CN113819211A - 一种负载敏感式双向电动推杆机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动推杆技术领域，尤其涉及一种负载敏感式双向电动推杆机构。目的是针对双向负载差异提供一种负载敏感式双向电动推杆机构，主要由无刷电机、扭矩限制器、差动减速器、丝杠、关节轴承及手动操作接口等组成，具有双向、同步与差动输出、过载保护及自锁功能。当启动电机或手摇轮时，传动齿轮带动差速器旋转，差速器的行星齿轮与两侧输出轴连接的半轴齿轮啮合以完成输出轴的双向伸缩；差速器与摩擦式力限制器组合完成电动推杆同步/差速工作模式的切换，当负载扭矩差小于等于设定值时，电动推杆双向同步伸缩；当负载扭矩差大于设定值时，两摩擦片相对滑动，电动推杆双向差速伸缩；当负载扭矩大于最大工作扭矩时，机构自动双向自锁。

Description

一种负载敏感式双向电动推杆机构
技术领域
本发明涉及电动推杆技术领域，尤其涉及一种负载敏感式双向电动推杆机构。
背景技术
电动推杆是一种新型直线电动执行机构，主要由电机、推杆和控制装置等机构组成，可以实现远距离控制和集中控制。电动推杆广泛应用于电力、机械、冶金、交通、化工、起重、运输、建筑等行业，主要根据不同的应用负荷而设计不同的推力。习知的电动推杆多为单向伸缩，无法同时对两个物体进行伸缩移动。而现有的双向推杆采用转动电机通过两端相反螺纹方向的螺纹杆带动两个齿轮发生正、反向转动，进而两个伸缩杆向正、反向同步伸缩。但是同步伸缩杆要求两端负载扭力相同，而实际工作过程中两端伸缩杆负载可能存在差异且差异较大，容易造成机械故障而存在安全隐患，因此为了保障工作安全，经常出现“大马拉小车”现象。而且目前针对负载敏感问题多采用液压或气动作为驱动装置，不仅需要油源、气源装置，执行机构也增加了整体机构的重量，推杆的应用环境受到了限制，因此需要设计一种负载敏感式双向电动推杆机构来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术的不足，提供了一种负载敏感式双向电动推杆机构，主要由电机、扭矩限制器、差速减速器、丝杠、关节轴承及手动操作接口组成，具有双向、同步与差速输出与自锁功能，且掉电时手动可实现正常功能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种负载敏感式双向电动推杆机构，包括动力输入机构、同步/差速输出机构、伸缩运动机构。动力输入通过支座顶部电机和手摇轮完成，动力传动齿轮一侧通过联轴器、扭矩传感器与电机输出轴连接，另一侧与手摇轮连接。电机或手摇轮带动输入齿轮旋转，输入齿轮带动差速器进行旋转，差速器的4个行星齿轮与2个半轴齿轮相啮合，半轴齿轮外侧设有凹槽，凹槽上安装减速齿轮，半轴齿轮与减速齿轮套通过轴套与伸缩杆连接，两个减速齿轮分别与摩擦式力限制器两端的减速齿轮相啮合构成减速器，减速器具有放大输出轴负载扭矩的作用，两个减速器将输出轴扭矩差传递至摩擦式力限制器两端，当扭力差大于设定值时，摩擦式力限制器中两个摩擦片发生相对滑动，因此减速器发生相对转动，差速器的行星齿轮发生相对转动，电动推杆两端伸缩杆完成差速输出。当负载力矩经减速器放大后未超过摩擦式力限制器的设定值，则减速器不发生相对转动，差速器的行星齿轮不发生相对转动，电动推杆为同步输出。
进一步优化本技术方案，电机与传动齿轮之间安装扭矩限制器，当伸缩杆两端超载或出现机械故障超过预设值时，限制器出现打滑以限制传动系统传动的扭力，同时发出指令停止电机完成双向制动自锁，当过载情形消失后自行恢复联结。
进一步优化本技术方案，差速器采用外齿轮内侧均布4个行星齿轮的设计，提升空间利用率；且行星齿轮均采用尼龙材料，保证齿轮满足工作强度需求的同时减轻机构重量。
进一步优化本技术方案，摩擦式力限制器通过两个轴承与机壳、套筒相连，保证限制器的稳定和可靠性；轴承外部设有端盖，保证轴承与外界的隔绝，避免粉尘等对内部的影响；套筒为分体式设计，中间开有贯穿槽，保证传动齿轮、差速器与摩擦式力限制器相连的减速器不与其他机械元件发生干涉，最大程度提升了空间利用率。
进一步优化本技术方案，差速器减速齿轮与摩擦式力限制器的减速齿轮啮合，通过摩擦片的压力来调节摩擦式力限制器的扭力限定值，通过拧转螺母，达到对摩擦片施压进而增大摩擦力的效果；当扭力小于摩擦力时，两摩擦片同步旋转，两端输出轴不会发生相对滑动；当扭力大于预设摩擦力时，两摩擦片发生相对滑动，两端轴发生相对旋转，产生转速差，从而实现输出两端负载力差值控制差速器运动模式的功能。
进一步优化本技术方案，差速器两端与输出丝杠连接，并采用圆锥滚子轴承固定，保证轴的轴向及径向的固定；丝杠选用T型丝杠，结构简单，易于加工，同时还具备自锁功能；丝杠外侧设计轴套，为丝杠外表面提供保护，避免伸缩杆受异物接触或机械破坏，轴套末端设计凹槽，安装丝杠螺母，丝杠顶部安装位置传感器，对伸出行程进行实时监控。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、解决负载敏感问题，根据伸缩杆两端扭力差值，实时切换伸缩杆工作模式，进行同步/差速输出；2、实现过载保护功能，当出现超载或机械故障导致扭力超过预设值时，扭矩限制器限制传动系统传动扭力，发出停止电机指令完成双向制动自锁，当过载情形消失后自行恢复联结。3、电机和手摇轮同时作为输入动力元件，可实现手/自动双向伸缩；整个伸缩机构结构简单紧凑，增加的差速工作模式提高了伸缩速度及工作效率。
附图说明
下面结合附图对本发明进行说明。其中：
图1是根据本发明一个实施方式的负载敏感式双向电动推杆结构示意图；
图2是根据本发明一个实施方式的动力输入机构的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施方式的差速器的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施方式的摩擦力限制器机构的结构示意图；
图5是根据本发明一个实施方式的同步/差速输出机构的结构示意图；
图6是根据本发明一个实施方式的套筒结构示意图；
图7是根据本发明一个实施方式的伸缩运动机构的结构示意图。
具体实施方式
下文将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，下面的说明的实施方式仅仅是示例性的，而非限制性。
如图1所示，一种负载敏感式双向电动推杆机构包括：电机1、手摇轮2、机壳3、套筒4、套筒5、伸缩壳6、伸缩壳7、伸缩杆8、伸缩杆9；电机1和手摇轮2作为动力输入机构将扭矩传递给差速器10，经摩擦式力限制器11作用后伸缩杆8和伸缩杆9自动进行同步、差速模式切换。
如图2所示，电机1启动通过扭矩限制器12带动传动齿轮13转动，当扭矩因超载或机械故障超过预设值时，扭矩限制器12出现打滑以限制传动扭矩，同时发出指令停止电机完成双向制动自锁，当过载情形消失后自行恢复联结；传动齿轮13另一侧通过过渡件14与手摇轮2连接，当断电或者电机停止时，转动手摇轮2可将扭矩传递至传动齿轮13，过渡件14开设凹槽，放置轴承15，轴承15外侧设置端盖16对轴承进行轴向固定；电机1与轴套4通过螺栓连接，手摇轮2与轴套5通过轴承连接。
如图3所示，传动齿轮13将扭矩传递至差速器10，圆锥行星齿轮1001、圆锥行星齿轮1002、圆锥行星齿轮1003和圆锥行星齿轮1004分别与半轴齿轮1005和半轴齿轮1009相啮合，半轴齿轮1005和半轴齿轮1009前端各设有凹槽，凹槽上连接减速齿轮1006和减速齿轮1010。
如图4所示，轴20、轴21外侧通过轴承16、轴承17分别与套筒4、套筒5相连，内测连接摩擦式力限制器11；轴承外端设有端盖18、端盖19，保证轴承与外界的隔绝避免粉尘等对内部的影响；轴20、轴21中间段设计凸台，用于固定齿轮24、齿轮25，齿轮另一侧设计背紧螺母22、背紧螺母23；摩擦式力限制器包含摩擦片1102、摩擦片1103、过渡件1104和拧转螺母1101，通过旋转拧转螺母1101增大或减小两摩擦片的摩擦力。
如图5所示，差速器中齿轮1006与齿轮24啮合，齿轮1010与齿轮25啮合，齿轮1006和齿轮1010将扭力经齿轮24和齿轮25传递至摩擦式力限制器11两端，当扭力小于或等于摩擦力时，摩擦片1102与摩擦片1103同步旋转，半轴齿轮1005和半轴齿轮1009不会发生相对滑动；当扭力大于预设摩擦力时，摩擦片1102与摩擦片1103发生相对滑动，并通过啮合齿轮传递至半轴齿轮，半轴齿轮1005和半轴齿轮1009发生相对旋转，产生转速差。
如图6所示，电机1通过螺栓与套筒4连接，手摇轮2通过轴承15与套筒5连接，套筒4与套筒5分体设计，中间放置传动齿轮13与差速器10，分体套筒上各开一个贯穿槽，保证齿轮1006与齿轮24啮合，齿轮1010与齿轮25啮合的同时不与其他机械元件发生干涉，最大程度提升了空间利用率；套筒中部设计耳轴，通过轴20、轴21与接摩擦式力限制器11连接。
如图7所示，伸缩杆8为T型丝杠，通过轴套32与半轴齿轮1005、减速齿轮1006连接，伸缩杆9为T型丝杠，通过轴套34与半轴齿轮1009、减速齿轮1010连接，轴套32通过圆锥滚子轴承27、圆锥滚子轴承28与套筒4连接，轴套34通过圆锥滚子轴承30、圆锥滚子轴承31与套筒5连接，轴套前端减速齿轮1006与轴承27之间增加定距套26，结合伸缩壳6对轴承27进行轴向固定，减速齿轮1010与轴承30之间增加定距套29结合伸缩壳7对轴承30进行轴向固定，套筒4与伸缩壳6、套筒5与伸缩壳7均通过螺栓连接，轴套末端设计凹槽，凹槽内装配丝杠螺母32、丝杠螺母35，轴套周身均布U型长槽用于减轻元件重量。
基于该公开，在图示和说明特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而，应当领略的是，在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下，可以对本专利做出各种改变。

Claims (4)

1.一种负载敏感式双向电动推杆机构，其特征在于包括：电机1、手摇轮2、机壳3、套筒4、套筒5、伸缩壳6、伸缩壳7、伸缩杆8、伸缩杆9；电机1和手摇轮2作为动力输入机构将扭矩传递给差速器10，经摩擦式力限制器11作用后伸缩杆8和伸缩杆9自动进行同步、差速模式切换。
2.根据权利要求1所述的一种负载敏感式双向电动推杆机构，其特征在于，动力输入机构包括电动和手动操作，输入机构增加扭矩限制器12，当扭矩因超载或机械故障超过预设值时，扭矩限制器12出现打滑限制传动，并停止电机完成双向制动自锁，当过载情形消失后自行恢复联结。
3.根据权利要求1所述的一种负载敏感式双向电动推杆机构，其特征在于，增加同步/差速输出机构，实时切换伸缩杆工作模式，进行同步/差速输出；当负载扭矩差小于等于设定值时，伸缩杆双向同步伸缩；当负载扭矩差大于设定值时，伸缩杆双向差速伸缩。
4.根据权利要求3所述的一种同步/差速输出机构，其特征在于，采用差速器10和摩擦式力限制器11，动力输入机构通过传动齿轮13传递扭矩至差速器10，差速器中4个行星齿轮和2个半轴齿轮相啮合，半轴齿轮1005和半轴齿轮1009前端各设有减速齿轮1006和减速齿轮1010，后端直接连接伸缩杆8和伸缩杆9；摩擦式力限制器11两侧安装齿轮24和齿轮25，齿轮1006、齿轮1010分别与齿轮24、齿轮25啮合，将伸缩杆8和伸缩杆9两端扭矩放大后传递至摩擦片1102、摩擦片1103，摩擦式力限制器11通过两侧摩擦片的压力调节扭力限定值，当扭力小于摩擦力时，摩擦片1102、摩擦片1103同步旋转，两端输出轴无相对滑动，双向同步伸缩；当扭力大于预设摩擦力时，摩擦片1102、摩擦片1103相对滑动，两端轴相对旋转产生转速差，双向差速伸缩；差速器的行星齿轮选用尼龙齿轮，在保证工作强度的同时极大地减轻重量；套筒采用分体式设计，套筒中间开设贯穿槽，保证机械元件无干涉的同时，最大程度的提升空间利用率。
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