一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构论文和设计

全文摘要

本实用新型提出了一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，包括操作平台，操作平台的上方设有基准平台，基准平台通过操作平台上表面左右两侧的支撑板固定在操作平台的上方，基准平台的上方设有顶板，顶板与基准平台之间连接有导向柱和丝杠，丝杠通过伺服电机驱动，基准平台与顶板之间设有负载平台，负载平台上设有丝杠螺帽，丝杠螺帽套设在丝杠上，导向柱穿过负载平台上的导向通孔与顶板连接，负载平台上下两侧均设有缓冲装置，基准平台的上表面设有第一光电传感装置，顶板底侧还设有第二光电传感装置，第一光电传感装置和第二光电传感装置相对设置，负载平台上设有遮光片。本实用新型能够负载较重的物体，运动安全和可靠性；结构紧凑，节省空间。

主设计要求

1.一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：包括操作平台(1)，所述操作平台(1)的上方设有基准平台(2)，所述基准平台(2)通过操作平台(1)上表面左右两侧的支撑板固定在操作平台(1)的上方，所述基准平台(2)的上方设有顶板(9)，所述顶板(9)与基准平台(2)之间连接有导向柱(4)和丝杠(11)，所述丝杠(11)通过伺服电机(14)驱动，所述基准平台(2)与顶板(9)之间设有负载平台(6)，所述负载平台(6)上设有丝杠螺帽(10)，所述丝杠螺帽(10)套设在丝杠(11)上，所述导向柱(4)穿过负载平台(6)上的导向通孔与顶板(9)连接，所述负载平台(6)上下两侧均设有缓冲装置(7)，所述基准平台(2)的上表面设有第一光电传感装置(3)，所述顶板(9)的底侧还设有第二光电传感装置(8)，所述第一光电传感装置(3)和第二光电传感装置(8)相对设置，所述负载平台(6)上设有遮光片(5)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：所述丝杠(11)与伺服电机(14)的输出轴之间连接有同步传动装置。

3.根据权利要求2所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：所述伺服电机(14)和同步传动装置均设置在基准平台(2)和操作平台(1)所围成的空间中，且所述丝杠(11)的底端穿过基准平台(2)。

4.根据权利要求3所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：所述同步传动装置包括两个传动轮和连接两个传动轮的同步带(15)，两个所述传动轮分别连接在伺服电机(14)的输出轴和丝杠(11)的底端。

5.根据权利要求4所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：两个所述传动轮分别为一个大径传动轮(12)和一个小径传动轮(16)，其中大径传动轮(12)连接在丝杠(11)的底端，小径传动轮(16)连接在伺服电机(14)的输出轴上。

6.根据权利要求3所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：所述同步传动装置还包括张紧轮(13)。

7.根据权利要求2所述的一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，其特征在于：所述导向柱(4)为两个，且相对设置于丝杠(11)的左右两侧，两个所述导向柱(4)和丝杠(11)三者之间的距离相等。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及测试技术领域，具体涉及一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构。

背景技术

往复运动是机械运动重复往返。实现往复运动的方式包括曲柄连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构和丝杠机构等。其中，由于具有传动摩擦阻力小、传动效率高、运动平稳、可逆传动等特点，丝杠机构在较大距离、高精度和宽速度范围的往复运动中应用较多。

单丝杠单立柱结构和双丝杠结构都被用于实现平台直线往复运动。这两种结构在实现平台往复运动时都有一定的局限性。单丝杠结构中，位移平台为悬臂状态，可提供较大的试验和操作空间。但是平台安装在丝杠和立柱上，定位作用面积较小，局部受力较大。当悬臂在水平方向的分力较大时，丝杠的刚性不足，悬臂会在水平方向上绕立柱摆动，造成整体机构损伤，丝杠的精度劣化，影响试验的结果有效性。双丝杠结构实现的平台往复位移，由于安装误差的绝对存在，双丝杠无法绝对同步运动，引起系统扭转变形，产生回转力矩和振动，会导致丝杠弯曲、变形、甚至断裂等。同时，双丝杠的门式结构限制了试验和操作空间。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，以提高检测的精度和负载强度。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，包括操作平台，所述操作平台的上方设有基准平台，所述基准平台通过操作平台上表面左右两侧的支撑板固定在操作平台的上方，所述基准平台的上方设有顶板，所述顶板与基准平台之间连接有导向柱和丝杠，所述丝杠通过伺服电机驱动，所述基准平台与顶板之间设有负载平台，所述负载平台上设有丝杠螺帽，所述丝杠螺帽套设在丝杠上，所述导向柱穿过负载平台上的导向通孔与顶板连接，所述负载平台上下两侧均设有缓冲装置，所述基准平台的上表面设有第一光电传感装置，所述顶板的底侧还设有第二光电传感装置，所述第一光电传感装置和第二光电传感装置相对设置，所述负载平台上设有遮光片。

负载平台用于承载物体，基准平台作为负载平台的最低极限位置的参照物，顶板为最高极限位置的参照物。伺服电机用于为丝杠提供动力，同步传动装置用于将伺服电机的动力传递给丝杠。丝杠和丝杠螺帽的组合形成负载平台的升降机构，用于传送负载平台上移或下降。第一光电传感装置、第二光电传感装置与遮光片三个组合形成限位装置，用于保护负载平台工作时的安全行程范围。负载平台的上下两侧均设有缓冲装置用于防止负载平台与顶板、基准平台发生撞击。

上述方案中：所述丝杠与伺服电机的输出轴之间连接有同步传动装置。

上述方案中：所述伺服电机和同步传动装置均设置在基准平台和操作平台所围成的空间中，且所述丝杠的底端穿过基准平台。将伺服电机和同步传动机构设置在基准平台和操作平台之间能够减少所占用的空间，结构紧凑简洁。

上述方案中：所述同步传动装置包括两个传动轮和连接两个传动轮的同步带，两个所述传动轮分别连接在伺服电机的输出轴和丝杠的底端。采用的传动轮、同步带的组合相对于链轮、链条的组合不易卡死，可调整性强。

上述方案中：两个所述传动轮分别为一个大径传动轮和一个小径传动轮，其中大径传动轮连接在丝杠的底端，小径传动轮连接在伺服电机的输出轴上。小径传动轮为驱动轮，大径传动轮为从动轮，小径传动轮带动大径传动轮能够提供较大的传动比，可输出较大的推力。

上述方案中：所述同步传动装置还包括张紧轮。张紧轮用于张紧同步带，避免同步带由于长时间使用后被拉长变松而影响传动质量。

上述方案中：所述导向柱为两个，且相对设置于丝杠的左右两侧，两个所述导向柱和丝杠三者之间的距离相等。采用两个导向柱能够避免负载平台的转动，三者之间的距离相等能够形成呈等边三角形状分布的约束组件，让负载平台处于一种稳定的状态，提高承载时的稳定性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：平台直线往复运动试验和操作立体空间较大，并可做空间扩展，且推力较大，能够负载较重的物体；通过同步带、两个传动轮和张紧轮的配合能够保证传动有效性，并避免长时间工作后的同步带松动；伺服电机能够提供高精准的位移，第一光电传感器、第二光电传感器和双向高负载缓冲器保证了该平台的运动安全和可靠性；整体结构紧凑，节省空间；直线往复运动稳定，低噪音，无振动。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和\/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的结构立体图；

图2是图1的正视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、图2所示，一种悬臂式高负载平台的精密直线往复运动机构，包括操作平台1，操作平台1的上方设有基准平台2，基准平台2通过操作平台1上表面左右两侧的支撑板固定在操作平台1的上方。基准平台2的上方设有顶板9，顶板9与基准平台2之间连接有丝杠11和两个相对设置于丝杠11的左右两侧的导向柱4，两个导向柱4和丝杠11三者之间的距离相等。

丝杠11通过伺服电机14驱动，丝杠11与伺服电机14的输出轴之间连接有同步传动装置。伺服电机14和同步传动装置均设置在基准平台2和操作平台1所围成的空间中，且丝杠11的底端穿过基准平台2。

同步传动装置包括两个传动轮和连接两个传动轮的同步带15，两个传动轮分别连接在伺服电机14的输出轴和丝杠11的底端。两个传动轮分别为一个大径传动轮12和一个小径传动轮16，其中大径传动轮12连接在丝杠11的底端，小径传动轮16连接在伺服电机14的输出轴上。同步转动装置还包括张紧轮13，张紧轮位于同步带的前侧。

基准平台2与顶板9之间设有负载平台6，负载平台6上设有丝杠螺帽10，丝杠螺帽10套设在丝杠11上，导向柱4穿过负载平台6上的导向通孔与顶板9连接，导向柱4和负载平台之间还连接有滑动轴承。负载平台6上下两侧均设有缓冲装置7，缓冲装置7用于防止负载平台6撞击基准平台2和顶板9。基准平台2的上表面设有第一光电传感装置3，顶板9的底侧还设有第二光电传感装置8，第一光电传感装置3和第二光电传感装置8相对设置，第一光电传感装置3、第二光电传感装置8均通过光电传感器支架分别固定在基准平台2和顶板9上。负载平台6上设有遮光片5。

使用时，伺服电机14通过小径同步轮16带动丝杠的大径同步轮12转动，能够输出较大的传动比。丝杠11驱动负载平台6运动，其中，通过丝杠螺帽10，将丝杠11的转动转换为负载平台6在竖直方向上的直线运动，驱动负载平台6上下移动。当负载平台6上移至第二光电传感装置8处时，由于第二光电传感装置8的探光处被遮光片5遮挡住，则控制伺服电机14停止运动，即通过第二光电传感装置8限制负载平台6的最高极限位置；同理，通过第一光电传感装置3限制负载平台6的最低极限位置，能够有效的限定负载平台6的运动范围，使每次测试的运动范围均保持一致，减少测量中的误差。

两根导向柱4和丝杠11的始端均呈三角状态固定在基准平台2上，两根导向柱4和丝杠11的末端均呈三角状态固定于顶板9上，至此，两根导向柱4，一根丝杠11，一基准平台2和一顶板9组成了负载平台6除轴向外的全自由度约束组件。位于该组件中的负载平台6即使受到较大的水平方向的分力干扰，在安全行程范围内依然可以实现高精度、高负载运动。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

设计图

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