精密電動(dòng)缸的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種精密電動(dòng)缸，包括：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、缸筒、由絲杠軸與絲杠螺母組成的絲杠副、止推軸承、中空的筒狀活塞桿和滾珠花鍵套，其中：絲杠軸沿缸筒的中心軸線布置，絲杠軸的動(dòng)力輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，絲杠軸通過(guò)止推軸承軸向定位，止推軸承的外圈與缸筒同軸固定，絲杠螺母與筒狀活塞桿同軸固定連接，絲杠軸相對(duì)動(dòng)力輸入端的另一端伸入中空的筒狀活塞桿中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)活塞桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠的滾動(dòng)替代了活塞桿與支撐部件之間及導(dǎo)向部件間原有的滑動(dòng)摩擦，從而降低了磨損，提高了效率、控制精度和可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】精密電動(dòng)缸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)線性作動(dòng)器，具體是一種活塞桿同時(shí)得到滾動(dòng)支撐和滾動(dòng)導(dǎo)向的精密電動(dòng)缸。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)缸是近年來(lái)應(yīng)用愈來(lái)愈普遍的電動(dòng)線性作動(dòng)器，具有節(jié)能，噪音小，無(wú)污染，效率高，應(yīng)用布局簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)線性作動(dòng)器。電動(dòng)缸原理是驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)直連，或者傳動(dòng)皮帶與帶輪，或者齒輪副來(lái)帶動(dòng)絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母與中空的筒狀活塞桿固定連接，把絲杠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠螺母與活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)上述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，必須防止絲杠螺母與活塞桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，才能把絲杠軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成絲杠螺母與活塞桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)有電動(dòng)缸往往通過(guò)缸筒內(nèi)部的凹槽作為導(dǎo)向槽與活塞桿上凸起、滑塊或者導(dǎo)向鍵之間的滑動(dòng)配合來(lái)防止活塞桿的旋轉(zhuǎn)，在缸筒端部則通過(guò)滑動(dòng)軸承襯套來(lái)滑動(dòng)支撐活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0003]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN201113645Y公開(kāi)(公告)日2008.09.10,公開(kāi)了一種電動(dòng)缸,該電動(dòng)缸在殼體9內(nèi)有一與滾柱絲杠平行的導(dǎo)向槽,在推桿6上安裝有一與該導(dǎo)向槽配合定向的凸起7，在該發(fā)明中，是通過(guò)推桿6上的凸起7在殼體9上的導(dǎo)向槽中的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)防止推桿的旋轉(zhuǎn)從而起到導(dǎo)向作用的；中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN203339872U公開(kāi)(公告)日2013.12.11，公開(kāi)了一種帶轉(zhuǎn)接滑塊的伺服電動(dòng)缸，在該發(fā)明中轉(zhuǎn)接滑塊4外壁設(shè)有若干滑塊41，對(duì)應(yīng)每個(gè)滑塊41，缸體內(nèi)壁軸向設(shè)有與其相匹配吻合的滑槽，滑塊41軸向滑動(dòng)于滑槽內(nèi)，從而防止推桿的旋轉(zhuǎn)，起到導(dǎo)向作用。
[0004]在上述技術(shù)中的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生磨損，從而產(chǎn)生導(dǎo)向間隙，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度降低，在反向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候還會(huì)有一個(gè)回程間隙，噪音逐步變大，強(qiáng)度也會(huì)變差，滑動(dòng)磨損產(chǎn)生的粉塵又會(huì)容易加速內(nèi)部絲杠的磨損。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN201466875U公開(kāi)(公告)日2010.05.12，公開(kāi)了一種機(jī)電作動(dòng)器，在該機(jī)電作動(dòng)器中作動(dòng)推桿16兩側(cè)采用滾動(dòng)軸承19和導(dǎo)向槽作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，兩個(gè)滾動(dòng)軸承19分布在作動(dòng)推桿16尾部的兩側(cè)，軸承內(nèi)圈與作動(dòng)推桿16固定連接，軸承外圈沿缸體內(nèi)導(dǎo)向槽滾動(dòng)，防止作動(dòng)推桿16的轉(zhuǎn)動(dòng)；該機(jī)電作動(dòng)器還包括一個(gè)軸套17,設(shè)置于作動(dòng)推桿16和端蓋22之間，當(dāng)推桿做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)推桿起到滑動(dòng)支撐作用。該現(xiàn)有技術(shù)雖然采用滾動(dòng)軸承作為作動(dòng)推桿的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，替代了滑鍵和鍵槽的導(dǎo)向方式，在這一環(huán)節(jié)由滾動(dòng)替代了滑動(dòng)，但是在推桿輸出端采用軸套支撐推桿，在推桿的線性伸縮往復(fù)運(yùn)動(dòng)中這個(gè)環(huán)節(jié)仍然是滑動(dòng)摩擦，尤其是作動(dòng)器在實(shí)際使用中推桿經(jīng)常會(huì)承受一定的徑向力，此時(shí)在徑向力的作用下軸套與推桿之間的摩擦?xí)眲∩仙?，磨損加劇，同時(shí)作動(dòng)器內(nèi)部不穩(wěn)定的摩擦力會(huì)使得推桿末端的位置、速度和力的精確控制變得極為困難。綜上，由于現(xiàn)有電動(dòng)缸導(dǎo)向部件或者活塞桿輸出端的支撐部件的滑動(dòng)摩擦所導(dǎo)致的種種弊端，限制了電動(dòng)缸在很多控制精度要求高和耐久性要求高的場(chǎng)合的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種精密電動(dòng)缸，該精密電動(dòng)缸內(nèi)的活塞桿同時(shí)得到滾動(dòng)導(dǎo)向和滾動(dòng)支撐，不僅消除了電動(dòng)缸內(nèi)部導(dǎo)向部件之間的滑動(dòng)摩擦，也消除了活塞桿與末端支撐部件之間的滑動(dòng)摩擦，減小了磨損，延長(zhǎng)了使用壽命，更加提高了控制精度。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明包括:驅(qū)動(dòng)電機(jī)、缸筒、由絲杠軸與絲杠螺母組成的絲杠副、止推軸承、中空的筒狀活塞桿和滾珠花鍵套，其中:絲杠軸沿缸筒的中心軸線布置，絲杠軸的動(dòng)力輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，絲杠軸通過(guò)止推軸承軸向定位，止推軸承的外圈與缸筒同軸固定，絲杠螺母與筒狀活塞桿同軸固定連接，絲杠軸相對(duì)動(dòng)力輸入端的另一端伸入中空的筒狀活塞桿中。
[0008]所述的滾珠花鍵套固定于缸筒末端，滾珠花鍵套內(nèi)部包含有若干條對(duì)稱(chēng)的可以使?jié)L珠循環(huán)滾動(dòng)的閉合滾道，閉合滾道內(nèi)布滿滾珠，對(duì)應(yīng)的在筒狀活塞桿的外圓周表面沿軸向整個(gè)長(zhǎng)度上也分布有相同數(shù)目的供滾珠滾動(dòng)的滾道，帶有滾道的筒狀活塞桿與滾珠花鍵套及其內(nèi)部的滾珠組成滾珠花鍵副，筒狀活塞桿通過(guò)滾珠由花鍵套支撐并利用滾珠的滾動(dòng)相對(duì)花鍵套做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于花鍵套在缸筒端部與缸筒完全固定，滾珠花鍵的屬性使得筒狀活塞桿的轉(zhuǎn)動(dòng)受到限制，這樣滾珠花鍵套通過(guò)滾珠對(duì)筒狀活塞桿同時(shí)起滾動(dòng)支撐和滾動(dòng)導(dǎo)向作用，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定在一起的絲杠螺母、螺母座以及筒狀活塞桿只能沿軸向做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0009]所述的止推軸承由一對(duì)角接觸推力軸承或圓錐滾子軸承組成。
[0010]所述的絲杠軸及其絲杠螺母為滾珠絲杠副或滾柱絲杠副。
[0011]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和絲杠機(jī)構(gòu)通過(guò)直線傳動(dòng)或折反式傳動(dòng)相連。
[0012]所述的直線傳動(dòng)是指:驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠軸連接；所述的折反式傳動(dòng)是指:驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)帶輪皮帶或者嚙合齒輪副帶動(dòng)絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用但不限于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)或交流電機(jī)。
[0014]所述的滾珠花鍵副的滾道對(duì)稱(chēng)設(shè)置，且至少為兩組。
[0015]所述的滾珠花鍵套的兩端設(shè)有密封圈，在滾珠花鍵套中部設(shè)有與閉合滾道相通的加油脂溝槽和油孔。
[0016]所述的筒狀活塞桿的末端設(shè)有用于和不同的連接對(duì)象相連的轉(zhuǎn)接頭。
技術(shù)效果
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:提供一種帶有滾珠花鍵副的精密電動(dòng)缸，滾珠花鍵套通過(guò)滾珠對(duì)活塞桿同時(shí)起到滾動(dòng)導(dǎo)向和滾動(dòng)支撐作用，這樣就把現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)向部件之間或活塞桿與端部支撐部件之間的滑動(dòng)摩擦都變成了滾動(dòng)摩擦，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)變得極為順暢。消除了滑動(dòng)磨損，延長(zhǎng)了使用壽命，減小了系統(tǒng)噪音，提高了系統(tǒng)傳動(dòng)效率，從而改善了系統(tǒng)的位置控制、速度控制以及力控制的精度，進(jìn)而擴(kuò)大了電動(dòng)缸的適用范圍。即使在推桿承受有一定的徑向力的情況下，電動(dòng)缸的工作性能也會(huì)很穩(wěn)定。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明電動(dòng)缸的裝配示意圖；
[0019]圖中省略驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0020]圖2是本發(fā)明中所述滾珠花鍵副的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為驅(qū)動(dòng)電機(jī)與絲杠機(jī)構(gòu)直線傳動(dòng)連接示意圖；
[0022]圖4為驅(qū)動(dòng)電機(jī)與絲杠機(jī)構(gòu)折反式傳動(dòng)連接示意圖；
[0023]圖中:1為絲杠軸、2為絲杠鎖緊螺母、3為軸承壓板、4軸承座、5為止推軸承、6為缸筒、7為絲杠螺母、8為螺母座、9為滾珠、10為加油嘴、11為滾珠花鍵套、12為密封圈、13為筒狀活塞桿、14為轉(zhuǎn)接頭鎖緊螺母、15為轉(zhuǎn)接頭、16為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、17為聯(lián)軸器、18為固定板、19為小帶輪、20為皮帶、21為大帶輪。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例包括:缸筒6、絲杠軸I與絲杠螺母7組成的絲杠副、止推軸承5及軸承座4、筒狀活塞桿13，其中:絲杠軸I沿缸筒6的中心軸線布置，絲杠軸I穿過(guò)止推軸承5，通過(guò)軸肩和鎖緊螺母2與止推軸承的內(nèi)圈固定，止推軸承5的外圈與軸承座4內(nèi)孔配合，通過(guò)軸承壓板3與軸承座4固定，這樣就對(duì)絲杠軸I進(jìn)行了軸向定位，止推軸承5由一對(duì)推力軸承組成,可以是一對(duì)角接觸推力軸承也可以是一對(duì)圓錐滾子軸承,缸筒6與軸承座4固定連接，連接辦法既可以是通過(guò)螺栓也可以在缸筒6與軸承座4配合部位車(chē)削螺紋，絲杠螺母7與螺母座8通過(guò)螺栓固定連接，螺母座8與筒狀活塞桿13通過(guò)螺紋配合固定連接，這樣絲杠螺母7通過(guò)螺母座8與筒狀活塞桿13固定連接在一起，絲杠軸I的末端伸入中空的筒狀活塞桿13中。這種精密電動(dòng)缸還包括滾珠花鍵套11，滾珠花鍵套11固定于缸筒6末端。
[0026]如圖2所示，滾珠花鍵套11內(nèi)部有可以使?jié)L珠循環(huán)滾動(dòng)的閉合滾道，閉合滾道內(nèi)布滿滾珠9，筒狀活塞桿13的外圓周表面沿軸向整個(gè)長(zhǎng)度上分布有供滾珠滾動(dòng)的滾道，帶有滾道的筒狀活塞桿13與滾珠花鍵套11及其內(nèi)部的滾珠9組成滾珠花鍵副，筒狀活塞桿13通過(guò)滾珠9由花鍵套11支撐并利用滾珠的滾動(dòng)相對(duì)花鍵套做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖中實(shí)施例的滾珠花鍵副采用六組對(duì)稱(chēng)滾道，即筒狀活塞桿13的外圓周面上有六條對(duì)稱(chēng)滾道，滾珠花鍵套11內(nèi)也有對(duì)應(yīng)的六條對(duì)稱(chēng)閉合滾道。滾道數(shù)目可以有不同設(shè)計(jì)，但至少要有兩組對(duì)稱(chēng)滾道。在滾珠花鍵套11中部有加油脂溝槽和油孔與閉合滾道相通，在缸筒上的對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有油孔，油孔上裝有加油嘴10，可以通過(guò)加油嘴10給滾珠花鍵副添加潤(rùn)滑脂；為防止灰塵和污染物進(jìn)入滾珠花鍵副并防止閉合滾道內(nèi)油脂外溢，在滾珠花鍵套11的兩端裝有密封圈12。
[0027]如圖1所示，滾珠花鍵套11在缸筒6端部與缸筒6完全固定，滾珠花鍵的屬性使得筒狀活塞桿13的轉(zhuǎn)動(dòng)受到限制，所以滾珠花鍵套11對(duì)筒狀活塞桿13同時(shí)起滾動(dòng)支撐和滾動(dòng)導(dǎo)向作用，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)16帶動(dòng)絲杠軸I旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定在一起的絲杠螺母7，螺母座8以及筒狀活塞桿13只能沿軸向做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0028]在圖1實(shí)施例中采用的是滾珠絲杠副，也可以替換成滾柱絲杠副，以滿足極大推力的使用場(chǎng)合。
[0029]如圖3所示，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)16與絲杠軸I可以同軸線布置，絲杠軸I的動(dòng)力輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)16輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器17傳動(dòng)連接。
[0030]如圖4所示，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)16與絲杠軸I還可以折反式布置，包括:分別與驅(qū)動(dòng)電機(jī)16和缸筒6固定連接的固定板18、固定設(shè)置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)16的輸出軸上的小帶輪19、固定設(shè)置于絲杠軸I的動(dòng)力輸入端的大帶輪21，以及設(shè)置于兩個(gè)帶輪之間用于傳遞動(dòng)力的皮帶20，驅(qū)動(dòng)電機(jī)16通過(guò)帶輪和皮帶驅(qū)動(dòng)絲杠軸I轉(zhuǎn)動(dòng)。在此折反式布置方式下，還可以把帶輪皮帶替換為一對(duì)嚙合的齒輪副，驅(qū)動(dòng)電機(jī)16通過(guò)齒輪的嚙合帶動(dòng)給絲杠軸I轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0031]為滿足筒狀活塞桿13輸出端與不同目標(biāo)的連接需求，如圖1所示，在筒狀活塞桿13末端裝有轉(zhuǎn)接頭15，筒狀活塞桿13與轉(zhuǎn)接頭15通過(guò)螺紋連接，并經(jīng)鎖緊螺母14緊固。根據(jù)實(shí)際與外部連接情況設(shè)計(jì)多種不同的轉(zhuǎn)接頭15，面對(duì)不同的連接對(duì)象只要更換轉(zhuǎn)接頭15即可。
[0032]驅(qū)動(dòng)電機(jī)16根據(jù)電動(dòng)缸的不同應(yīng)用場(chǎng)合,可以選用不同類(lèi)型電機(jī),對(duì)控制品質(zhì)要求高的場(chǎng)合優(yōu)先選用伺服電機(jī)，一般場(chǎng)合可以選用步進(jìn)電機(jī)，普通直流電機(jī)，交流電機(jī)等。
【權(quán)利要求】
1.一種精密電動(dòng)缸，其特征在于，包括:驅(qū)動(dòng)電機(jī)、缸筒、由絲杠軸與絲杠螺母組成的絲杠副、止推軸承、中空的筒狀活塞桿和滾珠花鍵套，其中:絲杠軸沿缸筒的中心軸線布置，絲杠軸的動(dòng)力輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，絲杠軸通過(guò)止推軸承軸向定位，止推軸承的外圈與缸筒同軸固定，絲杠螺母與筒狀活塞桿同軸固定連接，絲杠軸相對(duì)動(dòng)力輸入端的另一端伸入中空的筒狀活塞桿中； 所述的滾珠花鍵套固定于缸筒末端，滾珠花鍵套內(nèi)部對(duì)稱(chēng)設(shè)有若干條用于滾珠循環(huán)滾動(dòng)的閉合滾道，閉合滾道內(nèi)布滿滾珠，對(duì)應(yīng)在筒狀活塞桿的外圓周表面上設(shè)有相同數(shù)目的滾道，帶有滾道的筒狀活塞桿與滾珠花鍵套及其內(nèi)部的滾珠組成滾珠花鍵副，筒狀活塞桿通過(guò)滾珠由花鍵套支撐并利用滾珠的滾動(dòng)相對(duì)花鍵套做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的止推軸承由一對(duì)角接觸推力軸承或圓錐滾子軸承組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的絲杠軸及其絲杠螺母為滾珠絲杠副或滾柱絲杠副。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和絲杠機(jī)構(gòu)通過(guò)直線傳動(dòng)或折反式傳動(dòng)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的直線傳動(dòng)是指:驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠軸連接；所述的折反式傳動(dòng)是指:驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)帶輪皮帶或者嚙合齒輪副帶動(dòng)絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)或交流電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的滾珠花鍵副的滾道對(duì)稱(chēng)設(shè)置，且至少為兩組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的滾珠花鍵套的兩端設(shè)有密封圈，在滾珠花鍵套中部設(shè)有與閉合滾道相通的加油脂溝槽和油孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密電動(dòng)缸，其特征是，所述的筒狀活塞桿的末端設(shè)有用于和不同的連接對(duì)象相連的轉(zhuǎn)接頭。
【文檔編號(hào)】H02K7/06GK104052188SQ201410313102
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】李旻 申請(qǐng)人:上海翱銳控制系統(tǒng)有限公司