CN103291870A - 一种可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，涉及一种可自锁的滚动螺旋传动装置。该作动缸主要包括：行星滚柱丝杠副组件21、安装壳体22、滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24、轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26、圆螺母27。本发明通过对行星滚柱丝杠副作动缸的重新设计，在轴承Ⅰ25左端、轴承Ⅱ26右端分别安装滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24，得到了一种具备双向自锁功能的行星滚柱丝杠副作动缸结构。这种具有双向自锁功能的行星滚柱丝杠副作动缸在将旋转运动转化为直线运动的同时保持了现有滚柱丝杠副作动缸承载能力强，结构简单、传动刚度大、可靠性高、寿命长、噪声低的显著优点。

Description

一种可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸

技术领域

本发明涉及一种可自锁的滚动螺旋传动装置。

现有技术

目前，广泛应用的作动***主要有机电、液压、气压和机械作动***。机电作动***相对于其他三种作动***具有高可靠性、高效率、重量轻和更好的可维修性等优点。因此，机电作动***将成为未来作动***发展的一个重要方向。

作动缸是机电作动***的一个重要组成部分，是实现机电作动***功能的主要执行部分。目前，作动缸采取的主要执行机构为滑动丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠。而行星滚柱丝杠副作为主要的执行机构之一，可实现旋转运动与直线运动的相互转化，具有高承载能力、高强度、高可靠性、寿命长、振动小、噪声低、螺母和螺杆易分离等优点。所以，采用行星滚柱丝杠副的作动缸以其显著的优点被越来越广泛的应用于直线机电作动***中。

行星滚柱丝杠副主要有丝杠、滚柱、螺母三部分组成，按滚道形式可分为循环式和非循环式两种。循环式滚柱丝杠的滚柱及螺母采用无螺旋升角的圆环滚道，只有丝杠是螺旋滚道。非循环式滚柱丝杠副的丝杠、滚柱和螺母均为螺旋滚道且三者的牙型和螺距相同。现有行星滚柱丝杠产品均能实现旋转运动和直线运动的相互转化，既能将螺母的旋转运动与丝杠的直线运动相互转化，又能实现螺母的直线运动与丝杠的旋转运动之间的相互转化。正是由于行星滚柱丝杠副在运动转化中的灵活性，导致它不能实现自锁。采用行星滚柱丝杠副的作动缸用于传动垂直移动的部件时，很容易由于部件自重或者载荷的作用而产生逆传动，造成不必要的损失。并且由于该形式的作动缸缺少自锁把持功能，限制了机电作动器的广泛应用。因此必须采取相应的防逆转措施。

目前，已有多种自锁器和防逆转装置，如摩擦片离合器、单向超越离合器、棘轮棘爪机构、滚针自锁器等。但真正将这些装置应用于滚柱丝杠副作动缸中，实现机电作动器用行星滚柱丝杠副作动缸自锁的实例很少，所以有必要发明一种可实现自锁的机电作动器用行星滚柱丝杠副作动缸。

发明内容

为了防止行星滚柱丝杠作动缸在应用中产生逆传动，造成不必要的损失，拓宽机电作动器的应用范围，提高安全性，设计了一种新型可自锁行星滚柱丝杠副作动缸。本发明的目的就是设计一种承载能力强、结构简单、传动刚度大、可靠性高、寿命长、噪声低、具有自锁性的机电作动器用行星滚柱丝杠副作动缸。

本发明的技术方案是：一种可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，主要包括：行星滚柱丝杠副组件21、安装壳体22、滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24、轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26、圆螺母27。

所述行星滚柱丝杠副组件21由丝杠1、内齿圈2、滚柱3、保持架Ⅰ4、孔用弹性挡圈5、螺母6、套筒7、推杆8组成。

所述丝杠1带有多头螺纹牙，螺纹的牙侧角为90度，螺纹牙的牙型为三角形。所述滚柱3的螺纹牙为单线螺纹牙，其牙型为双圆弧形，多个滚柱3周向均布啮合于丝杠1外周；两个内齿圈2和滚柱3端部的外齿轮相啮合；两个保持架Ⅰ4分别装于内齿圈2外侧，所述保持架Ⅰ4上加工有与滚柱3端部直径相配合的均布孔，孔的个数与滚柱3个数一致，用以保证各个滚柱3之间有相同的间距；孔用弹性挡圈5卡在内齿圈2内圈凹槽内，用于对保持架Ⅰ4进行轴向定位；所述螺母6的内螺纹和丝杠1的螺纹相同，啮合于多个滚柱3的外周；两个内齿圈2的外壁与螺母6内壁凹面过渡配合，以保证螺母6与滚柱3工作时的协调，同时减小运动中滚柱3和螺母6之间的滑动；套筒7一端的外螺纹与螺母6一端的普通连接用内螺纹进行内外纹螺纹连接，另一端的内螺纹与推杆8的一端外螺纹进行内外螺纹连接，同时套筒7另一端的外壁削平，以与外部连接时消除其周向转动；推杆8的另一端连接负载，所述套筒7和螺母6连接处均加工有定位凸台，用于径向定位；套筒7与螺母6周向依靠圆柱销定位；

参阅图4，所述安装壳体22由安装法兰9、前盖10、铜环11、圆壳体12、螺杆13和后盖14组成；所述行星滚柱丝杠副组件21通过轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26将丝杠1支撑于圆壳体12内，丝杠1的端头通过外螺纹与圆螺母27固定；铜环11用于支撑套筒7，安装法兰9置于安装壳体22前端，用于作动器整体的安装固定，所述安装法兰9内壁与套筒7外壁有密封圈密封；螺杆13依次将安装法兰9、前盖10、圆壳体12和后盖14连接为一个整体；

参阅图5，滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24分别置于轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26的外侧，所述滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24由转动部件15、滚针16、保持架Ⅱ17和固定部件18组成；转动部件15为外壁带有凸台的环状，所述转动部件15内壁与丝杠1外壁过盈配合，且转动部件15大端的端面与丝杠1轴肩止靠；滚针16为两端为半球形的圆柱，以保证工作时不与其他部件发生干涉；保持架Ⅱ17上有数个与滚针一样大小的孔，孔朝同一个方向倾斜一定角度，与所述孔个数一致的滚针16分别分布在这些孔中；所述保持架Ⅱ17通过间隙配合安装在转动部件15小段外壁；固定部件18外壁与安装壳体22内壁过盈配合，两者固定在一起，同时固定部件18也套在转动部件15小段外壁的外侧。

工作时，丝杠1在电机带动下转动，通过摩擦转矩带动滚柱3作反向自转，同时滚柱3作同方向的公转，从而使与之啮合的螺母6直线运动，螺母6的直线运动推动套筒7和推杆8将运动和动力输出，并传递给负载；负载反作用力依次通过推杆8、套筒7传递给螺母6，螺母6通过螺纹啮合由滚柱3将轴向力通过丝杠1传递给转动部件15，转动部件15将滚针16和固定部件18挤紧在一起，此时，滚针16在保持架Ⅱ17内转动时，在滚针16与转动部件15和固定部件18的接触面上产生摩擦力；当转动部件15顺着滚针16倾斜的角度转动时，带动滚针顺着同一方向转动，摩擦力为滚动摩擦；当转动部件15逆着滚针16倾斜的角度转动时，摩擦力为滑动摩擦。摩擦力的大小跟滚针倾斜的角度以及施加于转动部件15上的轴向力有关。

作动缸工作时，当螺母6受向右的轴向力时，丝杆1也承受向右的轴向力，丝杠1通过凸台使滚针自锁器Ⅰ23各部件挤紧，滚针自锁器Ⅱ24各部件间仍留有间隙。此时，根据滚针自锁器本身的工作原理，从左端看丝杠1只能逆时针转动。当螺母6受向左的轴向力时，丝杆1也承受向左的轴向力，丝杠1通过安装在丝杠上的圆螺母27使滚针自锁器Ⅱ24各部件挤紧，滚针自锁器Ⅰ23各部件间仍留有间隙。此时，根据滚针自锁器本身的工作原理，从左端看丝杠1只能顺时针转动。这样就实现了滚柱丝杠副作动缸的双向自锁功能。

本发明的有益效果是：通过对行星滚柱丝杠副作动缸的重新设计，应用滚针自锁器，得到了一种具备自锁功能的行星滚柱丝杠副作动缸结构。这种具有自锁性的行星滚柱丝杠副作动缸在将旋转运动转化为直线运动的同时保持了现有滚柱丝杠副作动缸承载能力强，结构简单、传动刚度大、可靠性高、寿命长、噪声低的显著优点。各个部件的设计充分考虑了与应用场合的连接，安装法兰9可根据应用场合的不同设计成不同的尺寸与形式。推杆8也可根据负载的不同改变尺寸或将其一端加工成圆环状，方便与负载连接。滚针自锁器可根据不同的要求改变形式和滚针倾斜的角度，保证工作的可靠性。

本发明所涉及的可自锁行星滚柱丝杠副作动缸的主要优点是结构简单紧凑、易实现与应用场合的连接，传动刚度大、可靠性高、寿命长、噪声低等。应用所述可自锁行星滚柱丝杠副作动缸的直线机电作动器，可广泛应用于航空机械、武器装备、数控机床、起重机械、升降舞台等对自锁性有要求且需要输出直线运动的场合。

附图说明

图1是实施例中的可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸主剖视图；

图2是实例中的行星滚柱丝杠副组件轴测图；

图3是实例中的行星滚柱丝杠副组件剖视图；

图4是实施例中的安装壳体轴测图；

图5是滚针自锁器的***视图；

图6是滚针自锁器滚针布置图。

其中：21-行星滚柱丝杠副组件；22-安装壳体；23-滚针自锁器Ⅰ;24-滚针自锁器Ⅱ；25-轴承Ⅰ;26-轴承Ⅱ；27-圆螺母；1-丝杠；2-内齿圈；3-滚柱；4-保持架Ⅰ；5-孔用弹性挡圈；6-螺母；7-套筒；8-推杆；9-安装法兰；10-前盖；11-铜环；12-圆壳体；13-螺杆；14-后盖；15-转动部件；16-滚针；17-保持架Ⅱ；18-固定部件。

具体实施方式

本实施例中可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，主要包括五部分：行星滚柱丝杠副组件21、安装壳体22、滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24、轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26、圆螺母27。

所述行星滚柱丝杠副组件21由丝杠1、内齿圈2、滚柱3、保持架Ⅰ4、孔用弹性挡圈5、螺母6、套筒7、推杆8组成。

所述丝杠1带有多头螺纹牙，螺纹的牙侧角为90度，螺纹牙的牙型为三角形。所述滚柱3的螺纹牙为单线螺纹牙，其牙型为双圆弧形，5个滚柱3周向均布啮合于丝杠1外周；两个内齿圈2和滚柱3端部的外齿轮相啮合；两个保持架Ⅰ4分别装于内齿圈2外侧，所述保持架Ⅰ4上加工有与滚柱3端部直径相配合的5个均布孔，用以保证各个滚柱3之间有相同的间距；孔用弹性挡圈5卡在内齿圈2内圈凹槽内，用于对保持架Ⅰ4进行轴向定位；所述螺母6的内螺纹和丝杠1的螺纹相同，啮合于5个滚柱3的外周；两个内齿圈2的外壁与螺母6内壁凹面过渡配合，以保证螺母6与滚柱3工作时的协调，同时减小运动中滚柱3和螺母6之间的滑动；套筒7一端的外螺纹与螺母6一端的普通连接用内螺纹进行内外螺纹连接，另一端的内螺纹与推杆8的一端外螺纹进行内外纹螺纹连接，同时套筒7另一端的外壁削平，以与外部连接时消除其周向转动；推杆8的另一端连接负载，所述套筒7和螺母6连接处均加工有定位凸台，用于径向定位；套筒7与螺母6周向依靠圆柱销定位；

参阅图4，所述安装壳体22由安装法兰9、前盖10、铜环11、圆壳体12、螺杆13和后盖14组成；所述行星滚柱丝杠副组件21通过轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26将丝杠1支撑于圆壳体12内，丝杠1的端头通过外螺纹与圆螺母27固定；铜环11用于支撑套筒7，安装法兰9置于安装壳体22前端，用于作动器整体的安装固定，所述安装法兰9内壁与套筒7外壁有密封圈密封；螺杆13依次将安装法兰9、前盖10、圆壳体12和后盖14连接为一个整体；

参阅图5，滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24分别置于轴承Ⅰ25、轴承Ⅱ26的外侧，所述滚针自锁器Ⅰ23、滚针自锁器Ⅱ24由转动部件15、滚针16、保持架Ⅱ17和固定部件18组成；转动部件15为外壁带有凸台的环状，所述转动部件15内壁与丝杠1外壁过盈配合，且转动部件15大端的端面与丝杠1轴肩止靠；滚针16为两端为半球形的圆柱，以保证工作时不与其他部件发生干涉，滚针16个数一共为16个；保持架Ⅱ17上有16个与滚针一样大小的孔，孔朝同一个方向倾斜30度，滚针16分别分布在这些孔中；所述保持架Ⅱ17通过间隙配合安装在转动部件15小段外壁；固定部件18外壁与安装壳体22内壁过盈配合，两者固定在一起，同时固定部件18也套在转动部件15小段外壁的外侧；

工作时，丝杠1在电机带动下转动，通过摩擦转矩带动滚柱3作反向自转，同时滚柱3作同方向的公转，从而与之啮合的螺母6直线运动，螺母6的直线运动推动套筒7和推杆8将运动和动力输出，并传递给负载；负载反作用力依次通过推杆8、套筒7传递给螺母6，螺母6通过螺纹啮合由滚柱3将轴向力通过丝杠1传递给转动部件15，转动部件15将滚针16和固定部件18挤紧在一起，此时，滚针16在保持架Ⅱ17内转动时，在滚针16与转动部件15和固定部件18的接触面上产生摩擦力；当转动部件15顺着滚针16倾斜的角度转动时，带动滚针顺着同一方向转动，摩擦力为滚动摩擦；当转动部件15逆着滚针16倾斜的角度转动时，摩擦力为滑动摩擦。摩擦力的大小跟滚针倾斜的角度以及施加于转动部件15上的轴向力有关。

作动缸工作时，当螺母6受向右的轴向力时，丝杆1也承受向右的轴向力，丝杠1通过凸台使滚针自锁器Ⅰ23各部件挤紧，滚针自锁器Ⅱ24各部件间仍留有间隙。此时，根据滚针自锁器本身的工作原理，从左端看丝杠1只能逆时针转动。当螺母6受向左的轴向力时，丝杆1也承受向左的轴向力，丝杠1通过安装在丝杠上的圆螺母27使滚针自锁器Ⅱ24各部件挤紧，滚针自锁器Ⅰ23各部件间仍留有间隙。此时，根据滚针自锁器本身的工作原理，从左端看丝杠1只能顺时针转动。这样就实现了滚柱丝杠副作动缸的双向自锁功能。

整个作动缸的安装过程，先将滚柱丝杠副组件21安装好，再从圆壳体12的左端装入，然后将前盖10和铜环11依次从左端装入。将滚针自锁器Ⅰ23从右端装入，使转动部件15靠左，且转动部件15与丝杠1的轴肩接触，固定部件18与圆壳体12右端第二个台阶接触，从左端看，滚针16倾斜方向为逆时针。将轴承Ⅰ25从右端装入，保证轴承Ⅰ25内圈与滚针自锁器1的转动部件15右端接触，外圈与固定部件18的凸台接触，再将轴承Ⅱ26装入，直至与轴承Ⅰ25完全接触。接着安装滚针自锁器Ⅱ24，使固定部件18靠左，保证固定部件18的凸台与轴承Ⅱ26外圈接触，转动部件15左端与轴承Ⅱ26内圈接触，然后拧紧圆螺母27，以对滚针自锁器Ⅱ24的转动部件15进行轴向定位，从左端看，滚针16倾斜方向为顺时针。接着从圆壳体12右端安装后盖14，保证后盖14与滚针自锁器Ⅱ24的固定部件18接触。将密封圈装入安装法兰9，并将安装法兰9从左端装入，最后将四根螺杆13从右端拧入，将整个作动缸连接为一个整体。在安装过程中，保证滚针自锁器的滚针16与转动部件15和固定部件18的接触面间留有微量间隙。

Claims (4)

1.一种可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，其特征在于：主要包括行星滚柱丝杠副组件（21）、安装壳体（22）、滚针自锁器Ⅰ（23）、滚针自锁器Ⅱ（24）、轴承Ⅰ（25）、轴承Ⅱ（26）、圆螺母（27）。

2.一种如权利要求1所述的可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，其特征在于：所述行星滚柱丝杠副组件（21）由丝杠（1）、内齿圈（2）、滚柱（3）、保持架Ⅰ（4）、孔用弹性挡圈（5）、螺母（6）、套筒（7）、推杆（8）组成；

所述丝杠（1）带有多头螺纹牙，螺纹的牙侧角为90度，螺纹牙的牙型为三角形；所述滚柱（3）的螺纹牙为单线螺纹牙，其牙型为双圆弧形，多个滚柱（3）周向均布啮合于丝杠（1）外周；两个内齿圈（2）和滚柱（3）端部的外齿轮相啮合；两个保持架Ⅰ（4）分别装于内齿圈（2）外侧，所述保持架Ⅰ（4）上加工有与滚柱（3）端部直径相配合的均布孔，孔的个数与滚柱（3）个数一致，用以保证各个滚柱（3）之间有相同的间距；孔用弹性挡圈（5）卡在内齿圈（2）内圈凹槽内，用于对保持架Ⅰ（4）进行轴向定位；所述螺母（6）的内螺纹和丝杠（1）的螺纹相同，啮合于多个滚柱（3）的外周；两个内齿圈（2）的外壁与螺母（6）内壁凹面过渡配合，以保证螺母（6）与滚柱（3）工作时的协调，同时减小运动中滚柱（3）和螺母（6）之间的滑动；套筒（7）一端的外螺纹与螺母（6）一端的普通连接用内螺纹进行内外纹螺纹连接，另一端的内螺纹与推杆（8）的一端外螺纹进行内外螺纹连接，同时套筒（7）另一端的外壁削平，以与外部连接时消除其周向转动；推杆（8）的另一端连接负载，所述套筒（7）和螺母（6）连接处均加工有定位凸台，用于径向定位；套筒（7）与螺母（6）周向依靠圆柱销定位。

3.一种如权利要求1所述的可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，其特征在于：所述安装壳体（22）由安装法兰（9）、前盖（10）、铜环（11）、圆壳体（12）、螺杆（13）和后盖（14）组成；所述行星滚柱丝杠副组件（21）通过轴承Ⅰ（25）、轴承Ⅱ（26）将丝杠（1）支撑于圆壳体（12）内，丝杠（1）的端头通过外螺纹与圆螺母（27）固定；铜环（11）用于支撑套筒（7），安装法兰（9）置于安装壳体（22）前端，用于作动器整体的安装固定，所述安装法兰（9）内壁与套筒（7）外壁有密封圈密封；螺杆（13）依次将安装法兰（9）、前盖（10）、圆壳体（12）和后盖（14）连接为一个整体。

4.一种如权利要求1所述的可自锁的行星滚柱丝杠副作动缸，其特征在于：所述滚针自锁器Ⅰ（23）、滚针自锁器Ⅱ（24）分别置于轴承Ⅰ（25）、轴承Ⅱ（26）的外侧，所述滚针自锁器Ⅰ（23）、滚针自锁器Ⅱ（24）由转动部件（15）、滚针（16）、保持架Ⅱ（17）和固定部件（18）组成；转动部件（15）为外壁带有凸台的环状，所述转动部件（15）内壁与丝杠（1）外壁过盈配合，且转动部件（15）大端的端面与丝杠（1）轴肩止靠；滚针（16）为两端为半球形的圆柱，以保证工作时不与其他部件发生干涉；保持架Ⅱ（17）上有数个与滚针一样大小的孔，孔朝同一个方向倾斜一定角度，与所述孔个数一致的滚针（16）分别分布在这些孔中；所述保持架Ⅱ（17）通过间隙配合安装于转动部件（15）小段外壁上；固定部件（18）外壁与安装壳体（22）内壁过盈配合，两者固定在一起，同时固定部件（18）也套在转动部件（15）小段外壁的外侧。

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