CN114127444A - 致动器及具备该致动器的三足结构体 - Google Patents

致动器及具备该致动器的三足结构体 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种致动器以及具备该致动器的三足结构体，即使在与致动器的轴线正交的横向的载荷过大的情况下，也能够在抑制制造成本和制造工时的状态下降低由此产生的折返时的加速度的冲击。本发明的致动器(220)的特征在于，具备：管(221)；作为进给丝杠的滚珠丝杠(222)；作为进给螺母的转换螺母(223)，其与滚珠丝杠(222)螺合；活塞(224)，其与转换螺母(223)一体地固定，被驱动为能够从作为管(221)的一方的端部的自由端伸缩；以及滚动轴承部(226)，其设置于管(221)的自由端的前端，且具备将活塞(224)保持为能够移动的多个滚子从动件(226Aa)。

Description

致动器及具备该致动器的三足结构体
技术领域
本发明涉及致动器以及具备该致动器的三足结构体。
背景技术
以往，已知有专利文献1所公开的驾驶模拟器。这样的驾驶模拟器中的加振系统如后述的图1所示，主要由六足(Hexapod：六轴)结构体和三足(Tripod：三轴)结构体构成。
六足结构体也被称为斯图尔特平台，构成为由六个致动器支承上部设置有座舱的顶板。在这样的六足结构体中，除了由设定在滑动地板平面上的X、Y轴以及与该平面垂直的Z轴构成的X、Y、Z轴这三个方向的平移运动以外，还再现了施加了绕各轴的旋转运动的、即由前后方向、左右方向、上下方向、滚动(Roll)、俯仰(Pitch)、偏航(Yaw)的动作构成的六自由度的倾斜运动，由此根据操作者的驾驶操作来模拟驾驶状态。
三足结构体构成为：在搭载有上述的六足结构体的移动基座上，以在俯视的初始状态下中心角度相互以120°的角度分离的方式连接有三个致动器，移动基座能够在滑动地板上沿X-Y方向移动，并且能够进行绕Z轴的旋转(Yaw运动)。需要说明的是，比较高的频率下的小振幅的动作由六足结构体再现，比较低的频率下的大振幅的动作由三足结构体再现。
在这样的三足结构体中，例如使用专利文献2所公开的电动致动器。在这样的致动器中，如后述的图2所示，在管的内部至少具备作为进给丝杠的滚珠丝杠、作为进给螺母的转换螺母以及与转换螺母一体地固定的活塞，将滚珠丝杠的旋转运动转换为活塞的直线运动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5813706号公报
专利文献2：日本特开2015-40614号公报
专利文献3：日本特开2001-124175号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在这样的以往的致动器中，作为设置于管的前端并将活塞保持为能够移动的支承机构，如专利文献3所示使用滑动轴承。然而，在用于三足结构体的致动器中，由于与轴线正交的横向的载荷、即相对于重力水平地设置而因自重引起的力矩、或者因其他致动器的驱动而产生的横向的力矩等，在图2c所示的活塞24的支承部(在此为滑动轴承部26)和图2b所示的转换螺母23的支承部产生摩擦力。由于这样的摩擦力，如后述图7(a)所示，在折返时的加速度产生冲击，在搭乘类型的驾驶模拟器的情况下，根据测试场景，有时会给驾驶员带来不适感，给评价带来影响。
另外，作为活塞的支承机构，还已知有使用滚珠花键来代替滑动轴承来降低摩擦的结构，但在施加较大载荷的三足结构体中，在对致动器施加了与轴线正交的横向的载荷的情况下，载荷集中于前端部的花键的滚珠，该部分有可能损伤。另外，为了解决该课题，也考虑了增大滚珠花键的方法，但存在难以制造且成本变高的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种即使在与致动器的轴线正交的横向的载荷过大的情况下，也能够在抑制制造成本和制造工时的状态下降低由此产生的折返时的加速度的冲击的致动器以及具备该致动器的三足结构体。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的致动器具备：管；作为进给丝杠的滚珠丝杠，其配置于所述管的内部；作为进给螺母的转换螺母，其配置于所述管的内部，且与所述滚珠丝杠螺合，并将旋转运动转换为直线运动；活塞，其配置于所述管的内部，且与所述转换螺母一体地固定，并能够伸缩地从作为所述管的一方的端部的自由端移动；以及支承机构，其设置于所述管的所述自由端的前端，且将所述活塞保持为能够移动，所述致动器的特征在于，所述支承机构是具备多个滚子从动件的滚动轴承结构。
另外，也可以是，所述滚动轴承结构具备：所述多个滚子从动件；以及保持部，其以所述多个滚子从动件各自旋转并将所述活塞保持为能够移动的方式将所述多个滚子从动件配置于所述活塞的周围。
另外，在所述滚动轴承结构中，也可以构成为，所述多个滚子从动件各自对活塞施加预压，所述活塞被施加预压而被保持。
另外，也可以在所述滚动轴承结构中设置有三个以上的所述滚子从动件。
为了解决上述课题，本发明的三足结构体的特征在于，具备三个所述致动器，三个所述致动器以在俯视的初始状态下中心角度相互以120°的角度分离的方式连接于移动基座，所述移动基座经由空气轴承能够在滑动地板上沿X-Y方向移动，并且能够进行绕Z轴的旋转即偏航运动。
发明效果
根据本发明，通过将活塞支承部从滑动轴承设为滚动轴承，能够将致动器整体的摩擦力减少到一半以下，能够提供即使在与致动器的轴线正交的横向的载荷过大的情况下，也能够在抑制制造成本以及制造工时的状态下将由此产生的折返时的加速度的冲击减半的致动器以及具备该致动器的三足结构体，能够扩大驾驶模拟器的使用范围。
附图说明
图1是表示驾驶模拟器的加振系统的一例的图。
图2(a)是图1所示的三足结构体所使用的以往的致动器的纵剖视图，图2(b)是图2(a)所示的IIb部分的放大图，图2(c)是图2(a)所示的IIc部分的放大图。
图3(a)是本发明的致动器的纵剖视图，图3(b)是图3(a)所示的IIIb部分的放大图。
图4(a)是表示图3(b)所示的滚动轴承部的立体图，图4(b)是图4(a)所示的滚动轴承部的主视图，图4(c)是图4(a)所示的滚动轴承部的侧视图。
图5(a)是用于说明图4(a)所示的滚动轴承部的局部剖视图，图5(b)是从与图5(a)不同的方向表示图4(a)所示的滚动轴承部的局部剖视图。
图6(a)是表示滚动轴承部的滚子从动件部的立体图，图6(b)是表示滚子从动件部的剖视图。
图7(a)是表示以往的致动器的加速度特性的图，图7(b)是表示本发明的致动器的加速度特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示驾驶模拟器的加振系统的一例的图。
在图1中，驾驶模拟器的加振系统10主要由六足结构体100和三足结构体200构成。
六足结构体100也被称为斯图尔特平台，构成为：在上部设有座舱的顶板110上，合计有三个部位在每个部位连接有两个致动器120，即连接有六个致动器120A、120B、120C、120D、120E、120F，来支承顶板110。作为在此使用的致动器120A、120B、120C、120D、120E、120F，能够使用液压千斤顶或电动致动器等，但在此，如后述的图2(a)至图3(b)所示，使用电动致动器。另外，六个致动器120A、120B、120C、120D、120E、120F各自的长度被控制，但角度以能够自由转动的方式通过万向接头连接。
这样的六足结构体100构成为，除了由在后述的滑动地板240平面上设定的X、Y轴以及与该平面垂直的Z轴构成的X、Y、Z轴这三个方向的平移运动以外，还能够再现施加了绕各轴的旋转运动的，即由前后方向、左右方向、上下方向、滚动(Roll)、俯仰(Pitch)、偏航(Yaw)的动作构成的六自由度的倾斜运动，由此，构成为能够根据操作者的驾驶操作来模拟驾驶状态。
三足结构体200构成为，在上部搭载有上述的六足结构体100的移动基座210上，以在俯视的初始状态下中心角度相互以120°的角度分离的方式，连接有三个致动器220A、220B、220C。三足结构体200构成为，通过控制三个致动器220A、220B、220C的长度，移动基座210能够经由基于空气压力等的空气轴承230在滑动地板240上沿X-Y方向移动，并且能够绕Z轴旋转(偏航运动)。需要说明的是，比较高的频率下的小振幅的动作通过六足结构体100再现，比较低的频率下的大振幅的动作通过三足结构体200再现。
图2(a)是在图1所示的三足结构体200中使用的以往的致动器20的纵剖视图，图2(b)是图2(a)所示的IIb部分的放大图，图2(c)是图2(a)所示的IIc部分的放大图。
在图2(a)至图2(c)中，以往的致动器20具备管21、滚珠丝杠22、转换螺母23、活塞24、伺服马达25以及滑动轴承部26。
管21形成为圆筒形状，在其内部配置有滚珠丝杠22、转换螺母23和活塞24。滚珠丝杠22通过省略图示的同步带机构与伺服电动机25连接，被旋转驱动。如图2(b)所示，转换螺母23与滚珠丝杠22螺合，在管21的内部被限制旋转，与滚珠丝杠22的旋转配合地在管21的内部的轴线上滑动。另外，转换螺母23通过滑动轴承可滑动地保持在管21的内部。滚珠丝杠22和转换螺母23分别构成进给丝杠和进给螺母。
活塞24固定于转换螺母23，与转换螺母23的移动配合地在管21的内部移动。活塞24被驱动为能够从作为管21的一方的端部的自由端的内部伸缩，构成致动器20的可动部。即，在致动器20中，将由伺服马达25旋转驱动的滚珠丝杠22的旋转运动转换为活塞24的直线运动。如图2(c)所示，滑动轴承部26设置于作为管21的一方的端部的自由端的前端，将移动的活塞24保持为能够滑动，构成活塞24的支承机构。
在这样构成的以往的致动器20中，如后述的图7(a)所示，在致动器的加速度特性中，在折返时产生冲击，存在有时给驾驶员带来不适感的问题。另外，在该情况下，对车辆的性能进行评价的评价者无法判断是由车辆运动引起的冲击、还是模拟器的冲击，对车辆的性能评价产生不良影响。
研究的结果判明，该问题的原因在于，在如图1所示的驾驶模拟器的三足结构体中使用的致动器中，由于与轴线正交的横向的载荷、即相对于重力水平地设置而因自重引起的力矩、或者因其他致动器的驱动而产生的横向的力矩等，摩擦力变得过大。因此，以下对使在上述以往的致动器中成为问题的加速度的折返时的冲击减半的本发明的致动器进行说明。
图3(a)是本发明的致动器220的纵剖视图，图3(b)是图3(a)所示的IIIb部分的放大图。
在图3(a)及图3(b)中，本发明的致动器220具备管221、滚珠丝杠222、转换螺母223、活塞224、伺服马达225、滚动轴承部226以及固定凸缘227。
图3(a)和图3(b)所示的本发明的致动器220与图2(a)至图2(c)所示的以往的致动器20相比，主要不同点在于，作为活塞224的支承机构，代替滑动轴承部26而设置有滚动轴承部226和将其固定的固定凸缘227，除此以外的部分为同样的结构。对相同的构成要素标注了相同的参照符号，并省略其说明。
在此，如图3(b)所示，固定凸缘227通过双头螺栓等固定于管221的自由端的前端，滚动轴承部226通过螺栓等固定于该固定凸缘227，但并不限定于该形状。即，也可以不设置固定凸缘227，而将滚动轴承部226直接固定在管221的自由端的前端。
通常，已知滚动轴承的摩擦系数相对于滑动轴承的0.1～0.2为其1/10～1/100左右，摩擦力格外降低。另外，也存在使用滚珠花键来代替以往的滑动轴承的方法，但由于在滚珠花键中滚珠小，因此载荷集中于前端部的滚珠，该部分有可能损伤。与此相对，在本发明的滚动轴承部226中，如后所述，由于使用滚子从动件，因此能够使用比较大的尺寸，还具有针对大的载荷的耐性。
图4(a)是表示图3(b)所示的滚动轴承部226的立体图，图4(b)是图4(a)所示的滚动轴承部226的主视图，图4(c)是图4(a)所示的滚动轴承部226的侧视图。
如图4(a)至图4(c)所示，滚动轴承部226主要由四个滚子从动件部226A、226B、226C、226D和保持其的保持部226a构成。另外，在此设置有四个滚子从动件部226A、226B、226C、226D，但为了保持活塞224的轴芯，只要是三个以上设置几个都可以。另外，由于滚子从动部件226A、226B、226C、226D的形状全部相同，因此在以下的说明中，以滚子从动件部226A为例进行说明。
图5(a)是用于说明图4(a)所示的滚动轴承部226的局部剖视图，图5(b)是从与图5(a)不同的方向表示图4(a)所示的滚动轴承部226的局部剖视图。图6(a)是表示滚动轴承部226的滚子从动件部226A的立体图，图6(b)是表示滚子从动件部226A的剖视图。
如图5(a)至图6(b)所示，滚子从动件是在其内部组装有被称为滚针的针状的滚子的圆环形状的轴承，滚子从动件部226A主要由滚子从动件226Aa、配置于其中心且成为旋转轴的轴226Ab、配置于轴226Ab的两侧且将轴226Ab保持为能够旋转的两个轭铁226Ac、以及配置于轴226Ab的一方的端部并用于向滚子从动件226Aa和轴226Ab的内部注入润滑脂的润滑脂管接头226Ad形成。
另外，在本实施方式中，如图4(a)至图4(c)所示，构成为从滚子从动件部226A、226B、226C、226D各自的背后朝向活塞224，使用预压螺钉226P施加预压。作为预压螺钉226P，在此采用了使用全螺纹螺栓对滚子从动件部226A的轭铁226Ac施加预压的结构，但并不限定于此，也可以采用使用弹簧的方法、其他方法施加预压。
另外，这样，通过采用使用预压螺钉226P等对滚子从动件部226A、226B、226C、226D施加预压的结构，活塞224与滚子从动件部226A、226B、226C、226D的晃动消失，在载荷比较大的用于三足结构体200的致动器220中，即使在横向的载荷过大的情况下，也能够稳定地保持活塞224。
图7(a)是表示以往的致动器20的加速度特性的图，图7(b)是表示本发明的致动器220的加速度特性的图。
在图7(a)及图7(b)中，纵轴表示加速度，横轴表示时间。另外，致动器20、220的加速度特性是指作为致动器20、220的可动部的活塞24、224的前端部的加速度特性。如图7(a)所示，可知在以往的致动器20的加速度特性中，在加速度的折返点附近产生噪声，产生冲击。与此相对，如图7(b)所示，在本发明的致动器220的前端部的加速度特性中，加速度的折返点附近的噪声减半，问题得到改善。
这样，根据本实施方式的致动器220，通过设置滚动轴承部226来代替滑动轴承部26，能够大幅降低活塞224的支承机构的摩擦系数。另外，通过在滚动轴承部226设置三个以上的多个比较大尺寸且具有针对大载荷的耐性的滚子从动件部226A等，即使在与致动器220的轴线正交的横向的载荷比较大的情况下，也能够对其具有耐性。而且，通过采用从滚子从动件部226A等的背后朝向活塞224利用预压螺钉226P等施加预压的结构，即使横向的载荷过大，也能够稳定地保持活塞224。
此外，以上以本发明的致动器220以及具备该致动器的三足结构体200搭载于驾驶模拟器的加振系统10的实施方式为例进行了说明，但并不限定于此。即，本发明也可以应用于进行以下各种试验的试验装置，例如对汽车、摩托车、电车、飞机、船舶等运输设备、桥梁、大厦、住宅、建筑物等构造物以及这些部件等的被试验构造物施加外力而进行的载荷试验、施加振动而进行的加振试验、与操作者的驾驶操作相应的运转状态等的模拟试验等。
如以上说明的那样，根据本发明，能够提供即使在与致动器的轴线正交的横向的载荷过大的情况下，也能够在抑制制造成本以及制造工时的状态下降低由此产生的折返时的加速度的冲击的致动器以及使用该致动器的三足结构体。

Claims (5)

1.一种致动器，其具备：
管；
作为进给丝杠的滚珠丝杠，其配置于所述管的内部；
作为进给螺母的转换螺母，其配置于所述管的内部，且与所述滚珠丝杠螺合，并将旋转运动转换为直线运动；
活塞，其配置于所述管的内部，且与所述转换螺母一体地固定，并能够伸缩地从作为所述管的一方的端部的自由端移动；以及
支承机构，其设置于所述管的所述自由端的前端，且将所述活塞保持为能够移动，
所述致动器的特征在于，
所述支承机构是具备多个滚子从动件的滚动轴承结构。
2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，
所述滚动轴承结构具备：所述多个滚子从动件；以及保持部，其以所述多个滚子从动件各自旋转并将所述活塞保持为能够移动的方式将所述多个滚子从动件配置于所述活塞的周围。
3.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，
在所述滚动轴承结构中构成为，所述多个滚子从动件各自对活塞施加预压，所述活塞被施加预压而被保持。
4.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，
在所述滚动轴承结构中设置有三个以上的所述滚子从动件。
5.一种三足结构体，其特征在于，
具备三个权利要求1至4中任一项所述的所述致动器，三个所述致动器以在俯视的初始状态下中心角度相互以120°的角度分离的方式连接于移动基座，所述移动基座经由空气轴承能够在滑动地板上沿X-Y方向移动，并且能够进行绕Z轴的旋转即偏航运动。
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