CN108547923A - 一种可无限延长的高精度直线位移传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，包括：底座；滚子条装配组，滚子条装配组安装在底座顶面中部的滚子条安装基面上；直线导轨副，直线导轨副安装在底座顶面的两侧；滑台，滑台安装在直线导轨副上；凸轮装配组，凸轮装配组通过轴承座安装在滑台的底面上；和伺服电机，伺服电机设置在滑台上，且伺服电机的输出轴上安装有小带轮；小带轮通过同步带与凸轮装配组的输入带轮连接；凸轮装配组与滚子条装配组配合传动。本发明提供的可无限延长的高精度直线位移传动机构，适用于长行程的直线位移，可以无限延长，且具有高精度、长距离、高位移速度以及低维护成本的优点。

Description

一种可无限延长的高精度直线位移传动机构

技术领域

本发明涉及机械设备传动机构技术领域，更具体的说是涉及一种可无限延长的高精度直线位移传动机构。

背景技术

直线位移传动机构是各种机械设备直线移动中必须使用到的机构，而且像机床、自动化生产线、机器人移动搬运等更是需要高定位精度的直线位移机构。

目前，广泛使用的高精度直线位移传动机构有滚珠丝杆副和齿轮齿条副。

滚珠丝杆副被广泛使用在各种精密设备上，如机床，在短距离中具有高速高精度高稳定性等多种优势，然而随着位移距离的延长，滚珠丝杆副的位移速度、导程精度都会降低，制造难度和采购成本却不断升高，而且制造长度也有限，丝杆越长，受温度影响热变形也越大，同时，丝杆长度制造也受到一定的限制，因此滚珠丝杆副不适合超长行程的直线运动。

后来，在长行程直线移动中人们经常使用齿轮齿条副替代滚珠丝杆副，但是齿轮齿条副一般都需要将传动电机经减速机带动小齿轮旋转而实现直线位移，当下被广泛使用的是高速精密行星减速机，无法做到零背隙，而且小齿轮直径越大，反应到直线轴上的背隙就会越大，会直接降低机床的性能和加工精度；而如果使用双齿轮消除背隙，那就需要多一套电机和减速机构，成本将增加一倍；另外，齿轮齿条副和行星减速机内部的齿轮都是滑动摩擦副，对于润滑，材料选择和各零件的加工精度都有很高的要求，而且，在使用中，很快就会磨损需要重新调整或更换，增加了使用成本。

因此，如何提供一种可无限延长的高精度直线位移传动机构是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，适用于长行程的直线位移，可以无限延长，且具有高精度、长距离、高位移速度以及低维护成本的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，包括：底座；滚子条装配组，所述滚子条装配组安装在所述底座顶面中部的滚子条安装基面上；直线导轨副，所述直线导轨副安装在所述底座顶面的两侧；滑台，所述滑台安装在所述直线导轨副上；凸轮装配组，所述凸轮装配组通过轴承座安装在所述滑台的底面上；和伺服电机，所述伺服电机设置在所述滑台上，且所述伺服电机的输出轴上安装有小带轮；小带轮通过同步带与所述凸轮装配组的输入带轮连接；所述凸轮装配组与所述滚子条装配组配合传动。

优选的，所述滚子条装配组包括：多个滚子安装条，多个所述滚子安装条通过拼接安装板连接，且每个所述滚子安装条上设置有多个相同间隔的销孔；所述每个滚子安装条均包括多个滚子，每个滚子包括销轴和套在所述销轴上的第一轴承、轴承薄隔片、第二轴承和垫高片；所述销轴***销孔，并通过紧定螺丝压紧固定。

优选的，所述第一轴承和所述第二轴承均为深沟球轴承。

优选的，每个所述滚子安装条的长度小于1m，能够保证控制节距误差。

优选的，所述凸轮装配组包括：芯轴，所述芯轴的两端分别设置有第三轴承和第四轴承；两个所述圆柱凸轮，所述芯轴穿过两个所述圆柱凸轮的内孔，两个所述圆柱凸轮的相邻端面的外圆均铣有对称分布的两个第一键槽；两个所述圆柱凸轮均设置在所述第三轴承和所述第四中轴承之间；和剖分式调节片，所述剖分式调节片设置在相邻端面之间，且在外圆处也设置有与所述第一键槽对应的第二键槽，所述第一键槽和所述第二键槽通过连接键固定连接，并用螺丝固定在两个所述圆柱凸轮上；所述芯轴装有所述第三轴承的一端通过锁紧螺母锁紧；所述芯轴上设置所述第四轴承的一端套有同步带轮，所述同步带轮通过带轮胀紧套锁紧所述芯轴的另一端。

优选的，所述圆柱凸轮为单导程空间圆柱凸轮，所述剖分式调节片的制造厚度大于实际厚度，且为一整圆垫片对剖成两半，以保证所述圆柱凸轮配合进所述第一轴承和所述第二轴承后，能够通过磨削所述剖分式调节片的厚度，并对所述圆柱凸轮施加相对的扭转力使所述圆柱凸轮因为螺旋沟槽配合推滚子而往中间挤压，待所述剖分式调节片磨薄到适当厚度后所述圆柱凸轮的键槽刚好对齐，使得所述圆柱凸轮各自只有一个相对的面与滚子配合，消除了背隙。

优选的，所述凸轮装配组为单圆柱凸轮组，包括：所述芯轴，所述芯轴的两端分别设置有所述第三轴承和所述第四轴承；所述圆柱凸轮，所述芯轴穿过所述圆柱凸轮的内孔；所述芯轴装有所述第三轴承的一端通过所述锁紧螺母锁紧；所述芯轴上设置所述第四轴承的一端套有所述同步带轮，所述同步带轮通过所述带轮胀紧套锁紧所述芯轴的另一端。对于精度较低的一些场合，使用单圆柱凸轮组，从而降低了成本。

优选的，所述第三轴承和所述第四轴承均为深沟球轴承。

优选的，所述底座的顶面为凹型。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，滚子条装配组包括多个滚子安装条，多个滚子安装条通过拼接安装板连接，能够无限延长拼接到所需要的长度；芯轴上穿有单导程空间圆柱凸轮，两个圆柱凸轮之间设置有剖分式调节片，由于圆柱凸轮的沟槽制造时会大于滚子外径，故通过调节剖分式调节使两个圆柱凸轮各啮合一边，消除背隙；同时，芯轴安装第四轴承的一端安装同步带轮，伺服电机通过同步带轮带动芯轴旋转，使得实现零背隙传动。

本发明既有丝杆副滚动摩擦及螺旋传动的优点，又兼顾了齿轮齿条快速位移及长度不受限的特点，同时，由于是滚动摩擦，磨损较小，润滑寿命也高于齿轮齿条，且维护成本也较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的直线位移传动机构的结构示意图一。

图2附图为本发明提供的直线位移传动机构的结构示意图二。

图3附图为本发明提供的滚子条装配组的结构示意图一。

图4附图为本发明提供的滚子条装配组的结构示意图二。

图5附图为本发明提供的滚子条装配组中A-A的剖视图。

图6附图为本发明提供的凸轮装配组的结构示意图一。

图7附图为本发明提供的凸轮装配组的中A-A的剖视图。

图8附图为本发明提供的凸轮装配组的结构示意图二。

图9附图为本发明提供的凸轮装配组的中B-B的剖视图。

图10为本发明提供的单凸轮组的结构示意图一。

图11为本发明提供的单凸轮组的A-A的剖视图。

图中的附图标记为：

1为底座，2为滚子条装配组，3为直线导轨副，4为滑台，5为凸轮装配组，6为伺服电机，7为小带轮，8为同步带；

21为滚子安装条，22为拼接安装板，23为销轴，24为第一轴承，25为轴承薄隔片，26为第二轴承，27为垫高片，28为紧定螺丝；

51为芯轴，52为第三轴承，53为第四轴承，54为圆柱凸轮，55为剖分式调节片，56为连接键，57为同步带轮，58为带轮胀紧套，59为锁紧螺母。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，包括：底座1；滚子条装配组2，滚子条装配组2安装在底座1顶面中部的滚子条安装基面上；直线导轨副3，直线导轨副3安装在底座1顶面的两侧；滑台4，滑台4安装在直线导轨副3上；凸轮装配组5，凸轮装配组5通过轴承座安装在滑台4的底面上；和伺服电机6，伺服电机6设置在滑台4上，且伺服电机6的输出轴上安装有小带轮7；小带轮7通过同步带8与凸轮装配组5的输入带轮连接；凸轮装配组5与滚子条装配组2配合传动。

为了进一步地优化上述技术方案，滚子条装配组2包括：多个滚子安装条21，多个滚子安装条21通过拼接安装板22连接，且每个滚子安装条21上设置有多个相同间隔的销孔；每个滚子安装条均包括多个滚子，每个滚子包括销轴23和套在销轴23上的第一轴承24、轴承薄隔片25、第二轴承26和垫高片27；销轴23***销孔，并通过紧定螺丝28压紧固定。

为了进一步地优化上述技术方案，第一轴承24和第二轴承26均为深沟球轴承。

为了进一步地优化上述技术方案，每个滚子安装条21的长度小于1m。

为了进一步地优化上述技术方案，凸轮装配组5包括：芯轴51，芯轴51的两端分别设置有第三轴承52和第四轴承53；两个圆柱凸轮54，芯轴51穿过两个圆柱凸轮54的内孔，两个圆柱凸轮54的相邻端面的外圆均铣有对称分布的两个第一键槽；两个圆柱凸轮54均设置在第三轴承52和第四轴承53之间；和剖分式调节片55，剖分式调节片55设置在相邻端面之间，且在外圆处也设置有与第一键槽对应的第二键槽，第一键槽和第二键槽通过连接键56固定连接，并用螺丝固定在两个圆柱凸轮54上；芯轴51装有第三轴承52的一端通过锁紧螺母56锁紧；芯轴51上设置第四轴承53的一端套有同步带轮57，同步带轮57通过带轮胀紧套58锁紧芯轴51的另一端。

为了进一步地优化上述技术方案，圆柱凸轮54为单导程空间圆柱凸轮，剖分式调节片55的制造厚度大于实际厚度。

为了进一步地优化上述技术方案，凸轮装配组5为单圆柱凸轮组，包括：芯轴51，芯轴51的两端分别设置有第三轴承52和第四轴承53；圆柱凸轮54，芯轴51穿过圆柱凸轮54的内孔；芯轴51装有第三轴承52的一端通过锁紧螺母56锁紧；芯轴51上设置第四轴承53的一端套有同步带轮57，同步带轮57通过带轮胀紧套58锁紧芯轴51的另一端。

为了进一步地优化上述技术方案，第三轴承52和第四轴承53均为深沟球轴承。

为了进一步地优化上述技术方案，底座1的顶面为凹型。

本发明公开的可无限延长的高精度直线位移传动机构，工作过程为：凸轮装配组5通过轴承座安装面固定在滑台4的下安装平面上，伺服电机6安装在滑台4上，伺服电机6的电机输出轴上安装有小带轮7，小带轮7通过同步带8连接凸轮装配组5的输入带轮，从而带动圆柱凸轮54旋转，通过螺旋传动转换为直线移动，从而带动滑台4在底座上移动。

滚子条装配组包括多个滚子安装条21，多个滚子安装条21通过拼接安装板22连接，可以根据所需使用长度不断延长，无限拼接，实现无限延长。同时，因为圆柱凸轮54的沟槽实际宽度需大于第一轴承24和第二轴承26的外圆直径才能顺滑地转动，这就产生了配合间隙，由于剖分式调节片55的制造厚度大于其理论厚度，圆柱凸轮54的螺旋要重合则两个第一键槽则不重合，因此当安装凸轮装配组3于滑台4上时需先去掉连接键56，再安装到滑台4上，圆柱凸轮54均配合进了第一轴承24和第二轴承26，通过磨削剖分式调节片55的厚度，并对圆柱凸轮54施加相对的扭转力使两个圆柱凸轮54因为螺旋沟槽配合推滚子而往中间挤压，待剖分式调节片55磨削到适当厚度后圆柱凸轮54的第一键槽刚好对齐，放入连接键56并锁紧，这样就使圆柱凸轮54各自只有一个相对的面与滚子配合，从而消除了间隙。

同时，滚子安装条能够像齿条一样拼接延长且不受长度限制，圆柱凸轮54与滚子是滚动体摩擦，能够提高使用寿命，圆柱凸轮54是螺旋整体传动，只要通过同步带8小速比减速即可，不必像齿轮齿条大速比减速机减速，从而消除了输入间隙；且经过实际在机床上使用测试，通过激光干涉仪测量比较，精度可以达到精密研磨滚珠丝杠副C5级以上。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。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 (9)

1.一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，包括：

底座(1)；

滚子条装配组(2)，所述滚子条装配组(2)安装在所述底座(1)顶面中部的滚子条安装基面上；

直线导轨副(3)，所述直线导轨副(3)安装在所述底座(1)顶面的两侧；

滑台(4)，所述滑台(4)安装在所述直线导轨副(3)上；

凸轮装配组(5)，所述凸轮装配组(5)通过轴承座安装在所述滑台(4)的底面上；

和伺服电机(6)，所述伺服电机(6)设置在所述滑台(4)上，且所述伺服电机(6)的输出轴上安装有小带轮(7)；所述小带轮(7)通过同步带(8)与所述凸轮装配组(5)的输入带轮连接；

所述凸轮装配组(5)与所述滚子条装配组(2)配合传动。

2.根据权利要求1的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述滚子条装配组(2)包括：

多个滚子安装条(21)，多个所述滚子安装条(21)通过拼接安装板(22)连接，且每个所述滚子安装条(21)上设置有多个相同间隔的销孔；

所述每个滚子安装条(21)均包括多个滚子，每个所述滚子包括：销轴(23)和套在所述销轴(23)上的第一轴承(24)、轴承薄隔片(25)、第二轴承(26)和垫高片(27)；所述销轴(23)***销孔，并通过紧定螺丝(28)压紧固定。

3.根据权利要求2的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述第一轴承(24)和所述第二轴承(26)均为深沟球轴承。

4.根据权利要求2的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，每个所述滚子安装条(21)的长度小于1m。

5.根据权利要求1的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述凸轮装配组(5)包括：

芯轴(51)，所述芯轴(51)的两端分别设置有第三轴承(52)和第四轴承(53)；

两个圆柱凸轮(54)，所述芯轴(51)穿过两个所述圆柱凸轮(54)的内孔，两个所述圆柱凸轮(54)的相邻端面的外圆均铣有对称分布的两个第一键槽；两个所述圆柱凸轮(54)均设置在所述第三轴承(52)和所述第四轴承(53)之间；

和剖分式调节片(55)，所述剖分式调节片(55)设置在相邻端面之间，且在外圆处也设置有与第一键槽对应的第二键槽，第一键槽和第二键槽通过连接键(56)固定连接，并用螺丝固定在两个所述圆柱凸轮(54)上；

所述芯轴(51)装有所述第三轴承(52)的一端通过锁紧螺母(59)锁紧；

所述芯轴(51)上设置所述第四轴承(53)的一端套有同步带轮(57)，所述同步带轮(57)通过带轮胀紧套(58)锁紧所述芯轴(51)的另一端。

6.根据权利要求5的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述圆柱凸轮(54)为单导程空间圆柱凸轮，所述剖分式调节片(55)的制造厚度大于实际厚度，且为一整圆垫片对剖成两半。

7.根据权利要求1的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，凸轮装配组(5)为单圆柱凸轮组，包括：

所述芯轴(51)，所述芯轴(51)的两端分别设置有所述第三轴承(52)和所述第四轴承(53)；

所述圆柱凸轮(54)，所述芯轴(51)穿过所述圆柱凸轮(54)的内孔；

所述芯轴(51)装有所述第三轴承(52)的一端通过所述锁紧螺母(59)锁紧；

所述芯轴(51)上设置所述第四轴承(53)的一端套有所述同步带轮(57)，所述同步带轮(57)通过所述带轮胀紧套(58)锁紧所述芯轴(51)的另一端。

8.根据权利要求6或7的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述第三轴承(52)和所述第四轴承(53)均为深沟球轴承。

9.根据权利要求1-7任一项的一种可无限延长的高精度直线位移传动机构，其特征在于，所述底座(1)的顶面为凹型。