CN1922418B - 具有过载离合器的线性执行机构 - Google Patents

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Abstract

一种线性执行机构，其具有可逆电动机(2)和与其相连的启动元件(6)，该电动机(2)通过多级减速齿轮驱动主轴(4)。过载离合器(21)布置成与减速齿轮的第一级或者这些第一级中的一个相连。这在结构和负荷上是有利的。构造这种结构时获得更大的灵活性，而且离合器没有被严重加载。

Description

具有过载离合器的线性执行机构
技术领域
本发明涉及一种线性执行机构，该执行机构包括：壳体；可逆电动机，其带有电动机轴；减速齿轮，其具有若干级，其中，具有输入侧的第一级与电动机轴相连；主轴，该主轴的一端与减速齿轮中末级的输出侧相连，而主轴的另一端表示执行机构的前端；主轴螺母，其被固定以免在主轴上旋转，这样使主轴螺母在主轴上随着电动机的现行旋转方向进行往复运动，并且其中，主轴螺母可以间接或者直接地固定到执行机构要被安装于其中的结构上；后部固定件，其位于执行机构的后端，同样用来将执行机构连接在执行机构要被安装于其中的结构中；过载离合器，其在预定的扭矩下松开。
背景技术
用于工业目的的上述型式的执行机构由美国公司Warner ElectricBrake&Clutch Company销售，其商标为ELECTRAC。执行机构设有呈球体和棘爪离合器形式的过载离合器，该离合器布置在主轴与减速齿轮的输出侧之间。而且由于离合器上大的力矩负荷过载离合器的这一位置也使执行机构的速度受到限制。该执行机构在市场上以固定不变的形式销售至少最近的30年。
发明内容
本发明的目的是提供一种执行机构，这种类型的执行机构具有改进的性能和在构造该结构时具有更大的灵活性。
根据本发明提供了一种线性执行机构，该执行机构包括：壳体；可逆电动机，其带有电动机轴；减速齿轮，其具有若干级，其中，具有输入侧的第一级与电动机轴相连；主轴，该主轴的一端与减速齿轮中末级的输出侧相连，而主轴的另一端表示执行机构的前端；主轴螺母，其被固定以免在主轴上旋转，这样使主轴螺母在主轴上随着电动机的现行旋转方向进行往复运动，并且其中，主轴螺母可以间接或者直接地固定到执行机构要被安装于其中的结构上；后部固定件，其位于执行机构的后端，同样用来将执行机构连接在执行机构要被安装于其中的结构中；过载离合器，其在预定的扭矩下松开；其特征在于，减速齿轮中的第一级由行星齿轮构成，其中，电动机轴的延长端构造成太阳轮，该太阳轮与一对沿直径相对设置的斜齿轮相啮合，与轨道轮相啮合的行星轮与每个斜齿轮模制成整体；并且其中，过载离合器布置成与所述轨道轮相连。
本发明的执行机构的特征在于，过载离合器布置成与减速齿轮中的第一级或者这些第一级中的一个相连，这意味着，过载离合器不会受到如此大的力矩负荷，因此，该离合器可制造得更加紧凑和可靠。而且通过选择具有更大间距的主轴，较小的力矩负荷也使执行机构的速度能相对于已知的结构提高。在同一基本结构适合于和包含过载离合器的情况下，执行机构通过各种主轴装置和后面的齿轮级可容易地适合用户的特殊需要。在输电线从电动机延伸到过载离合器的情况下，需要时，可以增加用来提高执行机构自断路能力的制动器、用于在特殊情况下手动驱动执行机构曲柄用的接合器和其它附加器件。
为完整起见，应当提出，Dewert Antriebs-und SystemtechnikGmbA&Co.KG的DE10327736A1和Dana Corporation的EP1101571A2公开了一种具有球体和棘爪离合器的较小负荷执行机构。这里主轴借助单一蜗轮驱动，此处，离合器安装在蜗轮的侧部并与缸件的侧部相接合，该缸件固定装在相对于蜗轮的主轴上。还应该提出，参看Edward J.Faffney的US4846011得知，在主轴螺母本身设置摩擦离合器，但这只是对小型执行机构。
由于在其结构上的位置使得过载离合器上的扭矩较小，因此这时更加容易地采用其它形式的离合器，而不仅仅是球体和棘爪离合器。但是通常，使用非常坚固的球体和棘爪离合器仍然具有吸引力。根据本发明的一个优选实施例，提供了一种由盖封闭的特殊结构，其中，过载离合器由球体和棘爪离合器构成，该球体和棘爪离合器包括具有用于容纳球体的孔的环，并且其中，球体在一侧与第一板件上的凹陷相接合，第一板件牢固地与来自电动机的传动装置相连，而所述球体在另一侧与第二板件上的凹陷相接合，其中倚靠在盖顶部上安装的弹簧保持第一、第二板件与球体处于接合中，并且其中，盖被预定力直接或者间接地固定到第一板件上，并且其中，具有球体的环与到主轴的另外传动装置相连。用一预定力将盖压下并固定，使得离合器成为一个整体随时可以装在执行机构中，一方面确保独特的过载力矩，另一方面在安装在执行机构之前使它们能方便地进行试验。成品装置也明显有利于执行机构的安装工作。
以简单的方式达到齿轮装置中随后各级到主轴的过渡，在这种方式中，具有球体的环与具有齿轮的轴件相连。这又使得这些级易于适合用户的特殊需要。
为了提高执行机构的自断路能力，轴件可以与制动装置相连，该制动装置例如可以由螺旋弹簧和与其端部相接合的爪形离合器构成。
在某些情况下，最好是，可以用于驱动该执行机构。为此，轴件或其延长部可以是通过壳体上的开口来安装曲柄或者其它类似部件的装置。因此，该执行机构可以通过曲柄来驱动。
通过由两部分构成的安装件达到主轴的后部固定件和轴承的坚实而又简单的固定，这两部分安装在壳体的凹陷中，并用拧到后部固定件一部分上的螺母固定，该后部固定件的一部分伸出壳体。安装件可以是多边形，这样使后部固定件可以装在理想的位置。
因为是一种可以剧烈加载的工业用执行机构，故启动元件的导向外形除了通过端部固定到壳体上之外，另外还可以通过两个爪连接到壳体上，这两个爪向下夹紧在导向外形的外侧的边缘周围。因此，导向外形以简单的方式固定，阻止偏转。
当执行机构的电控制器装到壳体内时，便获得紧凑的结构，尤其在控制器设在沿电动机布置的单一印刷电路板上时，更是如此。
通过具有放置在处壳狭槽内的两个臂的纵向可移动元件使两个端部止动开关实现特别可靠而又坚实的端部止动构想，所述臂使单一弹簧***在它们之间，该弹簧的端部另外还接合外壳内的止动件。通过外部位置上的主轴螺母克服弹簧力直接或者间接地启动元件。仅使用弹簧、优选是偏压弹簧达到良好限定的运动。另外，当元件被允许导向开关的外侧时，该开关会实现甚至更为良好限定的启动。
通常，启动元件的位置通过霍尔传感器确定，这些传感器同样设置在印刷电路控制板上，但是，凡是需要确定绝对位置的地方，可以使用构造为附加装置的电位计，其与安全离合器和主轴之间的减速齿轮装置相啮合。构造为附加装置的电位计在不妨碍该结构其余部分的情况下大大简化了安装。
附图说明
从本发明的下面实施例中使得本发明的进一步特征更加清楚，该实施例将在下面参照附图更加充分地予以描述，在附图中：
图1示出从前面所视的执行机构透视图；
图2示出从后面所视的执行机构透视图；
图3示出执行机构的基本结构示意图；
图4示出执行机构的纵剖面图；
图5示出直接从前面所视的执行机构；
图6示出沿图4中线K-K的横剖面图；
图7示出直接从后面所视的执行机构；
图8示出直接从下面所视的执行机构；
图9示出沿图8中线G-G的横剖面图；
图10示出沿图8中线I-I的横剖面图；
图11示出执行机构的纵剖面图；
图12示出沿图11中线F-F的横剖面图；
图13示出沿图11中线J-J的横剖面图；
图14示出沿图11中线Q-Q的横剖面图；
图15示出沿图11中线S-S的横剖面图；
图16示出从上面所视的执行机构，附有沿图11中线H-H的纵剖面图；
图17示出印刷电路控制板的分解图；
图18示出电位计装置的分解图；以及
图19示出电动机前端上的支架透视图。
具体实施方式
如附图(图4)中所示的那样，执行机构的主要部件由壳体1、可逆电动机2、多级减速齿轮3、主轴4、主轴螺母5、呈管形活塞形式、也称为内管的启动元件6、为此也称为外管的导向件7以及最后后部固定件8构成。
为提高强度由模制铝制作的壳体1具有用螺钉装配的端罩1a，而且接头是不透水的(图1和2)。外管7是挤压成形的铝管，其横截面基本上为正方形，它用螺钉装配而成，其接头也是不透水的。在其一侧，外管7设有两个纵向凹槽9a、9b，这两个凹槽可以用来安装额外的设备。此外，管7与每个拐角的螺旋通道挤压在一起，从而在外部形成纵向伸出的条带10a、10b，该条带的横截面与圆的部分相同。为了固定外管，在两个条带10a、10b为此目的安装到壳体1的前端上凹口中的期间推动外管，该前端具有两个爪状突出部11a、11b，以便夹紧条带10a、10b。
电动机2固定到壳体中，在该壳体的内部设有凹陷，以在电动机的后端安装橡胶环(图4)。具有定位在电动机轴15延长部上的中心管状轴14的特殊构造的支架13(图19)用两个螺钉固定到电动机的前端。
减速齿轮的第一级由行星齿轮构成。电动机轴的延长端构造成太阳轮17，该太阳轮与一对沿直径相对设置(图10)的斜齿轮18相啮合。与轨道轮20相啮合的行星轮19与每个斜齿轮18模制成整体。
具有中心孔的钟形形状的轨道轮构成球体和棘爪离合器21用的基座。环形圆盘22固定在上侧，所述圆盘具有若干凹陷(图11)、这里具有6个凹陷，作为支座与设在环24的通孔中球体23的数量相对应，该环24的厚度稍微小于球体的直径，因此，这些球体在环的两侧稍微凸出。所述环24固定在管形轴件25上，该轴件25的一端向内放置在轨道轮20的轮毂26上。松动的环形圆盘27同样具有用于球体的凹陷，其设置在球体的顶部上。这些球体依靠此处两个盘簧28形式的弹簧力保持与两个环形圆盘22、27相接合，该弹簧28向着叠置盖29的顶部延伸，叠置盖29则通过侧部固定到轨道轮20的外侧上。为此，轨道轮设有环形凹槽。依靠预定的压力盖被向下压在轨道轮上，以偏压盘簧28。当达到确定的压力时，盖的侧壁便局部变形，进入到轨道轮的凹槽中，以将它们相互锁定。以这种简单的方式确保过载离合器良好限定的最大扭矩，且不受构成部分制造容差的制约。在正常的操作条件下，扭矩从行星齿轮通过球体与两个环形圆盘接合进行传递。当达到最大允许扭矩时，球体23便克服弹簧弹力28被迫离开其在轨道轮20上环22中的支座，并且随着球体跳入和跳出其支座而中断连接，同时产生巨声。当该扭矩降到低于最大允许扭矩时，球体便再次落到支座上。
过载离合器21表现为成品装置(图4和11)，它在支架13的管形轴14上向内与电动机的前端接触，并且用螺钉30和垫圈固定成与轴上的内台肩相接合。与太阳轮17相啮合具有斜齿轮18的行星轮19同样固定在支架上，在两个相对壁上具有一些孔，供齿轮的短轴使用。齿轮31固定到管形轴14上，以便进一步传动到主轴4上。
对于本身不是自断路型式的主轴，例如球形主轴和具有大螺距的爱克米螺纹的主轴而言，或者如果这样需要时，则根据具有向内弯端33的螺旋弹簧32执行机构可装置制动器(图4和6)。弹簧伸出到外壳内圆柱形***件34的侧壁上。制动效果是弹簧外侧与弹簧固定倚靠的圆柱形壁之间的摩擦的结果。爪形离合器的第一部分35a安装在支架轴上所述齿轮31的侧部上，并且可与一个弹簧端33相接合。该部分具有两个旋钮，这两个旋钮放置在齿轮31侧部的孔内。爪形离合器的另一部分35b具有管形件，该管形件放置在过载离合器管形轴14的端部上，并且通过花键连接固定。当电动机运行时，一个爪部分35b便旋转，与最靠近执行机构后端的弹簧端33接合，而使弹簧缩回，由此与侧壁脱开，从而使执行机构可自由运转。当电动机停机时，弹簧32由于其偏压在侧壁而产生制动。如果主轴4由于其上负荷大而将扭矩施加到第一爪部分35a上，从而旋转，使与最靠近过载离合器的弹簧端相接触，并由此将弹簧32更加固定倚靠在侧壁上，从而提高制动力。
当希望用手驱动执行机构时，例如由于检修执行机构安装于其中的结构，调整或者一般的电源故障，可以用手驱动该执行机构。为此，要拆下壳体上的螺钉36，这样便可接近另一爪部分35b(图4)。螺钉是六角固定螺钉，与用于螺钉相同的方孔螺钉头用扳手装配在爪部分的中心六角形孔中。当爪部分利用方孔螺钉头用扳手旋转时，制动弹簧32便松开，从而使执行机构可用扳手旋转。
可适合特殊要求的齿轮系从过载离合器中延伸。支架轴25上的齿轮31通常与另一齿轮37相啮合，在该齿轮37的侧部设有较小的齿轮，该小齿轮又与较大的齿轮38相啮合，该大齿轮通过双D凹槽连接部39安装在主轴的轴上。电动机具有大约3000rpm/min的转速，适合于并且包括行星齿轮的传动比大约为15。齿轮系的传动比在给定的范围内可以自由改变。如果希望最巨大的负荷，齿轮系例如可以设置大约为3的传动比，该传动比与大约7000N的最大负荷相对应。在负荷较小的情况下，齿轮系例如可以设置大约为1的传动比，该传动比与大约2500N的最大负荷相对应。因此，总传动比大约为45减速到15。在主轴间距为12mm及电动机规定速度的情况下，将产生800mm/sec到2400mm/sec的内管速度。
附图中的图3示出执行机构的基本结构。部分A用作标准装置，如所述那样，而部分B可适合用户的特殊需要。
放置在壳体中的、执行机构的后部固定件8的端部安装在六角形横截面的安装件40中，该安装件40装在壳体端罩的相应凹口中(图6和11)。因此，后部固定件可以30度为一级进行旋转，以使其位置适合执行机构安装于其中的结构。安装件由两部分40a、40b构成，这两个部分装配在被固定的后部固定件8周围，其中，元件40上的法兰接合后部固定件的凹槽。元件40还包括用于滚珠轴承41的支座，该滚珠轴承41通过轴套固定在主轴的轴上。轴承固定倚靠在轴套43的工作面和装在轴外端的头部44上。具有主轴装置4的安装件40利用后部固定件一部分上的螺母42固定到罩1a上，其中该后部固定件的一部分从其中伸出并且固定倚靠在罩的外侧上。后部固定件8具有带孔眼45的圆柱体元件，但是应该知道，执行机构可以设有用户特定的后部固定件。
如前面所述那样，外管7是具有外部正方形横截面和圆形内部横截面的铝制外形，它将主轴4和内管6封装起来(图4)。主轴螺母5安装在面对执行机构的内管6的端部上；主轴螺母由塑料制成，并且可设有金属制的安全螺母，该安全螺母装在主轴元件端部的凹口中，并用可撕裂元件固定，当主轴螺母失效时，可将该元件撕裂，因而由安全螺母承受负荷。从内管6向后伸出的主轴5的端部构造成导向轴套5a，该导向轴套5a导向外管7的内侧。为了旋转固定主轴螺母5，螺母的部分5a设有四个凸台5b，这些凸台放置在为此目的所设的外管7的凹槽中(图15)。另外，内管6向其导向的导向轴套46同样设在背离执行机构的外管7的端部上。最后，装有带唇部的密封环以密封内管的端罩拧到外管上。作为额外的安全措施，将一机械止动件，即呈环形的缓冲器固定到主轴4的外端上，以备端部止动件万一可能失效时使用。固定件48固定在内管6的端部，其中***轴的部分，因此，内管可以固定到执行机构将要安装其中的结构上。这里固定件构造成一活塞杆孔眼，但是它当然要适合用户特定要求。
具有控制执行机构所需的所有元件和电路的CS印刷电路板49***到电动机2下方的壳体1中(图11)。CS印刷电路板这样布置，即执行机构既可以用DC，也可以用AC电源运行，该电源设置在执行机构的外部。具有四个FET晶体管的电桥用来使电动机的旋转方向反向，而不是象以前那样机械地操纵继电器。CS印刷电路板延伸到壳体的前端，该壳体前端的每一侧都具有电缆50、51用的洞口(图16)。与这些洞口相连接，CS印刷电路板具有用于电缆的插头50a、51a。一根电缆50是电源电缆，而另一根51是控制电缆，例如用于手动控制或PLC控制。内管6的位置用两个霍尔传感器52确定，而两个霍尔传感器52布置在CS印刷电路板的后边缘上，该印刷电路板靠布置在齿轮37侧部上的多极磁铁53来启动。内管的端部止动位置用装在CS印刷电路板上的两个端部止动开关54、55确定。滑动件56布置在开关周围，这些开关是矩形的，所述滑动件设有两个框形开口，这两个开口导向开关的侧部，并在特定位置将其启动(图11和17)。滑动件具有角形腿部56a，该腿部向下延伸到主轴螺母5的后面。当主轴螺母处于其最内部位置时，便碰撞腿部56a的后边缘并向前拉动滑动件56，从而启动相应开关54，中断到电动机的电源。另外，细长板形杆57的一端固定到腿部上，其在外管7内部的凹槽中导向，并运动到它的前端，所述杆具有挡板57a，该挡板57a在主轴螺母5的轴环的前面向下延伸。在外部位置，轴环碰撞挡板并拉动杆，因此，滑动件向前，启动另一开关55，因而中断到电动机的电源。滑动件56保持在中间位置，在该位置，它具有两个指状物58a、58b，这两个指状物贯穿CS印刷电路板上的狭槽，在它的另一侧安装细长外壳59，在该外壳59内，有一微小偏压的螺旋弹簧60安装在端部之间。狭槽设在滑动件的指状物的外壳的两端上，该滑动件接合弹簧的端部。因此，滑动件依靠单一螺旋弹簧保持在中间位置上。当滑动件56向着执行机构的后端运动时，弹簧60被离执行机构前端最远的指状物58b压缩倚靠在外壳的后端上，而离执行机构后端最远的指状物58a在其狭槽内移动离开外壳59。在反向时，即当主轴螺母5离开其最内端位置并且向外运动时，弹簧张力确保滑动件56处于中间位置，而且由于弹簧60受到偏压，只有确定中间位置。当主轴螺母5处于其外部位置时，在另一开关55处发生同样情况。
不用霍尔传感器，执行机构可以设置电位计61，用于内管位置的绝对位置确定(图18)。电位计构造成附加装置，它可通过轴件上的轴套66固定在电动机前端的支架上。电位计装置构造在具有齿轮装置的底盘62上，在这里，具有其旋转轴61a的电位计经过两个O形环63运动到齿轮64上的管形轴件64a中。当电位计到达其外部位置时，O形环起到滑动离合器的作用。齿轮装置中的最后齿轮65与和齿轮37形成整体的齿轮相啮合，该齿轮37驱动主轴上的齿轮。
上面对执行机构进行描述，其中按导向外形引导的管形主轴杆固定到主轴螺母上。应该知道的是，执行机构也可以构造成没有活塞杆，但是螺母要固定到执行机构安装于其中的结构上，这个例如从LinakA/S的DK174457B1中获知。

Claims (10)

1.一种线性执行机构，该执行机构包括：
(a)壳体(1)；
(b)可逆电动机(2)，其带有电动机轴；
(c)减速齿轮，其具有若干级，其中，具有输入侧的第一级与电动机轴相连；
(d)主轴(4)，该主轴的一端与减速齿轮中末级的输出侧相连，而主轴的另一端表示执行机构的前端；
(e)主轴螺母(5)，其被固定以免在主轴上旋转，这样使主轴螺母(5)在主轴上随着电动机的现行旋转方向进行往复运动，并且其中，主轴螺母可以间接或者直接地固定到执行机构要被安装于其中的结构上；
(f)后部固定件(8)，其位于执行机构的后端，同样用来将执行机构连接在执行机构要被安装于其中的结构中；
(g)过载离合器(21)，其在预定的扭矩下松开；
其特征在于，
减速齿轮中的第一级由行星齿轮构成，其中，电动机轴的延长端构造成太阳轮(17)，该太阳轮与一对沿直径相对设置的斜齿轮(18)相啮合，与轨道轮(20)相啮合的行星轮(19)与每个斜齿轮模制成整体；并且其中，过载离合器布置成与所述轨道轮相连。
2.如权利要求1所述的执行机构，其特征在于，过载离合器(21)由球体和棘爪离合器构成，该球体和棘爪离合器包括具有用于容纳球体的孔的环(24)，并且其中，球体在一侧与第一板件(22)上的凹陷相接合，第一板件(22)牢固地与来自电动机的传动装置相连，而所述球体在另一侧与第二板件(27)上的凹陷相接合，其中倚靠在盖(29)顶部上安装的弹簧(28)保持第一、第二板件与球体处于接合中，并且其中，盖被预定力直接或者间接地固定到第一板件上，并且其中，具有球体的环与到主轴的另外传动装置相连。
3.如权利要求2所述的执行机构，其特征在于，具有球体的环(24)与具有齿轮(31)的轴件(25)相连，作为齿轮装置中随后各级到主轴的过渡。
4.如权利要求3所述的执行机构，其特征在于，轴件(25)与制动装置(32-35)相连，以提高执行机构的自断路能力。
5.如权利要求3所述的执行机构，其特征在于，轴件(25)的端部或者其延长部构造成通过壳体上的开口容纳曲柄，用以手动操作执行机构。
6.如权利要求1所述的执行机构，其特征在于，后部固定件(8)和用于主轴的轴承(41)固定在安装件上，该安装件由两部分(40a、40b)组成，这两部分安装在壳体的凹陷中并且被拧到后部固定件一部分上的螺母(42)所固定，该后部固定件的一部分伸出壳体。
7.如权利要求1所述的执行机构，其特征在于，该执行机构还包括启动元件(6)和用于启动元件(6)的导向外形(7)，用于启动元件(6)的导向外形(7)除了通过端部固定到壳体上之外，另外还通过两个爪(11b、11a)连接到壳体上，这两个爪(11b、11a)向下夹紧在导向外形的外侧的边缘周围。
8.如权利要求1所述的执行机构，其特征在于，执行机构用的电控制器(49)安装在壳体内。
9.如权利要求1所述的执行机构，其特征在于，主轴螺母的端部止动位置由两个电开关(54、55)控制，这两个电开关(54、55)通过纵向可移动元件(56)启动，该纵向可移动元件(56)具有放置在外壳(59)里的狭槽内的两个臂(58a、58b)，所述臂使弹簧(60)***到它们之间，该弹簧(60)的端部另外还接合外壳内的止动件。
10.如权利要求7所述的执行机构，其特征在于，通过电位计(61)确定启动元件的位置，该电位计(61)构造成附加装置，与过载离合器和主轴之间的减速齿轮装置相啮合。
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