CN115853878A - 电动柔性锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动柔性锁紧装置，包括支撑基座、导向滑套、伸缩滑杆、压缩弹簧、锁止销导向座、锁止销、锁止孔座、步进电机。通过步进电机提供驱动力矩，将螺纹副的回转动力转换为直线动力，再通过压缩弹簧最终实现锁止销与锁止孔的锁紧，输出动力更加柔和、平稳，保护回转设备不受损坏。锁止销与锁止孔均为球面的结构设计，降低了被锁紧设备在经历过运输过程中的振动、冲击等干扰后无法脱开的风险，降低了对停留位置准确性的要求。在忘记解锁的情况下，强行驱动回转设备，锁止销被挤出锁止孔，但在压缩弹簧的压力作用下，仍然处于被锁紧状态，难以自由回转，整个误操作过程不会对回转设备造成任何损坏，直至对电动柔性锁紧装置进行彻底解锁。

Description

电动柔性锁紧装置

技术领域

本发明涉及机械锁紧装置技术领域，特别涉及一种电动柔性锁紧装置。

背景技术

回转台或者经纬仪等具有回转轴系的设备在运输或装调过程中，需要对其回转部分进行暂时的锁紧，以保护设备安全。目前的电动锁紧装置对回转轴系进行锁紧，往往采用刚性的锁紧方式，或者用电磁铁、气缸等驱动器件为动力的执行机构，输出动力速度太快，不仅在锁紧过程中存在给回转轴系带来损伤的风险，而且在忘记解锁即驱动回转轴系时，会对设备造成严重的损坏。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种电动柔性锁紧装置，不仅在正常的锁紧操作过程中对回转轴系无任何伤害，而且在忘记解锁即驱动回转轴系时，也不会对设备造成损坏。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的一种电动柔性锁紧装置，包括支撑基座、导向滑套、伸缩滑杆、压缩弹簧、锁止销导向座、锁止销、锁止孔座、步进电机；

优选的，支撑基座为半封闭结构，分为上、中、下三层，支撑基座的上层设有导向滑套安装孔，支撑基座的中层设有步进电机安装孔，支撑基座的下层设有步进电机走线孔；导向滑套通过导向滑套安装孔固定安装在支撑基座的上层；步进电机包括电机主体和回转螺杆；电机主体通过步进电机安装孔固定安装在支撑基座的中层，回转螺杆穿过中层和上层。

优选的，伸缩滑杆包括方形滑柱、限位法兰，限位法兰位于方形滑柱的底端，用于限制伸缩滑杆的伸缩行程；方形滑柱在导向滑套内上下往复滑动，导向滑套用于限制方形滑柱的回转，在方形滑柱内设有内螺纹，回转螺杆穿过支撑基座的中层和上层后，与内螺纹连接形成螺纹副；回转螺杆的回转轴线、导向滑套的中心轴线和伸缩滑杆的中心轴线三者同轴。

优选的，锁止销导向座固定连接在方形滑柱的上方，锁止销位于锁止销导向座内，锁止销的外圆柱表面与锁止销导向座的内圆柱表面相配合，形成移动副；锁止销下部分凸出形成有锁止销法兰，锁止销导向座限位环位于锁止销导向座的上端，锁止销法兰与锁止销导向座限位环正对，用于限制锁止销的行程。

优选的，压缩弹簧位于锁止销与伸缩滑杆之间，锁止销法兰的上表面与锁止销导向座限位环的下表面正对，锁止销、锁止销导向座和锁止孔座三者同轴。

优选的，锁止孔座与回转设备的转子相固连，支撑基座与回转设备的定子相固连，锁止销顶部与锁止孔座的锁止孔设为具有相同半径的球面。

优选的，当解锁转子时，以固定转速开环控制回转螺杆顺时针转动，导向滑套限制方形滑柱的回转，伸缩滑杆带动锁止销向靠近电机主体的方向移动，限位法兰与支撑基座中层底部相接触，锁止销完全脱离锁止孔座后，压缩弹簧的弹力降至最小。

优选的，当锁紧转子时，转子回转至锁止孔座的中心轴线，与锁止销的中心轴线重合，以固定转速开环控制回转螺杆逆时针转动，伸缩滑杆连同锁止销向远离电机主体的方向滑动，待锁止销完全插入锁止孔座且伸缩滑杆限位法兰的上表面与导向滑套的下表面相接触后完成。

优选的，锁止孔的深度Y小于球面半径1～2mm，以便于在忘记脱开电动柔性锁紧装置时，锁止销仍然能够顺利退出锁止孔。

优选的，锁止销与锁止孔座之间的有效间距N大于锁止孔的深度2～3mm，步进电机驱动的最大伸缩行程M大于有效间距N的2～3mm，以确保锁紧状态下回转设备的可靠锁紧及脱开状态下回转设备的彻底释放。

优选的，锁紧状态下压缩弹簧增加的压缩量P表示为最大伸缩行程M与有效间距N二者之间的差值，有效保证了电动柔性锁紧装置的可靠锁紧。

优选的，锁止销在锁止销导向座中的伸缩行程X大于锁止孔的深度Y，以确保在忘记解锁即驱动回转设备时，锁止销能够被顺利挤出锁止孔，从而避免对设备造成严重损坏。

优选的，支撑基座还包括步进电机走线孔，步进电机的驱动线缆通过步进电机走线孔穿出。

优选的，方形滑柱上设有锁止销导向座安装孔，锁止销导向座通过锁止销导向座安装孔固定安装在方形滑柱上。

优选的，电机主体上设有螺纹孔用于步进电机的安装固定。

优选的，电动柔性锁紧装置还包括防尘盖，支撑基座还包括防尘盖安装孔，防尘盖通过防尘盖安装孔固定安装在支撑基座上。

本发明能够取得如下技术效果：

1、本发明通过步进电机提供驱动力矩，将螺纹副的回转动力转换为直线动力，再通过压缩弹簧最终实现锁止销与锁止孔的可靠锁紧，输出动力更加柔和，锁紧动作更加平稳，较刚性接触式的锁紧，更有利于保护回转设备不受损坏；步进电机的输出轴直接为螺旋杆，较传统步进电机和丝杠的组合方案省略了联轴节，结构更加简单、紧凑。

2、通过锁止销与锁止孔均为球面的结构设计，降低了被锁紧设备在经历过运输过程中的振动、冲击等干扰后无法脱开的风险，更降低了设备启动锁紧动作时对停留位置准确性的要求。

3、利用步进电机的可堵转特性，开环控制步进电机正转、反转的时间略大于电动柔性锁紧装置走完全行程所需的时间，即可在不增加反馈传感器的前提下，顺利实现电动柔性锁紧装置的可靠控制。

4、该电动柔性锁紧装置具有误操作功能，例如在忘记解锁的情况下，强行驱动回转设备，此时锁止销被强行挤出锁止孔，但在压缩弹簧的压力作用下，锁止销仍然与回转设备的转动部分相接触，处于被锁紧状态，难以自由回转，由此可见，整个误操作过程不会对回转设备造成任何损坏，直至对电动柔性锁紧装置进行彻底解锁。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置的俯视图。

图2是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置在脱开状态下的剖视图。

图3是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置在锁紧状态下的剖视图。

图4是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置中支撑基座的结构图。

图5是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置中伸缩滑杆的结构图。

图6是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置中步进电机的结构图。

图7是根据本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置在未解锁状态下，误操作驱动回转设备后的剖视图。

其中的附图标记包括：1-支撑基座，11-导向滑套安装孔，12-防尘盖安装孔，13-步进电机安装孔，14-步进电机走线孔，2-导向滑套，3-伸缩滑杆，31-方形滑柱，32-锁止销导向座安装孔，33-内螺纹，34-限位法兰，4-压缩弹簧，5-锁止销导向座，51-锁止销导向座限位环，6-锁止销，61-锁止销法兰，7-锁止孔座，8-步进电机，81-回转螺杆，82-螺纹孔，83-电机主体，9-防尘盖，10-回转设备的转子，M-电动柔性锁紧装置的最大行程，N-彻底脱开状态下锁止销与锁止孔座之间的有效距离，P-锁紧状态下，锁止销在锁止销导向座中的运动行程，即压缩弹簧增加的压缩量，X-锁止销在锁止销导向座中的最大伸缩行程，Y-锁止孔座中锁止孔的深度，R-锁止销顶部球面及锁止孔球面的半径。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1-图7所示本发明实施例提供的电动柔性锁紧装置。

电动柔性锁紧装置包括支撑基座1、导向滑套2、伸缩滑杆3、压缩弹簧4、锁止销导向座5、锁止销6、锁止孔座7、步进电机8和防尘盖9；其中，支撑基座1为半封闭结构，包括上、中、下三层，支撑基座1的上层有导向滑套安装孔11，支撑基座1的中层有步进电机安装孔13，支撑基座1的下层有步进电机走线孔14，支撑基座1侧面有防尘盖安装孔12，防尘盖9通过支撑基座1上的防尘盖安装孔12与支撑基座1相固连，用于锁紧装置以及各运动副的防尘。

步进电机8包括电机主体83和回转螺杆81两部分，电机主体83通过步进电机安装孔13固定安装在支撑基座1的中层，回转螺杆81穿过中层和上层；在电机主体83上设有螺纹孔82用于步进电机8的安装固定，步进电机8用于为伸缩滑杆3的伸缩提供驱动力，步进电机8的驱动线缆通过支撑基座1下层的步进电机走线孔14穿出。

导向滑套2通过支撑基座1上的导向滑套安装孔11固定在支撑基座1的上层，用于为伸缩滑杆3提供直线运动导向；伸缩滑杆3包括方形滑柱31、锁止销导向座安装孔32、限位法兰34、内螺纹33；限位法兰34位于方形滑柱31的底部，限位法兰34用于限制伸缩滑杆3的伸缩行程；方形滑柱31位于导向滑套2内，方形滑柱31的外表面与导向滑套2的内表面相配合，形成移动副；方形滑柱31在导向滑套2内上下往复滑动，导向滑套2用于限制方形滑柱31的回转。

在方形滑柱31内设有内螺纹33，回转螺杆81穿过支撑基座1的中层和上层后，与方形滑柱的内螺纹33螺纹连接形成螺纹副；回转螺杆81的回转轴线、导向滑套2的中心轴线和伸缩滑杆3的中心轴线三者同轴。锁止销导向座5通过方形滑柱31上的锁止销导向座安装孔32固定安装在方形滑柱31的上方，锁止销6位于锁止销导向座5内，锁止销6的外圆柱表面与锁止销导向座5的内圆柱表面相配合，形成移动副；锁止销法兰61位于锁止销下部分的突出端，锁止销导向座限位环51位于导向座上端，锁止销法兰61用于限制锁止销的行程。

压缩弹簧4位于锁止销6与伸缩滑杆3之间，在解锁状态下，伸缩滑杆3的限位法兰34与支撑基座1的中层底部相接触，锁止销法兰61的上表面与锁止销导向座限位环51的下表面相接触，回转设备的动子可以自由回转，锁止销6完全脱离锁止孔座7。

锁止孔座7位于锁止销6的上方，支撑基座1与回转设备的定子相固连，锁止孔座7与回转设备的转子10相固连；锁止销6、锁止销导向座5和锁止孔座7三者同轴。

锁止销6顶部与锁止孔座7的锁止孔为具有相同半径的球面，降低了设备启动锁紧动作时，对回转设备转子10停留位置准确性的要求。

锁止孔的深度Y小于球面半径1～2mm，以便于在忘记脱开电动柔性锁紧装置时，锁止销6仍然能够顺利退出锁止孔。

锁止销6与锁止孔座7之间的有效间距N略大于锁止孔的深度2～3mm，电动柔性锁紧装置电机驱动的最大伸缩行程M略大于锁止销6与锁止孔座7之间的有效间距N的2～3mm，以确保锁紧状态下回转设备的可靠锁紧及脱开状态下回转设备的彻底释放。

电动柔性锁紧装置电机驱动的最大行程M、锁止销6与锁止孔座7之间的有效间距N二者之间的差值即为锁紧状态下压缩弹簧4增加的压缩量P，锁止销6在锁止销导向座5中的伸缩行程X略大于锁止孔座7上锁止孔的深度Y。以确保装置在忘记解锁即驱动回转设备转子10时，锁止销6能够被顺利挤出锁止孔，从而避免对设备造成严重损坏。

当要释放回转设备的转子10时，以固定转速开环控制步进电机8的回转螺杆81顺时针转动，由于导向滑套2限制了方形滑柱31的回转，因此伸缩滑杆3则带动锁止销6向靠近电机主体83的方向移动，待限位法兰34与支撑基座1的中层底部相接触，锁止销6完全脱离锁止孔座7后，步进电机8继续堵转一小段时间(如1～5秒)，以确保回转设备的转子10被彻底释放。此时，锁止销法兰61的上表面在压缩弹簧4的作用下，与锁止销导向座限位环51的下表面相接触，压缩弹簧4的弹力降至最小，锁止销6完全脱离锁止孔座7，回转设备的动子可以自由回转。

当要进行回转设备锁紧时，首先由回转设备的伺服系统控制其转子10回转至锁止孔座7的中心轴线与电动柔性锁紧装置锁止销6的中心轴线重合或接近重合，以固定转速开环控制步进电机8的回转螺杆81逆时针转动，导向滑套2限制方形滑柱31的回转，伸缩滑杆3连同锁止销6在中心螺纹副的带动下，沿导向滑套2向远离步进电机8的方向滑动。

待锁止销6插入锁止孔座7后，步进电机8继续转动，此时，锁止销6不动，伸缩滑杆3和锁止销导向座5继续上升，锁止销法兰61的上表面与锁止销导向座限位环51的下表面逐渐脱开，进而使压缩弹簧4弹力增大，以保证电动柔性锁紧装置的可靠锁紧，直至伸缩滑杆3的限位法兰34与支撑基座1的中层底部相接触，压缩弹簧4的弹力增至最大，步进电机8再堵转一小段时间(如1～5秒)，以确保伸缩滑杆3上升至最大行程，锁止销6达到最大运动距离。

锁止销6完全插入锁止孔座7中，回转设备的转子10被锁紧，无法自由回转。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电动柔性锁紧装置，其特征在于，包括支撑基座、导向滑套、伸缩滑杆、压缩弹簧、锁止销导向座、锁止销、锁止孔座、步进电机；

所述支撑基座为半封闭结构，分为上、中、下三层，所述支撑基座的上层设有导向滑套安装孔，所述支撑基座的中层设有步进电机安装孔，所述支撑基座的下层设有步进电机走线孔；所述导向滑套通过所述导向滑套安装孔固定安装在所述支撑基座的上层；所述步进电机包括电机主体和回转螺杆；所述电机主体通过所述步进电机安装孔固定安装在所述支撑基座的中层，所述回转螺杆穿过中层和上层；

所述伸缩滑杆包括方形滑柱、限位法兰，所述限位法兰位于所述方形滑柱的底端，用于限制所述伸缩滑杆的伸缩行程；所述方形滑柱在所述导向滑套内上下往复滑动，所述导向滑套用于限制所述方形滑柱的回转，在所述方形滑柱内设有内螺纹，所述回转螺杆穿过所述支撑基座的中层和上层后，与所述内螺纹连接形成螺纹副；所述回转螺杆的回转轴线、所述导向滑套的中心轴线和所述伸缩滑杆的中心轴线三者同轴；

所述锁止销导向座固定连接在所述方形滑柱的上方，所述锁止销位于所述锁止销导向座内，所述锁止销的外圆柱表面与所述锁止销导向座的内圆柱表面相配合，形成移动副；所述锁止销下部分凸出形成有锁止销法兰，所述锁止销导向座限位环位于所述锁止销导向座的上端，所述锁止销法兰与所述锁止销导向座限位环正对，用于限制所述锁止销的进程；

所述压缩弹簧位于所述锁止销与所述伸缩滑杆之间，所述锁止销法兰的上表面与所述锁止销导向座限位环的下表面相正对，所述锁止销、所述锁止销导向座和所述锁止孔座三者同轴；

所述锁止孔座与回转设备的转子相固连，所述支撑基座与所述回转设备的定子相固连，所述锁止销顶部与所述锁止孔座的锁止孔设为具有相同半径的球面；

当解锁所述转子时，以固定转速开环控制所述回转螺杆顺时针转动，所述导向滑套限制所述方形滑柱的回转，所述伸缩滑杆带动所述锁止销向靠近所述电机主体的方向移动，所述限位法兰与所述支撑基座中层底部相接触，所述锁止销完全脱离所述锁止孔座后，所述压缩弹簧的弹力降至最小；

当锁紧所述转子时，所述转子回转至所述锁止孔座的中心轴线，与所述锁止销的中心轴线重合，以固定转速开环控制所述回转螺杆逆时针转动，所述伸缩滑杆连同所述锁止销向远离所述电机主体的方向滑动，待所述锁止销完全插入所述锁止孔座，且所述限位法兰的上表面与所述导向滑套的下表面相接触后完成锁紧。

2.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述锁止孔的深度Y小于所述球面半径1～2mm，以便于在忘记脱开所述电动柔性锁紧装置时，所述锁止销仍然能够顺利退出所述锁止孔。

3.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述锁止销与所述锁止孔座之间的有效间距N大于所述锁止孔的深度2～3mm，所述步进电机驱动的最大伸缩行程M大于所述有效间距N的2～3mm，以确保锁紧状态下回转设备的可靠锁紧及脱开状态下回转设备的彻底释放。

4.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，锁紧状态下所述压缩弹簧增加的压缩量P表示为所述最大伸缩行程M与所述有效间距N二者之间的差值，有效保证了所述电动柔性锁紧装置的可靠锁紧。

5.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述锁止销在所述锁止销导向座中的伸缩行程X大于所述锁止孔的深度Y，以确保在忘记解锁即驱动所述回转设备时，所述锁止销能够被顺利挤出所述锁止孔，从而避免对设备造成严重损坏。

6.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述支撑基座还包括步进电机走线孔，所述步进电机的驱动线缆通过所述步进电机走线孔穿出。

7.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述方形滑柱上设有锁止销导向座安装孔，所述锁止销导向座通过所述锁止销导向座安装孔固定安装在所述方形滑柱上。

8.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述电机主体上设有螺纹孔用于步进电机的安装固定。

9.根据权利要求1所述的电动柔性锁紧装置，其特征在于，所述电动柔性锁紧装置还包括防尘盖，所述支撑基座还包括防尘盖安装孔，所述防尘盖通过所述防尘盖安装孔固定安装在所述支撑基座上。

Images