CN111271424A - 带有卫星滚柱螺杆机构的致动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致动机构(30、40、60、70)，其包括主旋转驱动装置(31、41、61、71)和连接到所述驱动装置(31、41、61、71)的滚柱螺杆机构(1、43、73)。滚柱螺杆机构(1、43、73)包括螺杆(2、82)、螺母(4、84)、多个滚柱(6、86)，螺杆(82)和螺母(4)之一连接到主旋转驱动装置(31、41、61、71)，其中另一个(2、84)可相对于滚柱(6、86)平移和旋转运动。滚柱螺杆机构(1、43、73)还包括环形引导件(14、44、88)，用于沿周向和轴向保持滚柱(6、86)。环形引导件(14、44、88)包括圆柱形套筒(21、45、46、90)，该圆柱形套筒从环形根部(15、16)之一轴向向外延伸超过螺母(4、84)，螺杆(2、82)在所述套筒(21、45、46、90)的孔中延伸，所述套筒(21、45、46、90)连接到副旋转驱动装置(32、42、62、72)。

Description

带有卫星滚柱螺杆机构的致动机构

技术领域

本发明涉及致动机构的领域，该致动机构包括旋转驱动装置和用于将旋转运动转换成线性平移运动(反之亦然)的滚柱螺杆机构，更具体地讲，为卫星滚柱螺杆机构。

现有技术

这种滚柱螺杆机构设置有包括外螺纹的螺杆；围绕该螺杆设置并包括内螺纹的螺母；以及分别与螺杆的外螺纹和螺母的内螺纹接合的多个纵向滚柱。与滚珠螺杆机构相比，滚柱螺杆机构的主要优点是具有更高的容许负载能力。

第一种类型的滚柱螺杆机构包括滚柱，其外螺纹分别与螺杆的外螺纹和螺母的内螺纹啮合。滚柱的螺纹和螺母的螺纹具有彼此相同的螺旋角，并且与螺杆的螺纹的螺旋角不同，因此，当螺杆相对于螺母旋转时，滚柱会转动它们。并沿螺杆滚动，而无需在螺母内部轴向移动。通过布置在螺母上的并与滚柱的齿部相啮合的齿部，使滚柱平行于螺杆的轴线旋转地被引导。这种机构称为卫星滚柱螺杆。

还已知第二种类型的滚柱螺杆机构，其具有相似的操作原理，但是不同的地方在于其反向布置。选择滚柱、螺杆和螺母的螺纹螺旋角，以便于当螺杆相对于螺母旋转时，滚柱会围绕螺杆自身转动，并且在螺母中轴向移动。通过布置在螺杆上的并与所述滚柱的齿部相啮合的齿部，使滚柱平行于螺杆的轴线旋转地被引导。这种机构称为反卫星滚柱螺杆。

在某些应用中，希望具有一种能输出结合了线性平移和旋转运动的元件。当前解决该问题的解决方案是提供一种组件，该组件包括两个相关联的螺杆机构，第一个专用于线性平移运动，第二个允许旋转运动。然而，其具有成本高以及占用大量轴向和/或径向空间的缺点。

这类卫星滚柱螺杆机构的另一个结构限制是，不允许螺纹足够小以实现高精度线性位移，特别是在低速和重载情况下，并且不允许螺纹足够大以实现高速度线性运动，尤其是在低负载情况下。

发明内容

本发明旨在克服这些缺点。

更具体地，本发明旨在提供一种带有滚柱螺杆机构的致动机构。其中，对于给定速度和负载，线性位移精度被优化。对于给定负载，线性运动速度被优化。同时其结构紧凑、低成本、允许结合线性位移和旋转的输出运动。

本发明涉及一种致动机构，该致动机构包括主旋转驱动装置和连接至所述驱动装置的滚柱螺杆机构。滚柱螺杆机构设置有包括外螺纹的螺杆；围绕该螺杆并与其同轴设置的螺母，该螺母包括内螺纹；以及设置在螺杆与螺母之间的多个滚柱。每个滚柱包括分别与螺杆的外螺纹和螺母和内螺纹啮合的外螺纹。螺杆和螺母中的一个连接到主旋转驱动装置，另一个可相对于滚柱做平移和旋转运动。

滚柱螺杆机构还包括用于周向和轴向保持滚柱的环形引导件。该引导件径向安装在螺杆和螺母之间。引导件包括环形的第一根部，环形的第二根部和轴向地连接第一根部和第二根部的多个细长部分，从而限定了多个在圆周方向上通过这些细长部分彼此隔开的凹口，每个凹口容纳一个滚柱。

根据本发明，环形引导件包括圆柱形套筒，该圆柱形套筒从环形的根部之一轴向向外延伸超过螺母，螺杆在套筒的孔中延伸。套筒连接至副旋转驱动装置。

本发明还包括如下有利但非强制性的特征，它们可分开实施或进行组合：

-螺母连接到主旋转驱动装置，并且滚柱螺杆机构是卫星滚柱螺杆机构。

-螺杆连接到主旋转驱动装置，并且滚柱螺杆机构是反向卫星滚柱螺杆机构。

-每个滚柱包括两个圆柱形轴颈，每个轴颈从滚柱的轴向端部轴向向外延伸。

-引导件的第一和第二环形根部包括多个凹陷区域，这些凹陷区域形成在每个容纳滚柱的凹口的轴向端部处，每个凹陷区域容纳滚柱的轴颈。

-每个滚柱包括两个在任一外螺纹上和每个轴向端部处的齿部。

-该机构包括两个固定在螺母的孔的非螺纹部分中的环形环，每个环形环在内部包括与滚柱的相应的齿部啮合的齿部。

-主驱动装置包括第一马达。

-副驱动装置包括与第一马达分离的第二马达。

-副驱动装置包括第一马达和齿轮系，该齿轮系可旋转地将引导件与连接至主驱动装置的螺杆和螺母中的一个相连接。

-该引导件包括两个对称的引导部分，每个部分包括连接到副驱动装置的套筒。

-副驱动装置包括两个齿轮，该两个齿轮通过轴连接并且通过马达旋转，每个齿轮与任一引导部分的套筒连接。

附图说明

通过阅读以下仅作为非限制性示例的描述，将更好地理解本发明。

参照附图进行该描述，附图包括：

图1是根据本发明的一个实施例的滚柱螺杆机构的透视图。

图2是图1的滚柱螺杆机构的沿I-I的轴向剖视图。

图3是图1的滚柱螺杆机构的沿II-II的径向剖视图。

图4是图1的滚柱螺杆机构的引导件的透视图。

图5是根据本发明的第一实施例的致动机构的轴向截面图。

图6是根据本发明的第二实施例的致动机构的轴向截面图。

图7是根据本发明的第三实施例的致动机构的轴向截面图。

图8是根据本发明的第四实施例的致动机构的轴向截面图。

具体实施方式

在图1至3中，整体上标记为1的滚柱螺杆机构包括具有轴线X2的螺杆2，该螺杆2设有外螺纹3。同轴地围绕该螺杆2安装的螺母4，其具有内螺纹，该内螺纹的内径大于外螺纹3的外径。以及多个纵向滚柱6，它们沿径向布置在螺杆2和螺母4之间。螺杆2纵向延伸穿过螺母4的圆柱形孔，在该圆柱形孔上形成有内螺纹5。

滚柱6彼此相同并且规则地分布在螺杆2周围。每个滚柱6沿着与螺杆的轴线X2同轴的纵向轴线延伸，并且包括与螺杆2的外螺纹3和螺母4的内螺纹5啮合的外螺纹7。每个滚柱6的螺纹7在两端分别由外齿部8、9轴向延伸，外齿部8、9自身由向外延伸的圆柱形轴颈10、11延伸。

螺母4还包括两个环形的固定在其孔的非螺纹部分中的环12、13，每个环在内部包括与滚柱6的相应的齿部8、9啮合且用于其同步的齿部。环12、13和滚柱6完全容纳在螺母4中，更确切地说，不延伸超出螺母。

滚柱螺杆机构1还包括环形引导件14，该环形引导件14周向和轴向地将滚柱6保持在螺杆2和螺母4之间。引导件14径向且同轴地安装在螺杆2和螺母4之间。

如图4所示，引导件14包括环形的第一跟部15和环形的第二跟部16，所述跟部轴向相对。引导件14还包括多个细长部分17，它们轴向地连接第一根部15和第二根部16，从而限定了多个凹口18。所述凹口18在圆周方向上通过所述细长部分17彼此分开，有利地，它们在圆周方向上均匀地分布。在图4所示的实施例中，引导件14一体形成。

每个所述凹口18容纳滚柱6。第一和第二根部15、16形成用于滚柱6的轴向止挡。细长部分17的外径严格小于螺母4的内螺纹5的内径，以便于上述螺纹5与滚柱6的外螺纹7啮合。细长部分17严格小于环12、13的内齿部的内径，以便于所述环12、13的齿部与滚柱6的外齿部8、9啮合。细长部分17的内径为严格大于螺干2的外螺纹3的外径，以便使所述螺纹3与滚柱的外螺纹7安装在一起。

引导件14的第一和第二根部15、16分别包括多个凹陷区域19、20，该凹陷区域19、20形成在每个容纳滚柱6的凹陷18的轴向端部。每个凹陷区域19、20容纳对应滚柱6的轴颈10、11。

根据本发明，环形引导件14包括圆柱形套筒21，该圆柱形套筒从第二环形根部16轴向地向外延伸超过螺母4。螺杆2在所述套筒21的孔中延伸。有利地，圆柱形套筒21的外表面设置有外齿部22。

根据本发明的这种滚柱螺杆机构1可以有利地用于致动机构。图5示出根据本发明的该致动机构的第一实施例。

整体被标注为30的致动机构包括滚柱丝杠机构1，主旋转驱动装置31和副旋转驱动装置32。

螺母4可旋转地连接到主旋转驱动装置31。主旋转驱动装置31有利地包括旋转马达，该旋转马达通过任何合适的方式与螺母4连接，以向其传递绕着X2轴的旋转运动ω4。螺杆2可相对于螺母4线性移动。滚柱螺杆机构1因此是卫星滚柱螺杆机构。

引导件14的套筒21旋转地连接到副旋转驱动装置32。副旋转驱动装置32有利地包括旋转马达，该旋转马达通过任何合适方式与套筒21连接，以向其传绕递X2轴的旋转运动ω14。例如，副旋转驱动装置32包括齿轮(未示出)，该齿轮可旋转地连接至马达并且与所述套筒21的外齿22啮合。

当螺母4和引导件14分别通过主旋转驱动装置31和副旋转驱动装置32旋转时，滚柱6自身旋转并且绕着螺杆2旋转，而不在螺母4内轴向移动。滚柱6通过环12、13的齿部而平行于轴线X2被旋转地引导。螺母4和引导件14被轴向地固定，并且仅螺杆2具有沿轴线X2的线性位移移动V2。另外，当以不同的旋转速度驱动引导件14和螺母4时，引起螺杆2的旋转运动ω2。

归功于本发明，致动机构30的输出运动包括结合了螺杆2的旋转运动ω2的线性位移运动V2，使得：

V2＝螺距×(ω4-ω14)

其中螺杆2和螺母4的直径为节圆直径。

另外，与由简单的旋转驱动装置驱动的滚柱螺杆机构相比，可以实现更高的线性位移速度V2。通过控制转速ω4和ω14的组合，也可以确保非常高的线性和旋转位移精度。特别有利的是，驱动装置也可以配备线性和/或角度位置传感器。

本发明的另一个优点是允许在线性位移期间调节螺杆2的速度V2。例如，螺杆2的线性位移运动可以从非常高的速度V2变为更慢但更精确的速度。这使得可以减少将螺杆设定为不需要精确控制的高速的致动时间，然后以降低的速度来调节末端位置。

图6示出了根据本发明的致动机构40的第二实施例。

致动机构包括滚柱螺杆机构43，主旋转驱动装置41和副旋转驱动装置42。

滚柱螺杆机构43与上述滚子丝杠机构1基本相似，并且区别仅在于的滚柱6的引导件44包括两个引导部分45、46。

引导部分45、46是对称且轴向连续的，并且每个部分分别包括连接至副驱动装置42的套筒47、48。

优选地，副旋转驱动装置42包括两个齿轮49、50，其可旋转地连接至马达51并且彼此可旋转地连接，齿轮49、50中的每个与相应于引导部分45、46的套筒47、49的外齿啮合。因此，两个引导部分45、46绕轴线X2以相同的速度ω44旋转地连接。

主旋转驱动装置41与上述装置31和致动机构基本相似。致动机构40具有基本上类似于上述机构30的操作模式。

图7示出了根据本发明的致动机构60的第三实施例。

致动机构60包括滚柱螺杆机构1、主旋转驱动装置61和副旋转驱动装置62。

螺母4可旋转地连接到主旋转驱动装置61。主旋转驱动装置61有利地包括旋转马达，该旋转马达通过任何合适的方式连接到螺母4以向其传递旋转运动ω4。因此，螺杆2可相对于螺母4做线性移动。

在该示例性实施例中，副旋转驱动装置62包括齿轮系63，齿轮系63可旋转地连接到引导件14，而螺母4本身连接至主旋转驱动装置61。优选地，螺母4的外表面包括与第一齿轮64配合的外齿部，并且引导件14的套筒21的外表面包括与第二齿轮65配合的外齿部。这两个齿轮64、65通过轴可旋转地联接。引导件14因此绕轴线X2旋转运动ω14。例如，齿轮系63可以是行星轮类型。

然后，通过具体确定齿轮系63的齿轮64、65的尺寸，可以在螺母4和引导件14之间产生差速。因此，致动机构60具有基本上类似于上述机构30的操作模式。

整体上标记为70的致动机构包括滚柱螺杆机构73、主旋转驱动装置71和副旋转驱动装置72。

滚柱螺杆机构73具有与滚柱螺杆机构1基本相似的结构，具有螺杆82、螺母84、多个滚柱86和引导件88。

螺杆82可旋转地连接至主旋转驱动装置71。主旋转驱动装置71优选地包括旋转马达，该旋转马达通过任何合适的方式与螺杆82连接以向其传递围绕X82轴的旋转运动ω82。因此，螺母84可相对于螺杆82做线性移动。滚柱螺杆机构73因此是反向卫星滚柱螺杆机构。

引导件88包括轴向延伸且超过螺母84线性行程的套筒90。套筒90可旋转地连接至副旋转驱动器72。副旋转驱动器72有利地包括旋转马达，该旋转马达通过任何合适的方式与套筒90连接，以向其传递绕轴线X82的旋转运动ω88。

当螺杆82和引导件88分别通过主旋转驱动装置71和副旋转驱动装置72进行旋转时，滚柱86自身旋转并且在螺母84的孔中周向旋转，而没有沿着螺杆82轴向移动。滚柱86被冠齿轮引导而平行于轴线X82旋转。螺杆82和引导件88轴向固定，并且仅螺母84具有沿轴线X82的线性移动运动V84。另外，当以不同的旋转速度驱动引导件88和螺杆82时，引起螺母84的旋转运动ω84。

另外，各个实施例的技术特征可以整体地或仅部分地彼此结合。因此，本致动机构可以在成本、性能和实施简单性方面进行适配。

Claims (10)

1.一种致动机构(30、40、60、70)，包括主旋转驱动装置(31、41、61、71)和连接至所述驱动装置(31、41、61、71)的滚柱螺杆机构(1、43、73)，所述滚柱螺杆机构(1、43、73)包括：

-包括外螺纹(3)的螺杆(2、82)，

-围绕并与所述螺杆(2、82)同轴设置的螺母(4、84)，所述螺母(4、84)包括内螺纹(5)，

-置于所述螺杆(2、82)和所述螺母(4、84)之间的多个滚柱(6、86)，每个滚柱包括分别与所述螺杆(2、82)的所述外螺纹(3)和所述螺母(4、84)的所述内螺纹(5)啮合的外螺纹(7)；所述螺杆(82)和所述螺母(4)之一与所述主旋转驱动装置(31、41、61、71)连接，其中另一个(2、84)相对于所述滚柱(6、86)可以平移和旋转，并且

-环形引导件(14、44、88)，用于沿周向和轴向保持所述滚柱(6、86)，所述环形引导件(14、44、88)径向安装在所述螺杆(2、82)和所述螺母(4、84)之间，并且包括环形的第一根部(15)、环形的第二根部(16)和多个细长部分(17)，所述多个细长部分轴向连接所述第一根部(15)和所述第二根部(16)，以形成多个沿周向通过所述多个细长部分(17)彼此隔开的凹口(18)，每个所述凹口(18)容纳一个滚柱(6、86)，

其特征在于，所述环形引导件(14、44、88)包括圆柱形套筒(21、45、46、90)，该圆柱形套筒从所述环形的根部(15、16)之一轴向向外延伸超过所述螺母(4、84)，所述螺杆(2、82)在所述套筒(21、45、46、90)的孔中延伸，所述套筒(21、45、46、90)连接至副旋转驱动装置(32、42、62、72)。

2.根据权利要求1所述的致动机构，其特征在于，每个所述滚柱(6、86)包括两个圆柱形轴颈(10、11)，所述两个圆柱形轴颈从所述滚柱(6、86)的轴向端轴向地向外延伸，所述环形引导件(14、44、88)的环形的第一根部和第二根部(15、16)包括多个凹陷区域(19、20)，所述凹陷区域形成在每个容纳所述滚柱(6、86)的所述凹口(18)的轴向端部处，每个所述凹陷区域(19、20)容纳所述滚柱(6、86)的轴颈(10、11)。

3.根据权利要求1或2所述的致动机构，其特征在于，每个所述滚柱(6)包括两个在任一侧外螺纹(7)上以及在每个轴向端部处的齿部(8、9)，所述机构(1、43)包括两个固定在所述螺母(4)的孔的无螺纹部分中的环形环(12、13)，每个环形环在内部包含与所述滚柱(6)相应的齿部(8、9)啮合的齿部。

4.根据前述权利要求中任一项所述的致动机构，其特征在于，所述主旋转驱动装置(31、41、61、71)包括第一马达。

5.根据权利要求4所述的致动机构，其特征在于，所述副旋转驱动装置(32、42、72)包括与所述第一马达分离的第二马达。

6.根据权利要求4所述的致动机构，其特征在于，所述副旋转驱动装置(62)包括所述第一马达和齿轮系(63)，所述齿轮系(63)可旋转地将所述引导件(14)与连接到所述主旋转驱动装置(61)的所述螺杆(2)和所述螺母(4)之一连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的致动机构，其特征在于，所述引导件(44)包括两个对称的引导部分(45、46)，并且每个所述引导部分包括一连接至所述副旋转驱动装置(42)的套筒(47、48)。

8.根据权利要求7所述的致动机构，其特征在于，所述副旋转驱动装置(42)包括两个齿轮(49、50)，所述两个齿轮通过轴连接并且通过马达(51)旋转，每个所述齿轮(49、50)与任一所述引导部分(45、46)的套筒(47、48)连接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的致动机构，其特征在于，所述螺母(4)连接至所述主旋转驱动装置(31、41、61)，以及所述滚柱螺杆机构(1、43)是卫星滚柱螺杆机构。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的致动机构，其特征在于，所述螺杆(82)与所述主旋转驱动装置(71)连接，所述滚柱螺杆机构(73)为反向卫星滚柱螺杆机构。

Images