CN111503233B - 多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸 - Google Patents

多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，本发明采用多点分布的小功率电机星型并联传动群组成多层串联传动群同步驱动,带动一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步旋转，二级滚珠丝杠和外管四限制轴向旋转，由于二级滚珠丝杠、三级滚珠丝杠和外管四内部分别集成有一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母，在一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步转动时，促使其相对应螺母的集成件做轴向运动，达到电动缸同步伸出或缩回的目的。此种电动缸结构方式为国内首创。

Description

多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸
技术领域
本发明涉及大吨位多级电动缸。
背景技术
随着特种车辆多电化术发展的趋势，车载大型导弹发射装置电驱动快速起竖技术成为大型导弹垂直发射技术研究的热点。起竖时间的要求越来越短，大吨位多级电动缸的电机功率和体积越来越大，使得在有限的空间内如何实现车载大型导弹发射装置的电驱动快速垂直起竖成为大型导弹发射车多电化的关键。
针对大吨位多级电动缸使用的电机体积太大的问题，设计了一种使用多电机星型布局的多级重载快速电驱动起竖缸，以实现小空间、大功率的电驱动垂直起竖的总体解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，多层星型布局的电机同步驱动的传动结构，将市场现有的折返式单个大功率电机驱动电动缸，设计为多个小电机同步驱动结构，实现大功率输出和小体积的目的。
本发明的技术方案是：多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，包括电动缸、其特征是还包括驱动轴、八套电机、八套减速机、八个小齿轮、两个大齿圈；
一套电机、一套减速机和一个小齿轮串联安装，组成一个驱动单元，四个驱动单元在一个大齿圈外围按照星型布局同步驱动一个大齿圈，形成一个电机星型传动群；两个大齿圈再通过机械结构连接于内转筒，沿电动缸轴向依次串联两个电机星型传动群共同驱动内转筒旋转，来实现大功率驱动；
电动缸传动结构由外而内依次为内转筒、外管一、外管二、外管三、外管四、三级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠、一级滚珠丝杠、驱动轴，均沿电动缸轴线同心布局；外管一和电动缸基体刚性固定，其余三级外管与外管一之间通过导向结构，使外管之间只能轴向滑动，不能旋转；一级滚珠丝杠和内转筒刚性固定连接，二级滚珠丝杠和外管二刚性固定连接，三级滚珠丝杠和外管三通过第一滚动轴承刚性连接，三级滚珠丝杠相对于外管三沿轴线旋转，同时三级滚珠丝杠和一级滚珠丝杠利用驱动轴及两端的第一导向滑动键、第二导向滑动键连接；二级滚珠丝杠、三级滚珠丝杠和外管四内部分别集成有一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母；
当内转筒带动一级滚珠丝杠旋转，由于二级滚珠丝杠和外管二刚性固定，所以外管二限制了二级滚珠丝杠和集成于二级丝杠内部的一级螺母的旋转运动，使二级滚珠丝杠和集成于二级丝杠内部的一级螺母在一级滚珠丝杠上做轴向运动；同时，一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠利用驱动轴两端的第一导向滑动键、第二导向滑动键使一级滚珠丝杠旋转时带动三级滚珠丝杠实现同步旋转；因为二级滚珠丝杠限制了旋转运动，所以三级滚珠丝杠和集成于三级丝杠内部的二级螺母的旋转运动，会转化为三级滚珠丝杠的轴向往复运动；同时，外管四内部集成了一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母，在三级滚珠丝杠同步旋转的情况下，限制外管四的旋转运动，使外管四在三级滚珠丝杠上做轴向运动；因为一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠为同步旋转，二级滚珠丝杠和外管四不旋转，所以三级同步滚珠丝杠实现同步轴向运动，电动缸做轴向同步伸缩运动。
一种多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，其特征是，第一层四电机星型传动群由单个第一层电机和单个第一层减速机连接，驱动一个第一层小齿轮，再由四个第一层小齿轮围绕第一层大齿圈组成星型驱动单元，使四个第一层电机同步驱动第一层大齿圈，然后第一层大齿圈驱动内转筒旋转，来实现大功率驱动。
一种多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，其特征是，第二层四电机星型传动群由单个第二层电机和单个第二层减速机连接，驱动一个第二层小齿轮，再由四个第二层小齿轮围绕第二层大齿圈组成星型驱动单元，使四个第二层电机同步驱动第二层大齿圈，然后第二层大齿圈驱动内转筒旋转，来实现大功率驱动。
本发明采用多点分布的小功率电机星型并联传动群组成多层串联传动群同步驱动,带动一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步旋转，二级滚珠丝杠和外管四限制轴向旋转，由于二级滚珠丝杠、三级滚珠丝杠和外管四内部分别集成有一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母，在一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步转动时，促使其相对应螺母的集成件做轴向运动，达到电动缸同步伸出或缩回的目的。此种电动缸结构方式为国内首创。
与市场现有电动缸相比，本发明具有下述优点：
1、将市场现有的单个大功率电机驱动的电动缸，设计为多个小功率电机同步驱动的电动缸；动力源分散布局，大幅度降低了单个电机功率需求，电动缸在实现大功率驱动的同时，提高了整个产品动力输出的可靠性与安全性，并且产品外形体积小、重量轻、集成度高、结构紧凑。
2、百吨级重载，推力大，动力输出可靠度高，国内电动缸市场没有百吨级以上的重载电动缸。
3、采用多电机同步控制，任何一台电机故障仍可应急作业，相比单电机驱动方式提高了产品运行的可靠度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1传动原理示意图。
图2电动缸传动原理图。
图3市场现有电动缸传动原理图。
图4小齿轮星型布局驱动大齿圈示意图。
图5电动缸内部三级同步滚珠丝杠力传递路径示意图。
附图标号说明：1-向心关节轴承，2-电动缸，3-三级同步滚珠丝杠，4-失电制动器，5-第一层电机，6-第一层减速机，7-第一层齿轮箱，8-内转筒，9-第二层电机，10-第二层减速机，11-第二层齿轮箱，12-外管四，13-外管三，14-外管二，15-外管一，16-第一层大齿圈，17-第一层小齿轮，18-第二层大齿圈，19-第二层小齿轮，20-第一滚动轴承，21-第二滚动轴承，22-第三滚动轴承，23-第四滚动轴承24-第一导向滑动键，25-第二导向滑动键，26-一级滚珠丝杠，27-二级滚珠丝杠，28-三级滚珠丝杠，29-二级滚珠丝杠导向滑动键，30-三级滚珠丝杠导向滑动键，31-驱动轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，将市场现有折返式电动缸的单个大功率电机，设计为四电机星型结构并联，再进行两个星型电机群串联式同步驱动，以达到大功率驱动和小体积的目的。
本发明多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸结构原理如图1所示：四套电机、减速机及小齿轮的组合体在大齿圈外围按照星型布局，每套电机和减速机的组合体驱动一个小齿轮，四个小齿轮同步驱动同一个大齿圈；两层大齿圈利用内转筒进行刚性连接，内转筒通过刚性连接驱动电动缸内部的一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步旋转，二级滚珠丝杠和外管四限制轴向旋转，由于二级滚珠丝杠、三级滚珠丝杠和外管四内部分别集成有一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母，在一级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠同步转动时，促使其相对应螺母的集成件做轴向运动，实现三级同步滚珠丝杠做同步轴向伸缩运动，达到电动缸同步伸出或缩回的目的。
如图2所示，单个第一层电机5和单个第一层减速机6连接，驱动一个第一层小齿轮17，再由四个第一层小齿轮17围绕第一层大齿圈16组成星型驱动单元，使四个电机5同步驱动第一层大齿圈16，小齿轮17星型布局驱动大齿圈结构见图4，然后第一层大齿圈16驱动内转筒8，这样就组成第一层四电机星型传动群；第二层也是同样原理，单个第二层电机9和单个第二层减速机10连接，驱动一个第二层小齿轮19，再由四个第二层小齿轮19围绕第二层大齿圈18组成星型驱动单元，使四个电机同步驱动第二层大齿圈18，然后第二层大齿圈18驱动内转筒8，组成第二层四电机星型传动群。沿电动缸轴向依次串联两个电机星型传动群共同驱动内转筒8旋转，来实现大功率驱动。
电动缸传动结构由外而内依次为内转筒8、外管一15、外管二14、外管三13、外管四12、三级滚珠丝杠28、二级滚珠丝杠27、一级滚珠丝杠26、驱动轴31，均沿电动缸轴线同心布局，外管一15和电动缸刚性固定，其余三级外管与外管一15之间通过导向结构，使外管之间只能轴向滑动，不能旋转；一级滚珠丝杠26和内转筒8刚性固定连接，二级滚珠丝杠27和外管二14刚性固定连接，三级滚珠丝杠28和外管三13通过第一滚动轴承20刚性连接，三级滚珠丝杠28相对于外管三13可以沿轴线旋转，同时三级滚珠丝杠28和一级滚珠丝杠26利用驱动轴31及两端的第一导向滑动键24、第二导向滑动键25连接，使一级滚珠丝杠26旋转时带动三级滚珠丝杠28同步旋转；
当内转筒8带动一级滚珠丝杠26旋转，由于二级滚珠丝杠27和外管二14刚性固定，所以外管二14限制了二级滚珠丝杠27和集成于二级丝杠内部的一级螺母的旋转运动(旋转扭矩转换为轴向位移)，使二级滚珠丝杠27和集成的一级螺母在一级滚珠丝杠26上做轴向运动；同时，一级滚珠丝杠26和三级滚珠丝杠28利用驱动轴31两端的第一导向滑动键24、第二导向滑动键25实现同步旋转，因为二级滚珠丝杠27限制了旋转运动，所以三级滚珠丝杠28和集成于三级丝杠内部的二级螺母的旋转运动，会转化为三级滚珠丝杠28的轴向往复运动；同时，外管四12内部集成了三级螺母，在三级滚珠丝杠28同步旋转的情况下，限制外管四12的旋转运动，使外管四12在三级滚珠丝杠28上做轴向运动。三级同步滚珠丝杠力的传递路径如图4所示。
因为一级滚珠丝杠26和三级滚珠丝杠28为同步旋转，与其相对应的螺母集成件，二级滚珠丝杠27和外管四12不旋转，所以三级同步滚珠丝杠实现同步轴向运动，电动缸做轴向同步伸缩运动。
市场现有电动缸结构如图3所示，市场现有的电动缸由一套电机5、一套减速机6、一个小齿轮17、一个大齿圈16，一级滚珠丝杠26、二级滚珠丝杠27、三级滚珠丝杠28、外管一15、外管二14、外管三13、外管四12等组成。电动缸的中心线和电机中心线平行，电机通过齿轮传动结构与电动缸采取折返式安装。
外管一与电动缸的基体刚性固定连接，其余三级外管与外管一之间通过导向结构，使四级外管之间只能轴向滑动，不能旋转；电机和减速机串联安装作为动力源，减速机输出轴驱动小齿轮17旋转，传递扭矩至大齿圈16，大齿圈16和一级滚珠丝杠26固定连接，大齿圈16驱动一级滚珠丝杠26做旋转运动；一级滚珠丝杠26、二级滚珠丝杠27和三级滚珠丝杠28同心安装，一级滚珠丝杠26顶端固定安装有二级滚珠丝杠导向滑动键29，限制二级滚珠丝杠27沿一级滚珠丝杠26只可以做相对轴向滑动，二级滚珠丝杠27通过第二滚动轴承21与一级滚珠丝杠26的螺母连接，一级滚珠丝杠26的螺母与外管二14刚性连接，限制螺母旋转。所以当一级滚珠丝杠26做旋转运动，被限制旋转的一级滚珠丝杠螺母只能沿丝杠轴向做直线运动，带动二级滚珠丝杠27伸出或收回。
同理，二级滚珠丝杠27顶端固定安装有三级滚珠丝杠导向滑动键30，限制三级滚珠丝杠28沿二级滚珠丝杠27只可以做相对轴向滑动，三级滚珠丝杠28通过第一滚动轴承20与二级滚珠丝杠27的螺母连接，二级滚珠丝杠27的螺母与外管三13刚性连接，限制螺母旋转。所以当二级滚珠丝杠27做旋转运动，被限制旋转的二级滚珠丝杠螺母只能沿丝杠轴向做直线运动，带动三级滚珠丝杠28伸出或收回。
三级滚珠丝杠28的螺母与外管四12刚性连接，三级滚珠丝杠28旋转运动时，其螺母带动外管四12伸出或收回。
大齿圈16驱动一级滚珠丝杠26做旋转运动时，二级滚珠丝杠27和三级滚珠丝杠28分别通过顶端的二级滚珠丝杠导向滑动键29和三级滚珠丝杠导向滑动键30，与一级滚珠丝杠26做同步旋转，各丝杠相对应的螺母被限制旋转后，带动其刚性连接的外管伸出或收回。
本发明的技术关键点：
(1)多点分布的小功率电机同步驱动方式代替单个大功率电机驱动方式的设计结构。
(2)多电机星型布局传动群及多层传动群的连接结构：电动缸的四电机星型结构并联，然后两个星型电机群串联式同步驱动的传动结构。
(3)一、三级滚珠丝杠同步旋转，二级滚珠丝杠不旋转，二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠分别集成了一级滚珠丝杠和二级滚珠丝杠的螺母，即二、三级滚珠丝杠既是丝杠又是螺母的三级同步滚珠丝杠传动结构；市场现有的电动缸，传动丝杠为三级同步旋转，丝杠与螺母为分体式，之间需要轴承连接支撑，使得电动缸直径比较庞大。
以上所述，仅仅是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.多电机同步驱动大功率四节伸缩式电动缸，包括电动缸（2）、其特征是还包括驱动轴（31）、八套电机、八套减速机、八个小齿轮、两个大齿圈；
一套电机、一套减速机和一个小齿轮串联安装，组成一个驱动单元，四个驱动单元在一个大齿圈外围按照星型布局同步驱动一个大齿圈，形成一个电机星型传动群；两个大齿圈再通过机械结构连接于内转筒（8），沿电动缸轴向依次串联两个电机星型传动群共同驱动内转筒（8）旋转，来实现大功率驱动；
电动缸（2）传动结构由外而内依次为内转筒（8）、外管一（15）、外管二（14）、外管三（13）、外管四（12）、三级滚珠丝杠（28）、二级滚珠丝杠（27）、一级滚珠丝杠（26）、驱动轴（31），均沿电动缸轴线同心布局；外管一（15）和电动缸（2）基体刚性固定，其余三级外管与外管一（15）之间通过导向结构，使外管之间只能轴向滑动，不能旋转；一级滚珠丝杠（26）和内转筒（8）刚性固定连接，二级滚珠丝杠（27）和外管二（14）刚性固定连接，三级滚珠丝杠（28）和外管三（13）通过第一滚动轴承（20）刚性连接，三级滚珠丝杠（28）相对于外管三（13）沿轴线旋转，同时三级滚珠丝杠（28）和一级滚珠丝杠（26）利用驱动轴（31）及两端的第一导向滑动键（24）、第二导向滑动键（25）连接；二级滚珠丝杠（27）、三级滚珠丝杠（28）和外管四（12）内部分别集成有一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母；
当内转筒（8）带动一级滚珠丝杠（26）旋转，由于二级滚珠丝杠（27）和外管二（14）刚性固定，所以外管二（14）限制了二级滚珠丝杠（27）和集成于二级丝杠内部的一级螺母的旋转运动，使二级滚珠丝杠（27）和集成于二级丝杠内部的一级螺母在一级滚珠丝杠（26）上做轴向运动；同时，一级滚珠丝杠（26）和三级滚珠丝杠（28）利用驱动轴（31）两端的第一导向滑动键（24）、第二导向滑动键（25）使一级滚珠丝杠（26）旋转时带动三级滚珠丝杠（28）实现同步旋转；因为二级滚珠丝杠（27）限制了旋转运动，所以三级滚珠丝杠（28）和集成于三级丝杠内部的二级螺母的旋转运动，会转化为三级滚珠丝杠（28）的轴向往复运动；同时，外管四（12）内部集成了一级滚珠丝杠、二级滚珠丝杠和三级滚珠丝杠的螺母，在三级滚珠丝杠（28）同步旋转的情况下，限制外管四（12）的旋转运动，使外管四（12）在三级滚珠丝杠（28）上做轴向运动；因为一级滚珠丝杠（26）和三级滚珠丝杠（28）为同步旋转，二级滚珠丝杠（27）和外管四（12）不旋转，所以三级同步滚珠丝杠(3)实现同步轴向运动，电动缸(2)做轴向同步伸缩运动；
第一层四电机星型传动群由单个第一层电机（5）和单个第一层减速机（6）连接，驱动一个第一层小齿轮（17），再由四个第一层小齿轮（17）围绕第一层大齿圈（16）组成星型驱动单元，使四个第一层电机（5）同步驱动第一层大齿圈（16），然后第一层大齿圈（16）驱动内转筒（8）旋转，来实现大功率驱动；
第二层四电机星型传动群由单个第二层电机（9）和单个第二层减速机（10）连接，驱动一个第二层小齿轮（19），再由四个第二层小齿轮（19）围绕第二层大齿圈（18）组成星型驱动单元，使四个第二层电机（9）同步驱动第二层大齿圈（18），然后第二层大齿圈（18）驱动内转筒（8）旋转，来实现大功率驱动。
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