RU2700562C1 - Linear actuator and linear actuating mechanism - Google Patents
Linear actuator and linear actuating mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700562C1 RU2700562C1 RU2018143677A RU2018143677A RU2700562C1 RU 2700562 C1 RU2700562 C1 RU 2700562C1 RU 2018143677 A RU2018143677 A RU 2018143677A RU 2018143677 A RU2018143677 A RU 2018143677A RU 2700562 C1 RU2700562 C1 RU 2700562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- guide grooves
- ball
- nut
- housing
- linear actuator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
- F16H2025/204—Axial sliding means, i.e. for rotary support and axial guiding of nut or screw shaft
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
- F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
- F16H2025/2075—Coaxial drive motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к общему машиностроению, а именно, к передачам для сообщения возвратно-поступательного движения с помощью винтового механизма.The invention relates to general mechanical engineering, namely, to gears for communicating reciprocating motion using a screw mechanism.
Из уровня техники известны конструкции линейных актуаторов с винтовой передачей, преобразующих вращение вала электродвигателя в линейное движение и используемых в качестве устройств, обеспечивающих линейное перемещение или позиционирование объекта за счет осевого усилия толкания/втягивания выдвижного штока.The prior art designs of linear actuators with helical gears that convert the rotation of the motor shaft into linear motion and are used as devices for linear movement or positioning of an object due to the axial force of pushing / pulling the retractable rod.
Типичный линейный актуатор с выдвижным штоком содержит электродвигатель, вал которого соединен с винтовой передачей, преобразующей вращательное движение в линейное перемещение штока и состоящей из ходового винта и приводной гайки, удерживаемой от вращения таким образом, что вращение ходового винта электродвигателем вызывает линейное перемещение приводной гайки вдоль ходового винта. Приводная гайка соединена с выдвижным штоком, и вращение ходового винта приводит к линейному перемещению выдвижного штока вдоль оси ходового винта в прямом и обратном направлениях в зависимости от направления вращения вала электродвигателя.A typical retractable linear actuator comprises an electric motor whose shaft is connected to a helical gear that converts rotational motion into linear movement of the stem and consists of a spindle and a drive nut held in rotation so that rotation of the spindle by the motor causes the drive nut to move linearly along the spindle screw. The drive nut is connected to the extension rod, and rotation of the lead screw linearly moves the extension rod along the axis of the screw in the forward and reverse directions, depending on the direction of rotation of the motor shaft.
Электродвигатель актуатора может быть расположен параллельно, перпендикулярно или соосно (в одну линию) по отношению к оси выдвижения штока, что определяется конструкцией и типом соединения вала электродвигателя и ходового винта (муфтовое соединение, зубчатая, червячная, ременная передачи и т.д.).The actuator motor can be located parallel, perpendicular or coaxial (in one line) with respect to the axis of stem extension, which is determined by the design and type of connection of the motor shaft and the screw (coupling connection, gear, worm, belt drive, etc.).
Корпус линейного актуатора, обычно выполненный в форме полого цилиндра или профильной трубы, вмещает в себя винтовую передачу и шток, выдвигаемый вдоль его продольной оси и выполненный в виде полого цилиндра, внутри которого расположен ходовой винт.The linear actuator housing, usually made in the form of a hollow cylinder or a profile pipe, accommodates a helical gear and a rod extended along its longitudinal axis and made in the form of a hollow cylinder, inside of which there is a lead screw.
На свободном конце выдвижного штока устанавливается соединительная муфта, головка или вилка, для соединения с объектом, который должен приводиться в действие.A coupling, head or plug is mounted on the free end of the slide rod to connect to an object to be actuated.
Усилие штока линейного актуатора направлено по оси его выдвижения/втягивания и в большинстве конструкций линейных актуаторов направление действия нагрузки на шток должно совпадать с осью штока, что обычно достигается использованием внешних направляющих для выравнивания, стабилизации и опоры приводимого в действие объекта. Нагрузка, направление действие которой отклоняется от указанной оси, подвергает механизмы актуатора действию создаваемых ею моментов и является нежелательной. В частности к нежелательным нагрузкам относится консольная нагрузка, создающая крутящий момент вокруг оси выдвижения штока, и радиальная (боковая) нагрузка, создающая изгибающий момент. Превышение допустимых значений нежелательных нагрузок может затруднить работу механизмов линейного актуатора и вывести их из строя.The force of the rod of the linear actuator is directed along the axis of its extension / retraction, and in most designs of linear actuators the direction of action of the load on the rod should coincide with the axis of the rod, which is usually achieved by using external guides to align, stabilize and support the actuated object. The load, the direction of which deviates from the specified axis, exposes the actuator mechanisms to the effects of the moments created by it and is undesirable. Particularly undesirable loads are the cantilever load, which generates torque about the axis of extension of the rod, and the radial (lateral) load, which creates bending moment. Exceeding the permissible values of unwanted loads can impede the operation of the linear actuator mechanisms and disable them.
Эти ограничения сдерживают использование линейных актуаторов в различных операциях с незакрепленными безопорными объектами, объектами с недостаточно фиксированной установкой, объектами, подвергающимися воздействию внешних нагрузок и другими объектами, создающими нежелательную нагрузку, в частности консольную и радиальную нагрузки или комбинацию этих нагрузок на шток актуатора.These restrictions hinder the use of linear actuators in various operations with unsecured unsupported objects, objects with an insufficiently fixed installation, objects exposed to external loads and other objects that create undesirable loads, in particular cantilever and radial loads, or a combination of these loads on the actuator rod.
Из уровня техники известна конструкция линейного актуатора с механизмом компенсации боковой нагрузки, распложенным внутри корпуса и содержащим, по меньшей мере, один рельс, прикрепленный к корпусу вдоль оси ходового винта (выдвижения штока), предварительно нагруженный до известной боковой нагрузки для воздействия, по меньшей мере, на один ролик, прикрепленный к приводной гайке линейного актуатора (см. патент US6145395, кл.F16H25/20, опубл. 14.11.2000). В предпочтительном воплощении, раскрытом в описании патента, механизм компенсации боковой нагрузки содержит две пары рельс, расположенных по обеим сторонам от выдвижного штока вдоль оси ходового винта, а приводная гайка снабжена несколькими парами роликов, установленных посредством валов вдоль направления осевого перемещения приводной гайки таким образом, что каждый ролик расположен между одной из пар рельс. Дополнительно, между выдвижным штоком и корпусом установлена втулка (или подшипник скольжения), суммирующая нагрузку на конце исполнительного механизма и компенсирующую нагрузку, обеспечиваемую предварительно нагруженными рельсами.The prior art design of a linear actuator with a side load compensation mechanism located inside the casing and containing at least one rail attached to the casing along the axis of the screw (stem extension), pre-loaded to a known side load for at least , on one roller attached to the drive nut of the linear actuator (see patent US6145395, class F16H25 / 20, publ. 14.11.2000). In the preferred embodiment disclosed in the patent description, the side load compensation mechanism comprises two pairs of rails located on both sides of the extension rod along the axis of the screw, and the drive nut is provided with several pairs of rollers mounted by shafts along the axial movement direction of the drive nut in such a way that each roller is located between one of the pairs of rails. Additionally, a sleeve (or plain bearing) is installed between the sliding rod and the housing, which sums the load at the end of the actuator and compensates for the load provided by the preloaded rails.
Недостатком описанной конструкции актуатора с механизмом компенсации боковой нагрузки является зависимость эффективности компенсации боковой нагрузки от направления её действия. Заявленная работа механизма компенсации боковой нагрузки выполняется с максимальной эффективностью тогда, когда действие боковой нагрузки направлено перпендикулярно осям валов роликов. По мере изменения направления действия боковой нагрузки работа механизма изменяется. Нагрузку, направление действия которой параллельно осям валов роликов воспринимает только часть механизма – втулка (или подшипник скольжения), в которой в таком случае будет иметь место заклинивание и повышенный износ.A disadvantage of the described actuator design with a side load compensation mechanism is the dependence of the side load compensation efficiency on its direction of action. The claimed work of the side load compensation mechanism is performed with maximum efficiency when the side load is directed perpendicular to the axes of the roller shafts. As the direction of action of the lateral load changes, the operation of the mechanism changes. A load whose direction of action parallel to the axes of the roller shafts is absorbed only by a part of the mechanism - the sleeve (or sliding bearing), in which in this case there will be jamming and increased wear.
Из области техники известен так же линейный актуатор, содержащий двигатель с выходным валом и корпус, внутри которого расположены винтовой механизм и шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки, причём винтовой механизм включает в себя ходовой винт, взаимодействующую с ним гайку и выдвижной шток, концентрично расположенный вокруг, по меньшей мере, части ходового винта и соединенный с указанной гайкой, при этом винтовой механизм соединён с двигателем таким образом, что вращение его выходного вала вызывает осевое перемещение гайки и выдвижного штока относительно корпуса (см. патент CN105051424, кл.F16H25/24, опубл. 06.04.2018).A linear actuator is also known from the technical field, comprising a motor with an output shaft and a housing, inside of which there is a screw mechanism and a ball mechanism for compensating for unwanted loads, the screw mechanism including a lead screw, a nut interacting with it and a retractable rod concentrically located around at least parts of the lead screw and connected to the specified nut, while the screw mechanism is connected to the engine so that the rotation of its output shaft causes axial movement of Menus and retractable rod relative to the housing (see. Patent No. CN105051424, kl.F16H25 / 24, publ. 06.04.2018).
В приведенном техническом решении в качестве шарикового механизма компенсации нежелательной нагрузки использована шариковая втулка.In the above technical solution, a ball sleeve is used as a ball mechanism to compensate for unwanted loads.
Используемая шариковая втулка в качестве шарикового механизма компенсации нежелательной нагрузки не обеспечивает надежность работы линейного актуатора и кроме того приводит к увеличению габаритов и веса линейного актуатора в целом.The used ball sleeve as a ball mechanism for compensating for unwanted load does not ensure the reliability of the linear actuator and, in addition, leads to an increase in the dimensions and weight of the linear actuator as a whole.
Технической проблемой является создание линейного актуатора и линейного исполнительного механизма, конструкция которых обеспечивает возможность компенсации нежелательных нагрузок, направление действия которых не совпадает с осью штока актуатора. The technical problem is the creation of a linear actuator and a linear actuator, the design of which provides the ability to compensate for unwanted loads, the direction of which does not coincide with the axis of the actuator rod.
Технический результат заключается в упрощении конструкции линейного актуатора, повышении надёжности работы устройства, уменьшению габаритов и снижению веса.The technical result consists in simplifying the design of a linear actuator, increasing the reliability of the device, reducing the size and weight.
В части линейного актуатора поставленная проблема решается, а технический результат достигается за счет разработки линейного актуатора, характеризующегося наличием двигателя с выходным валом и корпуса, внутри которого расположены винтовой механизм и шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки, причём винтовой механизм включает в себя ходовой винт, взаимодействующую с ним гайку и выдвижной шток, концентрично расположенный вокруг, по меньшей мере, части ходового винта и соединенный с указанной гайкой, при этом винтовой механизм соединён с двигателем таким образом, что вращение его выходного вала вызывает осевое перемещение гайки и выдвижного штока относительно корпуса, шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки образован, по меньшей мере, двумя продольными направляющими канавками на внутренней поверхности корпуса, по меньшей мере, двумя ответными продольными направляющими канавками на внешней поверхности выдвижного штока и шариковым сепаратором с, по меньшей мере, двумя рядами ячеек, выполненными напротив указанных направляющих канавок, в которых с возможностью свободного вращения размещены шарики, обкатывающие поверхности этих направляющих канавок. Шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки предпочтительно снабжён, по меньшей мере, одной пружиной, препятствующей соскальзыванию шарикового сепаратора под действием собственного веса при наклонном расположении линейного актуатора.In the part of the linear actuator, the problem posed is solved, and the technical result is achieved by developing a linear actuator, characterized by the presence of an engine with an output shaft and a housing, inside of which there is a screw mechanism and a ball mechanism for compensating for undesirable loads, and the screw mechanism includes a lead screw interacting with a nut and a retractable rod concentrically arranged around at least a portion of the lead screw and connected to the specified nut, while the screw mechanism the ism is connected to the engine in such a way that the rotation of its output shaft causes axial movement of the nut and the sliding rod relative to the housing, the ball mechanism for compensating for undesirable load is formed by at least two longitudinal guide grooves on the inner surface of the housing, at least two reciprocal longitudinal guides grooves on the outer surface of the sliding rod and a ball cage with at least two rows of cells made opposite these guide grooves, in With the possibility of free rotation there are balls rolling around the surfaces of these guide grooves. The ball compensation mechanism for the unwanted load is preferably provided with at least one spring, which prevents the ball cage from slipping under its own weight when the linear actuator is inclined.
В части исполнительного механизма поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что линейный исполнительный механизм содержит корпус, внутри которого расположены винтовой механизм и шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки, причём винтовой механизм включает в себя ходовой винт, взаимодействующую с ним гайку и выдвижной шток, концентрично расположенный вокруг, по меньшей мере, части ходового винта и соединенный с указанной гайкой, при этом вращение ходового винта вызывает осевое перемещение гайки и выдвижного штока относительно корпуса, шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки образован, по меньшей мере, двумя продольными направляющими канавками на внутренней поверхности корпуса, по меньшей мере, двумя ответными продольными направляющими канавками на внешней поверхности выдвижного штока и шариковым сепаратором с, по меньшей мере, двумя рядами ячеек, выполненными напротив указанных направляющих канавок, в которых с возможностью свободного вращения размещены шарики, обкатывающие поверхности этих направляющих канавок. Шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки предпочтительно снабжён, по меньшей мере, одной пружиной, препятствующей соскальзыванию шарикового сепаратора под действием собственного веса при наклонном расположении линейного исполнительного механизма.In the part of the actuator, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the linear actuator contains a housing, inside which there is a screw mechanism and a ball mechanism for compensating for undesirable loads, and the screw mechanism includes a lead screw, a nut interacting with it and a retractable rod, located concentrically around at least a part of the screw and connected to the specified nut, while the rotation of the screw leads to axial movement of ha ki and extendable rod relative to the housing, the ball mechanism for compensating for unwanted loads is formed by at least two longitudinal guide grooves on the inner surface of the housing, at least two reciprocal longitudinal guide grooves on the outer surface of the extendable rod and a ball cage with at least two rows of cells made opposite these guide grooves, in which balls are rotatably placed that run around the surfaces of these guides grooves. The ball compensation mechanism for the unwanted load is preferably provided with at least one spring, which prevents the ball cage from slipping under its own weight when the linear actuator is inclined.
Далее один из множества возможных вариантов воплощения изобретения будет описан более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Next, one of the many possible embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 показан аксонометрический вид линейного актуатора в соответствии с настоящим изобретением;figure 1 shows a perspective view of a linear actuator in accordance with the present invention;
на фиг.2 – аксонометрический вид линейного актуатора по фиг.1 в частично разобранном виде;figure 2 - axonometric view of the linear actuator of figure 1 in a partially disassembled form;
на фиг.3 – аксонометрический вид линейного исполнительного механизма с вырезом в корпусе и с вырезом в шариковом сепараторе, находящемся внутри корпуса;figure 3 is a perspective view of a linear actuator with a cutout in the housing and with a cutout in a ball cage located inside the housing;
на фиг.4 – вид поперечного сечения по линии А-А на фиг.3;figure 4 is a cross-sectional view along the line aa in figure 3;
на фиг.5 – вид в продольном сечении линейного исполнительного механизма, показанного на фиг.3 и сделанного по линии В-В на фиг.4;figure 5 is a view in longitudinal section of a linear actuator shown in figure 3 and made along the line BB in figure 4;
на фиг.6 – вид в продольном сечении линейного исполнительного механизма, показанного на фиг.3 и сделанного по линии С-С на фиг.4;figure 6 is a view in longitudinal section of a linear actuator shown in figure 3 and made along the line CC in figure 4;
на фиг.7 – аксонометрический вид линейного исполнительного механизма в разобранном виде;Fig.7 is an exploded perspective view of a linear actuator;
на фиг.8 – аксонометрический вид винтового механизма, извлеченного из корпуса;on Fig is a perspective view of a screw mechanism removed from the housing;
на фиг.9 – аксонометрический вид винтового механизма в разобранном виде с вырезом в выдвижном штоке;figure 9 is an axonometric view of the screw mechanism in disassembled form with a cutout in the retractable rod;
на фиг.10 – аксонометрический вид соединения шариковой гайки с выдвижным штоком;figure 10 is a perspective view of the connection of a ball nut with a sliding rod;
на фиг.11 – аксонометрический вид ходового винта с ограничителем в разобранном виде;figure 11 is an axonometric view of the lead screw with limiter disassembled;
на фиг.12 – схематичное изображение линейного исполнительного механизма с выдвижным штоком в двух крайних положениях;on Fig - schematic representation of a linear actuator with a sliding rod in two extreme positions;
на фиг.13 – схематичное изображение линейного исполнительного механизма в наклонном положении, когда передняя концевая часть выдвижного штока находится выше задней концевой части;13 is a schematic illustration of a linear actuator in an inclined position when the front end portion of the extension rod is higher than the rear end portion;
на фиг.14 – схематичное изображение линейного исполнительного механизма в наклонном положении, когда передняя концевая часть выдвижного штока находится ниже задней концевой части;on Fig - schematic representation of a linear actuator in an inclined position when the front end part of the extension rod is below the rear end part;
на фиг.15 – схематичный аксонометрический вид установки пружин поддерживающих сепаратор с шариками.on Fig is a schematic axonometric view of the installation of the springs supporting the separator with balls.
На фиг.1-2 изображен предлагаемый линейный актуатор, содержащий электродвигатель 16, муфту 15 с корпусом 14 муфты и линейный исполнительный механизм 10, содержащий корпус 11, имеющий заднюю концевую часть, приближенную к электродвигателю, и противоположную переднюю концевую часть, удаленную от него с расположенными в нем винтовым механизмом и механизмом компенсации нежелательной нагрузки. Figure 1-2 shows the proposed linear actuator comprising an
Электродвигатель 16, являясь источником вращательной мощности, передает крутящий момент на винтовой механизм, для чего выходной вал электродвигателя 16 соединен посредством муфты 15 с концевой частью 22а ходового винта 22.The
Соединение вала электродвигателя с винтовым механизмом линейного актуатора может быть выполнено посредством любого механического средства передачи вращательного движения (гибкой или жёсткой муфты, ременной передачи, зубчатой передачи, червячной передачи и т.п.), в том числе с редукцией и с различными взаимными конфигурациями расположения электродвигателя и линейного исполнительного механизма (в частности, непосредственная насадка рабочего органа ведомого механизма на вал).The connection of the motor shaft with the screw mechanism of the linear actuator can be performed by any mechanical means of transmitting rotational motion (flexible or rigid coupling, belt drive, gear transmission, worm gear, etc.), including with reduction and with various mutual configurations of arrangement electric motor and linear actuator (in particular, the direct nozzle of the working body of the driven mechanism on the shaft).
Корпус 11 выполнен в виде профильной трубы с продольными шариковыми направляющими канавками на внутренней поверхности круглого сечения.The
Продольная шариковая направляющая канавка (далее в тексте описания - «направляющая канавка») является элементом шарикового механизма компенсации нежелательной нагрузки (далее в тексте описания - «механизм компенсации»)The longitudinal ball guide groove (hereinafter referred to as the "guide groove") is an element of the ball mechanism for compensating for unwanted load (hereinafter referred to as the "compensation mechanism")
Как показано на фиг.3-6, винтовой механизм, расположенный внутри корпуса 11, содержит гайку 23, взаимодействующую с ходовым винтом 22 и выдвижной шток 21, соединенный с гайкой 23 для осевого перемещения с ней. As shown in FIGS. 3-6, the screw mechanism located inside the
В описываемом воплощении настоящего изобретения как лучше всего видно на фиг.4 на внутренней поверхности корпуса 11 выполнены четыре направляющие канавки 31, и на внешней поверхности выдвижного штока 21 выполнены четыре ответные направляющие канавки 32. Направляющие канавки 31 и 32 разделены равными интервалами по длине окружности поперечного сечения внутренней поверхности корпуса 11 и внешней поверхности выдвижного штока 21 соответственно. Направляющие канавки 31 и 32 являются вогнутыми в поперечном сечении и в каждой паре обращены друг к другу. In the described embodiment of the present invention, as best seen in FIG. 4, four
Выдвижной шток 21 выполнен в виде профильной трубы, внешний контур поперечного сечения которой содержит направляющие канавки 32, а внутренний контур повторяет очертания внешнего контура.
Размеры внешнего контура поперечного сечения гайки 23 выполнены под внутренний контур поперечного сечения выдвижного штока 21 и, как можно видеть на фиг.7-8, гайка 23, охватывающая ходовой винт 22, соединена с выдвижным штоком 21 по сопрягаемым поверхностям с креплением винтами 28 к задней концевой части.The dimensions of the outer contour of the cross section of the
В передней концевой части выдвижного штока 21 установлен соединительный элемент (не показан) для соединения с объектом, который должен приводиться в действие. A connecting element (not shown) is mounted at the front end portion of the
Торцы концевых частей корпуса 11 закрыты крышками 12 и 13. В задней крышке 12 корпуса 11 установлен подшипник 17 с креплением наружного кольца внутренней гайкой 19. The ends of the end parts of the
Ходовой винт 22 установлен в подшипник 17 задней концевой частью 22а с креплением внутреннего кольца шлицевой гайкой 18. Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник 17 поддерживает ходовой винт 22 с возможностью вращения, удерживая его от осевого смещения.The
Передняя концевая часть 22b ходового винта 22 имеет гладкую поверхность и установлена при помощи стопорной шайбы 25 в направляющую втулку 24 с возможностью вращения (см. фиг.5, 6, 9, 11).The
Наружная поверхность направляющей втулки 24, аналогично гайке 23 примыкает к внутренней поверхности выдвижного штока 21, но с небольшим зазором, что не препятствует осевому перемещению выдвижного штока 21 относительно ходового винта 22, поддерживая выравнивание между ходовым винтом 22 и выдвижным штоком 21 по общей продольной оси. Контактные поверхности направляющей втулки 24 содержат скользящий слой.The outer surface of the guide sleeve 24, similarly to the
Таким образом, винт 22 вращается внутри выдвижного штока 21, когда последний вместе с гайкой 23 перемещается вдоль продольной оси.Thus, the
Направляющая втулка 24 также выполняет функцию ограничителя движения гайки 23. Для смягчения удара при возможном контакте с гайкой 23 на стороне втулки 24 обращенной к гайке 23 установлена демпфирующая шайба 26, выполненная из эластичного материала, например резины или тому подобного.The
С этой же целью между задней крышкой 12 и гайкой 23 установлена демпфирующая шайба 27.For the same purpose, a damping
В винтовом механизме может быть использована как винтовая передача скольжения, так и винтовая передача качения (шариковинтовая или роликовинтовая). На фиг.10 показано соединение цилиндрической шариковой гайки 43 с внешней резьбой с выдвижным штоком 41. Для этого задняя концевая часть выдвижного штока 41 выполнена с внутренней резьбой, в которую завинчивается гайка 43 с последующей фиксацией винтами 44. Ходовой винт 42 шарико-винтовой передачи выполнен с беговой дорожкой для шариков.In a screw mechanism, both a sliding helical gear and a rolling helical gear (ball screw or roller screw) can be used. Figure 10 shows the connection of a
Механизм компенсации кроме упомянутых выше четырех направляющих канавок 31, выполненных на внутренней поверхности корпуса 11 и ответных направляющие канавок 32, выполненных на внешней поверхности выдвижного штока 21 содержит шариковый сепаратор 33 с четырьмя рядами ячеек, в которых расположены шарики 34 (по одному ряду для каждой пары ответных направляющих канавок 31, 32).The compensation mechanism, in addition to the above four
Шариковый сепаратор 33 с шариками 34 концентрично расположен между внутренней поверхностью корпуса 11 и внешней поверхностью выдвижного штока 21 таким образом, что каждый шарик находится между двумя направляющими канавками 31 и 32 и в контакте с вогнутой поверхностью каждой из них. Шарики 34 размещены в сепараторе 33 таким образом, что каждый шарик может свободно вращаться в ячейке сепаратора 33, так что при перемещении выдвижного штока 21 относительно корпуса 11 шарики 34 катятся по направляющим канавкам 31 и 32, увлекая за собой сепаратор 33. Необходимое количество шариков 34 определяется исходя из нагрузки на выдвижной шток 21. Ход сепаратора 33 с шариками 34 ограничен крышкой 13 корпуса 11 с одной стороны, и выступающими головками винтов 28 крепления гайки 23 к задней концевой части выдвижного штока 21 с другой стороны (см. фиг. 6, 7 и 8).A
Радиус кривизны направляющих канавок 31 и 32 близок к радиусу шариков 34, что блокирует вращение выдвижного штока 21 относительно корпуса 11, не препятствуя его осевому перемещению.The radius of curvature of the
Предлагаемые устройства работают следующим образом.The proposed device works as follows.
Электродвигатель 16, подключенный с возможностью изменения направления вращения выходного вала, при подаче напряжения приводит во вращение ходовой винт 22.The
Гайка 23 удерживаемая от вращения (поскольку соединена с выдвижным штоком 21, вращение которого относительно корпуса 11 заблокировано) перемещается с выдвижным штоком 21либо в направлении концевой части корпуса 11, приближенной к электродвигателю, либо в противоположном направлении, в зависимости от направления вращения ходового винта 22.The
Вращение ходового винта 22 и линейное перемещение выдвижного штока 21 продолжается до момента отключения электродвигателя 16. Предельные положения выдвижного штока 21 регулируются концевыми выключателями (не показаны).The rotation of the
Как во время движения выдвижного штока 21, так и во время остановки механизм компенсации поддерживает выдвижной шток 21 многими шариками 34 сепаратора 33 в направляющих канавках 31 и 32 на внутренней поверхностью корпуса 11 и внешней поверхностью выдвижного штока 21, удерживая выдвижной шток 21 и весь винтовой механизм от смещения относительно линии продольного расположения узлов линейного актуатора и блокируя вращение вокруг продольной оси, когда нежелательная нагрузка прикладывается к соединительному элементу в передней концевой части выдвижного штока 21, при этом не препятствуя его осевому перемещению при передаче осевого усилия.Both during the movement of the
Кроме этого, как следует из настоящего описания, дополнительно к своей основной функции механизм компенсации выполняет функцию механизма противовращения, предусмотренного в большинстве конструкций линейных актуаторов, а именно, удерживает гайку 23 от вращения относительно корпуса 11 во время вращения ходового винта 22.In addition, as follows from the present description, in addition to its main function, the compensation mechanism performs the function of the counter-rotation mechanism provided for in most linear actuator designs, namely, it keeps the
В процессе выдвижения/втягивания выдвижного штока 21 шарики 34 за счет фрикционного сцепления с поверхностями направляющих канавок 31 и 32 катятся, двигаясь в направлении перемещения выдвижного штока 21. Линейное расстояние перемещений шариков 34 будет меньше, чем линейное расстояние, пройденное внешней поверхностью выдвижного штока 21 относительно корпуса 11. Как известно, когда шарик катится между движущейся и неподвижной пластиной, скорость перемещения центра шарика составляет половину скорости перемещения подвижной пластины. Таким образом, относительно неподвижной пластины подвижная пластина переместится на расстояние вдвое больше, чем центр катящегося между ними шарика.In the process of extension / retraction of the
Таким образом, сепаратор 33 с шариками 34, перемещаясь одновременно с выдвижным штоком 21 и в одном с ним направлении, проходит расстояние вдвое меньше за каждый отрезок времени. На фиг.12 показан линейный исполнительный механизм 10 с выдвижным штоком 21 в двух крайних положениях, в крайнем втянутом положении (сверху), и в крайнем выдвинутом положении (снизу), а также положения сепаратора 33 с шариками 34 соответствующие крайним положениям выдвижного штока 21. Как можно видеть, выдвижной шток 21 выдвигаясь из крайнего втянутого положения «догоняет» сепаратор 33 задней концевой частью и расстояние S перемещения гайки 23 с выдвижным штоком 21 соответствует линейному расстоянию С, пройденному катящимися шариками 34 и сепаратором 33. При движении в противоположном направлении выдвижной шток 21 втягиваясь «убегает» задней концевой частью от сепаратора 33. При качении шариков 34 без проскальзывания каждому промежуточному положению выдвижного штока 21 соответствует положение сепаратора 33, и в целом рабочему диапазону линейного перемещения штока соответствует рабочий диапазон линейного перемещения сепаратора. Thus, the
Длúны ходового винта 22 и сепаратора 33 относительно длины корпуса 11 рассчитаны таким образом, чтобы в крайнем выдвинутом положении штока 21 сепаратор 33 с шариками 34 могли помещаться между ограничивающей движение гайки 23 поверхностью направляющей втулки 24 и крышкой 13.The lengths of the
Сепаратор с шариками удерживаются в каждом из положений за счет фрикционного сцепления шариков 34 с поверхностями направляющих канавок 31 и 32. The separator with balls is held in each position due to the frictional adhesion of the
Во многих применениях линейный актуатор имеет наклонное расположение, либо меняет угол относительно горизонтальной плоскости в процессе выдвижения/втягивания штока, что может в положениях близких к вертикальному, в некоторых случаях по мере износа соприкасающихся поверхностей (шариков 34 и направляющих канавок 31 и 32) вызывать ослабление контакта шариков 34 с поверхностями направляющих канавок 31 и 32 (в частности, когда нежелательная нагрузка отсутствует, либо её действие ослабевает или меняет свое направление), и вследствие этого соскальзывание сепаратора 33 с шариками 34 под действием собственного веса.In many applications, the linear actuator has an inclined position, or changes the angle relative to the horizontal plane during the stem extension / retraction process, which, in positions close to vertical, can cause weakening of the contacting surfaces (
При таком расположении линейного актуатора, когда передняя концевая часть выдвижного штока 21 находится выше задней концевой части, сепаратор 33 с шариками 34 может соскальзывать в направлении задней концевой части выдвижного штока 21 (см фиг.13).With this arrangement of the linear actuator, when the front end part of the
При таком расположении линейного актуатора, когда передняя концевая часть выдвижного штока 21 находится ниже задней концевой части, сепаратор 33 с шариками 34 может соскальзывать в направлении передней концевой части выдвижного штока 21 (см. фиг.14). Направление соскальзывания сепаратора 33 с шариками 34 показано стрелкой.With this arrangement of the linear actuator, when the front end portion of the
Для препятствования соскальзыванию сепаратора 33 с шариками 34 под действием собственного веса при наклонном расположении линейного актуатора между сепаратором 33 и элементами, ограничивающими его линейное перемещение, могут быть установлены поддерживающие пружины сжатия 35 и 36 (см. фиг.15).To prevent the
Пружина 35 может быть установлена между сепаратором 33 и винтами 28 в задней концевой части выдвижного штока 21 при использовании линейного актуатора в наклонном положении, когда передняя концевая часть выдвижного штока 21 находится выше задней концевой части. Пружина 35 одним своим концом упирается в задний торец сепаратора 33, а другим концом в выступающие головки винтов 28.A
Пружина 36 может быть установлена между сепаратором 33 и передней концевой частью выдвижного штока 21 при использовании линейного актуатора в наклонном положении, когда передняя концевая часть выдвижного штока 21 находится ниже задней концевой части. Пружина 36 одним своим концом упирается в передний торец сепаратора 33, а другим концом во внутреннюю стенку крышки 13 корпуса 11.A
Благодаря предлагаемой конструкции как при осевом перемещении выдвижного штока относительно корпуса линейного актуатора, так и во время остановки движения, действие моментов, создаваемых нежелательной нагрузкой на выдвижной шток, передаётся через шарики на корпус, рассчитанный на их восприятие и компенсацию. Шариковый механизм компенсации нежелательной нагрузки удерживает выдвижной шток и весь винтовой механизм от смещения относительно линии продольного расположения узлов линейного актуатора и блокирует вращение относительно корпуса, не препятствуя передаче осевого усилия. Механические передачи линейного актуатора, воспринимающие осевую нагрузку, изолированы от действия моментов, создаваемых нежелательной нагрузкой. При этом эффективность механизма компенсации моментов не зависит от направления действия создающей их нежелательной нагрузки, а потери на трение минимизированы (катящийся шарик передает нагрузку через контактную точку). Кроме того, отсутствие в любом положении устройства взаимодействия скользящих поверхностей соприкасающихся деталей, воспринимающих и передающих нежелательную нагрузку, исключает возможность связывания (заклинивания) или повышенной интенсивности износа трущихся поверхностей. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить надёжность работы линейного актуатора и линейного исполнительного механизма.Thanks to the proposed design, both during axial movement of the extension rod relative to the linear actuator body and during stopping the movement, the action of the moments created by the undesirable load on the extension rod is transmitted through the balls to the body, designed for their perception and compensation. A ball mechanism to compensate for unwanted loads keeps the retractable rod and the entire screw mechanism from shifting relative to the line of longitudinal arrangement of the linear actuator nodes and blocks rotation relative to the housing, without interfering with the axial force transmission. The mechanical gears of the linear actuator, perceiving the axial load, are isolated from the action of the moments created by the unwanted load. At the same time, the efficiency of the moment compensation mechanism does not depend on the direction of action of the unwanted load that creates them, and friction losses are minimized (a rolling ball transfers the load through the contact point). In addition, the absence in any position of the device of the interaction of the sliding surfaces of the contacting parts, perceiving and transmitting undesirable load, excludes the possibility of binding (jamming) or increased wear rate of the rubbing surfaces. Thus, the present invention can significantly improve the reliability of the linear actuator and linear actuator.
Claims (4)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143677A RU2700562C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Linear actuator and linear actuating mechanism |
PCT/RU2019/000755 WO2020122757A1 (en) | 2018-12-10 | 2019-10-21 | Linear actuator and linear drive mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143677A RU2700562C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Linear actuator and linear actuating mechanism |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700562C1 true RU2700562C1 (en) | 2019-09-20 |
Family
ID=67990046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143677A RU2700562C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Linear actuator and linear actuating mechanism |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700562C1 (en) |
WO (1) | WO2020122757A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756797C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Rolling screw-nut transmission |
RU2768985C1 (en) * | 2021-07-25 | 2022-03-28 | Борис Сергеевич Кретлов | Linear drive |
RU2802687C1 (en) * | 2022-08-02 | 2023-08-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА") | Device and a method of positioning components of x-ray visualization systems of radiotherapy complexes |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6145395A (en) * | 1999-01-19 | 2000-11-14 | E-Drive Design, Inc. | Side load compensated linear actuator |
US8899120B2 (en) * | 2011-02-22 | 2014-12-02 | Minebea Co., Ltd. | Linear actuator |
RU2549422C2 (en) * | 2009-11-13 | 2015-04-27 | Линак А/С | Linear actuator |
US9631712B2 (en) * | 2011-11-16 | 2017-04-25 | Ntn Corporation | Electric linear actuator |
CN105051424B (en) * | 2012-12-14 | 2018-04-06 | 三益精工株式会社 | ServoBcylinder |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143677A patent/RU2700562C1/en active
-
2019
- 2019-10-21 WO PCT/RU2019/000755 patent/WO2020122757A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6145395A (en) * | 1999-01-19 | 2000-11-14 | E-Drive Design, Inc. | Side load compensated linear actuator |
RU2549422C2 (en) * | 2009-11-13 | 2015-04-27 | Линак А/С | Linear actuator |
US8899120B2 (en) * | 2011-02-22 | 2014-12-02 | Minebea Co., Ltd. | Linear actuator |
US9631712B2 (en) * | 2011-11-16 | 2017-04-25 | Ntn Corporation | Electric linear actuator |
CN105051424B (en) * | 2012-12-14 | 2018-04-06 | 三益精工株式会社 | ServoBcylinder |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756797C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Rolling screw-nut transmission |
RU2768985C1 (en) * | 2021-07-25 | 2022-03-28 | Борис Сергеевич Кретлов | Linear drive |
RU2802687C1 (en) * | 2022-08-02 | 2023-08-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА") | Device and a method of positioning components of x-ray visualization systems of radiotherapy complexes |
RU2812157C1 (en) * | 2023-11-07 | 2024-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "РАДИАЦИОННАЯ ТЕХНИКА" | Self-aligning running nut |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020122757A1 (en) | 2020-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2700562C1 (en) | Linear actuator and linear actuating mechanism | |
US20200361101A1 (en) | Linear joint and legged robot having the same | |
US4685344A (en) | Helical ball gearing | |
TWI611980B (en) | Gear arrangement | |
US2844044A (en) | Antifriction screw device | |
WO2020062647A1 (en) | Oldham ring, an oldham coupling, and a harmonic reducer | |
US2815685A (en) | Speed changing mechanism | |
US3178957A (en) | Motion-transmitting device | |
US4337671A (en) | Apparatus for translating rotary movement to rectilinear movement | |
KR100676961B1 (en) | Linearly reciprocating conveyor | |
KR100306650B1 (en) | Linear actuator | |
KR20120130976A (en) | Articulation apparatus for robot | |
US6131479A (en) | Device for converting rotary motion into axial motion | |
KR102564642B1 (en) | Clutch actuator | |
KR19990022968A (en) | Electric cylinder | |
KR101245479B1 (en) | Reciprocating and driving device | |
US3521498A (en) | Control cable | |
RU205799U1 (en) | V-BELT VARIATOR | |
RU188814U1 (en) | Humanoid robot foot actuator | |
EA200200674A1 (en) | ROLL HEAD FOR PLANETARY ROLL MILL | |
CN212672214U (en) | Adjustable self-balancing stop-and-go joint | |
SU1516683A1 (en) | Screw-ball mechanism | |
SU1265423A1 (en) | Device for rectilinear movements of actuating member | |
SU530122A2 (en) | Compensating coupling | |
RU2067234C1 (en) | Mechanism for converting rotation into reciprocation |