專利名稱：使用滑動軸承的線性致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性致動器，其通常包括一個動力致動器，一個由上述致動器操作的托架和一個沿直線路徑導(dǎo)引上述托架的直線導(dǎo)軌。這樣的線性致動器在工業(yè)機械領(lǐng)域以及機動車、船舶和航空器領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，其在工業(yè)機械領(lǐng)域可以作為二維或三維的可移動臺和機械手臂。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的這種線性致動器的直線導(dǎo)軌包括一種循環(huán)球形滑動軸承(circulating ball type slide bearing)。圖8a到8d示出了一種典型的線性滑動軸承，其包括一個底座1，和一個由底座1支撐的導(dǎo)架3，在所述導(dǎo)架中形成有一個具有一個開口頂部的導(dǎo)槽2。上述導(dǎo)槽2可以以滑動的方式通過四排循環(huán)鋼球6來容納一個托架5，上述鋼球6沿著托架5兩側(cè)壁設(shè)置。螺桿4容納在托架5中的對應(yīng)螺紋孔內(nèi)。上述托架5還設(shè)置有多個螺紋安裝孔7用來和工作臺或其他要被驅(qū)動的物體相連(在圖中沒有示出)。
上述螺桿4通過多個循環(huán)鋼球(在圖中沒有示出)螺旋進對應(yīng)的螺紋孔內(nèi)。當上述螺桿4由電機(在圖中沒有示出)驅(qū)動而轉(zhuǎn)動時，上述托架5就會沿著導(dǎo)槽2直線運動，由上述四排循環(huán)鋼球6形成的線性軸承使上述托架5運動時，摩擦很小，而且間隙也很小。
但是在近些年里隨著對上述托架的定位精確性要求越來越高，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)類型的線性軸承很難滿足上述的需要。由于鋼球用來承擔(dān)載荷，鋼球通過點或小接觸面積和相對表面接觸，當在托架上施加相對較大或分布不均勻的載荷時，就會產(chǎn)生鋼球和/或?qū)Ъ?的彈性變形，這樣就引起摩擦阻力的增加，從而導(dǎo)致定位精度的降低。
如圖8a所示，當在托架5上施加相對較大的向上載荷時，導(dǎo)架3的上部分傾向于沿著相互背離的方向變形，如圖9所示，就會有很大的載荷施加在上排的鋼珠6上。如圖8b所示，當在托架5上施加相對較大的向下載荷時，就會有很大的載荷施加在下排的鋼球6上。如圖8c所示，當在托架5上施加相對較大的橫向載荷時，就會有很大的載荷施加在對應(yīng)側(cè)上下兩排的鋼球6上。如圖8d所示，當在托架5上施加相對較大的扭轉(zhuǎn)載荷時，就會有很大的載荷施加在對角線上相對的兩排鋼球6上。如上述附圖所示，當在托架5上施加不均勻的載荷時，就使得鋼球6的某個集中區(qū)域來承擔(dān)一個較大部分的載荷，這就會造成相對較大的彈性變形。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些問題，本發(fā)明的一個基本目的就是提供一種具有高剛度的無摩擦線性軸承的改進線性致動器。
本發(fā)明的第二個目的就是提供一種改進的高耐久線性致動器。
本發(fā)明的第三個目的就是提供一種改進的線性致動器，其設(shè)置有可以用來消除一段時間后產(chǎn)生間隙的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可以通過下列結(jié)構(gòu)設(shè)置來得以實現(xiàn)，一種線性致動器，包括一個帶有底板和導(dǎo)板的導(dǎo)架，上述底板形成有一個上滑動面，上述導(dǎo)板相對底板平行延伸設(shè)置并相互間隔開，并形成有一個下滑動面和一對側(cè)滑動面；一個設(shè)置在底板上的托架主體，其形成有一個與上述導(dǎo)板下滑動面相對的上滑動面和一個與上述底板上滑動面相對的下滑動面；一對側(cè)板，從部分托架主體延伸引出并橫向間隔開，從而將導(dǎo)板插入到該對側(cè)板之間，并且形成有與所述導(dǎo)板的側(cè)滑動面相對的側(cè)滑動面；由一個滑動軸承元件限定的每對相對滑動表面中的至少一個。
上述主要由多孔碳材料制成的滑動軸承元件設(shè)置有一個相對無摩擦、高剛度的軸承表面，即使當托架主體受到很高或不均勻的載荷時，其也可以合適并耐久的進行導(dǎo)引操作。由于在其間插入上述導(dǎo)板的側(cè)板的橫向?qū)б?，以及?cè)板之間的開口寬度相比傳統(tǒng)導(dǎo)架相對較小，因此就可以保證橫向的導(dǎo)引操作具有相對較大的剛度。尤其是如果用來支承載荷類似工作臺這樣的支撐板連接到上述側(cè)板的自由端，上述側(cè)板就會由支撐板更牢固地保持，這樣就可以保證橫向?qū)б僮骶哂懈叩膭偠?。由于在托架主體橫向中部彼此相對設(shè)置的底板和導(dǎo)板可以提供垂直的導(dǎo)引，而且底板和導(dǎo)板的滑動面基本上彼此正面對準相對，因此就可以保證垂直的導(dǎo)引操作具有較大的剛度。通常，這樣的一個線性致動器還額外設(shè)置有一個動力致動器來操作上述托架主體沿著上述滑動面滑動。
即使上述滑動軸承元件不能完全免于磨損，但如果上述側(cè)板能在側(cè)板和導(dǎo)板的相對滑動面之間調(diào)節(jié)間隙，而且上述導(dǎo)板能在托架主體和導(dǎo)板的相對滑動面之間調(diào)節(jié)間隙的話，其仍然是優(yōu)選的。這樣的調(diào)節(jié)可以通過為安裝孔使用槽或其他延長孔，以及類似螺栓的固定件穿過安裝孔來完成。
鑒于為了能夠最小化上述線性致動器的橫向范圍，每個滑動板都可以設(shè)置有一個橫向外表面，基本上和托架主體的對應(yīng)橫向側(cè)面平齊。
附圖簡述現(xiàn)在參考下面的附圖來說明本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明線性致動器的分解透視圖；圖2是上述線性致動器的透視圖；圖3是上述托架的部分剖視圖；圖4是線性致動器剖面前視圖；圖5a和5b是類似于圖4的剖面圖，示出了上述滑動面如何消除間隙；圖6是本發(fā)明第二實施例的透視圖；圖7是本發(fā)明第三實施例的透視圖；圖8a到8d是施加不同載荷的傳統(tǒng)線性致動器的剖面前視圖；圖9是傳統(tǒng)線性致動器導(dǎo)架變形的一種可能形式的前視圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1-3示出了本發(fā)明的一種線性致動器10。上述線性致動器10包括一個矩形底板11和一對與底板11的對應(yīng)縱向端沿豎直方向取向而固定連接的端板12、13。具有相對較大厚度的矩形導(dǎo)板14在上述端板12、13的上端之間延伸，以便于和底板11正面相對，從上述意義上說，底板11和導(dǎo)板14的縱向中心線基本上彼此相一致。上述底板11、端板12、13和導(dǎo)板14連接在一起形成導(dǎo)架。
由一個矩形塊構(gòu)成的托架15插入在底板11和導(dǎo)板14之間，并通過上滑動軸承元件16和下滑動軸承元件17以滑動的方式?jīng)]有任何間隙地滑動。托架15上表面兩側(cè)有一對側(cè)板18、19固定相連，導(dǎo)板14插入其中，并通過側(cè)滑動軸承元件20、21以滑動的方式基本上在側(cè)板18、19之間進行無間隙的滑動。
上述滑動軸承元件16到21可以由任何已知的軸承材料組成，包括金屬軸承材料，例如油浸的多孔軸承材料和內(nèi)嵌有固體潤滑劑的軸承金屬；或塑料軸承材料，例如PTFE樹脂和聚酰亞胺樹脂；和其他高剛度軸承材料，例如木材或其他多孔碳材料。本發(fā)明尤其優(yōu)選的多孔碳材料通常由帶有木頭或其他例如糠等植物材料的混合酚醛樹脂制備而成，并將混合物燒結(jié)，從而使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N陶瓷材料。這樣產(chǎn)生的軸承材料通常稱為木型或RB陶瓷軸承材料，其不需要潤滑劑就可以達到很高的剛度和具有相當?shù)偷哪Σ磷枇Α＿@種材料由于其可靠的耐久性和對灰塵、潮濕的抗干擾性以及其不需要依賴于任何潤滑劑而在最近幾年廣受歡迎。
通過粘接劑或任何物理固定裝置，上述滑動軸承元件16到21可以和上述托架15相連或者連接到相對的導(dǎo)板14上，以及側(cè)板18、19或相對的底板11上。在上述實施例中，上述滑動軸承元件16到21全部都和托架15以及側(cè)板18、19的對應(yīng)表面相連。上述和這些滑動軸承元件16到21相對設(shè)置的表面由軟鋼或不銹鋼元件形成。
上述托架15由一個滾珠絲杠裝置來操縱，后者包括一個螺桿23，一個具有螺旋槽的螺母22和多個設(shè)在螺旋槽中由螺桿23、螺母22共同限定的鋼球36。上述螺母22可以螺旋地和上述螺桿23配合。上述螺母22和托架15固定連接，螺桿23可以設(shè)置在螺母22中的螺紋孔內(nèi)，并延伸到托架15的中心孔35內(nèi)。上述鋼球36可以在螺旋槽內(nèi)循環(huán)，在螺桿23和螺母22之間通過其已知的方式獲得一種低摩擦、無間隙的嚙合。
上述螺桿23由前板12通過在其一端的軸承元件24旋轉(zhuǎn)地支撐，并以懸臂的方式延伸穿過托架15的中心孔。擋塊25、26和前后板12、13的相對內(nèi)側(cè)相連，以便于來限定托架15運動的行程。
上述螺桿23由一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元27來操縱，該驅(qū)動單元包括一個和電機28輸出軸相連的主帶輪28，一個和螺桿23對應(yīng)端相連的從動帶輪31，和一個經(jīng)過上述帶輪29、31的無端帶30。這樣，由于電機28的驅(qū)動，螺桿23就可以在所需的方向轉(zhuǎn)動。
上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元27和一個安裝板32相連，該板和前板12固定在一起。在上述安裝板32上還連接有一個保護罩33，以便于覆蓋住上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元27的運動部件。
在上述實施例中，當上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元27驅(qū)動螺桿23旋轉(zhuǎn)的時候，托架15可以在任一縱向方向上動作，導(dǎo)板14和同托架15上下表面配合的底板11就可以防止托架15在任何豎直方向上的運動，當側(cè)板18、19和導(dǎo)板14的橫向邊配合時，可以防止托架15在橫向方向上的任何運動。上述滑動軸承元件16到21被插入在這些相互對峙的表面之間。
如圖3所示，側(cè)板18、19和托架15上表面任一側(cè)端由穿過對應(yīng)側(cè)板18、19安裝孔37的螺栓38固定連接，螺栓38還被螺旋擰到托架15的對應(yīng)螺紋孔39上。另外，支撐板34橫穿過側(cè)板18、19的上端，并由穿過支撐板34對應(yīng)安裝孔40而且還被螺旋擰進側(cè)板18、19的對應(yīng)螺紋孔42中的螺栓41連接到那里。上述支撐板34就這樣把側(cè)板18、19的自由端互相連接起來，從而加強了側(cè)板18、19防止變形的能力，使它們免于彼此分離。這就增加了上述導(dǎo)架橫向引導(dǎo)操作的剛度。
由于不同于使用球或輥子的傳統(tǒng)軸承，要分別取決于點或線接觸，這種布置在滑動表面之間設(shè)置的表面接觸，所以就提供了一種高支撐剛度。因此，即使受到一個相對較大的載荷，也可以防止局部彈性變形的產(chǎn)生，這就防止了摩擦阻力的增加，從而提高了托架在運動方向和垂直于運動方向上的定位精度。
同樣，當托架15受到不均勻的載荷時，如圖8a到8d中任一幅所示，所施加的載荷就會有一個相對較大的表面面積所支撐，在任何情況下都能夠保證有足夠低的摩擦阻力和很高的定位精度。根據(jù)發(fā)明人的測試，可以證明對傳統(tǒng)線性致動器的改進，當上述托架受到趨于扭轉(zhuǎn)托架的不均勻載荷時，是尤其顯著的。而且，長期的過載測試也同樣可以證明對傳統(tǒng)線性滑塊改進的顯著效果。
當上述滑動軸承元件的任一個磨損時，就會在其相對表面之間產(chǎn)生一個間隙，它可以通過放松側(cè)板18、19的螺栓38來加以消除，因此可以在重新固定上述螺栓之前，彼此相向移動上述側(cè)板來消除上述的間隙。出于這個目的，側(cè)板18、19的安裝孔38以及支撐板34的安裝孔40就可以制成橫向的長橢圓形，來適應(yīng)上述的調(diào)節(jié)過程。同時或可替換的，在前后板12、13上的安裝孔也可以在一個規(guī)定的方向上延長，以便于適應(yīng)導(dǎo)板14的定位調(diào)節(jié)。
圖6示出了本發(fā)明的第二個實施例，其使用一個氣動致動器，該致動器包括一個和前板12相連的氣缸51和一個從所述氣缸51延伸出來并穿過上述前板12的活塞桿52?；钊麠U52的內(nèi)端和一個在氣缸51內(nèi)滑動的活塞相連接(在圖中沒有示出)，活塞桿52的自由端和托架15相連。上述氣缸51還設(shè)置有一對端口53、54，用于在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的進給和釋放操作活塞的空氣。
圖7示出了本發(fā)明的第三個實施例，其使用一個線性電機致動器，其包括一個在底板11上表面上延伸的定子61，來提供所需的磁場。托架15的底面設(shè)置有永久磁鐵件(在圖中沒有示出)和定子61或銅板(在圖中沒有示出)所產(chǎn)生的磁場相配合，從而來產(chǎn)生一個對應(yīng)于定子61所產(chǎn)生磁場的渦流。
盡管已經(jīng)通過優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，各種不同的替換和修改在不偏離本發(fā)明隨后權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)都是可能的。例如，線性致動器的動力源就并不限定于上述所討論的，還可以由任何已知的用于直線移動托架的動力致動器組成。
權(quán)利要求
1.一種線性致動器，包括一個包括一個底板和一個導(dǎo)板的導(dǎo)架，上述底板形成有一個上滑動面，上述導(dǎo)板相對于上述底板平行延伸設(shè)置并相互間隔開，并形成有一個下滑動面和一對側(cè)滑動面；一個設(shè)置在上述底板上的托架主體，其形成有一個與上述導(dǎo)板下滑動面相對的上滑動面和一個與上述底板上滑動面相對的下滑動面；一對側(cè)板，從部分托架主體延伸引出并橫向間隔開，在該對側(cè)板之間插入上述導(dǎo)板，并且形成了與上述導(dǎo)板的側(cè)滑動面相對的側(cè)滑動面；由一個滑動軸承元件限定的每對相對滑動表面中的至少一個。
2.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，上述底板的上滑動面和上述導(dǎo)板的下滑動面正面相對設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，上述滑動軸承元件基本上由多孔碳材料制成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，上述側(cè)板可以調(diào)節(jié)在側(cè)板和導(dǎo)板相對滑動面之間的間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，上述導(dǎo)板可以調(diào)節(jié)在托架主體和導(dǎo)板相對滑動面之間的間隙。
6.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，進一步包括一個動力致動器來操縱上述托架主體沿著上述滑動面滑動。
7.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，每個上述側(cè)板都設(shè)置有一個基本和上述托架主體的對應(yīng)橫向側(cè)表面平齊的橫向外表面。
8.如權(quán)利要求1所述的一種線性致動器，其特征在于，進一步包括一個和上述側(cè)板自由端相連的支撐板。
全文摘要
在一個線性致動器中，主要由多孔碳材料制成的滑動軸承元件可以限定多個滑動面，以便于即使當托架受到很大和/或不均勻的載荷時，也能夠獲得一個相對剛度較大、無摩擦的軸承表面和一種合適并耐久的導(dǎo)引操作。同樣，由于插入到導(dǎo)架導(dǎo)板之間的托架側(cè)板的橫向?qū)б?，以及?dǎo)板之間的開口寬度相比傳統(tǒng)導(dǎo)架相對較小，因此就可以保證橫向的導(dǎo)引操作具有很大的剛度。尤其是如果用來支承載荷類似工作臺這樣的支撐板連接到上述側(cè)板的自由端，上述側(cè)板就會由支撐板更牢固地保持，這樣就可以保證橫向?qū)б僮骶哂懈叩膭偠取?br> 文檔編號F16C29/02GK1532431SQ0310822
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者富岡進, 堀切川一男, 一男 申請人:三木普利有限公司