CN112879519B - 一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，包括底座，该底座上安装有丝杠螺母机构，其中丝杠螺母通过球轴承转动安装在底座上，丝杠螺母连接有动力输入机构，丝杠一端为复位端，复位端外罩设有套筒，该套筒与底座固定连接，该套筒与丝杠复位端之间设有直线导向机构，套筒靠近丝杠螺母的内端设有内棘轮组件，该内棘轮组件与丝杠复位端之间形成内棘轮机构，其允许丝杠沿着进给方向单向转动，当丝杠被反向驱动时，内棘轮机构阻挡其反向转动，从而使丝杠做复位直线运动。本发明的有益效果：能够实现单个动力输入下直线运动和旋转运动的输出，动力输入反向时丝杠又能自动复位，整个装置结构简单、紧凑、便于自动控制。

Description

一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，涉及一种能实现复合运动的蜗轮丝杆装置，具体涉及一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置。

背景技术

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，在顶升装置、直线驱动等领域广泛应用，有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠，也有调整零件之间相对位置的螺旋传动机构等。丝杆升降机有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高、不能自锁，但其大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长。丝杠电机即基于丝杠螺母机构设计，目前丝杠电机只能实现直线运动输出或者旋转运动输出，面对有些需要复合运动的工况时，只能采用含有两种运动形式的丝杆机构进行串联双驱动或更多驱动的多自由度控制的形式。这不仅大大增加了装置的体积，也增加了控制的难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置。

其技术方案如下：

一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，包括底座，该底座上安装有丝杠螺母机构，该丝杠螺母机构包括相啮合的丝杠螺母和丝杠，所述丝杠螺母通过球轴承转动安装在所述底座上，其关键在于，

所述丝杠螺母连接有动力输入机构；

所述丝杠的一端为输出端，另一端为复位端，所述复位端伸出所述丝杠螺母，所述复位端外罩设有套筒，该套筒与所述底座固定连接，该套筒的筒心线与所述丝杠的中心线重合，该套筒与所述复位端之间设有直线导向机构，该直线导向机构引导所述丝杠沿其轴向滑动；

所述套筒靠近所述丝杠螺母的内端设有内棘轮组件，所述复位端靠近所述内棘轮组件时，所述直线导向机构分离，所述复位端与所述内棘轮组件之间形成内棘轮机构，该内棘轮机构允许所述丝杠在所述动力输入机构的驱动下沿着其进给方向单向转动；

当所述动力输入机构的动力输入换向时，所述内棘轮机构阻挡所述丝杠反向转动，且当所述丝杠处于转动停止位时，所述直线导向机构重新配合，从而使所述动力输入机构带动所述丝杠做复位直线运动。

采用以上设计，初始状态下丝杠复位端位于套筒远离底座一端，动力输入机构带动丝杠螺母转动，丝杠螺母驱动丝杠，由于丝杠不能滑动，只能相对套筒滑动，从而使得丝杠输出直线运动，当复位端运动至内棘轮组件处时不再受直线导向机构的约束而能够转动，从而与丝杠螺母同步转动，输出旋转运动；当动力输入机构的动力输入换向时，当丝杠被棘轮组件所阻挡而不再转动，导向滑块自动滑入导向滑槽，丝杠螺母带动丝杠复位。

作为优选技术方案，上述复位端固定连接有丝杠底板，该丝杠底板位于所述套筒内；

所述套筒内壁开设有导向滑槽，该导向滑槽平行于所述丝杠的轴向设置，所述丝杠底板的边缘一体成型有导向滑块，该导向滑块滑动设置在所述导向滑槽内，从而形成所述直线导向机构；

当所述动力输入机构的动力输入换向时，所述内棘轮机构阻挡所述丝杠底板反向转动，且当所述丝杠底板处于转动停止位时，所述导向滑块正对所述导向滑槽的端部，所述导向滑槽对应所述内棘轮组件的端部开口，以允许所述导向滑块滑入所述导向滑槽。

采用以上设计，结构简单，导向滑块在与导向滑槽配合和与内棘轮组件配合之间切换，实现直线输出和旋转运动输出的切换。

作为优选技术方案，上述丝杠底板为圆板，所述丝杠底板的一侧表面抵靠所述丝杠的复位端并与其固定连接，所述丝杠底板的边缘环向均匀分布有至少两个所述导向滑块；

所述套筒的内壁环向均匀分布有至少两条所述导向滑槽，所述导向滑槽与所述导向滑块一一对应；

所述套筒远离所述丝杠螺母的端面上扣盖有封盖。

采用以上设计，多个导向滑块与导向滑槽配合，有助于丝杠做直线运动保持时稳定，套筒端部设置封盖，对丝杆复位直线运动起限位作用。

作为优选技术方案，上述底座上还设置有转台轴承，该转台轴承套设于所述丝杠外，该转台轴承的一个端面朝向所述套筒内孔，并与所述丝杠底板平行正对。

采用以上设计，当丝杠进给至最大行程时，丝杠底板抵靠转台轴承，防止摩擦力过大造成损坏。

作为优选技术方案，上述内棘轮组件包括防倒转环、棘轮挡块和挡块复位压簧，所述防倒转环设置在所述套筒内壁，所述防倒转环的内壁不高于所述导向滑槽的槽底；

所述防倒转环上贯穿有挡块容纳缺口，该挡块容纳缺口内设有所述棘轮挡块，所述棘轮挡块呈弧形条状，所述棘轮挡块沿着所述防倒转环的延伸方向设置，其一端与所述防倒转环铰接，另一端为活动端，所述棘轮挡块的铰接端到活动端的延伸方向与所述丝杠的进给转动方向同向，所述活动端分叉以形成限位卡口，所述挡块容纳缺口边缘连接有限位块，该限位块伸入所述限位卡口内；

所述活动端对应所述导向滑槽的端部开口；

所述棘轮挡块外侧面与所述套筒之间设有转动让位腔，该转动让位腔内设有所述挡块复位压簧，该挡块复位压簧的一端抵靠所述套筒，另一端抵靠所述棘轮挡块的外侧面。

采用以上设计，丝杠沿着进给方向转动时，丝杠底板同步转动且导向滑块将棘轮挡块向外顶压，棘轮机构不影响丝杠的转动；当丝杠反向转动时，丝杠底板转动至导向滑块靠近棘轮挡块的活动端端面，棘轮挡块阻挡导向滑块，丝杆螺母继续转动使得导向滑块进入导向滑槽，丝杠做复位直线运动完成复位。

作为优选技术方案，上述底座具有内部空腔，所述底座的一对相平行的壁上分别开设有安装孔，所述底座内设有所述丝杠螺母，所述丝杠螺母的两端分别正对相应的所述安装孔，所述丝杠螺母的两端分别与所述安装孔所在的所述底座内壁之间设有球轴承；

所述丝杠的两端分别伸出相应的所述安装孔，靠近所述丝杠复位端的所述底座外壁连接有所述套筒，所述底座朝向所述套筒内腔的外壁上还设有所述转台轴承。

采用以上设计，有利于丝杠螺母机构稳定安装，底座对丝杠螺母机构起到保护作用。

作为优选技术方案，上述动力输入机构为蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和输入蜗杆；

所述丝杠螺母的外壁固定套设有所述蜗轮，该蜗轮啮合有所述输入蜗杆，所述输入蜗杆两端分别通过轴承安装在所述底座上。

采用以上设计，蜗轮蜗杆机构与丝杠螺母机构融合，结构紧凑，且输入输出响应速度快。

作为优选技术方案，上述底座上还开设有油孔，该油孔将所述底座内腔与外界连通，该油孔内设有油堵。

采用以上设计，便于通过油孔向底座内腔加装和更换润滑油，对蜗轮蜗杆机构与丝杠螺母机构进行润滑。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过单个动力输入机构驱动丝杠螺母机构，使得丝杠输出直线运动，直线行程结束时输出旋转运动，从而实现单个动力输入下的两种运动的输出，动力输入反向时丝杠又能自动复位，整个装置结构简单、紧凑、便于自动控制。

附图说明

图1为本发明的第一个视角的结构示意图；

图2为本发明的第二个视角的结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为图2的右视图；

图5为图4中B-B剖视图；

图6为蜗轮蜗杆机构与丝杠螺母机构传动配合示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1～3所示，一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，包括底座1，该底座1安装有丝杠螺母机构，该丝杠螺母机构包括相啮合的丝杠螺母2和丝杠3，所述丝杠螺母2通过球轴承4安装在所述底座1上，所述丝杠3穿设在所述丝杠螺母2内，所述丝杠螺母2连接有动力输入机构，所述丝杠3的一端为输出端，另一端为复位端。

具体地，所述底座1具有内部空腔，所述底座1的一对相平行的壁上分别开设有安装孔，所述底座1内设有所述丝杠螺母2，所述丝杠螺母2的两端分别正对相应的所述安装孔，所述丝杠螺母2的两端分别与所述安装孔所在的所述底座1内壁之间设有球轴承4。所述丝杠3的两端分别伸出相应的所述安装孔，靠近所述丝杠3复位端的所述安装孔所在的所述底座1外壁固定连接有套筒5，该套筒5的筒心线与所述丝杠3的中心线重合。所述套筒5远离所述丝杠螺母2的端面上扣盖有封盖6。

丝杠3的复位端位于套筒5内，丝杠3的复位端固定连接有丝杠底板7，该丝杠底板7也位于套筒5内。所述丝杠底板7为圆板，并与所述丝杠3共中心线设置。所述丝杠底板7的一侧表面抵靠所述丝杠3的复位端并与其固定连接。

如图3～6所示，套筒5的内壁环向均匀分布有至少两条导向滑槽5a，导向滑槽5a平行于所述丝杠3的轴向设置，所述丝杠底板7的边缘一体成型有至少两个导向滑块7a，导向滑块7a沿着所述丝杠底板7的环向均匀分布，所述导向滑块7a与所述导向滑槽5a一一对应并滑动设置在所述导向滑槽5a内，形成直线导向机构。

如图5，所述套筒5靠近所述丝杠螺母2的内端设有内棘轮组件，该内棘轮组件与所述导向滑块7a形成内棘轮机构，该内棘轮机构允许所述丝杠3在所述动力输入机构的驱动下沿着其进给方向单向转动。

当所述动力输入机构的动力输入换向时，所述内棘轮机构阻挡所述丝杠底板7反向转动，且当所述丝杠底板7处于转动停止位时，所述导向滑块7a正对其中一个所述导向滑槽5a的端部，所述导向滑槽5a对应所述内棘轮组件的端部开口，以允许所述导向滑块7a滑入所述导向滑槽5a，从而使所述丝杠3做复位直线运动。

具体地，如图5，内棘轮组件包括防倒转环8、棘轮挡块9和挡块复位压簧10，所述防倒转环8设置在所述套筒5内壁，所述防倒转环8的内壁不高于所述导向滑槽5a的槽底。

所述防倒转环8上贯穿有挡块容纳缺口，该挡块容纳缺口内设有所述棘轮挡块9，所述棘轮挡块9呈弧形条状，所述棘轮挡块9沿着所述防倒转环8的延伸方向设置，其一端与所述防倒转环8铰接，另一端为活动端，所述棘轮挡块9的铰接端到活动端的延伸方向与所述丝杠3的进给转动方向同向，所述活动端分叉以形成限位卡口，所述挡块容纳缺口边缘连接有限位块，该限位块伸入所述限位卡口内。所述活动端的端面与所述导向滑槽5a的一侧槽壁平齐，且不遮挡导向滑槽5a的端部开口。

所述套筒5抵靠底座1的端部内壁开设有环槽，该环槽内安装防倒转环8。环槽槽底对应棘轮挡块9开设有转动让位腔，该转动让位腔内设有挡块复位压簧10，该挡块复位压簧10的一端抵靠所述套筒5，另一端抵靠所述棘轮挡块9的外侧面。

如图3，所述底座1朝向所述套筒5内腔的外壁上还设有转台轴承11，该转台轴承11套设于所述丝杠3外，该转台轴承11的一个端面朝向所述套筒5内孔，并与所述丝杠底板7平行正对。

如图3和6，所述动力输入机构为双向蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和输入蜗杆12。所述丝杠螺母2的外壁加工啮合齿以形成蜗轮，该蜗轮啮合有所述输入蜗杆12，所述输入蜗杆12两端分别通过轴承安装在所述底座1上。

底座1内腔盛装润滑油，对蜗轮蜗杆机构、丝杠螺母机构进行润滑。底座1上还开设有油孔，该油孔将所述底座1内腔与外界连通，该油孔内设有油堵1a，方便加注和更换润滑油。

该装置的原理为：初始状态下丝杠底板7位于套筒远离底座1一端，动力输入机构带动丝杠螺母2转动，丝杠螺母2驱动丝杠3，由于丝杠底板7不能滑动，只能相对套筒5滑动，从而使得丝杠3输出直线运动，当丝杠底板7运动至内棘轮组件处时不再受导向滑槽5a的约束而能够转动，从而与丝杠螺母2同步转动，输出旋转运动；当动力输入机构的动力输入换向时，丝杠3反向转动，当丝杠底板7被棘轮组件所阻挡而不再转动，导向滑块7a自动滑入导向滑槽5a，丝杠螺母2带动丝杠3复位。本装置能够输出直线运动和旋转运动。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，包括底座(1)，该底座(1)上安装有丝杠螺母机构，该丝杠螺母机构包括相啮合的丝杠螺母(2)和丝杠(3)，所述丝杠螺母(2)通过球轴承(4)转动安装在所述底座(1)上，其特征在于：

所述丝杠螺母(2)连接有动力输入机构；

所述丝杠(3)的一端为输出端，另一端为复位端，所述复位端伸出所述丝杠螺母(2)，所述复位端外罩设有套筒(5)，该套筒(5)与所述底座(1)固定连接，该套筒(5)的筒心线与所述丝杠(3)的中心线重合，该套筒(5)与所述复位端之间设有直线导向机构，该直线导向机构引导所述丝杠(3)沿其轴向滑动；

所述套筒(5)靠近所述丝杠螺母(2)的内端设有内棘轮组件，所述复位端靠近所述内棘轮组件时，所述直线导向机构分离，所述复位端与所述内棘轮组件之间形成内棘轮机构，该内棘轮机构允许所述丝杠(3)在所述动力输入机构的驱动下沿着其进给方向单向转动；

当所述动力输入机构的动力输入换向时，所述内棘轮机构阻挡所述丝杠(3)反向转动，且当所述丝杠(3)处于转动停止位时，所述直线导向机构重新配合，从而使所述动力输入机构带动所述丝杠(3)做复位直线运动；

所述复位端固定连接有丝杠底板(7)，该丝杠底板(7)位于所述套筒(5)内；

所述套筒(5)内壁开设有导向滑槽(5a)，该导向滑槽(5a)平行于所述丝杠(3)的轴向设置，所述丝杠底板(7)的边缘一体成型有导向滑块(7a)，该导向滑块(7a)滑动设置在所述导向滑槽(5a)内，从而形成所述直线导向机构；

当所述动力输入机构的动力输入换向时，所述内棘轮机构阻挡所述丝杠底板(7)反向转动，且当所述丝杠底板(7)处于转动停止位时，所述导向滑块(7a)正对所述导向滑槽(5a)的端部，所述导向滑槽(5a)对应所述内棘轮组件的端部开口，以允许所述导向滑块(7a)滑入所述导向滑槽(5a)；

所述丝杠底板(7)为圆板，所述丝杠底板(7)的一侧表面抵靠所述丝杠(3)的复位端并与其固定连接，所述丝杠底板(7)的边缘环向均匀分布有至少两个所述导向滑块(7a)；

所述套筒(5)的内壁环向均匀分布有至少两条所述导向滑槽(5a)，所述导向滑槽(5a)与所述导向滑块(7a)一一对应；

所述套筒(5)远离所述丝杠螺母(2)的端面上扣盖有封盖(6)；

所述内棘轮组件包括防倒转环(8)、棘轮挡块(9)和挡块复位压簧(10)，所述防倒转环(8)设置在所述套筒(5)内壁，所述防倒转环(8)的内壁不高于所述导向滑槽(5a)的槽底；

所述防倒转环(8)上贯穿有挡块容纳缺口，该挡块容纳缺口内设有所述棘轮挡块(9)，所述棘轮挡块(9)呈弧形条状，所述棘轮挡块(9)沿着所述防倒转环(8)的延伸方向设置，其一端与所述防倒转环(8)铰接，另一端为活动端，所述棘轮挡块(9)的铰接端到活动端的延伸方向与所述丝杠(3)的进给转动方向同向，所述活动端分叉以形成限位卡口，所述挡块容纳缺口边缘连接有限位块，该限位块伸入所述限位卡口内；

所述活动端对应所述导向滑槽(5a)的端部开口；

所述棘轮挡块(9)外侧面与所述套筒(5)之间设有转动让位腔，该转动让位腔内设有所述挡块复位压簧(10)，该挡块复位压簧(10)的一端抵靠所述套筒(5)，另一端抵靠所述棘轮挡块(9)的外侧面。

2.根据权利要求1所述的一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，其特征在于：所述底座(1)上还设置有转台轴承(11)，该转台轴承(11)套设于所述丝杠(3)外，该转台轴承(11)的一个端面朝向所述套筒(5)内孔，并与所述丝杠底板(7)平行正对。

3.根据权利要求2所述的一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，其特征在于：所述底座(1)具有内部空腔，所述底座(1)的一对相平行的壁上分别开设有安装孔，所述底座(1)内设有所述丝杠螺母(2)，所述丝杠螺母(2)的两端分别正对相应的所述安装孔，所述丝杠螺母(2)的两端分别与所述安装孔所在的所述底座(1)内壁之间设有球轴承(4)；

所述丝杠(3)的两端分别伸出相应的所述安装孔，靠近所述丝杠(3)复位端的所述底座(1)外壁连接有所述套筒(5)，所述底座(1)朝向所述套筒(5)内腔的外壁上还设有所述转台轴承(11)。

4.根据权利要求3所述的一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，其特征在于：所述动力输入机构为蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和输入蜗杆(12)；

所述丝杠螺母(2)的外壁固定套设有所述蜗轮，该蜗轮啮合有所述输入蜗杆(12)，所述输入蜗杆(12)两端分别通过轴承安装在所述底座(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种输出直线和旋转运动的单驱动蜗轮丝杠装置，其特征在于：所述底座(1)上还开设有油孔，该油孔将所述底座(1)内腔与外界连通，该油孔内设有油堵(1a)。

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