CN115076317A

CN115076317A - 多级电动推杆

Info

Publication number: CN115076317A
Application number: CN202210450847.4A
Authority: CN
Inventors: 刘贺平; 王崇伍; 刘涛; 罗阿妮; 赖潇亮; 王艳蒙
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2022-04-26
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2022-09-20

Abstract

本发明提供一种多级电动推杆，由三级推杆组成，第一级推杆为固定部分，内部存放电路、电池、电机等部件，第二级推杆为可伸出部分，通过间隙配合套在第一级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第二级推杆，第三级推杆也是可伸出部分，通过间隙配合套在第二级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第三级推杆。电动推杆三级推杆通过移动副实现相对运动，原理类似吊车伸缩臂，可伸缩范围大，便于收纳。

Description

多级电动推杆

技术领域

本发明涉及通过控制旋转电机，实现由旋转运动向直线往复运动转化的技术领域，尤其涉及一种通过在多级推杆之间绳索与滑轮配合，使推杆能够快速、大范围伸缩的结构。

背景技术

传统驱动分为液压驱动、电力驱动、气压驱动，电动推杆作为一种典型的电力驱动装置，广泛应用于机械领域，在各种工艺流程中作为执行机械来使用，便于实现对机械的远距离、高精度、自动化控制。

电动推杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成。电动推杆由电动机接电提供动力，减速齿轮起减速功能，螺杆旋转作用于丝杠螺母，将电机的旋转运动变为直线运动，通过控制电机的正反转可实现推杆的伸缩动作。电动推杆的行程和移动速率通过控制丝杠长度、电动机的转速来实现，实现其他运动要求，如分步走完整个行程(即走走停停)通过配编码器来实现，实现转动、摇动等复杂动作可通过各种杠杆、摇杆或者连杆来实现。

当前电动推杆都是单节伸缩结构，行程通常在100～400mm之间，特殊行程需要单独设计，空载运行速度为4mm～35mm/s。由于电动推杆的这些特点，使得电动推杆在部分应用情景下会有诸多不便，如在跨距长的应用情景中需要将推杆设计得很长，由于是特殊设计，在应用的及时性和成本方面可能会形成不利影响。同时由于伸缩杆过长，电机速率过小会导致电机伸长变慢，过大则会对造成电机过热，影响电机寿命。除此之外，传统电动推杆过载保护方式是在选取电动推杆的推力时考虑规定范围，但是电动推杆自身结构没有过载保护的功能，所以在超载时会直接对电动推杆造成不易修复的损伤。

目前，针对电动推杆功能的改进主要是通过与摇杆、杠杆等组合及控制来实现预期的目的，对于电动推杆本身只有局部结构的优化，如不同类型的丝杠的选取，但对于结构的创新性优化目前并无涉及。

发明内容

本发明的目的是为了实现电动推杆的快速伸缩、伸缩范围大、过载保护等效果，提供一种多级电动推杆。

本发明的目的是这样实现的：多级电动推杆由三级推杆组成，第一级推杆为固定部分，内部存放电路、电池、电机等部件，第二级推杆为可伸出部分，通过间隙配合套在第一级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第二级推杆，第三级推杆也是可伸出部分，通过间隙配合套在第二级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第三级推杆。

进一步地，第一级推杆是整个电动推杆的主体部分，包含电路电池仓和驱动装置部分。电路电池仓留有放置电路板及电池的空间，便于电动推杆实现远程控制。电路电池仓部分与电机壳和电机盖通过螺钉进行连接，同时电机壳和电机盖板也是通过螺钉进行连接。驱动部分包括电机、丝杠、滑台、绳索等，滑台由丝杠螺母、丝杠螺母壳、滑轮组成。通过电路板对电机进行转速、转向、间歇性等控制，电机转动带动丝杠旋转，丝杠螺母壳限制了丝杠螺母的轴向转动，进而使滑台整体沿丝杠轴向移动，安装在滑台上的滑轮就具有了动滑轮的功能，两条绳索分别连接在第一级推杆的末端和电机上方，第一级推杆一侧开有槽口，两条绳索从两个方向绕过滑轮、穿过槽口、连接至第二级推杆，第一级推杆另一侧有绳索固定块，固定有另外两条绳索，分别绕过第二级推杆的滑轮，连接第三级推杆。

进一步地，第二级推杆由管体和两部分滑轮结构共同组成，第二级推杆套在第一级推杆外，作为整个电动推杆的推杆。第二级推杆一侧有两处固定绳索的部位，将绕过第一级推杆滑轮的绳索固定，保证第二级推杆相对于第一级推杆的伸出与回缩运动。另一侧两端各装有心轴，心轴上装配有滑轮，由于第二级推杆的移动，使其具有动滑轮功能，第一级推杆绳索固定块引出的两条绳索绕过这两个滑轮，连接到第三级推杆，实现了第三级推杆相对于第二级推杆的运动。

进一步地，第三级推杆主要由主管体、副管体、两个卡环组成，作为整个电动推杆的推杆。主管体和副管体通过卡环连接，副管体上有绳索固定块结构，从第一级推杆固定块引出、绕过第二级推杆滑轮的两条绳索固定在此处，滑台的移动带动第二级推杆的移动，第二级推杆的移动又带动第三级推杆的移动，滑台的位移量在第二级推杆上被放大两倍、在第三级推杆上被放大四倍，产生第二、第三级推杆等比伸长与回缩的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：电动推杆三级推杆通过移动副实现相对运动，原理类似吊车伸缩臂，可伸缩范围大，便于收纳。其完全收缩时长度和完全展开的长度比为：1:2.39，最大可伸长长度为607.83mm。电动推杆三级推杆可同步运动，丝杠螺母移动距离：第二级推杆移动距离：第三级推杆移动距离为1:2:4，推杆伸缩速度是螺母移动速度的4倍，可实现推杆的快速伸缩。三级推杆之间通过动滑轮结构来实现相对运动，绳索连接使得结构具备一定弹性，当载荷过大时可以通过绳索的断裂来实现过载保护的功能。

附图说明

图1为发明整体结构示意图；

图2、图3为第一级推杆整体结构示意图；

图4为第二级推杆整体结构结构图；

图5为第三级推杆整体结构结构图；

图6、图7为第一至第二级推杆驱动结构示意图；

图8、图9为第一至第三级推杆驱动结构示意图；

图中，1——第一级推杆；2——第二级推杆；3——第三级推杆；4——电路电池仓；5——电机壳；6——电机盖；7——丝杠螺母和丝杠螺母壳件；8——丝杠；9——电机；10——第一级推杆滑轮；11——绳索固定块；12——第二级推杆管体；13——第二级推杆小径端心轴和滑轮组件；14、15——第二级推杆大径端心轴和滑轮组件；16——第三级推杆副管体；17——卡环；18——第三级推杆主管体；19——铝套；20——第二级推杆伸出绳索；21——第二级推杆回缩绳索；22——第三级推杆回缩绳索；23——第三级推杆伸出绳索。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，多级电动推杆由第一级推杆1、第二级推杆2和第三级推杆3组成。

如图2、图3所示，在电池电路仓4内放置控制电路，电路与电机9连接控制其进行旋转运动，带动丝杠8转动，丝杠螺母和丝杠螺母壳件7在电机壳5内被限制转动，在丝杠8转动作用下，丝杠螺母和丝杠螺母壳件7与第一级推杆滑轮10组成滑台结构，沿丝杠的轴向平移，滑轮10有两个凹槽，可绕过两根绳索，第一级推杆一侧有槽口，另一侧装有绳索固定块11，绳索穿过固定块上的孔，穿过的部分使用铝套19掐紧，达到固定绳索的作用。

如图4所示，第二级推杆一侧端部各有一个滑轮结构14、15和13。

如图5所示，第三级推杆由副管体16、卡环17和主管体18组成，主管体与副管体通过卡环固连在一起，副管体内侧有固定绳索的固定块结构。

第二级推杆运动原理：如图6、图7所示，第二级推杆伸出绳索20的起始端固定在第一级推杆1中部，即滑槽行程起始端，绕过第一级推杆滑轮10，其末端连接至第二级推杆管体12大径端，即管径较大的一端，两处均使用铝套19掐紧来固定，第一级推杆滑轮10作为动滑轮，在滑台向行程末端移动过程中，滑轮10拉动绳索20，绳索20末端拉动第二级推杆伸出，伸出的速度、距离均为滑台移动的两倍；第二级推杆回缩绳索21的起始端固定在滑槽行程的末端，绕过第一级推杆滑轮10，连接至第二级推杆管体12小径端，即管径较小的一端，两处均使用铝套19掐紧来固定，在滑台向起始端移动过程中，滑轮10拉动绳索21，绳索21末端拉动第二级推杆回缩，回缩的速度、距离均为滑台移动的两倍。

第三级推杆运动原理：如图8、图9所示，第三级推杆伸出绳索23和回缩绳索22的起始端均固定在第一级推杆的绳索固定块11上，伸出绳索23绕过第二级推杆小径端的滑轮结构14、15，末端连接在第三级推杆副管体16内侧的绳索固定块结构上，两端均采用铝套19掐紧固定，第二级推杆伸出的运动使滑轮结构14、15具有动滑轮功能，伸出过程中，滑轮15拉动绳索23，绳索23拉动第三级推杆副管体伸出，从而带动整个第三级推杆伸出，其伸出速度、距离均为第二节管体伸出的两倍；回缩绳索22绕过第二级推杆根部的滑轮结构13，末端连接在第三级推杆上，第二级推杆的回缩运动使滑轮结构13具有动滑轮功能，回缩过程中拉动绳索22，绳索22拉动第三级推杆回缩，回缩速度、距离均为第二级推杆回缩的两倍。最终使第三级推杆的伸出和回缩的速度、距离均为第一级推杆滑台运动的四倍，并且第二级与第三级推杆等比例伸出、回缩。

Claims

1.多级电动推杆，其特征在于：包括第一级推杆、第二级推杆和第三级推杆，第一级推杆为固定部分，内部存放电路、电池、电机，第二级推杆为可伸出部分，通过间隙配合套在第一级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第二级推杆，第三级推杆是可伸出部分，通过间隙配合套在第二级推杆外侧，第一级推杆通过两条绳索连接并驱动第三级推杆。

2.根据权利要求1所述的多级电动推杆，其特征在于：第一级推杆包含电路电池仓和驱动装置部分，电路电池仓设置有放置电路板及电池的空间，电路电池仓部分与电机壳和电机盖通过螺钉进行连接，同时电机壳和电机盖板也是通过螺钉进行连接；驱动部分包括电机、丝杠、滑台、绳索，滑台包括丝杠螺母、丝杠螺母壳、滑轮；通过电路板对电机进行控制，电机转动带动丝杠旋转，丝杠螺母壳限制了丝杠螺母的轴向转动，进而使滑台整体沿丝杠轴向移动，安装在滑台上的滑轮具有动滑轮的功能，两条绳索分别连接在第一级推杆的末端和电机上方，第一级推杆一侧开有槽口，两条绳索从两个方向绕过滑轮、穿过槽口、连接至第二级推杆；第一级推杆另一侧有绳索固定块，且固定有另外两条绳索，分别绕过第二级推杆上的滑轮，连接第三级推杆。

3.根据权利要求1所述的多级电动推杆，其特征在于：第二级推杆包括管体和两部分滑轮结构，第二级推杆套在第一级推杆外，第二级推杆一侧有两处固定绳索的部位，将绕过第一级推杆滑轮的绳索固定，保证第二级推杆相对于第一级推杆的伸出与回缩运动；第二级推杆另一侧两端各装有心轴，心轴上装配有滑轮，由于第二级推杆的移动，使其具有动滑轮功能，第一级推杆绳索固定块引出的两条绳索绕过这两个滑轮，连接到第三级推杆，实现第三级推杆相对于第二级推杆的运动。

4.根据权利要求1所述的多级电动推杆，其特征在于：第三级推杆包括主管体、副管体、两个卡环，主管体和副管体通过卡环连接，副管体上有绳索固定块结构，从第一级推杆固定块引出、绕过第二级推杆滑轮的两条绳索固定在此处，滑台的移动带动第二级推杆的移动，第二级推杆的移动又带动第三级推杆的移动，滑台的位移量在第二级推杆上被放大两倍、在第三级推杆上被放大四倍，产生第二、第三级推杆等比伸长与回缩的效果。