一种电动执行器的自动限位机构的制作方法

本实用新型涉及在工业应用的电动执行器领域,具体涉及一种电动执行器的自动限位机构。

背景技术：

电动执行器主要应用在工业自动控制领域的机电一体化设备，常用于阀门启闭，结构比较复杂，包括电机、减速机构、力矩行程限制器、过力矩保护机构等，涉及电气领域的保护范围多，机械限位都是强制性限位保护，现有的强制限位机构会导致电机和减速机构过度损伤，同样的是电气保护也容易产生失灵现象，或者在电气保护直接失灵状态下造成电机和减速机构损害甚至电机烧毁，电动执行器的力臂到达极限位置后缺乏安全、有效、可靠的机械自动限位机构。

为此，人们也提出了一些解决方案，例如，中国专利文献中实用新型专利号zl201621248656.6公开了《一种电动执行器输出轴的机械限位装置》，解决了电动执行器机械限位的自我保护，但是所述文献的技术方案存在一些缺陷：其中所述文献【0004】内容中“输入轴1通过齿轮啮合连接减速轴2，减速轴设置齿轮7，输出轴设置手动配合齿轮11和齿轮10，齿轮7和齿轮10中间设置v型齿条9，所述v型齿条9设置为双面齿，分别与齿轮7和输出轴齿轮10啮合，齿轮7通过v型齿条9啮合连接提供动力输送给齿轮10，”的设置中“输入轴1通过齿轮啮合连接减速轴2，减速轴设置齿轮7，输出轴3设置手动配合齿轮11和齿轮10，”中“输出轴3设置手动配合齿轮11”和所述文献中【0006】“手动装置12的齿轮与输出轴3上设置的手动配合齿轮11啮合。”并且通过所述文献中“图1”和“图2”对比，其中的“手动装置12”设置在“输出轴3上设置的手动配合齿轮11啮合。”无法实现“手动”这一功能，因为电动执行器的减速机构具有自锁功能，这是非常关键的功能，而其中的“输出轴设置手动配合齿轮11和齿轮10”上设置的“齿轮10”无法与“减速轴设置齿轮7”上的“齿轮7”进行有效的分离，因此所述文献【0006】中的“手动装置12的齿轮与输出轴3上设置的手动配合齿轮11啮合。”设置“手动装置12”是无效的设置，由此可见所述文献的上述设置属于设计缺陷，这是其一；其二所述文献中缺少行程达到极限后的强制限位机构，因为有很多被执行的设备没有设置强制限位功能，其行程的启或闭位置达到极限后在特殊运行环境状态中由于设备中的共振、压力以及气流的作用导致设定的位置会变相位移，然而上述文献中的综合设置属于机械自动限位，可以理解的为所述文献【0004】中“输出轴3设置手动配合齿轮11和齿轮10，”没有自锁功能，所以在“齿轮10”与“v型齿条9”脱离啮合后“齿轮10”在外力的作用下很容易继续旋转导致预设的行程启或闭位置产生位移，一旦行程的启或闭位置发生变化，将无法直接恢复到预先设定的位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述存在的问题，依据中国专利文献中实用新型专利号zl201621248656.6公开了《一种电动执行器输出轴的机械限位装置》中【0004】的部分方案，提供了一种电动执行器的自动限位机构，解决了目前电动执行器存在的部分技术缺陷；

为实现上述目的，本实用新型通过的技术方案为：一种电动执行器的自动限位机构，其包括壳体、输入轴、主动齿轮、齿条、传动齿轮、输出轴、滑道槽、弹簧、固定座、强制限位块、力臂和限位开关；

所述壳体一侧贯穿输入轴，所述输入轴连接电动执行器的减速机构，所述输入轴上设有主动齿轮，所述主动齿轮的下部设有齿条，所述齿条的下部设有传动齿轮，所述齿条设置为双面齿，其上部齿与主动齿轮啮合，其下部齿与传动齿轮啮合；

所述传动齿轮固定在输出轴上，所述输出轴贯穿并且通过轴承和轴承座固定在壳体上；

所述齿条的两侧设有滑道槽，所述滑道槽固定在壳体的两侧，所述齿条的两侧和滑道槽之间设有滑道；所述齿条的开端和末端各设有一个弹簧，并且齿条的所述两端与对应的弹簧之间设置一定距离，所述弹簧固定在对应的壳体上；

所述固定座连通输出轴并且固定在壳体的外侧，固定座为圆形，所述固定座的内部设有螺栓能够进行360度移动的槽沟，所述强制限位块通过螺栓固定在固定座上；所述力臂在强制限位块外侧并且固定在输出轴的末端；

其中，所述强制限位块上固定限位开关，所述强制限位块和限位开关各为两个，所述两个限位开关分别设置在力臂旋转中的两个限位与力臂接触并切断动力电源；

另一种方案，所述限位开关还可以设置在滑道槽的两端，并且在齿条往复运动到主动齿轮和传动齿轮脱离啮合前预设位置与齿条的开端或末端进行接触并切断动力电源；

其中，当所述输入轴旋转时，所述主动齿轮带动齿条的开端通过滑道在滑道槽内移动，同时齿条的下部齿带动与其啮合的传动齿轮旋转，所述齿条的开端在移动过程中挤压对应的弹簧，在取消限位开关保护的状态下，所述齿条的末端移动到与主动齿轮和传动齿轮脱离啮合时，所述齿条的末端在弹簧的反作用力下始终与主动齿轮和传动齿轮接触；在主动齿轮停止旋转时，所述弹簧的反作用力推动齿条末端的上部齿、下部齿分别与主动齿轮和传动齿轮重新啮合。

进一步地，所述两个强制限位块分别固定在力臂旋转中的a极限位置和b极限位置与力臂接触。

进一步地，所述限位开关的两个限位分别为a限位和b限位。

进一步地，所述力臂的a极限位置为力臂在a限位位置时主动齿轮和传动齿轮与齿条开端脱离啮合的位置，所述力臂的b极限位置为力臂在b限位位置时齿条的末端运动到与主动齿轮和传动齿轮脱离啮合的位置。

进一步地，所述限位开关的a限位为主动齿轮和传动齿轮与齿条开端脱离啮合前的预设位置，所述限位开关的b限位为齿条的末端运动到与主动齿轮和传动齿轮脱离啮合前的位置。

基于上述技术方案，本实用新型中所述限位开关的a限位可以设置在传动齿轮与齿条的开端脱离啮合后的任一位置，其行程不会发生变化。

进一步地，所述限位开关随着强制限位块的位置变化而改变限位调节。

进一步地，所述力臂的行程由齿条的下部齿和传动齿轮啮合的齿的数量比例分配决定。

进一步地，基于上述技术方案，本实用新型方案可以作为电动执行器的一个配置机构使用，也可以连接电机、减速机和配置一定的电器控制系统以及手动装置组成为一种电动执行器单独使用。

本实用新型同现有技术相比，具有以下优点：

1.本实用新型具有独立的机械安全性能，做到驱动电机以及减速机构100%的安全。

2.本实用新型适用于0至360度之间任何角度定制，电动执行器启闭准确。

3.本实用新型中的力臂与被执行设备的连接杆连接方式简单、可靠，力臂可以在任一位置与被执行设备的连接杆连接。

4.本实用新型中的限位开关与强制限位块一体式固定结构使得限位开关的行程调节简单、实用。

5.本实用新型方案承载能力高，不宜损坏，维修简单方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中图1的a向视图。

图3是本实用新型实施例中图1的b-b剖视图。

图4是本实用新型实施例中图3的c-c剖视图。

图中标记：1、壳体，2、输入轴，3、主动齿轮，4、齿条，5、传动齿轮，6、输出轴，7、滑道槽，8、弹簧，9、固定座，10、强制限位块，11、限位开关，12、力臂，13、滑道。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式，如图1、图2、图3、图4所示：一种电动执行器的自动限位机构，本方案以角行程电动执行器为例说明具体实施实施方案，包括壳体1、输入轴2、主动齿轮3、齿条4、传动齿轮5、输出轴6、滑道槽7、弹簧8、固定座9、强制限位块10、力臂12和限位开关11。

所述壳体1一侧的预设位置贯穿输入轴2，所述输入轴2开端连接电动执行器的减速机构，减速机构为输入轴2提供动力，输入轴2的末端上固定连接主动齿轮3，主动齿轮3的下部设有齿条4，所述齿条4设置为双面齿，其上部齿与主动齿轮3啮合，所述齿条4的下部设有传动齿轮5，并且齿条4的下部齿与传动齿轮5啮合，其中所述传动齿轮5固定在输出轴6上，所述输出轴6贯穿壳体1通过轴承和轴承座固定在对应的壳体1上。

所述齿条4的两侧和滑道槽7之间设有滑道13，所述滑道13与齿条4优选设置为一体化结构，也可采用其它方式的固定结构，所述滑道13带动并且引导齿条4在两侧的滑道槽7内做直线往复运动，所述齿条4的开端和末端各设有一个弹簧8，并且齿条4的所述两端与对应的弹簧8之间设置一定距离，保证齿条4完成设定动作，所述弹簧8固定在对应的壳体1上。

所述固定座9连通输出轴6并且固定在对应的壳体1的外侧，所述固定座9为圆形，其中固定座9的内部设有螺栓能够进行360度移动的槽沟；所述强制限位块10通过螺栓固定在固定座9上，所述力臂12设置在强制限位块10外侧并且固定在输出轴6的末端，所述输出轴6旋转带动力臂12的旋转，同时力臂12带动被执行的设备完成预设的动作。

其中，所述强制限位块10为两个，两个强制限位块10分别固定在力臂12旋转中的a极限位置和b极限位置与力臂12接触并且强制限制力臂12的活动范围。

为了方便限位的调节，所述强制限位块10上固定限位开关11，所述限位开关11为两个，两个限位开关11分别设置在力臂12旋转中的a限位和b限位与力臂12接触并切断动力电源。

其中，所述力臂12的a极限位置为力臂12在a限位位置时主动齿轮3和传动齿轮5与齿条4开端脱离啮合的位置，所述力臂12的b极限位置为力臂12在b限位位置时齿条4的末端运动到与主动齿轮3和传动齿轮5脱离啮合的位置。

其中，所述限位开关11的a限位为主动齿轮3和传动齿轮5与齿条4开端脱离啮合前的预设位置，所述限位开关11的b限位为齿条4的末端运动到与主动齿轮3和传动齿轮5脱离啮合前的位置。

同样的，所述力臂12的a限位可以设置在齿条4的开端与传动齿轮5脱离啮合后的任一位置，其旋转的行程不会发生变化；进一步说，所述齿条4的开端与传动齿轮5脱离啮合后，所述力臂12可以在360度任一位置与被执行设备进行连接作为限位开关11的a限位位置，其设定的行程和角度不会改变，而且安装简单、准确。

所述力臂12的行程由齿条4的下部齿和传动齿轮5啮合的齿的数量比例分配决定。

另一种方案，所述两个限位开关11也可以分别设置在滑道槽7的两端的预设位置，并且所述两个限位开关11在齿条4往复运动到主动齿轮3和传动齿轮5脱离啮合前的预设位置与齿条4的开端或末端进行接触并切断动力电源。

其中，当所述输入轴2旋转时，所述主动齿轮3旋转带动啮合的齿条4的开端通过两侧的滑道13在滑道槽7内直线移动，同时齿条4的下部齿带动与其啮合的传动齿轮5旋转，齿条4的开端在移动过程中挤压对应的弹簧8，所述弹簧8产生对齿条4的反作用力，在取消限位开关11保护的状态下，齿条4的末端移动到与主动齿轮3和传动齿轮5脱离啮合时，所述强制限位块10与力臂12接触并且强制限制力臂12不再移动；同时齿条4的末端在上述弹簧8的反作用力下始终与主动齿轮3和传动齿轮5接触，在主动齿轮3不停止旋转的情况下，所述主动齿轮3的齿与齿条4的上部接触的一个齿做轻微碰触摩擦所产规则声音，从而做到齿条4达到力臂的极限位置后主动齿轮3的齿与齿条4自动脱离啮合，此时，电机和减速机构继续旋转而且不伤害电机和减速机构；在主动齿轮3停止旋转时，所述弹簧8的反作用力推动齿条4末端的上部齿、下部齿分别与主动齿轮3和传动齿轮5重新啮合，所述主动齿轮3恢复正常驱动状态，做到连接驱动输入轴2的电动执行器的减速机构或者其它电动装置在没有限位开关11保护的状态下100%的启闭安全。

基于上述技术方案，所述输入轴2可以连接电机、减速机和预设的电器控制系统以及手动装置组成为一种电动执行器单独使用。

其工作原理：本方案以角行程电动执行器为例说明，电动执行器的减速结构旋转带动输入轴2旋转，输入轴2带动主动齿轮3旋转，同时主动齿轮3旋转带动啮合的齿条4的开端通过滑道13在滑道槽7内做直线移动，同时齿条4的下部齿带动一起啮合的传动齿轮5旋转，传动齿轮5带动输出轴6和力臂12从a限位位置旋转，齿条4的开端在移动过程中挤压其对应的弹簧8，所述弹簧8产生对齿条4的反作用力，在齿条4的末端移动到力臂达到90度位置时，限位开关11接触力臂12并且切断动力电源；在取消限位开关11保护的状态下，主动齿轮3继续旋转，齿条4的末端移动到b极限位置时与主动齿轮3和传动齿轮5脱离啮合，此时，所述强制限位块10与力臂12接触并且强制限制力臂12不再移动；同时齿条4的末端在上述弹簧8的反作用力下始终与主动齿轮3和传动齿轮5接触，在主动齿轮3不停止旋转的情况下，所述主动齿轮3的齿与齿条4的上部接触的一个齿做轻微碰触摩擦所产规则声音，从而做到齿条4达到力臂的b极限位置后主动齿轮3的齿与齿条4自动脱离啮合，此时，电机和减速机构继续旋转而且不伤害电机和减速机构；当主动齿轮3停止旋转时，所述弹簧8的反作用力推动齿条4末端的上部齿、下部齿分别与主动齿轮3和传动齿轮5重新啮合，恢复正常驱动状态，并且完成电动执行器设定的a限位到b限位的自动限位；当输入轴2进行反向旋转时，同样的运作顺序完成电动执行器b限位到a限位的自动限位，做到电动执行器在限位开关失灵的情况下达到运行的电机和减速机构100%的安全。

最后说明的是：以上所述仅为本实用新型优选的具体实施例，所述实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其它形式的限制；尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分乃至全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的技术方案范围；本实用新型的保护范围并不局限如此，任何基于本实用新型技术方案的等效变换及修改均属于本实用新型技术方案的保护范围。