一种机械式纳米级高精度直线驱动装置制造方法及图纸

一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，包括减速步进电机、传动形式转换组件和传感器组件。步进电机提供动力输入，传动形式转换组件将旋转运动转换为直线运动，直线差分式传感器组件的传感器实时采集直线驱动器的输出位移信息构建闭环位置检测，从而实现纳米级高精度直线运动控制。装置中设有运动副预压消间隙措施，有效消除配合间隙以及运动磨损，确保高重复精度。装置中设计有柔性环节，提供直线输出的轴向预载，保证输出精度和稳定性。本发明专利技术相比传统直线驱动装置，结构新颖、简单紧凑，具有高精度、高稳定性及高空间环境适应性的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种机械式纳米级高精度直线驱动装置
本专利技术属于精密机械工程领域，涉及一种直线驱动装置。
技术介绍
空间光学遥感器在轨工作过程中，由于重力、温度以及材料性质变化等原因，光学系统往往会产生离焦，特别是对于焦距较长的相机离焦现象更为明显，因此往往需要配备调焦机构补偿离焦。直线驱动装置作为调焦机构中的重要驱动部件，将电机轴的回转运动转化为被调焦组件沿光轴方向的直线运动，其精度和稳定性影响调焦的准确性，成为调焦成功与否的关键。目前调焦方案中所采用的直线驱动装置主要有两种，丝杠螺母调焦和凸轮调焦。凸轮调焦方式精度高，结构简单，但体积大，对凸轮曲线的加工要求较高。丝杠螺母调焦方式结构简单、成本低，但运动副之间存在间隙，导致存在回程误差，重复性差；且随着工作时间增长，间隙变大，会导致精度下降；丝杠轴向输出端相对输入端易有径向扰动，影响输出的稳定性。因此现有的直线致动调焦装置无论是在结构的体积和加工难度上，还是其性能的稳定性和精度上，都有待技术的提高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，采用螺杆螺母调焦方式，结构简单紧凑，易于加工和装配，可以实现纳米级传动精度，提高输出轴的稳定性，并可解决真空环境应用时可能存在的在轨冷焊问题，适应空间在轨环境，有效提高了空间光学遥感器调焦的精度和可靠性，确保在轨图像质量。本专利技术的技术解决方案是：一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，包括减速步进电机、传动形式转换组件、传感器组件；传动形式转换组件包括切口螺母、传动轴、预紧件、柔性限位机构、直线传动箱体、直线传动箱端盖、输出转接螺母和直线输出保持架；切口螺母套在减速步进电机的输出轴上且端部与减速步进电机端部固定连接；传动轴安装在切口螺母内，一端与减速步进电机的输出轴连接，另一端安装输出转接螺母，传动轴上设有轴肩，柔性限位机构安装在轴肩上并通过输出转接螺母压紧；预紧件安装在切口螺母上，用于消除切口螺母与传动轴之间的间隙；直线传动箱体一端连接减速步进电机，另一端安装直线传动箱端盖，直线输出保持架安装在直线传动箱端盖未与直线传动箱体连接的一侧，输出转接螺母从直线传动箱端盖、直线输出保持架中部伸出，柔性限位机构与直线转动箱体内壁相配合，用于限制传动轴的转动；传感器组件连接直线输出保持架，传感器组件与输出转接螺母相配合，实时测量所述直线驱动装置输出的位移量。所述传感器组件包括传感器保持架、传感器输入轴、传感器、传感器端盖和传感器输出轴；传感器保持架安装在直线输出保持架上，传感器安装在传感器保持架内并通过传感器端盖压紧，传感器输入轴和传感器输出轴分别连接传感器的两端，传感器输入轴未与传感器连接的一端与输出转接螺母相连。所述传感器保持架包括支撑部分和固定部分，固定部分为圆筒结构，圆筒结构内安装传感器，固定部分通过圆筒结构端部的法兰盘与支撑部分连接；支撑部分包括三个圆柱，沿圆环形的直线输出保持架周向均匀分布，安装在直线输出保持架上。所述传感器为直线差分式传感器。所述减速步进电机为行星齿轮减速步进电机。所述预紧件为切口螺母预紧环或具有弹性收紧功能的弹簧，切口螺母预紧环为带有切口的环形结构。柔性限位机构采用柔性盘，所述柔性盘为一体化结构，包括三片支撑片，三片支撑片一端相互连接，三片支撑片之间夹角均为120°，三片支撑片另一端均有凸起结构；柔性盘中心处开有通孔。所述直线传动箱体为圆筒形结构，内壁沿直线传动箱体轴向口有三道凹槽，三道凹槽沿直线传动箱体周向均匀分布，三道凹槽分别与柔性盘的三片支撑片端部的凸起结构相配合，用于限制传动轴旋转。所述传动形式转换组件的材料为钛合金材料；切口螺母、传动轴的表面镀MoS2涂层。所述传感器保持架、传感器端盖的材料为钛合金，传感器输入轴和传感器输出轴的材料为不锈钢材料。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术设计有运动副预压消间隙措施，通过预紧环对螺纹传动件产生预紧力，有效控制防松并消除螺纹传动间隙，减小空回误差，重复精度高。(2)本专利技术设计有柔性环节，通过柔性盘施加丝杠的轴向预载，保证直线输出的精度和稳定性。(3)本专利技术通过对传动机构活动零件表面镀MoS2涂层，解决了直线驱动装置在空间低温真空环境中工作可能出现的机构冷焊、卡滞问题。(4)本专利技术安装在直线驱动装置末端的高精度的直线差分式传感器，可实时测量直线驱动装置输出的实际位移量，通过控制系统采集直线驱动装置的位移输出构建闭环位置检测，进行高精度直线运动控制，从而实现直线驱动装置纳米级的高精度直线致动。附图说明图1为直线驱动装置结构示意图。图2为直线驱动装置剖视图。图3为切口螺母预紧环示意图。图4为柔性盘示意图。图5为柔性盘与传动箱体相对关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。如图1、图2所示，一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，包括减速步进电机1、传动形式转换组件2、传感器组件3；传动形式转换组件2包括切口螺母21、传动轴22、预紧件23、柔性限位机构24、直线传动箱体25、直线传动箱端盖26、输出转接螺母27和直线输出保持架28；切口螺母21套在减速步进电机1的输出轴上且端部与减速步进电机1端部固定连接；传动轴22安装在切口螺母21内，一端与减速步进电机1的输出轴连接，另一端安装输出转接螺母27，传动轴22上设有轴肩，柔性限位机构24安装在轴肩上并通过输出转接螺母27压紧；预紧件23安装在切口螺母21上，用于消除切口螺母21与传动轴22之间的间隙；直线传动箱体25一端连接减速步进电机1，另一端安装直线传动箱端盖26，直线输出保持架28安装在直线传动箱端盖26未与直线传动箱体25连接的一侧，输出转接螺母27从直线传动箱端盖26、直线输出保持架28中部伸出，柔性限位机构24与直线转动箱体25内壁相配合，用于限制传动轴22的转动；传感器组件3连接直线输出保持架28，传感器组件3与输出转接螺母27相配合，实时测量所述直线驱动装置输出的位移量。传感器组件3包括传感器保持架31、传感器输入轴32、传感器33、传感器端盖34和传感器输出轴35；传感器保持架31安装在直线输出保持架28上，传感器33安装在传感器保持架31内并通过传感器端盖34压紧，传感器输入轴32和传感器输出轴35分别连接传感器33的两端，传感器输入轴32未与传感器33连接的一端与输出转接螺母27相连。传感器保持架31包括支撑部分和固定部分，固定部分为圆筒结构，圆筒结构内安装传感器33，固定部分通过圆筒结构端部的法兰盘与支撑部分连接；支撑部分包括三个圆柱，沿圆环形的直线输出保持架28周向均匀分布，安装在直线输出保持架28上。在本实施例中，传感器33为直线差分式传感器。减速步进电机1为行星齿轮减速步进电机。如图3所示，预紧件23为切口螺母预紧环，切口螺母预紧环为带有切口的环形结构。如图4、图5所示，柔性限位机构24采用柔性盘，所述柔性盘为一体化结构，包括三片支撑片，三片支撑片一端相互连接，三片支撑片之间夹角均为120°，三片支撑片另一端均有凸起结构；柔性盘中心处开有通孔、柔性盘上开有间隙。如图5所示，直线传动箱体25为圆筒形结构，内壁沿直线传动箱体25轴向口有三道凹槽，三道凹槽沿直线传动箱体25周向均匀分布，三道凹槽分别与柔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，其特征在于：包括减速步进电机(1)、传动形式转换组件(2)、传感器组件(3)；传动形式转换组件(2)包括切口螺母(21)、传动轴(22)、预紧件(23)、柔性限位机构(24)、直线传动箱体(25)、直线传动箱端盖(26)、输出转接螺母(27)和直线输出保持架(28)；切口螺母(21)套在减速步进电机(1)的输出轴上且端部与减速步进电机(1)端部固定连接；传动轴(22)安装在切口螺母(21)内，一端与减速步进电机(1)的输出轴连接，另一端安装输出转接螺母(27)，传动轴(22)上设有轴肩，柔性限位机构(24)安装在轴肩上并通过输出转接螺母(27)压紧；预紧件(23)安装在切口螺母(21)上，用于消除切口螺母(21)与传动轴(22)之间的间隙；直线传动箱体(25)一端连接减速步进电机(1)，另一端安装直线传动箱端盖(26)，直线输出保持架(28)安装在直线传动箱端盖(26)未与直线传动箱体(25)连接的一侧，输出转接螺母(27)从直线传动箱端盖(26)、直线输出保持架(28)中部伸出，柔性限位机构(24)与直线转动箱体(25)内壁相配合，用于限制传动轴(22)的转动；传感器组件(3)连接直线输出保持架(28)，传感器组件(3)与输出转接螺母(27)相配合，实时测量所述直线驱动装置输出的位移量。...

【技术特征摘要】
1.一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，其特征在于：包括减速步进电机(1)、传动形式转换组件(2)、传感器组件(3)；传动形式转换组件(2)包括切口螺母(21)、传动轴(22)、预紧件(23)、柔性限位机构(24)、直线传动箱体(25)、直线传动箱端盖(26)、输出转接螺母(27)和直线输出保持架(28)；切口螺母(21)套在减速步进电机(1)的输出轴上且端部与减速步进电机(1)端部固定连接；传动轴(22)安装在切口螺母(21)内，一端与减速步进电机(1)的输出轴连接，另一端安装输出转接螺母(27)，传动轴(22)上设有轴肩，柔性限位机构(24)安装在轴肩上并通过输出转接螺母(27)压紧；预紧件(23)安装在切口螺母(21)上，用于消除切口螺母(21)与传动轴(22)之间的间隙；直线传动箱体(25)一端连接减速步进电机(1)，另一端安装直线传动箱端盖(26)，直线输出保持架(28)安装在直线传动箱端盖(26)未与直线传动箱体(25)连接的一侧，输出转接螺母(27)从直线传动箱端盖(26)、直线输出保持架(28)中部伸出，柔性限位机构(24)与直线转动箱体(25)内壁相配合，用于限制传动轴(22)的转动；传感器组件(3)连接直线输出保持架(28)，传感器组件(3)与输出转接螺母(27)相配合，实时测量所述直线驱动装置输出的位移量。2.根据权利要求1所述的一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，其特征在于，所述传感器组件(3)包括传感器保持架(31)、传感器输入轴(32)、传感器(33)、传感器端盖(34)和传感器输出轴(35)；传感器保持架(31)安装在直线输出保持架(28)上，传感器(33)安装在传感器保持架(31)内并通过传感器端盖(34)压紧，传感器输入轴(32)和传感器输出轴(35)分别连接传感器(33)的两端，传感器输入轴(32)未与传感器(33)连接的一端与输出转接螺母(27)相连。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：康少英，武永见，张丽，孙欣，王芸，高扬，窦莲英，崔世程，魏然，邸晶晶，范龙飞，杨大伟，吴俊，程少园，孙世君，孙德伟，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11