CN112696476A - 带电磁缓冲装置的电动加载器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了带电磁缓冲装置的电动加载器，属于机械电动伺服加载领域，包括加载组件、缓冲组件、谐波减速器和电机，电机的输出端和谐波减速器的输入端连接，谐波减速器的输出端和加载组件的输入端的滚珠丝杠连接，滚珠丝杠和丝杠螺母螺纹连接，丝杠螺母的外表面安装有螺母座，缓冲组件的左端面和螺母座的右端面连接，加载组件的输出端有伸出活塞，伸出活塞的左端面和缓冲组件的右端面连接。本发明避免了加载时产生刚性冲击，具有缓冲减振功能，易于调控，载荷输出连续稳定，载荷调控范围广，加载精度高。

Description

带电磁缓冲装置的电动加载器

技术领域

本发明属于机械电动伺服加载领域，涉及带电磁缓冲装置的电动加载器。

背景技术

随着伺服控制技术、电工电子产品与精密传动部件的发展，电动加载装置在航空航天、智能制造、医疗器械、工程机械以及国防军工等领域得到广泛应用。相较于传统的机械与液压加载装置，电动加载装置具有传动效率高、电气同步性好、工作运行平稳、结构紧凑、维修方便等诸多优点，越来越受到广大科技工作者的青睐。

现有技术中，电动加载装置的载荷缓冲部件多采用机械方式。中国专利CN201711488253.8公开的是一种电动缸加载双弹簧缓冲装置，所述技术方案中，由于双弹簧缓冲装置的刚性较大，在遭受冲击载荷后易变形损坏，结构较为复杂，并且弹簧在反复交变应力作用下易疲劳失效，会造成装置机械结构加速老化，不利于后期的维护保养。中国专利CN201510137801.7公开的是一种双向双动集成加载器，所述技术方案中，采用的是两组蝶形弹簧来作为载荷输出与缓冲部件，而由于蝶形弹簧属于异形弹簧，制造精度要求高，加工成本偏高，并且载荷偏差难以保证。除了机械弹簧以外，电磁装置也是一种理想的能量转换与载荷缓冲装置，其易于主动控制，可通过控制通断电、电流强弱、电流方向、电阻大小等来改变其磁极有无、磁性大小、磁性方向等关键参数，特别适用于精密加载、电动伺服以及电磁控制相结合的机械领域。

发明内容

本发明要解决的问题是带电磁缓冲装置的电动加载器，属于机械电动伺服加载领域，避免了加载时产生刚性冲击，具有缓冲减振功能，易于调控，载荷输出连续稳定，载荷调控范围广，加载精度高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：带电磁缓冲装置的电动加载器，属于机械电动伺服加载领域，包括加载组件、缓冲组件、谐波减速器和电机，电机的输出端和谐波减速器的输入端连接，谐波减速器的输出端和加载组件的输入端的滚珠丝杠连接，滚珠丝杠和丝杠螺母螺纹连接，丝杠螺母的外表面安装有螺母座，缓冲组件的左端面和螺母座的右端面连接，加载组件的输出端有伸出活塞，伸出活塞的左端面和缓冲组件的右端面连接，所述缓冲组件包括连接套筒、第一端盖、固定套筒、固定挡板、磁铁、电磁套筒和励磁线圈，连接套筒的左端面固定在螺母座的右端面，连接套筒是中空结构，第一端盖固定在连接套筒的右端面，伸出活塞穿过第一端盖，固定套筒的右端面固定在伸出活塞的左端面且在连接套筒的内部，磁铁安装在固定套筒上，固定挡板固定在固定套筒上且在磁铁的左侧，电磁套筒固定在螺母座的右端面且在连接套筒的内部，励磁线圈缠绕在电磁套筒上。

进一步的，加载组件还包括第二端盖、主体外壳、第三端盖、轴承座和第一轴承，第二端盖、主体外壳和第三端盖同轴由左向右依次设置，主体外壳是中空结构，第一轴承、轴承座和主体外壳同轴由内而外依次设置，螺母座和缓冲组件在主体外壳的内部且在轴承座的右端，滚珠丝杠穿过第二端盖和第一轴承。

进一步的，谐波减速器包括左端盖、减速器外壳、右端盖、减速器输入轴、波发生器、薄壁滚动轴承、柔轮、钢轮、减速器输出轴、第二轴承、第三轴承、限位套筒和透气阀，左端盖、减速器外壳和右端盖同轴由左向右依次设置，减速器输入轴穿过左端盖进入减速器外壳内，减速器输入轴、波发生器、薄壁滚动轴承、柔轮和钢轮同轴由内而外依次设置，钢轮的右端面固定在减速器输入轴的左端，减速器输入轴和第二轴承同轴由内而外设置，第二轴承的轴承外圈固定在左端盖的内表面，减速器输出轴和第三轴承同轴由内而外设置，第三轴承的轴承外圈固定在减速器外壳的内表面，限位套筒安装在第三轴承的右侧，减速器输出轴穿过限位套筒，透气阀安装在减速器外壳上。

进一步的，第一联轴器安装在电机的输出端和谐波减速器的输入端之间，第二联轴器安装在谐波减速器的输出端和丝杠螺母的左端之间。

进一步的，还包括第四轴承和第一弹性挡圈，伸出活塞的左端面有开口，第四轴承固定在开口内壁上，第一弹性挡圈固定在第四轴承的右侧面，第一弹性挡圈上有水平贯穿的通孔，第一弹性挡圈的通孔的直径小于滚珠丝杠右端面的直径，滚珠丝杠的右端穿过第四轴承且在第一弹性挡圈的左侧。

进一步的，还包括毡封油圈，毡封油圈嵌设在第二端盖内部的凹槽中。

进一步的，还包括铜套，铜套和第三端盖同轴由内而外设置。

进一步的，还包括第二弹性挡圈、第一密封圈、第二密封圈和限位套筒，减速器输入轴和第二弹性挡圈同轴由内而外设置，第二弹性挡圈安装在第二轴承的左侧，第二弹性挡圈的外径大于波发生器的外径，第一密封圈嵌设在左端盖内部的凹槽中，第二密封圈嵌设在右端盖内部的凹槽中。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下：

1.本发明避免了加载时产生刚性冲击，具有缓冲减振功能，易于调控，载荷输出连续稳定，载荷调控范围广，加载精度高。

2.本发明的励磁线圈缠绕在电磁套筒上，通过调整励磁线圈的电流方向、电流大小、线圈匝数、材质等，改变了磁力的大小，达到多种缓冲效果的调节需求。

3.本发明的第一联轴器安装在电机的输出端和谐波减速器的输入端之间，第二联轴器安装在谐波减速器的输出端和丝杠螺母的左端之间，使用联轴器连接，结构简单、成本低、可传递较大转矩。

4.本发明的第一弹性挡圈的通孔的直径小于滚珠丝杠右端面的直径，滚珠丝杠的右端穿过第四轴承且在第一弹性挡圈的左侧，第一弹性挡圈限制了滚珠丝杠的轴向位置，保证了运行稳定。

5.本发明的毡封油圈嵌设在第二端盖内部的凹槽中，起到了防尘的作用，密封性好。

6.本发明的铜套和第三端盖同轴由内而外设置，对伸出活塞起到了导向作用，硬度高，耐磨性好，使用寿命长，安装和维修方便。

7.本发明的减速器输入轴和第二弹性挡圈同轴由内而外设置，第二弹性挡圈安装在第二轴承的左侧，第二弹性挡圈的外径大于波发生器的外径，减速器输入轴不会松脱。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明带电磁缓冲装置的电动加载器的示意图；

图2是本发明带电磁缓冲装置的加载组件和缓冲组件的示意图；

图3是本发明带电磁缓冲装置的谐波减速器的示意图。

附图标记：

1、加载组件；2、缓冲组件；3、谐波减速器；4、电机；5、第一联轴器；6、第二联轴器；11、滚珠丝杠；12、丝杠螺母；13、螺母座；14、伸出活塞；15、第二端盖；16、主体外壳；17、第三端盖；18、轴承座；19、第一轴承；21、连接套筒；22、第一端盖；23、固定套筒；24、固定挡板；25、磁铁；26、电磁套筒；27、励磁线圈；31、左端盖；32、减速器外壳；33、右端盖；34、减速器输入轴；35、波发生器；36、薄壁滚动轴承；37、柔轮；38、钢轮；39、减速器输出轴；40、第二轴承；41、第三轴承；42、限位套筒；43、透气阀；51、第四轴承；52、第一弹性挡圈；53、毡封油圈；54、铜套；55、第二弹性挡圈；56、第一密封圈；57、第二密封圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1～3所示，本发明为带电磁缓冲装置的电动加载器，属于机械电动伺服加载领域，包括加载组件1、缓冲组件2、谐波减速器3和电机4，电机4的输出端和谐波减速器3的输入端连接，谐波减速器3的输出端和加载组件1的输入端的滚珠丝杠11连接，滚珠丝杠11和丝杠螺母12螺纹连接，丝杠螺母12的外表面安装有螺母座13，缓冲组件2的左端面和螺母座13的右端面连接，加载组件1的输出端有伸出活塞14，伸出活塞14的左端面和缓冲组件2的右端面连接，缓冲组件2包括连接套筒21、第一端盖22、固定套筒23、固定挡板24、磁铁25、电磁套筒26和励磁线圈27，连接套筒21的左端面固定在螺母座13的右端面，连接套筒21是中空结构，第一端盖22固定在连接套筒21的右端面，伸出活塞14穿过第一端盖22，固定套筒23的右端面固定在伸出活塞14的左端面且在连接套筒21的内部，磁铁25安装在固定套筒23上，固定挡板24固定在固定套筒23上且在磁铁25的左侧，电磁套筒26固定在螺母座13的右端面且在连接套筒21的内部，励磁线圈27缠绕在电磁套筒26上，通过调整励磁线圈27的电流方向、电流大小、线圈匝数、材质等，改变了磁力的大小，达到多种缓冲效果的调节需求。

优选地，加载组件1还包括第二端盖15、主体外壳16、第三端盖17、轴承座18和第一轴承19，第二端盖15、主体外壳16和第三端盖17同轴由左向右依次设置，主体外壳16是中空结构，第一轴承19、轴承座18和主体外壳16同轴由内而外依次设置，螺母座13和缓冲组件2在主体外壳16的内部且在轴承座18的右端，滚珠丝杠11穿过第二端盖15和第一轴承19。

优选地，谐波减速器3包括左端盖31、减速器外壳32、右端盖33、减速器输入轴34、波发生器35、薄壁滚动轴承36、柔轮37、钢轮38、减速器输出轴39、第二轴承40、第三轴承41、限位套筒42和透气阀43，左端盖31、减速器外壳32和右端盖33同轴由左向右依次设置，减速器输入轴34穿过左端盖31进入减速器外壳32内，减速器输入轴34、波发生器35、薄壁滚动轴承36、柔轮37和钢轮38同轴由内而外依次设置，钢轮38的右端面固定在减速器输入轴34的左端，减速器输入轴34和第二轴承40同轴由内而外设置，第二轴承40的轴承外圈固定在左端盖31的内表面，减速器输出轴39和第三轴承41同轴由内而外设置，第三轴承41的轴承外圈固定在减速器外壳32的内表面，限位套筒42安装在第三轴承41的右侧，减速器输出轴39穿过限位套筒42，透气阀43安装在减速器外壳32上。

优选地，第一联轴器5安装在电机4的输出端和谐波减速器3的输入端之间，第二联轴器6安装在谐波减速器3的输出端和丝杠螺母12的左端之间，使用联轴器连接，结构简单、成本低、可传递较大转矩。

优选地，还包括第四轴承51和第一弹性挡圈52，伸出活塞14的左端面有开口，第四轴承51固定在开口内壁上，第一弹性挡圈52固定在第四轴承51的右侧面，第一弹性挡圈52上有水平贯穿的通孔，第一弹性挡圈52的通孔的直径小于滚珠丝杠11右端面的直径，滚珠丝杠11的右端穿过第四轴承51且在第一弹性挡圈52的左侧，第一弹性挡圈52限制了滚珠丝杠11的轴向位置，保证了运行稳定。

优选地，毡封油圈53嵌设在第二端盖15内部的凹槽中，起到了防尘的作用，密封性好。

优选地，铜套54和第三端盖17同轴由内而外设置，对伸出活塞14起到了导向作用，硬度高，耐磨性好，使用寿命长，安装和维修方便。

优选地，减速器输入轴34和第二弹性挡圈55同轴由内而外设置，第二弹性挡圈55安装在第二轴承40的左侧，第二弹性挡圈55的外径大于波发生器35的外径，减速器输入轴34不会松脱，第一密封圈56嵌设在左端盖31内部的凹槽中，第二密封圈57嵌设在右端盖33内部的凹槽中，密封性好。

在实际工作过程中，当电动加载器需要输出压力载荷时，启动电机4，电机4正转使电机输出轴旋转，电机输出轴通过第一联轴器5将动力传递给谐波减速器3的减速器输入轴34，减速器输入轴34带动波发生器35转动，波发生器35使薄壁滚动轴承36和柔轮37产生形变，柔轮37和钢轮38接触，使减速器输出轴39转动，通过谐波减速器3降速增矩后，第二联轴器6将动力传递给滚珠丝杠11，滚珠丝杠11与丝杠螺母12配合使用，将旋转运动转换成直线进给运动，由于丝杠螺母12和螺母座13是通过螺纹连接形式连接的，丝杠螺母12带动螺母座13向右做直线运动，此时，缓冲组件2内部的励磁线圈27根据输出载荷的设定，已输入一定大小安培的电流，使励磁线圈27与磁铁25之间产生斥力，缓冲组件2的固定套筒23带动伸出活塞14在铜套54的导向作用下继续向右做直线运动，直至伸出活塞14的输出端与受载部件接触，伸出活塞14停止直线进给运动，电磁套筒26继续向右做直线运动，使励磁线圈27与磁铁25之间的相对距离减小，斥力变大，同时持续增大励磁线圈27中的电流大小，使励磁线圈27与磁铁25之间的斥力持续增大，该斥力经固定套筒23和伸出活塞14传递至受载部件，当达到设定输出载荷设置时，电动加载器内部的所有部件停止运动，电动加载器对受载部件施加静态压力载荷。另外，当需要对受载部件施加动态压力载荷时，可以通过调控电机输出轴的位移大小、转动速度、转动频率等参数来实现，也可以调控励磁线圈27中电流大小、交流频率等参数来实现，缓冲组件2可以通过改变励磁线圈27的电流大小、线圈匝数、磁体材料等参数来调整其磁性、刚度、模量等性能，以达到调控电动加载器的载荷范围、输出速度、加载精度等工作特性的目的，实现了电动加载器输出载荷的柔性传递、行程的有效调节以及振动幅值与振动载荷的高效控制，达到载荷输出连续稳定，载荷调控范围明显提高，加载精度显著提升的目标。

当电动加载器输出拉伸载荷时，将伸出活塞14的输出端和受载部件固定连接，启动电机4，电机4反转使电机输出轴反向旋转，电机输出轴通过第一联轴器5将动力传递给谐波减速器3的减速器输入轴34，减速器输入轴34带动波发生器35转动，波发生器35使薄壁滚动轴承36和柔轮37产生形变，柔轮37和钢轮38接触，使减速器输出轴39转动，通过谐波减速器3降速增矩后，第二联轴器6将动力传递给滚珠丝杠11，滚珠丝杠11与丝杠螺母12配合使用，将旋转运动转换成直线进给运动，由于丝杠螺母12和螺母座13是通过螺纹连接形式连接的，丝杠螺母12带动螺母座13向左做直线运动，此时，励磁线圈27根据输出载荷的设定，已输入一定大小安培的电流，使励磁线圈27与磁铁25之间产生引力，当螺母座13带动缓冲组件2运动到与轴承座18接触时为极限位置，将电机4停止，增大励磁线圈27中的电流大小，使励磁线圈27与磁铁25之间的引力持续增大，伸出活塞14对受载部件的拉力逐渐增大，当达到设定输出载荷设置时，电动加载器内部的所有部件停止运动，电动加载器对受载部件施加静态载荷。另外，当需要对受载部件施加动态形拉伸载荷时，可以通过调控电机输出轴的位移大小、转动速度、转动频率等参数来实现，也可以通过调控励磁线圈27中电流大小、交流频率等参数来实现。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：包括加载组件、缓冲组件、谐波减速器和电机，电机的输出端和谐波减速器的输入端连接，谐波减速器的输出端和加载组件的输入端的滚珠丝杠连接，滚珠丝杠和丝杠螺母螺纹连接，丝杠螺母的外表面安装有螺母座，缓冲组件的左端面和螺母座的右端面连接，加载组件的输出端有伸出活塞，伸出活塞的左端面和缓冲组件的右端面连接，

所述缓冲组件包括连接套筒、第一端盖、固定套筒、固定挡板、磁铁、电磁套筒和励磁线圈，连接套筒的左端面固定在螺母座的右端面，连接套筒是中空结构，第一端盖固定在连接套筒的右端面，伸出活塞穿过第一端盖，固定套筒的右端面固定在伸出活塞的左端面且在连接套筒的内部，磁铁安装在固定套筒上，固定挡板固定在固定套筒上且在磁铁的左侧，电磁套筒固定在螺母座的右端面且在连接套筒的内部，励磁线圈缠绕在电磁套筒上。

2.根据权利要求1所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：加载组件还包括第二端盖、主体外壳、第三端盖、轴承座和第一轴承，第二端盖、主体外壳和第三端盖同轴由左向右依次设置，主体外壳是中空结构，第一轴承、轴承座和主体外壳同轴由内而外依次设置，螺母座和缓冲组件在主体外壳的内部且在轴承座的右端，滚珠丝杠穿过第二端盖和第一轴承。

3.根据权利要求1所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：谐波减速器包括左端盖、减速器外壳、右端盖、减速器输入轴、波发生器、薄壁滚动轴承、柔轮、钢轮、减速器输出轴、第二轴承、第三轴承、限位套筒和透气阀，左端盖、减速器外壳和右端盖同轴由左向右依次设置，减速器输入轴穿过左端盖进入减速器外壳内，减速器输入轴、波发生器、薄壁滚动轴承、柔轮和钢轮同轴由内而外依次设置，钢轮的右端面固定在减速器输入轴的左端，减速器输入轴和第二轴承同轴由内而外设置，第二轴承的轴承外圈固定在左端盖的内表面，减速器输出轴和第三轴承同轴由内而外设置，第三轴承的轴承外圈固定在减速器外壳的内表面，限位套筒安装在第三轴承的右侧，减速器输出轴穿过限位套筒，透气阀安装在减速器外壳上。

4.根据权利要求1所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：第一联轴器安装在电机的输出端和谐波减速器的输入端之间，第二联轴器安装在谐波减速器的输出端和丝杠螺母的左端之间。

5.根据权利要求1所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：还包括第四轴承和第一弹性挡圈，伸出活塞的左端面有开口，第四轴承固定在开口内壁上，第一弹性挡圈固定在第四轴承的右侧面，第一弹性挡圈上有水平贯穿的通孔，第一弹性挡圈的通孔的直径小于滚珠丝杠右端面的直径，滚珠丝杠的右端穿过第四轴承且在第一弹性挡圈的左侧。

6.根据权利要求2所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：还包括毡封油圈，毡封油圈嵌设在第二端盖内部的凹槽中。

7.根据权利要求2所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：还包括铜套，铜套和第三端盖同轴由内而外设置。

8.根据权利要求3所述的带电磁缓冲装置的电动加载器，其特征在于：还包括第二弹性挡圈、第一密封圈、第二密封圈和限位套筒，减速器输入轴和第二弹性挡圈同轴由内而外设置，第二弹性挡圈安装在第二轴承的左侧，第二弹性挡圈的外径大于波发生器的外径，第一密封圈嵌设在左端盖内部的凹槽中，第二密封圈嵌设在右端盖内部的凹槽中。

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