CN113819211B - 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、同步或差速输出机构、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，进行同步或差速输出；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或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、前套筒4、后套筒5、前伸缩壳6、后伸缩壳7、前伸缩杆8、后伸缩杆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作用后前伸缩杆8和后伸缩杆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另一侧通过过渡件一14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，过渡件一14开设凹槽，放置轴承15，轴承15外侧设置端盖对轴承进行轴向固定；电机1与前轴套4通过螺栓连接，手摇轮2与后轴套5通过轴承连接。
如图3所示，传动齿轮13通过与差速器10中输入齿轮1007啮合将扭矩传递至差速器中输入齿轮1007，圆锥行星齿轮一1001、圆锥行星齿轮二1002、圆锥行星齿轮三1003和圆锥行星齿轮四1004分别与半轴齿轮一1005和半轴齿轮二1009相啮合，半轴齿轮一1005和半轴齿轮二1009前端各设有凹槽，凹槽上连接减速齿轮一1006和减速齿轮二1010。
如图4所示，前轴20、后轴21外侧通过前轴承16、后轴承17分别与前套筒4、套筒5相连，内测连接摩擦式力限制器11；轴承外端设有前端盖18、后端盖19，保证轴承与外界的隔绝避免粉尘等对内部的影响；前轴20、后轴21中间段设计凸台，用于固定前齿轮24、后齿轮25，齿轮另一侧设计前背紧螺母22、后背紧螺母23；摩擦式力限制器包含摩擦片一1102、摩擦片二1103、过渡件二1104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，差速器中减速齿轮一1006与前齿轮24啮合，减速齿轮二1010与后齿轮25啮合，减速齿轮一1006和减速齿轮二1010将扭力经前齿轮24和后齿轮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，摩擦片一1102与摩擦片二1103同步旋转，半轴齿轮一1005和半轴齿轮二1009不会发生相对滑动；当扭力大于预设摩擦力时，摩擦片一1102与摩擦片二1103发生相对滑动，并通过啮合传递至半轴齿轮，半轴齿轮一1005和半轴齿轮二1009发生相对旋转，产生转速差。
如图6所示，电机1通过螺栓与前套筒4连接，手摇轮2通过轴承15与后套筒5连接，前套筒4与后套筒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，保证减速齿轮一1006与前齿轮24啮合，减速齿轮二1010与后齿轮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，通过前轴20、后轴21与摩擦式力限制器11连接。
如图7所示，前伸缩杆8为T型丝杠，通过前轴套32与半轴齿轮一1005、减速齿轮一1006连接，后伸缩杆9为T型丝杠，通过后轴套34与半轴齿轮二1009、减速齿轮二1010连接，前轴套32通过前圆锥滚子轴承一27、前圆锥滚子轴承二28与前套筒4连接，后轴套34通过后圆锥滚子轴承一30、后圆锥滚子轴承二31与后套筒5连接，前轴套(32)前端的减速齿轮一1006与前圆锥滚子轴承一27之间增加前定距套26，结合前伸缩壳6对前圆锥滚子轴承一27进行轴向固定，减速齿轮二1010与后圆锥滚子轴承一30之间增加后定距套29结合后伸缩壳7对后圆锥滚子轴承一30进行轴向固定，前套筒4与前伸缩壳6、后套筒5与后伸缩壳7均通过螺栓连接，轴套末端设计凹槽，凹槽内装配前丝杠螺母33、后丝杠螺母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 (1)

1.一种负载敏感式双向电动推杆机构，其特征在于包括：动力输入机构、同步或差速输出机构和伸缩运动机构；其中动力输入机构主要由电机(1)、手摇轮(2)、机壳(3)、前套筒(4)、后套筒(5)、扭矩限制器(12)、传动齿轮(13)、过渡件一(14)、轴承(15)组成，电机(1)与前套筒(4)通过螺栓连接，手摇轮(2)与后套筒(5)通过轴承(15)连接，前套筒(4)与后套筒(5)为分体式设计并设计贯穿槽，电机(1)与手摇轮(2)之间嵌入机壳(3)，电机(1)通过扭矩限制器(12)与传动齿轮(13)一侧连接，过渡件一(14)开设凹槽，放置轴承(15)，轴承(15)外侧设置轴承端盖，手摇轮(2)通过轴承(15)与传动齿轮(13)另一侧连接；
同步或差速输出机构主要由差速器(10)、摩擦式力限制器(11)、前轴(20)、后轴(21)、前背紧螺母(22)、后背紧螺母(23)、前齿轮(24)、后齿轮(25)组成；其中差速器(10)包含圆锥行星齿轮一(1001)、圆锥行星齿轮二(1002)、圆锥行星齿轮三(1003)和圆锥行星齿轮四(1004)、半轴齿轮一(1005)、减速齿轮一(1006)、输入齿轮(1007)、半轴齿轮二(1009)和减速齿轮二(1010)；传动齿轮(13)与差速器(10)中输入齿轮(1007)啮合传递扭矩，四个圆锥行星齿轮均为尼龙齿轮且与两个半轴齿轮啮合，半轴齿轮一(1005)和半轴齿轮二(1009)前端分别设计凹槽，凹槽上连接减速齿轮一(1006)和减速齿轮二(1010)；前轴(20)与后轴(21)分别与摩擦式力限制器(11)的两侧连接，且中间段设计了凸台，通过两侧的前背紧螺母(22)、后背紧螺母(23)分别对前齿轮(24)和后齿轮(25)进行固定，前齿轮(24)、后齿轮(25)分别与减速齿轮一(1006)和减速齿轮二(1010)啮合传递扭矩至摩擦式力限制器(11)两侧；摩擦式力限制器(11)主要由拧转螺母(1101)、摩擦片一(1102)、摩擦片二(1103)和过渡件二(1104)组成，拧转螺母(1101)通过过渡件二(1104)压紧摩擦片一(1102)与摩擦片二(1103)；
伸缩运动机构主要由前伸缩壳(6)、后伸缩壳(7)、前伸缩杆(8)、后伸缩杆(9)、前定距套(26)、前圆锥滚子轴承一(27)、前圆锥滚子轴承二(28)、后定距套(29)、后圆锥滚子轴承一(30)、后圆锥滚子轴承二(31)、前轴套(32)、前丝杠螺母(33)、后轴套(34)、后丝杠螺母(35)组成；电机(1)与前套筒(4)连接，前伸缩杆(8)为T型丝杠，通过前轴套(32)与半轴齿轮一(1005)、减速齿轮一(1006)连接，后伸缩杆(9)为T型丝杠，通过后轴套(34)与半轴齿轮二(1009)、减速齿轮二(1010)连接，前轴套(32)通过前圆锥滚子轴承一(27)、前圆锥滚子轴承二(28)与前套筒(4)连接，后轴套(34)通过后圆锥滚子轴承一(30)、后圆锥滚子轴承二(31)与后套筒(5)连接，前轴套(32)前端的减速齿轮一(1006)与前圆锥滚子轴承一(27)之间增加前定距套(26)，结合前伸缩壳(6)对前圆锥滚子轴承一(27)进行轴向固定，减速齿轮二(1010)与后圆锥滚子轴承一(30)之间增加后定距套(29)结合后伸缩壳(7)对后圆锥滚子轴承一(30)进行轴向固定，前套筒(4)与前伸缩壳(6)、后套筒(5)与后伸缩壳(7)均通过螺栓连接，轴套末端设计凹槽，凹槽内装配前丝杠螺母(33)、后丝杠螺母(35)。
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