CN1532431A - 使用滑动轴承的线性致动器 - Google Patents

Abstract

在一个线性致动器中，主要由多孔碳材料制成的滑动轴承元件可以限定多个滑动面，以便于即使当托架受到很大和/或不均匀的载荷时，也能够获得一个相对刚度较大、无摩擦的轴承表面和一种合适并耐久的导引操作。同样，由于插入到导架导板之间的托架侧板的横向导引，以及导板之间的开口宽度相比传统导架相对较小，因此就可以保证横向的导引操作具有很大的刚度。尤其是如果用来支承载荷类似工作台这样的支撑板连接到上述侧板的自由端，上述侧板就会由支撑板更牢固地保持，这样就可以保证横向导引操作具有更高的刚度。

Description

使用滑动轴承的线性致动器

技术领域

本发明涉及一种线性致动器，其通常包括一个动力致动器，一个由上述致动器操作的托架和一个沿直线路径导引上述托架的直线导轨。这样的线性致动器在工业机械领域以及机动车、船舶和航空器领域都具有广泛的应用，其在工业机械领域可以作为二维或三维的可移动台和机械手臂。

背景技术

传统的这种线性致动器的直线导轨包括一种循环球形滑动轴承(circulating ball type slide bearing)。图8a到8d示出了一种典型的线性滑动轴承，其包括一个底座1，和一个由底座1支撑的导架3，在所述导架中形成有一个具有一个开口顶部的导槽2。上述导槽2可以以滑动的方式通过四排循环钢球6来容纳一个托架5，上述钢球6沿着托架5两侧壁设置。螺杆4容纳在托架5中的对应螺纹孔内。上述托架5还设置有多个螺纹安装孔7用来和工作台或其他要被驱动的物体相连(在图中没有示出)。

上述螺杆4通过多个循环钢球(在图中没有示出)螺旋进对应的螺纹孔内。当上述螺杆4由电机(在图中没有示出)驱动而转动时，上述托架5就会沿着导槽2直线运动，由上述四排循环钢球6形成的线性轴承使上述托架5运动时，摩擦很小，而且间隙也很小。

但是在近些年里随着对上述托架的定位精确性要求越来越高，已经发现这种传统类型的线性轴承很难满足上述的需要。由于钢球用来承担载荷，钢球通过点或小接触面积和相对表面接触，当在托架上施加相对较大或分布不均匀的载荷时，就会产生钢球和/或导架3的弹性变形，这样就引起摩擦阻力的增加，从而导致定位精度的降低。

如图8a所示，当在托架5上施加相对较大的向上载荷时，导架3的上部分倾向于沿着相互背离的方向变形，如图9所示，就会有很大的载荷施加在上排的钢珠6上。如图8b所示，当在托架5上施加相对较大的向下载荷时，就会有很大的载荷施加在下排的钢球6上。如图8c所示，当在托架5上施加相对较大的横向载荷时，就会有很大的载荷施加在对应侧上下两排的钢球6上。如图8d所示，当在托架5上施加相对较大的扭转载荷时，就会有很大的载荷施加在对角线上相对的两排钢球6上。如上述附图所示，当在托架5上施加不均匀的载荷时，就使得钢球6的某个集中区域来承担一个较大部分的载荷，这就会造成相对较大的弹性变形。

发明内容

鉴于现有技术中存在的这些问题，本发明的一个基本目的就是提供一种具有高刚度的无摩擦线性轴承的改进线性致动器。

本发明的第二个目的就是提供一种改进的高耐久线性致动器。

本发明的第三个目的就是提供一种改进的线性致动器，其设置有可以用来消除一段时间后产生间隙的装置。

根据本发明，上述目的可以通过下列结构设置来得以实现，一种线性致动器，包括：一个带有底板和导板的导架，上述底板形成有一个上滑动面，上述导板相对底板平行延伸设置并相互间隔开，并形成有一个下滑动面和一对侧滑动面；一个设置在底板上的托架主体，其形成有一个与上述导板下滑动面相对的上滑动面和一个与上述底板上滑动面相对的下滑动面；一对侧板，从部分托架主体延伸引出并横向间隔开，从而将导板插入到该对侧板之间，并且形成有与所述导板的侧滑动面相对的侧滑动面；由一个滑动轴承元件限定的每对相对滑动表面中的至少一个。

上述主要由多孔碳材料制成的滑动轴承元件设置有一个相对无摩擦、高刚度的轴承表面，即使当托架主体受到很高或不均匀的载荷时，其也可以合适并耐久的进行导引操作。由于在其间插入上述导板的侧板的横向导引，以及侧板之间的开口宽度相比传统导架相对较小，因此就可以保证横向的导引操作具有相对较大的刚度。尤其是如果用来支承载荷类似工作台这样的支撑板连接到上述侧板的自由端，上述侧板就会由支撑板更牢固地保持，这样就可以保证横向导引操作具有更高的刚度。由于在托架主体横向中部彼此相对设置的底板和导板可以提供垂直的导引，而且底板和导板的滑动面基本上彼此正面对准相对，因此就可以保证垂直的导引操作具有较大的刚度。通常，这样的一个线性致动器还额外设置有一个动力致动器来操作上述托架主体沿着上述滑动面滑动。

即使上述滑动轴承元件不能完全免于磨损，但如果上述侧板能在侧板和导板的相对滑动面之间调节间隙，而且上述导板能在托架主体和导板的相对滑动面之间调节间隙的话，其仍然是优选的。这样的调节可以通过为安装孔使用槽或其他延长孔，以及类似螺栓的固定件穿过安装孔来完成。

鉴于为了能够最小化上述线性致动器的横向范围，每个滑动板都可以设置有一个横向外表面，基本上和托架主体的对应横向侧面平齐。

附图简述

现在参考下面的附图来说明本发明，其中：

图1是本发明线性致动器的分解透视图；

图2是上述线性致动器的透视图；

图3是上述托架的部分剖视图；

图4是线性致动器剖面前视图；

图5a和5b是类似于图4的剖面图，示出了上述滑动面如何消除间隙；

图6是本发明第二实施例的透视图；

图7是本发明第三实施例的透视图；

图8a到8d是施加不同载荷的传统线性致动器的剖面前视图；

图9是传统线性致动器导架变形的一种可能形式的前视图。

优选实施例的详细描述

图1-3示出了本发明的一种线性致动器10。上述线性致动器10包括一个矩形底板11和一对与底板11的对应纵向端沿竖直方向取向而固定连接的端板12、13。具有相对较大厚度的矩形导板14在上述端板12、13的上端之间延伸，以便于和底板11正面相对，从上述意义上说，底板11和导板14的纵向中心线基本上彼此相一致。上述底板11、端板12、13和导板14连接在一起形成导架。

由一个矩形块构成的托架15插入在底板11和导板14之间，并通过上滑动轴承元件16和下滑动轴承元件17以滑动的方式没有任何间隙地滑动。托架15上表面两侧有一对侧板18、19固定相连，导板14插入其中，并通过侧滑动轴承元件20、21以滑动的方式基本上在侧板18、19之间进行无间隙的滑动。

上述滑动轴承元件16到21可以由任何已知的轴承材料组成，包括金属轴承材料，例如油浸的多孔轴承材料和内嵌有固体润滑剂的轴承金属；或塑料轴承材料，例如PTFE树脂和聚酰亚胺树脂；和其他高刚度轴承材料，例如木材或其他多孔碳材料。本发明尤其优选的多孔碳材料通常由带有木头或其他例如糠等植物材料的混合酚醛树脂制备而成，并将混合物烧结，从而使其转变为一种陶瓷材料。这样产生的轴承材料通常称为木型或RB陶瓷轴承材料，其不需要润滑剂就可以达到很高的刚度和具有相当低的摩擦阻力。这种材料由于其可靠的耐久性和对灰尘、潮湿的抗干扰性以及其不需要依赖于任何润滑剂而在最近几年广受欢迎。

通过粘接剂或任何物理固定装置，上述滑动轴承元件16到21可以和上述托架15相连或者连接到相对的导板14上，以及侧板18、19或相对的底板11上。在上述实施例中，上述滑动轴承元件16到21全部都和托架15以及侧板18、19的对应表面相连。上述和这些滑动轴承元件16到21相对设置的表面由软钢或不锈钢元件形成。

上述托架15由一个滚珠丝杠装置来操纵，后者包括一个螺杆23，一个具有螺旋槽的螺母22和多个设在螺旋槽中由螺杆23、螺母22共同限定的钢球36。上述螺母22可以螺旋地和上述螺杆23配合。上述螺母22和托架15固定连接，螺杆23可以设置在螺母22中的螺纹孔内，并延伸到托架15的中心孔35内。上述钢球36可以在螺旋槽内循环，在螺杆23和螺母22之间通过其已知的方式获得一种低摩擦、无间隙的啮合。

上述螺杆23由前板12通过在其一端的轴承元件24旋转地支撑，并以悬臂的方式延伸穿过托架15的中心孔。挡块25、26和前后板12、13的相对内侧相连，以便于来限定托架15运动的行程。

上述螺杆23由一个旋转驱动单元27来操纵，该驱动单元包括一个和电机28输出轴相连的主带轮28，一个和螺杆23对应端相连的从动带轮31，和一个经过上述带轮29、31的无端带30。这样，由于电机28的驱动，螺杆23就可以在所需的方向转动。

上述旋转驱动单元27和一个安装板32相连，该板和前板12固定在一起。在上述安装板32上还连接有一个保护罩33，以便于覆盖住上述旋转驱动单元27的运动部件。

在上述实施例中，当上述旋转驱动单元27驱动螺杆23旋转的时候，托架15可以在任一纵向方向上动作，导板14和同托架15上下表面配合的底板11就可以防止托架15在任何竖直方向上的运动，当侧板18、19和导板14的横向边配合时，可以防止托架15在横向方向上的任何运动。上述滑动轴承元件16到21被插入在这些相互对峙的表面之间。

如图3所示，侧板18、19和托架15上表面任一侧端由穿过对应侧板18、19安装孔37的螺栓38固定连接，螺栓38还被螺旋拧到托架15的对应螺纹孔39上。另外，支撑板34横穿过侧板18、19的上端，并由穿过支撑板34对应安装孔40而且还被螺旋拧进侧板18、19的对应螺纹孔42中的螺栓41连接到那里。上述支撑板34就这样把侧板18、19的自由端互相连接起来，从而加强了侧板18、19防止变形的能力，使它们免于彼此分离。这就增加了上述导架横向引导操作的刚度。

由于不同于使用球或辊子的传统轴承，要分别取决于点或线接触，这种布置在滑动表面之间设置的表面接触，所以就提供了一种高支撑刚度。因此，即使受到一个相对较大的载荷，也可以防止局部弹性变形的产生，这就防止了摩擦阻力的增加，从而提高了托架在运动方向和垂直于运动方向上的定位精度。

同样，当托架15受到不均匀的载荷时，如图8a到8d中任一幅所示，所施加的载荷就会有一个相对较大的表面面积所支撑，在任何情况下都能够保证有足够低的摩擦阻力和很高的定位精度。根据发明人的测试，可以证明对传统线性致动器的改进，当上述托架受到趋于扭转托架的不均匀载荷时，是尤其显著的。而且，长期的过载测试也同样可以证明对传统线性滑块改进的显著效果。

当上述滑动轴承元件的任一个磨损时，就会在其相对表面之间产生一个间隙，它可以通过放松侧板18、19的螺栓38来加以消除，因此可以在重新固定上述螺栓之前，彼此相向移动上述侧板来消除上述的间隙。出于这个目的，侧板18、19的安装孔38以及支撑板34的安装孔40就可以制成横向的长椭圆形，来适应上述的调节过程。同时或可替换的，在前后板12、13上的安装孔也可以在一个规定的方向上延长，以便于适应导板14的定位调节。

图6示出了本发明的第二个实施例，其使用一个气动致动器，该致动器包括一个和前板12相连的气缸51和一个从所述气缸51延伸出来并穿过上述前板12的活塞杆52。活塞杆52的内端和一个在气缸51内滑动的活塞相连接(在图中没有示出)，活塞杆52的自由端和托架15相连。上述气缸51还设置有一对端口53、54，用于在现有技术中众所周知的进给和释放操作活塞的空气。

图7示出了本发明的第三个实施例，其使用一个线性电机致动器，其包括一个在底板11上表面上延伸的定子61，来提供所需的磁场。托架15的底面设置有永久磁铁件(在图中没有示出)和定子61或铜板(在图中没有示出)所产生的磁场相配合，从而来产生一个对应于定子61所产生磁场的涡流。

尽管已经通过优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，各种不同的替换和修改在不偏离本发明随后权利要求的精神范围内都是可能的。例如，线性致动器的动力源就并不限定于上述所讨论的，还可以由任何已知的用于直线移动托架的动力致动器组成。

Claims (8)

1.一种线性致动器，包括：

一个包括一个底板和一个导板的导架，上述底板形成有一个上滑动面，上述导板相对于上述底板平行延伸设置并相互间隔开，并形成有一个下滑动面和一对侧滑动面；

一个设置在上述底板上的托架主体，其形成有一个与上述导板下滑动面相对的上滑动面和一个与上述底板上滑动面相对的下滑动面；

一对侧板，从部分托架主体延伸引出并横向间隔开，在该对侧板之间插入上述导板，并且形成了与上述导板的侧滑动面相对的侧滑动面；

由一个滑动轴承元件限定的每对相对滑动表面中的至少一个。

2.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，上述底板的上滑动面和上述导板的下滑动面正面相对设置。

3.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，上述滑动轴承元件基本上由多孔碳材料制成。

4.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，上述侧板可以调节在侧板和导板相对滑动面之间的间隙。

5.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，上述导板可以调节在托架主体和导板相对滑动面之间的间隙。

6.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，进一步包括一个动力致动器来操纵上述托架主体沿着上述滑动面滑动。

7.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，每个上述侧板都设置有一个基本和上述托架主体的对应横向侧表面平齐的横向外表面。

8.如权利要求1所述的一种线性致动器，其特征在于，进一步包括一个和上述侧板自由端相连的支撑板。

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