一种小口径的折返式重载电动缸及方法
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种电动缸。
背景技术
电动缸是一种将伺服电机与丝杠一体化设计的产品，将电机的旋转运动通过丝杠和丝杠副的机械运动转换为推杆的直线运动，通过电机的正反转动实现输出轴的往返运动，可实现远距离控制和集中控制；具有传动效率高、定位精度高、可靠性和安全性高、响应速度快、控制精准和同步性高的性能特点。
现有伺服电动缸整体结构较为复杂,整体的体积较大,在应用的机械设备内需要占用大量空间，安装不方便，适用范围小；同时易磨损、使用寿命短、噪音大,与外部部件连接不方便；在某些体积小精度要求高而且负载比较大的场合,现有产品无法满足使用要求。为了使电动缸获得更实用、更有效的使用功能以便用于特殊的工作场合，需要对电动缸性能进行改良。通过设计新的传动结构，结合高扭矩密度的驱动电机，不仅可以缩小电动缸的体积、减小工作噪音，还可以做到小口径、重载的工作要求，无论在科学研究还是军工应用上，都有重要价值。
中国专利CN111371244A提出“一种采煤装备支架用大推力滚柱丝杠式伺服电动缸”提供一种采煤装备支架用大推力滚柱丝杠式伺服电动缸，包括箱体﹑驱动装置﹑传动装置和执行装置。其结构设计导致体积大、重量大，不能运用在小体积的精密机械上，而且其结构导致工作过程中噪音大，因而适用场合有限。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种小口径的折返式重载电动缸及方法，包括驱动机构和传动机构；驱动机构包括驱动电机、第一同步轮和电机固定支架；驱动电机固定安装在电机固定支架上，驱动电机的输出轴连接第一同步轮；传动机构包括丝杠、第二同步轮、铝托和推杆，第二同步轮与第一同步轮通过皮带连接，驱动电机转动，通过第一同步轮带动第二同步轮转动，第二同步轮带动丝杠转动，丝杠转动时，与丝杠螺纹连接的螺母带动铝托在导轨上沿直线方向滑动，铝托滑动时带动推杆沿直线方向移动，最终推杆头能穿过推杆伸出孔伸出传动机构外壳。本发明的电动缸结构简单、使用可靠，能解决某些精密机械设备小口径、重载的工作要求，同时可在复杂恶劣环境中使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种小口径的折返式重载电动缸，包括驱动机构、传动机构和底板；
所述驱动机构包括驱动电机、第一同步轮和电机固定支架；所述电机固定支架为中空结构，固定安装在底板上；所述驱动电机固定安装在电机固定支架侧面上方，驱动电机的输出轴置于电机固定支架空腔内，驱动电机的输出轴固定连接第一同步轮；驱动电机上设有驱动电机电气接口，驱动电机通过驱动电机电气接口受到远程控制系统的控制；
所述传动机构包括丝杠、推杆、推杆头、钢套、钢托、轴承、导轨、铝托、螺母、第二同步轮、导轨底板、外壳安装支架和传动机构外壳；所述导轨有两根，两根导轨平行于丝杠设置在导轨底板两侧，导轨上设有多个导轨安装孔，在导轨安装孔内安装螺钉将导轨和导轨底板固定在传动机构外壳内部的底面上；所述铝托下方对称开有两个导槽，铝托通过导槽安装在导轨上，铝托能在导轨上滑动；所述铝托中心开有一个第一圆孔，第一圆孔周围均匀设有多个螺母安装孔，所述螺母通过螺母安装孔固定安装在铝托侧面，螺母中心孔与第一圆孔对齐；所述钢托固定安装在传动机构外壳上靠近电机固定支架的一侧，钢托中心设有第二圆孔，第二圆孔内嵌轴承；所述丝杠一端先穿过螺母中心孔，然后穿过第一圆孔，再穿过轴承后与第二同步轮固定连接，丝杠与螺母通过螺纹连接，丝杠与轴承固定连接，丝杠另一端悬空；所述第二同步轮位于电机固定支架空腔内第一同步轮的下方，与第一同步轮通过皮带连接；所述推杆一端固定安装在铝托中心孔斜上方，推杆另一端设有推杆头，推杆与推杆头为一体结构，推杆头穿过固定在传动机构外壳上远离电机固定支架一侧的钢套，钢套用于防止推杆前进和后退过程中晃动，所述推杆与丝杠平行；所述传动机构外壳通过外壳安装支架固定在底板上，丝杠、推杆、铝托、钢托及导轨都在传动机构外壳内部，传动机构外壳用于对传动机构进行保护；所述传动机构外壳在远离电机固定支架一侧设有推杆伸出孔；
所述驱动电机转动，带动第一同步轮转动，第一同步轮通过皮带带动第二同步轮转动，第二同步轮带动丝杠转动，丝杠转动时，与丝杠螺纹连接的螺母带动铝托在导轨上沿直线方向滑动，铝托滑动时带动推杆沿直线方向移动，最终推杆头能穿过推杆伸出孔伸出传动机构外壳；所述驱动电机能正反向转动，驱动电机正反向转动时，推杆做往复折返运动。
优选地，所述导轨安装孔设置为8个；所述螺母安装孔设置为5个。
一种应用于小口径的折返式重载电动缸的推杆移动方法，包括以下步骤：
步骤1：通过远程控制系统启动电动缸，远程控制系统控制驱动电机动作；
步骤2：驱动电机转动，带动第一同步轮转动，第一同步轮通过皮带带动第二同步轮转动，第二同步轮带动丝杠转动，丝杠转动时，与丝杠螺纹连接的螺母带动铝托在导轨上沿直线方向滑动，铝托滑动时带动推杆沿直线方向移动回到初始位置，完成传动机构位置调零；
步骤3：远程控制系统设定驱动电机行程，驱动电机转动，带动推杆向前移动，推杆头穿过推杆伸出孔伸出传动机构外壳，实现指定操作；完成指定操作后，驱动电机反转，带动推杆向后移动，回到初始位置。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明设计的推杆口径小、可重载运行，适用于某些体积小精度要求高而且负载比较大的机械设备。
2、本发明能够实现高精度直线运动和高精密运动控制，同时可以降低噪音、节能，还具有高刚性、抗冲击力强、超长寿命、操作维护简单且在恶劣环境下极低故障率的特点。
3、本发明所设计的传动机构由导轨、推杆和丝杠等组成，结构简单，丝杠转动过程推杆保持直线运动，并使用新型材料使传动机构的强度更高，使用更可靠。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明驱动机构结构示意图。
图3是本发明传动机构内部结构示意图。
图中：1-底板，2-推杆伸出孔，3-传动机构外壳，4-外壳安装支架，5-驱动电机，6-电机固定支架，7-驱动电机电气接口，8-第一同步轮，9-第二同步轮，10-螺母安装孔，11-铝托，12-螺母，13-导轨安装孔，14-推杆，15-导轨，16-钢套，17-推杆头，18-丝杠，19-导轨底板，20-钢托，21-轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种小口径的折返式重载电动缸，包括驱动机构、传动机构和底板1；
如图2所示，所述驱动机构包括驱动电机5、第一同步轮8和电机固定支架6；所述电机固定支架6为中空结构，固定安装在底板1上；所述驱动电机5固定安装在电机固定支架6侧面上方，驱动电机5的输出轴置于电机固定支架6空腔内，驱动电机5的输出轴固定连接第一同步轮8；驱动电机5上设有驱动电机电气接口7，驱动电机5通过驱动电机电气接口7受到远程控制系统的控制；
如图3所示，所述传动机构包括丝杠18、推杆14、推杆头17、钢套16、钢托20、轴承21、导轨15、铝托11、螺母12、第二同步轮9、导轨底板19、外壳安装支架4和传动机构外壳3；所述导轨15有两根，两根导轨15平行于丝杠18设置在导轨底板19两侧，导轨15上设有多个导轨安装孔13，在导轨安装孔13内安装螺钉将导轨15和导轨底板19固定在传动机构外壳3内部的底面上；所述铝托11下方对称开有两个导槽，铝托11通过导槽安装在导轨15上，铝托11能在导轨15上滑动；所述铝托11中心开有一个第一圆孔，第一圆孔周围均匀设有多个螺母安装孔10，所述螺母12通过螺母安装孔10固定安装在铝托11侧面，螺母中心孔与第一圆孔对齐；所述钢托20固定安装在传动机构外壳3上靠近电机固定支架6的一侧，钢托20中心设有第二圆孔，第二圆孔内嵌轴承21；所述丝杠18一端先穿过螺母中心孔，然后穿过第一圆孔，再穿过轴承21后与第二同步轮9固定连接，丝杠18与螺母12通过螺纹连接，丝杠18与轴承21固定连接，丝杠18另一端悬空；所述第二同步轮9位于电机固定支架6空腔内第一同步轮8的下方，与第一同步轮8通过皮带连接；所述推杆14一端固定安装在铝托11中心孔斜上方，推杆14另一端设有推杆头17，推杆14与推杆头17为一体结构，推杆头17穿过固定在传动机构外壳3上远离电机固定支架6一侧的钢套16，钢套16用于防止推杆14前进和后退过程中晃动，所述推杆14与丝杠18平行；所述传动机构外壳3通过外壳安装支架4固定在底板1上，丝杠18、推杆14、铝托11、钢托20及导轨15都在传动机构外壳3内部，传动机构外壳3用于对传动机构进行保护；所述传动机构外壳3在远离电机固定支架6一侧设有推杆伸出孔2；
所述驱动电机5转动，带动第一同步轮8转动，第一同步轮8通过皮带带动第二同步轮9转动，第二同步轮9带动丝杠18转动，丝杠18转动时，与丝杠18螺纹连接的螺母12带动铝托11在导轨15上沿直线方向滑动，铝托11滑动时带动推杆14沿直线方向移动，最终推杆头17能穿过推杆伸出孔2伸出传动机构外壳3；所述驱动电机5能正反向转动，驱动电机5正反向转动时，推杆14做往复折返运动。
一种应用于小口径的折返式重载电动缸的推杆移动方法，包括以下步骤：
步骤1：通过远程控制系统启动电动缸，远程控制系统控制驱动电机5动作；
步骤2：驱动电机5转动，带动第一同步轮8转动，第一同步轮8通过皮带带动第二同步轮9转动，第二同步轮9带动丝杠18转动，丝杠18转动时，与丝杠18螺纹连接的螺母12带动铝托11在导轨15上沿直线方向滑动，铝托11滑动时带动推杆14沿直线方向移动回到初始位置，完成传动机构位置调零；
步骤3：远程控制系统设定驱动电机5行程，驱动电机5转动，带动推杆14向前移动，推杆头17穿过推杆伸出孔2伸出传动机构外壳3，实现指定操作；完成指定操作后，驱动电机5反转，带动推杆14向后移动，回到初始位置。
本发明可以应用在试验设备方面，如六自由度仿真平台、造波机等；专用设备方面，如自动化生产线、升降台、坐标机械手等其它一些可以替代液压缸、气压缸的工作场合；在军事方面，可装备在武器系统，用于弹药的自动化装填。
