CN110350716B - 一种带推力或拉力感测的电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带推力或拉力感测的电动缸，包括电缸筒、活塞杆、传动螺杆、传动齿轮组和推力或拉力检测单元；电缸筒：所述电缸筒的左端安装有前缸盖，电缸筒的右端安装有后缸盖，所述后缸盖内安装有固定板，后缸盖左侧面的底端安装有电机，所述电缸筒的内部为中空结构，电缸筒的内部安装有导向条；活塞杆：所述活塞杆的中部设有通孔，通孔贯穿活塞杆的右端，活塞杆安装在电缸筒的内部，本发明提供一种带推力或拉力感测的电动缸，电缸有实时推力或拉力检测功能，具备推力、压力缓冲功能，能够实现保压、压力或拉力控制功能，可以直接替换气缸、液压缸又不会出现泄露或污染，并且节约成本。

Description

一种带推力或拉力感测的电动缸

技术领域

本发明涉及电动缸技术领域，具体为一种带推力或拉力感测的电动缸。

背景技术

电缸是将伺服电机和丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，能够精确控制转数，实现高精度直线运动，传统电动缸、直线运动模块不具备推力、拉力检测的功能，在某些特定应用场合上无法替代液压缸、气缸使用，例如模压、深孔钻设备模具定位以及需要推力保压的场合，必须保持稳定的推力或者拉力，在模具或者工件尺寸变化时依旧能保持恒定推力或拉力，传统电缸、直线运动模块只是实现了液压缸、气缸的直线运动，无法真正模拟液压缸、气缸的压力及缓冲作用，并且传统电缸外加称重传感器能实现部分推力、拉力检测功能，但是由于称重传感器形变太小刚性太大难以实现力缓冲功能，在频繁冲击载荷作用下容易损坏，同时由于外置称重传感器体积大、成本高，在很多应用场合没有足够的安装空间，成本太高相对于液压缸、气缸也没有任何优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种带推力或拉力感测的电动缸，电缸有实时推力或拉力检测功能，具备推力、压力缓冲功能，能够实现保压、压力或拉力控制功能，可以直接替换气缸、液压缸又不会出现泄露或污染，较为节约成本，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带推力或拉力感测的电动缸，包括电缸筒、活塞杆、传动螺杆、传动齿轮组和推力或拉力检测单元；

电缸筒：所述电缸筒的左端安装有前缸盖，电缸筒的右端安装有后缸盖，所述后缸盖内安装有固定板，后缸盖左侧面的底端安装有电机，所述电缸筒的内部为中空结构，电缸筒的内部安装有导向条；

活塞杆：所述活塞杆的中部设有通孔，通孔贯穿活塞杆的右端，活塞杆安装在电缸筒的内部，且活塞杆与前缸盖的内壁滑动连接，活塞杆的右端安装有传动螺母，所述传动螺母与导向条滑动连接；

传动螺杆：所述传动螺杆的左端安装有转动轴承，所述转动轴承位于活塞杆的通孔内部，且与活塞杆的内壁滑动连接，传动螺杆与传动螺母螺纹连接，传动螺杆靠近右端的侧面部分套接有螺杆传动套筒，所述螺杆传动套筒与固定板转动连接，传动螺杆上套接有前缓冲碟形弹簧组和后缓冲碟形弹簧组，前缓冲碟形弹簧组和后缓冲碟形弹簧组分别位于螺杆传动套筒的左端和右端，所述传动螺杆的右端转动连接有前支撑固定板；

传动齿轮组：所述传动齿轮组安装在后缸盖内，传动齿轮组的一端安装在电机的输出轴上，传动齿轮组的另一端通过螺杆传动套筒与传动螺杆连接；

推力或拉力检测单元：推力或拉力检测单元包含有弹性形变检测板、电阻式应变片、弹性板后支撑和弹性板前支撑，所述弹性板前支撑安装在前支撑固定板的右端，所述弹性形变检测板的一端与弹性板前支撑连接，弹性形变检测板的另一端与弹性形变检测板的一端连接，所述弹性板后支撑安装在后缸盖内壁的右侧，且弹性板后支撑与弹性形变检测板的另一端通过自攻螺丝连接，所述电阻式应变片设有四组，且对称分布在弹性形变检测板的左右两侧面；

其中：还包括外部单片机，外部单片机的输入端与外部电源和电阻式应变片的输出端电连接，外部单片机的输出端与电机的输入端电连接。

进一步的，所述传动齿轮组包含有第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮安装在螺杆传动套筒的侧面，第二齿轮安装在固定板上的转轴上，且第二齿轮与转轴转动连接，第三齿轮安装在电机的输出轴上，所述第三齿轮与第二齿轮相互啮合，第二齿轮与第一齿轮相互啮合，利用电机带动第三齿轮旋转，第三齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮带动第一齿轮旋转，进而实现螺杆传动套筒的旋转，并带动传动螺杆转动。

进一步的，所述螺杆传动套筒的内壁与传动螺杆通过滑动花键配合，花键配合，能够传递机械扭矩，其承载能力高。

进一步的，所述弹性板前支撑为L型板，所述弹性形变检测板安装在弹性板前支撑横向的右侧面，弹性板前支撑与弹性形变检测板形成U型结构，所述弹性形变检测板与弹性板后支撑组成L型结构，承受拉力或压力时，作用力传递给弹性板前支撑，然后通过弹性形变检测板，使弹性形变检测板发生形变，L型结构能够灵敏的传递出形变量。

进一步的，所述后缸盖的右侧面设有安装板，安装板上开设有圆形固定孔，用于固定整个电缸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本带推力或拉力感测的电动缸，具有以下好处：

1、通过设置前缓冲碟形弹簧组和后缓冲碟形弹簧组，在传动螺杆受到活塞杆径向力作用产生轻微轴向位移时，能够将位移作用在前缓冲碟形弹簧组和后缓冲碟形弹簧组上，冲击振动被大大的减弱；

2、设置有弹性形变检测板及电阻式应变片，弹性形变检测板在轴向受到作用力产生形变，形变量较大，然后电阻式应变片产生变化再通过惠斯通电路把这一电阻变化转换为电信号，继而外部单片机接收电信号并处理即可获得拉力或推力信息，并实现了推拉力的精确控制；

3、采用电机驱动，不会出现泄漏及污染，是一种环保的电缸，占用的空间小并且节省成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明A处局部放大结构示意图。

图中：1电缸筒、2活塞杆、3前缸盖、4传动螺杆、5导向条、6传动螺母、7后缸盖、8传动齿轮组、81第一齿轮、82第二齿轮、83第三齿轮、9电机、10前缓冲碟形弹簧组、11后缓冲碟形弹簧组、12螺杆传动套筒、13弹性形变检测板、14电阻式应变片、15弹性板后支撑、16弹性板前支撑、17前支撑固定板、18固定板。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种带推力或拉力感测的电动缸，包括电缸筒1、活塞杆2、传动螺杆4、传动齿轮组8和推力或拉力检测单元；

电缸筒1：电缸筒1的左端安装有前缸盖3，来固定电缸筒1左端的部分，提升内部密封性，阻隔外界因素对内部产生的影响，电缸筒1的右端安装有后缸盖7，后缸盖7内部为主要传动部分，后缸盖7内安装有固定板18，后缸盖7左侧面的底端安装有电机9，电机9为电缸运作的动力源，后缸盖7的右侧面设有安装板，安装板上开设有圆形固定孔，用于将电缸固定安装在待安装位置，电缸筒1的内部为中空结构，电缸筒1的内部安装有导向条5；

活塞杆2：活塞杆2的中部设有通孔，通孔贯穿活塞杆2的右端，活塞杆2安装在电缸筒1的内部，且活塞杆2与前缸盖3的内壁滑动连接，活塞杆2在电缸筒1内做活塞运动，活塞杆2的右端安装有传动螺母6，传动螺母6与导向条5滑动连接，传动螺母6能够在导向条5的限位下做横向移动；

传动螺杆4：传动螺杆4的左端安装有转动轴承，转动轴承位于活塞杆2的通孔内部，且与活塞杆2的内壁滑动连接，传动螺杆4运动时处于旋转状态，其左端固定能够提高传动螺杆4旋转的稳定性，避免其与活塞杆2的内壁发生摩擦，破坏传动螺杆4上的螺纹，传动螺杆4与传动螺母6螺纹连接，传动螺杆4靠近右端的侧面部分套接有螺杆传动套筒12，螺杆传动套筒12的内壁与传动螺杆4通过滑动花键配合，花键配合，能够传递机械扭矩，提高承载能力，增加使用寿命，螺杆传动套筒12与固定板18转动连接，固定板18作为固定部分，固定螺杆传动套筒12的位置，传动螺杆4上套接有前缓冲碟形弹簧组10和后缓冲碟形弹簧组11，前缓冲碟形弹簧组10和后缓冲碟形弹簧组11分别位于螺杆传动套筒12的左端和右端，在传动螺杆4受到活塞杆2径向力作用产生轻微轴向位移时，能够将位移作用在前缓冲碟形弹簧组10和后缓冲碟形弹簧组11上，冲击振动被大大的减弱，传动螺杆4的右端转动连接有前支撑固定板17，用于连接推力或拉力检测单元，并传递受到的作用力；

传动齿轮组8：传动齿轮组8安装在后缸盖7内，传动齿轮组8的一端安装在电机9的输出轴上，传动齿轮组8的另一端通过螺杆传动套筒12与传动螺杆4连接，传动齿轮组8包含有第一齿轮81、第二齿轮82和第三齿轮83，第一齿轮81安装在螺杆传动套筒12的侧面，第二齿轮82安装在固定板上的转轴上，且第二齿轮82与转轴转动连接，第三齿轮83安装在电机9的输出轴上，第三齿轮83与第二齿轮82相互啮合，第二齿轮82与第一齿轮81相互啮合，利用电机9带动第三齿轮83旋转，第三齿轮83带动第二齿轮82旋转，第二齿轮82带动第一齿轮81旋转，进而实现螺杆传动套筒12的旋转，并带动传动螺杆4转动，继而传递螺杆4带动传动螺母6沿着导向条5方向滑动；

推力或拉力检测单元：推力或拉力检测单元包含有弹性形变检测板13、电阻式应变片14、弹性板后支撑15和弹性板前支撑16，弹性板前支撑16安装在前支撑固定板17的右端，起到作用力传递作用，弹性形变检测板13的一端与弹性板前支撑16连接，弹性形变检测板13的另一端与弹性形变检测板13的一端连接，弹性板后支撑15安装在后缸盖7内壁的右侧，且弹性板后支撑15与弹性形变检测板13的另一端通过自攻螺丝连接，电阻式应变片14设有四组，且对称分布在弹性形变检测板13的左右两侧面，用于感应弹性形变检测板13产生的形变量，并转化为电信号，弹性板前支撑16为L型板，弹性形变检测板13安装在弹性板前支撑16横向的右侧面，弹性板前支撑16与弹性形变检测板13形成U型结构，弹性形变检测板13与弹性板后支撑15组成L型结构，弹性形变检测板13发生形变，L型结构能够灵敏的传递形变量，实际工作时，传动螺杆4受到轴向力作用产生微小位移时弹性形变检测板13受力产生形变，弹性形变检测板13上的电阻式应变片14产生变化再通过惠斯通电路把这一电阻变化转换为电信号，即可实现对电缸压力或者拉力的测量，外部单片机接收该电信号并处理转换为推拉力数据与用户需求的数据对比即可实现电缸的推拉力控制；

其中：还包括外部单片机，外部单片机的输入端与外部电源和电阻式应变片14的输出端电连接，外部单片机的输出端与电机9的输入端电连接。

在使用时：启动电机9，电机9的输出轴带动第三齿轮83旋转，第三齿轮83带动第二齿轮82旋转，第二齿轮82带动第一齿轮81旋转，进而带动了螺杆传动套筒12旋转，并带动传动螺杆4转动，传递螺杆4旋转带动传动螺母6沿着导向条5方向滑动，并带动活塞杆2在前缸盖的内壁滑动，传动螺杆4受到轴向力作用产生微小位移时弹性形变检测板13受力产生形变，弹性形变检测板13上的电阻式应变片14产生变化再通过惠斯通电路把这一电阻变化转换为电信号，实现对电缸压力或者拉力的测量，外部单片机接收该电信号并处理转换为推拉力数据与用户需求的数据对比即可实现电缸的推拉力控制。

值得注意的是，本实施例中所公开的外部单片机选用的型号为STC89C54RD2，电机9选用的型号为SM130-100-15LFB，电阻式应变片14选用的型号为BX120-3AA，外部单片机控制电机9工作采用现有技术中常用的方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种带推力或拉力感测的电动缸，其特征在于：包括电缸筒(1)、活塞杆(2)、传动螺杆(4)、传动齿轮组(8)和推力或拉力检测单元；

电缸筒(1)：所述电缸筒(1)的左端安装有前缸盖(3)，电缸筒(1)的右端安装有后缸盖(7)，所述后缸盖(7)内安装有固定板(18)，后缸盖(7)左侧面的底端安装有电机(9)，所述后缸盖(7)的右侧面设有安装板，安装板上开设有圆形固定孔，所述电缸筒(1)的内部为中空结构，电缸筒(1)的内部安装有导向条(5)；

活塞杆(2)：所述活塞杆(2)的中部设有通孔，通孔贯穿活塞杆(2)的右端，活塞杆(2)安装在电缸筒(1)的内部，且活塞杆(2)与前缸盖(3)的内壁滑动连接，活塞杆(2)的右端安装有传动螺母(6)，所述传动螺母(6)与导向条(5)滑动连接；

传动螺杆(4)：所述传动螺杆(4)的左端安装有转动轴承，所述转动轴承位于活塞杆(2)的通孔内部，且与活塞杆(2)的内壁滑动连接，传动螺杆(4)与传动螺母(6)螺纹连接，传动螺杆(4)靠近右端的侧面部分套接有螺杆传动套筒(12)，所述螺杆传动套筒(12)与固定板(18)转动连接，传动螺杆(4)上套接有前缓冲碟形弹簧组(10)和后缓冲碟形弹簧组(11)，前缓冲碟形弹簧组(10)和后缓冲碟形弹簧组(11)分别位于螺杆传动套筒(12)的左端和右端，所述传动螺杆(4)的右端转动连接有前支撑固定板(17)；

传动齿轮组(8)：所述传动齿轮组(8)安装在后缸盖(7)内，传动齿轮组(8)的一端安装在电机(9)的输出轴上，传动齿轮组(8)的另一端通过螺杆传动套筒(12)与传动螺杆(4)连接；

推力或拉力检测单元：推力或拉力检测单元包含有弹性形变检测板(13)、电阻式应变片(14)、弹性板后支撑(15)和弹性板前支撑(16)，所述弹性板前支撑(16)安装在前支撑固定板(17)的右端，所述弹性形变检测板(13)的一端与弹性板前支撑(16)连接，弹性形变检测板(13)的另一端与弹性形变检测板(13)的一端连接，所述弹性板后支撑(15)安装在后缸盖(7)内壁的右侧，且弹性板后支撑(15)与弹性形变检测板(13)的另一端通过自攻螺丝连接，所述电阻式应变片(14)设有四组，且对称分布在弹性形变检测板(13)的左右两侧面；

所述弹性板前支撑(16)为L型板，所述弹性形变检测板(13)安装在弹性板前支撑(16)横向的右侧面，弹性板前支撑(16)与弹性形变检测板(13)形成U型结构，所述弹性形变检测板(13)与弹性板后支撑(15)组成L型结构

其中：还包括外部单片机，外部单片机的输入端与外部电源和电阻式应变片(14)的输出端电连接，外部单片机的输出端与电机(9)的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种带推力或拉力感测的电动缸，其特征在于：所述传动齿轮组(8)包含有第一齿轮(81)、第二齿轮(82)和第三齿轮(83)，所述第一齿轮(81)安装在螺杆传动套筒(12)的侧面，第二齿轮(82)安装在固定板上的转轴上，且第二齿轮(82)与转轴转动连接，第三齿轮(83)安装在电机(9)的输出轴上，所述第三齿轮(83)与第二齿轮(82)相互啮合，第二齿轮(82)与第一齿轮(81)相互啮合。

3.根据权利要求1所述的一种带推力或拉力感测的电动缸，其特征在于：所述螺杆传动套筒(12)的内壁与传动螺杆(4)通过滑动花键配合。

Images