CN103527737A

CN103527737A - 一种平行式机电作动器

Info

Publication number: CN103527737A
Application number: CN201210231813.2A
Authority: CN
Inventors: 刘亭; 徐强; 胡宝军; 史晨虹; 魏娟
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: CN103527737B

Abstract

本发明属于机电伺服***，具体公开了一种平行式机电作动器。它包括缸套，缸套内设有水平放置的丝杠和螺母结构，螺母结构的一端通过防松螺母连接螺栓头，螺栓头内设有关节轴承，缸套的一侧设有减速器，缸套下方设有电机，该电机的电机轴与上述丝杠平行，减速器包括设置在压板外侧的壳体座和壳体盖，以及大、中、小三个齿轮。减速器的外侧设有后接口支架，后接口支架的上下平板上设有十字轴销轴，通过十字轴销轴在支架内部安装十字套。本发明的效果在于大功率高承载能力，满足轻型化小型化要求，滚珠丝杠作动器承载大、传动精度高，兼顾载荷分布均匀性。

Description

一种平行式机电作动器

技术领域

本发明属于机电伺服***，具体涉及一种平行式机电作动器。

背景技术

机电伺服***有直线式和平行式两种。直线式伺服***中电机和滚珠丝杠作动器在一条直线上，电机与滚珠丝杠作动器之间可以有减速器，也可以没有。平行式机电伺服***中电机和滚珠丝杠作动器同侧平行放置。

在大功率高承载一般是指功率为10kW以上，承载能力为60000牛以上轴向拉压载荷的场合，为了满足强度、刚度和寿命要求，作动器一般设计尺寸较大，直线式伺服***无法满足安装空间狭小的要求，因此，采用平行式伺服***具有很大的意义。

平行式结构的设计难点在于，当频繁换向时，如果啮合间隙过大，不可避免的会有引起振动和冲击；电机悬臂安装，减速器壳体不仅承受电机侧扭矩，而且承受滚珠丝杠作动器侧的扭矩；减速器壳体和连接螺钉还承受拉压应力；这些会对传动带来不利影响，使其可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大功率高承载场合的承载能力高、齿轮啮合间隙小的平行式机电作动器。

本发明的技术方案如下：

一种平行式机电作动器，它包括缸套，缸套内设有水平放置的丝杠和螺母结构，螺母结构的一端通过防松螺母连接螺栓头，螺栓头内设有关节轴承，缸套的一侧设有减速器，缸套下方设有电机，该电机的电机轴与上述丝杠平行，所述的缸套为筒形结构，其前端设有前端盖和前防撞块，后端设有后端盖和后防撞块；上述丝杠穿过后端盖和后防撞块，丝杠伸出的部分外设有角接触球轴承，在后端盖外设有压板，压板内的锁紧螺母锁紧上述角接触轴承；上述减速器包括设置在压板外侧的壳体座和壳体盖，围成的壳体内设有大齿轮、小齿轮和中齿轮，所述的大齿轮的轮毂与上述丝杠通过花键连接，中齿轮为与大齿轮下方，小齿轮位于中齿轮下方，上述三个齿轮外均设有深沟球轴承，并且在上述壳体盖上固定设有位置与大、中、小三个齿轮对应的大齿轮端盖、中齿轮端盖和小齿轮端盖；所述的小齿轮的轮毂与电机的电机轴采用花键连接；减速器的外侧设有后接口支架，后接口支架的上下平板上设有十字轴销轴，通过十字轴销轴在支架内部安装十字套。

上述的一种平行式机电作动器，所述的螺母结构为分体螺母，它包括螺母和作动杆，所述的螺母螺纹安装在丝杠上，丝杠上有滚珠外滚道、螺母有滚珠内滚道，丝杠和螺母之间设有滚珠；作动杆的一端位于缸套内，这一端内安装螺母，作动杆的另一端穿过上述前端盖和前防撞块，伸出缸套外，伸出的一段内加工有螺纹，通过螺纹安装上述螺栓头。

上述的一种平行式机电作动器，所述的螺母结构为一体加工的整体螺母，其一端内壁加工有螺纹，此端与丝杠螺纹连接，另一端为杆状，伸出缸套外，并与螺栓头连接。

上述的一种平行式机电作动器，所述的十字套的上下表面为平面，十字套的中心在水平方向加工有通孔，作为大端孔，上下端的平台面加工有通槽，通槽内设有小端轴套，大端孔内设有大端轴套，上述十字轴销轴位于小端轴套内。

上述的一种平行式机电作动器，所述的缸套上设有传感器骨架，传感器骨架上缠有线圈，线圈的引线从缸套中穿出，连接在固定在缸套上的电连接器上；所述的传感器骨架有两个，即设置在缸套上的位移传感器骨架右和位移传感器骨架左，并且在位移传感器骨架右和位移传感器骨架左的外侧设有位移传感器盖板左和位移传感器盖板右。

上述的一种平行式机电作动器，所述的缸套的下端内壁上设有长条导向块。

上述的一种平行式机电作动器，所述压板外设有防松顶丝。

上述的一种平行式机电作动器，所述电机上设有电机动力线电连接器和电机旋变连接器。

上述的一种平行式机电作动器，所述的螺母结构、作动杆或者整体螺母外设有支撑环。

上述的一种平行式机电作动器，所述作动杆与防松螺母的连接处、丝杠与轴承锁紧螺母的螺纹连接处分别设有收口结构。

本发明的显著效果在于：

1、大功率高承载能力。减速器采用三个齿轮，大齿轮和小齿轮在外啮合减速，齿轮的承载高、回差小、惯量小，由于减速器的结构设计，也使得整个作动器在较大的拉压轴向负载、电机侧扭矩和作动器侧扭矩的作用下，电机、减速器和滚珠丝杠作动器整体都能够适应高承载、高强度和高刚度的工作环境。同时，齿轮材料为采用20CrMnMo，壳体材料选择7A04（LC4）-T6），使得减速器结构强度高，刚度好，承载能力大大提高。

2、满足轻型化小型化要求。机电作动器采用平行式结构，即电机轴和丝杠平行，也就是说电机输出轴与滚珠丝杠作动器输入轴平行放置，与直线式结构相比，节省很大的空间，适用性广泛。

3、滚珠丝杠作动器承载大、传动精度高。在缸套内设置长条导向块，作为直线滑轨方式，同时在作动杆外设置支撑结构，使得承载能力增大，而且传动精度高。

4、兼顾载荷分布均匀性。a)作动杆与防松螺母螺纹连接处设计收口结构，以及轴承锁紧螺母和丝杠螺纹连接处设计收口结构，这种设计使得滚珠丝杠的刚度增强，同时也使载荷均匀分布；b)环形凹槽用来安装环形支撑环，支撑环辅助承受载荷，并且轴承锁紧螺母的防松顶丝孔靠近螺纹尾部，与靠近螺纹头部相比，使得丝杠上的环形凹槽不承受压载荷，应力分布更好；c)滚珠丝杠作动器输入轴与减速器大齿轮之间、电机轴与减速器小齿轮之间均采用花键连接，使得承载均匀；d)可以采用整体螺母，使得应力分布更好。

附图说明

图1为本发明的一种平行式机电作动器剖视图，也是图2的A-A剖视图；

图2为图1的B-B剖视图；

图3为作动杆与防松螺母螺纹连接处的收口结构示意图；

图4为十字套示意图；

图5为整体螺母结构和安装示意图；

图中：1螺栓头、2关节轴承、3防松螺母、4缸套前端盖、5压装在前端盖上的铜套、6缸套前防撞块、7位移传感器电连接器、8支撑环、9分体螺母、90螺母、91作动杆、10丝杠、11缸套、12后防撞块、13角接触球轴承、14缸套后端盖、15缸套后端盖的压板、16轴承锁紧螺母、17轴承锁紧螺母防松顶丝、18、环形凹槽、19后接口支架、20弹性挡圈、21螺纹孔、22十字轴销轴、23小端轴套、24十字套、25大齿轮端盖、26大齿轮、27中齿轮端盖、28小齿轮端盖、29减速器壳体盖、30小齿轮、31中齿轮、32花键、33减速器壳体座、34深沟球轴承、35电机、36电机动力线电连接器、37电机旋变连接器、38长条导向块、39位移传感器盖板右、40位移传感器电刷、41位移传感器骨架右、42大端轴套一、43大端轴套二、44位移传感器骨架左、45位移传感器盖板左、46整体螺母、47收口结构；48大端孔；49圆形通槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，缸套11为筒形结构，其外侧安装有左右两个位移传感器骨架，即位移传感器骨架右41和位移传感器骨架左44，同时为了固定骨架，在左右两个骨架外分别固定安装了位移传感器盖板左45和位移传感器盖板右39。位移传感器电连接器7上通过螺钉固定在缸套11外。位移传感器骨架右41和位移传感器骨架左44上缠有线圈，为了将其引出线从引出，在缸套11上加工有两个斜孔，引线从孔中引出，并焊接在上述的位移传感器电连接器7上。

上述缸套11的前端通过螺钉固定安装缸套前端盖4和缸套前防撞块6，缸套11后端固定安装缸套后端盖14和后防撞块12，上述缸套前端盖4、前防撞块6、后端盖14和后防撞块12中心都加工有安装孔，分体螺母9和丝杠10分别通过安装孔安装在缸套11内。丝杠10的一端连接分体螺母9，另一端穿过缸套后端盖14和后防撞块12中心的安装孔，伸出缸套11外，在丝杠10位于缸套后端盖14内的部分套装两个背对背安装的角接触球轴承13。在丝杠10的伸出缸套11的这一端加工有环形凹槽18，环形凹槽用来安装环形支撑环，支撑环辅助承受载荷。在后端盖14外固定安装后端盖压板15，在压板15和丝杠10之间安装轴承锁紧螺母16，用来锁紧角接触球轴承13，同时在轴承锁紧螺母16外还安装防松顶丝17，用来放置轴承锁紧螺母16松脱，上述放松顶丝17可以由尖头顶丝和平头顶丝组成。

如图1和图2所示，所述的分别螺母9包括螺母90和作动杆91两部分。螺母90通过螺纹套装在丝杠10上，螺母90安装在作动杆91的一端，丝杠10上有滚珠外滚道、螺母90有滚珠内滚道，丝杠10和螺母90之间设有三列滚珠。作动杆91的另一端穿过缸套前端盖4和缸套前防撞块6中心的孔伸出缸套11外，作动杆91的端部通过防松螺母3固定安装螺栓头1，螺栓头1内安装关节轴承2。上述作动杆91的外部固定安装两个支撑环8，因而使得丝杠10和作动杆91的承载能力增大。在作动杆91的外侧上部通过螺钉固定安装位移传感器电刷40，作动杆91的下方，缸套11的内壁上通过螺钉固定安装长条导向块38。

为了使得滚珠丝杠的刚度增强，同时也使载荷均匀分布，在作动杆91与防松螺母3的连接处加工收口结构47，在丝杠10与轴承锁紧螺母16的螺纹连接处也加工收口结构47，即在作动杆91的外壁和丝杠10的外壁加工一圈斜面，使直径向内收缩。

如图1所示，在压板15的外侧固定安装有减速器，减速器包括小齿轮30、中齿轮31和大齿轮26，三个齿轮分别由两端的两个深沟球轴承34支撑在壳体座33和壳体盖29上，壳体座33固定在压板15的外侧，壳体盖29固定在壳体座32上。在壳体盖29上分别通过六个螺钉安装有大齿轮端盖25、中齿轮端盖27和小齿轮端盖28。大齿轮26的轮毂与上述的丝杠10的后端采用花键32连接，其外侧对应安装大齿轮端盖25，中齿轮31安装在大齿轮26下方，其外侧对应安装中齿轮端盖27，小齿轮30安装在中齿轮31下方，其外侧对应安装小齿轮端盖28。

在上述缸套11的下方、壳体座33的前方安装有电机35，电机35的电机轴与上述丝杠10和作动杆91一样水平放置，即电机轴与丝杠10平行。

小齿轮30的轮毂与电机35的电机轴采用花键32连接。

在电机35上安装电机动力线电连接器36和电机旋变连接器37。

如图1和图2所示，在减速器壳体座33的后端固定安装后接口支架19，支架19上下表面加工有孔，孔内分别安装十字轴销轴22，并分别用孔用弹性挡圈20加以固定，为了拆卸方便，在十字轴销轴22的端面加工有螺纹孔21，拆卸时可以将螺钉旋入孔中，将十字轴销轴22拆卸。上述两个十字轴销轴22用来在后接口支架19内安装十字轴套组件。所述的十字轴套组件由小端轴套23（两个）、大端轴套和十字套24组成。如图4所示，十字套24主体为棒槌形，其上下端为平台，十字套24的中心在水平方向加工有通孔，作为大端孔48，上下端的平台面加工有圆形通槽49。两个小端轴套23分别安装在上下端平台的通槽49内；在大端孔48内壁安装大端轴套。如图2所示，大端轴套设有前后两个，大端轴套一42和大端轴套二43。

本实施当中，三个齿轮材料为采用20CrMnMo，壳体座33和壳体盖29的材料选择7A04（LC4）-T6）。

本发明的另一个实施例，是上述的分体螺母9可以替换成整体螺母46。如图5所示，不同之处仅在于整体螺母46，整体螺母46是一个一体加工件，它的一端内壁加工有螺纹，通过螺纹与丝杠10连接，并且其外壁上通过螺钉固定安装位移传感器电刷40，整体螺母46的另一端为杆状，伸出缸套11外，并且在端部通过螺纹连接螺栓头。其余部件连接安装形式不变。

Claims

1.一种平行式机电作动器，它包括缸套（11），缸套（11）内设有水平放置的丝杠（10）和螺母结构，螺母结构的一端通过防松螺母（3）连接螺栓头（1），螺栓头（1）内设有关节轴承（2），缸套（11）的一侧设有减速器，缸套（11）下方设有电机（35），该电机（35）的电机轴与上述丝杠（10）平行，其特征在于：所述的缸套（11）为筒形结构，其前端设有前端盖（4）和前防撞块（6），后端设有后端盖（14）和后防撞块（12）；上述丝杠（10）穿过后端盖（14）和后防撞块（12），丝杠（10）伸出的部分外设有角接触球轴承（13），在后端盖（14）外设有压板（15），压板（15）内的锁紧螺母（16）锁紧上述角接触轴承（13）；上述减速器包括设置在压板（15）外侧的壳体座（33）和壳体盖（29），围成的壳体内设有大齿轮（26）、小齿轮（30）和中齿轮（31），所述的大齿轮（26）的轮毂与上述丝杠（10）通过花键（32）连接，中齿轮（31）为与大齿轮（26）下方，小齿轮（30）位于中齿轮（31）下方，上述三个齿轮外均设有深沟球轴承（34），并且在上述壳体盖（29）上固定设有位置与大、中、小三个齿轮对应的大齿轮端盖（25）、中齿轮端盖（27）和小齿轮端盖（28）；所述的小齿轮（30）的轮毂与电机（35）的电机轴采用花键（32）连接；减速器的外侧设有后接口支架（19），后接口支架（19）的上下平板上设有十字轴销轴（22），通过十字轴销轴（22）在支架（19）内部安装十字套（24）。

2.如权利要求1所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的螺母结构为分体螺母（9），它包括螺母（90）和作动杆（91），所述的螺母（90）螺纹安装在丝杠（10）上，丝杠（10）上有滚珠外滚道、螺母（90）有滚珠内滚道，丝杠（10）和螺母（90）之间设有滚珠；作动杆（91）的一端位于缸套（11）内，这一端内安装螺母（90），作动杆（91）的另一端穿过上述前端盖（4）和前防撞块（6），伸出缸套（11）外，伸出的一段内加工有螺纹，通过螺纹安装上述螺栓头（1）。

3.如权利要求1所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的螺母结构为一体加工的整体螺母（46），其一端内壁加工有螺纹，此端与丝杠（10）螺纹连接，另一端为杆状，伸出缸套（11）外，并与螺栓头（1）连接。

4.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的十字套（24）的上下表面为平面，十字套（24）的中心在水平方向加工有通孔，作为大端孔，上下端的平台面加工有通槽，通槽内设有小端轴套（23），大端孔内设有大端轴套，上述十字轴销轴（22）位于小端轴套（23）内。

5.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的缸套（11）上设有传感器骨架，传感器骨架上缠有线圈，线圈的引线从缸套（11）中穿出，连接在固定在缸套（11）上的电连接器（7）上；所述的传感器骨架有两个，即设置在缸套（11）上的位移传感器骨架右（41）和位移传感器骨架左（44），并且在位移传感器骨架右（41）和位移传感器骨架左（44）的外侧设有位移传感器盖板左（45）和位移传感器盖板右（39）。

6.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的缸套（11）的下端内壁上设有长条导向块（38）。

7.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述压板（15）外设有防松顶丝（17）。

8.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述电机（35）上设有电机动力线电连接器（36）和电机旋变连接器（37）。

9.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述的螺母结构、作动杆（91）或者整体螺母（46）外设有支撑环（8）。

10.如权利要求1或2或3所述的一种平行式机电作动器，其特征在于：所述作动杆（91）与防松螺母（3）的连接处、丝杠（10）与轴承锁紧螺母（16）的螺纹连接处分别设有收口结构（47）。