚珠丝杠轴7，行星滚珠丝杠螺母5通过支撑板32与内支撑套筒11通过螺钉固定连接，支撑板32外圆加工导向键槽，在外支撑壳体6通过螺接方式安装外导向键10，内支撑套筒11通过外导向键10实现直线运动，行星滚珠丝杠轴7的旋转运动转化成内支撑套筒11的往复直线运动。行星滚珠丝杠轴7前端安装花键37及空心滚珠丝杠浮动支撑组件，通过空心滚珠丝杠浮动支撑组件和空心滚珠丝杠轴承组件实现空心滚珠丝杠轴12运动过程的支撑。空心滚珠丝杠螺母9与导杆13通过螺钉紧固连接，空心滚珠丝杠螺母9外圆加工导向键槽，内支撑套筒11内圆通过螺钉安装内导向键8，从而将行星滚珠丝杠轴7的旋转运动通过二级丝杠副转化成导杆的直线运动。行星滚珠丝杠轴7转动通过外导向键10导向转换成一级行星丝杠螺母5的直线运动，从而使内支撑套筒11进行往复直线运动，实现一级直线运动。行星滚珠丝杠轴7通过花键37实现空心滚珠丝杠轴12的转动，空心滚珠丝杠轴12转动通过内导向键8转换成导杆13的直线输出运动，实现二级直线运动。上、下连接头装配向心关节轴承。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，包括电动缸本体、电机(26)和减速箱(2)；

所述电动缸本体包括由内而外依次同轴嵌套的行星滚珠丝杠轴(7)、空心滚珠丝杠轴(12)、导杆(13)、内支撑套筒(11)和外支撑壳体(6)，行星滚珠丝杠轴(7)一端与减速箱(2)固定连接，另一端与空心滚珠丝杠轴(12)内圆花键连接，行星滚珠丝杠轴(7)上螺纹套接有行星滚珠丝杠螺母(5)，行星滚珠丝杠螺母(5)通过支撑板(32)分别与内支撑套筒(11)一端和空心滚珠丝杠轴(12)一端固定连接，支撑板(32)通过其外圆设置的导向键槽与外支撑壳体(6)内圆设置的外导向键(10)相配合实现直线运动，空心滚珠丝杠轴(12)螺纹连接有空心滚珠丝杠螺母(9)，并通过空心滚珠丝杠螺母(9)与导杆(13)一端固定连接，空心滚珠丝杠螺母(9)通过其外圆设置的导向键槽与内支撑套筒(11)内圆设置的内导向键(8)相配合实现直线运动；

所述减速箱(2)与电机(26)连接，并通过蜗轮(3)与行星滚珠丝杠轴(7)固定连接，减速箱(2)壳体与外支撑壳体(6)一端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述电机(26)连接有行星换向器(23)，电机(26)的输出轴与行星滚珠丝杠轴(7)平行，行星换向器(23)和减速箱(2)通过行星换向器转接法兰(22)减速和箱转接法兰(21)进行连接，并通过法兰锁紧螺柱(24)和法兰锁紧螺母(25)进行锁紧，减速箱(2)通过轴承盖锁紧螺钉(29)连接有轴承盖组件(30)。

3.根据权利要求2所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述蜗轮(3)与行星滚珠丝杠轴(7)螺纹连接，行星滚珠丝杠轴(7)穿过蜗轮(3)，并在其穿过的一端设置有行星滚珠丝杠末端锁紧螺母(1)，蜗轮(3)轴向两端套有支撑其转动的圆锥滚子轴承(4)，下端设置有蜗杆(20)与其配合，蜗杆(20)两端通过轴承分别与行星换向器转接法兰(22)和轴承盖组件(30)配合。

4.根据权利要求3所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述行星滚珠丝杠末端锁紧螺母(1)在圆周面上的轴向三分之一位置处，设有径向的槽，在行星滚珠丝杠末端锁紧螺母(1)靠近槽的端面开设螺纹孔，通过螺纹孔与末端锁紧螺母锁紧螺钉(46)配合，末端锁紧螺母锁紧螺钉(46)穿过槽。

5.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述行星滚珠丝杠轴(7)与空心滚珠丝杠轴(12)内圆固定连接的一端套有行星滚珠丝杠浮动支撑轴承(41)，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承(41)延轴线两侧分别设置有防转键(38)和行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母(42)，行星滚珠丝杠浮动支撑锁紧螺母(42)位于行星滚珠丝杠轴(7)端部，行星滚珠丝杠浮动支撑轴承(41)外圆套有用于空心滚珠丝杠轴(12)浮动支撑的行星滚珠丝杠浮动支撑(40)，防转键(38)套有花键(37)，两者为花键连接，花键(37)与空心滚珠丝杠轴(12)内圆花键连接，行星滚珠丝杠浮动支撑(40)与花键(37)间安装有轴套(39)。

6.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述空心滚珠丝杠轴(12)两端分别套有空心滚珠丝杠支撑轴承(35)和空心滚珠丝杠轴浮动支撑轴承(44)；

空心滚珠丝杠支撑轴承(35)轴向两侧分别设置有空心滚珠丝杠末端锁紧螺母(33)和空心滚珠丝杠轴承端盖(36)，空心滚珠丝杠末端锁紧螺母(33)位于空心滚珠丝杠轴(12)一端端部，空心滚珠丝杠支撑轴承(35)套有用于支撑其转动的空心滚珠丝杠轴承支撑壳体(34)，空心滚珠丝杠轴承支撑壳体(34)与支撑板(32)固定连接；

空心滚珠丝杠浮动支撑轴承(44)轴向一侧设置有空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母(45)，空心滚珠丝杠轴浮动支撑锁紧螺母(45)位于空心滚珠丝杠轴(12)另一端端部，空心滚珠丝杠浮动支撑轴承(44)套有空心滚珠丝杠轴浮动支撑(43)。

7.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，空心滚珠丝杠轴(12)空心设置，内部设置有支撑杆(47)，支撑杆(47)一端固定在空心滚珠丝杠轴(12)伸出端，另一端嵌套在行星滚珠丝杠轴(7)内部。

8.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述外支撑壳体(6)的另一端安装外滑动轴瓦(14)，并在外滑动轴瓦(14)上安装用于内支撑套筒密封的外密封圈(15)；

所述内支撑套筒(11)的另一端安装内滑动轴瓦(16)，并在内滑动轴瓦(16)上安装用于导杆密封的内密封圈(17)。

9.根据权利要求1所述的一种小体积重载多级电动缸，其特征在于，所述电动缸两端分别设置有上连接头(27)和下连接头(31)，且均安装有关节轴承(19)，关节轴承(19)与蜗杆(20)轴线平行设置，上连接头(27)通过杆端锁紧螺母(18)与导杆(13)螺纹连接，下连接头(31)与减速箱(2)紧固连接。