一種伸縮式機械結構的製作方法

2024-02-02 07:06:15 1

專利名稱：一種伸縮式機械結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種伸縮式機械結構，利用各段節限位裝置的自動限位和自動解除功能，結合傳動絲槓的螺帽脫槓使用技術，機械結構的各段節能夠逐節伸出而變長，也能夠逐節縮回而變短。
背景技術：
在工作時需要最大範圍伸展，在搬運和轉場時需要儘量少佔用空間的實際應用中，一般採用摺疊結構。比如混凝土泵車的布料杆，轉場或運輸時，各節杆摺疊在一起，需要工作時，各採用液壓支撐方式，把布料杆一節一節撐開到需要的長度。它採用昂貴的液壓系統，笨重且耗費空間，且支撐時靠短臂支撐長臂，費力耗能。汽車起動機，採用的是伸縮方式伸出吊臂，其臂架內部採用液壓驅動，鋼絲繩傳動的方式，來實現吊臂的伸長和縮短。這種方式傳動複雜，沒有精準數據，無法實現自動化作業。在空間環境受限情況下，要求機械結構伸開以後要儘量長，收回以後要儘量短；工作位置經常變動要求收回要短而緊湊，便於搬運；要實現數字系統控制下的自動化作業，則要求機械結構響應快速，傳動精準，上述結構和技術均難以滿足需求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種伸縮式機械結構，這種結構可以廣泛應用在室內或室外環境中、工業及農業生產中、數控和自動化領域中。這種機械結構能夠以伸縮的方式，提供最大長度以適應大工作範圍，最小長度的以耗費最小的空間，快速響應和精準傳動以適應自動化要求。為了達到這種目標，本發明的技術方案是這樣實現的一種伸縮式機械結構，採用金屬管狀結構，包括第一段節1、第二段節2、基本段節 3、第末段節4、軸承裝置5、螺帽6、傳動絲槓7、限位裝置8，基本段節3可採用一段或多段， 其結構完全相同；第一段節1固定安裝在承載結構上，第二段節2、基本段節3和第末段節 4都能夠在其上一段節的內腔之中伸出和縮回；第一段節1起始端內部固定安裝軸承裝置 5 ；第二段節2、基本段節3和第末段節4起始端內部固定安裝螺帽6 ；每段節末端外部有加固法蘭12 ；傳動絲槓7包括無絲部分7-1和有絲部分7-2，無絲部分7-1端部安裝在軸承裝置5中，有絲部分7-2伸入機械結構內腔中；第二段節2、基本段節3和第末段節4的外表面有滾珠軌道9 ；基本段節3和第末段節4的滾珠軌道9的起始端有滾珠限位窩10 ；第一段節1、第二段節2和基本段節3靠近加固法蘭12位置表面有滾珠通過孔11，滾珠通過孔11 與滾珠軌道9相對應，滾珠通過孔11外部安裝有限位裝置8 ；限位裝置8由滑動限位套管 8-1、彈簧8-6、滾珠8-7構成，滾珠8-7能從滾珠通過孔11中通過；機械結構處於最短狀態時，第末段節4的螺帽6與傳動絲槓7的有絲部分7-2相嚙合，第二段節2、基本段節3的螺帽6處於傳動絲槓7的無絲部分7-1 ；機械結構由最短變長時，傳動絲槓7首先驅動第末段節4伸出，第末段節4伸出到位後，其相鄰的上一基本段節3的限位裝置8生效，該基本段節3開始伸出；每一段節伸出到位時，其上一段節的限位裝置8生效，之後上一段節開始伸出；第二段節2伸出到位時，機械結構達到最大長度；機械結構達到最大長度時，傳動絲槓7 與第二段節2的螺帽6嚙合，基本段節3和第末段節4的螺帽6處於脫離傳動絲槓7狀態； 當機械結構由最長變短時，第二段節2首先縮回第一段節1內腔之中，第二段節2縮回到位時，其限位裝置8限位解除，下一基本段節3開始縮回第二段節2內腔之中；每一段節縮回到位時，其限位裝置8解除，下一段節開始縮回其內腔之中，直到第末段節4完全縮回到位， 機械結構達到最短長度。傳動絲槓7的無絲部分7-1的直徑小於等於有絲部分7-2的絲底直徑；傳動絲槓 7的無絲部分7-1與軸承裝置5構成轉動副，傳動絲槓7能夠在軸承裝置5中轉動而其相對位置不變；傳動絲槓7的有絲部分7-2能夠與各段節的螺帽6構成傳動副，即傳動絲槓7 本身位置固定，傳動絲槓7在軸承裝置5中轉動，能夠驅動螺帽6沿傳動絲槓7向前或向後移動；因為螺帽6在各段節端部固定，因此傳動絲槓7轉動能夠推動螺帽6帶動該段節向前或向後移動。第二段節2、基本段節3和第末段節4的外表面至少有2條相互平行的滾珠軌道9， 滾珠軌道9平行於該段節的長度方向，軌道面為球面的一部分，能夠與滾珠8-7完好吻合； 滾珠軌道9起始端的滾珠限位窩10與滾珠8-7能夠完好吻合。限位裝置8由滑動限位套管8-1、彈簧8-6、滾珠8-7構成，滑動限位套管8-1內徑與所在段節的外徑相同，能夠套裝在該段節的外表面並來回滑動；滑動限位套管8-1內部有兩個不同深度的軌道，分別是滾珠進入限位窩前軌道8-2和滾珠進入限位窩後軌道8-3， 兩者通過壓力斜面軌道8-4連接，滾珠進入限位窩前軌道8-2、滾珠進入限位窩後軌道8-3 和壓力斜面軌道8-4的軌道面都為球面，能夠與滾珠8-7完好吻合；滑動限位套管8-1面向加固法蘭12 —側有彈簧倉8-5，彈簧8-6 —端固定安裝在彈簧倉8-5中，一端固定到加固法蘭12上。滾珠8-7為球形鋼珠，安裝在各段節的滾珠通過孔11內，並被限制在滑動限位套管8-1和下一段節滾珠軌道9或滾珠限位窩10之間，防止伸縮結構各段節在其上一段節內腔之內相對轉動；在進入滾珠限位窩10之前，滾珠8-7被緊密限制在滾珠進入限位窩前軌道8-2、壓力斜面軌道8-4和下一段節滾珠軌道9之間滾動；在進入滾珠限位窩10之後，滾珠8-7被緊密限制在滾珠進入限位窩後軌道8-3和下一段節的滾珠限位窩10之間。本發明的有益效果是本機械結構能夠大範圍的伸展和收縮，在伸出和縮回的過程中，能夠承受較大的軸向壓力或拉力，並且驅動簡單，數據精準，適合用於空間受限的環境、自動化控制作業的需求，可作為一個模塊和基礎結構應用於各種機械裝置或數控設備。


圖1為本發明的總體原理結構圖，為主視剖面圖，也可作為摘要附圖。圖2為第三段節剛開始伸出時的狀態示意圖。圖3為第三段節伸出過程示意圖。圖4為第二段節伸出過程示意圖。圖5為機械結構伸展到最長狀態示意圖。圖6為第二段節縮回到位時的狀態示意圖。圖7為第三段節縮回過程示意圖。
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圖8為機械結構縮回到最短狀態示意圖。圖9為傳動絲槓結構示意圖。圖10為限位裝置結構示意11為限位裝置限位生效時狀態示意12為限位裝置未生效時或限位解除狀態示意圖其中1、第一段節2、第二段節3、基本段節4、第末段節5、軸承裝置6、螺帽7、傳動絲槓7-1、無絲部分7-2、有絲部分8、限位裝置8-1、滑動限位套管8-2、滾珠進入限位窩前軌道8-3、滾珠進入限位窩後軌道8-4、壓力斜面軌道8-5、彈簧倉8-6、彈簧8-7、滾珠9、滾珠軌道10、滾珠限位窩11、滾珠通過孔12、加固法蘭13、驅動輪圖中箭頭表示機械結構伸出或縮回運行方向。
具體實施例方式實施例1 結合圖1到圖12，以整體機械結構設計為四節的情況為例，來詳細說明本發明的具體實施方式
，基本段節3隻有一段，第末段節4即為第四段節。第一段節1、第二段節2、 基本段節3、第末段節4採用厚壁鋼管制造；第一段節1的起始端部安裝軸承裝置5，傳動絲槓7固定到軸承裝置5之中能夠自由轉動。第二段節2、基本段節3、第末段節4起始端部內部焊接螺帽6，螺帽6端部與該段節端部平齊。各個螺帽6能夠在傳動絲槓7上轉動而旋入或旋出。在第一段節1、第二段節2、基本段節3靠近加固法蘭12的相同位置，開滾珠通過孔11 ；在第二段節2、基本段節3、第末段節4表面加工滾珠軌道9，滾珠軌道9的數量和滾珠通過孔11的數量相同且排列位置對應。將滾珠8-7安裝到各段節的滾珠通過孔11 中，把滾珠限制在滑動限位套管8-1和下一段節滾珠軌道9之間。第一段節1為固定裝置， 一般將其固定在承載平臺上；第二段節2能夠在第一段節1管腔中伸出和縮回；基本段節3 能夠在第二段節2管腔中伸出和縮回，第末段節4能夠在基本段節3中伸出和縮回。圖1的情況可視為第末段節4伸出的過程第末段節4的螺帽6與傳動絲槓7構成傳動副；傳動絲槓7轉動，推動第末段節4從基本段節3中伸出。此時基本段節3的螺帽 6處於傳動絲槓7的無絲部分7-1，因此基本段節3不會被驅動伸出，第一段節1、第二段節 2也是如此。此時基本段節3的滑動限位套管8-1處於靠近加固法蘭12的位置，彈簧8-6 被壓縮，彈簧8-6的推力推動活動滑動限位套管8-1有向左運動的趨勢，滾珠8-7被緊緊的限制在滾珠軌道9和滾珠進入限位窩前軌道8-2、壓力斜面軌道8-4之間，從而保證了第末段節4在基本段節3內部平穩運行，並且不會相對轉動。圖2顯示了第末段節4伸展到位，基本段節3的限位裝置8生效並開始伸展的情況。第末段節4 一直向前運行，當基本段節3的滾珠8-7遇到第末段節4上的滾珠限位窩 10時，由於滑動限位套管8-1的壓力作用，滾珠8-7會被壓入滾珠限位窩10，滑動限位套管 8-1在彈簧8-6作用下彈出，並把滾珠8-7緊緊的壓在滾珠限位窩10和滾珠進入限位窩後軌道8-3之間，此即為限位裝置8生效狀態。此時第末段節4和基本段節3被連接在一起， 成為一體。第末段節4向前運行時，將帶動基本段節3 —起向前運行，並把基本段節3的螺帽6帶入傳動絲槓7的有絲部分7-2。基本段節3的螺帽6和第末段節4的螺帽6同時在傳動絲槓7上向前運動。限位裝置8限位生效時狀態如圖11所示。圖3顯示了基本段節3伸出的過程。基本段節3的螺帽6和第末段節4的螺帽6 同時在傳動絲槓7上向前運動，運動一段距離以後，第末段節4的螺帽6脫離傳動絲槓7。 此時基本段節3的螺帽6仍然與傳動絲槓7嚙合，推動基本段節3和第末段節4 一起向前運行。基本段節3伸出過程中，第二段節2的滑動限位套管8-1將其滾珠8-7限制在基本段節3的滾珠軌道9和滾珠進入限位窩前軌道8-2之間，保證基本段節3的平穩運行。圖4顯示了第二段節2的伸展過程。如同上述情況一樣，當第二段節2的滾珠8-7 運行到基本段節3的滾珠限位窩10時，滾珠8-7進入滾珠限位窩10中，滑動限位套管8-1 在彈簧8-6作用下彈出，並把滾珠8-7緊緊的壓在滾珠限位窩10和滾珠進入限位窩後軌道 8-3之間，從而將基本段節3和第二段節2連為一體。基本段節3繼續前行，帶動第二段節 2 一起向前運行，並把第二段節2的螺帽6帶入傳動絲槓7的有絲部分7-2。第二段節2的螺帽6和基本段節3的螺帽6同時在傳動絲槓7上向前運動，運動一段距離以後，基本段節3的螺帽6脫離傳動絲槓7。此時第二段節2的螺帽6仍然與傳動絲槓7嚙合，推動第二段節2和基本段節3、第末段節4 一起向前運行。圖5顯示了機械結構伸展到最大長度的情況。第二段節2的滾珠軌道9沒有滾珠限位窩，第一段節1的滾珠8-7始終被限制在滾珠軌道9和滑動限位套管8-1的滾珠進入限位窩前軌道8-2之間；當第二段節2—直向前運行，運行到第二段節2的滾珠軌道9盡頭時，第二段節2無法繼續向前運行，這時候機械結構伸展到了最大長度，完成了機械結構的伸出過程。當機械結構要縮回時，因為第二段節2的螺帽6與傳動絲槓7嚙合而基本段節3、 第末段節4的螺帽6都處於脫槓狀態，因此當傳動絲槓7反向轉動時，第二段節2將首先縮回第一段節1內部。傳動絲槓7帶動第二段節2向回運行，運行到一定距離時，基本段節3的螺帽6也與傳動絲槓7嚙合，兩個螺帽一起在傳動絲槓7上運動，因為此時第二段節2尚未縮回到位，基本段節3與第二段節2的限位裝置尚未解除，因此基本段節3尚未向第二段節2內縮回。如圖6所示，當第二段節2繼續縮回，其螺帽6行進到傳動絲槓7的無絲部分7_1 時，傳動絲槓7繼續轉動，第二段節2不再繼續縮回。傳動絲槓7帶動基本段節3向回運動， 在這個過程中，第一段節1加固法蘭12逐步壓縮第二段節2的限位裝置8之彈簧8-6，滑動限位套管8-1離開原來位置，逐步向其加固法蘭12靠近，對滾珠8-7的壓力逐步解除，滾珠 8-7從滾珠限位窩10中離開，並被限制到滾珠進入限位窩前軌道8-2和基本段節3的滾珠軌道9之間，基本段節3與第二段節2的限位裝置8處於解除狀態，此後基本段節3 —直向回運行。基本段節3縮回過程如圖7所示。限位裝置8限位解除時的狀態如圖12所示。第末段節4的縮回與基本段節3的情況相同基本段節3帶動第末段節4向回運行，運行到一定距離時，第末段節4的螺帽6旋入傳動絲槓7，兩個螺帽一起在傳動絲槓7上運動，直到基本段節3的螺帽6到達傳動絲槓7的無絲部分7-1，基本段節3無法繼續縮回。 傳動絲槓7帶動第末段節4向回運動，這個過程中，基本段節3的滾珠8-7從第末段節4的滾珠限位窩10中離開，並被壓縮到活動滑動限位套管8-1的滾珠進入限位窩前軌道8-2和第末段節4的滾珠軌道9之間，第末段節4與基本段節3的限位裝置8被自動解除。之後第末段節4在傳動絲槓7帶動下向回運行，一直運行到最短狀態。如圖8所示，當機械結構縮回到最短狀態時，第末段節4縮回基本段節3內部，基本段節3縮回第二段節2內部，第二段節2縮回第一段節1內部。第二段節2、基本段節3 的螺帽6到達傳動絲槓7的無絲部分7-1，第末段節4的螺帽6仍然與傳動絲槓7的有絲部分7-2嚙合。實施例2當機械結構需要更長的長度時，可通過增加為更多段節及其限位裝置來實現。具體實施時，第一段節與本實施例中第一段節1結構完全相同，第二段節與本實施例中第二段節2的結構完全相同，最末段節與本實施例中第末段節4的結構完全相同，中間的若干段節與本實施例中基本段節3的結構完全相同，中間各段節相應設置限位裝置8。設計段節粗細及滾珠直徑變化，使各段節正好耦合；設計傳動絲槓有絲部分和無絲部分的長度，使之滿足螺帽旋入和旋出時的位置要求。實施例3本發明可簡化為三節使用當三節應用時，第一段節的結構同本實施例中的第一段節1完全相同，第二段節的結構同本實施例中的第二段節2完全相同，第三段節的結構同本實施例中的第末節即第末段節4完全相同，第二段節2需要相應的限位裝置8，第三段節不再需要限位裝置、滾珠通過孔等，結構更加簡化。實施例4本發明可簡化為二節使用當二節應用時，只要本實施例中的第一段節1、第二段節2即可，且第二段節2不再需要限位裝置、滾珠通過孔等，結構更加簡化。在具體應用中，根據實際需要的長度來選擇機械結構的節數和各節的長度、粗細，各段節之間的相對滑動採用直線軸承來減少摩擦力和活動間隙；採用步進電機或伺服電機帶動驅動輪，使其按照數據控制正向反向運行，能夠精確的控制機械結構的伸長和縮短，實現自動化控制場合應用。採用普通電機或手搖驅動，可以應用在一些普通的需要伸縮杆的場合。
權利要求
1.一種伸縮式機械結構，採用金屬管狀結構，其特徵在於包括第一段節(1)、第二段節(2)、基本段節(3)、第末段節(4)、軸承裝置(5)、螺帽(6)、傳動絲槓(7)和限位裝置(8)， 基本段節(3)可採用一段或多段，其結構完全相同；第一段節(1)固定安裝在承載結構上， 第二段節O)、基本段節⑶和第末段節⑷都能夠在其上一段節的內腔之中伸出和縮回； 第一段節(1)起始端內部固定安裝軸承裝置(5)；第二段節O)、基本段節C3)和第末段節(4)起始端內部固定安裝螺帽(6)；每段節末端外部有加固法蘭(1 ；傳動絲槓(7)包括無絲部分(7-1)和有絲部分(7-2)，無絲部分(7-1)端部安裝在軸承裝置(5)中，有絲部分 (7-2)伸入機械結構內腔中；第二段節O)、基本段節(3)和第末段節(4)的外表面有滾珠軌道(9)；基本段節( 和第末段節(4)的滾珠軌道(9)的起始端有滾珠限位窩(10)；第一段節(1)、第二段節⑵和基本段節⑶靠近加固法蘭(12)位置表面有滾珠通過孔(11)， 滾珠通過孔(11)與滾珠軌道(9)相對應，滾珠通過孔(11)外部安裝有限位裝置(8)；限位裝置(8)由滑動限位套管(8-1)、彈簧(8-6)、滾珠(8-7)構成，滾珠(8-7)能從滾珠通過孔(11)中通過；機械結構處於最短狀態時，第末段節⑷的螺帽(6)與傳動絲槓(7)的有絲部分(7- 相嚙合，第二段節O)、基本段節(3)的螺帽(6)處於傳動絲槓(7)的無絲部分(7-1)；機械結構由最短變長時，傳動絲槓(7)首先驅動第末段節⑷伸出，第末段節⑷ 伸出到位後，其相鄰的上一基本段節(3)的限位裝置(8)生效，該基本段節(3)開始伸出； 每一段節伸出到位時，其上一段節的限位裝置(8)生效，之後上一段節開始伸出；第二段節 (2)伸出到位時，機械結構達到最大長度；機械結構達到最大長度時，傳動絲槓(7)與第二段節O)的螺帽(6)嚙合，基本段節( 和第末段節(4)的螺帽(6)處於脫離傳動絲槓(7) 狀態；當機械結構由最長變短時，第二段節⑵首先縮回第一段節⑴內腔之中，第二段節 ⑵縮回到位時，其限位裝置⑶限位解除，下一基本段節⑶開始縮回第二段節⑵內腔之中；每一段節縮回到位時，其限位裝置(8)解除，下一段節開始縮回其內腔之中，直到第末段節(4)完全縮回到位，機械結構達到最短長度。
2.根據權利要求1所述的伸縮式機械結構，其特徵是傳動絲槓(7)的無絲部分(7-1) 的直徑小於等於有絲部分(7-2)的絲底直徑；傳動絲槓(7)的無絲部分(7-1)與軸承裝置(5)構成轉動副，傳動絲槓(7)能夠在軸承裝置(5)中轉動而其相對位置不變；傳動絲槓 (7)的有絲部分(7-2)能夠與各段節的螺帽(6)構成傳動副，即傳動絲槓(7)本身位置固定，傳動絲槓(7)在軸承裝置(5)中轉動，能夠驅動螺帽(6)沿傳動絲槓(7)向前或向後移動；因為螺帽(6)在各段節端部固定，因此傳動絲槓(7)轉動能夠推動螺帽(6)帶動該段節向前或向後移動。
3.根據權利要求1所述的伸縮式機械結構，其特徵是第二段節O)、基本段節(3)和第末段節(4)的外表面至少有2條滾珠軌道(9)，滾珠軌道(9)平行於該段節的長度方向， 軌道面為球面的一部分，能夠與滾珠(8-7)完好吻合；滾珠軌道(9)起始端的滾珠限位窩 (10)與滾珠(8-7)能夠完好吻合。
4.根據權利要求1所述的伸縮式機械結構，其特徵是限位裝置(8)的滑動限位套管 (8-1)內徑與所在段節的外徑相同，能夠套裝在該段節的外表面並來回滑動；滑動限位套管(8-1)內部有兩個不同深度的軌道，分別是滾珠進入限位窩前軌道(8- 和滾珠進入限位窩後軌道(8-3)，兩者通過壓力斜面軌道(8-4)連接，滾珠進入限位窩前軌道(8-2)、滾珠進入限位窩後軌道(8- 和壓力斜面軌道(8-4)的軌道面都為球面，能夠與滾珠(8-7)完好吻合；滑動限位套管(8-1)面向加固法蘭(1 一側有彈簧倉(8-5)，彈簧(8-6) —端固定安裝在彈簧倉(8-5)中，一端固定到加固法蘭(1 上。
5.根據權利要求1所述的伸縮式機械結構，其特徵是限位裝置⑶的滾珠(8-7)為球形鋼珠，安裝在各段節的滾珠通過孔(11)內，並被限制在滑動限位套管(8-1)和下一段節滾珠軌道(9)或滾珠限位窩(10)之間，防止伸縮結構各段節在其上一段節內腔之內相對轉動；在進入滾珠限位窩(10)之前，滾珠(8-7)被緊密限制在滾珠進入限位窩前軌道(8-2)、 壓力斜面軌道(8-4)和下一段節滾珠軌道(9)之間滾動；在進入滾珠限位窩(10)之後，滾珠(8-7)被緊密限制在滾珠進入限位窩後軌道(8-3)和下一段節的滾珠限位窩(10)之間。
全文摘要
一種伸縮式機械結構，由多節粗細不同的段節、傳動絲槓、限位裝置和滾珠組成，利用各段節限位裝置的自動限位和自動解除功能，結合傳動絲槓的螺帽脫槓使用技術，機械結構的各段節能夠逐節伸出而變長，也能夠逐節縮回而變短。本機械結構能夠大範圍的伸展和收縮，在伸出和縮回的過程中，能夠承受較大的軸向壓力或拉力，並且驅動簡單，數據精準，適合用於空間受限的環境、自動化控制作業的需求，可作為一個模塊和基礎結構應用於各種機械裝置或設備。
文檔編號F16H25/20GK102278439SQ20101019486
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者朱豪東 申請人:朱豪東