CN210265738U - 一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置 - Google Patents

Abstract

一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，包括锁定组件、电控伸缩组件、旋转编码器。锁定组件包括第一齿轮轴及锁定装置，二者啮合；第一齿轮轴与伺服电机形成同步带传动。电控伸缩组件，包括电磁线圈及压缩弹簧，在电磁力驱动下使第一齿轮轴与锁定装置相分离，在电磁力失去后使二者相接触。旋转编码器与电磁线圈电气连接，用于检测伺服电机旋转信号、将电机轴的旋转信号转换成电脉冲输出、并将电脉冲传输给电磁线圈。本实用新型提供了一种自锁性能好、便于装配调整且结构性能稳定的能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置。

Description

一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置

技术领域

本实用新型涉及滚珠丝杠副进给驱动传动系统，特别涉及一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置。

背景技术

传统的机床直线运动为电机通过丝杠将旋转运动转化为直线运动，但传动效率及由磨损产生的精度及精度保持性问题应运而生。特别在数控机床要求高精度及其保持性的要求下，滚珠丝杠副以其传动效率高、同步性能好、精度高及精度保持性强等特点成为其最佳的执行元件选项。滚珠丝杠副多用在数控机床床身立柱等铸件上，由电机驱动实现三轴拖动，即主轴箱的移动，工作台的移动，立柱的移动。滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、反向器等组成，由于滚珠丝杠副传动存在滚珠，其摩擦角小于滚珠丝杠的螺旋角，因而不能产生自锁，故在大负载垂直安装应用的情况下容易脱落，需要增加平衡或自锁装置。

鉴于以上滚珠丝杠副自身的缺陷，有必要提出一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置以使得滚珠丝杠副传动技术得到改进和发展。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种自锁性能好、便于装配调整且结构性能稳定的能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:

一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，包括伺服电机、同步带、滚珠丝杠和电磁离合器模块，所述伺服电机输出轴连接主动同步带轮的输入端，所述主动同步带轮输出端连接电机板以固定同步带传动，所述电机板通过连接轴连接联轴器以起到过载保护的作用，所述联轴器输出轴上连接旋转编码器以检测伺服电机的停转信号，所述联轴器输出轴连接主轴承座以支撑滚珠丝杠轴首端，所述滚珠丝杠轴外套连接滚珠丝杠螺母形成滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠螺母上侧连接滑动座，所述滑动座下端连接工作台导轨，所述滚珠丝杠螺母右侧连接两个阻尼圈以起到减振作用，所述阻尼圈连接副轴承座以支撑滚珠丝杠轴尾端，所述工作台导轨末端连接后定板以阻挡滑动座脱离导轨，所述主动同步带轮另一端设有同半径从动同步带轮，所述两个同步带轮之间通过同步带连接以实现同步传动，所述从动同步带轮输出端通过第一齿轮轴连接第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮保持分离或啮合状态以实现滚珠丝杠副自锁，所述第二锥齿轮通过第二齿轮轴连接电磁离合器输出端，所述电磁离合器下端连接压缩弹簧控制第一锥齿轮与第二锥齿轮是否啮合，所述压缩弹簧内圈放置电磁线圈，所述电磁线圈通过导线与旋转编码器相连。

进一步地，主轴承座和副轴承座与工作台导轨采用锁紧螺母安装。

进一步地，主轴承座和副轴承座与螺母孔要调整到“三点同心”。

进一步地，同步带传动中，两带轮轴线的平行度要求较高。

进一步地，相啮合的相啮合的第二锥齿轮和第一锥齿轮的分度圆模数和压力角相等，且均为标准值。

进一步地，电磁离合器线圈与转子应靠得尽量近，以便获得更强的磁场作用。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：所述伺服电机工作时，进而通过联轴器带动滚珠丝杠传动，滚珠丝杠的转动带动滚珠丝杠螺母沿滚珠丝杠方向作轴向运动，从而带动滑动座沿工作台导轨作往返运动，此时旋转编码器检测到电机轴旋转信号，电磁线圈得电，压缩弹簧处于压紧状态，第二锥齿轮和第一锥齿轮处于分离状态，因此滚珠丝杠副正常工作，不会产生自锁，当所述伺服电机一断电，旋转编码器检测不到电机轴旋转信号，此时电磁线圈失电，压缩弹簧复位，推动电磁离合器让第一锥齿轮和第二锥齿轮实现啮合，电磁离合器内电磁力产生的压紧力使内外摩擦片相结合，进而控制同步传送带不能传动，滚珠丝杠也就锁死，进而使得本发明具有滚珠丝杠副自锁功能。

附图说明

图1为本实用新型能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置结构示意图。

图2为本实用新型能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置结构俯视图。

图3为本实用新型能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置电控伸缩组件局部视图。

附图中，各标号所代表的的部件列表如下：

1、伺服电机；2、同步带；3.1、主动同步带轮；3.2、从动同步带轮；4、电机板；5、联轴器；6、旋转编码器；7、主轴承座；8、滚珠丝杠轴；9、滑动座；10、滚珠丝杠螺母；11、阻尼圈；12、副轴承座；13、后定板；14、工作台导轨；15.1、第一锥齿轮；15.2、第二锥齿轮；16.1、第一齿轮轴；16.2、第二齿轮轴；17、电磁离合器；18、电磁线圈；19、压缩弹簧。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

第一实施例

参照图1，为实现滚珠丝杠副自锁功能，本实用新型装置应能实现以下效果：a）电机运转时，锁定解除，丝杠副正常工作。b）电机停止后，自锁装置启动，丝杠副被锁定。

对于传统的由电机驱动的丝杠副机构一般包括固定组件、驱动组件。其中，固定组件用于将各功能部件安装在工作位置。驱动组件用于驱动移动组件移动。其中：

固定组件包括传统的伺服电机支架、电机板4、后定板13、主轴承座7、及副轴承座12。所述伺服电机支架用于固定安装伺服电机1。电机板4与后定板13采用锁紧螺母安装工作台导轨14。主轴承座7、副轴承座12用于定位安装滚珠丝杠轴8，与滚珠丝杠轴8形成转动副。

驱动组件包括滚珠丝杠轴8、工作台导轨14、及滑动座9。所述伺服电机1的输出轴与滚珠丝杠轴8连接，使伺服电机1与滚珠丝杠轴8形成转动副。所述滑动座9与滚珠丝杠轴8形成丝杠副、并与工作台导轨14形成移动副，用于使滑动座9在滚珠丝杠轴8驱动下沿工作台导轨14移动。

在此基础上，本实用新型为实现对伺服电机1启停后的锁定控制，增加了锁定组件、电控伸缩组件、及旋转编码器6。

参见图1，对于伺服电机1不同运行状态下的锁定控制，主要在于对其输出轴的控制。为此，本实用新型在伺服电机1的输出轴上增设主动同步带动轮3.1，通过主动同步带动轮3.1、从动同步带动轮3.2、同步带2组成同步带传动机构，实现伺服电机1与锁定组件的连接。

所述锁定组件包括第一齿轮轴16.1、及锁定装置。第一齿轮轴16.1设第一啮合面，锁定装置设第二啮合面，第一啮合面与第二啮合面相啮合。所述第一齿轮轴16.1与固定组件连接形成转动副。此时，主动同步带轮3.1通过各部件的连接将其动力传递给锁定装置，由锁定装置实现对丝杠8的锁定。由此即可实现技术效果b）。

更为具体地，本实施例中，锁定组件包括第一齿轮轴16.1、第二齿轮轴16.2、第一锥齿轮15.1、第二锥齿轮15.2、电磁离合器17、同步带2、主动同步带轮3.1、及从动同步带轮3.2。所述第一啮合面设置在第一锥齿轮15.1上、第二啮合面设置在第二锥齿轮15.2上。所述锁定装置即为电磁离合器17，电磁离合器17通过第二齿轮轴16.2与第二锥齿轮15.2相连接。第一齿轮轴16.1与第一锥齿轮15.1相连接。第一齿轮轴16.1上设有从动同步带轮3.2，伺服电机1连接主动同步带轮3.1，主动同步带轮3.1与从动同步带轮3.2通过同步带2形成同步带传动。

为了使伺服电机1运转时锁定装置不影响输出轴正常运转，本实用新型还增加了电控伸缩组件和旋转编码器6。其中：

锁定装置与固定组件通过电控伸缩组件连接，形成移动副。所述电控伸缩组件包括电磁线圈18、及压缩弹簧19。电磁线圈18用于提供磁力使第一啮合面与第二啮合面相分离，压缩弹簧19用于提供弹力使第一啮合面与第二啮合面相接触。

旋转编码器6，与电磁线圈18电气连接，用于检测伺服电机1旋转信号、将电机轴的旋转信号转换成电脉冲输出、并将电脉冲传输给电磁线圈18。

伺服电机1运转后，旋转编码器6为电磁线圈18传输电能，电磁线圈18产生电磁力，使压缩弹簧19处于压缩状态，第二锥齿轮15.2和第一锥齿轮15.1逐渐分离，即可实现技术效果a）。

第二实施例

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型技术，下面对各部件的连接关系及工作原理进行详细的说明。

参照图1，一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，包括伺服电机1、同步带2、滚珠丝杠8和电磁离合器17模块，伺服电机1输出轴连接主动同步带轮3.1的输入端，主动同步带轮3.1输出端连接电机板4以固定同步带2传动，电机板4通过连接轴连接联轴器5以起到过载保护的作用，联轴器5输出轴上连接旋转编码器6以检测伺服电机的停转信号，联轴器5输出轴连接主轴承座7以支撑滚珠丝杠轴8首端，滚珠丝杠轴8外套连接滚珠丝杠螺母10形成滚珠丝杠副，滚珠丝杠螺母10上侧连接滑动座9，滑动座9下端连接工作台导轨14，滚珠丝杠螺母10右侧连接两个阻尼圈11以起到减振作用，阻尼圈11连接副轴承座以支撑滚珠丝杠轴8尾端，工作台导轨14末端连接后定板13以阻挡滑动座9脱离导轨，主动同步带轮3.1另一端设有同半径从动同步带轮3.2，两个同步带轮之间通过同步带2连接以实现同步传动，从动同步带轮3.2输出端通过第一齿轮轴16.1连接第一锥齿轮15.1，第一锥齿轮15.1与第二锥齿轮15.2保持分离或啮合状态以实现滚珠丝杠副自锁，第二锥齿轮15.2通过第二齿轮轴16.2连接电磁离合器17输出端，电磁离合器17下端连接压缩弹簧19控制第一锥齿轮15.1与第二锥齿轮15.2是否啮合，压缩弹簧19内圈放置电磁线圈18，电磁线圈18通过导线与旋转编码器6相连。

本实用新型的工作原理为：

伺服电机1工作时，伺服电机1实现正转或反转，旋转编码器6检测到电机轴旋转信号，配合PWM技术，将电机轴的角位移信号转换成相应的电脉冲以数字量输出，并将电脉冲传输给电磁线圈18，此时电磁线圈18得电，利用电磁感应原理产生电磁力，吸引压缩弹簧19处于压缩状态，压缩弹簧19带动电磁离合器17和第二锥齿轮15.2向下移动，使得第二锥齿轮15.2和第一锥齿轮15.1处于分离状态，此时同步带2处于空载状态，进而通过联轴器5联接电机轴与滚珠丝杠8以传递伺服电机1的转距进而带动滚珠丝杠8转动，当伺服电机1正转时，滚珠丝杠8的旋转带动滚珠丝杠螺母10向远离伺服电机1的方向作直线运动，当伺服电机1反转时，滚珠丝杠8的旋转带动滚珠丝杠螺母10向靠近伺服电机1的方向作直线运动，滚珠丝杠螺母10从而带动滑动座9沿工作台导轨作往返直线运动，因此滚珠丝杠副将伺服电机1的回转运动转化为滑动座9的直线运动，即滚珠丝杠副正常工作，不会产生自锁作用。

当所述伺服电机1一断电，伺服电机1停止旋转，旋转编码器6检测不到电机轴旋转信号，此时电磁线圈18失电，压缩弹簧19复位，压缩弹簧推动电磁离合器17向上移动，第一锥齿轮15.1和第二锥齿轮15.2实现啮合，其节圆锥与分度圆锥重合，以传递第一齿轮轴和第二齿轮轴的动力，电磁离合器17内电磁力产生的压紧力使内外摩擦片相结合产生制动，进而控制同步传送带2不能传动，滚珠丝杠8也就锁死，实现了运动的合成和分解，进而使得本发明具有滚珠丝杠副自锁功能。

Claims (8)

1.一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，包括，固定组件和驱动组件，所述驱动组件包括伺服电机（1），其特征在于，还包括：

锁定组件，包括第一齿轮轴（16.1）及锁定装置；第一齿轮轴（16.1）设第一啮合面，锁定装置设第二啮合面，第一啮合面与第二啮合面相啮合；所述第一齿轮轴（16.1）与固定组件连接形成转动副；所述锁定装置通过电控伸缩组件与固定组件连接形成移动副；所述第一齿轮轴（16.1）与伺服电机（1）通过同步带（2）连接，形成同步带传动；

电控伸缩组件，包括电磁线圈（18）、及压缩弹簧（19）；锁定装置与固定组件间设有电磁线圈（18）、压缩弹簧（19），所述电磁线圈（18）用于提供电磁力使第一啮合面与第二啮合面相分离，所述压缩弹簧（19）用于提供弹力使第一啮合面与第二啮合面相接触；

旋转编码器（6），与电磁线圈（18）电气连接，用于检测伺服电机（1）旋转信号、将电机轴的旋转信号转换成电脉冲输出、并将电脉冲传输给电磁线圈（18）。

2.根据权利要求1所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：所述锁定组件包括第一齿轮轴（16.1）、第二齿轮轴（16.2）、第一锥齿轮（15.1）、第二锥齿轮（15.2）、电磁离合器（17）、同步带（2）、主动同步带轮（3.1）、及从动同步带轮（3.2）；所述第一啮合面设置在第一锥齿轮（15.1）上、第二啮合面设置在第二锥齿轮（15.2）上；所述锁定装置即为电磁离合器（17），电磁离合器（17）通过第二齿轮轴（16.2）与第二锥齿轮（15.2）相连接；第一齿轮轴（16.1）与第一锥齿轮（15.1）相连接；第一齿轮轴（16.1）上设有从动同步带轮（3.2），伺服电机（1）连接主动同步带轮（3.1），主动同步带轮（3.1）与从动同步带轮（3.2）通过同步带（2）形成同步带传动。

3.根据权利要求2所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：主动同步带轮（3.1）另一端设有同半径从动同步带轮（3.2），两个同步带轮之间通过同步带（2）连接以实现同步传动，从动同步带轮（3.2）输出端通过第一齿轮轴（16.1）连接第一锥齿轮（15.1），第一锥齿轮（15.1）与第二锥齿轮（15.2）保持分离或啮合状态以实现滚珠丝杠副自锁，第二锥齿轮（15.2）通过第二齿轮轴（16.2）连接电磁离合器（17）输出端，电磁离合器（17）下端连接压缩弹簧（19），压缩弹簧（19）内圈放置电磁线圈（18），电磁线圈（18）通过导线与旋转编码器（6）相连。

4.根据权利要求1所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：驱动组件还包括滚珠丝杠轴（8）、工作台导轨（14）、及滑动座（9）；所述伺服电机（1）的输出轴与滚珠丝杠轴（8）连接，使伺服电机（1）与滚珠丝杠轴（8）形成转动副；所述滑动座（9）与滚珠丝杠轴（8）形成丝杠副、并与工作台导轨（14）形成移动副，用于使滑动座（9）在滚珠丝杠轴（8）驱动下沿工作台导轨（14）移动；所述伺服电机（1）、工作台导轨（14）与固定组件固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：所述固定组件包括伺服电机支架、电机板（4）、后定板（13）、主轴承座（7）、副轴承座（12）、第一齿轮轴定位轴承、及电控伸缩组件定位座；所述伺服电机支架用于固定安装伺服电机（1）；电机板（4）与后定板（13）采用锁紧螺母安装工作台导轨（14）；主轴承座（7）、副轴承座（12）用于定位安装滚珠丝杠轴（8），与滚珠丝杠轴（8）形成转动副；第一齿轮轴定位轴承用于定位安装第一齿轮轴（16.1），并与第一齿轮轴（16.1）形成转动副；电控伸缩组件定位座用于安装电磁线圈（18）及压缩弹簧（19）。

6.根据权利要求4所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：包括伺服电机（1）、同步带（2）、滚珠丝杠轴（8）和电磁离合器（17），伺服电机（1）输出轴连接主动同步带轮（3.1）的输入端，主动同步带轮（3.1）输出端连接电机板（4）以固定同步带（2）传动，电机板（4）通过连接轴连接联轴器（5）以起到过载保护的作用，联轴器（5）输出轴上连接旋转编码器（6）以检测伺服电机的停转信号，联轴器（5）输出轴连接主轴承座（7）以支撑滚珠丝杠轴（8）首端，滚珠丝杠轴（8）外套连接滚珠丝杠螺母（10）形成滚珠丝杠副，滚珠丝杠螺母（10）上侧连接滑动座（9），滑动座（9）下端连接工作台导轨（14），滚珠丝杠螺母（10）右侧连接两个阻尼圈（11）以起到减振作用，阻尼圈（11）连接副轴承座以支撑滚珠丝杠轴（8）尾端，工作台导轨（14）末端连接后定板（13）以阻挡滑动座（9）脱离导轨。

7.根据权利要求1所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：相啮合的第二锥齿轮（15.2）和第一锥齿轮（15.1）的分度圆模数和压力角相等，且均为标准值。

8.根据权利要求1所述的一种能实现滚珠丝杠副自锁功能的装置，其特征在于：同步带传动中，同步带轮轴线间具有较高的平行度。

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