具有滾珠軸承花鍵的線性致動器的製作方法

2023-05-03 19:03:16

專利名稱：具有滾珠軸承花鍵的線性致動器的製作方法
技術領域：
本文公開的主題大致涉及線性致動器領域。
背景技術：
線性致動器是設計成向物體提供力和線性位移的機械。線性致動器可包括機電致動器(EMA)，其中，該致動器由電動機供給動力。EMA提供比液壓或氣動線性致動器更高的效率，同時消除與液壓致動系統中所用的液壓流體有關的火災和洩露問題。線性致動器可包括滾珠絲槓致動器，其中，電動機給旋轉的滾珠軸承絲槓(或滾珠絲槓)供以動力。滾珠絲槓致動器通過平移螺母經由螺旋滾珠滾道而將來自旋轉的滾珠絲槓的旋轉運動轉換成線性運動。滾球絲槓旋轉時，與滾珠絲槓嚙合的平移螺母受到限制而不轉動，並且位於絲槓與螺母之間的一組滾珠軸承被迫跟隨螺旋滾珠滾道，從而減少滾球絲槓與螺母之間的摩擦。由此，通過滾珠絲槓的旋轉而在線性方向上平移該螺母。為了限制平移螺母隨滾珠絲槓的旋轉而轉動，滾珠絲槓致動器需要反作用與旋轉的滾珠絲槓有關的力矩。反作用該驅動力矩最簡單的方式是利用與致動器負載有關的結構。滾珠絲槓致動器通常用於被移動物體用關節連接在具有預定路徑的結構上的應用；這種結構可用於禁止平移螺母的旋轉。但是，在一些應用中，滾珠絲槓致動器可能無法將力矩反作用到母結構中。在這種應用中，可將力矩反作用元件，例如外部力矩反作用連杆機構或力矩反作用花鍵(spline)結合到致動器內。在致動器可能未結合外部力矩反作用連杆機構(例如，因為包裝限制的緣故)的應用中，可採用力矩反作用花鍵。力矩反作用花鍵包括位於致動器的靜止與平移元件之間的滑動界面，其容納平移元件的平移同時反作用來自旋轉元件的力矩。但是，與力矩反作用花鍵的滑動界面有關的滑動摩擦從系統中吸收能量，減少致動器的整體效率。力矩反作用花鍵還會因滑動摩擦而受到相對高的磨損。

發明內容
根據本發明的一個方面，一種線性致動器包括滾珠絲槓，所述滾珠絲槓被構造成旋轉；與所述滾珠絲槓嚙合的螺母，所述螺母被構造成響應於所述滾珠絲槓的旋轉而線性平移；以及集成到所述螺母內的滾珠軸承花鍵，所述滾珠軸承花鍵包括多個滾珠軸承，其中所述滾珠軸承花鍵被構造成反作用來自所述滾珠絲槓的旋轉的力矩。根據本發明的另一個方面，一種滾珠軸承花鍵被集成到線性致動器的平移螺母內，所述滾珠軸承花鍵包括多個滾珠軸承，其中，所述滾珠軸承花鍵被構造成反作用來自與所述平移螺母嚙合的滾珠絲槓的旋轉的力矩。本發明的其它方面、特徵和技術將從以下說明並聯繫附圖而變得更加明顯。


現參照附圖，其中在幾個圖中相同的元件被標以相同的附圖標記。圖1示出包括滾珠軸承花鍵的線性致動器的實施例。
圖2示出包括滾珠軸承花鍵的線性致動器的實施例的剖面。
具體實施例方式提供包括滾珠軸承花鍵的線性致動器的實施例，以下將詳細說明示例性實施例。滾珠軸承花鍵可被結合到線性滾珠絲槓致動器的平移元件(或螺母)內。滾珠軸承花鍵包括保持多個滾動元件(或滾珠軸承)的線性座圈(race)。滾珠軸承起到在靜止外殼與平移螺母之間的界面上線性地傳遞負載的作用，同時以相對低的摩擦反作用滾珠絲槓力矩，由此提高致動器的效率。滾珠軸承花鍵可包括滾珠回程(return)，從而通過迫使退出滾珠軸承花鍵負載路徑的滾珠軸承回到負載路徑的入口而允許滾珠軸承在座圈內再循環，從而允許滾珠軸承花鍵在無限衝程(stroke )上運行。圖1示出包括滾珠軸承花鍵的線性致動器100的實施例。線性致動器100包括與平移螺母103嚙合的旋轉的滾珠絲槓101。滾珠絲槓101在一些實施例中可由電動機供給動力。滾珠軸承花鍵10 和102b集成到平移螺母103中，並包括多個滾珠軸承。滾珠軸承花鍵10 和102b反作用與滾珠絲槓101的旋轉有關的力矩，迫使平移螺母103在箭頭 104所指的線性方向上響應於滾珠絲槓101的旋轉而移動。滾珠軸承花鍵10 和102b只是為說明性目的而示出；線性致動器可包括任何合適數量和結構的滾珠軸承花鍵。圖2示出包括滾珠軸承花鍵的線性致動器200的實施例的剖面。線性致動器200 包括與平移螺母204嚙合的滾珠絲槓205。滾珠絲槓205在一些實施例中可由電動機供給動力。滾珠軸承花鍵被集成到平移螺母204中，並包括外座圈201、內座圈或負載路徑202、 滾珠返迴路徑203以及多個滾動元件或滾珠軸承206。運行時，當滾珠絲槓205旋轉時，滾珠軸承花鍵迫使平移螺母204在線性方向上移動，從而反作用來自滾珠絲槓205的旋轉的力矩。多個滾動元件206通過內座圈202經滾珠返迴路徑203到外座圈201，然後回到內座圈202內而連續地循環，從而允許滾珠軸承花鍵在平移螺母204的無限線性衝程上運行。示例性實施例的技術效果和益處包括線性致動器花鍵的效率提高而磨損降低。本文所用的術語只是為了說明具體實施例的目的，並不意味著限制本發明。儘管為了說明和解釋已展示了本發明的說明書，並不意味著以所公開的形式窮舉或限制本發明。這裡沒有說明的許多修改、變化、變更、取代或等效配置對於本領域技術人員來說是明顯的，而不會背離本發明的範圍和精神。另外，儘管已說明了本發明的各種實施例，應當理解的是，本發明的方面可包括所述實施例的僅僅一部分。因此，本發明不應認為受到前述說明書的限制，而是只受到所附權利要求的範圍的限制。
權利要求
1.一種線性致動器(100，200)，包括滾珠絲槓(101，205)，所述滾珠絲槓(101，205)被構造成旋轉； 與所述滾珠絲槓嚙合的螺母(103，204)，所述螺母(103，204)被構造成響應於所述滾珠絲槓(101，205)的旋轉而線性平移；以及集成到所述螺母(103，204)內的滾珠軸承花鍵(102a)，所述滾珠軸承花鍵(102a)包括多個滾珠軸承(206)，其中，所述滾珠軸承花鍵被構造成反作用來自所述滾珠絲槓(101， 205)的旋轉的力矩。
2.如權利要求1所述的線性致動器(100，200)，其中，所述滾珠軸承花鍵(102a)包括內座圈(202)和外座圈(201)，所述內座圈(202)和所述外座圈(201)由滾珠返迴路徑(203)連接。
3.如權利要求2所述的線性致動器(100，200)，其中，所述多個滾珠軸承(206)經所述滾珠返迴路徑(203)從所述內座圈(202)到所述外座圈(201)並且回到所述內座圈(202)， 從而連續地循環。
4 如權利要求1所述的線性致動器(100，200)，進一步包括構造成驅動所述滾珠絲槓 (101，205)旋轉的電動機。
5.如權利要求1所述的線性致動器(100，200)，其中，多個滾珠軸承花鍵(102a，102b) 被集成到所述螺母(103，204)內。
6.一種集成到線性致動器(100，200)的平移螺母(103，204)內的滾珠軸承花鍵 (102a)，所述滾珠軸承花鍵(102a)包括多個滾珠軸承(206 )，其中，所述滾珠軸承花鍵 (102a)被構造成反作用來自與所述平移螺母(103，204)嚙合的滾珠絲槓(101，205)的旋轉的力矩。
7.如權利要求6所述的滾珠軸承花鍵(10 ),其中，所述滾珠軸承花鍵(102a)包括內座圈(202)和外座圈(201)，所述內座圈(202)和所述外座圈(201)由滾珠返迴路徑(203)連接。
8.如權利要求7所述的滾珠軸承花鍵(10 ),其中，所述多個滾珠軸承(206)經所述滾珠返迴路徑(203)從所述內座圈(202)到所述外座圈(201)並且回到所述內座圈(202)，從而連續地循環。
全文摘要
本發明涉及具有滾珠軸承花鍵的線性致動器。具體地，一種線性致動器包括滾珠絲槓，所述滾珠絲槓被構造成旋轉；與所述滾珠絲槓嚙合的螺母，所述螺母被構造成響應於所述滾珠絲槓的旋轉而線性平移；以及集成到所述螺母內的滾珠軸承花鍵，所述滾珠軸承花鍵包括多個滾珠軸承，其中所述滾珠軸承花鍵被構造成反作用來自所述滾珠絲槓的旋轉的力矩。一種滾珠軸承花鍵被集成到線性致動器的平移螺母內，所述滾珠軸承花鍵包括多個滾珠軸承，其中，所述滾珠軸承花鍵構造成反作用來自與所述平移螺母嚙合的滾珠絲槓的旋轉的力矩。
文檔編號F16H25/24GK102155524SQ201010584848
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月13日 優先權日2009年12月14日
發明者R·A·希默爾曼 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司