CN114607741A - 一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，包括至少两级丝杠副，每级丝杠副包括丝杠和安装在丝杠上的螺母，丝杠为中空结构，螺母外部固连有与螺母同轴线的、管状的输出部；多级丝杠副同轴、嵌套装配，次一级丝杠通过轴承装配在前一级螺母上，次一级螺母输出部位于前一级螺母输出部的内部，多级螺母输出部设置沿轴向的导向结构；相邻两级丝杠副的丝杠之间通过连接机构传动，使得多级丝杠副逐级伸缩。整个传动机构形成变减速比结构，通过采用变减速比、逐级伸缩，提高电动缸的功率密度、刚度，减小电动缸体积、重量，提高效能，适用于高承载、大行程的电动缸等电动伺服机构，特别适用于工作行程内负载变化范围大的重载起竖电动缸。

Description

一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构。

背景技术

随着全电化武器装备的发展，电动缸逐渐替代传统液压缸应用于发射车等特种车辆的起竖设备中。为了满足车载重型导弹的快速垂直发射需求，电动缸要求具有大推力、长行程、高刚度、轻质小型化等特点。在起竖过程中，导弹从近水平状态运动至垂直状态，电动缸所承受的负载变化范围非常大。现有的起竖电动缸均采用定减速比、同步伸缩的滚珠丝杠传动形式。为了兼顾电动缸的输出力和输出速度，定减速比传动机构导致伺服电机的功率过大，进而造成电动缸体积大、重量大、效能没有实现最大化应用等问题。同时，同步伸缩传动机构使得电动缸在全行程内的刚度变化较小，导致在重量受限的前提下，传动机构的刚度没有实现最优分配，造成在起竖初始阶段较大负载时电动缸的变形量大，不利于快速、稳定的起竖运动控制。

发明内容

针对现有技术中传动机构因减速比恒定、多级同步伸缩导致的起竖电动缸体积大、重量大、刚度分配不合理、效能低等技术问题，本发明提供了一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，通过变减速比、逐级伸缩设计，提高电动缸的功率密度与刚度，减小电动缸体积、重量，提高效能，适用于高承载、大行程的电动缸等电动伺服机构，特别适用于工作行程内负载变化范围大的重载起竖电动缸。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，包括至少两级丝杠副，每级丝杠副包括丝杠和安装在丝杠上的螺母，所述丝杠为中空结构，所述螺母外部固连有与螺母同轴线的、管状的输出部；多级丝杠副同轴、嵌套装配，次一级丝杠通过轴承装配在前一级螺母上，次一级螺母输出部位于前一级螺母输出部的内部，多级螺母输出部设置沿轴向的导向结构；相邻两级丝杠副的丝杠之间通过连接机构传动，使得多级丝杠副逐级伸缩。

进一步地，所述连接机构包括永磁铁、输入杆、限位结构；所述永磁铁设置在第一级丝杠内腔中或者前一级丝杠副装配的连接机构的输入杆内腔中；所述限位结构包括限位部A、限位部B，所述限位部A设置在次一级丝杠的一端；所述输入杆一端穿过限位部A、伸入第一级丝杠内腔中或者前一级输入杆内腔中与永磁铁吸附，所述输入杆另一端设置与限位部A匹配的限位部B；所述输入杆与第一级丝杠内腔之间，或者所述输入杆与前一级输入杆内腔之间，设置沿轴向导向结构。

进一步地，所述限位部A为连接座，所述连接座包括定位圆环和定位圆环沿内圆周面均匀分布的若干母块，所述限位部B为设置在输入杆一端外部边缘上的若干公块，所述母块、公块相对面采用螺旋形曲面。

进一步地，所述输入杆沿轴向的导向结构为设置于外表面的凸键，所述第一级丝杠内腔或者前一级输入杆内腔匹配设置沿轴向的键槽；所述输入杆采用铁磁材料。

进一步地，所述螺母输出部的导向结构为导向杆，所述导向杆设置至少一根，每根所述导向杆一端固连在伺服机构壳体上，另一端穿过每级螺母的靠近伺服机构壳体的端面上的圆孔，所述导向杆与所述圆孔组成滑动副；相邻螺母输出部沿轴向组成滑动副。

进一步地，任意相邻两级丝杠副，次一级丝杠通过深沟球轴承和推力球轴承装配在前一级螺母上；所述次一级丝杠一端包括连接轴，所述连接轴包括第一腔段、第二腔段，靠近端面的所述第二腔段内径大于所述第一腔段；所述前一级螺母靠近端面设置外径小的台阶；所述深沟球轴承内圈固定在前一级螺母台阶上，外圈固定在次一级丝杠第一腔段内；所述推力球轴承轴圈固定在前一级螺母上，座圈固定次一级丝杠第二腔段内。

进一步地，所述前一级螺母靠近深沟球轴承端面设置内挡板，所述次一级丝杠第二腔段内设置L型外挡板，所述推力球轴承座圈固定在L型外挡板内腔中。

进一步地，所述丝杠副为滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、梯形丝杠中的一种。

进一步地，所述传动机构包括三级丝杠副，一级丝杠与二级丝杠之间设置一级连接机构，二级丝杠与三级丝杠之间设置二级连接机构；所述传动机构最大伸出长度L_总＝L₁+L₂+L₃，其中

L₁＝l_c1

其中，P_h1、P_h2、P_h3分别为一级丝杠副、二级丝杠副、三级丝杠副的减速比，l_s3为三级丝杠副的行程；l_c1为一级连接机构中公块与母块配合面之间的轴向距离，l_c2为二级连接机构中公块与母块配合面之间的轴向距离。

进一步地，所述传动机构的参数满足

Δ_DX≥L_总

其中，l_LJ1表示一级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级丝杠的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ1表示一级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级丝杠的内腔的最小轴向长度；l_LJ2表示二级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级连接机构输入杆的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ2表示二级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级连接机构输入杆的内腔的最小轴向长度，Δ_DX为导向杆沿轴向方向在三级螺母中的有效运动长度；

Δ_LJ1取值不小于一级连接机构输入杆的长轴的直径值；Δ_LJ2取值不小于二级连接机构输入杆的长轴的直径值。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明提供了一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，优点和有益效果如下：

1)采用基于永磁体吸附连接原理，通过连接机构的公块-母块之间螺旋形曲面连接形式，实现对多级丝杠副的分时、逐次驱动，结构简单，可靠性高；

2)采用多级丝杠逐级伸缩运动形式，在不同运动阶段具有变减速比的传动特性，在电动缸应用中传动机构的刚度可以根据负载情况实现最优分配，电动缸的刚度提升20％以上，功率密度提升10％以上，有效解决工作行程内负载变化范围大的重载起竖电动缸传动设计难题；

3)同等工况下，变减速比传动降低了对驱动电机的转速范围要求，使得低速大扭矩电机可以直接驱动传动机构实现电动缸输出，消除了中间齿轮等传动环节，简化了电动缸的结构；

4)适用于滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、梯形丝杠等不同传动类型的变减速比逐级伸缩传动机构设计，适用范围广；

5)适用于二级、三级及以上的逐级伸缩丝杠类传动机构设计，伸缩的级数不受限制，通用性强。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构轴侧图；

图2是本发明具体实施例提供的变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构轴侧剖视图；

图3是本发明具体实施例提供的一级丝杠副的轴侧剖视图；

图4是本发明具体实施例提供的二级丝杠副的轴侧剖视图；

图5是本发明具体实施例提供的三级丝杠副的轴侧剖视图；

图6是本发明具体实施例提供的传动机构局部剖视图；

图7是本发明具体实施例提供的一级连接机构的轴侧图，图(a)为左轴侧图，图(b)为右轴侧图；

图8是本发明具体实施例提供的一级连接座的外形图；

图9是本发明具体实施例提供的二级连接机构的轴侧图；

图10是本发明具体实施例提供的二级连接座的外形图；

图11是本发明具体实施例提供的传动机构半剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1.一级丝杠副、2.二级丝杠副、3.三级丝杠副、4.导向杆、4-1.长杆、4-2.底座、5.一级连接机构、6.二级连接机构、7.一级丝杠、7-1.键槽、7-2.多线螺旋形滚道、7-3.内腔、8.一级螺母、8-1.多线螺旋形滚道、8-2.台阶、8-3.轴部、8-4.输出部的外侧面、8-5.输出部的内侧面、9.一级滚珠、10.二级丝杠、10-1.多线螺旋形滚道、10-2.第一内腔、10-3.第二内腔、11.二级螺母、11-1.多线螺旋形滚道、11-2.台阶、11-3.轴部、11-4.输出部的外侧面、11-5.输出部的内侧面、12.二级滚珠、13.第一深沟球轴承、13-1.内圈、13-2.外圈、14.第一内挡板、15.第一外挡板、15-1.内腔、16.第一推力球轴承、16-1.轴圈、16-2.座圈、17.三级丝杠、17-1.多线螺旋形滚道、17-2.第三内腔、17-3.第四内腔、18.三级螺母、18-1.多线螺旋形滚道、18-2.输出部的外侧面、19.三级滚珠、20.第二深沟球轴承、20-1.内圈、20-2.外圈、21.第二内挡板、22.第二外挡板、22-1.内腔、23.第二推力球轴承、23-1.轴圈、23-2.座圈、24.伺服机构壳体、25.圆孔、26.一级永磁铁、27.一级连接座、27-1.定位圆环、27-2.一级母块、28.一级输入杆、28-1.长轴、28-2.凸键、28-3.一级公块、28-4.内腔、28-5.键槽、29.二级永磁铁、30.二级连接座、30-1.定位圆环、30-2.二级母块、31.二级输入杆、31-1.长轴、31-2.凸键、31-3.二级公块。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明提供了一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，包括至少两级丝杠副，每级丝杠副包括丝杠和安装在丝杠上的螺母，丝杠为中空结构，螺母外部固连有与螺母同轴线的、管状的输出部；多级丝杠副同轴、嵌套装配，次一级丝杠副的丝杠通过轴承装配在前一级丝杠副的螺母上，次一级丝杠副的螺母输出部位于前一级丝杠副的螺母输出部的内部，多级螺母输出部设置沿轴向的导向结构；相邻两级丝杠副的丝杠之间通过连接机构传动，将前一级丝杠副的丝杠转动传递至次一级丝杠副的丝杠，使得多级丝杠副逐级伸缩；整个传动机构形成变减速比结构。该传动机构采用变减速比、逐级伸缩，对于同样的驱动机构，变减速比可以提高负载变化范围，逐级伸缩可以合理分配每级丝杠副的刚度，进而提高电动缸的功率密度与刚度，适用于高承载、大行程的电动缸等电动伺服机构，特别适用于工作行程内负载变化范围大的重载起竖电动缸。

进一步地，为了实现多级丝杠副可靠的分时、逐次驱动伸缩，设计了一种连接机构，包括永磁铁、输入杆、限位结构，对于相邻两级丝杠副，永磁铁设置在第一级丝杠副的丝杠内腔前端或者前一级丝杠副装配的连接机构输入杆内腔的前端，限位结构包括限位部A、限位部B，限位部A设置在次一级丝杠副的丝杠远离永磁体的后端，输入杆一端穿过限位部A、伸入第一级丝杠内腔中或者前一级输入杆内腔中与永磁铁磁性相吸附，输入杆另一端设置有与限位部A匹配的限位部B，输入杆与第一级丝杠内腔或者前一级输入杆内腔之间匹配设置沿轴向的导向结构。该连接机构通过磁性吸附、限位部配合实现丝杠之间的转动传动，同时限位部组配后，输入杆可随次一级丝杠副的直线运动进行直线位移，该连杆机构实现了多级丝杠副的分时、逐次驱动，结构简单，可靠性高。

进一步地，限位部A为连接座，连接座包括定位圆环和沿圆环内圆周面均匀分布的若干母块，限位部B为设置在输入杆一端外缘上的若干公块，母块、公块相对面采用螺旋形曲面，便于母块、公块在旋转过程中组配。

进一步地，螺母输出部设置沿轴向的导向结构为导向杆，导向杆设置至少一根，每根导向杆一端固连在伺服机构壳体上，另一端穿过每级螺母的靠近伺服机构壳体的端面上的圆孔，导向杆与圆孔组成滑动副，相邻螺母输出部沿轴向组成滑动副，使得螺母输出部沿轴向做直线运动。

进一步地，除了一级丝杠外，其他丝杠一端设置一体成型的连接轴，用于与前一级螺母匹配连接，连接轴包括第一腔段和第二腔段，靠近端面的第二腔段内径大于第一腔段；除了末级螺母外，其他级丝杠副的螺母靠近端面设置外径小的台阶，用于与次一级丝杠的连接轴连接；相邻两级丝杠副，次一级丝杠与前一级螺母通过深沟球轴承和推力球轴承连接；深沟球轴承内圈固定在前一级螺母台阶上，外圈固定在次一级丝杠第一腔段内；前一级螺母靠近深沟球轴承端面设置内挡板，次一级丝杠第二腔段内设置L型外挡板，推力球轴承轴圈固定在前一级螺母的轴部，座圈固定在L型外挡板内腔中。深沟球轴承用于实现次一级丝杠绕前级螺母的转动，推力球轴承用于在次级丝杠绕前级螺母转动的同时提供轴向承载力，内挡板用于防止深沟球轴承的轴向窜动，外挡板用于防止第一推力球轴承的轴向和径向窜动。

本发明中，丝杠副可以为滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、梯形丝杠等传动结构中的一种。

下面以采用滚珠丝杠的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构为例，对本发明的技术方案进行详细阐述。

如图1、2所示，一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，包括一级丝杠副1、二级丝杠副2、三级丝杠副3、导向杆4、滚动轴承、一级连接机构5、二级连接机构6等。其中，一级丝杠副1、二级丝杠副2、三级丝杠副3采用同轴嵌套布局形式。

如图3所示，一级丝杠副1包括一级丝杠7、一级螺母8和一级滚珠9。一级丝杠7为沿轴线方向贯通的中空圆柱形结构，内表面沿轴线方向贯穿有两个键槽7-1，一级丝杠7的外表面上有多线螺旋形滚道7-2。一级螺母8包括轴部8-3和固连在轴部8-3外侧的管状输出部，轴部8-3一端与输出部一端通过环形底板一体成型，形成内外同轴线的套筒结构。轴部8-3的内腔上有多线螺旋形滚道8-1，若干个一级滚珠9位于一级丝杠7、一级螺母8的滚道所形成的螺旋形空间内。轴部8-3靠近端面设置外径较小的台阶8-2。

如图4所示，二级丝杠副2包括二级丝杠10、二级螺母11和二级滚珠12。二级丝杠10为圆柱形中空结构，外表面上有多线螺旋形滚道10-1，二级丝杠10一端包括连接轴，连接轴包括第一内腔10-2、第二内腔10-3，第二内腔10-3内径大于第一内腔10-2。二级螺母11包括轴部11-3和固连在轴部外侧的管状输出部，轴部11-3一端与输出部一端通过环形底板一体成型，形成内外同轴线的套筒结构。轴部11-3的内腔上有多线螺旋形滚道11-1，若干个二级滚珠12位于二级丝杠10、二级螺母11的滚道所形成的螺旋形空间内。轴部11-3靠近端面设置外径较小的台阶11-2。二级丝杠10通过滚动轴承与一级螺母8连接，如图6所示，具体为第一深沟球轴承13的内圈13-1套在一级螺母8的台阶8-2上并与之固连，第一深沟球轴承13的外圈13-2嵌入在二级丝杠10的第一内腔10-2并与之固连；第一内挡板14与一级螺母8的端面固连，L型第一外挡板15嵌入到二级丝杠10的第二内腔10-3并与之固连；第一推力球轴承16的轴圈16-1套在一级螺母8的轴部8-3并与之固连，第一推力球轴承16的座圈16-2嵌在第一外挡板15的内腔15-1并与之固连。

如图5所示，三级丝杠副3包括三级丝杠17、三级螺母18和三级滚珠19。三级丝杠17为圆柱形中空结构，外表面上有多线螺旋形滚道17-1，三级丝杠17一端包括连接轴，连接轴包括第三内腔17-2、第四内腔17-3，第四内腔17-3内径大于第三内腔17-2。三级螺母18包括轴部和固连在轴部外表面的管状输出部，轴部与输出部一体成型。轴部的内腔上有多线螺旋形滚道18-1，若干个三级滚珠19位于三级丝杠17、三级螺母18的滚道所形成的螺旋形空间内。三级丝杠17通过滚动轴承与二级螺母11连接，如图6所示，具体为第二深沟球轴承20的内圈20-1套在二级螺母11的台阶11-2上并与之固连，第二深沟球轴承20的外圈20-2嵌入在三级丝杠17的第三内腔17-2并与之固连；第二内挡板21与二级螺母11的端面固连，L型第二外挡板22嵌入到三级丝杠17的第四内腔17-3并与之固连；第二推力球轴承23的轴圈23-1套在二级螺母11的轴部11-3并与之固连，第二推力球轴承23的座圈23-2嵌在第二外挡板22的内腔22-1并与之固连。

如图2-5所示，一级螺母8的输出部的外侧面8-4与伺服机构壳体24沿轴向组成滑动副，一级螺母8的输出部的内侧面8-5与二级螺母11的输出部的外侧面11-4沿轴向组成滑动副；二级螺母11的输出部的内侧面11-5与三级螺母18的输出部的外侧面18-2沿轴向组成滑动副。

如图2所示，一级螺母8、二级螺母11、三级螺母18的底部各有两个相同直径尺寸的圆孔25(优选的，三级螺母18的圆孔25延伸到输出部内表面的局部区域)，三级螺母的两个圆孔25对应的位于两条直线上。如图6所示，导向杆4为圆柱形台阶轴，包括长杆4-1和设置在长杆4-1一端的底座4-2，长杆4-1分别贯穿一级螺母8、二级螺母11、三级螺母18的底部圆孔25，导向杆4与螺母底部圆孔25组成滑动副；导向杆4的底座4-2与伺服机构壳体24固连。在其他实施例中，多级螺母输出部还可以通过在螺母输出部之间设置沿轴向的凹槽、凸键，或者将多级输出部设计为正多边形管状结构，实现对螺母输出部的轴向导向作用。

如图7、8所示，一级连接机构5包括一级永磁铁26、一级连接座27和一级输入杆28。一级永磁铁26为圆柱形，安装在一级丝杠7的内腔7-3一端、并与之固连。一级连接座27安装在二级丝杠10的端面并与之固连，一级连接座27包括定位圆环27-1和固连于定位圆环27-1内圆周面的3个一级母块27-2，定位圆环27-1与二级丝杠10的轴线重合。一级输入杆28采用铁磁材料，包括长轴28-1和台阶轴段，台阶轴段外径比长轴28-1略大、内部设置圆柱形内腔28-4，台阶轴段内表面设置键槽28-5。一级输入杆28的长轴28-1与一级丝杠内腔7-3沿轴向组成滑动副，长轴28-1外表面设置的凸键28-2与一级丝杠内腔7-3内表面的键槽7-1沿轴向组成滑动副。一级连接座27上3个绕轴线均匀分布的一级母块27-2，一级母块27-2采用螺旋形凹形曲面形式；一级输入杆28的端部外缘有3个绕轴线均匀分布的一级公块28-3，一级公块28-3采用与一级母块27-2相匹配的螺旋形凸形曲面形式，工作过程中，螺旋形曲面相对靠近，母块、公块在旋转过程中无阻滞的组配。

如图9、10所示，二级连接机构6包括二级永磁铁29、二级连接座30和二级输入杆31。二级永磁铁29为圆柱形，安装在一级输入杆内腔28-4最深处、并与之固连。二级连接座30安装在三级丝杠17的端面并与之固连，二级连接座30包括定位圆环30-1和固连于定位圆环30-1内圆周面的3个二级母块30-2，定位圆环30-1与三级丝杠17的轴线重合。二级输入杆31采用铁磁材料，包括长轴31-1和台阶轴段，台阶轴段外径比长轴31-1略大。二级输入杆31的长轴31-1与一级输入杆内腔28-4沿轴向组成滑动副，长轴31-1外表面设置的凸键31-2与一级输入杆内腔28-4内表面的键槽28-5沿轴向组成滑动副。二级连接座30上3个绕轴线均匀分布的二级母块30-2，二级母块30-2采用螺旋形凹形曲面形式；二级输入杆31的端部外缘有3个绕轴线均匀分布的二级公块31-3，二级公块31-3采用与二级母块30-2相匹配的螺旋形凸形曲面形式。

本实施例中，三级丝杠副可以采用不同的减速比。定义一级丝杠副、二级丝杠副、三级丝杠副的导程(或减速比)分别为P_h1、P_h2和P_h3，行程分别为l_s1、l_s2和l_s3；传动机构在收缩状态下，一级公块与一级母块配合面之间的轴向距离为l_c1，二级公块与二级母块配合面之间的轴向距离为l_c2。如上所述的一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，在伸长过程中：

一级丝杠7旋转驱动一级螺母8相对伺服机构壳体24沿直线伸长运动，二级螺母11、三级螺母18相对一级螺母8无轴向运动，传动机构的总导程(或减速比)P_h等于P_h1，一级螺母8的单级运动可输出长度L₁＝l_c1。

当一级输入杆28的一级公块28-3与一级母块27-2接触配合后，一级输入杆28同步驱动二级丝杠10旋转，一级输入杆28与一级永磁铁26分离，一级螺母8、二级螺母11同步伸长并输出直线运动，传动机构的总导程(或减速比)P_h等于P_h1+P_h2，一级螺母、二级螺母的复合输出长度

当二级输入杆31的二级公块31-3与二级母块30-2接触配合后，二级输入杆31同步驱动三级丝杠17旋转，二级输入杆31与二级永磁铁29分离，一级螺母8、二级螺母11、三级螺母18复合伸长并输出直线运动，传动机构的总导程(或减速比)P_h等于P_h1+P_h2+P_h3，一级螺母、二级螺母、三级螺母的复合输出长度

如上所述的一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，最大伸出长度L_总取值为L_总＝L₁+L₂+L₃。

如上所述的一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，在收缩过程，各级滚珠丝杠副的运动顺序与伸长过程相反，首先是一级螺母、二级螺母、三级螺母复合收缩输出直线运动，当二级输入杆与二级永磁铁接触后，二级公块与二级母块分离接触；然后一级螺母、二级螺母复合收缩输出直线运动，当一级输入杆与一级永磁铁接触后，一级公块与一级母块分离接触；最后一级螺母收缩输出直线运动，直到运动至传动机构的收缩状态。

如上所述的一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，传动机构参数应满足关系：

Δ_DX≥L_总。如图11所示，式中，l_LJ1表示一级输入杆的长轴部分可嵌入在一级丝杠的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ1表示一级输入杆的长轴部分嵌入在一级丝杠的内腔的最小轴向长度，通常取值不小于一级输入杆的长轴部分的直径值；l_LJ2表示二级输入杆的长轴部分可嵌入在一级输入杆的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ2表示二级输入杆的长轴部分嵌入在一级输入杆的内腔的最小轴向长度，通常取值不小于二级输入杆的长轴部分的直径值；Δ_DX为导向杆沿轴向方向在三级螺母中的有效运动长度。

如上所述的一种变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，每一级丝杠副均可采用不同的导程，通过一级连接机构、二级连接机构分时、逐次驱动二级丝杠副或三级丝杠副运动，实现多级滚珠丝杠传动机构的在伸缩过程中，一级丝杠副、二级丝杠副、三级丝杠副逐级动作，实现在不同运动阶段传动机构的变减速比传动。如上所述的变减速比逐级伸缩滚珠丝杠传动机构，特别适用于工作行程内负载变化范围大的重载起竖电动缸，通过系统集成提高电动缸的功率密度与刚度。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，包括至少两级丝杠副，每级丝杠副包括丝杠和安装在丝杠上的螺母，所述丝杠为中空结构，所述螺母外部固连有与螺母同轴线的、管状的输出部；

多级丝杠副同轴、嵌套装配，次一级丝杠通过轴承装配在前一级螺母上，次一级螺母输出部位于前一级螺母输出部的内部，多级螺母输出部设置沿轴向的导向结构；

相邻两级丝杠副的丝杠之间通过连接机构传动，使得多级丝杠副逐级伸缩。

2.根据权利要求1所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述连接机构包括永磁铁、输入杆、限位结构；所述永磁铁设置在第一级丝杠内腔中或者前一级丝杠副装配的连接机构的输入杆内腔中；所述限位结构包括限位部A、限位部B，所述限位部A设置在次一级丝杠的一端；所述输入杆一端穿过限位部A、伸入第一级丝杠内腔中或者前一级输入杆内腔中与永磁铁吸附，所述输入杆另一端设置与限位部A匹配的限位部B；

所述输入杆与第一级丝杠内腔之间，或者所述输入杆与前一级输入杆内腔之间，设置沿轴向导向结构。

3.根据权利要求2所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述限位部A为连接座，所述连接座包括定位圆环和定位圆环沿内圆周面均匀分布的若干母块，所述限位部B为设置在输入杆一端的外部边缘上的若干公块，所述母块、公块相对面采用螺旋形曲面。

4.根据权利要求2所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述输入杆沿轴向的导向结构为设置于外表面的凸键，所述第一级丝杠内腔或者前一级输入杆内腔匹配设置沿轴向的键槽；所述输入杆采用铁磁材料。

5.根据权利要求3所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述螺母输出部的导向结构为导向杆，所述导向杆设置至少一根，每根所述导向杆一端固连在伺服机构壳体上，另一端穿过每级螺母的靠近伺服机构壳体的端面上的圆孔，所述导向杆与所述圆孔组成滑动副；相邻螺母输出部沿轴向组成滑动副。

6.根据权利要求1所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，任意相邻两级丝杠副，次一级丝杠通过深沟球轴承和推力球轴承装配在前一级螺母上；所述次一级丝杠一端包括连接轴，所述连接轴包括第一腔段、第二腔段，靠近端面的所述第二腔段内径大于所述第一腔段；所述前一级螺母靠近端面处设置外径小的台阶；所述深沟球轴承内圈固定在前一级螺母台阶上，外圈固定在次一级丝杠第一腔段内；所述推力球轴承轴圈固定在前一级螺母上，座圈固定次一级丝杠第二腔段内。

7.根据权利要求6所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述前一级螺母靠近深沟球轴承端面设置内挡板，所述次一级丝杠第二腔段内设置L型外挡板，所述推力球轴承座圈固定在L型外挡板内腔中。

8.根据权利要求1所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述丝杠副为滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、梯形丝杠中的一种。

9.根据权利要求5所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述传动机构包括三级丝杠副，一级丝杠与二级丝杠之间设置一级连接机构，二级丝杠与三级丝杠之间设置二级连接机构；所述传动机构最大伸出长度L_总＝L₁+L₂+L₃，其中

L₁＝l_c1

其中，P_h1、P_h2、P_h3分别为一级丝杠副、二级丝杠副、三级丝杠副的减速比，l_s3为三级丝杠副的行程；l_c1为一级连接机构中公块与母块配合面之间的轴向距离，l_c2为二级连接机构中公块与母块配合面之间的轴向距离。

10.根据权利要求9所述的变减速比逐级伸缩丝杠传动机构，其特征在于，所述传动机构的参数满足

Δ_DX≥L_总

其中，l_LJ1表示一级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级丝杠的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ1表示一级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级丝杠的内腔的最小轴向长度；l_LJ2表示二级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级连接机构输入杆的内腔的最大轴向长度，Δ_LJ2表示二级连接机构输入杆的长轴嵌入在一级连接机构输入杆的内腔的最小轴向长度，Δ_DX为导向杆沿轴向方向在三级螺母中的有效运动长度；

Δ_LJ1取值不小于一级连接机构输入杆的长轴的直径值；Δ_LJ2取值不小于二级连接机构输入杆的长轴的直径值。

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