一种电动缸及应用该电动缸的多轴并联机构.pdf

本发明创造公开一种电动缸，包括壳体、动力单元、与动力单元相连的传动单元从而将动力传递至执行单元，传动单元构造成螺母丝杠结构，丝杠(16)一端的轴承(12)、螺母(18)连接的螺母座(19)外圈与电动缸缸筒内壁形成的第一配合面、螺母座连接的伸缩杆(22)内壁与丝杠一端的导向部件(23)外圈形成的第二配合面共同构成电动缸丝杠的三点支撑，提高了丝杆的容许转速及电动缸的径向刚度。本发明同时提供一种应用该电动缸的多轴并联机构，上平台、下平台间设置若干电动缸。

权利要求书
1.  一种电动缸，包括壳体、动力单元、与动力单元相连的传动单元从而将 动力传递至执行单元，其特征是：
所述执行单元构造成螺母丝杠结构，所述丝杠(16)一端与传动单元结合，该 端偏离端部且贴近传动单元处结合有轴承(12)，并通过轴承的限位部件将丝杠固 定在壳体上，形成丝杠的第一支撑；
所述螺母(18)与丝杠(16)结合构造成螺纹副，螺母连接螺母座(19)，所述螺 母座外圈与电动缸缸筒(15)内壁形成第一配合面，构造成丝杠旋转时，沿丝杠轴 线方向做直线运动的第一配合面形成丝杠的第二支撑；
所述螺母座(19)与伸缩杆(22)连接，所述伸缩杆具有沿丝杠轴向延伸的桶状 结构；所述丝杠的另一端结合导向部件(23)，所述导向部件外圈与伸缩杆内壁形 成第二配合面，构造成丝杠旋转时，沿丝杠径线方向做圆周运动的第二配合面 形成丝杠的第三支撑。

2.  根据权利要求1所述的电动缸，其特征是：所述伸缩杆(22)外侧与电动 缸缸筒(15)一端结合上端盖(26)，所述上端盖与伸缩杆的配合面设置耐磨层(25)。

3.  根据权利要求1所述的电动缸，其特征是：所述螺母座外圈，第一配合 面处；以及导向部件外圈，第二配合面处均设置耐磨层。

4.  根据权利要求1所述的电动缸，其特征是：所述电动缸缸筒(15)内设置 导轨(17)，所述螺母座开设导轨槽，构造成丝杠旋转时，导轨槽与导轨配合形成 直线运动副，螺母座沿丝杠轴线方向做直线运动。

5.  根据权利要求4所述的电动缸，其特征是：所述导轨槽与导轨配合处设 置导轨软带(21)。

6.  根据权利要求1所述的电动缸，其特征是：所述轴承内圈与丝杠(16)结 合，外圈与轴承座(13)结合；轴承的轴向限位构造为内圈壁厚处一端通过丝杠轴 肩定位，另一端通过紧定螺母(11)锁定；轴承的预紧构造为外圈壁厚处一端通过 轴承座台阶定位，另一端通过轴承端盖(14)限定。

7.  根据权利要求1或6所述的电动缸，其特征是：所述轴承座(13)分别通 过紧固件与底座(2)及电动缸缸筒(15)结合，电机(1)设置在底座(2)上，电机输出 轴与丝杠端部间结合传动单元。

8.  一种多轴并联机构，包括上平台、下平台，其特征是：所述上平台和下 平台间设置若干权利要求1-7所述的电动缸，构造为不同电动缸伸缩杆的运动， 带动上平台在空间一定方位和角度的运动。

说明书一种电动缸及应用该电动缸的多轴并联机构
技术领域
本发明创造涉及电动直线执行器技术领域。
背景技术
电动缸是工业自动化设备中直线执行器的一种，它将伺服电机的动力通过 传动机构传递到丝杠上，再通过丝杠螺母机构将丝杠的旋转运动转换为螺母的 直线运动，进而传递到伸缩杆上，从而实现伸缩杆相对于缸体的伸缩运动。相 比于常见的液压缸、气压缸等，电动缸反应迅速，执行精度高。然而，现有的 电动缸内的丝杠多采用一端固定、一端自由的安装方式，造成丝杠的容许转速 有明显的降低，限制了电动缸的最大伸出速度，而且不利于提高电动缸的径向 刚度。
发明创造内容
本发明创造所要解决的技术问题是提供一种能有效提高丝杠的容许转速， 并且提高径向刚度的电动缸。本发明创造同时提供一种应用该电动缸的多轴并 联机构。
本发明创造为解决上述技术问题，采用以下技术方案：
本发明创造的一种电动缸，包括壳体、动力单元、与动力单元相连的传动 单元从而将动力传递至执行单元，
所述执行单元构造成螺母丝杠结构，所述丝杠一端与传动单元结合，该端 偏离端部且贴近传动单元处结合有轴承，并通过轴承的限位部件将丝杠固定在 壳体上，形成丝杠的第一支撑；
所述螺母与丝杠结合构造成螺纹副，螺母连接螺母座，所述螺母座外圈与 电动缸缸筒内壁形成第一配合面，构造成丝杠旋转时，沿丝杠轴线方向做直线 运动的第一配合面形成丝杠的第二支撑；
所述螺母座与伸缩杆连接，所述伸缩杆具有沿丝杠轴向延伸的柱状结构； 所述丝杠的另一端结合导向部件，所述导向部件外圈与伸缩杆内壁形成第二配 合面，构造成丝杠旋转时，沿丝杠径线方向做圆周运动的第二配合面形成丝杠 的第三支撑。
根据优选实施例，所述伸缩杆外侧与电动缸缸筒一端结合上端盖，所述上 端盖与伸缩杆的配合面设置耐磨层。
根据优选实施例，所述螺母座外圈，第一配合面处；以及导向部件外圈， 第二配合面处均设置耐磨层。
根据优选实施例，所述电动缸缸筒内设置导轨，所述螺母座开设导轨槽， 构造成丝杠旋转时，导轨槽与导轨配合形成直线运动副，螺母座沿丝杠轴线方 向做直线运动。
根据优选实施例，所述导轨槽与导轨配合处设置导轨软带。
根据优选实施例，所述轴承内圈与丝杠结合，外圈与轴承座结合；轴承的 轴向限位构造为内圈壁厚处一端通过丝杠轴肩定位，另一端通过紧定螺母锁定； 轴承的预紧构造为外圈壁厚处一端通过轴承座台阶定位，另一端通过轴承端盖 限定。
根据优选实施例，所述轴承座分别通过紧固件与底座及电动缸缸筒结合， 电机设置在底座上，电机输出轴与丝杠端部间结合传动单元。
一种多轴并联机构，包括上平台、下平台，所述上平台和下平台间设置若 干上述实施例结构的电动缸，构造为不同电动缸伸缩杆的运动，带动上平台在 空间一定方位和角度的运动。
通过上述技术方案，提高了丝杆的容许转速及电动缸的径向刚度。
附图说明
图1为本发明创造优选实施例的丝杆轴向多点支撑的电动缸的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为应用本发明创造优选实施例的电动缸的多轴并联机构的结构示意图 一；
图4为应用本发明创造优选实施例的电动缸的多轴并联机构的结构示意图 二；
具体实施方式
如图1，本优选实施例的丝杆轴向多点支撑的电动缸，包括通过螺栓或其他 紧固件依次相连的电动缸缸筒15、轴承座13及底座2；其中，电机1通过螺栓 固定在底座2上，丝杠16设置在电动缸缸筒15内；底座2的腔体内，电机输 出轴与丝杠端部间结合皮带带轮传动单元。具体的，电机输出轴通过键5连接 带轮3，丝杠端部同样通过键6连接带轮9，带轮3和带轮9之间结合带8；其 中，为防止带轮9在丝杠上产生轴向位移以致脱落，加设防脱垫片10，该防脱 垫片10与带轮9外端面贴合，通过紧固件连接在丝杠端部。当然，根据应用情 况，传动单元也可采用齿轮、链轮链条等机构。
结合图1，丝杠16与带轮9结合端，该端偏离端部且贴近带轮9处结合有 轴承12，其中，轴承内圈与丝杠16配合，外圈与轴承座13配合；轴承内圈壁 厚处一端通过丝杠的轴肩定位，另一端通过紧定螺母11锁定，即丝杠的轴肩和 紧定螺母共同构成轴承的轴向限位构造；轴承外圈壁厚处一端通过轴承座的台 阶定位，另一端通过轴承端盖14限定，即轴承座的台阶和轴承端盖共同构成轴 承的预紧构造。综上，轴承及其上述限位部件共同构成丝杠轴向的第一支撑。
结合图1与图2，丝杠上结合螺母18构造成螺纹副，螺母上连接螺母座19， 螺母座外圈与电动缸缸筒内壁形成第一配合面，且该配合面处设置自润滑高分 子耐磨材料耐磨层20；具体的，螺母座外圈设有凹槽，耐磨层设置在凹槽内且 外延出螺母座外圈，这样，丝杠旋转时，螺母座沿丝杠轴线方向做直线运动， 具体是耐磨层与电动缸缸筒内壁形成第一配合面，构成丝杠轴向的第二支撑。
结合图1，螺母座19上连接伸缩杆22，伸缩杆具有沿丝杠轴向延伸的柱状 结构4；丝杠的另一端结合导向部件23，导向部件外圈与伸缩杆内壁形成第二 配合面，且该配合面处设置自润滑高分子耐磨材料耐磨层24；具体的，导向部 件外圈设有凹槽，耐磨层设置在凹槽内且外延出导向部件外圈，这样，丝杠旋 转时，导向部件沿丝杠径线方向做圆周运动，具体是耐磨层与伸缩杆内壁形成 第二配合面，构成丝杠轴向的第三支撑。
结合图1，电动缸缸筒内设置导轨17，螺母座19上开设导轨槽，导轨配合 于导轨槽内，且导轨与导轨槽的配合面处设置导轨软带21。这样的结构设置， 保证螺母座及与之结合的伸缩杆在丝杠旋转时，导轨槽与导轨配合形成直线运 动副，螺母座沿丝杠轴线方向做直线运动，伸缩杆沿着电动缸缸筒轴线伸缩而 不进行旋转。同时导轨软带减小了导轨17与导轨槽之间的摩擦系数，使动静摩 擦系数接近，实现启动无爬行现象，微动进给定位好。伸缩杆外侧与电动缸缸 筒一端结合上端盖26，且上端盖与伸缩杆的配合面设置自润滑高分子耐磨材料 耐磨层25；另外，为了防止灰尘等杂质进入到电动缸缸筒内部，对第一配合面、 丝杠及伸缩杆的运行造成影响，在上端盖与伸缩杆的配合面的上方设置防尘圈 27。同样，为保证底座2内传动单元不受外界灰尘或杂质的影响，以及出于防 护安全考虑，底座下方连接底板4进行密封。
综上实施例，电机运行时，通过传送单元带及带轮将动力传递至丝杠，丝 杠进行旋转运动，同时螺母、螺母座及伸缩杆在导轨的引导下，第一配合面沿 着丝杠轴向方向做直线运动，第二配合面沿着丝杠径向方向做圆周运动；伸缩 杆表现出的为相对于电动缸缸体的直线伸缩运动。在丝杆16的运行过程中，总 有轴承12、螺母座19、导向部件23的三点支撑，这种固定-支撑-支撑的安装方 式，提高了丝杆16的容许转速。各个相对滑动的部件之间设置了耐磨层，避免 了铁与铁金属之间的直接摩擦，使摩擦系数降低，另外软性材质的自修复性增 大支撑面积，提高了电动缸伸缩杆的径向刚度。
结合图3，一种六轴并联机构，包括上平台28、下平台32，六个上述电动 缸31设置在上平台和下平台之间。具体的，电动缸的伸缩杆上端的柱状结构4 设置连接法兰30，连接法兰30与万向轴29连接从而连接在上平台28上；电动 缸的底座下部的底板2与万向轴29连接从而连接在下平台32上。
结合图4，一种三轴并联机构，包括上平台33、下平台35，三个上述电动 缸31设置在上平台和下平台之间。具体的，电动缸的伸缩杆上端的柱状结构4 设置球轴承34，球轴承34与上平台连接；电动缸的底座下部的底板2与设置在 轴承座之间的轴连接从而连接在下平台上。
通过电机驱动，每个电动缸伸缩杆的伸缩运动，实现上平台在空间一定方 位和角度的运动。需说明的是，上述并联机构中，电动缸31与上平台和下平台 的连接方式不受上述优选实施例的限制，只要实现电动缸与上下平台的相对位 移和角度即可；同时上下平台的结构也不限于上述实施例，只要实现下平台与 固定面结合，上平台上另外设置驾驶室、屋体或座椅等。
应了解前述描述仅是示意性的，本领域的技术人员可以设计各种替代和修 改。例如，各从属权利要求中引述的特征可以以任何适当的组合形式彼此组合。 另外，上述不同实施例中的特征可选择性的结合成新实施例。因此，本描述意 于包含落在附属权利要求中的所有替代、修改和变异。