CN113983318B - 滚子式同步伸缩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚子式同步伸缩装置，涉及自动伸缩装置领域，包括伸缩组件、驱动机构；伸缩组件包括伸缩杆、第一滚子槽、第一滚子组、第二滚子槽、第二滚子组、第三滚子槽、第三滚子组；伸缩杆设有多个，各伸缩杆从外到内依次滑动嵌套；驱动机构能够驱动最外一个伸缩杆上的第一滚子组中的滚子沿第一滚子槽的周向滚动，伸缩组件能够通过第一滚子组、第二滚子组、第三滚子组之间的传动作用实现各伸缩杆的同步伸缩。本发明的优点在于：能够自动实现多层伸缩杆的同步伸缩，传动效率高，定位精度高，重量轻便，结构紧凑，回收后体积和长度小，便于操控和搬运，维修方便，可只拆除更换损坏的某节伸缩杆，成本低，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及自动伸缩装置领域，尤其涉及一种滚子式同步伸缩装置。
背景技术
伸缩装置广泛应用于日常生活、工业、农业以及国防兵器等行业中，从日常自拍杆到工程起降机，再到太空伸缩臂，伸缩装置具有工作时可伸缩、不工作时缩回、占用面积少的特点，可实现长距离线性位移输出。伸缩装置的结构形式、伸缩杆层数、驱动装置等多种多样，对伸缩装置性能的要求通常体现在重量、体积、成本、加工、安装、维修、伸出行程、伸缩速度、伸缩稳定性等方面。随着伸缩装置的应用范围不断推广，其中对伸缩装置重量、体积的限制与不断提高的伸出行程要求的矛盾越来越突出，同时对伸缩装置速度、定位精度、全自动伸缩的技术需求也成为该领域有待解决的关键性问题。
目前，主要的伸缩装置类型包括以下几种：1、手动伸缩装置，主要是利用两杆之间的锥度摩擦，手动实现各伸缩杆伸缩、锁紧限位，如摄影支架，缺点是存在使用时费时费力的不便情况，自动化程度低；2、缆绳式伸缩装置，通过缆绳缠绕链轮牵引多级伸缩杆实现同步伸缩功能，其中链轮为滑轮、皮带轮、同步齿形轮或链条导轮，缆绳为钢丝绳、皮带、同步齿形带或铁链条，驱动装置为电动伸缩缸、液压缸、钢丝绳卷筒驱动机构、齿轮齿条驱动机构或螺杆螺母驱动机构，缺点是缆绳和链轮的安装固定、缠绕方式比较复杂，维修替换困难，后端尾部必须预留足够的空间用于安装驱动装置，由于柔性缆绳自身的弹性作用在启动或停止的瞬间导致传动精度的降低，生产成本高；3、单缸插销式伸缩装置，在伸缩油缸的两侧，对称安装了缸销油缸，缸销油缸可以插入吊臂的凹槽内，通过缸销运动实现伸缩油缸与吊臂之间的锁定和解锁，缺点是结构复杂，制造成本高，只能逐节伸缩，不可实现同步伸缩；4.液压或气压式伸缩装置，缺点是制造成本高，维修复杂，使用过程中存在漏油问题，需要定期进行补油维护，需要液压泵或气泵，增加整机设备的质量和体积，伸缩速度比较慢。
公布号为CN109969956A的专利文献公开了一种随车起重机伸缩臂伸缩装置，包括第一、二油缸及相互嵌套装配的基本臂、二节臂、三节臂、四节臂及五节臂，第一油缸的活塞杆与基本臂后部连接，第一油缸缸体与二节臂后部及第二油缸活塞杆连接在一起，第二油缸缸体与三节臂后部连接，三节臂前部、四节臂及五节臂前部之间连接有第一拉索结构，二节臂与四节臂之间连接有第二拉索结构，三节臂与五节臂之间连接有第三拉索结构，第一油缸与第二油缸之间设有控制第一、二油缸伸缩动作的触发组件。该装置为液压与缆绳结合的伸缩装置，传动效率和定位精度低，伸缩速度慢，结构复杂，维修替换困难，驱动装置所占用的质量和体积大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够自动实现多层伸缩杆的同步伸缩且传动效率和定位精度高的滚子式同步伸缩装置。
本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：滚子式同步伸缩装置，包括伸缩组件(2)、驱动机构(3)；所述伸缩组件(2)包括伸缩杆(21)、第一滚子槽、第一滚子组(22)、第二滚子槽、第二滚子组(23)、第三滚子槽、第三滚子组(24)；所述伸缩杆(21)设有多个，各伸缩杆(21)从外到内依次滑动嵌套；
除最内一个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第一滚子槽，所述第一滚子槽为环形槽体；各第一滚子槽内分别安装有第一滚子组(22)，每个第一滚子组(22)包括多个沿所述第一滚子槽的周向排成一圈并依次相切的滚子，所述第一滚子组(22)的滚子能够沿所述第一滚子槽的周向滚动；
除最外一个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第二滚子槽，各第二滚子槽内分别固定连接有第二滚子组(23)；
除最内两个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第三滚子槽，各第三滚子槽内分别固定连接有第三滚子组(24)；
同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子组(23)分别与外侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切，同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子组(24)分别与内侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切；
所述驱动机构(3)能够驱动最外一个伸缩杆(21)上的第一滚子组(22)中的滚子沿所述第一滚子槽的周向滚动，所述伸缩组件(2)能够通过第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)之间的传动作用实现各伸缩杆(21)的同步伸缩。
作为优化的技术方案，除最内一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的侧壁中间段设有两个第一滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第一滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；所述第一滚子槽包括第一直线槽段、第二直线槽段和两个曲线槽段，所述第一直线槽段位于所述伸缩杆(21)的外壁，所述第二直线槽段位于所述伸缩杆(21)的内壁，所述第一直线槽段和所述第二直线槽段的长度方向均沿所述伸缩杆(21)的长度方向，两个曲线槽段分别连通在所述第一直线槽段与所述第二直线槽段的上端之间和下端之间；设有所述第一滚子槽的各伸缩杆(21)的外壁上对应各第一直线槽段的中间段以及内壁上对应各第二直线槽段的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
位于所述第一直线槽段内的各滚子一侧与所述第一直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的外部；位于所述第二直线槽段内的各滚子的一侧与所述第二直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的内部；
除最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的外壁下部设有两个第二滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；除最内一个和最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)上的两个第二滚子槽沿其所在伸缩杆(21)径向的连线垂直于同一个伸缩杆(21)上两个第一滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线；所述第二滚子槽为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；设有所述第二滚子槽的各伸缩杆(21)的外壁上对应各第二滚子槽的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
每个第二滚子组(23)包括多个沿所述第二滚子槽的长度方向排成一行并依次相切的滚子，所述第二滚子组(23)的各滚子一侧与所述第二滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的外部；
除最内两个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的内壁上部设有两个第三滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；对于同时设有所述第一滚子槽和所述第三滚子槽的伸缩杆(21)，两个第三滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线垂直于同一个伸缩杆(21)上两个第一滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线；所述第三滚子槽为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；设有所述第三滚子槽的各伸缩杆(21)的内壁上对应各第三滚子槽的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
每个第三滚子组(24)包括多个沿所述第三滚子槽的长度方向排成一行并依次相切的滚子，所述第三滚子组(24)的各滚子一侧与所述第三滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的内部。
第一滚子组、第二滚子组、第三滚子组均对称分布，有利于各伸缩杆受力均衡，伸缩稳定。
作为优化的技术方案，所述第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)均采用相同规格的滚子，滚子的形状为中段圆柱体，两端半球体；所述第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)的滚子均依次线性相切；同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子组(23)分别与外侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切，同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子组(24)分别与内侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切；所述驱动机构(3)包括滚子轮(39)，所述滚子轮(39)的外圈设有多个半圆柱体的凸块，各凸块沿所述滚子轮(39)的外圈圆周排列成一圈并依次线性相切，所述凸块的直径与滚子的直径相等；所述滚子轮(39)上的凸块在与所述伸缩组件(2)距离最短时与最外一个伸缩杆(21)上其中一侧的第一滚子组(22)的两个相邻的滚子均线性相切，所述驱动机构(3)能够带动所述滚子轮(39)转动。滚子间的线性接触方式比滚珠间的点接触方式接触受力更好，可以防止滚子相对偏移。
作为优化的技术方案，所述驱动机构(3)还包括固定座(31)、调速电机(32)、第一传动轴(33)、第一轴承组件(34)、第一锥齿轮(35)、第二传动轴(36)、第二轴承组件(37)、第二锥齿轮(38)；所述调速电机(32)、第一轴承组件(34)和两个第二轴承组件(37)分别固定连接在所述固定座(31)上；所述调速电机(32)的输出轴与所述第一传动轴(33)固定连接，所述第一传动轴(33)转动连接在所述第一轴承组件(34)中，所述第一锥齿轮(35)固定连接在所述第一传动轴(33)的外圈；所述第二传动轴(36)垂直于所述第一传动轴(33)，所述第二传动轴(36)分别转动连接在两个第二轴承组件(37)中，两个第二轴承组件(37)沿所述第二传动轴(36)的轴向间隔排列，所述第二锥齿轮(38)固定连接在所述第二传动轴(36)的外圈；所述第一锥齿轮(35)与所述第二锥齿轮(38)啮合；所述滚子轮(39)固定连接在所述第二传动轴(36)的外圈并位于两个第二轴承组件(37)之间。驱动机构采用调速电机，是一种高性能的运动控制机构，仅需一台动力机构驱动，伸缩速度可调，通过第一锥齿轮与第二锥齿轮传递第一传动轴与第二传动轴之间的运动，能够减少调速电机所占的水平空间尺寸。
作为优化的技术方案，所述伸缩组件(2)还包括导向滑槽(25)、导向凸条(26)；除最内一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的内壁设有两个导向滑槽(25)，位于同一个伸缩杆(21)上的两个导向滑槽(25)相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称；所述导向滑槽(25)为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；除最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的外壁设有两个导向凸条(26)，位于同一个伸缩杆(21)上的两个导向凸条(26)相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称；所述导向凸条(26)的长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；所述导向凸条(26)与外侧相邻的伸缩杆(21)上的导向滑槽(25)滑动配合。各伸缩杆之间做伸缩直线运动时，通过导向滑槽和导向凸条形成导轨副，有利于减少摩擦阻力；导向滑槽、导向凸条均对称分布，有利于各伸缩杆受力均衡，伸缩稳定。
作为优化的技术方案，所述伸缩组件(2)还包括第一限位机构(27)、第二限位机构(28)、第三限位机构(29)；最外一个伸缩杆(21)的内壁下端固定连接有两个第一限位机构(27)，两个第一限位机构(27)相对于最外一个伸缩杆(21)的中心轴位置对称，两个第一限位机构(27)与从外到内第二个伸缩杆(21)的下端面位置对应；最外一个伸缩杆(21)的内壁上端固定连接有两个第二限位机构(28)，两个第二限位机构(28)相对于最外一个伸缩杆(21)的中心轴位置对称；从外到内第二个伸缩杆(21)的外壁下部固定连接有两个第三限位机构(29)，两个第三限位机构(29)与两个第二限位机构(28)的位置对应。伸缩组件通过第一限位机构、第二限位机构、第三限位机构进行机械限位，各伸缩杆之间不会脱离；第一限位机构、第二限位机构、第三限位机构均对称分布，有利于各伸缩杆受力均衡，伸缩稳定。
作为优化的技术方案，所述滚子式同步伸缩装置还包括底盘(1)，最外一个伸缩杆(21)的下端固定连接在所述底盘(1)上，所述底盘(1)上设有用于与其他设备或地基固定连接的固定孔。通过底盘与其他设备或地基固定连接，能够防止滚子式同步伸缩装置倾倒。
作为优化的技术方案，所述滚子式同步伸缩装置还包括控制器(4)、平台(7)、激光测距传感器(8)，所述平台(7)固定连接在最内一个伸缩杆(21)的上端面，所述激光测距传感器(8)固定连接在最外一个伸缩杆(21)的外壁上端，所述激光测距传感器(8)的激光光源垂直照射到所述平台(7)的下端面，所述驱动机构(3)、激光测距传感器(8)分别连接所述控制器(4)。激光测距传感器能够测量激光光源与平台的下端面之间的距离，控制器能够根据激光测距传感器测得的距离控制驱动机构运行，从而控制安装在平台上设备的高度值并通过显示屏显示高度值，自动化程度高。
作为优化的技术方案，所述滚子式同步伸缩装置还包括第一防尘罩(5)、第二防尘罩(6)，所述第一防尘罩(5)固定连接在底盘(1)上并罩在所述驱动机构(3)的外部，所述第二防尘罩(6)固定连接在所述伸缩组件(2)的外壁上，两个第二防尘罩(6)分别罩在最外一个伸缩杆(21)上的两个第一滚子槽的外部。第一防尘罩用于驱动机构的防尘；第二防尘罩能够防止灰尘等进入第一滚子槽内，从而影响滚子在第一滚子槽内滚动。
作为优化的技术方案，所述滚子式同步伸缩装置还包括走线槽(9)，所述走线槽(9)固定连接在所述伸缩组件(2)的外壁上。走线槽用于驱动机构和激光测距传感器的电线走线。
本发明的优点在于：
1、能够自动实现多层伸缩杆的同步伸缩，传动效率高，定位精度高，重量轻便，结构紧凑，回收后体积和长度小，便于操控和搬运，维修方便，可只拆除更换损坏的某节伸缩杆，成本低，应用范围广。
本发明滚子式同步伸缩装置伸缩杆的层数可根据伸缩行程需要增减。
本发明滚子式同步伸缩装置可以任意角度安装使用，比如伸缩组件与水平面平行安装，伸缩组件与水平面垂直向下安装。
可以同时将几个本发明滚子式同步伸缩装置组成一组使用实现同时同步伸缩功能，比如应用于伸缩棚等。
本发明滚子式同步伸缩装置可以作为快速非接触探测等领域的测试设备的搭载装置，可方便搭载于车载、机载、舰载、飞行器等设备平台上。
本发明滚子式同步伸缩装置应用于航空领域的伸缩设备中时，因装置处于失重环境中，滚子承受的摩擦力会更小，滚子不承受杆体的重力作用，这样装置的磨损会更小，使用寿命会更长。
2、滚子间的线性接触方式比滚珠间的点接触方式接触受力更好，可以防止滚子相对偏移。
3、第一滚子组、第二滚子组、第三滚子组、导向滑槽、导向凸条、第一限位机构、第二限位机构、第三限位机构均对称分布，有利于各伸缩杆受力均衡，伸缩稳定。
4、驱动机构采用调速电机，是一种高性能的运动控制机构，仅需一台动力机构驱动，伸缩速度可调，通过第一锥齿轮与第二锥齿轮传递第一传动轴与第二传动轴之间的运动，能够减少调速电机所占的水平空间尺寸。
5、激光测距传感器能够测量激光光源与平台的下端面之间的距离，控制器能够根据激光测距传感器测得的距离控制驱动机构运行，从而控制安装在平台上设备的高度值并通过显示屏显示高度值，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明实施例滚子式同步伸缩装置的背面方向的轴测示意图。
图2是本发明实施例滚子式同步伸缩装置去除第一防尘罩和第二防尘罩且伸缩组件伸长到最高位置状态的侧面方向轴测示意图。
图3是本发明实施例伸缩组件和驱动机构主视方向的剖面示意图。
图4是本发明实施例伸缩组件左视方向的剖面示意图。
图5是本发明实施例滚子式同步伸缩装置俯视方向的剖面示意图。
图6是本发明实施例伸缩组件的A-A剖面示意图。
图7是本发明实施例伸缩组件的B-B剖面示意图。
图8是本发明实施例伸缩组件初始嵌套位置的主视方向的剖面示意图。
图9是本发明实施例伸缩组件初始嵌套位置的左视方向的剖面示意图。
图10是本发明实施例滚子式同步伸缩装置左视方向的局部剖面示意图。
图11是本发明实施例驱动机构的C处局部放大示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，滚子式同步伸缩装置，包括底盘1、伸缩组件2、驱动机构3、控制器4、第一防尘罩5、第二防尘罩6、平台7、激光测距传感器8、走线槽9。
底盘1上设有固定孔，用于与其他设备或地基固定连接，防止所述滚子式同步伸缩装置倾倒；伸缩组件2、驱动机构3、控制器4分别固定连接在底盘1上；第一防尘罩5固定连接在底盘1上并罩在驱动机构3的外部，用于驱动机构3的防尘；第二防尘罩6固定连接在伸缩组件2的外壁上，用于伸缩组件2内部的防尘；平台7固定连接在伸缩组件2的伸缩端，用于安装其他设备如测量仪等；激光测距传感器8通过固定块固定连接在伸缩组件2的固定部分，激光测距传感器8的激光光源垂直照射到平台7的下端面，用于测量激光光源与平台7的下端面之间的距离；驱动机构3、激光测距传感器8分别连接控制器4；走线槽9固定连接在伸缩组件2的外壁上，用于驱动机构3和激光测距传感器8的电线走线。
如图3、图4所示，伸缩组件2包括伸缩杆21、第一滚子槽(图未标示)、第一滚子组22、第二滚子槽(图未标示)、第二滚子组23、第三滚子槽(图未标示)、第三滚子组24。
伸缩杆21设有五个，各伸缩杆21均为圆环柱体且高度相同，各伸缩杆21的直径依次递减并从外到内依次等距滑动嵌套；伸缩杆21的杆体为薄壁减重结构，能够减轻伸缩组件2的整体重量；伸缩杆21的杆体加工采用精密铸造或者沿伸缩杆21的中轴线以及两个第一滚子槽沿伸缩杆21径向的连线所在的平面分成两半加工后再焊接在一起。
除最内一个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21的侧壁中间段设有两个第一滚子槽，位于同一个伸缩杆21上的两个第一滚子槽相对于该伸缩杆21的中心轴位置对称且形状和大小相同；所述第一滚子槽为环形槽体，包括第一直线槽段、第二直线槽段和两个曲线槽段，所述第一直线槽段位于伸缩杆21的外壁，所述第二直线槽段位于伸缩杆21的内壁，所述第一直线槽段和所述第二直线槽段的长度方向均沿伸缩杆21的长度方向，两个曲线槽段分别连通在所述第一直线槽段与所述第二直线槽段的上端之间和下端之间；设有所述第一滚子槽的各伸缩杆21的外壁上对应各第一直线槽段的中间段以及内壁上对应各第二直线槽段的中间段分别设有沿伸缩杆21长度方向的条形开口。
各第一滚子槽内分别安装有第一滚子组22，每个第一滚子组22包括多个沿所述第一滚子槽的周向排成一圈并依次线性相切的滚子，第一滚子组22的各滚子均卡在所述第一滚子槽内并与所述第一滚子槽间隙配合，第一滚子组22的滚子能够沿所述第一滚子槽的周向滚动；位于所述第一直线槽段内的各滚子一侧与所述第一直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在伸缩杆21的外部；位于所述第二直线槽段内的各滚子的一侧与所述第二直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在伸缩杆21的内部；参阅图1，两个第二防尘罩6分别罩在最外一个伸缩杆21上的两个第一滚子槽的外部，能够防止灰尘等进入所述第一滚子槽内，从而影响滚子在所述第一滚子槽内滚动。
除最外一个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21的外壁下部设有两个第二滚子槽，位于同一个伸缩杆21上的两个第二滚子槽相对于该伸缩杆21的中心轴位置对称且形状和大小相同；除最内一个和最外一个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21上的两个第二滚子槽沿其所在伸缩杆21径向的连线垂直于同一个伸缩杆21上两个第一滚子槽沿伸缩杆21径向的连线；所述第二滚子槽为较短的直线槽体，其长度方向沿伸缩杆21的长度方向；设有所述第二滚子槽的各伸缩杆21的外壁上对应各第二滚子槽的中间段分别设有沿伸缩杆21长度方向的条形开口。
各第二滚子槽内分别固定连接有第二滚子组23，每个第二滚子组23包括多个沿所述第二滚子槽的长度方向排成一行并依次线性相切的滚子，第二滚子组23的各滚子均卡在所述第二滚子槽内并与所述第二滚子槽间隙配合，第二滚子组23保持静止；第二滚子组23的各滚子一侧与所述第二滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在伸缩杆21的外部。
除最内两个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21的内壁上部设有两个第三滚子槽，位于同一个伸缩杆21上的两个第三滚子槽相对于该伸缩杆21的中心轴位置对称且形状和大小相同；对于同时设有所述第一滚子槽和所述第三滚子槽的伸缩杆21，两个第三滚子槽沿伸缩杆21径向的连线垂直于同一个伸缩杆21上两个第一滚子槽沿伸缩杆21径向的连线；所述第三滚子槽为较短的直线槽体，其长度方向沿伸缩杆21的长度方向；设有所述第三滚子槽的各伸缩杆21的内壁上对应各第三滚子槽的中间段分别设有沿伸缩杆21长度方向的条形开口。
各第三滚子槽内分别固定连接有第三滚子组24，每个第三滚子组24包括多个沿所述第三滚子槽的长度方向排成一行并依次线性相切的滚子，第三滚子组24的各滚子均卡在所述第三滚子槽内并与所述第三滚子槽间隙配合，第三滚子组24保持静止；第三滚子组24的各滚子一侧与所述第三滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在伸缩杆21的内部。
最外一个伸缩杆21的下端固定连接在底盘1上，平台7固定连接在最内一个伸缩杆21的上端面，激光测距传感器8固定连接在最外一个伸缩杆21的外壁上端；同一个伸缩杆21上的两个第二滚子组23分别与外侧相邻的伸缩杆21上的两个第一滚子组22交叉线性相切，同一个伸缩杆21上的两个第三滚子组24分别与内侧相邻的伸缩杆21上的两个第一滚子组22交叉线性相切；第一滚子组22被与之交叉线性相切的第二滚子组23或第三滚子组24分割出相应的滚子数目始终不变的小组，在伸缩组件2的伸缩过程中第二滚子组23或第三滚子组24和与之交叉线性相切的第一滚子组22的相应滚子保持相对静止。
第一滚子组22、第二滚子组23、第三滚子组24均采用相同规格的滚子，滚子的形状为中段圆柱体，两端半球体。
每个设有所述第一滚子槽的伸缩杆21的上端面设有两个第一缺口，每个第一缺口连通一个第一滚子槽，用于将第一滚子组22的滚子放入所述第一滚子槽内；每个设有所述第二滚子槽的伸缩杆21的下端面设有两个第二缺口，每个第二缺口连通一个第二滚子槽，用于将第二滚子组23的滚子放入所述第二滚子槽内；每个设有所述第三滚子槽的伸缩杆21的上端面设有两个第三缺口，每个第三缺口连通一个第三滚子槽，用于将第三滚子组24的滚子放入所述第三滚子槽内；滚子的放置利用工装保证放正；第一缺口、第二缺口、第三缺口分别通过封口零件封闭，滚子放置完毕后将相应形状的封口零件焊接或螺接在各第一缺口、第二缺口、第三缺口处。
如图2、图5所示，伸缩组件2还包括导向滑槽25、导向凸条26；除最内一个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21的内壁上端设有两个导向滑槽25，位于同一个伸缩杆21上的两个导向滑槽25相对于该伸缩杆21的中心轴位置对称；两个导向滑槽25与两个第一限位机构27的位置对应；导向滑槽25为较短的直线槽体，其长度方向沿伸缩杆21的长度方向，形状为圆弧形凹槽；除最外一个伸缩杆21以外的每个伸缩杆21的外壁设有两个导向凸条26，位于同一个伸缩杆21上的两个导向凸条26相对于该伸缩杆21的中心轴位置对称；导向凸条26从伸缩杆21的上端延伸到下端，其长度方向沿伸缩杆21的长度方向，形状为圆弧形凸条；位于同一个伸缩杆21上的两个导向凸条26与外侧相邻的伸缩杆21上的两个导向滑槽25分别滑动配合，各伸缩杆21之间做伸缩直线运动时，通过导向滑槽25和导向凸条26形成导轨副，有利于减少摩擦阻力。
如图5至图7所示，伸缩组件2还包括第一限位机构27、第二限位机构28、第三限位机构29；最外一个伸缩杆21的内壁下端固定连接有两个第一限位机构27，两个第一限位机构27相对于最外一个伸缩杆21的中心轴位置对称，两个第一限位机构27沿伸缩杆21径向的连线与最外一个伸缩杆21上两个第一滚子槽沿伸缩杆21径向的连线之间的夹角为45°或-45°，两个第一限位机构27与从外到内第二个伸缩杆21的下端面位置对应，第一限位机构27采用限位块；最外一个伸缩杆21的内壁上端固定连接有两个第二限位机构28，两个第二限位机构28相对于最外一个伸缩杆21的中心轴位置对称，两个第二限位机构28沿伸缩杆21径向的连线垂直于两个第一限位机构27沿伸缩杆21径向的连线，第二限位机构28采用限位螺钉；从外到内第二个伸缩杆21的外壁下部固定连接有两个第三限位机构29，两个第三限位机构29与两个第二限位机构28的位置对应，第三限位机构29采用限位块；伸缩组件2通过第一限位机构27、第二限位机构28、第三限位机构29进行机械限位，使伸缩组件2的各伸缩杆21之间不会脱离。
如图8、图9所示，伸缩组件2的各伸缩杆21的初始嵌套位置是各第二滚子组23中仅最下面一个滚子与对应的第一滚子组22线性相切，各第三滚子组24中仅最上面一个滚子与对应的第一滚子组22线性相切，第二限位机构28先不安装，各伸缩杆21利用定位工装依次依此位置初始等距滑动嵌套，然后推动各伸缩杆21向下运动，利用各伸缩杆21的同步联动作用实现各第二滚子组23的全部滚子以及各第三滚子组24的全部滚子与各自对应的第一滚子组22交叉线性相切，最后安装第二限位机构28的限位螺钉。
如图10、图11所示，驱动机构3包括固定座31、调速电机32、第一传动轴33、第一轴承组件34、第一锥齿轮35、第二传动轴36、第二轴承组件37、第二锥齿轮38、滚子轮39；调速电机32、第一轴承组件34和两个第二轴承组件37分别固定连接在固定座31上，调速电机32连接控制器4；第一轴承组件34、第二轴承组件37均包括轴承、轴肩、轴套、轴承盖，利用轴肩、轴套、轴承盖以及固定座31上的台阶形孔对轴承进行轴向固定；调速电机32的输出轴嵌套在第一传动轴33一端的孔内并与第一传动轴33通过键固定连接，第一传动轴33转动连接在第一轴承组件34中，第一锥齿轮35通过键和紧定螺钉固定连接在第一传动轴33的外圈；第二传动轴36垂直于第一传动轴33，两个第二轴承组件37沿第二传动轴36的轴向间隔排列，第二传动轴36分别转动连接在两个第二轴承组件37中，第二锥齿轮38通过键和紧定螺钉固定连接在第二传动轴36的外圈；第一锥齿轮35与第二锥齿轮38啮合，通过第一锥齿轮35与第二锥齿轮38传递第一传动轴33与第二传动轴36之间的运动，能够减少调速电机32所占的水平空间尺寸；滚子轮39通过键固定连接在第二传动轴36的外圈并位于两个第二轴承组件37之间；滚子轮39的外圈设有50个半圆柱体的凸块，各凸块沿滚子轮39的外圈圆周排列成一圈并依次线性相切，所述凸块的直径与滚子的直径相等；参阅图3，滚子轮39上的凸块在与伸缩组件2距离最短时与最外一个伸缩杆21上其中一侧的第一滚子组22的两个相邻的滚子均线性相切，在初始将伸缩组件2和驱动机构3安装在底盘1上时，按此线性相切的方式进行安装，实现伸缩组件2与驱动机构3之间的传动；驱动机构3能够带动滚子轮39转动，从而驱动最外一个伸缩杆21上的第一滚子组22中的滚子沿所述第一滚子槽的周向滚动，伸缩组件2能够通过第一滚子组22、第二滚子组23、第三滚子组24之间的传动作用实现各伸缩杆21的同步伸缩。
本发明滚子式同步伸缩装置的工作原理为：
当伸缩组件2需要伸长时，调速电机32的输出轴顺时针转动，通过第一传动轴33带动第一锥齿轮35顺时针转动，第一锥齿轮35通过第二锥齿轮38带动第二传动轴36顺时针转动，从而使滚子轮39顺时针转动；滚子轮39带动最外一个伸缩杆21一侧的第一滚子组22逆时针转动，该侧的第一滚子组22中位于所述第一直线槽段内的各滚子向下滚动，位于所述第二直线槽段内的各滚子向上滚动；该侧的第一滚子组22通过与之线性相切的第二滚子组23带动从外到内第二个伸缩杆21相对于静止的最外一个伸缩杆21向上运动，此时最外一个伸缩杆21上的两个第三滚子组24将从外到内第二个伸缩杆21上的两个第一滚子组22中的几个滚子交叉卡住阻止其向上运动，从而使从外到内第二个伸缩杆21上的两个第一滚子组22逆时针转动；从外到内第二个伸缩杆21上的两个第一滚子组22通过与之线性相切的第二滚子组23带动从外到内第三个伸缩杆21相对于从外到内第二个伸缩杆21向上运动，此时从外到内第二个伸缩杆21上的两个第三滚子组24将从外到内第三个伸缩杆21上的两个第一滚子组22中的几个滚子交叉卡住阻止其向上运动，从而使从外到内第三个伸缩杆21上的两个第一滚子组22逆时针转动；从外到内第三个伸缩杆21上的两个第一滚子组22通过与之线性相切的第二滚子组23带动从外到内第四个伸缩杆21相对于从外到内第三个伸缩杆21向上运动，此时从外到内第三个伸缩杆21上的两个第三滚子组24将从外到内第四个伸缩杆21上的两个第一滚子组22中的几个滚子交叉卡住阻止其向上运动，从而使从外到内第四个伸缩杆21上的两个第一滚子组22逆时针转动；从外到内第四个伸缩杆21上的两个第一滚子组22通过与之线性相切的第二滚子组23带动最内一个伸缩杆21相对于从外到内第四个伸缩杆21向上运动，从而实现各伸缩杆21同步联动伸长。
当伸缩组件2需要缩短时，调速电机32的输出轴逆时针转动，各伸缩杆21上的第一滚子组22顺时针转动，实现各伸缩杆21同步联动缩短。
各伸缩杆21同步联动伸长过程中，当第三限位机构29接触第二限位机构28时，调速电机32过载保护，停止转动；各伸缩杆21同步联动缩短过程中，当从外到内第二个伸缩杆二21的下端面接触第一限位机构27时，调速电机32过载保护，停止转动；同时具备电控和机械限位两种限位方式，防止各伸缩杆21之间脱离。
在伸缩组件2的伸缩过程中，同时利用控制器4和激光测距传感器8进行电子控制伸缩组件2的行程，包括开始运行、停止运行、向上运动、向下运动、伸缩速度、最低点、最高点的控制。
将底盘1固定连接固定在地基上，将测量仪安装在平台7上，计算得到平台7处于最低位置点时测量仪测点距地基的垂直距离为800mm，在控制器4的控制面板上设置初始高度数值800mm，将控制模式设为自动模式，伸缩速度设为1m/min，中止高度数值设为2100mm，按下开始运行键，调速电机32带动各伸缩杆21同步联动伸长，当控制器4的显示屏上的实时高度值达到2100mm时，调速电机32停止转动，测量仪测点停留在2100mm的高度，然后利用测量仪进行测量；此时发现高度偏高，将中止高度数值设为2000mm，按下开始运行键，调速电机32带动各伸缩杆21同步联动缩短，当控制器19的显示屏上的实时高度值达到2000mm时，调速电机32停止转动，测量仪测点停留在2000mm的高度，然后利用测量仪进行测量；此时发现高度偏低了一点，将控制模式设为手动模式，伸缩速度设为0.2m/min，按下带向上运动标示的按键停留15秒，然后松开按键，测量仪测点停留在2050mm的高度，然后利用测量仪进行测量，测量位置正好；完成测量后，将控制模式设为自动模式，伸缩速度设为1m/min，中止高度数值设为800mm，按下开始运行键，调速电机32带动各伸缩杆21同步联动缩短，当控制器4的显示屏上的实时高度值达到800mm时，调速电机32停止转动，测量仪测点回落到初始位置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种滚子式同步伸缩装置，其特征在于：包括伸缩组件(2)、驱动机构(3)；所述伸缩组件(2)包括伸缩杆(21)、第一滚子槽、第一滚子组(22)、第二滚子槽、第二滚子组(23)、第三滚子槽、第三滚子组(24)；所述伸缩杆(21)设有多个，各伸缩杆(21)从外到内依次滑动嵌套；
除最内一个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第一滚子槽，所述第一滚子槽为环形槽体；各第一滚子槽内分别安装有第一滚子组(22)，每个第一滚子组(22)包括多个沿所述第一滚子槽的周向排成一圈并依次相切的滚子，所述第一滚子组(22)的滚子能够沿所述第一滚子槽的周向滚动；
除最外一个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第二滚子槽，各第二滚子槽内分别固定连接有第二滚子组(23)；
除最内两个伸缩杆(21)以外的各伸缩杆(21)上分别设有第三滚子槽，各第三滚子槽内分别固定连接有第三滚子组(24)；
同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子组(23)分别与外侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切，同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子组(24)分别与内侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切；
所述驱动机构(3)能够驱动最外一个伸缩杆(21)上的第一滚子组(22)中的滚子沿所述第一滚子槽的周向滚动，所述伸缩组件(2)能够通过第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)之间的传动作用实现各伸缩杆(21)的同步伸缩；
所述第一滚子槽包括第一直线槽段、第二直线槽段和两个曲线槽段，所述第一直线槽段位于所述伸缩杆(21)的外壁，所述第二直线槽段位于所述伸缩杆(21)的内壁，所述第一直线槽段和所述第二直线槽段的长度方向均沿所述伸缩杆(21)的长度方向，两个曲线槽段分别连通在所述第一直线槽段与所述第二直线槽段的上端之间和下端之间。
2.如权利要求1所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：除最内一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的侧壁中间段设有两个第一滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第一滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；设有所述第一滚子槽的各伸缩杆(21)的外壁上对应各第一直线槽段的中间段以及内壁上对应各第二直线槽段的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
位于所述第一直线槽段内的各滚子一侧与所述第一直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的外部；位于所述第二直线槽段内的各滚子的一侧与所述第二直线槽段贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的内部；
除最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的外壁下部设有两个第二滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；除最内一个和最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)上的两个第二滚子槽沿其所在伸缩杆(21)径向的连线垂直于同一个伸缩杆(21)上两个第一滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线；所述第二滚子槽为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；设有所述第二滚子槽的各伸缩杆(21)的外壁上对应各第二滚子槽的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
每个第二滚子组(23)包括多个沿所述第二滚子槽的长度方向排成一行并依次相切的滚子，所述第二滚子组(23)的各滚子一侧与所述第二滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的外部；
除最内两个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的内壁上部设有两个第三滚子槽，位于同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子槽相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称且形状和大小相同；对于同时设有所述第一滚子槽和所述第三滚子槽的伸缩杆(21)，两个第三滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线垂直于同一个伸缩杆(21)上两个第一滚子槽沿所述伸缩杆(21)径向的连线；所述第三滚子槽为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；设有所述第三滚子槽的各伸缩杆(21)的内壁上对应各第三滚子槽的中间段分别设有沿所述伸缩杆(21)长度方向的条形开口；
每个第三滚子组(24)包括多个沿所述第三滚子槽的长度方向排成一行并依次相切的滚子，所述第三滚子组(24)的各滚子一侧与所述第三滚子槽贴合，另一侧的中间段从对应的条形开口处凸出在所述伸缩杆(21)的内部。
3.如权利要求2所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)均采用相同规格的滚子，滚子的形状为中段圆柱体，两端半球体；所述第一滚子组(22)、第二滚子组(23)、第三滚子组(24)的滚子均依次线性相切；同一个伸缩杆(21)上的两个第二滚子组(23)分别与外侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切，同一个伸缩杆(21)上的两个第三滚子组(24)分别与内侧相邻的伸缩杆(21)上的两个第一滚子组(22)交叉线性相切；所述驱动机构(3)包括滚子轮(39)，所述滚子轮(39)的外圈设有多个半圆柱体的凸块，各凸块沿所述滚子轮(39)的外圈圆周排列成一圈并依次线性相切，所述凸块的直径与滚子的直径相等；所述滚子轮(39)上的凸块在与所述伸缩组件(2)距离最短时与最外一个伸缩杆(21)上其中一侧的第一滚子组(22)的两个相邻的滚子均线性相切，所述驱动机构(3)能够带动所述滚子轮(39)转动。
4.如权利要求3所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述驱动机构(3)还包括固定座(31)、调速电机(32)、第一传动轴(33)、第一轴承组件(34)、第一锥齿轮(35)、第二传动轴(36)、第二轴承组件(37)、第二锥齿轮(38)；所述调速电机(32)、第一轴承组件(34)和两个第二轴承组件(37)分别固定连接在所述固定座(31)上；所述调速电机(32)的输出轴与所述第一传动轴(33)固定连接，所述第一传动轴(33)转动连接在所述第一轴承组件(34)中，所述第一锥齿轮(35)固定连接在所述第一传动轴(33)的外圈；所述第二传动轴(36)垂直于所述第一传动轴(33)，所述第二传动轴(36)分别转动连接在两个第二轴承组件(37)中，两个第二轴承组件(37)沿所述第二传动轴(36)的轴向间隔排列，所述第二锥齿轮(38)固定连接在所述第二传动轴(36)的外圈；所述第一锥齿轮(35)与所述第二锥齿轮(38)啮合；所述滚子轮(39)固定连接在所述第二传动轴(36)的外圈并位于两个第二轴承组件(37)之间。
5.如权利要求2所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述伸缩组件(2)还包括导向滑槽(25)、导向凸条(26)；除最内一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的内壁设有两个导向滑槽(25)，位于同一个伸缩杆(21)上的两个导向滑槽(25)相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称；所述导向滑槽(25)为直线槽体，其长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；除最外一个伸缩杆(21)以外的每个伸缩杆(21)的外壁设有两个导向凸条(26)，位于同一个伸缩杆(21)上的两个导向凸条(26)相对于该伸缩杆(21)的中心轴位置对称；所述导向凸条(26)的长度方向沿所述伸缩杆(21)的长度方向；所述导向凸条(26)与外侧相邻的伸缩杆(21)上的导向滑槽(25)滑动配合。
6.如权利要求2所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述伸缩组件(2)还包括第一限位机构(27)、第二限位机构(28)、第三限位机构(29)；最外一个伸缩杆(21)的内壁下端固定连接有两个第一限位机构(27)，两个第一限位机构(27)相对于最外一个伸缩杆(21)的中心轴位置对称，两个第一限位机构(27)与从外到内第二个伸缩杆(21)的下端面位置对应；最外一个伸缩杆(21)的内壁上端固定连接有两个第二限位机构(28)，两个第二限位机构(28)相对于最外一个伸缩杆(21)的中心轴位置对称；从外到内第二个伸缩杆(21)的外壁下部固定连接有两个第三限位机构(29)，两个第三限位机构(29)与两个第二限位机构(28)的位置对应。
7.如权利要求1所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述滚子式同步伸缩装置还包括底盘(1)，最外一个伸缩杆(21)的下端固定连接在所述底盘(1)上，所述底盘(1)上设有用于与其他设备或地基固定连接的固定孔。
8.如权利要求1所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述滚子式同步伸缩装置还包括控制器(4)、平台(7)、激光测距传感器(8)，所述平台(7)固定连接在最内一个伸缩杆(21)的上端面，所述激光测距传感器(8)固定连接在最外一个伸缩杆(21)的外壁上端，所述激光测距传感器(8)的激光光源垂直照射到所述平台(7)的下端面，所述驱动机构(3)、激光测距传感器(8)分别连接所述控制器(4)。
9.如权利要求1所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述滚子式同步伸缩装置还包括第一防尘罩(5)、第二防尘罩(6)，所述第一防尘罩(5)固定连接在底盘(1)上并罩在所述驱动机构(3)的外部，所述第二防尘罩(6)固定连接在所述伸缩组件(2)的外壁上，两个第二防尘罩(6)分别罩在最外一个伸缩杆(21)上的两个第一滚子槽的外部。
10.如权利要求1所述的滚子式同步伸缩装置，其特征在于：所述滚子式同步伸缩装置还包括走线槽(9)，所述走线槽(9)固定连接在所述伸缩组件(2)的外壁上。
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