线性致动器和制造方法与流程

1.本发明涉及一种线性致动器和这种线性致动器的制造方法。


背景技术：

2.线性致动器通常包括将旋转运动、例如电机轴的旋转运动转换为平移或“直线”运动的机构。在本领域中，已知几个这样的机构，其范围从简单的螺丝螺母配置到滚珠丝杠和(行星)滚柱丝杠。
3.这种线性致动器例如用于平移机器部件。一个特殊的使用领域是交通工具，如火车或飞机。线性致动器可用于移动例如襟翼、起落架或方向舵。
4.然而，在许多这样的应用中，重量和空间要求是具有挑战性的。例如，为了激活飞机机翼上的襟翼，相应的致动器必须适应机翼。此外，致动器高度必须能够处理高的(轴向)负载。这些要求可以通过倒置的滚柱丝杠机构来满足。这些机构可以以非常紧凑的方式实现，并允许非常精确而又快速的线性运动。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是提供一种改进的线性致动器，特别是一种轻质量和/或紧凑的线性致动器。
6.这个目的通过根据独立权利要求的线性致动器和制造线性致动器的方法得到解决。
7.本发明的优选实施例以从属权利要求和以下描述为准。
8.根据本发明的第一方面，线性致动器包括形成倒置的滚柱丝杠机构的滚柱丝杠螺母、滚柱丝杠轴和多个行星滚柱。根据本发明，提供了支撑线性致动器的旋转部件的轴承。轴承包括安装件和与安装件的第一轴承部分和旋转部件的第二轴承部分接合的多个轴承滚柱。其中，多个开槽的轴承滚柱相对于旋转部件和安装件被轴向固定。
9.本发明的方面是基于下述方式，用包括多个、优选多个细长的开槽的轴承滚柱的轴承来支撑线性致动器的旋转部件，例如滚柱丝杠螺母。为此，旋转部件有利地包括第二轴承部分，第二轴承部分可以被多个开槽的轴承滚柱接合。此外，轴承有利地包括具有第一轴承部分的安装件，第一轴承部分也可以被多个开槽的轴承滚柱接合。通过用多个开槽的轴承滚柱支撑线性致动器的旋转部件，可以传递高负载。然而，与传统轴承、例如推力轴承、比如角接触球轴承相比，实现相同负载能力所需的空间可以大大减少。
10.例如，多个轴承滚柱中的每个轴承滚柱都可以在第二轴承部分中为旋转部件并且在第一轴承部分中为安装件提供多个接触点。为了实现与角接触球轴承相同数量的接触点，必须使用相应数量的球体。然而，这种大量的球体需要更多的空间，并进一步累积成高重量。
11.为了支撑致动器的旋转部件，多个轴承滚柱有利地在旋转部件和安装件之间径向布置，以便它们分别与第二轴承部分或第一轴承部分接合。优选地，轴承滚柱在径向上围绕
旋转部件分布。特别地，轴承滚柱可以以等距离的方式围绕旋转部件径向分布。当旋转部件旋转时，特别是相对于安装件旋转时，轴承滚柱可以沿着旋转部件的表面在圆周方向滚动。有利地，轴承滚柱以这样的方式滚动，即相对于旋转部件或安装件，轴承滚柱都不做轴向移动。
12.本发明的优选实施例及其进一步的方面描述如下，其中每一个方面，除非明确排除，可根据需要相互结合，并与下文描述的本发明的方面结合。
13.在优选的实施例中，每个轴承滚柱包括形成螺纹的至少一个凹槽。所述螺纹优选地与安装件的第一螺纹和旋转部件的第二螺纹相啮合。有利地，第一轴承部分包括第一螺纹和/或第二轴承部分包括第二螺纹。该螺纹可以促进轴承滚柱在圆周方向沿旋转部件的表面滚动。同时，螺纹可以在旋转部件或安装件与每个轴承滚柱之间分别提供大量的接触点，从而能够在轴向传递高负载。
14.在另一优选的实施例中，轴承滚柱的螺纹的螺旋角、第一螺纹的螺旋角和第二螺纹的螺旋角是相等的。通过这种方式，可以分别抑制轴承滚柱相对于旋转部件或安装件的轴向运动。换言之，通过相等的螺旋角，轴承滚柱可以被轴向固定而不需要任何额外的手段。因此，相等的螺旋角有利于紧凑和轻重量的致动器。
15.在又另一优选的实施例中，滚柱丝杠螺母包括第二轴承部分。换言之，螺母与旋转部件相对应，不仅被多个行星滚柱接合，而且还被多个轴承滚柱接合。因此，通过安装件，螺母可以旋转地安装在机器部件上，例如安装在飞机机翼上，从而在螺母旋转时，轴(线性地)平移。
16.在又另一优选的实施例中，第二轴承部分在轴向至少部分地与与多个行星滚柱相啮合的滚柱丝杠螺母的第三螺纹重叠。例如，螺母在内表面上包括第三螺纹。因此，螺母有利地包括位于外表面上的第二轴承部分。优选地，第三螺纹在轴向上基本上延伸到螺母的整个长度。相反优选的是，第二轴承部分沿轴向只延伸到约一个轴承滚柱的长度。因此，第二轴承部分和第三螺纹可以是径向间隔的，并在轴向上部分重叠。这样就可以得到轴向较短的致动器。
17.在又另一优选的实施例中，滚柱丝杠轴包括第二轴承部分。换言之，轴与旋转部件相对应，不仅被多个行星滚柱接合，而且还被多个轴承滚柱接合。因此，通过安装件，轴可以旋转地安装在机器部件上，例如安装在飞机机翼上，从而在滚柱丝杠轴旋转时，滚柱丝杠螺母(线性地)平移。
18.在又另一优选的实施例中，安装件至少部分是中空的，并且第一轴承部分被布置在安装件的内表面上，特别是中空部分的内表面。例如，安装件可以被配置成衬套。至少部分中空的安装件可以被布置在旋转部件的圆周外表面周围，例如螺母或轴。在这样的布置中，安装件可以被设计得特别薄，从而减少空间要求和重量。
19.在又另一优选的实施例中，第二轴承部分被布置在旋转部件的圆周外表面上。例如，螺母可以包括用于与行星滚柱的螺纹相啮合的内螺纹，以及用于与轴承滚柱的螺纹相啮合的外螺纹。第二轴承部分位于旋转部件的外表面上，可以使安装件围绕旋转部件的外周布置，节省轴向空间。
20.在又另一优选的实施例中，第二轴承部分被布置在滚柱丝杠螺母的内表面上。因此，轴承滚柱可以被布置在螺母内部。这就能实现具有特别小的横截面的致动器。
21.在又另一优选的实施例中，第二轴承部分被布置为在轴向上邻近与多个行星滚柱相啮合的旋转部件的螺纹。特别是，第二部分可以直接连接到螺纹上。例如，用于与行星滚柱相啮合的螺纹可以直接连接到用于与轴承滚柱相啮合的第二螺纹上。甚至可以设想，用于与行星滚柱相啮合的螺纹可以合并到用于与轴承滚柱相啮合的螺纹中。换言之，用于与行星滚柱相啮合的螺纹的部段可以形成第二部分。将第二轴承部分和该螺纹相邻地布置在旋转部件上有利于高效制造。
22.在又另一优选的实施例中，安装件的至少一部分沿轴向延伸到滚柱丝杠螺母中。例如，安装件可以包括轴部分，其中轴部分沿轴向延伸到螺母中。优选地，轴承滚柱在轴部分的内部和螺母的外部之间沿径向布置。通过这种方式，安装件可以起到类似于轴的作用，螺母、即旋转部件被可旋转地支撑在该轴上面。这使得线性致动器的横截面大大减小。
23.在又另一优选的实施例中，第一轴承部分被布置在安装件的圆周外表面上，该外表面被布置在滚柱丝杠螺母内部。优选地，安装件包括轴部分，在轴部分上布置有第一轴承部分。通过这种方式，可以实现特别薄的致动器，其具有显著减小的横截面。
24.在又另一优选的实施例中，致动器的旋转部件包括轴环，轴环上布置有第二轴承部分。优选地，轴环集成到旋转部件。也就是说，轴环和旋转部件是一体制造的。替代地，轴环被安装到旋转部件上。例如，轴环可以被夹在旋转部件上。优选地，第二轴承部分被布置在轴环的圆周外表面上。通过轴环，第二轴承部分可以从旋转部件上伸出来。这可以简化线性致动器在例如机器部件上的安装，特别是在飞机机翼内部安装致动器。
25.在又另一优选的实施例中，每个轴承滚柱的凹槽形成各自的由多个脊状物隔开的闭合环路。所述脊状物与安装件的多个互补凹槽和旋转部件的多个互补凹槽相啮合。有利地，第一轴承部分包括安装件的分开的闭合凹槽，并且特别是由安装件的分开的闭合凹槽限定，和/或第二轴承部分包括旋转部件的分开的闭合凹槽，特别是由旋转部件的分开的闭合凹槽限定。优选地，每个脊状物和/或凹槽具有环形的形状。换言之，每个脊状物和/或凹槽垂直于轴向延伸。轴承滚柱的脊状物可以促进轴承滚柱在圆周方向沿旋转部件的表面滚动。特别是，与相应的凹槽相啮合的脊状物可以防止轴承滚柱在沿旋转部件的表面旋转时发生轴向移动。
26.根据本发明第二方面的方法用于制造线性致动器，特别是根据本发明第一方面的线性致动器。其中，旋转部件的与多个行星滚柱相啮合的螺纹和旋转部件的用于通过多个开槽的轴承滚柱进行接合的第二部分是在单个加工步骤中形成的。例如，旋转部件的用于与多个行星滚柱相啮合的螺纹和旋转部件的第二螺纹可以在单个加工步骤中切割到旋转部件中。特别是，该螺纹可以相继地或至少部分地同时切割到旋转部件中。通过这种方式，可以以一种特别高效和省时的方式制造致动器。
27.根据本发明第一方面的线性致动器的优选应用涉及飞行器，特别是飞机或航天器。由于本发明的致动器具有高度的紧凑性、低重量和很长的使用寿命，因此特别适合用于飞行控制。然而，也可以在其他领域使用这种致动器，例如在石油和天然气应用中用于阀门控制，或在点焊或其他机器人应用中用于工具定位。
28.上述本发明的性质、特征和优点，以及实现它们的方式，将在下面的示例描述中结合附图来更详细地解释。在适当的情况下，附图中对本发明的相同或相应的元件使用相同的附图标记。各示例的作用是解释本发明，并不将本发明限制在其中所示的特征组合中，甚
至在功能特征方面。此外，在上述描述中以及在下面的示例中公开的任何特征都可以单独考虑，并与上述任何实施例的特征及其进一步的方面适当地结合。特别是，上面和下面描述的每个特征可以单独组合或与所描述的其他特征结合地组合，与根据本发明第一方面的线性致动器和根据本发明第二方面的方法结合。
附图说明
29.至少部分地以示意图的方式，
30.在图1中示出线性致动器的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠螺母的外轴承；
31.在图2中示出线性致动器的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠螺母的内轴承；
32.在图3中示出线性致动器的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠轴的外轴承。
具体实施方式
33.图1示出线性致动器1的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠螺母3的外轴承2。致动器1进一步包括滚柱丝杠轴4和多个行星滚柱5，这些滚柱径向布置在螺母3和轴4之间。螺母3、轴4和多个行星滚柱5形成倒置的行星滚柱丝杠机构。
34.在图1所示的示例中，螺母3相当于致动器1的旋转部件6。这意味着在操作过程中，螺母3不仅相对于轴4旋转，而且也相对于轴承2的安装件7旋转。优选地，致动器1通过安装件7安装到外部机器部件上。例如，致动器1可以通过安装件7安装在飞机机翼内。有利地，安装件7可以因此相对于致动器1的周围环境而旋转固定，从而使轴承2可以旋转地支支撑旋转部件6。因此，旋转部件6可以在致动器1的安装状态下相对于致动器1的周围环境旋转。
35.螺母3旋转时，行星滚柱5沿螺母3的内圆周表面3a在轴向移动。为此，螺母3包括布置在内表面3a上的第三螺纹3b，第三螺纹与行星滚柱5的外螺纹5a相啮合。行星滚柱5的螺纹5a也与轴4的第四螺纹4b相啮合，第四螺纹4b布置在轴4的外圆周表面4a上。
36.行星滚柱5的螺纹5a、螺母3的第三螺纹3b和轴4的第四螺纹4b被配置成使行星滚柱5相对于轴4轴向固定。这意味着在旋转时，行星滚柱5不会沿着轴4的外表面4a移动，即不会在轴向移动。这优选通过提供第四螺纹4b和行星滚柱5的螺纹5a的相等螺旋角来实现。相反，第三螺纹3b的螺旋角与行星滚柱5的螺纹5a的螺旋角不同，有利于螺母3相对于轴4旋转时的轴向移动。
37.为了可旋转地支撑旋转部件6、即螺母3，轴承2包括多个开槽的轴承滚柱8。所述轴承滚柱8被布置和/或配置为与安装件7的第一轴承部分9和旋转部件6的第二轴承部分10接合。
38.优选地，开槽的轴承滚柱8平行于旋转部件6的旋转轴线和/或安装部件7的对称轴线布置。
39.当旋转部件6、即螺母3旋转时，轴承滚柱8沿着旋转部件6的外表面6c沿圆周方向移动，从而有利于低摩擦。换言之，轴承滚柱8被配置为以行星方式围绕旋转部件6旋转。
40.轴承滚柱8相对于安装件7和旋转部件6在轴向上是固定的。这意味着，在致动器1的操作期间，即在旋转部件6旋转时，轴承滚柱8不会在轴向移动。
41.为此，在本示例中，每个轴承滚柱8包括与安装件7的第一螺纹11和旋转部件6的第二螺纹12相啮合的外螺纹。有利地，每个轴承滚柱8的螺纹是由螺旋槽形成的。优选地，第一
轴承部分9由第一螺纹11限定，和/或第二轴承部分10由第二螺纹12限定。通过为轴承滚柱8的螺纹、第一螺纹11和第二螺纹12提供相等的螺旋角，可以抑制轴承滚柱8相对于旋转部件6和安装件7的轴向运动。
42.在本示例中，安装件7是中空的。因此，第一螺纹11优选地布置在安装件7的内表面上。因此，第二螺纹12优选地布置在旋转部件6的外表面上。这种配置的优点是可以将致动器1设计得非常紧凑。特别是，与包括传统推力轴承的致动器相比，在径向上所需的空间更小。
43.换言之，通过轴承2，其包括用于支撑旋转部件6、特别是螺母3的轴承滚柱8的，可以减小致动器1的横截面。这是因为第二轴承部分10、特别是第二螺纹12，被布置在旋转部件6、即螺母3的外表面6c上，而螺母3的第三螺纹3b被布置在内表面3a上，第二轴承部分10可以至少部分地在轴向与第三螺纹3b重叠。通过这种方式，致动器1的轴向长度可以被最小化。
44.图2示出线性致动器1的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠螺母3的内轴承2。与图1所示的示例类似，螺母3与多个行星滚柱5和滚柱丝杠轴4一起形成倒置的滚柱丝杠机构，其中，螺母3对应于致动器1的旋转部件6。轴承2包括安装件7和多个开槽的轴承滚柱8，多个开槽的轴承滚柱径向地布置在安装件7和旋转部件6之间，以便它们与安装件7的第一轴承部分9和旋转部件6的第二轴承部分10接合。
45.图2所示的示例与图1的示例的不同在于，第二轴承部分10被布置在螺母3的内表面3a上。因此，多个轴承滚柱8被布置在螺母3内部。
46.为此，安装件7优选地被设计成轴状。特别是，安装件7可以包括轴部分。有利地，安装件7、特别是轴部分部分地延伸进入螺母3。进一步优选地，第一轴承部分9布置在安装件7的外圆周表面上，特别是安装件7布置在螺母3内部的部分的外圆周表面上。
47.致动器1的这种配置的优点是可以进一步减小横截面。特别是，螺母3的外径、即旋转部件6的外圆周表面6c，可以限定致动器1的最大横截面。因此，致动器1可以很容易地装入狭小空间，例如飞机机翼的内部。
48.优选地，第二轴承部分10在轴向上与螺母3的第三螺纹3b相邻，第三螺纹3b被提供用于与行星滚柱5的螺纹5a相啮合。虽然在本示例中没有示出，但可以设想的是，行星滚柱5和轴承滚柱8共享相同的螺纹。换言之，第三螺纹3b可以与第二螺纹12一致。这可以大大减少制造工作。特别是，第二和第三螺纹12、3b可以在单个加工步骤中形成。
49.图3示出线性致动器1的示例，包括用于旋转支撑滚柱丝杠轴4的外轴承2。与图1所示的示例类似地，轴4是倒置的滚柱丝杠机构的部分，其中多个行星滚柱5与轴4的第四螺纹4b和滚柱丝杠螺母3的第三螺纹3b接合。
50.图3所示的示例与图1的示例的不同在于，轴4对应于致动器1的旋转部件6，而不是螺母3。换言之，轴4相对于致动器1的周围环境被有利地旋转支撑。为此，轴承2包括安装件7和在第一轴承部分9中与安装件7接合的多个轴承滚柱8。轴承滚柱8在第二轴承部分10中进一步与旋转部件6、即轴4接合。
51.轴承滚柱8相对于旋转部件6、即轴4并且相对于安装件7，都是轴向固定的。
52.因此，在本示例中，当轴4旋转时，螺母3相对于安装件7在轴向上平移。
53.优选地，轴4、即旋转部件6包括轴环13，其中第二轴承部分10被布置在轴环13的外
圆周表面上。这使得安装件7具有较大的直径。特别是，通过这种方式，安装件7可以沿径向从螺母3突出。换言之，安装件7可以限定致动器1的最大横截面。因此，致动器1可以通过安装件7进行安装，而不会受到螺母3的干扰。
54.在致动器1的另一个变体中，轴环13的尺寸使安装件7不从螺母3径向突出。特别是，包括安装件7的轴环13可以集成到致动器端部接口(未示出)。
55.轴环13可以与轴4集成。也就是说，轴4和轴环13可以是一体制造的。替代地，轴环也可以附接到轴4上，例如通过夹持。通过这种方式，致动器1可以很容易地适应不同的环境。在又另一种情况下，轴4可以由相应的母接口代替。
56.附图标记列表
57.1 线性致动器
58.2 轴承
59.3 滚柱丝杠螺母
60.3a 内表面
61.3b 第三螺纹
62.4 滚柱丝杠轴
63.4a 外表面
64.4b 第四螺纹
65.5 行星滚柱
66.5a 行星滚柱螺纹
67.6 旋转部件
68.6c 外表面
69.7 安装件
70.8 轴承滚柱
71.9 第一部分
72.10 第二部分
73.11 第一螺纹
74.12 第二螺纹
75.13 轴环

技术特征：
1.一种直线致动器(1)，包括形成倒置的滚柱丝杠机构的滚柱丝杠螺母(3)、滚柱丝杠轴(4)和多个行星滚柱(5)，其特征在于支撑所述线性致动器(1)的旋转部件(6)的轴承(2)，所述轴承(2)包括安装件(7)和多个开槽的轴承滚柱(8)，所述多个开槽的轴承滚柱(8)与所述安装件(7)的第一轴承部分(9)和所述旋转部件(6)的第二轴承部分(10)接合，所述多个开槽的轴承滚柱(8)相对于所述旋转部件(6)和所述安装件(7)轴向地固定。2.根据权利要求1所述的线性致动器(1)，其中，每个轴承滚柱(8)包括至少一个凹槽，形成与所述安装件(7)的第一螺纹(11)和所述旋转部件(6)的第二螺纹(12)相啮合的螺纹。3.根据权利要求2所述的线性致动器(1)，其中，所述轴承滚柱(8)的所述螺纹的螺旋角、所述第一螺纹(11)的螺旋角和所述第二螺纹(12)的螺旋角是相等的。4.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述滚柱丝杠螺母(3)包括第二轴承部分(10)。5.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述第二轴承部分(10)至少部分地与所述滚柱丝杠螺母(3)的第三螺纹(3b)轴向重叠，所述第三螺纹(3b)与所述多个行星滚柱(5)相啮合。6.根据权利要求1至3中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述滚柱丝杠轴(4)包括所述第二轴承部分(10)。7.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述安装件(7)是至少部分中空的，并且所述第一轴承部分(9)被布置在所述安装件(7)的内表面上。8.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述第二轴承部分(10)被布置在所述旋转部件(6)的圆周外表面(6c)上。9.根据权利要求1至5中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述第二轴承部分(10)被布置在所述滚柱丝杠螺母(3)的内表面(3a)上。10.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述第二轴承部分(10)布置为在轴向上与所述旋转部件(6)的螺纹(3b；4b)相邻，所述螺纹(3b；4b)与所述多个行星滚柱(5)相啮合。11.根据权利要求1至4中任一项或权利要求8至9中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述安装件(7)的至少一部分轴向延伸到所述滚柱丝杠(3)中。12.根据权利要求1至4中任一项或权利要求9至11中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述第一轴承部分(9)被布置在所述安装件(7)的圆周外表面上，所述圆周外表面被布置在所述滚柱丝杠螺母(3)内部。13.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，所述旋转部件(6)包括轴环(13)，在所述轴环(13)上布置有所述第二轴承部分(10)。14.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，其中，每个轴承滚柱(8)的凹槽形成各自的由多个脊状物隔开的闭合环路，所述多个脊状物与所述安装件(7)的多个互补凹槽和所述旋转部件(6)的多个互补凹槽相啮合。15.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)的方法，其特征在于，所述旋转部件(6)的与所述多个行星滚柱(5)相啮合的螺纹和所述旋转部件(6)的用于通过所述多个开槽的轴承滚柱(8)进行接合的所述第二部分(10)是在单个加工步骤中形成的。

技术总结
本发明涉及一种线性致动器(1)和这种线性致动器(1)的制造方法。滚柱丝杠螺母(3)、滚柱丝杠轴(4)和多个行星滚柱(5)形成倒置的行星滚柱丝杠机构。根据本发明，提供了支撑线性致动器(1)的旋转部件(6)的轴承(2)。轴承(2)包括安装件(7)和与安装件(7)的第一轴承部分(9)和旋转部件(6)的第二轴承部分(10)接合的多个轴承滚柱(8)。其中，多个开槽的轴承滚柱(8)相对于旋转部件(6)和安装件(7)被轴向固定。于旋转部件(6)和安装件(7)被轴向固定。于旋转部件(6)和安装件(7)被轴向固定。


技术研发人员：阿诺
受保护的技术使用者：伊维莱有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/7/19