一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置及方法

1.本发明涉及滚珠丝杠副技术领域，具体涉及一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.在现代进给驱动系统的研究中，滚珠丝杠凭借它的可靠行和精确性发挥着重要作用。它能将旋转运动转化成直线运动，在许多应用场合至关重要，例如机器人工业、半导体、或其他精密运动控制设施。
4.滚珠丝杠副与传统的丝杠副相比较，它以滚动摩擦代替滑动摩擦，具有磨损小、轴向刚度高、低轴向间隙、可逆性等特点。由于许多滚珠同时接触螺钉的凹槽，滚珠丝杠的低摩擦传动提供了相对高刚度的可接受的平滑运动。珠丝杠的主要特性之一是通过设置不同的预紧力来改变其刚度的能力。
5.目前关于滚珠丝杠预紧力调节的方法多种多样，但大多数都是基于手动调节，滚珠丝杠副运行过程中，发明人发现，随着滚珠丝杠副的运行，主螺母和副螺母预紧力发生变化，影响滚珠丝杠副的传动精度，此时滚珠丝杠副的主螺母和副螺母由于处于运动状态无法采用人工手动调节，需要停机进行调节，影响工作进度。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置，主副螺母的预紧操作方便快捷，且能够在滚珠丝杠副运行过程中实时调节预紧力，保证滚珠丝杠副的传动精度。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.第一方面，本发明的实施例提供了一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置，包括与驱动件连接的丝杠，丝杠连接有主螺母和副螺母，主螺母和副螺母均与工作台固定连接，工作台与底座滑动连接，主螺母和副螺母之间设有与丝杠连接的定位件，定位件与主螺母固定，定位件外周固定套有定子，定子外周螺纹连接有转子，转子内设有磁铁，定子内设有能够与电源连接的线圈，转子与副螺母之间设有弹性件。
9.可选的，所述弹性件安装有应力检测元件，用于检测弹性件对转子施加的预紧力。
10.可选的，所述转子靠近弹性件的一侧端面固定有第一端盖，转子通过第一端盖与弹性件接触，转子的另一侧设有第二端盖，第二端盖与定子远离弹性件的一侧端面固定连接。
11.可选的，所述第二端盖设置有用于线圈与电源之间连接导线穿过的通孔。
12.可选的，所述弹性件采用弹簧，所述弹簧套在丝杠外周，其一端与副螺母固定连接，另一端与第一端盖接触。
13.可选的，所述定子包括固定部，所述固定部套在定位件外周并与定位件固定连接，
固定部的外周沿圆周均匀设置有多个线圈缠绕部，线圈缠绕部上缠绕有线圈，线圈缠绕部一端与固定部固定，另一端设有螺纹连接部，螺纹连接部的外侧面与转子内侧面螺纹连接。
14.可选的，所述转子的内侧面沿圆周均匀设置有多个磁铁安装槽，所述磁铁安装槽内安装有磁铁。
15.可选的，所述磁铁安装槽的深度大于磁铁的厚度。
16.可选的，所述定子沿丝杠轴线方向的长度小于转子沿丝杠轴线方向的长度。
17.第二方面，本发明的实施例提供了一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置的预紧方法，线圈通入电流，在线圈和磁铁的作用下，转子受到沿其周向方向的磁场力，转子旋转，转子旋转的同时沿丝杠的轴线方向运动，挤压弹性件，在弹性件的反作用力下，主螺母和副螺母产生预紧力。
18.本发明的有益效果：
19.1.本发明的滚珠丝杠副传动装置，具有定子和转子，转子与定子螺纹连接且与副螺母之间设有弹性件，定子通过定位件与主螺母固定，定子线圈通电后能够使得转子转动的同时产生沿丝杠轴线方向的运动，进而挤压弹性件，使得主螺母和副螺母产生预紧力，整个预紧过程自动化进行，无需人工手动预紧，滚珠丝杠副运行过程中，通过线圈的通断电就可以调节主螺母和副螺母的预紧力，无需停机调节，保证了工作进度。
20.2.本发明的滚珠丝杠副传动装置，利用磁场力驱动转子转动，并利用螺纹使得转子沿其轴线方向运动，转子的运动平滑，使得主螺母和副螺母在轴向上产生的预紧力更加均匀，精度更高。
21.3.本发明的滚珠丝杠副传动装置，弹性件上安装有应力检测元件，能够实时采集产生的预紧力大小，而且由于转子与定子采用螺纹连接，能够实现沿丝杠轴线方向运动的位置微调，方便实现对预紧力大小进行精准控制。
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
23.图1为本发明实施例1整体结构示意图；
24.图2为本发明实施例1副螺母与工作台连接示意图；
25.图3为本发明实施例1预紧力施加机构示意图；
26.图4为本发明实施例1定位件结构示意图；
27.图5为本发明实施例1预紧力施加机构爆炸结构示意图；
28.图6为本发明实施例1定子结构示意图；
29.图7为本发明实施例1转子结构示意图；
30.其中，1.底座，2.步进电机，3.丝杠，4.轴承座，5.主螺母，6.副螺母，7.工作台，8.螺母座，9.固定板，10.螺杆，11.固定螺母，12.防松螺母，13.定位件，14.定子，14
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1.固定部，14
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2.螺纹连接部，15.转子，15
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1.磁铁安装槽，16.线圈，17.磁铁，18.第一端盖，19.第二端盖，20.第一螺栓，21.第二螺栓，22.碟形弹簧，23.连接板，24.应变片。
具体实施方式
31.实施例1
32.一种能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置，如图1所示，包括底座1，所述底座采用u型结构，包括水平设置的第一底座部和垂直固定在第一底座部两端的第二底座部。所述底座作为整个传动系统的各个元件的支撑部件，使用时，可根据实际需要安装在使用设备的相关支撑机构上。
33.所述第一底座部上安装有滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副采用现有的滚珠丝杠结构即可，包括驱动件，所述驱动件作为滚珠丝杠副的动力提供设备，在一种实施方式中，所述驱动件采用步进电机2，所述步进电机的输出轴通过联轴器与丝杠3连接，步进电机能够驱动丝杠的转动。
34.为了保证丝杠的转动稳定性，丝杠的两端设置有光轴段，光轴段与轴承座4转动连接，轴承座固定在第一底座部上。
35.所述丝杠上连接有主螺母5和副螺母6，主螺母和副螺母与丝杠之间设有滚珠，形成滚珠丝杠副，丝杠的转动，能够带动主螺母和副螺母沿丝杠轴线方向的运动。
36.所述主螺母和副螺母均与工作台7固定连接，工作台通过设置在第二驱动部顶端的导轨与底座滑动连接，进而实现了主螺母和副螺母沿丝杠轴线方向的运动。
37.所述工作台用于与被驱动运动的部件连接，作为被驱动运动部件的承载元件。
38.本实施例中，所述主螺母和副螺母均采用t型结构。
39.在一种实施方式中，所述主螺母包括直径较大的第一螺母部和直径较小的第二螺母部，第二螺母部外周套有螺母座8，螺母座通过多个螺栓与第一螺母部固定连接，所述螺母座与连接块的底端固定连接，连接块的顶端与工作台通过螺栓固定连接。
40.由于主螺母为预先购买的元件，所以直接与工作台连接比较困难，所以设置了螺母座和连接块，在对主螺母不进行大的改造前提下，即可实现主螺母与工作台的固定连接。
41.在其他一些实施方式中，所述第二螺母部也可直接通过连接部件与工作台固定连接，此时第二螺母需进行特制。
42.如图2所示，所述副螺母包括直径较大的第三螺母部和直径较小的第四螺母部，第四螺母部与固定板9的底部固定连接，具体的，所述固定板的底部设有通孔，第四螺母部穿过通孔并与通孔的孔面固定。
43.所述固定板的顶部穿过有螺杆10，所述螺杆的一端穿过固定板，另一端与工作台螺纹固定连接。
44.所述螺杆上位于固定板两侧的杆段上螺纹连接有固定螺母11，两个固定螺母压紧在固定板的两侧表面上，实现了固定板与螺杆的固定，所述螺杆上还螺纹连接有防松螺母12，所述防松螺母压紧在工作台的表面上，防止螺杆与工作台的螺纹连接松动。
45.副螺母采用此种方式与工作台连接，能够最大程度的减少工作台的体积，减少工作台的重量，进而提高整个传动系统的最大承载能力。
46.在其他一些实施方式中，所述副螺母也可采用与主螺母相同的方式与工作台连接，但工作台需要延伸至副螺母正上方，增大了工作台的体积，降低了整个传动系统的最大承载能力。
47.如图3
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图7所示，所述主螺母和副螺母之间设有预紧力施加机构，所述预紧力施加
机构包括设置所述主螺母和副螺母之间的定位件13，所述定位件与丝杠连接，定位件与丝杠的连接方式与主螺母、副螺母与丝杠的连接方式相同，丝杠转动时，也能够沿丝杠的轴线方向运动。
48.所述定位件也采用t型结构，包括直径较大的第一定位部和直径较小的第二定位部，第一定位部通过螺栓与螺母座固定连接，进而实现了与主螺母的固定连接，使得定位件能够随主螺母做同步的运动。
49.所述第二定位部的外周面套有定子14，定子与第二定位部的外周面固定，可采用焊接的方式进行固定，所述定子的外周面套有转子15，转子的内侧面与定子的外侧面螺纹连接，转子相对于定子做转动的同时，能够沿其轴线方向运动。
50.本实施例中，所述转子在丝杠轴线方向上的长度大于定子在丝杠轴线方向上的长度，使转子旋转轴向移动过程中与定子螺纹轴向接触宽度不变。
51.所述定子包括固定部14
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1，所述固定部套在第二定位部外周并且与第二定位部焊接固定，所述固定部的外周面沿圆周均匀设置有多个线圈缠绕部，本实施例中，设置十二个线圈缠绕部，线圈缠绕部的数量可根据实际需要进行设置，所述线圈缠绕部上缠绕有线圈16，所述线圈能够与电源连接，电源能够向线圈通电，所述线圈缠绕部一端与固定部固定，另一端设有螺纹连接部14
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2，所述螺纹连接部的外侧面设有螺纹结构，通过螺纹结构与转子内侧面螺纹连接，所述螺纹连接部沿定子环形的尺寸大于线圈缠绕部沿定子环向的尺寸，一方面起到螺纹连接的作用，一方面起到了对线圈的限位作用，防止线圈从线圈缠绕部上脱离。
52.所述转子的内侧面设有螺纹结构，并通过螺纹结构与定子的螺纹连接部螺纹连接，所述转子的内侧面设有多个磁铁安装槽15
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1，所述磁铁安装槽的数量与线圈缠绕部的数量相匹配，本实施例中，设置十二个磁铁安装槽，所述磁铁安装槽内通过螺栓固定有磁铁17，为了防止转子和定子在相对转动过程中定子的外周面对磁铁块发生摩擦损伤，所述磁铁安装槽的深度大于磁铁的厚度。
53.可以理解的是，在定子内部可设置磁铁，在转子内部设置线圈，但是当转子内部设置线圈时，电源与线圈之间还需要设置导电滑环等辅助供电元件，增加了复杂程度，因此本实施例在定子内设置线圈，转子内设置磁铁，线圈不转动，方便对其进行供电。
54.本实施例中，当线圈通电后，线圈与磁铁之间相互作用，产生磁场力，由于定子与定位件固定，无法产生转动，在磁场力的作用下，转子产生绕自身轴线的转动，同时由于转子与定子螺纹连接，因此转子在转动的同时，能够沿丝杠的轴线方向运动。
55.所述转子与主螺母之间设有弹性件，转子沿丝杠轴线方向的运动能够挤压弹性件，进而通过弹性件对主螺母和副螺母施加预紧力。
56.进一步的，为了方便转子与弹性件之间的力的传递和对定子转子内部线圈、磁铁等元件的保护，所述转子和定子沿丝杠轴线方向的两侧分别设有第一端盖18和第二端盖19，所述第一端盖通过多个第一螺栓20与转子靠近弹性件的端面固定连接，所述第二端盖通过多个第二螺栓21与定子远离弹性件的端面固定连接。
57.转子能够通过第一端盖与弹性件接触，进而实现对弹性件的挤压。
58.进一步的，为了方便线圈与电源连接，所述第二端盖上设置有用于线圈与电源连接导线穿过的通孔。
59.本实施例中，所述弹性件采用弹簧，弹簧套在丝杠的外周，优选的为蝶形弹簧22，相对于其他类型的弹簧，蝶形弹簧沿丝杠轴线方向的尺寸较小，方便安装在第一端盖与主螺母之间。
60.所述蝶形弹簧的一端与连接板23固定，所述连接板与副螺母固定连接，蝶形弹簧的另一端与第一端盖接触。
61.为了方便对预紧力进行精准的控制，所述蝶形弹簧靠近第一端盖的端面上安装有应力检测元件，本实施例中，所述应力检测元件采用应变片24，应变片与控制系统连接，能够将采集的蝶形弹簧应变数据传输给控制系统，控制系统根据蝶形弹簧的弹性系数等按照设定的算法得到蝶形弹簧施加的预紧力。
62.由于转子与定子采用螺纹连接，其沿丝杠轴线方向的运动平滑度较好，施加的预紧力均匀，而且在丝杠轴线方向上转子的位置能够进行微调，实现了预紧力的精准控制。
63.实施例2：
64.本实施例公开了一种实施例1所述的能够自动预紧的滚珠丝杠副传动装置的预紧方法：
65.将线圈通过连接导线与电源连接，线圈通电，线圈与磁铁之间产生磁场力，磁场力带动转子绕其自身轴线转动，转子转动的同时，转子沿丝杠轴线方向运动，转子通过第一端盖挤压蝶形弹簧，蝶形弹簧施加反作用力，反作用力作用于主螺母和副螺母，对主螺母和副螺母施加预紧力，达到消除主螺母和副螺母传动间隙的目的。
66.整个预紧力的调节过程无需人工手动操作，省时省力，工作效率高。
67.整个传动系统工作过程中，也可通过应变片实时监控预紧力的大小，进而通过线圈的通电实时调节预紧力，使其达到预紧力需求，保证传动系统的传动精度，无需停机调节，保证了工作进度。
68.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。