CN209688015U - 一种平面运动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平面运动结构，属于平面运动结构技术领域。它解决了一些平面运动结构中又能沿着X轴方向运动，也能沿着Y轴方向运动的运动结构十分复杂等问题，一种平面运动结构，包括机架，机架平行设置有一对第一丝杆，第一丝杆分别设置有驱动第一丝杆转动的驱动装置，第一丝杆螺纹的螺旋方向相反，第一丝杆套设有丝杆螺母模块，丝杆螺母模块包括第一丝杆螺母以及套设于第一丝杆螺母上的滚动轴承，滚动轴承之间通过连接杆连接，第一丝杆螺母之间通过同步带连接，同步件设置有移动块，当第一丝杆螺母同向旋转时，第一丝杆螺母通过同步件带动移动块移动。本实用新型具有结构简单等优点。

Description

一种平面运动结构

技术领域

本实用新型属于平面运动结构技术领域，特别涉及一种平面运动结构。

背景技术

若组成运动结构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，则称该结构为平面运动结构。

在现有的一些平面运动结构中，若物体既能沿着X轴方向运动，又能沿着Y轴方向运动，则需要在X轴方向给一个驱动力，也需要在Y轴方向给一个驱动力,较大型设备往往在某一个方向上需要带着笨重电机进行运动，增加了系统的载荷，降低了效率。由于电机跟着进行运动，需要有拖链等附属设备，常常会出现电线外皮磨损出现设备故障，漏电等现象。并且结构比较复杂,安装十分不方便。当设备需要升级时,尤其是驱动力升级,导致电机大小发生变化时,往往需要更换很多配件,有的甚至由于电机过重,导致无法升级。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种平面运动结构。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种平面运动结构，其特征在于，包括机架，所述的机架平行设置有一对第一丝杆，所述的第一丝杆分别设置有驱动第一丝杆转动的驱动装置，所述第一丝杆螺纹的螺旋方向相反，所述的第一丝杆套设有丝杆螺母模块，所述的丝杆螺母模块包括第一丝杆螺母以及套设于第一丝杆螺母上的滚动轴承，所述滚动轴承之间通过连接杆连接，所述的第一丝杆螺母之间通过同步带连接，同步件设置有移动块，当第一丝杆螺母同向旋转时，所述的第一丝杆螺母通过同步件带动移动块移动。

本实用新型的工作原理：设平行于第一丝杆的长度方向为Y轴，垂直于两根第一丝杆的方向为X轴，本实用新型工作时，驱动装置分别驱动第一丝杆转动，第一丝杆的转动速度相同，两根第一丝杆平行设置，故当第一丝杆同方向转动时，由于第一丝杆螺纹的螺旋方向相反，两根第一丝杆上的第一丝杆螺母会沿着Y轴相反的方向运动，但是又由于第一丝杆螺母外部套设有滚动轴承，滚动轴承之间通过连接杆连接，连接杆具有刚性，使得第一丝杆螺母无法沿着Y轴相反的方向运动(第一丝杆对第一丝杆螺母Y轴方向的分力很小，只需施加很小的力就能使第一丝杆不能沿着Y轴方向运动，故连接杆的刚性作用能够使第一丝杆螺母无法沿着Y轴相反的方向运动，但第一丝杆螺母仍能转动)，故第一丝杆螺母此时仅仅具有沿着Y轴相反方向运动的趋势，而不能沿着Y轴运动，由于第一丝杆同向转动时，其第一丝杆螺母转动方向相同，故能通过同步件带动移动块移动，使移动块沿着X轴方向运动。当第一丝杆反向转动时，由于第一丝杆螺纹的螺旋方向相反，第一丝杆螺母会沿着Y轴相同的方向运动，带动滚动轴承、连接杆、同步件和移动块一起沿着Y轴相同的方向运动，但是当第一丝杆反向转动时，其第一丝杆螺母的旋转方向相反，故第一丝杆螺母传递给同步件的力的方向相反，使第一丝杆螺母不能通过同步件带动移动块在X轴方向上运动。此时移动块只能沿着Y轴的方向运动。本实用新型仅仅通过驱动装置改变第一丝杆的转动的方向就能实现移动块在X轴方向上的运动或在Y轴方向上的运动，该运动结构非常简单，安装十分方便。

在上述的一种平面运动结构中，所述的第一丝杆螺母和同步件之间还设置有同步轮，所述的同步轮套设于第一丝杆螺母的外部，所述的同步轮和第一丝杆螺母固定连接，所述的同步轮用于和第一丝杆螺母同步旋转。

在上述的一种平面运动结构中，所述的移动块位于连接杆的上方，所述的移动块与连接杆滑动连接。

在上述的一种平面运动结构中，所述的移动块底部设置有滑块，所述的连接杆底部设置有滑轨，所述的滑块在滑轨内滑动使移动块在连接杆上滑动。

在上述的一种平面运动结构中，所述的机架还设置有轴承座，所述的轴承座用于固定第一丝杆。

在上述的一种平面运动结构中，所述的连接杆两端设置有固定耳，所述的固定耳套设在滚动轴承上并与滚动轴承固定连接。

在上述的一种平面运动结构中，一个所述的第一丝杆螺母具有两个滚动轴承，且所述滚动轴承位于同步轮的两侧。

在上述的一种平面运动结构中，所述的同步件为第二丝杆，所述的同步轮为第一斜齿轮，所述的第二丝杆两端设置有第二斜齿轮，所述的第一斜齿轮和第二斜齿轮啮合，所述的第一斜齿轮用于带动第二斜齿轮旋转并使第二丝杆旋转。

在上述的一种平面运动结构中，所述的同步件为皮带，所述的同步轮为皮带轮。

在上述的一种平面运动结构中，所述的驱动装置为电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型仅仅通过驱动装置改变第一丝杆的转动的方向就能实现移动块在X轴方向上的运动或在Y轴方向上的运动，该运动结构非常简单，安装十分方便。

2.本实用新型的无效载荷小，可控运动速度高。

3.本实用新型通过双电机联动，驱动力大。

4.本实用新型的电机都处于可固定状态，减少了电机的空间占用。整体有效空间利用率高。

5.本实用新型可使驱动力的选择范围扩大，当结构需要更大的驱动力，可以直接更换型号大小不同的驱动电机、电机固定件及连接器，而不会影响到运动结构。更换的过程简单高效。

附图说明

图1是本实用新型实施方式之二的结构示意图；

图2是本实用新型连接杆的结构示意图；

图3是本实用新型移动块的结构示意图；

图4是本实用新型丝杆螺母模块和同步轮的结构示意图；

图5是本实用新型的运动原理示意图；

图6是本实用新型实施方式之一的结构示意图。

图中，1、机架；2、第一丝杆；3、驱动装置；4、丝杆螺母模块；5、第一丝杆螺母；6、滚动轴承；7、连接杆；8、同步件；9、同步轮；10、移动块；11、滑块；12、滑轨；13、轴承座；14、固定耳；15、丝杆螺母副；16、第二斜齿轮。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种平面运动结构，包括机架1，机架1平行设置有一对第一丝杆2，第一丝杆2分别设置有驱动第一丝杆2转动的驱动装置3，第一丝杆2螺纹的螺旋方向相反，第一丝杆2套设有丝杆螺母模块4，丝杆螺母模块4包括第一丝杆螺母5以及套设于第一丝杆螺母5上的滚动轴承6，滚动轴承6之间通过连接杆7连接，第一丝杆螺母5之间通过同步件8连接，同步件8设置有移动块10，当第一丝杆螺母5同向旋转时，第一丝杆螺母5通过同步件8带动移动块10移动。第一丝杆螺母5的底部也可以设置导向块，第一丝杆2的下方设置导轨，导向块在导轨内滑动，当第一丝杆螺母5沿着Y轴的方向运动时，导向块在导轨内滑动，导向块和导轨起到支撑的作用。当移动块较重时，能很好的承重。

进一步细说，第一丝杆螺母5和同步件8之间还设置有同步轮9，同步轮9套设于第一丝杆螺母5的外部，同步轮9和第一丝杆螺母5固定连接，同步轮9用于和丝杆螺母5同步旋转。即第一丝杆螺母5和同步轮9的方向和速度均相同，第一丝杆螺母5通过同步轮9带动同步件8运动。

进一步细说，移动块10位于连接杆7的上方，移动块10与连接杆7滑动连接。移动块10底部设置有滑块11，连接杆7底部设置有滑轨12，滑块11在滑轨12内滑动使移动块10在连接杆7上滑动。连接杆7起到支撑移动块10的作用，且滑轨12和滑块11的设置可控制移动块10移动的方向，不容易出现偏移。

进一步细说，机架1还设置有轴承座13，轴承座13用于固定第一丝杆2。轴承座13起到固定支撑第一丝杆2的作用。

进一步细说，连接杆7两端设置有固定耳14，固定耳14套设在滚动轴承6上并与滚动轴承6固定连接。连接杆7为横梁。

进一步细说，一个第一丝杆螺母5具有两个滚动轴承6，且滚动轴承6位于同步轮9的两侧。进一步细说，驱动装置3为电机。电机固定驱动，使系统的载荷变小，可提高运动速度。

同步轮和同步件具有2种实施方式，如下：

实施方式之一：

如图6所示，进一步细说，同步件8为第二丝杆，同步轮9为第一斜齿轮，第二丝杆两端设置有第二斜齿轮16，第一斜齿轮和第二斜齿轮16啮合，第一斜齿轮用于带动第二斜齿轮16旋转并使第二丝杆旋转。当同步件8为第二丝杆时，相应的移动块10为第二丝杆螺母。此结构紧凑简单，在机床领域有很大的运用。

实施方式之二：

如图1所示，进一步细说，同步件8为皮带，同步轮9为皮带轮。

为了能更清楚的说明该实用新型，附上该实用新型的运动理论及其分析(以同步件为皮带，同步轮为皮带轮时为例)。

运动原理分析：如图5所示，假设两个第一丝杆2的螺纹的螺距均为N(单位mm/r)。为了更好地推导出运动理论及公式，我们先分析整个系统只有单个第一丝杆2存在的情况。运动原理分析：

此时运动存在几种情况：

1.当滚动轴承6被固定，此时第一丝杆螺母5及同步轮9在第一丝杆2的轴向运动即Y的方向被限定，无法在Y方向上运动。由于丝杠螺母与滚动轴承6是滚动配合。此时第一丝杆2的转动直接造成第一丝杆螺母5与同步轮9(“第一丝杆螺母5与同步轮9”简称丝杆螺母副15，下同)在原地转动。此时第一丝杆2的转动角速度W₁₁(单位r/s)与丝杆螺母副15的转动角速度W₁₂相等，即W₁₁＝W₁₂①。

2.当第一丝杆螺母的旋转方向被固定，滚动轴承6没被固定，此时由于旋转方向被固定，当第一丝杆2进行转动时，丝杆螺母副15沿Y方向的运动速度为V_1Y＝N*W₁₁②(单位mm/s)。

3.当第一丝杆2不动，第一丝杆螺母转动时，V_1Y＝-N*W₁₂③。

4.当第一丝杆2转动角速度为W₁₁，并且滚动轴承6外圈由于Y方向力作用，使得丝杆螺母副15沿Y方向的运动速度为V_1Y，此时我们需要计算才能得知丝杆螺母副15的转动角速度W₁₂。由和速度公式可以知道W₁₁-W₁₂＝V_1Y/N；所以W₁₁＝W₁₂+V_1Y/N④。

前面已经知道单根第一丝杆2作用下的第一丝杆螺母运动情况。现在拓展到整个运动系统。由于两根第一丝杆2的螺旋方向相反。所以对于另一根第一丝杆2而言②公式变为V_2Y＝-N*W₂₁⑤；③公式变为：V_2Y＝N*W₂₂⑥；公式④变为：W₂₁＝W₂₂-V_2Y/N⑦。

当整套系统进行运动及配合时，因为两根第一丝杆2上的滚动轴承6与横梁之间为刚性配合，所以两根第一丝杆2上的滚动轴承6在Y方向上的速度必须相同即V_Y＝V_1Y＝V_2Y⑧；

因为两根第一丝杆2上的同步轮9通过同步件8进行驱动。所以两个第一丝杆2上的丝杆螺母副15的转动角速度相同即W₁₂＝W₂₂⑨。又因为转动角速度与X方向的运动速度紧密关联，V_X＝K*W₁₂⑩，其中K为同步轮9的分度圆半径(mm)。

由公式④、⑦、⑧、⑨及⑩可以得到：

W₁₁＝V_X/K+V_Y/N；公式1

W₂₁＝V_X/K-V_Y/N；公式2

当我们从原点开始运动，设在X方向上运动距离为D_X，在Y方向上运动距离为D_Y；我们这时候要计算出两个电机的转动角度R₁及R₂；设运动时间为T则W*T＝R/360°；V*T＝D；

代入公式1及公式2得到最终的运动方程为：

R₁₁＝(D_X/K+D_Y/N)*360°

R₂₁＝(D_X/K-D_Y/N)*360°

其中，R₁₁为电机1的转动角度，R₂₁为电机2的转动角度，D_X、D_Y分别为在两个电机对应转动角度下的X方向及Y方向的位移。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机架1、第一丝杆2、驱动装置3、丝杆螺母模块4、第一丝杆螺母5、滚动轴承6、连接杆7、同步件8、同步轮9、移动块10、滑块11、滑轨12、轴承座13、固定耳14、丝杆螺母副15等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种平面运动结构，其特征在于，包括机架(1)，所述的机架(1)平行设置有一对第一丝杆(2)，所述的第一丝杆(2)分别设置有驱动第一丝杆(2)转动的驱动装置(3)，所述第一丝杆(2)螺纹的螺旋方向相反，所述的第一丝杆(2)套设有丝杆螺母模块(4)，所述的丝杆螺母模块(4)包括第一丝杆螺母(5)以及套设于第一丝杆螺母(5)上的滚动轴承(6)，所述滚动轴承(6)之间通过连接杆(7)连接，所述的第一丝杆螺母(5)之间通过同步件(8)连接，同步件(8)设置有移动块(10)，当第一丝杆螺母(5)同向旋转时，所述的第一丝杆螺母(5)通过同步件(8)带动移动块(10)移动。

2.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的第一丝杆螺母(5)和同步件(8)之间还设置有同步轮(9)，所述的同步轮(9)套设于第一丝杆螺母(5)的外部，所述的同步轮(9)和第一丝杆螺母(5)固定连接，所述的同步轮(9)用于和第一丝杆螺母(5)同步旋转。

3.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的移动块(10)位于连接杆(7)的上方，所述的移动块(10)与连接杆(7)滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的移动块(10)底部设置有滑块(11)，所述的连接杆(7)底部设置有滑轨(12)，所述的滑块(11)在滑轨(12)内滑动使移动块(10)在连接杆(7)上滑动。

5.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的机架(1)还设置有轴承座(13)，所述的轴承座(13)用于固定第一丝杆(2)。

6.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的连接杆(7)两端设置有固定耳(14)，所述的固定耳(14)套设在滚动轴承(6)上并与滚动轴承(6)固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种平面运动结构，其特征在于，一个所述的第一丝杆螺母(5)具有两个滚动轴承(6)，且所述滚动轴承(6)位于同步轮(9)的两侧。

8.根据权利要求2所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的同步件(8)为第二丝杆，所述的同步轮(9)为第一斜齿轮，所述的第二丝杆两端设置有第二斜齿轮(16)，所述的第一斜齿轮和第二斜齿轮(16)啮合，所述的第一斜齿轮用于带动第二斜齿轮(16)旋转并使第二丝杆旋转。

9.根据权利要求2所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的同步件(8)为皮带，所述的同步轮(9)为皮带轮。

10.根据权利要求1所述的一种平面运动结构，其特征在于，所述的驱动装置(3)为电机。