具有负载传感器的致动气缸的制作方法

本发明涉及致动气缸领域，特别涉及具有集成电动机的紧凑型机电气缸领域。

背景技术：

机电致动气缸通常包括壳体，安装成可相对于壳体纵向移动的致动杆，具有定子和转子轴的电动机，用于将电动机的转子轴的旋转运动转换成致动杆平移的线性运动的机构，以及至少一个轴承，用于引导旋转并相对于壳体支撑转子轴。

这种机构可以是螺杆机构，包括设有外螺纹的螺杆，设置在螺杆周围并具有内螺纹的螺母，以及与内螺纹和外螺纹接合的多个滚动元件。所述元件可以是滚子，并且该机构是滚子螺杆型或所述元件可以是滚珠，并且该机构是滚珠螺杆型。

在反向行星螺杆机构的情况下，螺母由电动机的转子的旋转运动驱动，然后螺杆通过滚动元件的中间件进行平移运动。所述螺杆连接到杆。为了引导旋转并支撑螺母，机电气缸还包括布置在螺母和壳体之间的轴承。螺母有利地是转子轴或连接到转子轴。

已知在包括移动部件的组件中使用传感装置，以便分析、控制和测量所述部件的关键参数。传感装置，特别是负载传感器，由外部电源装置供电，数据传输到控制装置。对这些参数的水平和变化的了解可以量化组件效率、零件的磨损和退化，并确保更好地管理预防性维护。

负载传感器必须安装在安装表面之间，然后位于特定的力传输路径上。

然而，将负载传感器集成在机电致动气缸内是非常复杂的。构成部件都是旋转和/或平移运动，它们不适合于用于供电和数据传输的传感装置电缆的集成。

众所周知的解决方案是在壳体和支撑转子轴的轴承的固定部件之间集成负载传感器。然而，负载传感器的尺寸与轴承尺寸直接相关，并且负载传感器可能不适用于某些应用。

另一种解决方案是将负载传感器集成在连接到杆端的推管中，如ep-a1-1587205中所公开的。然而，连接到负载传感器的导线随着推管移位而移动，并且部分致动气缸需要特定和复杂的设计。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述困难。

为此，本发明涉及一种致动气缸，其包括具有主体、前盖的壳体；穿过前盖的盖孔延伸并安装成可相对于壳体纵向移动的致动杆；具有定子和旋转的转子轴的电动机；螺杆机构，其包括设有外螺纹并连接到致动杆的螺杆，围绕螺杆设置并具有内螺纹的转子轴，以及多个与内螺纹和外螺纹接合的滚动元件，转子轴的旋转运动被转换成螺杆和致动杆平移的线性运动；并且包括至少一个轴承，用于引导转子轴的旋转并相对于壳体主体支撑转子轴。

根据本发明，致动气缸还包括负载路径圈，其具有固定在壳体主体中并且与至少一个轴承的固定部件轴向邻接的外圈部分，以及在内部连接到所述外圈部分的内圈部分。致动气缸还包括负载传感器，该负载传感器被轴向夹紧并预加载在前盖和负载路径圈的内圈部分之间。

根据本发明的有利但非强制的其他方面，这种致动可以包含以下特征中的一个或几个：

-致动气缸包括至少两个轴向邻接的轴承。

-所述至少一个轴承是滚动轴承，其具有固定在壳体主体的孔中的固定的外圈，固定到转子轴的外表面的旋转的内圈，以及在圈之间的至少一排滚动元件。

-滚珠轴承的滚动元件是滚珠。

-至少两个相邻的轴承是倾斜的滚珠轴承。

-螺杆机构的滚动元件是滚子，每个滚子具有外螺纹，该滚子分别接合在螺杆和转子轴的外螺纹和内螺纹中。

-螺杆机构的滚动元件分别滚珠，所述滚珠接合在螺杆和转子轴的外螺纹和内螺纹中。

-壳体包括后盖。

-壳体的主体包括具有向内突出的肩部的阶梯孔，至少一个轴承的固定部件被轴向夹紧在外圈部分和所述肩部之间。

-外圈部分是具有孔的轴向管，致动杆穿过该孔延伸。

-内圈部分从外圈部分的轴向侧径向向内延伸，所述内圈部分具有孔，致动杆穿过该孔延伸。

-负载路径圈是一体形成的。

-前盖包括径向盖部分，该径向盖部分设置有盖孔，致动杆穿过该盖孔延伸，负载传感器与所述径向盖部分轴向邻接。

-前盖包括轴向盖凸缘，轴向盖凸缘轴向朝向壳体的主体，并牢固地固定在壳体的主体上。

-前盖是一体形成的。

-径向盖部分包括凹部，负载传感器布置在凹部中。

-内圈部分包括凹部，负载传感器布置在凹部中。

附图说明

现在将结合附图解释本发明，作为说明性示例，而不是限制本发明的目的。该图是根据本发明的机电致动气缸的轴向剖视图。

具体实施方式

在该图中，紧凑型机电致动气缸(整体标记为10)沿纵向轴线x-x'延伸。致动气缸10包括壳体12，可轴向移动和与轴线x-x'同轴的致动杆14，连接到致动杆的第一端14-1的推管15，电动机16和反向的行星滚子螺旋机构18设置在壳体12内。螺杆机构18径向设置在电动机16和致动杆14之间。

机构18允许电动机16的旋转运动转换成致动杆14沿轴线x-x'平移的线性运动。电动机16和螺杆机构18完全容纳在壳体12内。致动杆14穿过壳体12延伸并轴向向外突出。

在所示的示例性实施例中，壳体12包括具有孔28的管状主体12-1、前盖12-2和后盖12-3，所述盖各自固定在主体12-1的一端。

前盖12-2包括径向盖部分12-4和轴向盖凸缘12-5，径向盖部分12-4具有致动杆14延伸穿过的孔，轴向盖凸缘12-5从所述径向盖部分12-4的外边缘朝向主体12-1轴向延伸。轴向盖凸缘12-5有利地是阶梯状的，所述凸缘12-5的一个较小直径的部分12-6布置在主体12-1的孔28中，而所述凸缘12-5的另一较大直径部分12-7形成向外径向突出的肩部，该肩部与主体12-1轴向邻接。

有利地，前盖12-2的凸缘12-5牢固地固定到主体12-1上。例如，较小直径的部分12-6包括外螺纹，孔28包括具有内螺纹的部分，所述部分12-6旋拧到孔28中。或者，前盖12-2可通过焊接、螺钉或任何其他合适的固定装置固定到主体12-1。

前盖12-1有利地是一体形成的。

电动机16包括固定在壳体12上的定子20和转子22。定子20固定在壳体12的主体12-1的孔28中。孔28有利地是阶梯状的并且包括向内径向突出的肩部28-1，定子朝向前轴向方向与轴肩28-1轴向邻接。转子22设置有管状转子轴24和由所述轴24支撑的多个永磁体26。

转子轴24在定子20的两侧轴向延伸。电动机16可以是无刷型，或者可以是任何其他合适的类型。

为了引导转子轴24旋转并相对于壳体12支撑转子轴24，致动气缸10还包括两个前滚动轴承30,32和一个后滚动轴承34。在所示的示例性实施例中，轴承30,32，34中的每个是球形轴承。可选择地，轴承可以是任何其他合适的类型，例如具有圆锥滚子或圆柱滚子。

后滚动轴承34安装在壳体12的后盖12-3中。

前滚动轴承30,32彼此轴向相邻并且分别包括固定的外圈30-1,32-1，旋转的内圈30-2,32-2和一排滚珠30-3,32-3。

轴承30,32的固定的外圈30-1,32-1固定在壳体12的主体12-1的阶梯孔28中。轴承32的固定的外圈32-1朝向后轴向方向轴向抵靠肩部28-1。固定的外圈30-1,32-1各自包括具有外滚道的孔，该外滚道的横截面具有分别适合于滚珠30-3,32-3的凹形内轮廓。轴承30,32的旋转的内圈30-2,32-2固定在转子轴24的外表面上，所述环轴向夹在设置在转子轴24外表面上的向外径向突出的肩部24-1和固定到所述转子轴24的固定圈36之间。旋转的内圈30-2,32-2各自包括具有内滚道的外表面，内滚道的横截面分别具有适于滚珠30-3，32-3的凹形内轮廓。

前滚动轴承30,32有利在o形构造中倾斜，以在两个轴向方向上支撑负载。可选择地，前滚动轴承可以是x形结构。

推管15是环形的并且包括具有外螺纹的部分，该部分旋拧到设置在致动杆14的第一端14-1的孔部分的内螺纹中。

反向行星滚子螺旋机构18包括螺杆40，螺杆40与致动杆14的第二端14-2同轴并连接到致动杆14的第二端14-2。推管15和螺杆40相对于致动杆14彼此轴向相反。

转子轴24为管状，与螺杆40同轴并围绕所述螺杆40设置。螺杆40包括外螺纹41，转子轴24包括内螺纹25，内螺纹25的内径大于螺杆40的外螺纹41的外径。

螺杆机构18还包括多个滚子42，每个滚子具有外螺纹(未标记)，其分别接合在螺杆40以及转子轴24的外螺纹41和内螺纹25中。滚子42彼此相同并且均匀地分布在螺杆40周围。每个滚子42沿平行于螺杆轴线的轴线延伸。众所周知，每个滚子42在每个端部(未标记)包括与螺杆的同步齿接合的外齿，以及从齿部轴向向外延伸并且容纳在围绕所述螺杆40安装的间隔环44,46中的一个的凹部中的轴颈。

作为未示出的可选方案，滚动元件是分别接合在螺杆和转子轴的外螺纹和内螺纹中的滚珠。

致动杆14连接到螺杆机构18的螺杆40。电动机16的转子轴24的旋转被转换成螺杆40和致动杆14沿轴线x-x'的平移。

根据本发明，致动气缸10还包括负载路径圈50。

负载路径圈50设置有形成为轴管的外圈部分52。外圈部分52包括孔，致动杆14穿过该孔延伸。外圈部分52固定在壳体12的主体12-1的孔28中。外圈部分52在圈的后轴向侧与滚动轴承30的固定的外圈30-1轴向邻接。外圈部分52在圈的前轴向侧与前盖12的凸缘12-5的较小直径的部分12-6轴向面对，在它们之间限定轴向间隙。

负载路径圈50还设置有内圈部分54，内圈部分54在内部连接到所述外圈部分52。内圈部分54从外圈部分52的前轴向侧径向向内延伸。内圈部分52具有孔，致动杆14穿过该孔延伸。

负载路径圈52有利地是为一体形成的。

致动气缸10还包括具有孔的负载传感器60，致动杆14穿过该孔延伸。负载传感器60在传感器的前轴向侧与前盖12-1的径向盖部分12-4轴向邻接。负载传感器60在传感器的后轴向侧与负载路径圈50的内圈部分54轴向邻接。

然后将负载传感器60轴向预安装在负载路径圈50和前盖12-2之间。可以在未加载致动气缸时校准参考预载值。

有利地，径向盖部分12-4和内圈部分52分别包括凹部12-8和56，负载传感器60布置在凹部中12-8和56。然后，负载传感器60轴向和径向牢固地保持在前盖12-2和负载路径圈50之间。

设置在致动气缸10上的负载传感器60的工作原理如下：

当推管15处于轴向压缩负载时，负载从致动气缸10的前轴向侧朝向后轴向侧施加。负载从推管15连续地传递到致动杆14、螺杆40、滚子42、转子轴24、圈36、旋转的内圈30-2，滚珠30-3、固定的外圈30-1、固定的外圈32-1、肩部28-1以及然后壳体12的主体12-1上。负载传感器60上的预载值随轴向压缩负载而减小。负载传感器60可以感测该负载差异，然后处理并发送负载测量值。

相反，当推管15处于轴向牵引负载时，负载从致动气缸10的后轴向侧朝向前轴向侧施加。负载从推管15连续地传递到致动杆14、螺杆40、滚子42、转子轴24、肩部24-1、旋转的内圈32-2、滚珠32-3、固定的外圈32-1、固定的外圈30-1、外圈部分52、内圈部分54以及然后负载传感器60，所述负载传感器60压靠固定的前盖12-2。负载传感器60被加载，并且负载传感器60上的预载值随着轴向牵引负载而相应地增加。负载传感器60可以感测该负载差异，然后处理并发送负载测量值。

由于本发明，负载传感器60可以感测施加在推管15上的压缩和牵引轴向负载，然后感测使用中的致动气缸10。

负载传感器60集成在壳体12的固定盖12-2中，然后固定负载传感器60。负载传感器60可以容易地布线，致动气缸10的其他部分不受负载传感器集成的影响。

另一个优点是，致动气缸的轴向尺寸不会显著增加以集成负载传感器60。负载传感器60可以布置在标准尺寸的前盖12-2中，仅改变所述盖的内部设计以容纳所述负载传感器。

以上参考附图详细描述了本发明的代表性非限制性实例。该详细描述仅旨在向本领域技术人员教导用于实践本教导的优选方面的进一步细节，并且不旨在限制本发明的范围。此外，上面公开的每个附加特征和教导可以单独使用或与其他特征和教导结合使用，以提供改进的致动气缸。

此外，上述代表性示例的各种特征以及下面的各种独立和从属权利要求可以以未具体和明确列举的方式组合，以便提供本教导的另外有用的实施例。