CN104052188A - 精密电动缸 - Google Patents

Abstract

一种精密电动缸，包括：驱动电机、缸筒、由丝杠轴与丝杠螺母组成的丝杠副、止推轴承、中空的筒状活塞杆和滚珠花键套，其中：丝杠轴沿缸筒的中心轴线布置，丝杠轴的动力输入端与驱动电机的输出轴传动连接，丝杠轴通过止推轴承轴向定位，止推轴承的外圈与缸筒同轴固定，丝杠螺母与筒状活塞杆同轴固定连接，丝杠轴相对动力输入端的另一端伸入中空的筒状活塞杆中，当驱动电机驱动丝杠轴转动进而带动活塞杆做往复运动时，滚珠的滚动替代了活塞杆与支撑部件之间及导向部件间原有的滑动摩擦，从而降低了磨损，提高了效率、控制精度和可靠性。

Description

精密电动缸

技术领域

本发明涉及的是一种将旋转运动转换为直线运动的电动线性作动器，具体是一种活塞杆同时得到滚动支撑和滚动导向的精密电动缸。

背景技术

电动缸是近年来应用愈来愈普遍的电动线性作动器，具有节能，噪音小，无污染，效率高，应用布局简便等诸多优点，在很多应用领域已经逐步替代传统的液压和气动线性作动器。电动缸原理是驱动电机通过直连，或者传动皮带与带轮，或者齿轮副来带动丝杠轴转动，丝杠螺母与中空的筒状活塞杆固定连接，把丝杠轴的转动转化为丝杠螺母与活塞杆的直线运动。为实现上述旋转运动向直线运动的转换，必须防止丝杠螺母与活塞杆的转动，才能把丝杠轴的旋转运动转化成丝杠螺母与活塞杆的直线往复运动。现有电动缸往往通过缸筒内部的凹槽作为导向槽与活塞杆上凸起、滑块或者导向键之间的滑动配合来防止活塞杆的旋转，在缸筒端部则通过滑动轴承衬套来滑动支撑活塞杆的往复运动。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201113645Y公开(公告)日2008.09.10，公开了一种电动缸，该电动缸在壳体9内有一与滚柱丝杠平行的导向槽，在推杆6上安装有一与该导向槽配合定向的凸起7，在该发明中，是通过推杆6上的凸起7在壳体9上的导向槽中的滑动来实现防止推杆的旋转从而起到导向作用的；中国专利文献号CN203339872U公开(公告)日2013.12.11，公开了一种带转接滑块的伺服电动缸，在该发明中转接滑块4外壁设有若干滑块41，对应每个滑块41，缸体内壁轴向设有与其相匹配吻合的滑槽，滑块41轴向滑动于滑槽内，从而防止推杆的旋转，起到导向作用。

在上述技术中的导向结构都产生滑动摩擦，长时间使用会产生磨损，从而产生导向间隙，导致***的运动精度降低，在反向运动的时候还会有一个回程间隙，噪音逐步变大，强度也会变差，滑动磨损产生的粉尘又会容易加速内部丝杠的磨损。

中国专利文献号CN201466875U公开(公告)日2010.05.12，公开了一种机电作动器，在该机电作动器中作动推杆16两侧采用滚动轴承19和导向槽作为导向机构，两个滚动轴承19分布在作动推杆16尾部的两侧，轴承内圈与作动推杆16固定连接，轴承外圈沿缸体内导向槽滚动，防止作动推杆16的转动；该机电作动器还包括一个轴套17，设置于作动推杆16和端盖22之间，当推杆做伸缩运动时对推杆起到滑动支撑作用。该现有技术虽然采用滚动轴承作为作动推杆的导向结构，替代了滑键和键槽的导向方式，在这一环节由滚动替代了滑动，但是在推杆输出端采用轴套支撑推杆，在推杆的线性伸缩往复运动中这个环节仍然是滑动摩擦，尤其是作动器在实际使用中推杆经常会承受一定的径向力，此时在径向力的作用下轴套与推杆之间的摩擦会急剧上升，磨损加剧，同时作动器内部不稳定的摩擦力会使得推杆末端的位置、速度和力的精确控制变得极为困难。综上，由于现有电动缸导向部件或者活塞杆输出端的支撑部件的滑动摩擦所导致的种种弊端，限制了电动缸在很多控制精度要求高和耐久性要求高的场合的应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种精密电动缸，该精密电动缸内的活塞杆同时得到滚动导向和滚动支撑，不仅消除了电动缸内部导向部件之间的滑动摩擦，也消除了活塞杆与末端支撑部件之间的滑动摩擦，减小了磨损，延长了使用寿命，更加提高了控制精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括：驱动电机、缸筒、由丝杠轴与丝杠螺母组成的丝杠副、止推轴承、中空的筒状活塞杆和滚珠花键套，其中：丝杠轴沿缸筒的中心轴线布置，丝杠轴的动力输入端与驱动电机的输出轴传动连接，丝杠轴通过止推轴承轴向定位，止推轴承的外圈与缸筒同轴固定，丝杠螺母与筒状活塞杆同轴固定连接，丝杠轴相对动力输入端的另一端伸入中空的筒状活塞杆中。

所述的滚珠花键套固定于缸筒末端，滚珠花键套内部包含有若干条对称的可以使滚珠循环滚动的闭合滚道，闭合滚道内布满滚珠，对应的在筒状活塞杆的外圆周表面沿轴向整个长度上也分布有相同数目的供滚珠滚动的滚道，带有滚道的筒状活塞杆与滚珠花键套及其内部的滚珠组成滚珠花键副，筒状活塞杆通过滚珠由花键套支撑并利用滚珠的滚动相对花键套做线性往复运动。由于花键套在缸筒端部与缸筒完全固定，滚珠花键的属性使得筒状活塞杆的转动受到限制，这样滚珠花键套通过滚珠对筒状活塞杆同时起滚动支撑和滚动导向作用，当驱动电机带动丝杠轴旋转时，固定在一起的丝杠螺母、螺母座以及筒状活塞杆只能沿轴向做线性往复运动。

所述的止推轴承由一对角接触推力轴承或圆锥滚子轴承组成。

所述的丝杠轴及其丝杠螺母为滚珠丝杠副或滚柱丝杠副。

所述的驱动电机和丝杠机构通过直线传动或折反式传动相连。

所述的直线传动是指：驱动电机的输出轴通过联轴器与丝杠轴连接；所述的折反式传动是指：驱动电机通过带轮皮带或者啮合齿轮副带动丝杠轴转动。

所述的驱动电机采用但不限于伺服电机、步进电机、直流电机或交流电机。

所述的滚珠花键副的滚道对称设置，且至少为两组。

所述的滚珠花键套的两端设有密封圈，在滚珠花键套中部设有与闭合滚道相通的加油脂沟槽和油孔。

所述的筒状活塞杆的末端设有用于和不同的连接对象相连的转接头。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供一种带有滚珠花键副的精密电动缸，滚珠花键套通过滚珠对活塞杆同时起到滚动导向和滚动支撑作用，这样就把现有技术中导向部件之间或活塞杆与端部支撑部件之间的滑动摩擦都变成了滚动摩擦，使***的运转变得极为顺畅。消除了滑动磨损，延长了使用寿命，减小了***噪音，提高了***传动效率，从而改善了***的位置控制、速度控制以及力控制的精度，进而扩大了电动缸的适用范围。即使在推杆承受有一定的径向力的情况下，电动缸的工作性能也会很稳定。

附图说明

图1是本发明电动缸的装配示意图；

图中省略驱动电机。

图2是本发明中所述滚珠花键副的立体结构示意图；

图3为驱动电机与丝杠机构直线传动连接示意图；

图4为驱动电机与丝杠机构折反式传动连接示意图；

图中：1为丝杠轴、2为丝杠锁紧螺母、3为轴承压板、4轴承座、5为止推轴承、6为缸筒、7为丝杠螺母、8为螺母座、9为滚珠、10为加油嘴、11为滚珠花键套、12为密封圈、13为筒状活塞杆、14为转接头锁紧螺母、15为转接头、16为驱动电机、17为联轴器、18为固定板、19为小带轮、20为皮带、21为大带轮。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：缸筒6、丝杠轴1与丝杠螺母7组成的丝杠副、止推轴承5及轴承座4、筒状活塞杆13，其中：丝杠轴1沿缸筒6的中心轴线布置，丝杠轴1穿过止推轴承5，通过轴肩和锁紧螺母2与止推轴承的内圈固定，止推轴承5的外圈与轴承座4内孔配合，通过轴承压板3与轴承座4固定，这样就对丝杠轴1进行了轴向定位，止推轴承5由一对推力轴承组成，可以是一对角接触推力轴承也可以是一对圆锥滚子轴承，缸筒6与轴承座4固定连接，连接办法既可以是通过螺栓也可以在缸筒6与轴承座4配合部位车削螺纹，丝杠螺母7与螺母座8通过螺栓固定连接，螺母座8与筒状活塞杆13通过螺纹配合固定连接，这样丝杠螺母7通过螺母座8与筒状活塞杆13固定连接在一起，丝杠轴1的末端伸入中空的筒状活塞杆13中。这种精密电动缸还包括滚珠花键套11，滚珠花键套11固定于缸筒6末端。

如图2所示，滚珠花键套11内部有可以使滚珠循环滚动的闭合滚道，闭合滚道内布满滚珠9，筒状活塞杆13的外圆周表面沿轴向整个长度上分布有供滚珠滚动的滚道，带有滚道的筒状活塞杆13与滚珠花键套11及其内部的滚珠9组成滚珠花键副，筒状活塞杆13通过滚珠9由花键套11支撑并利用滚珠的滚动相对花键套做线性往复运动。图中实施例的滚珠花键副采用六组对称滚道，即筒状活塞杆13的外圆周面上有六条对称滚道，滚珠花键套11内也有对应的六条对称闭合滚道。滚道数目可以有不同设计，但至少要有两组对称滚道。在滚珠花键套11中部有加油脂沟槽和油孔与闭合滚道相通，在缸筒上的对应位置开有油孔，油孔上装有加油嘴10，可以通过加油嘴10给滚珠花键副添加润滑脂；为防止灰尘和污染物进入滚珠花键副并防止闭合滚道内油脂外溢，在滚珠花键套11的两端装有密封圈12。

如图1所示，滚珠花键套11在缸筒6端部与缸筒6完全固定，滚珠花键的属性使得筒状活塞杆13的转动受到限制，所以滚珠花键套11对筒状活塞杆13同时起滚动支撑和滚动导向作用，当驱动电机16带动丝杠轴1旋转时，固定在一起的丝杠螺母7，螺母座8以及筒状活塞杆13只能沿轴向做线性往复运动。

在图1实施例中采用的是滚珠丝杠副，也可以替换成滚柱丝杠副，以满足极大推力的使用场合。

如图3所示，所述的驱动电机16与丝杠轴1可以同轴线布置，丝杠轴1的动力输入端与驱动电机16输出轴通过联轴器17传动连接。

如图4所示，所述的驱动电机16与丝杠轴1还可以折反式布置，包括：分别与驱动电机16和缸筒6固定连接的固定板18、固定设置于驱动电机16的输出轴上的小带轮19、固定设置于丝杠轴1的动力输入端的大带轮21，以及设置于两个带轮之间用于传递动力的皮带20，驱动电机16通过带轮和皮带驱动丝杠轴1转动。在此折反式布置方式下，还可以把带轮皮带替换为一对啮合的齿轮副，驱动电机16通过齿轮的啮合带动给丝杠轴1转动。

为满足筒状活塞杆13输出端与不同目标的连接需求，如图1所示，在筒状活塞杆13末端装有转接头15，筒状活塞杆13与转接头15通过螺纹连接，并经锁紧螺母14紧固。根据实际与外部连接情况设计多种不同的转接头15，面对不同的连接对象只要更换转接头15即可。

驱动电机16根据电动缸的不同应用场合，可以选用不同类型电机，对控制品质要求高的场合优先选用伺服电机，一般场合可以选用步进电机，普通直流电机，交流电机等。

Claims (9)

1.一种精密电动缸，其特征在于，包括：驱动电机、缸筒、由丝杠轴与丝杠螺母组成的丝杠副、止推轴承、中空的筒状活塞杆和滚珠花键套，其中：丝杠轴沿缸筒的中心轴线布置，丝杠轴的动力输入端与驱动电机的输出轴传动连接，丝杠轴通过止推轴承轴向定位，止推轴承的外圈与缸筒同轴固定，丝杠螺母与筒状活塞杆同轴固定连接，丝杠轴相对动力输入端的另一端伸入中空的筒状活塞杆中；

所述的滚珠花键套固定于缸筒末端，滚珠花键套内部对称设有若干条用于滚珠循环滚动的闭合滚道，闭合滚道内布满滚珠，对应在筒状活塞杆的外圆周表面上设有相同数目的滚道，带有滚道的筒状活塞杆与滚珠花键套及其内部的滚珠组成滚珠花键副，筒状活塞杆通过滚珠由花键套支撑并利用滚珠的滚动相对花键套做线性往复运动。

2.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的止推轴承由一对角接触推力轴承或圆锥滚子轴承组成。

3.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的丝杠轴及其丝杠螺母为滚珠丝杠副或滚柱丝杠副。

4.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的驱动电机和丝杠机构通过直线传动或折反式传动相连。

5.根据权利要求4所述的精密电动缸，其特征是，所述的直线传动是指：驱动电机的输出轴通过联轴器与丝杠轴连接；所述的折反式传动是指：驱动电机通过带轮皮带或者啮合齿轮副带动丝杠轴转动。

6.根据权利要求1或4或5所述的精密电动缸，其特征是，所述的驱动电机采用伺服电机、步进电机、直流电机或交流电机。

7.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的滚珠花键副的滚道对称设置，且至少为两组。

8.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的滚珠花键套的两端设有密封圈，在滚珠花键套中部设有与闭合滚道相通的加油脂沟槽和油孔。

9.根据权利要求1所述的精密电动缸，其特征是，所述的筒状活塞杆的末端设有用于和不同的连接对象相连的转接头。