CN204437210U - 一种超精密摩擦驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超精密摩擦驱动机构，该机构主要包括驱动部分，辅助支撑部分、施压部分和偏心施压部分，其中通过驱动部分提供稳定、精确的回转定位，力矩电机与摩擦驱动轴直接连接，减少中间传动环节带来的传动误差，圆光栅连接在驱动轴另一端，测量驱动轮转角精度，辅助支撑部分减小了从动杆末端的挠度变形，保证从动杆的位置精度，起到辅助支撑和微调定位的作用，其中压力簧片将偏心轮结构输出的位移转化成压紧力，并通过预压轮系将驱动轮系和摩擦导杆压紧，偏心施压部分可以为压力簧片提供准确的位移输出，能够方便的调整压紧力的大小，并通过安装在偏心轮从动部件上的压力传感器实时监测压紧力的变化，满足对压紧力可控性的要求。

Description

一种超精密摩擦驱动机构

技术领域

本实用新型属于超精密驱动系统，涉及一种驱动原理和机构，纳米级定位精度的超精密摩擦驱动机构。

背景技术

超精密驱动机构在高精尖仪器设备是不可缺少的重要组成部分。精密驱动机构目前主要采用的进给驱动方式有滚珠丝杠、静压丝杠、直线电机、摩擦驱动等，它们的机械结构特性直接影响进给驱动系统的精度输出特性及驱动动力学特性。滑动丝杠主要的问题在于存在爬行现象，有反向运动间隙，周期误差、节距误差难以修正等缺点；滚珠丝杠主要的问题在于运动中有复杂的弹性变形和微小振动，存在爬行现象，有反向运动间隙，周期误差、节距误差难以修正，衰减性不好等缺点；静压丝杠存在结构刚度小，易产生振动，辅助设备多等缺点，直线电机由于有强磁场，装调、拆卸不方便，容易吸铁屑和其它金属屑，发热严重，易产生振动等缺点。

超精密摩擦驱动机构定位精度高，元件结构简单、制造工艺性好，可实现无间隙正、反运动，无爬行现象，动、静态刚度高，运行平稳，激励振动小、系统可靠性高。可以很好的解决高精度驱动机构的要求。摩擦驱动机构结构组成包括驱动部分，辅助支撑部分、施压部分，从动部分等几个环节构成。 

实用新型内容 

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种超精密摩擦驱动机构，该驱动机构可实现纳米级超精密定位，在运动过程中无爬行现象，可实现正、反向无间隙运动，运行平稳，系统可靠性高。在摩擦驱动实验机构中，通过驱动轮系提供稳定、精确的回转定位，保证从动杆直线运动的定位精度，是摩擦驱动机构中的核心部分。力矩电机与驱动轴直接连接，可以减少中间传动环节带来的传动误差，提高传动精度。圆光栅连接在驱动轴另一端，用于测量驱动轮转角精度，作为闭环伺服控制的测量单元。辅助轮系减小了从动杆末端的挠度变形，保证从动杆的位置精度，起到辅助支撑和微调定位的作用。压力簧片将偏心轮结构输出的位移转化成压紧力，并通过预压轮系将驱动轮系和摩擦导杆压紧。偏心轮机构可以为压力簧片提供准确的位移输出，能够方便的调整压紧力的大小，并通过安装在偏心轮从动部件上的压力传感器实时监测压紧力的变化，满足对压紧力可控性的要求。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种超精密摩擦驱动机构，该机构主要包括驱动部分，辅助支撑部分、施压部分和偏心施压部分，其特征在于：

所述驱动部分包括力矩电机，所述力矩电机定子通过力矩电机座与驱动机座固装，力矩电机转子通过电机法兰连接摩擦驱动轴的一端，所述摩擦驱动轴安装在驱动机座上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系，摩擦驱动轴的另一端与圆光栅通过圆光栅法兰盘相连接；

所述辅助支撑部分包括辅助支撑轴，所述辅助支撑轴安装在辅助机座上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系；

所述施压部分包括施压轴，所述施压轴安装在施压机座上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系，所述施压机座上方还安装有用于传递预压力的施压簧片；

所述偏心施压部分包括偏心轴，所述偏心轴通过驱动轴承安装在偏心轴机座上，所述偏心轴由步进电机通过蜗轮蜗杆减速器连接并驱动，偏心轴的径向上连接并驱动有垂直驱动轴，垂直驱动轴滑动地设置在滑动轴套内，并且下端与压力传感器连接，压力传感器的另一端与施压球头固定，施压球头压紧在所述施压簧片上。

进一步的，所述摩擦驱动轴与驱动机座间的径向密珠轴系结构为驱动机座轴孔中安装密珠轴承外套，钢球通过径向钢球保持架过盈预紧在摩擦驱动轴与密珠轴承外套之间，左右两侧止推密珠轴系结构为驱动机座轴孔中安装密珠轴承外套，钢球通过止推钢球保持架过盈预紧在摩擦驱动轴与密珠轴承外套端面之间，在所述辅助支撑轴与辅助机座之间的径向密珠轴系和止推密珠轴系、在所述施压轴与施压机座之间的径向密珠轴系和止推密珠轴系与上述径向密珠轴系和止推密珠轴系结构相同。

进一步的，该机构还包括有摩擦杆，所述摩擦杆安装在摩擦驱动轴与辅助支撑轴上，摩擦杆自定心找正。

进一步的，所述施压轴紧密压紧在摩擦杆上，并且通过偏心施压部分提供的垂直压紧力的作为可靠的预紧力。

进一步的，所述偏心轴通过转动带动垂直驱动轴作径向直线运动，通过下部的施压球头直接压紧在施压簧片上，产生可调节的压紧力。

本实用新型的有益效果是:

1、可实现输出的直线位移分 辨率可达10nm，定位精度优于100nm；

2、正反向运动可实现无间隙运动，无反向运动回程差；

3、摩擦副接触型式为弧面接触，对圆形截面摩擦从动杆有自位作用，保证了从动杆运动的直线性；

4、施压机构为偏心轮施压方式，实现压紧力均匀可调，并且采用了蜗轮蜗杆结构可以保证反向自锁，保证了摩擦驱动机构在使用过程中压紧力的恒定。

5、驱动轮、从动杆、压紧轮采用正对压紧方式，使得从动杆的变形对称，保证了直线运行的直线性。

6、压紧轴系与施压机构之间通过簧片来传递压紧力，采用的点接触方式能够将压紧力垂直的传递到从动杆接触面上，不产生其它方向的力而影响运行精度。

附图说明

图1是本实用新型结构正剖视图；

图2是本实用新型结构侧剖视图；

图3是本实用新型的立体图；

图4是本实用新型结构未剖状态下的正视图；

图5是本实用新型结构未剖状态下的侧视图。

图中标号说明：1、力矩电机，2、电机座，3、驱动机座，4、摩擦驱动轴，5、电机法兰，6、电机固定法兰，7、密珠轴承外套，8、径向钢球保持架，9、钢球，10、止推钢球保持架，11、圆光栅，12、圆光栅法兰盘，13、锁紧螺母，14、电机固定法兰，15、辅助支撑轴，16、辅助机座，17、施压轴，18、施压机座，19、施压簧片，20、偏心轴，21、偏心轴机座，22、驱动轴承，23、步进电机，24、蜗轮蜗杆减速器，25、垂直驱动轴，26、滑动轴套，27、压力传感器，28、施压球头，29、承载横梁，30、支撑座，31、摩擦杆。

具体实施方式 

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1所示，一种超精密摩擦驱动机构，该机构主要包括驱动部分，辅助支撑部分、施压部分和偏心施压部分，所述驱动部分由力矩电机1定子通过力矩电机座2与驱动机座3固定安装，力矩电机1转子与摩擦驱动轴4通过电机法兰5连接，并由电机固定法兰6固定，所述摩擦驱动轴4驱动轴安装在驱动机座3上，驱动轴与驱动机座间设计了径向密珠轴系和止推密珠轴系，径向密珠轴系结构为驱动机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过径向钢球保持架8过盈预紧在驱动轴与密珠轴承外套之间；左右两侧止推密珠轴系结构为驱动机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过止推钢球保持架10过盈预紧在驱动轴与密珠轴承外套端面之间，保证驱动轴在轴线方向上无窜动；圆光栅11通过圆光栅法兰盘12与驱动轴6连接，并由锁紧螺母13锁紧。

所述辅助支撑部分辅助支撑轴15安装在辅助机座16上，辅助支撑轴与辅助机座间设计了径向密珠轴系和止推密珠轴系，径向密珠轴系结构为辅助机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过径向钢球保持架8过盈预紧在辅助支撑轴与密珠轴承外套之间；左右两侧止推密珠轴系结构为辅助机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过止推钢球保持架10过盈预紧在辅助支撑轴与密珠轴承外套7端面之间，保证辅助支撑轴在轴线方向上无窜动。

所述施压部分施压轴17安装在施压机座18上，施压轴与施压机座间设计了径向密珠轴系和止推密珠轴系，径向密珠轴系结构为施压机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过径向钢球保持架8过盈预紧在施压轴与密珠轴承外套之间；左右两侧止推密珠轴系结构为施压机座轴孔中安装密珠轴承外套7，钢球9通过止推钢球保持架10过盈预紧在施压轴与密珠轴承外套7端面之间，保证施压轴在轴线方向上无窜动。施压机座上方安装施压簧片19用于传递预压力。

所述偏心施压轴系偏心轴20安装在偏心轴机座21上，中间安装有驱动轴承22，步进电机23通过蜗轮蜗杆减速器24与偏心轴20连接，偏心轴20与垂直驱动轴25连接，垂直驱动轴25在滑动轴套26内滑动，垂直驱动轴25末端与压力传感器27连接，用压力传感器用来监测压力的大小，压力传感器27的另一端与施压球头28固定，施压球头28直接压紧在施压簧片19上。整个偏心施压轴系与承载横梁29连接，固定在焊接结构的支撑座30上。

参照图2所示，该机构还包括有摩擦杆31，摩擦杆31安装在驱动轴4与辅助支撑轴15上，摩擦杆31自定心找正，驱动轴系输出回转运动转化为摩擦杆31的高精度的直线运动。

所述驱动轴系固定安装后，调试力矩电机1与圆光栅11的同步性后将其固定安装。力矩电机1带动摩擦驱动轴4实现精确的角度转动，为摩擦驱动机构提供稳定、精确的回转定位，保证摩擦杆31直线运动的定位精度。双圆弧结构保证摩擦杆36直线运动的直线性。

所示辅助支撑轴系要与驱动轴系的固定位置配合安装，找正辅助支撑轴系中国辅助支撑轴与驱动轴系的相对位置，辅助支撑轴系用于减小了摩擦杆31末端的挠度变形，保证从动杆的位置精度，起到辅助支撑和微调定位的作用。

压紧轴系的施压轴17紧密压紧在摩擦杆31上，将偏心施压机构提供的压紧力垂直的压紧摩擦杆31，保证驱动轴与摩擦杆之间存在可靠的预紧力。

偏心施压机构通过步进电机加上蜗轮蜗杆减速器的转动，偏心轴20转动带动垂直驱动轴26直线运动，施压球头28直接压紧在施压簧片19上，这样作用在施压簧片对预压轴系产生可调节的压紧力，实现压紧力的可调。

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

Claims (5)

1.一种超精密摩擦驱动机构，该机构主要包括驱动部分，辅助支撑部分、施压部分和偏心施压部分，其特征在于：

所述驱动部分包括力矩电机（1），所述力矩电机（1）定子通过力矩电机座（2）与驱动机座（3）固装，力矩电机（1）转子通过电机法兰（5）连接摩擦驱动轴（4）的一端，所述摩擦驱动轴（4）安装在驱动机座（3）上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系，摩擦驱动轴（4）的另一端与圆光栅（11）通过圆光栅法兰盘（12）相连接；

所述辅助支撑部分包括辅助支撑轴（15），所述辅助支撑轴（15）安装在辅助机座（16）上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系；

所述施压部分包括施压轴（17），所述施压轴（17）安装在施压机座（19）上，并且之间设有径向密珠轴系和止推密珠轴系，所述施压机座（18）上方还安装有用于传递预压力的施压簧片（19）；

所述偏心施压部分包括偏心轴（20），所述偏心轴（20）通过驱动轴承（22）安装在偏心轴机座（21）上，所述偏心轴（20）由步进电机（23）通过蜗轮蜗杆减速器（24）连接并驱动，偏心轴（20）的径向上连接并驱动有垂直驱动轴（25），垂直驱动轴（25）滑动地设置在滑动轴套（26）内，并且下端与压力传感器（27）连接，压力传感器（27）的另一端与施压球头（28）固定，施压球头（28）压紧在所述施压簧片（19）上。

2.根据权利要求1所述的超精密摩擦驱动机构，其特征在于，所述摩擦驱动轴（4）与驱动机座（3）间的径向密珠轴系结构为驱动机座（3）轴孔中安装密珠轴承外套（7），钢球（9）通过径向钢球保持架（8）过盈预紧在摩擦驱动轴（4）与密珠轴承外套（7）之间，左右两侧止推密珠轴系结构为驱动机座（3）轴孔中安装密珠轴承外套（7），钢球（9）通过止推钢球保持架（10）过盈预紧在摩擦驱动轴（4）与密珠轴承外套（7）端面之间，在所述辅助支撑轴（15）与辅助机座（16）之间的径向密珠轴系和止推密珠轴系、在所述施压轴（17）与施压机座（18）之间的径向密珠轴系和止推密珠轴系与上述径向密珠轴系和止推密珠轴系结构相同。

3.根据权利要求1所述的超精密摩擦驱动机构，其特征在于，该机构还包括有摩擦杆（31），所述摩擦杆（31）安装在摩擦驱动轴（4）与辅助支撑轴（15）上，摩擦杆（31）自定心找正。

4.根据权利要求1或3所述的超精密摩擦驱动机构，其特征在于，所述施压轴（17）紧密压紧在摩擦杆（31）上，并且通过偏心施压部分提供的垂直压紧力的作为可靠的预紧力。

5.根据权利要求1所述的超精密摩擦驱动机构，其特征在于，所述偏心轴（20）通过转动带动垂直驱动轴（26）作径向直线运动，通过下部的施压球头（28）直接压紧在施压簧片（19）上，产生可调节的压紧力。