CN113685526A - 一种多级并行式重载电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级并行式重载电动缸，属于电动缸技术领域。该电动缸包括行星滚柱丝杠轴、螺母、滚柱、缸筒、输入齿轮、伺服电机、减速齿轮、花键和传动筒。伺服电机与底座缸筒固定连接，伺服电机与减速齿轮相连，一级行星滚柱丝杠轴的一端与一级输入齿轮固定连接，另一端与花键A相连，一级螺母和滚柱围绕一级行星滚柱丝杠轴组成一体，二级行星滚柱丝杠轴一端与二级输入齿轮固定连接，另一端与花键B相连，二级螺母和滚柱围绕二级行星滚柱丝杠轴组成一体，三级行星滚柱丝杠轴与三级输入齿轮固定连接，三级螺母和滚柱围绕三级行星滚柱丝杠轴组成一体。本发明减小了空间体积，增强了承载能力，具有强抗弯和抗扭能力，提高了传动速度和传动效率。

Description

一种多级并行式重载电动缸

技术领域

本发明涉及电动缸技术领域，特别是指一种多级并行式重载电动缸。

背景技术

电动缸是一种将伺服电机与丝杠一体化设计的产品，将电机的旋转运动通过丝杠和丝杠副的机械运动转换为推杆的直线运动，通过电机的正反转动实现输出轴的往返运动，可实现远距离控制和集中控制；具有传动效率高、定位精度高、可靠性和安全性高、响应速度快、控制精准和同步性高的性能特点。

现有伺服电动缸整体结构较为复杂，整体的体积较大，在应用的机械设备内需要占用大量空间，安装不方便，适用范围小；同时易磨损、使用寿命短、噪音大，与外部部件连接不方便；在某些体积小精度要求高而且负载比较大的场合，现有产品无法满足使用要求。为了使电动缸获得更实用、更有效的使用功能以便用于特殊的工作场合，需要对电动缸性能进行改良。

电动缸作为全电化战斗车辆、多自由度机器人等装备的核心执行机构，已在车载调平起竖、天文仪器观测等领域广泛应用。由于普通电动缸伸缩比小、体积大、承载小等原因，目前，在要求安装空间小、工作行程长的垂直发射等领域仍采用多级液压缸。多级液压缸工作过程中，存在换级冲击大和“跑、冒、滴和漏”现象等问题，一直困扰着大型垂直发射。所以，研究大伸缩比、小体积、承载大的多级电动缸成为全电化车辆研究的关键技术之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多级并行式重载电动缸，实现了多级电动缸较小轴向尺寸能提供较大的工作行程，采用并行式结构，实现了电动缸的扁平化，减小了空间体积，强化了电动缸的负载能力，增加了抗弯和抗扭能力，具备良好的扩展性和模块化；采用同步传动结构，使一级缸筒、二级缸筒和三级缸筒实现了同步轴向移动，提高了传动速度和传动效率。

该电动缸包括底座缸筒、推力圆柱滚子轴承、一级输入齿轮、减速齿轮、电机输出齿轮、伺服电机、一级行星滚柱丝杠轴、一级螺母、滚柱A、一级缸筒、传动筒A、保护罩A、二级输入齿轮、二级行星滚柱丝杠轴、二级缸筒、二级螺母、滚柱B、传动筒B、三级输入齿轮、保护罩B、三级行星滚柱丝杠轴、三级螺母、滚柱C、花键A、三级缸筒、内齿圈、滚柱保持架和花键B；伺服电机与底座缸筒固定连接，伺服电机轴与电机输出齿轮相连，减速齿轮一侧与电机输出齿轮啮合，另一侧与一级输入齿轮啮合，一级行星滚柱丝杠轴的一端与一级输入齿轮固定连接，另一端与花键A固定连接，一级螺母和滚柱A围绕一级行星滚柱丝杠轴组成一体，一级螺母与一级缸筒固定连接，花键A与传动筒A内连接，传动筒A外侧齿轮与二级输入齿轮啮合，二级行星滚柱丝杠轴一端与二级输入齿轮固定连接，另一端与花键B相连，二级螺母和滚柱B围绕二级行星滚柱丝杠轴组成一体，二级螺母与二级缸筒固定连接，花键B与传动筒B内连接，传动筒B外侧齿轮与三级输入齿轮啮合，三级行星滚柱丝杠轴与三级输入齿轮固定连接，三级螺母和滚柱C围绕三级行星滚柱丝杠轴组成一体，三级螺母与三级缸筒固定连接，滚柱A、滚柱B和滚柱C外侧均设置内齿圈和滚柱保持架。

其中，一级输入齿轮、二级输入齿轮和三级输入齿轮下部均配合有推力圆柱滚子轴承。

传动筒A和二级输入齿轮通过保护罩A与一级缸筒固定连接，保护罩A限制了传动筒A和二级输入齿轮的轴向移动；传动筒B和三级输入齿轮通过保护罩B与二级缸筒固定连接，保护罩B限制了传动筒B和三级输入齿轮的轴向移动。

一级缸筒存在对称结构，同一级的缸筒上存在两个一级行星滚柱丝杠轴、两个一级螺母、两个保护罩A、两个传动筒A、两个花键A、两个二级输入齿轮成并列式对称结构；一级输入齿轮带动一级行星滚柱丝杠轴旋转，两个一级行星滚柱丝杠轴同时转动，滚柱A被一级行星滚柱丝杠轴旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴公转，从而带动两个一级螺母轴向上下移动，两个一级螺母与一级缸筒固定连接，一级缸筒实现轴向上下移动。

底座缸筒、一级缸筒、二级缸筒、三级缸筒在缸筒壁内外侧均存在突出结构，防止缸筒脱离；底座缸筒存在定位孔，限制电机输出齿轮、减速齿轮、一级输入齿轮横向的摆动，保证动力传动平稳；一级缸筒和二级输入齿轮连接处存在凸出结构，二级缸筒和三级输入齿轮连接处存在凸出结构，防止二级输入齿轮和三级输入齿轮的横向的移动，保证动力传动平稳。

传动筒A内壁存在滑槽与花键A啮合，同时传动筒A内壁存在凸出结构，当花键A轴向滑动到凸出结构时，停止运动，防止缸筒脱离。

三级缸筒为双层结构，使传动筒A和传动筒B轴向上下滑动，保证同轴度。

该电动缸启动时，伺服电机将动力传递给电机输出齿轮，电机输出齿轮将动力传递给减速齿轮，减速齿轮将动力传递给一级输入齿轮，一级输入齿轮带动一级行星滚柱丝杠轴旋转，一级行星滚柱丝杠轴与一级螺母、滚柱A、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱A被一级行星滚柱丝杠轴旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴公转，从而带动一级螺母轴向上下移动，一级螺母与一级缸筒固定连接，一级缸筒实现轴向上下移动；一级行星滚柱丝杠轴带动花键A旋转，花键A带动传动筒A旋转的同时沿着传动筒A内壁滑槽轴向上下移动，传动筒A外侧齿轮将动力传递给二级输入齿轮，二级输入齿轮带动二级行星滚柱丝杠轴旋转，二级行星滚柱丝杠轴与二级螺母、滚柱B、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱B被二级行星滚柱丝杠轴旋转带动自转同时围绕二级行星滚柱丝杠轴公转，从而带动二级螺母轴向上下移动，二级螺母与二级缸筒固定连接，二级缸筒实现轴向上下移动；二级行星滚柱丝杠轴带动花键B旋转，花键B带动传动筒B旋转的同时沿着传动筒B内壁滑槽轴向上下移动，传动筒B外侧齿轮将动力传递给三级输入齿轮，三级输入齿轮带动三级行星滚柱丝杠轴旋转，三级行星滚柱丝杠轴与三级螺母、滚柱C、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱C被三级行星滚柱丝杠轴旋转带动自转同时围绕三级行星滚柱丝杠轴公转，从而带动三级螺母轴向上下移动，三级螺母与三级缸筒固定连接，三级缸筒实现轴向上下移动。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过行星滚柱丝杠小体积、大承载和滚柱丝杠高精度、高效率的特点，依据特殊机构组合理论，设计出一种新型多级并行式丝杠传动机构。同一级缸筒使用并列式双行星滚柱丝杠结构，使电动缸的体积明显减小，具有扁平化特征，实现了两个行星滚柱丝杠的同步举升，提高了电动缸的承载能力和轴向刚性。行星滚柱丝杠之间的动力传递采用传动筒设计，减少了中间传动环节，实现转矩的传递同时不影响滑动，实现多个缸筒的同步轴向移动，提高了传动效率和传动速度。

各个缸筒的凸出和传动筒内壁的凸出部分限制了行星滚柱丝杠的行程，有效地防止了各个缸筒的脱离，保证了结构的稳定性。三级缸筒采用双层设计保证了传动筒轴向上下滑动的同时也保证了传动筒的同轴度，同时也增加了电动缸的抗弯和抗扭能力。两个行星滚柱丝杠并联式结构可以实现扩展，可以依照本发明的传动筒传动原理，在同一级缸筒并联更多的行星滚柱丝杠，提高电动缸的负载能力。可以采用传动筒的传动原理，在三级电动缸的基础上实现更多级数的结构构造，提高电动缸的举升高度。可以采用传动筒的传动原理，三个行星滚柱丝杠并联成环形，举升同一级缸筒，实现更大负载能力。二级行星滚柱丝杠轴或三级行星滚柱丝杠轴可以更换为串联式二级电动缸结构，从而实现了电动缸的串并联结合，形成一种新结构减小电动缸长度。

附图说明

图1为本发明的多级并行式重载电动缸结构示意图；

图2为本发明的多级并行式重载电动缸内部结构示意图；

图3为本发明的多级并行式重载电动缸的传动筒俯视图。

其中：1-底座缸筒；2-推力圆柱滚子轴承；3-一级输入齿轮；4-减速齿轮；5-电机输出齿轮；6-伺服电机；7-一级行星滚柱丝杠轴；8-一级螺母；9-滚柱A；10-一级缸筒；11-传动筒A；12-保护罩A；13-二级输入齿轮；14-二级行星滚柱丝杠轴；15-二级缸筒；16-二级螺母；17-滚柱B；18-传动筒B；19-三级输入齿轮；20-保护罩B；21-三级行星滚柱丝杠轴；22-三级螺母；23-滚柱C；24-花键A；25-三级缸筒；26-内齿圈；27-滚柱保持架；28-花键B。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种多级并行式重载电动缸。

如图1、图2和图3所示，该电动缸包括底座缸筒1、推力圆柱滚子轴承2、一级输入齿轮3、减速齿轮4、电机输出齿轮5、伺服电机6、一级行星滚柱丝杠轴7、一级螺母8、滚柱A9、一级缸筒10、传动筒A11、保护罩A12、二级输入齿轮13、二级行星滚柱丝杠轴14、二级缸筒15、二级螺母16、滚柱B17、传动筒B18、三级输入齿轮19、保护罩B20、三级行星滚柱丝杠轴21、三级螺母22、滚柱C23、花键A24、三级缸筒25、内齿圈26、滚柱保持架27和花键B28；伺服电机6与底座缸筒1固定连接，伺服电机轴与电机输出齿轮5相连，减速齿轮4一侧与电机输出齿轮5啮合，另一侧与一级输入齿轮3啮合，一级行星滚柱丝杠轴7的一端与一级输入齿轮3固定连接，另一端与花键A24固定连接，一级螺母8和滚柱A9围绕一级行星滚柱丝杠轴7组成一体，一级螺母8与一级缸筒10固定连接，花键A24与传动筒A11内连接，传动筒A11外侧齿轮与二级输入齿轮13啮合，二级行星滚柱丝杠轴14一端与二级输入齿轮13固定连接，另一端与花键B28相连，二级螺母16和滚柱B17围绕二级行星滚柱丝杠轴14组成一体，二级螺母16与二级缸筒15固定连接，花键B28与传动筒B18内连接，传动筒B18外侧齿轮与三级输入齿轮19啮合，三级行星滚柱丝杠轴21与三级输入齿轮19固定连接，三级螺母22和滚柱C23围绕三级行星滚柱丝杠轴21组成一体，三级螺母22与三级缸筒25固定连接，滚柱A9、滚柱B17和滚柱C23外侧均设置内齿圈26和滚柱保持架27。

实际设计中，一级输入齿轮3、二级输入齿轮13和三级输入齿轮19下部均配合有推力圆柱滚子轴承2。

传动筒A11和二级输入齿轮13通过保护罩A12与一级缸筒10固定连接，保护罩A12限制了传动筒A11和二级输入齿轮13的轴向移动；传动筒B18和三级输入齿轮19通过保护罩B20与二级缸筒15固定连接，保护罩B20限制了传动筒B18和三级输入齿轮19的轴向移动。

一级缸筒10上存在对称结构，同一级的缸筒上存在两个一级行星滚柱丝杠轴7、两个一级螺母8、两个保护罩A12、两个传动筒A11、两个花键A24、两个二级输入齿轮13成并列式对称结构；一级输入齿轮3带动一级行星滚柱丝杠轴7旋转，两个一级行星滚柱丝杠轴7同时转动，滚柱A9被一级行星滚柱丝杠轴7旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴7公转，从而带动两个一级螺母8轴向上下移动，两个一级螺母8与一级缸筒10固定连接，一级缸筒10实现轴向上下移动。

底座缸筒1、一级缸筒10、二级缸筒15、三级缸筒25在缸筒壁内外侧均存在突出结构，防止缸筒脱离；底座缸筒1存在定位孔，限制电机输出齿轮5、减速齿轮4、一级输入齿轮3横向的摆动，保证动力传动平稳；一级缸筒10和二级输入齿轮13连接处存在凸出结构，二级缸筒15和三级输入齿轮19连接处存在凸出结构，防止二级输入齿轮13和三级输入齿轮19的横向的移动，保证动力传动平稳。

传动筒A11内壁存在滑槽与花键A24啮合，同时传动筒A11内壁存在凸出结构，当花键A24轴向滑动到凸出结构时，停止运动，防止缸筒脱离。

三级缸筒25为双层结构，使传动筒A11和传动筒B18轴向上下滑动，同时保证了同轴度，增强了电动缸的抗弯抗扭能力。

上述两个一级输入齿轮、两个减速齿轮、电机输出齿轮、两个传动筒A、两个二级输入齿轮、两个传动筒B、两个三级输入齿轮均与推力圆柱滚子轴承轴向支撑。

在具体应用中，该电动缸启动时，伺服电机6将动力传递给电机输出齿轮5，电机输出齿轮5将动力传递给减速齿轮4，减速齿轮4将动力传递给一级输入齿轮3，一级输入齿轮3带动一级行星滚柱丝杠轴7旋转，一级行星滚柱丝杠轴7与一级螺母8、滚柱A9、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱A9被一级行星滚柱丝杠轴7旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴7公转，从而带动一级螺母8轴向上下移动，一级螺母8与一级缸筒10固定连接，一级缸筒10实现轴向上下移动；一级行星滚柱丝杠轴7带动花键A24旋转，花键A24带动传动筒A11旋转的同时沿着传动筒A11内壁滑槽轴向上下移动，传动筒A11外侧齿轮将动力传递给二级输入齿轮13，二级输入齿轮13带动二级行星滚柱丝杠轴14旋转，二级行星滚柱丝杠轴14与二级螺母16、滚柱B17、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱B17被二级行星滚柱丝杠轴14旋转带动自转同时围绕二级行星滚柱丝杠轴14公转，从而带动二级螺母16轴向上下移动，二级螺母16与二级缸筒15固定连接，二级缸筒15实现轴向上下移动；二级行星滚柱丝杠轴14带动花键B28旋转，花键B28带动传动筒B18旋转的同时沿着传动筒B18内壁滑槽轴向上下移动，传动筒B18外侧齿轮将动力传递给三级输入齿轮19，三级输入齿轮19带动三级行星滚柱丝杠轴21旋转，三级行星滚柱丝杠轴21与三级螺母22、滚柱C23、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱C23被三级行星滚柱丝杠轴21旋转带动自转同时围绕三级行星滚柱丝杠轴21公转，从而带动三级螺母22轴向上下移动，三级螺母22与三级缸筒25固定连接，三级缸筒25实现轴向上下移动；三个缸筒实现了同步轴向移动，提高了传动速度和传动效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多级并行式重载电动缸，其特征在于：包括底座缸筒(1)、推力圆柱滚子轴承(2)、一级输入齿轮(3)、减速齿轮(4)、电机输出齿轮(5)、伺服电机(6)、一级行星滚柱丝杠轴(7)、一级螺母(8)、滚柱A(9)、一级缸筒(10)、传动筒A(11)、保护罩A(12)、二级输入齿轮(13)、二级行星滚柱丝杠轴(14)、二级缸筒(15)、二级螺母(16)、滚柱B(17)、传动筒B(18)、三级输入齿轮(19)、保护罩B(20)、三级行星滚柱丝杠轴(21)、三级螺母(22)、滚柱C(23)、花键A(24)、三级缸筒(25)、内齿圈(26)、滚柱保持架(27)和花键B(28)；伺服电机(6)与底座缸筒(1)固定连接，伺服电机轴与电机输出齿轮(5)相连，减速齿轮(4)一侧与电机输出齿轮(5)啮合，另一侧与一级输入齿轮(3)啮合，一级行星滚柱丝杠轴(7)的一端与一级输入齿轮(3)固定连接，另一端与花键A(24)固定连接，一级螺母(8)和滚柱A(9)围绕一级行星滚柱丝杠轴(7)组成一体，一级螺母(8)与一级缸筒(10)固定连接，花键A(24)与传动筒A(11)内连接，传动筒A(11)外侧齿轮与二级输入齿轮(13)啮合，二级行星滚柱丝杠轴(14)一端与二级输入齿轮(13)固定连接，另一端与花键B(28)相连，二级螺母(16)和滚柱B(17)围绕二级行星滚柱丝杠轴(14)组成一体，二级螺母(16)与二级缸筒(15)固定连接，花键B(28)与传动筒B(18)内连接，传动筒B(18)外侧齿轮与三级输入齿轮(19)啮合，三级行星滚柱丝杠轴(21)与三级输入齿轮(19)固定连接，三级螺母(22)和滚柱C(23)围绕三级行星滚柱丝杠轴(21)组成一体，三级螺母(22)与三级缸筒(25)固定连接，滚柱A(9)、滚柱B(17)和滚柱C(23)外侧均设置内齿圈(26)和滚柱保持架(27)。

2.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述一级输入齿轮(3)、二级输入齿轮(13)和三级输入齿轮(19)下部均配合有推力圆柱滚子轴承(2)。

3.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述传动筒A(11)和二级输入齿轮(13)通过保护罩A(12)与一级缸筒(10)固定连接，保护罩A(12)限制了传动筒A(11)和二级输入齿轮(13)的轴向移动；传动筒B(18)和三级输入齿轮(19)通过保护罩B(20)与二级缸筒(15)固定连接，保护罩B(20)限制了传动筒B(18)和三级输入齿轮(19)的轴向移动。

4.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述一级缸筒(10)存在对称结构，同一级的缸筒上存在两个一级行星滚柱丝杠轴(7)、两个一级螺母(8)、两个保护罩A(12)、两个传动筒A(11)、两个花键A(24)、两个二级输入齿轮(13)成并列式对称结构；一级输入齿轮(3)带动一级行星滚柱丝杠轴(7)旋转，两个一级行星滚柱丝杠轴(7)同时转动，滚柱A(9)被一级行星滚柱丝杠轴(7)旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴(7)公转，从而带动两个一级螺母(8)轴向上下移动，两个一级螺母(8)与一级缸筒(10)固定连接，一级缸筒(10)实现轴向上下移动。

5.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述底座缸筒(1)、一级缸筒(10)、二级缸筒(15)、三级缸筒(25)在缸筒壁内外侧均存在突出结构，防止缸筒脱离；底座缸筒(1)存在定位孔，限制电机输出齿轮(5)、减速齿轮(4)、一级输入齿轮(3)横向的摆动，保证动力传动平稳；一级缸筒(10)和二级输入齿轮(13)连接处存在凸出结构，二级缸筒(15)和三级输入齿轮(19)连接处存在凸出结构，防止二级输入齿轮(13)和三级输入齿轮(19)的横向的移动，保证动力传动平稳。

6.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述传动筒A(11)内壁存在滑槽与花键A(24)啮合，同时传动筒A(11)内壁存在凸出结构，当花键A(24)轴向滑动到凸出结构时，停止运动，防止缸筒脱离。

7.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：所述三级缸筒(25)为双层结构，使传动筒A(11)和传动筒B(18)轴向上下滑动，保证同轴度。

8.根据权利要求1所述的多级并行式重载电动缸，其特征在于：该电动缸启动时，伺服电机(6)将动力传递给电机输出齿轮(5)，电机输出齿轮(5)将动力传递给减速齿轮(4)，减速齿轮(4)将动力传递给一级输入齿轮(3)，一级输入齿轮(3)带动一级行星滚柱丝杠轴(7)旋转，一级行星滚柱丝杠轴(7)与一级螺母(8)、滚柱A(9)、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱A(9)被一级行星滚柱丝杠轴(7)旋转带动自转同时围绕一级行星滚柱丝杠轴(7)公转，从而带动一级螺母(8)轴向上下移动，一级螺母(8)与一级缸筒(10)固定连接，一级缸筒(10)实现轴向上下移动；一级行星滚柱丝杠轴(7)带动花键A(24)旋转，花键A(24)带动传动筒A(11)旋转的同时沿着传动筒A(11)内壁滑槽轴向上下移动，传动筒A(11)外侧齿轮将动力传递给二级输入齿轮(13)，二级输入齿轮(13)带动二级行星滚柱丝杠轴(14)旋转，二级行星滚柱丝杠轴(14)与二级螺母(16)、滚柱B(17)、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱B(17)被二级行星滚柱丝杠轴(14)旋转带动自转同时围绕二级行星滚柱丝杠轴(14)公转，从而带动二级螺母(16)轴向上下移动，二级螺母(16)与二级缸筒(15)固定连接，二级缸筒(15)实现轴向上下移动；二级行星滚柱丝杠轴(14)带动花键B(28)旋转，花键B(28)带动传动筒B(18)旋转的同时沿着传动筒B(18)内壁滑槽轴向上下移动，传动筒B(18)外侧齿轮将动力传递给三级输入齿轮(19)，三级输入齿轮(19)带动三级行星滚柱丝杠轴(21)旋转，三级行星滚柱丝杠轴(21)与三级螺母(22)、滚柱C(23)、内齿圈、滚柱保持架组成丝杠副，滚柱C(23)被三级行星滚柱丝杠轴(21)旋转带动自转同时围绕三级行星滚柱丝杠轴(21)公转，从而带动三级螺母(22)轴向上下移动，三级螺母(22)与三级缸筒(25)固定连接，三级缸筒(25)实现轴向上下移动。

Images