CN110566646A - 一种气电一体式作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气电一体式作动器，包括气缸、电机驱动机构和滚珠丝杠机构，气缸包括缸体、第一端盖、第二端盖、活塞及活塞杆，缸体外壁的两端分别设置有气嘴；电机驱动机构包括电机和电机端盖，电机端盖与第一端盖固定连接，电机的电机轴穿过电机端盖后伸入第一端盖内；滚珠丝杠机构包括丝杠和滚珠螺母，滚珠螺母密封安装在活塞内，丝杠的一端通过联轴器与电机的电机轴连接而另一端伸入活塞杆内，联轴器通过轴承安装在第一端盖上，联轴器上安装第一动密封圈，联轴器上安装第二动密封圈。本发明采用了在电机电力驱动外还加上了气缸的辅助气浮力支撑结构，增加了整个运动平台的安全性和可靠性，具有节约能源、提高动态响应、较高控制精度等优点。

Description

一种气电一体式作动器
技术领域
本发明属于作动器领域，更具体地，涉及一种气电一体式作动器。
背景技术
电机驱动机构是将伺服电机与滚珠丝杠机构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，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制、精确转数控制、精确扭矩控制转变成精确速度控制、精确位置控制、精确推力控制，其可以替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保、更节能、更干净的优点，更容易与控制系统连接，实现精密运动控制。
但是，由于电机驱动机构一般是采用滚珠丝杠机构来驱动负载，这使得电机驱动机构不可承受来自于径向的受力，而只能作用在轴向的负载上，目前市面的电机驱动机构大多属于轻负载应用于自动化行业，难以承受重载，因而制约了电动缸在重载行业的发展。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种气电一体式作动器，其利用围绕电机驱动机构外围气室产生的气压支撑力来平衡运动平台部分自重；同时由于采用了辅助气压支撑结构，增加了整个平台的安全性和可靠性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种气电一体式作动器，其特征在于，包括气缸、电机驱动机构和滚珠丝杠机构，其中，
所述气缸包括缸体、第一端盖、第二端盖、活塞及安装在所述活塞上的活塞杆，所述缸体的两端分别连接所述第一端盖和第二端盖，所述活塞安装在所述缸体内，所述活塞杆远离所述活塞的一端穿过所述第二端盖后安装有所述运动平台连接座，此外，所述活塞杆中空，所述缸体外壁的两端分别设置有与所述缸体的内腔连通的气嘴；
所述电机驱动机构包括电机和电机端盖，所述电机的一端设置有电机端盖，所述电机端盖与所述第一端盖固定连接并且两者抵靠在一起，所述电机的电机轴穿过所述电机端盖后伸入所述第一端盖内；
所述滚珠丝杠机构包括丝杠和穿装在所述丝杠上的滚珠螺母，所述滚珠螺母密封安装在所述活塞的内部，所述丝杠的一端通过联轴器与所述电机的电机轴连接而另一端伸入所述中空的活塞杆内，所述联轴器通过轴承安装在所述气缸的所述第一端盖的内壁上，并且所述联轴器的两端均外露于所述轴承，所述联轴器靠近所述丝杠的一端的外壁上安装有所述第一动密封圈，所述第一动密封圈压在所述第一端盖的内壁上。
优选地，所述缸体在对应于气嘴的位置还安装有用于过滤气体的过滤器。
优选地，所述电机远离所述气缸的所述第一端盖的一端设置有铰座。
优选地，所述运动平台连接座为铰座。
优选地，所述第一端盖靠近电机端盖的一端设置有中空的螺纹部，所述螺纹部具有外螺纹，所述螺纹部穿过所述电机端盖，锁紧螺母螺纹连接在所述螺纹部，从而将所述电机端盖与所述第一端盖连接在一起，所述电机轴穿过所述螺纹部后连接所述联轴器。
优选地，，所述联轴器远离丝杠的一端的外侧安装有第二动密封圈，该第二动密封圈与中空的所述螺纹部的内壁抵接。
优选地，所述缸体包括缸筒及连接在缸筒两端的支撑圈，每个所述支撑圈上安装一个所述气嘴。
优选地，所述丝杠远离联轴器的一端安装有内支撑块，该内支撑块与所述活塞杆的内壁缓冲接触。
优选地，所述第二端盖的内壁上设置有导向套，所述活塞杆穿过所述导向套。
优选地，所述导向套靠近运动平台连接座的一端设置有防尘圈。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
对于自重较大的运动平台，可以采用本气电一体式作动器进行承重和驱动，丝杠的移动带动滚珠螺母和活塞一起移动，从而使得活塞杆可以带动安装在运动平台连接座上的运动平台移动，并且利用气缸的活塞内的气室产生的气压支撑力来平衡大部分的运动平台自重，而所述电机驱动机构主要起控制运动平台移动的作用，达到节约能源、提高动态响应、保证控制精度的目的；此外，由于采用了在所述电机驱动机构的电力驱动外还加上了气缸的辅助气压支撑结构，也增加了整个运动平台的安全性和可靠性，具有节约能源、提高动态响应、较高控制精度等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种气电一体式作动器，包括电机驱动机构1、气缸2、和滚珠丝杠机构3，其中，
所述气缸2包括缸体2-8、第一端盖2-1、第二端盖2-15、活塞2-10及安装在所述活塞2-10上的活塞杆2-11，所述缸体2-8的两端分别连接所述第一端盖2-1和第二端盖2-15，优选地，所述第一端盖2-1包括盖体2-1-1及垫块2-1-2，所述盖体2-1-1与所述缸体2-8之间设置所述垫块2-1-2，所述活塞2-10安装在所述缸体2-8内，活塞2-10上套接有活塞环2-10，所述活塞杆2-11远离所述活塞2-10的一端穿过所述第二端盖2-15后安装有运动平台连接座2-17，此外，所述活塞杆2-11中空，所述缸体2-8外壁的两端分别设置有与所述缸体2-8的内腔连通的气嘴2-5，通过气嘴2-5可以向缸体2-8内进行供气和排气，从而可以推动活塞2-10在缸体2-8内进行移动；优选地，所述缸体2-8在对应于气嘴2-5的位置还安装有用于过滤气体的过滤器2-12。
所述电机驱动机构1包括电机1-2和电机端盖1-2-1，所述电机1-2的一端设置有电机端盖1-2-1，所述电机端盖1-2-1与所述第一端盖2-1固定连接并且两者抵靠在一起，两者抵靠的部位可以设置密封圈，所述电机1-2的电机轴1-3穿过所述电机端盖1-2-1后伸入所述第一端盖2-1内；优选地，所述第一端盖2-1靠近电机端盖1-2-1的一端设置有中空的螺纹部，所述螺纹部具有外螺纹，所述螺纹部穿过所述电机端盖1-2-1，锁紧螺母2-3螺纹连接在所述螺纹部，从而将所述电机端盖1-2-1与所述第一端盖2-1连接在一起。优选地，所述电机1-2远离气缸2的第一端盖2-1的一端设置有铰座1-1，所述运动平台连接座2-17与铰座1-1为相同类型机构，分别具有第一铰孔2-17-1和第二铰孔1-1-1，第一铰孔2-17-1方便连接运动平台，第二铰孔1-1-1方便连接静平台上。
所述滚珠丝杠机构3包括丝杠2-9和穿装在所述丝杠2-9上的滚珠螺母2-7，所述滚珠螺母2-7密封安装在所述活塞2-10的内部，所述丝杠2-9的一端通过联轴器1-4与所述电机1-2的电机轴1-3连接而另一端伸入所述中空的活塞杆2-11内，所述电机轴1-3穿过所述螺纹部后连接所述联轴器1-4，所述联轴器1-4通过轴承2-4安装在所述气缸2的第一端盖2-1的内壁上，并且联轴器1-4的两端均外露于所述轴承2-4，所述联轴器1-4靠近丝杠2-9的一端的外壁上安装有第一动密封圈2-2，所述第一动密封圈2-2压在所述第一端盖2-1的内壁上。第一动密封圈2-2可以有效防止缸体2-8内的气体的泄漏。另外，所述联轴器1-4远离丝杠2-9的一端的外侧安装有第二动密封圈2-18，该第二动密封圈2-18与中空的所述螺纹部的内壁抵接，这样可以更进一步地防止压缩空气泄漏。
进一步，所述缸体2-8包括缸筒及连接在缸筒两端的支撑圈2-6，每个所述支撑圈2-6上安装一所述气嘴2-5，这样便于安装和更换气嘴2-5。
进一步，所述丝杠2-9远离联轴器1-4的一端安装有内支撑块2-13，该内支撑块2-13与所述活塞杆2-11的内壁缓冲接触，内支撑块2-13可以对丝杠2-9起到导向及径向支撑的作用，减小丝杠2-9的颤动及减小丝杠2-9受到的冲击载荷。
进一步，所述第二端盖2-15的内壁上设置有导向套2-14，所述活塞杆2-11穿过所述导向套2-14，导向套2-14可以对活塞杆2-11的移动进行导向，而且所述导向套2-14靠近运动平台连接座2-17的一端设置有防尘圈2-16，可以有效防止灰尘进入缸体2-8内。
工作时，可以将电机1-2端部的铰座1-1连接在静平台上，将运动平台安装在运动平台连接座2-17上，由于电机1-2的电机轴1-3通过联轴器1-4与丝杠2-9同步转动，而滚珠螺母2-7与丝杠2-9同轴连接，滚珠螺母2-7可以将丝杠2-9的转动转换为活塞2-10的平动，再经活塞杆2-11实现运动平台的伸距变化，完成对运动平台的驱动；此外，气嘴2-5接入压缩空气，经支撑圈2-6、活塞2-10、活塞杆2-11和运动平台连接座2-17产生与电动机驱动力同轴的气浮支撑力，可以实现对运动平台自重的辅助支撑，电机1-2在转动时让活塞杆2-11伸出缸体2-8时，可以同时通过气嘴2-5向气缸2内通入压缩空气作用在活塞2-10上，让气浮力起到支撑作用；因此，本发明以电机1-2带动滚珠丝杠机构3工作的电力驱动为主、以气缸2通入压缩空气的气浮力支撑为辅，可以实现对较重的运动平台的支撑及驱动。另外，还可以采用多个气电一体式作动器一起配合来共同驱动较重的运动平台实现各种复杂运动姿态控制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气电一体式作动器，其特征在于，包括气缸、电机驱动机构和滚珠丝杠机构，其中，
所述气缸包括缸体、第一端盖、第二端盖、活塞及安装在所述活塞上的活塞杆，所述缸体的两端分别连接所述第一端盖和第二端盖，所述活塞安装在所述缸体内，所述活塞杆远离所述活塞的一端穿过所述第二端盖后安装有所述运动平台连接座，此外，所述活塞杆中空，所述缸体外壁的两端分别设置有与所述缸体的内腔连通的气嘴；
所述电机驱动机构包括电机和电机端盖，所述电机的一端设置有电机端盖，所述电机端盖与所述第一端盖固定连接并且两者抵靠在一起，所述电机的电机轴穿过所述电机端盖后伸入所述第一端盖内；
所述滚珠丝杠机构包括丝杠和穿装在所述丝杠上的滚珠螺母，所述滚珠螺母密封安装在所述活塞的内部，所述丝杠的一端通过联轴器与所述电机的电机轴连接而另一端伸入所述中空的活塞杆内，所述联轴器通过轴承安装在所述气缸的所述第一端盖的内壁上，并且所述联轴器的两端均外露于所述轴承，所述联轴器靠近所述丝杠的一端的外壁上安装有所述第一动密封圈，所述第一动密封圈压在所述第一端盖的内壁上。
2.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述缸体在对应于气嘴的位置还安装有用于过滤气体的过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述电机远离所述气缸的所述第一端盖的一端设置有铰座。
4.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述运动平台连接座为铰座。
5.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述第一端盖靠近电机端盖的一端设置有中空的螺纹部，所述螺纹部具有外螺纹，所述螺纹部穿过所述电机端盖，锁紧螺母螺纹连接在所述螺纹部，从而将所述电机端盖与所述第一端盖连接在一起，所述电机轴穿过所述螺纹部后连接所述联轴器。
6.根据权利要求5所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述联轴器远离丝杠的一端的外侧安装有第二动密封圈，该第二动密封圈与中空的所述螺纹部的内壁抵接。
7.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述缸体包括缸筒及连接在缸筒两端的支撑圈，每个所述支撑圈上安装一个所述气嘴。
8.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述丝杠远离联轴器的一端安装有内支撑块，该内支撑块与所述活塞杆的内壁缓冲接触。
9.根据权利要求1所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述第二端盖的内壁上设置有导向套，所述活塞杆穿过所述导向套。
10.根据权利要求9所述的一种气电一体式作动器，其特征在于，所述导向套靠近运动平台连接座的一端设置有防尘圈。
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