CN108533710A - 一种内置式线性运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置式线性运动机构，其精度控制组件通过同步带轮与平面同步带精确控制滑块的线性运动；其中，同步带轮可与平面同步带直接啮合，也可通过环形双面同步带进行间接啮合，前一种机构使更适用于轻载的线性运动，后者相对来说能够承受更重的载荷。在同等精度情况下，本申请的制造成本相对要低，因而更适于普及。
Description
技术领域
本发明涉及线性运动机构技术领域，特别涉及一种内置式线性运动机构。
背景技术
机械设备常用的机构种类繁多，线性运动的机构也较常见，其中直线导轨加传动机构作为一种线性运动机构，广泛应用于机械自动化领域。传动机构包括丝杆螺母副、齿轮齿条副、皮带和带轮传动、链条和链轮传动等。直线导轨是一种精密零件，对工作环境要求较为苛刻，使用和更换的成本较高；尤其是滑轨，其凹槽的三个面的加工精度均要求较高，相应的加工成本也高。丝杆螺母副、齿轮齿条副是成本相对比较高的传动机构，皮带和带轮传动、链条和链轮传动的成本相对较低，但是不能用于传动距离太长的场合。直线导轨的成本加上传动机构的成本成为开发低成本线性运动机构的一个瓶颈。另外，为了保证直线导轨和传动机构的同轴度，两者的安装部件的加工精度也比较高，进一步增加了线性运动机构的成本。为节约线性运动机构的成本，一种替代方案是采用滚动驱动的线性运动机构，该线性运动机构包括柱状导轨和滚轮，滚轮在导轨上滚动实现线性运动，这种线性运动机构的优点是把直线导轨和传动机构合二为一了。但由于滚轮和导轨之间会出现打滑而影响传动精度，为了解决该问题，通常用磁栅尺或光栅尺进行定位，但这要求增加一个闭环伺服控制***，致使整个***的经济成本又升高了。故急需提供一种具有高精度、长距离运行、低成本的线性运动机构。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种内置式线性运动机构，包括滑动组件和精度控制组件，所述滑动组件包括滑动连接的U型滑轨和滑块，所述精度控制组件包括啮合的平面同步带和同步带轮；所述平面同步带固定于所述U型滑轨上，所述同步带轮驱动所述滑块作线性运动。
优选的，所述滑动组件还包括轴芯导轨，所述U型滑轨和滑块通过所述轴芯导轨可动连接。
优选的，所述U型滑轨相对的两个侧面上均设有轴芯槽，所述轴芯导轨容置于所述轴芯槽中，并与滑块滚动连接。
优选的，所述滑块包括安装架和设于所述安装架上的滚轮，所述滚轮与轴芯导轨滚动连接。
优选的，所述精度控制组件还包括刚性底板，所述平面同步带通过所述刚性底板连接在U型滑轨上。
优选的，所述精度控制组件还包括精度调节机构，所述精度调节机构调节平面同步带和同步带轮的间距。
优选的，所述精度调节机构包括固定架和间隙调节件，所述固定架通过所述间隙调节件与滑块间隙连接；所述同步带轮可转动地设于固定架上。
优选的，所述精度控制组件包括一个所述同步带轮，所述同步带轮与滑块可转动连接。
优选的，所述精度控制组件还包括保持架和环形双面同步带，所述同步带轮至少为两个，所述同步带轮通过所述保持架连接滑块，所述同步带轮通过所述环形双面同步带啮合平面同步带。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本申请中，精度控制组件通过啮合的平面同步带和同步带轮进行控制，不会出现打滑现象，利用同步带传动精度较高的特点，精确控制同步带轮在运动方向的精度；相对于传统的含磁栅尺的伺服闭环***，精度控制组件更具经济性。同时，本申请解决能够实现较长的传动距离。
2、本申请中，U型滑轨的加工要求更低，可以开模大批量生产，相对于传统线性导轨中的滑轨，较大程度降低了其加工成本。
3、同步带轮具有一定承载能力，本申请中可用于需要线性运动的操作平台或者其它机械自动化领域。
4、本申请的滑动组件制作简易，尤其滑块采用滚轮式，既能降低成本，又能允许高速运动。
附图说明
图1为本申请线性运动机构的侧视透视图；
图2为本申请线性运动机构的分解示意图；
图3为本申请线性运动机构的示意图一；
图4为本申请线性运动机构的示意图二；
图5为精度调节机构的示意图；
图6为本申请线性运动机构的示意图三。
其中，101、U型滑轨，101-1、轴芯槽，102、滑块，103、轴芯导轨，201、同步带轮，202、平面同步带，203、刚性底板，205、环形双面同步带，206-1、竖板，206-2、横板，206-3、间隙调节件，207-1、环形同步带，207-2、皮带轮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例加以详细说明。
如图1-6所示，一种内置式线性运动机构，包括滑动组件和精度控制组件，精度控制组件驱动滑动组件进行线性运动，并控制其运动方向的精度。滑动组件包括滑动连接的U型滑轨101和滑块102，精度控制组件包括啮合的平面同步带202和同步带轮201；平面同步带202安装在U型滑轨101中部U型槽的底面上，同步带轮201连接滑块102，并驱动其作直线运动。
本申请中，同步带轮201作为主动件，其动力可由外界的同步电机等元件提供。同步带轮201与平面同步带202配合工作，有效保证了滑块102在运动方向上的运动精度，解决了打滑问题；同步带轮201和平面同步带202的安装精度和运行直线度可通过滑动组件进行控制，也可外加其它机构进行调节。相对于传统的含磁栅尺的伺服闭环***，精度控制组件更具经济性，从而降低了整个***的加工成本。
具体的，滑动组件还包括轴芯导轨103，U型滑轨101相对的两个侧面上均设有轴芯槽101-1，轴芯导轨103固定于轴芯槽101-1内。滑块102包括安装架和滚轮，滚轮可转动地固定在安装架上，并与轴芯槽100-1滚动连接。滚轮至少包括两个，因而可以通过在安装架中设置如凸轮机构的装置，以进行调整滚轮与轴芯导轨103的间隙；不过优选设置四个以上的偶数个滚轮，目的之一是在通过如凸轮机构的装置调节滚轮与轴芯导轨103的间隙时，使左右两侧各有两个以上的滚轮与轴芯导轨103滚动连接，从而保证***的稳定性。
轴芯导轨103既是受力件，又作为导向件使用，因而轴芯导轨103及与其有连接关系的轴芯槽101-1和滚轮均要求高精度，故滑动组件通过轴芯导轨103与滚轮配合工作，实现了高精度的线性导向，并且摩擦损耗低。
为了保证滑块102的运动效果，轴芯导轨103轴向上的位移自由度通过U型滑轨101进行约束，该约束方式可以是轴芯导轨与U型滑轨101以焊接等形式固接，也可以是可拆卸连接。U型滑轨101可通过开模进行加工，实现大批量生产，较大降低了加工成本。
具体的，如图2所示，精度控制组件还包括刚性底板203，刚性底板203安装在U型滑轨101中部凹槽的底面上，两者可通过紧固件或其它方式连接；平面同步带202粘结或可拆卸地连接在刚性底板203上。刚性底板203采用刚性材质制成，且具有高平面度，用以弥补平面同步带202刚性不足的问题，从而避免了由平面同步带202刚性不足引起的稳定性问题、运动精度问题以及现有技术中线性运动机构只能用于轻载和短程的问题。在其它实施例当中，如果U型滑轨101底部的刚度足够，也可以不使用刚性底板203，但是该情况下对U型滑轨101的制造要求较高，不利于节约成本。
具体的，同步带轮201采用弧齿同步带轮201，相对于梯形齿同步带轮201，前者在带齿受载后应力分布状态较好，具有较高的承载能力，并且耐磨性好，工作时噪音小，利于提高整个线性运动机构的工作寿命。需要说明的是，图3和图4中，同步带轮201和同步带的齿形仅为示意，并不表示其真实形状。
进一步，精度控制组件还包括精度调节结构，用于调整平面同步带202和同步带轮。
在一个实施例中，请参阅图5和图6，精度调节机构包括固定架和间隙调节件206-3，同步带可转动的连接在固定架上，固定架通过间隙调节件206-3与滑块间隙连接，从而调节同步带轮与平面同步带202之间的距离。详细来说，固定架包括横板206-2和竖板206-1，竖板206-1固定在横板206-2的两侧，竖板206-1用于安装同步带轮，横板206-2用于连接滑块。间隙调节件206-3采用具有螺纹的杆件，间隙调节件206-3与横板206-2螺纹连接，滑块的安装架上设置有盲孔，间隙调节件206-3的端部容置于盲孔中。通过调整间隙调节件206-3与横板206-2的连接位置调节固定架与滑块之间的间隙，从而调整同步带轮与平面同步带202在竖直方向的距离，进而使两者更好地啮合。当然，本实施例中，同步带轮可以为一个或多个，在采用多个同步带轮时，需要实现多个同步带轮的转动连接，以保证它们的同步驱动，采用多个同步带轮可改善单个同步带轮的啮合受力状况，图5和图6分别以一个同步带轮、通过一个环形同步带207-1和两个皮带轮207-2同步驱动的两个同步带轮为例进行示意，但不作为对同步带轮数量的限定。
在另一实施例中，如图3所示，精度控制组件包括一个同步带轮201，该同步带轮201与滑块102通过轴类连接件可转动连接。如图1和图3所示，同步带轮连接在滑块102的一端，并与平面同步带202直接啮合，滑块102在同步带轮201的驱动下沿U型滑轨101作线性运动。
在另一实施例中，精度控制组件包括至少两个同步带轮201，而且，精度控制组件还包括保持架206和环形双面同步带205。为了更清晰的表述精度控制组件，本实施例以两个同步带轮201为例进行说明。请参阅图4和图6，两个同步带轮201安装在竖板206-1的两端，其中一个同步带轮作为主动轮，通过安装在竖板206-1上的电机驱动，另一个同步带轮为从动轮，两个同步带轮之间通过一定形式传动，为了便于理解本申请，此处给出一种传动结构，但该传动结构不作为对本申请的限定：请参阅图6，两个同步带轮201的中心轴各连接固接一个皮带轮207-2，两个皮带轮207-2通过环形同步带207-1连接；主动同步带轮驱动其对应的皮带轮转动，从而通过环形同步带207-1驱动另一个皮带轮207-2转动，进而使从动的同步带轮转动；环形双面同步带205呈张紧状态，其外侧齿与平面同步带202啮合，内侧齿与同步带轮啮合。上一实施例中，同步带轮201与平面同步带202的包角太小，在加速或减速时可能出现参与啮合的同步带齿负载太大的问题，而本实施例解决了该问题。
以上从结构角度举具体实施例进行了说明，以下结合使用工况对本申请进一步解释。本申请涉及的线性运动机构可作为工程机械设备中的一个部件，也可用于实验台中。请参阅图6，以实验台为例，U型滑轨101固定在实验台或型钢上，左边的竖板206-1外侧与需要线性运动的物理构件连接，线性机构动作，驱动该物理构件作线性运动。
以上公开的仅为本申请的部分具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (9)
1.一种内置式线性运动机构，其特征在于，包括滑动组件和精度控制组件，所述滑动组件包括滑动连接的U型滑轨和滑块，所述精度控制组件包括啮合的平面同步带和同步带轮；所述平面同步带固定于所述U型滑轨上，所述同步带轮驱动所述滑块作线性运动。
2.如权利要求1所述的线性运动机构，其特征在于，所述滑动组件还包括轴芯导轨，所述U型滑轨和滑块通过所述轴芯导轨可动连接。
3.如权利要求2所述的线性运动机构，其特征在于，所述U型滑轨相对的两个侧面上均设有轴芯槽，所述轴芯导轨容置于所述轴芯槽中，并与滑块滚动连接。
4.如权利要求3所述的线性运动机构，其特征在于，所述滑块包括安装架和设于所述安装架上的滚轮，所述滚轮与轴芯导轨滚动连接。
5.如权利要求1所述的线性运动机构，其特征在于，所述精度控制组件还包括刚性底板，所述平面同步带通过所述刚性底板连接在U型滑轨上。
6.如权利要求5所述的线性运动机构，其特征在于，所述精度控制组件还包括精度调节机构，所述精度调节机构调节平面同步带和同步带轮的间距。
7.如权利要求6所述的线性运动机构，其特征在于，所述精度调节机构包括固定架和间隙调节件，所述固定架通过所述间隙调节件与滑块间隙连接；所述同步带轮可转动地设于固定架上。
8.如权利要求1所述的线性运动机构，其特征在于，所述精度控制组件包括一个所述同步带轮，所述同步带轮与滑块可转动连接。
9.如权利要求1所述的线性运动机构，其特征在于，所述精度控制组件还包括保持架和环形双面同步带，所述同步带轮至少为两个，所述同步带轮通过所述保持架连接滑块，所述同步带轮通过所述环形双面同步带啮合平面同步带。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180914 |