CN110375047A - 电动直线致动器 - Google Patents

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Abstract

一种电动直线致动器，被构造为包括螺纹轴，该螺纹轴被按照以下方式支承：该螺纹轴不能相对于外壳转动而允许沿其轴向移动。该外壳包括第一外壳(2a)和靠紧该第一外壳(2a)的端面的第二外壳(2b)。在第一外壳(2a)和第二外壳(2b)的接合表面(35、36)上设置有彼此面对的第一空隙部(37)和第二空隙部(38)，第一空隙部(37)被形成为具有基本上半圆形的截面，第二空隙部(37)连接到第一空隙部并被形成为具有基本上三角形的截面。第一空隙部(37)填充有由硅酮基液体衬垫制成的可固化材料(39)。可固化材料(39)的体积被设置为大于第一空隙部(37)的体积但小于组合的第一空隙部(37)和第二空隙部(38)的体积。

Description

电动直线致动器
本申请是申请号为201380032935.1(国际申请号PCT/JP2013/066271)、申请日为2013年6月12日、发明名称为“电动直线致动器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及提供有一般工业用电动机和汽车的驱动部等中所使用的滚珠丝杠机构的电动致动器，并且更具体地涉及一种用于经由滚珠丝杠机构将来自电动机的旋转运动转换为驱动轴的直线运动的传动装置或停车制动器中所使用的电动致动器。
背景技术
在各种类型的驱动部中所使用的电动直线致动器中，通常已经使用了齿轮机构(诸如梯形螺纹蜗杆齿轮机构或齿轮齿条副齿轮机构)作为用于将电动机的旋转运动转换为轴向直线运动的机构。这些运动转换机构涉及滑动接触部分，由此动力损失增加并且因此电动机的尺寸和功率消耗的增加是必须的。因此，滚珠丝杠机构已被广义采用为更高效的致动器。
已知例如如图6所示的现有技术的电动直线致动器。该电动直线致动器50包括：电动机51；减速机构53，该减速机构53用于降低电动机51的旋转速度并且将其传递至输出轴52；齿轮箱55，该齿轮箱55用于容纳减速机构53并且在输出轴52的一端的一侧具有开口54；端盖56，该端盖56用于封闭齿轮箱55的开口54；以及中间盖57，该中间盖57位于齿轮箱55与端盖56之间以用于承载输出轴52的一端。减速机构53被布置在齿轮箱55的相对于中间盖57的一侧，并且旋转位置检测装置58被布置在端盖56的相对于中间盖57的一侧。
端盖56被固定至齿轮箱55的开口54并且齿轮箱55的开口54的整体周边形成有凹槽60，密封圈61被布置到该凹槽60中。该密封圈61用来防止灰尘或外来物通过位于齿轮箱55与端盖56之间的接界进入到减速机构53的内部(例如参见以下专利文献1)。
现有技术的文献
专利文献
专利文献1：JP 2010-68559 A
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在现有技术的密封结构中，因为齿轮箱55和盖56在它们由诸如铝合金的低刚性材料形成时易于变形，所以不能够仅由密封圈61的弹性变形来密封由齿轮箱55或盖56的变形引起的空隙或间隙，由此不能够保证减速机构53的密封性。
本发明已注意到通过使用具有粘附性和粘滞性的液体衬垫来保持电动直线致动器的密封性，并且因此，本发明的目的是提供一种在外壳的接合表面之间具有坚固密封性的电动直线致动器。
解决问题的手段
为了实现本发明的目的，根据权利要求1的本发明提供了一种电动直线致动器，该电动直线致动器包括：外壳；电动机，该电动机被安装在所述外壳上；以及减速机构，该减速机构用于在降低电动机速度的情况下经由电动机轴将所述电动机的旋转动力传递至滚珠丝杠机构；所述滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构被设置为将经由所述减速机构传递的所述电动机的旋转运动转换为驱动轴的轴向直线运动，并且包括：螺母，该螺母的内周上形成有螺旋状螺纹槽，并且由所述壳体上的轴承能够旋转地但是轴向不能移动地支承；以及螺纹轴，该螺纹轴与所述驱动轴同轴地成为一体，在其外周上与所述螺母的螺旋状螺纹槽相对应地形成有螺旋状螺纹槽，并被设置为经由多个滚珠插入到所述螺母中，并且不能旋转地但是轴向能够移动地支承在所述外壳上，所述电动直线致动器的特征在于：所述外壳包括第一外壳和第二外壳，该第一外壳和该第二外壳被设置为它们的端面彼此紧靠，并且通过使液体可固化材料固化来密封所述第一外壳和所述第二外壳的端面的接合表面。
根据本发明的电动直线致动器，因为其包括用于在降低电动机速度情况下经由电动机轴将电动机的旋转动力传递至滚珠丝杠机构的减速机构，并且所述滚珠丝杠机构被设置为将经由所述减速机构传递的所述电动机的旋转运动转换为驱动轴的轴向直线运动，并且包括：螺母，该螺母的内周上形成有螺旋状螺纹槽，并且由所述壳体上的轴承能够旋转地但是轴向不能移动地支承；以及螺纹轴，该螺纹轴与所述驱动轴同轴地成为一体，在其外周上与所述螺母的螺旋状螺纹槽相对应地形成有螺旋状螺纹槽，并被设置为经由多个滚珠插入到所述螺母中，并且不能旋转地但是轴向能够移动地支承在所述外壳上，所述电动直线致动器的特征在于：所述外壳包括第一外壳和第二外壳，该第一外壳和该第二外壳被设置为它们的端面彼此紧靠，并且通过使液体可固化材料固化来密封所述第一外壳和所述第二外壳的端面的接合表面，所以能够提供即使所述外壳经历相对大的变形也能够根据所述可固化材料由于粘附性和粘滞性而导致的柔性变形来确保实现所述第一外壳和所述第二外壳彼此的紧密接触，由此实现所述外壳的所述接合表面之间的坚固密封性的电动直线致动器。
如权利要求2中所限定的那样，优选的是，所述可固化材料是硅酮基(silicone-based)液体衬垫。这使得能够在大约24小时内实现密封性，因为硅酮基液体衬垫能够相对地在短时间内固化。
如权利要求3中所限定的那样，还优选的是，所述第一外壳和第二外壳的接合表面形成有第一空隙和与该第一空隙相对地布置并且与该第一空隙连通的第二空隙，所述可固化材料被注入到所述第一空隙，并且所述可固化材料的体积大于所述第一空隙的体积并且小于所述第一空隙和第二空隙的总体积。这使得从所述第一空隙溢出的过量的可固化材料能够流入所述第二空隙，由此防止所溢出的可固化材料突出至所述第二空隙的外部。因此，能够防止突出的过量的可固化材料从所述外壳脱落或者防止突出的过量的可固化材料破坏所述外壳的外观。
如权利要求4中所限定的那样，优选的是，所述第一空隙被形成为具有基本上半圆形的截面并且所述第二空隙被形成为具有基本上三角形的截面。这使得能够通过简单且节省空间的结构来有效地防止突出的可固化材料的脱落。
本发明的有益效果
根据本发明的电动直线致动器，因为其包括：外壳；电动机，该电动机被安装在所述外壳上；以及减速机构，该减速机构用于在降低电动机速度的情况下经由电动机轴将所述电动机的旋转动力传递至滚珠丝杠机构；所述滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构被设置为将经由所述减速机构传递的所述电动机的旋转运动转换为驱动轴的轴向直线运动，并且包括：螺母，该螺母的内周上形成有螺旋状螺纹槽，并且由所述壳体上的轴承能够旋转地但是轴向不能移动地支承；以及螺纹轴，该螺纹轴与所述驱动轴同轴地成为一体，在其外周上与所述螺母的螺旋状螺纹槽相对应地形成有螺旋状螺纹槽，并被设置为经由多个滚珠插入到所述螺母中，并且不能旋转地但是轴向能够移动地支承在所述外壳上，所述电动直线致动器的特征在于：所述外壳包括第一外壳和第二外壳，该第一外壳和该第二外壳被设置为它们的端面彼此紧靠，并且通过使液体可固化材料固化来密封所述第一外壳和所述第二外壳的端面的接合表面，所以能够提供即使所述外壳经历相对大的变形也能够根据所述可固化材料由于粘附性和粘滞性而导致的柔性变形来确保实现所述第一外壳和所述第二外壳彼此的紧密接触，由此实现所述外壳的所述接合表面之间的坚固密封性的电动直线致动器。
附图说明
图1是示出根据本发明的电动直线致动器的一个优选实施方式的纵向截面图；
图2是示出图1的电动直线致动器的致动器主体的纵向截面图；
图3是示出图1的电动直线致动器的中间齿轮的部分放大视图；
图4是示出图3的中间齿轮的变型的部分放大视图；
图5是示出图1的电动直线致动器的第一外壳与第二外壳之间的接合部的部分放大截面图；
图6是示出现有技术的电动直线致动器的纵向截面图；以及
图7是示出图6的密封结构的部分放大视图。
具体实施方式
用于执行本发明的一个优选模式是一种电动直线致动器，该电动直线致动器包括：铝合金的外壳；电动机，该电动机被安装在所述外壳上；以及减速机构，该减速机构用于在降低电动机速度情况下经由电动机轴将所述电动机的旋转动力传递至滚珠丝杠机构；所述滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构被设置为将经由所述减速机构传递的所述电动机的旋转运动转换为驱动轴的轴向直线运动，并且包括：螺母，该螺母的内周上形成有螺旋状螺纹槽，并且由所述壳体上的轴承能够旋转地但是轴向不能移动地支承；以及螺纹轴，该螺纹轴与所述驱动轴同轴地成为一体，在其外周上与所述螺母的螺旋状螺纹槽相对应地形成有螺旋状螺纹槽，并被设置为经由多个滚珠插入到所述螺母中，并且不能旋转地但是轴向能够移动地支承在所述外壳上，所述电动直线致动器的特征在于：所述外壳包括第一外壳和第二外壳，该第一外壳和该第二外壳被设置为它们的端面彼此紧靠，所述第一外壳和第二外壳的接合表面形成有第一空隙和与该第一空隙相对地布置并且与该第一空隙连通的第二空隙，所述可固化材料被注入到所述第一空隙，并且所述可固化材料的体积大于所述第一空隙的体积并且小于所述第一空隙和第二空隙的总体积。
实施方式
将在下文中参照附图描述本发明的一个优选实施方式。
图1是示出本发明的电动直线致动器的一个优选实施方式的纵向截面图；图2是示出图1的电动直线致动器的致动器主体的纵向截面图；图3是示出图1的电动直线致动器的中间齿轮的部分放大视图；图4是示出图3的中间齿轮的变型的部分放大视图；并且图5是示出图1的电动直线致动器的第一外壳与第二外壳之间的接合部的部分放大截面图。
如图1所示，电动直线致动器1包括圆柱形外壳2、安装在外壳2上的电动机(未示出)、与安装在该电动机的电动机轴3a上的输入齿轮3啮合的中间齿轮4、包括与中间齿轮4啮合的输出齿轮5的减速机构6、用于经由减速机构6将电动机的旋转运动转换为驱动轴7的轴向直线运动的滚珠丝杠机构8以及包括滚珠丝杠机构8的致动器主体9。
外壳2通过铝拉模铸造由诸如A6063 TE或ADC12的铝合金形成，并且包括被设置为通过紧固螺栓(未示出)彼此靠紧并整体地固定的第一外壳2a和第二外壳2b。该电动机被安装在第一外壳2a上并且用于容纳螺纹轴10的容纳孔11、12分别形成在第一外壳2a和第二外壳2b上。
输入齿轮3被相对于电动机轴3a不能旋转地压配合到电动机轴3a的端部上并且电动机轴3a由诸如深沟球轴承的滚动轴承13能够旋转地支承。与中间正齿轮4啮合的输出齿轮5被刚性地固定在形成稍后提到的滚珠丝杠机构8的螺母18上。
驱动轴7与形成滚珠丝杠机构8的螺纹轴10成为一体，并且啮合销15、15被设置在驱动轴7的一端(图1中的右端)处。这些导销(guide pin)15、15能够紧靠着安装在第二外壳2b上的止动环16，以确保防止驱动轴7从外壳2脱离并且防止因紧靠着外壳2的内壁而被锁定。标号17表示安装在形成有轴向地延伸的槽17a、17a的外壳2b的容纳孔12中的轴套。导销15、15与槽17a、17a啮合，使得螺纹轴10被防止旋转但是轴向能够滑动地保持。
如图2的放大视图所示，滚珠丝杠机构8包括螺纹轴10和经由滚珠19装配在螺纹轴10上的螺母18。螺纹轴10在其外周上形成有螺旋状螺纹槽10a。另一方面，螺母18在其内周上与螺纹轴10的螺旋状螺纹槽10a相对应地形成有螺旋状螺纹槽18a，并且多个滚珠19被可滚动地包含在这些螺纹槽10a、18a之间。螺母18通过两个轴承20、20相对于外壳2a、2b能够旋转地但是轴向不能移动地支承在第一外壳2a和第二外壳2b上。标号21表示用于连接螺纹槽18a的端部并且使滚珠19无限地循环通过螺母18的螺纹槽18a的桥接构件。
各个螺纹槽10a、18a的截面构造可以是圆弧构造或哥特式圆弧(Gothic-arc)构造中的任何一种。然而，本实施方式采用哥特式圆弧构造，因为它能够与滚珠19具有大接触角并且具有较小的轴向间隙。这使得能够对于轴向载荷具有大刚性并且抑制振动的产生。
螺母18由诸如SCM415或SCM420的表面硬化钢形成，并且其表面通过真空渗碳硬化而被硬化为HRC 55～62。这使得能够在热处理之后省略诸如用于除锈的抛光的处理，由此降低制造成本。另一方面，螺纹轴10由诸如S55C的中碳钢或诸如SCM415或SCM420的表面硬化钢形成，并且其表面通过感应硬化或渗碳硬化而被硬化为HRC 55～62。
形成减速机构6的输出齿轮5被整体地固定在螺母18的外周18b上并且两个支承轴承20、20经由预定界面压配合到输出齿轮5的每一侧上。这使得能够防止在支承轴承20、20与输出齿轮5之间产生轴向位置位移，但是将从驱动轴7对它们施加推力载荷。另外，支承轴承20、20中的每一个由密封型的深沟滚珠轴承形成，在该深沟滚珠轴承中，屏蔽板20a、20a被布置在支承轴承的每一侧上，以防止包含在这些轴承中的润滑油的泄漏和磨损粉或碎片从外部侵入到轴承中。
根据本发明，因为用于能够旋转地支承螺母18的支承轴承20、20由具有相同规格的深沟滚珠轴承形成，所以来自驱动轴7的推力载荷和经由输出齿轮5施加的径向载荷能够由这些轴承20、20承担，并且附加地能够简化用于防止错误组装的确认操作，由此能够改进组装可操作性。术语“相同规格”这里意味着不仅轴承的内径、外径和宽度而且滚珠的尺寸和数量以及轴承的内部间隙是相同的。
支承轴承20、20中的一个经由由环形弹性构件形成的垫圈27而安装在第一外壳2a上。垫圈27是由奥氏体不锈钢板(例如JIS的SUS304)或防锈冷轧钢板(例如JIS的SPCC)压制成形的波形垫圈并且其内径“D”大于支承轴承20的内环的外径“d”。这使得能够消除成对的轴承20、20的轴向游隙，由此获得平滑的旋转性能。另外，因为垫圈27仅紧靠轴承20的外环并且不干扰形成旋转环的内环，所以即使螺母18通过产生的反推力载荷而被推靠着外壳2a，也能够确保防止由于内环与第一外壳2a接触而导致的摩擦的增加，由此防止螺母18的锁定。
如图3所示，中间齿轮4经由滚动轴承23能够旋转地支承齿轮轴22上，该齿轮轴22的相对端部支承在第一外壳2a和第二外壳2b上。能够允许齿轮轴22和滚动轴承23的未对准(装配误差)并且将例如通过在经由压配合来设置齿轮轴22的第一外壳侧的端部的情况下经由间隙配合来设置齿轮轴22的第二外壳侧的端部而确保中间齿轮4的平滑旋转。在图3中所例示的实施方式中，滚动轴承23由所称的壳型滚针轴承形成，包括：外环24，该外环24由钢板压制成形并且被压配合到中间齿轮4的内周中，以及多个滚针26，该多个滚针26经由保持器25可滚动地包含在外环24中。这使得能够采用可容易地得到的标准设计的轴承，由此能够降低电动直线致动器的制造成本。
另外，环形垫圈28、28被布置在中间齿轮4每一侧以防止中间齿轮4与第一外壳2a和第二外壳2b直接接触。此外，中间齿轮4的齿轮齿4b的齿宽被形成为小于中间齿轮4的整体轴向宽度。这使得能够减小中间齿轮4与垫圈28、28之间的接触面积，由此能够通过抑制旋转期间的摩擦阻力来实现平滑的旋转性能。垫圈28、28是由奥氏体不锈钢板或防锈冷轧钢板压制成形的平垫圈。另选地，垫圈28、28可以由其中浸入了预定量的诸如GF(玻璃纤维)等的纤维加强材料的黄铜、烧结金属或诸如PA(聚酰胺)66的热塑性合成树脂等形成。
另外，中间齿轮4的滚动轴承23的轴向宽度被设定为小于中间齿轮4的整体轴向宽度。这使得能够防止轴承23的侧表面被磨损和变形并且获得平滑的旋转性能。
在图4中示出了图3的变型。中间齿轮29经由滑动轴承30能够旋转地支承在齿轮轴22上，该齿轮轴22的相对端部支承在第一外壳2a和第二外壳2b上。根据该变型，中间齿轮29的齿轮齿的齿宽29b被形成为与中间齿轮29的整体轴向宽度相同，并且滑动轴承30被构造为浸油轴承(例如“BEARFIGHT”(日本NTN公司的注册商标))并压配合到中间齿轮29的内周29a中。滑动轴承30的整体轴向宽度被形成为大于中间齿轮29的整体轴向宽度。这使得能够在不安装任何垫圈的情况下防止中间齿轮29与第一外壳2a和第二外壳2b接触和磨损，以通过抑制中间齿轮29的旋转期间的摩擦阻力来实现平滑的旋转性能，并且通过抑制部件的数量的增加来降低制造成本。滑动轴承30可以由使得能够实现注入成型的热塑性聚酰亚胺树脂形成。
轴套17是通过冷轧方法由诸如S55C的中碳钢或诸如SCM415或SCM420的表面硬化钢形成的圆筒形构件，并且形成有设置在轴套17的内周上的相对位置处的轴向地延伸的槽17a、17a。槽17a的表面通过例如无电镀而被镀有金属。另一方面，啮合销15也通过硬铬镀而被镀有金属。这使得能够提高耐磨损特性，由此长期抑制槽17a和销15的磨损。可以利用其它金属镀方法，诸如镀锌、单一镀铬(uni-chromium plating)、镀铬酸盐(chromateplating)、镀镍、镀铬、镀三磷化镍(Kanigen plating)等。优选的是在槽17a和啮合销15上采用不同种类的金属镀以防止槽17a和销15的粘着。
如图5所示，第一外壳2a和第二外壳2b的接合表面分别形成有彼此相对地布置的第一空隙37和第二空隙38。可固化材料39被注入至第一空隙37。可固化材料39的体积大于第一空隙37的体积并且小于第一空隙37和第二空隙38的总体积。也就是说，从第一空隙37溢出的过量的可固化材料39能够流入相对地布置的第二空隙38。这使得能够防止溢出的可固化材料被突出至第二空隙38的外部。因此，能够防止突出的过量的可固化材料从外壳2脱落或者防止破坏外壳2的外观。另外，因为通过使液体可固化材料39固化来密封第一外壳2a和第二外壳2b的端面的接合表面35、36，所以即使外壳2a、2b经历相对大的变形也能够提供能够根据可固化材料39由于粘附性和粘滞性而导致的柔性变形来确保实现第一外壳2a和第二外壳2b彼此的紧密接触，由此实现这些外壳的接合表面35、36之间的坚固密封性的电动直线致动器。
存在可固化材料39的多种示例，例如诸如有机溶剂硅酮基液体衬垫、水溶性硅酮基液体衬垫的硅酮基或合成橡胶基液体衬垫；诸如厌氧丙烯酸基液体衬垫、合成树脂乳剂型液体衬垫的树脂基液体衬垫；以及高分子树脂、氟塑料和无机树脂的树脂基液体衬垫。因为能够相对短时间地使包括树脂基液体衬垫的可固化材料39固化，所以能够在大约24小时内实现密封性。
根据本发明，第一空隙37被形成为具有基本上半圆形的截面并且第二空隙38被形成为具有基本上三角形的截面。这使得能够通过简单且节省空间的结构来有效地防止突出的可固化材料的脱落。
已经参照优选实施方式对本发明进行了描述。显然，在阅读并理解了以上详细描述后本领域普通技术人员将想到多种修改和替换。本发明旨在被解释为包括所有这样的替换和修改，只要它们落在所附权利要求及其等同物的范围内。
工业应用性
本发明的电动直线致动器能够被用在一般工业用电动机和汽车的驱动部等中，并且能够被应用于具有用于将来自电动机的旋转输入转换为驱动轴的直线运动的滚珠丝杠机构的电动直线致动器。
附图标记的说明
1 电动直线致动器
2 外壳
2a 第一外壳
2b 第二外壳
3输入齿轮
3a 电动机轴
4、29 中间齿轮
4a、29a 中间齿轮的内周
4b、29b 齿宽
5 输出齿轮
6 减速机构
7 驱动轴
8 滚珠丝杠机构
9 致动器主体
10 螺纹轴
10a、18a 螺纹槽
11、12 容纳孔
13、23 滚动轴承
14 键
15 啮合销
16 止动环
17 轴套
17a 槽
18 螺母
18b 螺母的外周
19 滚珠
20 支承轴承
20a 屏蔽板
21 桥接构件
22 齿轮轴
24 外环
25 保持器
26 滚针
27、28 垫圈
30 滑动轴承
35 第一外壳的接合表面
36 第二外壳的接合表面
37 第一空隙
38 第二空隙
39 可固化材料
50 电动致动器
51 电动机
52 输出轴
53 减速机构
54 齿轮箱的开口
55 齿轮箱
56 端盖
57 中间盖
58 旋转位置检测装置
59 螺栓
60 槽
61 密封圈
D 垫圈的内径
d 支承轴承的内环的外径

Claims (2)

1.一种电动直线致动器，该电动直线致动器包括：
外壳；
电动机，该电动机被安装在所述外壳上；
减速机构，该减速机构经由电动机轴传递所述电动机的旋转动力；以及
滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构将经由所述减速机构传递的所述电动机的旋转运动转换为驱动轴的轴向直线运动，
所述滚珠丝杠机构包括：
螺母，该螺母的内周上形成有螺旋状螺纹槽，并且由安装在所述外壳上的支承轴承能够旋转地但是轴向不能移动地支承；以及
螺纹轴，该螺纹轴与所述驱动轴同轴地成为一体，在其外周上与所述螺母的螺旋状螺纹槽相对应地形成有螺旋状螺纹槽，并被设置为经由多个滚珠插入到所述螺母中，并且不能旋转地但是轴向能够移动地支承在所述外壳上，
其特征在于：
所述外壳由低刚性的铝合金形成，所述外壳包括第一外壳和第二外壳，该第一外壳和该第二外壳被设置为它们的端面彼此紧靠，在该第一外壳和第二外壳的紧靠的部分形成有用于容纳所述螺纹轴的容纳孔，在该第一外壳和第二外壳的接合表面形成有第一空隙和与该第一空隙相对地布置并且与该第一空隙连通的第二空隙，可固化材料被注入到所述第一空隙，并且所注入的可固化材料的体积大于所述第一空隙的体积并且小于所述第一空隙和所述第二空隙的总体积，所述可固化材料是硅酮基液体衬垫，所述接合表面通过使液体可固化材料固化而被密封。
2.根据权利要求1所述的电动直线致动器，其特征在于：
驱动轴与所述螺纹轴一体地构成，在该驱动轴的一端部设置有啮合销，在所述外壳的容纳孔中安装有轴套，在该轴套的内周上的相对位置处形成有轴向地延伸的槽，所述啮合销与该槽啮合，从而所述螺纹轴被不能旋转地但是轴向能够移动地支承。
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