CN117588536A - 一种一体式多级重载电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式多级重载电动缸，包括主体执行构件、电机、减速器、外壳体以及支撑单元；所述主体执行构件为多级行星滚柱丝杠副；所述一体式为构件呈现内外螺纹分布，即是丝杆又是螺母；一级丝杆与电机减速器连接，丝杆中空部分放入连接杆，电机带动一级丝杆做旋转运动，一级螺母随之做轴向直线运动；一级丝杆通过花键副与传力杆连接，传力杆与三级丝杆固连，使一级丝杆与三级丝杆同步转动，带动三级螺母轴向移动，通过三级螺母传递给加长套筒，使支撑单元进行轴向移动，完成电动缸的多级伸缩功能。提高轴向精度、可靠性、减小体积、增加承载、使电动缸寿命显著提升。

Description

一种一体式多级重载电动缸

技术领域

本发明属于电动缸机构设计领域，特别是一种一体式多级重载电动缸。

背景技术

有相关研究表明，在起竖装置中用多级电动缸替代液压缸可以使特种车辆效率提高近三分之一，避免了传统液压缸漏油、跑油等问题。因此，如何在保证作战可靠性的情况下对多级电动缸进行设计研发已经成为一个热门问题。

除了特种车辆外，特种机器人的关节伸缩部分同样需要一个稳定的传动机构使其能满足重载、高温等复杂工况。如今应用于多级缸的机器人在试验过程中，会出现卡滞、可靠性低、占用空间大等一系列问题。在此背景下，研究一种一体式多级重载电动缸机构也尤为重要。

就目前重载电动缸的结构设计，国内外普遍采用滚珠丝杠副作为主体执行构件，并且绝大多数是以单级丝杠副为主。虽然能实现全电化的功能，但是会导致整体机构体积大、承载小、寿命低等情况。所以，研究小体积、大承载、长寿命的多级重载电动缸对于特种装备的升级改造已经迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术问题的缺陷，提供一种一体式多级重载电动缸，以实现小体积、大承载、长寿命、高可靠的功能。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种适用于多级重载电动缸的一体式机构，包括主体执行构件、电机、减速器、外壳体以及支撑单元；

所述主体执行构件为多级行星滚柱丝杠副，包括传力杆、多级丝杆、多级螺母、多级滚柱以及导向滑键；其中，一级丝杆与电机通过减速器连接，一级丝杆中空部分放入传力杆，并通过花键副与传力杆连接，且花键键槽长度大于传力杆的伸缩行程；传力杆与三级丝杆固连，

传力杆与二级丝杆和三级丝杆连接，二级丝杆作为与一级丝杆配合的一级螺母；一级丝杆通过一级滚柱与一级螺母连接；

三级丝杆作为与二级丝杆配合的二级螺母；二级丝杆通过二级滚柱与二级螺母连接；

三级丝杆通过三级滚柱与三级螺母连接，三级螺母与设置在缸体外壳内的加长套筒连接；

电机带动一级丝杆做旋转运动，一级螺母随之做轴向直线运动；通过传力杆使一级丝杆与三级丝杆同步转动，带动三级螺母轴向移动，最后通过三级螺母传递给加长套筒，使支撑单元进行轴向移动，完成电动缸的多级伸缩功能。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

（1）采用行星滚柱丝杠副作为主体执行构件，减小了电动缸机构尺寸并提高了承载能力，同时保证了其在循环过程中的可靠性，满足特种装备在复杂工况下的使用条件。

（2）在丝杆上同时加工内外螺纹，实现内外螺纹一体式分布，使其既可以是低级丝杠的螺母，也可以是高级丝杠的丝杆，降低了普通电动缸套筒的使用频率，实现了减重的功能，提高了整体机构的刚度，使电动缸的伸缩过程更加平稳紧凑。

（3）一级丝杆采用空心设计，在其中加入传力杆，使一级丝杆和三级丝杆同步转动，实现了电机的精度控制功能，提高了电动缸的运行精度。

附图说明

图1为一体式多级重载电动缸的传动路线图。

图2为一体式多级重载电动缸的剖视图。

图3为一体式多级重载电动缸的主视图。

图4为一体式多级重载电动缸主体执行机构图。

图5为一体式多级重载电动缸滚柱区域局部放大图。

其中：1、交流伺服电动机；2、行星齿轮减速器；3、传动齿轮；4、后耳环；5、传力杆；6、导向滑键；7、移动花键副；8、一级滚柱；9、二级滚柱；10、三级滚柱；11、一级丝杆；12、一级螺母（二级丝杆）；13、二级螺母（三级丝杆）；14、三级螺母；15、加长套筒；16、外壳体；17、滚动轴承；18、销轴；19、连接块；20、支撑单元；21、内齿圈；22、保持架；23、弹性挡圈。

实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1所示，本发明实施例提供的一种一体式多级重载电动缸传动路线，通过交流伺服电机1与行星齿轮减速器2，将输出扭矩传递给传动齿轮3，再通过传动齿轮3传递给一级丝杆11，一级丝杆11通过一级滚柱8和传力杆5分别传递给一级螺母12（二级丝杆）和二级螺母13（三级丝杆），最后通过三级螺母14传递给加长套筒15，使支撑单元20进行多级伸缩。

如图2-4所示，提供了一体式多级重载电动缸的具体传动结构，交流伺服电动机1和行星齿轮减速器2的法兰相连，并且其轴线和一级丝杠11的轴线平行，将电动机1的输出扭矩通过行星齿轮减速器2传递到传动齿轮3上；行星齿轮减速器2固定在缸体外壳上，通过传动齿轮3带动一级丝杆11进行旋转运动，一级丝杆11为中空杆，通过轴承支撑在缸体座上并与传动齿轮3啮合，内部设有传力杆5，传力杆5位于整个电动缸中心，一级丝杆11与传力杆5通过花键副7连接，带动传力杆5同步转动，并且花键键槽长度应大于传力杆5的伸缩行程，以防止传力杆5脱落；一级丝杆11带动一级滚柱8做自转和公转运动，进而带动一级螺母12（同时作为二级丝杆）轴向移动，同时通过螺纹紧固连接在外壳体16上的导向滑键6限制一级螺母12的旋转运动；一级螺母12与传力杆5的右端通过轴承17与销轴18连接，带动传动杆5轴向移动；传动杆5与二级螺母13（同时作为三级丝杆）通过连接块19紧固连接，实现一级丝杆和三级丝杆同步转动；三级丝杆13内螺纹带动二级滚柱9做自转和公转运动，外螺纹带动三级滚柱10做自转和公转运动，进而带动三级螺母14做轴向移动；三级螺母14通过销连接带动加长套筒15进行轴向伸缩运动，加长套筒15与支撑单元20通过外导向键连接来带动支撑单元20向外伸出，实现一级丝杆11旋转运动向支撑单元20直线移动的转换。

所述一级滚柱8、二级滚柱9和三级滚柱10的轴向径向尺寸、滚柱数量以及单根滚柱的螺纹数量各不相同。随着多级电动缸的不断伸展，各级滚柱受力不同，普遍低级滚柱承受的载荷大于高级，因此低级滚柱的轴向径向尺寸一般为次低级的1.2~1.5倍。滚柱分布的数量普遍为6~11个，随着外部载荷最终确定每级滚柱的滚柱个数。单根滚柱的螺纹数量由外部载荷和公称尺寸决定，螺纹数量越多，刚性越好，但是载荷分布的非线性程度越高。

如图5所示，提供了一种一体式多级重载电动缸滚柱区域结构，各级滚柱均包含中间螺纹和端部直齿部分，以一级滚柱丝杠副为例进行说明，一级滚柱8的螺纹部分与一级螺母12的内螺纹啮合，直齿部分与内齿圈21啮合，保证一级滚柱8的轴线与一级丝杠11的轴线平行；保持架22与一级螺母12通过内齿圈21啮合，并且通过弹性挡圈23防止其轴向移动。图示仅给出一级滚柱8的区域结构，二级滚柱9和三级滚柱10由于尺寸各不相同，导致与之配合的保持架、内齿圈以及弹性挡圈也各不相同。

本实施例提供了一种一体式多级重载电动缸丝杆内外螺纹结构，其中二级丝杆12、三级丝杆13均具有相同结构，在丝杆上同时加工局部内、外螺纹，降低了加长套筒的使用，并且在减少整体体积的同时降低了机构的质量。同时，由于丝杆是大长径比薄壁件，需要在表面进行特殊处理来提高丝杆本身的刚度和硬度。

综上所述，仅列举了以三级行星滚柱丝杠副为主要执行构件的一体式多级重载电动缸，其余二级甚至更高级的电动杠原理均与三级相同，在此不再赘述。

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。

Claims (5)

1.一种适用于多级重载电动缸的一体式机构，其特征在于，包括主体执行构件、电机、减速器、外壳体以及支撑单元；

所述主体执行构件为多级行星滚柱丝杠副，包括传力杆、多级丝杆、多级螺母、多级滚柱以及导向滑键；其中，一级丝杆与电机通过减速器连接，一级丝杆中空部分放入传力杆，并通过花键副与传力杆连接，且花键键槽长度大于传力杆的伸缩行程；传力杆与三级丝杆固连；

传力杆与二级丝杆和三级丝杆连接，二级丝杆作为与一级丝杆配合的一级螺母；一级丝杆通过一级滚柱与一级螺母连接；

三级丝杆作为与二级丝杆配合的二级螺母；二级丝杆通过二级滚柱与二级螺母连接；

三级丝杆通过三级滚柱与三级螺母连接，三级螺母与设置在缸体外壳内的加长套筒连接；

电机带动一级丝杆做旋转运动，一级螺母随之做轴向直线运动；传力杆使一级丝杆与三级丝杆同步转动，带动三级螺母轴向移动，最后通过三级螺母传递给加长套筒，使支撑单元进行轴向移动，完成电动缸的多级伸缩功能。

2.根据权利要求1所述的一体式多级重载电动缸，其特征在于，低级滚柱的轴向和径向尺寸为次低级的1.2～1.5倍。

3.根据权利要求1或2所述的滚柱丝杠副，其特征在于，各级滚柱均包含中间螺纹和端部直齿部分，各级滚柱的螺纹部分与相对应的丝杆外螺纹和螺母内螺纹啮合，直齿部分与保持架啮合，保证各级滚柱的轴线与一级丝杠的轴线平行；保持架与对应的螺母通过内齿圈啮合，并且通过弹性挡圈进行紧固。

4.根据权利要求1所述的滚柱丝杠副，其特征在于，外壳体上设有导向滑键，用于限制一级螺母的旋转运动。

5.根据权利要求1所述的滚柱丝杠副，其特征在于，一级螺母与传力杆的通过轴承与销轴连接。