CN108006185B - 直线和/或旋转运动执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种作直线往复运动的执行机构，尤其是涉及一种直线和/或旋转运动执行机构，主要由第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆副组成；行星滚柱丝杆副由滚柱螺母、主丝杆和数根滚柱构成，第一动力传动副包括第一主动齿轮和第一从动齿轮，第一从动齿轮与滚柱螺母固连，主丝杆从从动齿轮中穿过；第二动力传动副包括第二主动齿轮、第二从动齿轮以及固定套筒，固定套筒固定插设在第二从动齿轮中，固定套筒套设在主丝杆上，固定套筒与主丝杆之间呈径向固定、轴向自由的状态。本发明具有两组动力，通过这两组动力的相互联动，实现了直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种主要的运动形式。
Description
技术领域
本发明涉及一种作直线往复运动的执行机构，尤其是涉及一种将旋转运动精确地转化为直线运动的行星滚柱丝杆副。
背景技术
行星滚柱丝杆副是一种将旋转运动转化为直线运动的机械装置，它与滚珠丝杆副的传动方式类似，不同点在于：在滚珠丝杆副中，载荷通过安装在螺纹滚道中的钢球从螺母传递到丝杆上，载荷的大小主要取决于钢球的大小和接触点的个数。而行星滚柱丝杆副的载荷传递元件为螺纹滚柱，滚柱能加工出较大曲率半径的圆弧凸齿形。每个螺母中一般包含数个螺纹滚柱，并且所有的滚柱都参与工作，接触点众多，因此承载力和刚度远远高于滚珠丝杆副。在需要高承载的应用场合，与液压传动相比，行星滚柱丝杆副具有无与伦比的优越性。它所配置的控制***简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器等复杂的配套***，能有效避免液压油泄漏和不可预知的故障，并且能够在极其艰苦的工作环境下承受重载或逐渐增加的重载荷上千小时。因此，行星滚柱丝杆副所具有的优越性，使其成为恶劣环境条件下使用及重载传动的理想选择。目前，行星滚柱丝杆副仅仅用作直线往复运动执行机构，还不能用作旋转运动执行机构、或旋转+直线往复运动执行机构。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术中的行星滚柱丝杆副进行改进，使其具有直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种运动形式。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
直线和/或旋转运动执行机构，主要由第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆副组成；
所述行星滚柱丝杆副由滚柱螺母、主丝杆和数根滚柱构成，数根所述滚柱均匀分布在所述主丝杆上，所述滚柱与所述主丝杆啮合，所述滚柱两端加工有小模数外齿轮和圆柱光轴，所述主丝杆于所述滚柱的两端各套设了一个保持架和内齿圈，所述滚柱的圆柱光轴插在所述保持架均布加工的孔中，所述小模数外齿轮与所述内齿圈啮合；
所述第一动力传动副包括第一主动齿轮和第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述滚柱螺母固连，所述主丝杆从所述从动齿轮中穿过；
所述第二动力传动副包括第二主动齿轮、第二从动齿轮以及固定套筒，所述固定套筒固定插设在所述第二从动齿轮中，所述固定套筒套设在所述主丝杆上，所述固定套筒与所述主丝杆之间呈径向固定、轴向自由的状态。
第一动力传动副与第二动力传动副均可单独驱动行星滚柱丝杆副运动，也可以联合驱动。
第一动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆副的工作原理如下：第一主动齿轮旋转，驱动第一从动齿轮啮合反向旋转，第一从动齿轮带动滚柱螺母与其同向旋转，滚柱螺母带动数根滚柱一边自转，一边绕着主丝杆做行星运动，由于滚柱与主丝杆直接通过螺纹啮合，所以此时的主丝杆做轴向直线运动。由于主丝杆与述固定套筒之间呈径向固定、轴向自由的状态，所以主丝杆此刻做轴向运动并不会引起固定套筒的运动。主丝杆的伸出或者缩回由第一主动齿轮的旋转方向决定。
第二动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆副的工作原理如下：第二主动齿轮旋转，驱动第二从动齿轮啮合方向旋转，第二从动齿轮带动固定套筒与其同向旋转，固定套筒带动主丝杆与其同向旋转，滚柱围绕主丝杆做行星运动，由于滚柱与滚柱螺母通过螺纹啮合，且滚柱螺母的位置为固定状态，所述主丝杆开始做直线+旋转运动。主丝杆的伸出或者缩回由第二主动齿轮的旋转方向决定。
第一动力传动副与第二动力传动副联合驱动行星滚柱丝杆副运动的工作原理如下：当第一主动齿轮与第二主动齿轮的运动方向相同，且第二主动齿轮的输出力等于第一主动齿轮的输出力乘以一个行星传动比时，第一动力传动副驱动主丝杆做的直线运动与第二动力传动副驱动主丝杆做的直线运动相抵消，此时的主丝杆做纯粹的旋转运动。
进一步的是，所述第一从动齿轮与所述滚柱螺母之间通过一组凹凸插齿固定连接。凹凸插齿能够有效地防止第一从动齿轮与滚柱螺母之间发生相对转动。
进一步的是，所述第二从动齿轮与所述固定套筒之间通过凹凸插齿固定连接。凹凸插齿能够有效地防止第二从动齿轮与固定套筒之间发生相对转动。
进一步的是，所述第一从动齿轮的相对所述固定套筒的一端设置有连接套筒，所述连接套筒中设置有滚珠轴承；所述固定套筒的一端插在所述连接套筒中的滚柱轴承中。
进一步的是，所述主丝杆的本体设置有若干条轴向的半圆槽一，所述固定套筒的内壁对应所述半圆槽一处设置有半圆槽二，所述圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，所述圆形安装槽中放置了一根滚针或者钢球保持器。滚针或者钢球保持器插在圆形安装槽中将主丝杆的径向方向进行限定。
与现有技术相比，本发明提供的直线和/或旋转运动执行机构，其有益效果是：本发明具有两组动力，通过这两组动力的相互联动，实现了直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种主要的运动形式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例一所公开的直线和/或旋转运动执行机构的剖面示意图；
图2为实施例一所公开的第一从动齿轮的结构示意图；
图3为实施例一所公开的滚柱螺母的结构示意图；
图4为实施例一所公开的主丝杆的部分结构示意图；
图5为实施例一所公开的固定套筒的局部剖面示意图；
图6为实施例一所公开的固定套筒与主丝杆的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
参见图1所示的直线和/或旋转运动执行机构，主要由从左至右依次排列的第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆副组成。
行星滚柱丝杆副由滚柱螺母1a、主丝杆1b和数根滚柱1c构成，数根滚柱1c均匀分布在主丝杆1b上，滚柱1c与主丝杆1b啮合，滚柱1c两端加工有小模数外齿轮和圆柱光轴，主丝杆1b于滚柱1c的两端各套设了一个保持架1e和内齿圈1d，滚柱1c的圆柱光轴插在保持架1e均布加工的孔中，小模数外齿轮与内齿圈1d啮合。
第一动力传动副包括第一主动齿轮2a和第一从动齿轮2b，参见图2和3，第一从动齿轮2b与滚柱螺母1a之间通过一组凹凸插齿2c固定连接，主丝杆1b从从动齿轮中穿过。凹凸插齿能够有效地防止第一从动齿轮2b与滚柱螺母1a之间发生相对转动。
第二动力传动副包括第二主动齿轮3a、第二从动齿轮3b以及固定套筒3c，固定套筒3c插设在第二从动齿轮3b中，并通过凹凸插齿3e固定连接。凹凸插齿能够有效地防止第二从动齿轮3b与固定套筒3c之间发生相对转动。参见图4-5，固定套筒3c套设在主丝杆1b上，主丝杆1b的本体设置有若干条轴向的半圆槽一3f，固定套筒3c的内壁对应半圆槽一处设置有半圆槽二3g，圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，圆形安装槽中放置了一根滚针3h。滚针插在圆形安装槽中使固定套筒3c与主丝杆1b之间呈径向固定、轴向自由的状态。也可以在圆形安装槽中***钢珠保持器，而且钢珠保持器的使用性能优于滚针。
第一从动齿轮2b的相对固定套筒3c的一端设置有连接套筒2d，连接套筒中设置有滚珠轴承2e；固定套筒3c的一端插在连接套筒中的滚柱1c轴承中。
第一动力传动副与第二动力传动副均可单独驱动行星滚柱丝杆副运动，也可以联合驱动。
第一动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆副的工作原理如下：第一主动齿轮2a旋转，驱动第一从动齿轮2b啮合反向旋转，第一从动齿轮2b带动滚柱螺母1a与其同向旋转，滚柱螺母1a带动数根滚柱1c一边自转，一边绕着主丝杆1b做行星运动，由于滚柱1c与主丝杆1b直接通过螺纹啮合，所以此时的主丝杆1b做轴向直线运动。由于主丝杆1b与述固定套筒3c之间呈径向固定、轴向自由的状态，所以主丝杆1b此刻做轴向运动并不会引起固定套筒3c的运动。主丝杆1b的伸出或者缩回由第一主动齿轮2a的旋转方向决定。
第二动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆副的工作原理如下：第二主动齿轮3a旋转，驱动第二从动齿轮3b啮合方向旋转，第二从动齿轮3b带动固定套筒3c与其同向旋转，固定套筒3c带动主丝杆1b与其同向旋转，滚柱1c围绕主丝杆1b做行星运动，由于滚柱1c与滚柱螺母1a通过螺纹啮合，且滚柱螺母1a的位置为固定状态，主丝杆1b开始做直线+旋转运动。主丝杆1b的伸出或者缩回由第二主动齿轮3a的旋转方向决定。
第一动力传动副与第二动力传动副联合驱动行星滚柱丝杆副运动的工作原理如下：当第一主动齿轮2a与第二主动齿轮3a的运动方向相同，且第二主动齿轮3a的输出力等于第一主动齿轮2a的输出力乘以一个行星传动比时，第一动力传动副驱动主丝杆1b做的直线运动与第二动力传动副驱动主丝杆1b做的直线运动相抵消，此时的主丝杆1b做纯粹的旋转运动。
以上三种驱动方式的结果见下表：
其中，S1代表第一主动齿轮，S2代表第二主动齿轮，N1代表第一主动齿轮的输出动力，N2代表第二主动齿轮的输出动力，+/-表示输出方向，f表示行星传动比。
以上所描述的是本丝杆副的三种主要运动方式，其还存在着其他运动方式，在此不做赘述。
从图1中还可以看出，行星滚柱丝杆副在实际使用时，滚柱螺母的外侧是要套设滚珠轴承1w的。由于本执行机构在三种运动状态下，丝杆受到的径向力较大，所以滚珠轴承1w和滚珠轴承1e采用深沟球轴承。
实施例二
与实施例一不同的是，第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆副的排列方向还可以是从右至左，也可以将行星滚柱丝杆副置于第一动力传动副与第二动力传动副之间。
其余未描述部件参见实施例一。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，主要由第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆副组成；
所述行星滚柱丝杆副由滚柱螺母、主丝杆和数根滚柱构成，数根所述滚柱均匀分布在所述主丝杆上，所述滚柱与所述主丝杆啮合，所述滚柱两端加工有小模数外齿轮和圆柱光轴，所述主丝杆于所述滚柱的两端各套设了一个保持架和内齿圈，所述滚柱的圆柱光轴插在所述保持架均布加工的孔中，所述小模数外齿轮与所述内齿圈啮合；
所述第一动力传动副包括第一主动齿轮和第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述滚柱螺母固连，所述主丝杆从所述从动齿轮中穿过；
所述第二动力传动副包括第二主动齿轮、第二从动齿轮以及固定套筒，所述固定套筒固定插设在所述第二从动齿轮中，所述固定套筒套设在所述主丝杆上，所述固定套筒与所述主丝杆之间呈径向固定、轴向自由的状态。
2.根据权利要求1所述的直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，所述第一从动齿轮与所述滚柱螺母之间通过一组凹凸插齿固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，所述第二从动齿轮与所述固定套筒之间通过凹凸插齿固定连接。
4.根据权利要求3所述的直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，所述第一从动齿轮的相对所述固定套筒的一端设置有连接套筒，所述连接套筒中设置有滚珠轴承；所述固定套筒的一端插在所述连接套筒中的滚柱轴承中。
5.根据权利要求4所述的直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，所述主丝杆的本体设置有若干条轴向的半圆槽一，所述固定套筒的内壁对应所述半圆槽一处设置有半圆槽二，所述圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，所述圆形安装槽中放置了一根滚针。
6.根据权利要求4所述的直线和/或旋转运动执行机构，其特征在于，所述主丝杆的本体设置有若干条轴向的半圆槽一，所述固定套筒的内壁对应所述半圆槽一处设置有半圆槽二，所述圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，所述圆形安装槽中放置了一个钢球保持器。
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