CN118775513B - 一种用于丝杆电机的丝杆传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于丝杆电机领域，提供一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，用于连接电机转轴，电机转轴通过传动转接机构与丝杆的一端连接，消隙传动件传动安装在丝杆上，其中，传动转接机构包括壳体、至少一组轴承、中空转轴和锁紧连接组件，其中，至少一组轴承安装在中空转轴的圆周上，中空转轴的丝杆连接端与丝杆的一端配合安装，中空转轴的转轴连接端与电机转轴配合安装，中空转轴靠近驱动电机的一端外周通过锁紧连接组件与壳体配合安装，壳体的安装端面与驱动电机的端面固定连接。本发明不仅实现零部件的独立更换维护，降低维护成本，同时在确保传动精度的同时，提高了丝杆的承载能力，减少其使用局限性。
Description
技术领域
本发明属于丝杆电机领域，特别涉及一种用于丝杆电机的丝杆传动装置。
背景技术
丝杆电机，或称线性电机，是一种在工业自动化领域广泛应用的电机类型。丝杆电机在电机内部或外部将旋转运动转化为线性运动，这主要依赖于螺旋传动原理。具体而言，电机内部或外部配置有一根螺杆和螺母。当电机旋转时，螺杆与螺母之间通过螺旋传动原理进行运动转换。电机每转动一定角度，螺母就会沿螺杆轴向移动一定距离，从而实现精密的直线运动。这种传动方式使得丝杆电机在需要精确控制位置或速度的场合具有显著优势。而丝杆电机的精密控制技术正是其能够广泛应用于各种自动化设备的关键。
但是丝杆电机相较于其他类型的电机，其力矩通常较小。这意味着在需要较大推力或负载的场合，丝杆电机可能无法满足负载要求。此外，由于其制造工艺复杂、材料成本较高以及市场需求相对较小等因素的影响，相较于其他类型的电机，丝杆电机的价格通常较高。而常规的丝杆电机多为一体化设置，一旦需要更换螺杆只能将电机进行整体更换，导致后期维护成本过高，影响其广泛应用。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，不仅实现零部件的独立更换维护，降低维护成本，同时在确保传动精度的同时，提高了丝杆的承载能力，减少其使用局限性。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，用于连接电机转轴，包括传动转接机构、丝杆和消隙传动件，所述电机转轴通过传动转接机构与丝杆的一端连接，所述消隙传动件传动安装在所述丝杆上，其中，所述传动转接机构包括壳体、至少一组轴承、中空转轴和锁紧连接组件，其中，至少一组所述轴承安装在所述中空转轴的圆周上，且所述轴承的外圈与所述壳体配合安装，所述中空转轴的丝杆连接端与所述丝杆的一端配合安装，所述中空转轴的转轴连接端与所述电机转轴配合安装，所述中空转轴靠近驱动电机的一端外周通过锁紧连接组件与所述壳体配合安装，所述壳体的安装端面与驱动电机的端面固定连接，且所述电机转轴、丝杆和中空转轴同心设置。
优选地，所述锁紧连接组件包括具有外螺纹的预紧螺母、具有内螺纹的锁紧螺母和调节垫圈，其中，预紧螺母与所述壳体螺纹连接，所述锁紧螺母与所述中空转轴的外圈螺纹连接，所述调节垫圈安装在预紧螺母和轴承之间。
优选地，所述中空转轴的转轴连接端的侧壁上开有销孔Ⅰ，所述壳体的侧壁上开有与销孔Ⅰ相对应的安装孔，所述电机转轴插接在所述中空转轴中，并通过安装孔在销孔Ⅰ中安装连接销柱Ⅰ，用于连接中空转轴和电机转轴。
优选地，所述中空转轴的丝杆连接端的侧壁上均开有销孔Ⅱ，且在销孔Ⅱ中安装连接销柱Ⅱ，用于连接中空转轴和丝杆。
优选地，所述轴承数量有两个，所述中空转轴外周一体成型有环形定位台阶，两个所述轴承分别安装在环形定位台阶两侧。
优选地，所述消隙传动件包括主传动件、副传动件、预紧件、定位环套和消隙环件，所述主传动件和所述副传动件分别与所述丝杆螺纹连接，且所述副传动件之间安装有定位环套，所述消隙环件套接在所述主传动件、定位环套和副传动件的外周，所述预紧件螺纹连接在所述副传动件远离主传动件的一端，且所述消隙环件的两端的端面分别与所述预紧件和主传动件抵接。
优选地，所述消隙环件的环形壁面上一体成型加工有若干圈间隔分布的镂空槽，且各圈所述镂空槽沿消隙环件轴向分布。
优选地，所述定位环套的两端环形端面上均开有环形槽，两端的环形槽分别与主传动件和副传动件端面上的环形凸起配合安装。
优选地，所述预紧件的外周面上加工有花纹，用于增大摩擦。
优选地，所述消隙环件的两端分别与主传动件和预紧件锥面配合抵接安装。
有益效果：本发明提供一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，具有如下优点：
（1）本发明利用传动转接机构实现了丝杆与电机的分体式设计，不仅便于独立更换零部件，降低维护成本，而且通过对于传动转接机构的设计，相比于一体式设计，提高了对丝杆的负载能力和刚度。
（2）本发明中通过对消隙传动件的设计，采用消隙环件一方面可以因消除丝杆和消隙传动件配合时存在的轴向与径向的间隙，实现消隙传动件在丝杆上的双向稳定传动，另一方利用整体设计的消隙环件，能够在较大负载下保持稳定的性能，减少因负载变化引起的间隙变化，从而可以进一步提高丝杆电机的承载能力和传动稳定性。
附图说明
图1为实施例1的传动转接机构的整体结构示意图1；
图2为实施例1的传动转接机构的整体结构示意图2；
图3为传动转接机构的轴向截面示意图；
图4为实施例1的消隙传动件的整体结构示意图；
图5为消隙传动件的轴向截面示意图；
图中：传动转接机构1、壳体1-1、安装孔1-11、轴承1-2、中空转轴1-3、销孔Ⅰ1-31、销孔Ⅱ1-32、环形定位台阶1-33、锁紧连接组件1-4、预紧螺母1-41、锁紧螺母1-42、调节垫圈1-43、丝杆2、消隙传动件3、主传动件3-1、副传动件3-2、预紧件3-3、定位环套3-4、环形槽3-41、消隙环件3-5、镂空槽3-51。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1，一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，用于连接电机转轴，如图1-5所示，包括传动转接机构1、丝杆2和消隙传动件3，电机转轴通过传动转接机构1与丝杆2的一端连接，消隙传动件传动3安装在丝杆2上，其中，如图1-3所示，传动转接机构1包括壳体1-1、至少一组轴承1-2、中空转轴1-3和锁紧连接组件1-4，其中，至少一组轴承1-2安装在中空转轴1-3的圆周上，且轴承1-2的外圈与壳体1-1配合安装，中空转轴1-3的丝杆连接端与丝杆2的一端配合安装，中空转轴1-3的转轴连接端与电机转轴配合安装，中空转轴1-3靠近驱动电机的一端外周通过锁紧连接组件1-4与壳体1-1配合安装，壳体1-1的安装端面与驱动电机的端面固定连接，且电机转轴、丝杆2和中空转轴1-3同心设置。
本发明中，驱动电机可以根据实际需求进行选择性适用。同时本领域技术人员可以根据实际适用的电机（例如步进电机、伺服电机）设计丝杆传动装置的结构参数。
本实施例1中，如图3所示，锁紧连接组件1-4包括具有外螺纹的预紧螺母1-41、具有内螺纹的锁紧螺母1-42和调节垫圈1-43，其中，预紧螺母1-41与壳体1-1螺纹连接，锁紧螺母1-42与中空转轴1-3的外圈螺纹连接，调节垫圈2安装在预紧螺母1-41和轴承1-2之间的装配间隙中。本发明中，锁紧螺母1-42是将轴承1-2锁紧到中空转轴1-3上；预紧螺母1-41和调节垫圈1-43的作用是组合起来给轴承1-2外圈锁紧，最终产生一个轴承预紧力，既能保证轴承使用寿命，也能消除轴向间隙。
本实施例1中，如图1和3所示，中空转轴1-3的转轴连接端的侧壁上开有销孔Ⅰ1-31，壳体1-1的侧壁上开有与销孔Ⅰ1-31相对应的安装孔1-11，电机转轴插接在中空转轴1-3中，并通过安装孔1-11在销孔Ⅰ1-31中安装连接销柱Ⅰ，用于连接中空转轴1-3和电机转轴，从而将电机转轴与中空转轴1-3连接固定起来。
本实施例1中，如图2和3所示，中空转轴1-3的丝杆连接端的侧壁上均开有销孔Ⅱ1-32，且在销孔Ⅱ1-32中安装连接销柱Ⅱ，用于连接中空转轴1-3和丝杆2。
本实施例1中，如图3所示，轴承1-2数量有两个，中空转轴1-3外周一体成型有环形定位台阶1-33，两个轴承1-2分别安装在环形定位台阶1-33两侧。本发明中，由于不受驱动电机的空间限制，可以在壳体1-1内根据实际应用需求设置轴承的直径与数量，从而有效提高丝杆的负载能力和刚度。
本实施例1中，如图4-5所示，消隙传动件3包括主传动件3-1、副传动件3-2、预紧件3-3、定位环套3-4和消隙环件3-5，主传动件3-1和副传动件3-2分别与丝杆2螺纹连接，且主传动件3-1和副传动件3-2之间安装有定位环套3-4，消隙环件3-5套接在主传动件3-1、定位环套3-4和副传动件3-2的外周，预紧件3-3螺纹连接在副传动件3-2远离主传动件3-1的一端，且消隙环件3-5两端的端面分别与预紧件3-3和主传动件3-1抵接。本实施例1中，消隙环件3-5的两端分别与主传动件3-4和预紧件3-3锥面配合抵接安装。
本发明中，为了进一步提高消隙传动件3的负载能力和刚性，消隙环件3-5采用整体设计的环形金属件，保证其在轴向上具有压缩变形空间即可。
本实施例1中，如图4所示，消隙环件3-5的环形壁面上一体成型加工有若干圈间隔分布的镂空槽3-51，且各圈镂空槽3-51沿消隙环件3-5轴向分布。本发明中，通过在整体设计的消隙环件3-5上沿轴向分布镂空槽3-51，使得消隙环件3-5在轴向上具有压缩变形空间，从而在受到预紧件3-3的挤压作用时可以通过压缩变形提供反作用力。本发明中，可以通过调整消隙环件轴向上相邻镂空槽3-51之间的距离来控制消隙环件3-5在轴向上的压缩变形能力。镂空槽3-51的形状以及长度可由本领域技术人员根据实际需求进行设计。
本实施例1中，如图5所示，定位环套3-4的两端环形端面上均开有环形槽3-41，两端的环形槽3-41分别与主传动件3-1和副传动件3-2端面上的环形凸起配合安装。本发明中定位环套3-4的作用是使主传动件3-1和副传动件3-2保持同心，从而保证两者的作用螺纹在静止或远离时都保持同心。
本实施例1中，如图4所示，预紧件3-3的外周面上加工有花纹，用于增大摩擦。
本发明的设计原理如下：
相比现有的一体式丝杆电机的设置，本发明采用传动转接机构1将丝杆与电机转轴分离设计。当进行装配时，只需要将电机转轴和丝杆2分别插装在中空转轴1-3的两端，随后从安装孔1-11在销孔Ⅰ1-31中装入销柱Ⅰ，即能实现电机转轴和中空转轴1-3的定位连接，同时在销孔Ⅱ1-32中装入销柱Ⅱ即能实现丝杆和中空转轴1-3的定位连接。最后采用螺栓等现有连接件将传动转接机构1安装在驱动电机的输出端面即可。当需要替换丝杆时，只需要将传动转接机构1从驱动电机的输出端面拆卸下来，并拔除销柱Ⅰ即可，维护方便快捷，无须拆装电机。
由于消隙传动件3（或螺母）需要在丝杆上进行双向直线运动，若无法消除消隙传动件3（或螺母）在轴向上与丝杆的双向间隙，则会直接影响传动的准确性，使得位置偏差增大，无法满足精密传动的要求，尤其在需要频繁进行定位操作的场合，螺母和螺杆之间的间隙会使得每次定位时都存在一定的偏差，导致重复定位精度降低，影响设备的整体性能。此外，轴向间隙的存在会使得传动过程中产生不必要的振动和噪音，在高速或高负载工况下，消隙传动件3（或螺母）和丝杆之间的间隙会导致传动系统的动态性能下降。而常规的消隙传动件多采用弹簧实现消隙，但是弹簧的承载能力以及精度控制能力有限，极容易受到材料疲劳、变形等因素的影响，无法满足在长时间或高负载工况的应用需求。基于上述原因，本发明中对消隙传动件3进行了改进，采用整体成型设计的带有镂空槽的消隙环件3-5实现消隙功能，具体设计原理如下：如图5所示，首先将主传动件3-1旋入丝杆，接着装入定位环套3-4，再将副传动件3-2旋入丝杆，并且将主传动件3-1和副传动件3-2端面上的环形凸起卡入定位环套3-4的环形槽3-41内。随后通过旋拧预紧件3-3对副传动件3-2提供预紧力，使得副传动件3-2的螺纹进入丝杆预设的螺纹槽中。同时在旋拧过程中，消隙环件3-5的一端受到挤压，并将挤压力传递给主传动件3-1，主传动件3-1在该挤压作用下使其螺纹牙面始终与丝杆上一侧（图5中为左侧）的螺纹牙面贴合。与此同时，消隙环件3-5受挤压后对预紧件3-3提供反作用力，预紧件3-3在该反作用力下带动副传动件3-2向远离主传动件3-1的一侧移动，使得副传动件3-2螺纹牙面始终与丝杆上另一侧（图5中为右侧）的螺纹牙面贴合。同时，主传动件3-1的锥面与消隙环件3-5的锥面互相配合，在消隙环件3-5受挤压产生的作用力下摩擦受阻，使两者紧密配合不产生旋转滑动。预紧件3-3和消隙环件3-5同样配合不产生旋转滑动。预紧件3-3与副传动件3-2螺纹连接，最终保证了主传动件3-1与副传动件3-2不产生角度上的旋转滑动。因此，在消隙环件3-5与预紧件3-3的配合作用下，主传动件3-1和副传动件3-2的螺纹牙面在轴向上始终与丝杆的螺纹牙面紧密贴合，实现了轴向的双向消隙。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于丝杆电机的丝杆传动装置，用于连接电机转轴，其特征在于，包括传动转接机构（1）、丝杆（2）和消隙传动件（3），所述电机转轴通过传动转接机构（1）与丝杆（2）的一端连接，所述消隙传动件（3）传动安装在所述丝杆（2）上，其中，所述传动转接机构（1）包括壳体（1-1）、至少一组轴承（1-2）、中空转轴（1-3）和锁紧连接组件（1-4），其中，至少一组所述轴承（1-2）安装在所述中空转轴（1-3）的圆周上，且所述轴承（1-2）的外圈与所述壳体（1-1）配合安装，所述中空转轴（1-3）的丝杆连接端与所述丝杆（2）的一端配合安装，所述中空转轴（1-3）的转轴连接端与所述电机转轴配合安装，所述中空转轴（1-3）靠近驱动电机的一端外周通过锁紧连接组件（1-4）与所述壳体（1-1）配合安装，所述壳体（1-1）的安装端面与驱动电机的端面固定连接，且所述电机转轴、丝杆（2）和中空转轴（1-3）同心设置；
所述消隙传动件（3）包括主传动件（3-1）、副传动件（3-2）、预紧件（3-3）、定位环套（3-4）和消隙环件（3-5），所述主传动件（3-1）和所述副传动件（3-2）分别与所述丝杆螺纹连接，且所述副传动件（3-2）之间安装有定位环套，所述消隙环件（3-5）套接在所述主传动件（3-1）、定位环套（3-4）和副传动件（3-2）的外周，所述预紧件（3-3）螺纹连接在所述副传动件（3-2）远离主传动件（3-1）的一端，且所述消隙环件（3-5）两端的端面分别与所述预紧件（3-3）和主传动件（3-1）抵接。
2.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述锁紧连接组件（1-4）包括具有外螺纹的预紧螺母（1-41）、具有内螺纹的锁紧螺母（1-42）和调节垫圈（1-43），其中，预紧螺母（1-41）与所述壳体（1-1）螺纹连接，所述锁紧螺母（1-42）与所述中空转轴（1-3）的外圈螺纹连接，所述调节垫圈（1-43）安装在预紧螺母（1-41）和轴承（1-2）之间。
3.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述中空转轴（1-3）的转轴连接端的侧壁上开有销孔Ⅰ（1-31），所述壳体（1-1）的侧壁上开有与销孔Ⅰ（1-31）相对应的安装孔，所述电机转轴插接在所述中空转轴中，并通过安装孔在销孔Ⅰ（1-31）中安装连接销柱Ⅰ，用于连接中空转轴和电机转轴。
4.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述中空转轴（1-3）的丝杆连接端的侧壁上均开有销孔Ⅱ（1-32），且在销孔Ⅱ（1-32）中安装连接销柱Ⅱ，用于连接中空转轴（1-3）和丝杆（2）。
5.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述轴承（1-2）数量有两个，所述中空转轴（1-3）外周一体成型有环形定位台阶（1-33），两个所述轴承（1-2）分别安装在环形定位台阶（1-33）两侧。
6.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述消隙环件（3-5）的环形壁面上一体成型加工有若干圈间隔分布的镂空槽（3-51），且各圈所述镂空槽（3-51）沿消隙环件（3-5）轴向分布。
7.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述定位环套（3-4）的两端环形端面上均开有环形槽（3-41），两端的环形槽（3-41）分别与主传动件（3-1）和副传动件（3-2）端面上的环形凸起配合安装。
8.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述预紧件（3-3）的外周面上加工有花纹，用于增大摩擦。
9.根据权利要求1所述的用于丝杆电机的丝杆传动装置，其特征在于，所述消隙环件（3-5）的两端分别与主传动件（3-1）和预紧件（3-3）锥面配合抵接安装。
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