專利名稱：一種雙層套疊伸縮導軌系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙層套疊伸縮導軌系統，內部支撐管伸開以后形成導軌系統的支撐體，外部套墊管伸長后在各段節外表面形成一條連續的齒頂在同一平面內的齒條軌道， 工作單元的齒輪與齒條軌道相嚙合，沿外部套墊管動態鋪設的導軌作往復直線運動。
背景技術：
在數控設備中，要實現某個方向上的直線運動，比如沿χ軸、y軸、ζ軸的直線運動， 就需要在該方向上有一條導軌，來承載工作單元在其上來回往復直線運動。但在空間受限的環境中，如果需要這條導軌用到的時侯展開，不用的時侯能夠縮回，以減少占用空間，便于搬運轉移或實現空間交匯，因為這種需求不僅涉及到導軌支撐體本身的伸縮，還涉及到導軌軌道和齒條軌道的伸縮，技術復雜，實現困難，市場上、資料上、媒體上都還沒有見到或聽到這樣的技術和產品。
發明內容
本發明的目的在于提供一種雙層套疊伸縮導軌系統，這種導軌系統能夠以伸縮的方式，提供讓工作單元做往復直線運動的導軌軌道，并且工作伸縮范圍大，方便承載和搬運，能夠快速響應和精確控制。為了達到這種目標，本發明的技術方案是這樣實現的一種雙層套疊伸縮導軌系統，由內部支撐管系統1、外部套墊管2、工作套管3、導軌伸縮驅動絲杠4、齒條5、絲杠轉動驅動輪6、絲杠轉動驅動電機7、工作套管驅動齒輪8、 齒輪固定架9、工作套管驅動電機10組成；其中內部支撐管系統1包括固定支撐管1-1、標準支撐管1-2、末節支撐管1-3、限位裝置1-4、軸承裝置1-5、螺帽1-6，標準支撐管1_2可為一節或多節；外部套墊管2根據標準支撐管1-2的節數采用一節或多節；上述各部分的結構關系為固定支撐管1-1固定安裝在載體上，每一節標準支撐管1-2和末節支撐管1-3 能夠在其上一節支撐管內腔之中伸出或縮回；固定支撐管1-1起始端固定有軸承裝置1-5， 標準支撐管1-2、末節支撐管1-3起始端固定安裝限位裝置1-4，限位裝置1-4中安裝有螺帽1-6 ；固定支撐管1-1外部固定有齒條5，末節支撐管1-3同一側外表面也固定有齒條5 ； 每一節標準支撐管1-2外部安裝一節外部套墊管，末節支撐管1-3外部安裝一節外部套墊管；外部套墊管2與其所在的標準支撐管1-2的上一節支撐管內徑和外徑相等，能在所在的標準支撐管1-2外部滑動；每一節外部套墊管能在其上一節外部套墊管內腔之中伸出或縮回；每節外部套墊管2末端外部有同步塊11 ；外部套墊管2與固定支撐管1-1同一側外表面都固定有齒條5 ；固定支撐管1-1與第一節外部套墊管的齒條5正對相連；所有外部套墊管2及末節支撐管1-3表面上的齒條5相互平行位置依次錯開排列；末節支撐管1-3的長度較長，其完全縮回時，露出最后一節標準支撐管內腔的長度，既能夠固定安裝齒條，又能夠承載縮回后的各節外部套墊管2;各段節齒條的厚度不同，粗細不同的支撐管和外部套墊管上的齒條5的齒頂正好在同一平面內；外部套墊管2固定齒條5的表面平行于長度方向通身開口，開口寬度能夠容納其后各節外部套墊管和末節支撐管1-3的齒條5能夠并列進入其中；工作套管3能夠在固定支撐管1-1和第一節外部套墊管2外部滑動，工作套管3 表面平行于長度方向通身開口，開口寬度可容納工作套管3經過的所有并列排列的齒條5 ； 工作套管驅動齒輪8通過齒輪固定架9安裝在工作套管3末端，工作套管驅動齒輪8為超寬齒輪，齒輪寬度使之能夠與并列排列的所有齒條相嚙合；工作套管驅動齒輪8與齒條5相嚙合后，能夠帶動工作套管3沿外部套墊管2動態鋪設的導軌運行；本發明的工作原理為內部支撐管系統1在導軌伸縮驅動絲杠4的作用下，能夠逐節伸出而變長，或者逐節縮回而變短，外部套墊管2與具有相同外徑的標準支撐管1-2 — 同伸出或縮回；內部支撐管系統1伸到最長時，每一節外部套墊管正好從其上一節外部套墊管中伸出到位，各節外部套墊管2和末節支撐管1-3表面的齒條5正好依次排列形成一條梯級交錯首尾少量重疊齒頂在同一平面內的連續齒條軌道；內部支撐管系統1縮到最短時，每一節外部套墊管縮回其上一端外部套墊管內腔之中，其齒條5進入上一節外部套墊管表面開口中，且所有齒條5并列進入到第一節外部套墊管2表面的開口中；工作套管驅動電機10帶動工作套管驅動齒輪8能夠沿上述連續齒條軌道運動，從而帶動工作套管3沿導軌系統直線運動；工作套管3從固定支撐管1-1處開始運行，從起始端套入每一節外部套墊管2，并在同步塊11作用下，帶動該節外部套墊管2 —起前進，多節外部套墊管2逐節套疊在一起，彌補逐節變細的支撐管，始終為工作套管3提供一個平直的導軌；工作套管3運行到導軌系統末端時，所有外部套墊管2都被同步帶到導軌系統末端套疊在一起；工作套管3 返回時，各節外部套墊管2被相同外徑的支撐管攔截，逐節留下而伸出，工作套管3最終獨自回到固定支撐管1-1位置；工作套管驅動電機10帶動工作套管驅動齒輪8沿齒條軌道往復運行，帶動工作套管3往復直線運動。導軌伸縮驅動絲杠4包括無絲部分4-1和有絲部分4-2，無絲部分4_1直徑小于等于有絲部分4-2絲底直徑，無絲部分4-1端部安裝在軸承裝置1-5中，有絲部分4-2伸入支撐管內腔之中，各個螺帽1-6在需要時能夠依次與有絲部分4-2嚙合構成傳動裝置；導軌伸縮驅動絲杠4下端安裝絲杠轉動驅動輪6，在絲杠轉動驅動電機7帶動下，導軌伸縮驅動絲杠4能夠在軸承裝置1-5內轉動。內部支撐管系統1的工作原理為內部支撐管系統1處于最短狀態時，末節支撐管 1-3的螺帽1-6與導軌伸縮驅動絲杠4的有絲部分4-2相嚙合，各個標準支撐管的螺帽1-6 處于導軌伸縮驅動絲杠4的無絲部分4-1 ；導軌系統由最短伸出變長時，導軌伸縮驅動絲杠 4首先驅動末節支撐管1-3伸出，末節支撐管1-3伸出到位時，其內部的限位裝置1-4生效， 將其與相鄰的標準支撐管連為一體；導軌伸縮驅動絲杠4繼續轉動，末節支撐管1-3會帶動該標準支撐管一起伸出，并將其螺帽1-6帶入到導軌伸縮驅動絲杠4的有絲部分4-2 ；導軌伸縮驅動絲杠4繼續轉動時，該標準支撐管被驅動伸出，末節支撐管1-3的螺帽1-6會逐步脫離導軌伸縮驅動絲杠4 ；同理，該標準支撐管會帶動其上一節標準支撐管伸出，直到與固定支撐管1-1相鄰的第一節標準支撐管1-2伸出到位，內部支撐管系統1到達最長狀態，此時第一節標準支撐管1-2的螺帽1-6與導軌伸縮驅動絲杠4的有絲部分4-2相嚙合，其他各節標準支撐管和末節支撐管1-3的螺帽1-6都脫離了導軌伸縮驅動絲杠4 ；內部支撐管系統1縮回的過程與上述過程相反，導軌伸縮驅動絲杠4反向轉動，第一節標準支撐管1-2 的限位裝置1-4首先解除限位并開始縮回，縮回過程中將其下一節標準支撐管的螺帽1-6 帶入導軌伸縮驅動絲杠4 ；第一節標準支撐管1-2縮回到位時，其下一節標準支撐管的限位裝置1-4解除限位，并開始在導軌伸縮驅動絲杠4驅動下縮回；一直到末節支撐管1-3的螺帽1-6被其上一節標準支撐管帶入導軌伸縮驅動絲杠4，上一節標準支撐管縮入到位時，末節支撐管1-3的限位裝置1-4解除并開始縮回，末節支撐管1-3縮回到位時，內部支撐管系統1縮回到最短狀態。每一節標準支撐管1-2和末節支撐管1-3的內壁起始端附近，有滾子通過孔1-7， 其直徑剛好讓滾子1-4-5通過；固定支撐管1-1和每一節標準支撐管1-2的內壁末端附近有滾子限位窩1-8，滾子限位窩1-8能夠與滾子1-4-5外圓面完好吻合。限位裝置1-4包括內滑芯1-4-1、上固定板1-4-2、下固定板1_4_3、彈簧1_4_4、滾子1-4-5、滾子起始窩1-4-6、滾子軌道1-4-7、彈簧倉1_4_8、絲杠通過孔1_4_9 ；上固定板 1-4-2和下固定板1-4-3安裝在標準支撐管1-2和末節支撐管1-3的起始端內部，下固定板1-4-3與起始端平齊；內滑芯1-4-1處于上固定板1-4-2和下固定板1_4_3之間，能夠上下滑動；彈簧1-4-4安裝在彈簧倉1-4-8中，其彈力使內滑芯1-4-1有向上固定板1_4_2運動的趨勢；滾子起始窩1-4-6和滾子軌道1-4-7設計在內滑芯1-4-1的各個側面，滾子軌道 1-4-7與滾子起始窩1-4-6深度相同，其表面為球面的一部分，能夠與滾子1-4-5外圓面完好吻合。限位裝置1-4的工作原理為限位解除時或限位未生效時，滾子1-4-5處于滾子通過孔1-7中，被緊緊的限制在其所在支撐管的限位裝置1-4的滾子起始窩1-4-6和上-節支撐管內壁之間，當導軌伸縮驅動絲杠4轉動時驅動螺帽1-6移動，會帶動該節支撐管在上一節支撐管內腔之中滑動伸出，當滾子1-4-5遇到上一節支撐管內壁的滾子限位窩1-8時， 滾子1-4-5會進入滾子限位窩1-8中，內滑芯1-4-1就會被彈簧1-4-4彈起，將滾子1_4_5 緊緊的壓在內滑芯1-4-1外壁和上一節支撐管的滾子限位窩1-8之間，從而把該節支撐管與其上一節支撐管連為相對位置不變的一體，此時為限位裝置1-4生效狀態；相反的，當導軌伸縮驅動絲杠4向相反方向轉動，會拉動螺帽1-6帶動內滑芯1-4-1向下固定板1-4-3 運動，當滾子1-4-5進入到滾子起始窩1-4-6時，該節支撐管和上一節的支撐管限位解除。本發明的有益效果是內部支撐管系統的伸縮設計為導軌系統的整體伸縮提供了一個基本支撐體；外部套墊管的設計，相當于把原來逐漸變細的導軌軌道墊起，形成了一條粗細不變的導軌；而齒條不同厚度的設計，使逐漸變低的齒條軌道變成同一平面內的軌道； 齒條位置逐節錯開的設計，使齒條隨載體的伸縮成為可能；驅動齒輪的超寬設計，完美解決了工作單元平穩跨越梯級交錯首尾連接的齒條軌道的問題，使工作單元得以實現在導軌上的直線運動。通過內部支撐管和外部套墊管的巧妙設計和協同動作，提供了一條可以伸縮的導軌系統，解決了伸縮結構固有的越來越細，齒頂平面越來越低的問題，以及承載管道縮回后齒條如何縮回和布局的難題。該導軌系統能夠大范圍的伸展和收縮，并且驅動簡單，數據精準，非常適合用于空間受限的環境、經常搬運的場所、自動化控制作業的需求。
圖1為本發明的整體結構立體圖，也可作為摘要附圖。 圖2為本發明的整體結構正視圖，此時導軌縮到最短，負荷滑動套管在導軌下部。圖3為本發明縮回最短時內部支撐管系統的正視圖。圖4為本發明縮回最短時內部支撐管系統的原理結構圖，是圖3的正剖視圖。
圖5為本發明伸到最長時內部支撐管系統的原理結構圖。圖6為本發明整體伸展到最長時正視圖，此時工作套管處于導軌底部。圖7為本發明工作套管由第一節外部套墊管向第二節外部套墊管運行時的狀態圖。圖8為本發明工作套管運行到第二節外部套墊管位置時狀態圖。圖9為本發明工作套管運行到導軌頂部位置時狀態圖。圖10為外部套墊管組成11為導軌伸縮驅動絲杠結構示意12為限位裝置原理結構圖。圖13為限位裝置未生效或限位解除狀態示意圖。圖14為限位裝置生效狀態示意圖。其中1、內部支撐管系統1-1、固定支撐管1-2、標準支撐管1-3、末節支撐管1-4、限位裝置1-4-1、內滑芯1-4-2、上固定板1-4-3、下固定板1-4-4、彈簧1-4-5、滾子1-4-6、滾子起始窩1-4-7、滾子軌道1-4-8、彈簧倉1-4-9、絲杠通過孔1-5、軸承裝置1-6、螺帽1-7、滾子通過孔1-8、滾子限位窩2、外部套墊管3、工作套管4、導軌伸縮驅動絲杠4-1、無絲部分4-2、有絲部分5、齒條6、絲杠轉動驅動輪7、絲杠轉動驅動電機8、工作套管驅動齒輪
9、齒輪固定架10、工作套管驅動電機11、同步塊
具體實施例方式
實施例1結合圖1到圖14，以雙層套疊伸縮導軌系統的內部支撐管系統1設計為三節的情況為例，來說明本發明的具體實施方式
。三節內部支撐管分別是固定支撐管1-1、標準支撐管1-2和末節支撐管1-3，相應的需要兩節外部套墊管2，分別是安裝在標準支撐管1-2 外部的第一節外部套墊管2-1和安裝在末節支撐管1-3外部的第二節外部套墊管2-2。固定支撐管1-1、標準支撐管1-2、末節支撐管1-3、第一節外部套墊管2_1、第二節外部套墊管2-2和工作套管3都采用厚壁鋼管制造；固定支撐管1-1用法蘭固定在承載平臺上，標準支撐管1-2能夠在固定支撐管1-1內腔之中滑動；末節支撐管1-3能夠在標準支撐管1-2內腔之中滑動；固定支撐管1-1的起始端部安裝軸承裝置1-5，導軌伸縮驅動絲杠 4固定到軸承裝置1-5之中；導軌伸縮驅動絲杠4下端安裝絲杠轉動驅動輪6，在絲杠轉動驅動電機7帶動下，導軌伸縮驅動絲杠4能夠在軸承裝置1-5內轉動；標準支撐管1-2和末節支撐管1-3起始端內部安裝限位裝置1-4，限位裝置1-4的內滑芯1-4-1內部安裝螺帽 1-6，螺帽1-6能夠與導軌伸縮驅動絲杠4構成傳動裝置，導軌伸縮驅動絲杠4轉動帶動螺帽1-6在絲杠上運行，從而帶動螺帽1-6所在的支撐管向上或向下運行。如圖1和圖2所示，第一節外部套墊管2-1安裝在固定支撐管1-1上部，套裝在標準支撐管1-2外部；第二節外部套墊管2-2安裝在標準支撐管1-2上部，套裝在末節支撐管1-3外部；固定支撐管1-1、末節支撐管1-3、第一節外部套墊管2-1和第二節外部套墊管2-2同一側表面固定有不同厚度的齒條5，齒條5的齒頂在同一平面內。第一節外部套墊管2-1表面有三倍齒條寬度的開口，第二節外部套墊管2-2表面有兩倍齒條寬度的開口，這些開口使導軌縮回時上面各節的齒條能夠縮回其中，當伸縮導軌縮回至最短時，各條齒條5 互相相鄰而不沖突。工作套管3套裝在固定支撐管1-1外部，齒輪固定架9安裝在工作套管3上端，工作套管驅動齒輪8通過齒輪固定架9剛好和齒條5嚙合，工作套管驅動齒輪8為超寬齒輪， 其寬度使其能夠同時嚙合多個齒條。在工作套管驅動電機10帶動下，工作套管驅動齒輪8 能夠帶動工作套管3沿齒條5上下運行。導軌系統的初始狀態即導軌縮回最短的外觀情況如圖1和圖2所示，此時內部支撐套管的狀態如圖3所示標準支撐管1-2和末節支撐管1-3都已經縮到最大程度，標準支撐管1-2基本完全縮回固定支撐管1-1中，而末節支撐管1-3仍有一段較長的長度露在外面，這樣設計使末節支撐管1-3上部成為承載外部第二節外部套墊管2-2的滑動支撐體；第二節外部套墊管2-2下端與標準支撐管1-2上端相連，又形成了第一節外部套墊管2-1的滑動支撐體；第一節外部套墊管2-1下端與固定支撐管1-1相連，為工作套管3提供滑動支撐。導軌系統縮至最短時支撐管的內部結構如圖4所示，此時末節支撐管1-3的螺帽 1-6與導軌伸縮驅動絲杠4的有絲部分4-2相嚙合，而標準支撐管1-2的螺帽1-6在導軌伸縮驅動絲杠4的無絲部分4-1。當導軌系統需要伸長時，導軌伸縮驅動絲杠4在絲杠轉動驅動電機7帶動下轉動，會首先帶動末節支撐管1-3伸出；末節支撐管1-3在標準支撐管1-2內腔之中滑動時，其限位裝置1-4處于未生效狀態。圖12是限位裝置1-4的結構原理圖，圖13是限位裝置1-4未生效時的狀態圖在彈簧1-4-4作用下，內滑芯1-4-1有向上運動的趨勢，滾子1-4-5在末節支撐管1-3的滾子通過孔1-7內，被緊緊的限制在滾子起始窩1-4-6、滾子軌道1-4-7和標準支撐管1-2的內壁之間；當滾子1-4-5遇到標準支撐管 1-2內壁上的滾子限位窩1-8時，在彈簧1-4-4壓力作用下，滾子1-4-5會進入滾子限位窩 1-8，內滑芯1-4-1向上運動，到達上固定板1-4-2后停止，滾子1-4-5在滾子通過孔1_7內被緊緊的限制在內滑芯1-4-1和標準支撐管1-2的滾子限位窩1-8內，滾子1-4-5就把末節支撐管1-3和標準支撐管1-2連接在一起，此即為限位裝置1-4生效狀態，限位裝置1-4 生效后的狀態如圖14所示。導軌伸縮驅動絲杠4繼續轉動時，末節支撐管1-3帶動標準支撐管1-2 —起向上運行，把標準支撐管1-2的螺帽1-6旋入導軌伸縮驅動絲杠4的有絲部分4-2并嚙合。導軌伸縮驅動絲杠4繼續轉動時，標準支撐管1-2和末節支撐管1-3 —起伸出，末節支撐管1-3的螺帽1-6逐步脫離導軌伸縮驅動絲杠4。標準支撐管1-2在固定支撐管1-1的內腔之中運行，當標準支撐管1-2的滾子1-4-5遇到固定支撐管1-1內壁上的滾子限位窩1-8時，同上所述，限位裝置1-4生效，將標準支撐管1-2和固定支撐管1-1連接固定在一起，支撐管伸展到了最長長度，此時支撐管的內部結構如圖5所示，此時標準支撐管1-2的螺帽1-6與導軌伸縮驅動絲杠4嚙合，而末節支撐管1-3的螺帽1-6已經脫離導軌伸縮驅動絲杠4。在支撐管向上運行過程中，末節支撐管1-3會帶動第二節外部套墊管2-2向上運動；標準支撐管1-2會帶動第一節外部套墊管4向上運動，當伸展到最長時， 如圖6所示，各條齒條5首尾相連，齒條5厚度設計使其齒頂在同一平面內，這樣就形成了一條穩固的連續的齒條軌道。工作套管3沿齒條軌道向上運行的過程如圖6、圖7、圖8、圖9所示。圖6中，工作套管3在導軌系統下部，此時工作套管驅動齒輪8與固定支撐管1-1的齒條5相嚙合。在工作套管驅動電機10帶動下，工作套管驅動齒輪8帶動工作套管3沿齒條5向上運行；由于第一節外部套墊管2-1下端與固定支撐管1-1的上端相連，且齒條5之間接續，所以工作套管3能夠一直爬升到第一節外部套墊管2-1的齒條5上并繼續上向運行。當工作套管3運行到第一節外部套墊管2-1上端時，如圖7所示，由于第二節外部套墊管2-2的齒條5與第一節外部套墊管2-1的齒條5有少許長度是重合的，而且工作套管驅動齒輪8在工作套管3的上端，因此工作套管驅動齒輪8會同時和兩條齒條5相嚙合， 帶動工作套管3繼續向上運行，并且到達第二節外部套墊管2-2的齒條5上。工作套管3 再向上運行時，第一節外部套墊管2-1的同步塊11起到阻絆作用，工作套管3帶動第一節外部套墊管2-1 —起向上運行，圖8所示即為工作套管3帶動第一節外部套墊管2-1運行到第二節外部套墊管2-2位置時的狀態示意圖。工作套管3繼續向上運行，到達第二節外部套墊管2-2頂端時，工作套管驅動齒輪 8會同時和第二節外部套墊管2-2的齒條5及末節支撐管1-3的齒條5相嚙合；工作套管3 繼續向上運行，到達末節支撐管1-3的齒條5上。此時第二節外部套墊管2-2的同步塊11 起到阻絆作用，第一節外部套墊管2-1拖著第二節外部套墊管2-2跟隨工作套管3 —起向上運行，圖9所示即為工作套管3運行到末節支撐管1-3時的狀態示意圖。工作套管3能夠一直運行到末節支撐管1-3的頂端。當工作套管3從導軌頂端向下運行時，工作套管驅動齒輪8沿末節支撐管1-3的齒條5向下運行；當第二節外部套墊管2-2的下端接觸到標準支撐管1-2的上端時，第二節外部套墊管2-2到達了支撐點，不再繼續向下運行，其表面的齒條5又成為一條穩固的軌道；工作套管驅動齒輪8向下運行，通過兩條齒條5交匯的地方，到達第二節外部套墊管 2-2的齒條5，工作套管3隨之向下運行到第二節外部套墊管2-2的位置；當第一節外部套墊管2-1的下端接觸到固定支撐管1-1的上端時，第一節外部套墊管2-1到達了支撐點，不再繼續向下運行，其表面的齒條5又成為一條穩固的軌道，并與固定支撐管1-1的齒條5相接續。工作套管3能夠一直沿齒條5下行，到達導軌下部位置，即到達固定支撐管1-1的位置。工作套管3能夠沿該伸縮導軌往復直線運行， 來實現工業應用的需求。當工作完畢需要將導軌縮回時，啟動絲杠轉動驅動電機7，在絲杠轉動驅動輪6帶動下，導軌伸縮驅動絲杠4向相反方向轉動。此時標準支撐管1-2的螺帽1-6在導軌伸縮驅動絲杠4上嚙合，因此標準支撐管1-2的螺帽1-6首先被驅動，螺帽1-6沿絲杠移動，帶動內滑芯1-4-1向下運行，當滾子1-4-5逐步到達滾子起始窩1-4-6位置時，滾子1_4_5被壓入滾子起始窩1-4-6內，標準支撐管1-2和固定支撐管1-1的連接限位被解除；螺帽1-6 繼續移動時，標準支撐管1-2開始向下運行縮回到固定支撐管1-1內腔之中；滾子1-4-5重新被緊緊的限制在滾子起始窩1-4-6、滾子軌道1-4-7和固定支撐管1-1的內壁之間。當標準支撐管1-2將要縮回到位時，末節支撐管1-3的螺帽1-6被旋入導軌伸縮驅動絲杠4相嚙合，同上所述，螺帽1-6拉動末節支撐管1-3的限位裝置1-4的內滑芯1-4-1向下運動， 使滾子1-4-5進入到滾子起始窩1-4-6之中，末節支撐管1-3和標準支撐管1-2的連接限位被解除，末節支撐管1-3螺帽1-6繼續沿絲杠移動，帶動末節支撐管1-3縮回標準支撐管 1-2內腔之中。支撐管縮回過程中，滑動墊管也隨之縮回，齒條也縮回并并列排列。最終縮回到最短時，就成為如圖1和圖2所示的初始狀態。上述即為本發明雙層套疊伸縮導軌系統伸出和縮回、負載沿導軌運行的原理和過程。實施例2 當導軌系統需要更長的長度時，可增加內部支撐管系統1的標準支撐管的節數， 并相應增加外部套墊管節數。具體實施時，固定支撐管1-1、末節支撐管1-3的結構與實施例1完全相同，增加的標準支撐管與實施例1中標準支撐管1-2的結構完全相同；增加的外部墊管和實施例1中第一節外部套墊管2-1和第二節外部套墊管2-2結構相同，只需設計管節粗細長度及表面開口寬度數據，使之能夠正好耦合。實施例3 本發明也可將內部支撐管系統1簡化為二節，應用在不需要太大長度的場合。當只有兩節內部支撐管使用時，只要實施例1中的固定支撐管1-1、末節支撐管1-3、第一節外部套墊管2-1即可，結構更加簡化。在具體應用中，雙層套疊伸縮導軌系統管道之間的相對滑動采用直線軸承來減少摩擦力和活動間隙；絲杠轉動驅動電機采用帶剎車電機或帶有保壓裝置的液壓馬達進行驅動，保證伸開以后導軌的牢固穩定；工作套管驅動電機采用步進電機或伺服電機，使其按照數據控制正向或反向運行，精確的負荷運行的位置，實現自動化控制場合應用。
權利要求
1. 一種雙層套疊伸縮導軌系統，其特征在于由內部支撐管系統(1)、外部套墊管O)、 工作套管(3)、導軌伸縮驅動絲杠、齒條(5)、絲杠轉動驅動輪(6)、絲杠轉動驅動電機 (7)、工作套管驅動齒輪(8)、齒輪固定架(9)、工作套管驅動電機(10)組成；其中內部支撐管系統(1)包括固定支撐管(1-1)、標準支撐管(1-2)、末節支撐管(1-3)、限位裝置(1-4)、 軸承裝置(1-5)、螺帽(1-6)，標準支撐管(1- 可為一節或多節；外部套墊管( 根據標準支撐管(1-2)的節數采用一節或多節；上述各部分的結構關系為固定支撐管(1-1)固定安裝在載體上，每一節標準支撐管(1- 和末節支撐管(1- 能夠在其上一節支撐管內腔之中伸出或縮回；固定支撐管(1-1)起始端固定有軸承裝置(1-5)，標準支撐管(1-2)、末節支撐管(1-3)起始端安裝限位裝置(1-4)，限位裝置(1-4)中安裝有螺帽(1-6)；固定支撐管(1-1)外部固定有齒條(5)，末節支撐管(1-3)同一側外表面也固定有齒條(5)；每一節標準支撐管(1- 外部安裝一節外部套墊管，末節支撐管(1- 外部安裝一節外部套墊管；外部套墊管( 與其所在的標準支撐管(1- 的上一節支撐管內徑和外徑相等，能在所在的標準支撐管(1- 外部滑動；每一節外部套墊管能在其上一節外部套墊管內腔之中伸出或縮回；每節外部套墊管( 末端外部有同步塊(11)；外部套墊管O)與固定支撐管 (1-1)同一側外表面都固定有齒條(5)；固定支撐管(1-1)與第一節外部套墊管的齒條(5) 正對相連；所有外部套墊管( 及末節支撐管(1- 表面上的齒條( 相互平行位置依次錯開排列；末節支撐管(1- 的長度較長，末節支撐管(1- 完全縮回時，露出最后一節標準支撐管內腔的長度，既能夠固定安裝齒條，又能夠承載縮回后的各節外部套墊管O)；各段節齒條的厚度不同，粗細不同的支撐管和外部套墊管上的齒條(5)的齒頂正好在同一平面內；外部套墊管O)固定齒條的表面平行于長度方向通身開口，開口寬度能夠容納其后各節外部套墊管和末節支撐管(1- 的齒條(5)能夠并列進入其中；工作套管(3)能夠在固定支撐管(1-1)和第一節外部套墊管( 外部滑動，工作套管(3)表面平行于長度方向通身開口，開口寬度可容納工作套管(3)經過的所有并列排列的齒條(5)；工作套管驅動齒輪(8)通過齒輪固定架(9)安裝在工作套管(3)末端，工作套管驅動齒輪(8)為超寬齒輪， 齒輪寬度使之能夠與并列排列的所有齒條相嚙合；工作套管驅動齒輪(8)與齒條(5)相嚙合后，能夠帶動工作套管C3)沿外部套墊管( 動態鋪設的導軌運行；內部支撐管系統(1) 在導軌伸縮驅動絲杠的作用下，能夠逐節伸出而變長，或者逐節縮回而變短，外部套墊管O)與具有相同外徑的標準支撐管(1-2) —同伸出或縮回；內部支撐管系統(1)伸到最長時，每一節外部套墊管正好從其上一節外部套墊管中伸出到位，各節外部套墊管(2)和末節支撐管(1-3)表面的齒條(5)正好依次排列形成一條梯級交錯首尾少量重疊齒頂在同一平面內的連續齒條軌道；內部支撐管系統(1)縮到最短時，每一節外部套墊管縮回其上一端外部套墊管內腔之中，其齒條( 進入上一節外部套墊管表面開口中，且所有齒條(5) 并列進入到第一節外部套墊管(2)表面的開口中；工作套管驅動電機(10)帶動工作套管驅動齒輪(8)能夠沿上述連續齒條軌道運動，從而帶動工作套管C3)沿導軌系統直線運動；工作套管(3)從固定支撐管(1-1)處開始運行，從起始端套入每一節外部套墊管0)，并在同步塊(11)作用下，帶動該節外部套墊管( 一起前進，多節外部套墊管( 逐節套疊在一起，彌補逐節變細的支撐管，始終為工作套管C3)提供一個平直的導軌；工作套管C3)運行到導軌系統末端時，所有外部套墊管(2)都被同步帶到導軌系統末端套疊在一起；工作套管C3)返回時，各節外部套墊管( 被相同外徑的支撐管攔截，逐節留下而伸出，工作套管(3)最終獨自回到固定支撐管(1-1)位置；工作套管驅動電機(10)帶動工作套管驅動齒輪 (8)沿齒條軌道往復運行，帶動工作套管(3)往復直線運動。
2.根據權利要求1所述的雙層套疊伸縮導軌系統，其特征是導軌伸縮驅動絲杠(4) 包括無絲部分(4-1)和有絲部分(4-2)，無絲部分(4-1)直徑小于等于有絲部分(4-2)絲底直徑，無絲部分(4-1)端部安裝在軸承裝置(1-5)中，有絲部分(4-2)伸入支撐管內腔之中，各個螺帽(1-6)在需要時能夠依次與有絲部分(4-2)嚙合構成傳動裝置；導軌伸縮驅動絲杠(4)下端安裝絲杠轉動驅動輪(6)，在絲杠轉動驅動電機(7)帶動下，導軌伸縮驅動絲杠(4)能夠在軸承裝置(1-5)內轉動。
3.根據權利要求1所述的雙層套疊伸縮導軌系統，其特征是內部支撐管系統(1)處于最短狀態時，末節支撐管(1-3)的螺帽(1-6)與導軌伸縮驅動絲杠(4)的有絲部分(4-2) 相嚙合，各個標準支撐管的螺帽(1-6)處于導軌伸縮驅動絲杠(4)的無絲部分(4-1)；導軌系統由最短伸出變長時，導軌伸縮驅動絲杠(4)首先驅動末節支撐管(1-3)伸出，末節支撐管(1-3)伸出到位時，其內部的限位裝置(1-4)生效，將其與相鄰的標準支撐管連為一體； 導軌伸縮驅動絲杠(4)繼續轉動，末節支撐管(1-3)會帶動該標準支撐管一起伸出，并將其螺帽(1-6)帶入到導軌伸縮驅動絲杠(4)的有絲部分(4-2)；導軌伸縮驅動絲杠(4)繼續轉動時，該標準支撐管被驅動伸出，末節支撐管(1-3)的螺帽(1-6)會逐步脫離導軌伸縮驅動絲杠(4)；同理，該標準支撐管會帶動其上一節標準支撐管伸出，直到與固定支撐管(1-1) 相鄰的第一節標準支撐管(1-2)伸出到位，內部支撐管系統(1)到達最長狀態，此時第一節標準支撐管(1-2)的螺帽(1-6)與導軌伸縮驅動絲杠(4)的有絲部分(4-2)相嚙合，其他各節標準支撐管和末節支撐管(1-3)的螺帽(1-6)都脫離了導軌伸縮驅動絲杠(4)；內部支撐管系統(1)縮回的過程與上述過程相反，導軌伸縮驅動絲杠(4)反向轉動，第一節標準支撐管(1-2)的限位裝置(1-4)首先解除限位并開始縮回，縮回過程中將其下一節標準支撐管的螺帽(1-6)帶入導軌伸縮驅動絲杠(4)；第一節標準支撐管(1-2)縮回到位時，其下一節標準支撐管的限位裝置(1-4)解除限位，并開始在導軌伸縮驅動絲杠(4)驅動下縮回； 一直到末節支撐管(1-3)的螺帽(1-6)被其上一節標準支撐管帶入導軌伸縮驅動絲杠(4)， 上一節標準支撐管縮入到位時，末節支撐管(1-3)的限位裝置(1-4)解除并開始縮回，末節支撐管(1-3)縮回到位時，內部支撐管系統(1)縮回到最短狀態。
4.根據權利要求1所述的雙層套疊伸縮導軌系統，其特征是內部支撐管系統(1)的每一節標準支撐管(1-2)和末節支撐管(1-3)的內壁起始端附近，有滾子通過孔(1-7)，其直徑剛好讓滾子(1-4-5)通過；固定支撐管(1-1)和每一節標準支撐管(1-2)的內壁末端附近有滾子限位窩(1-8)，滾子限位窩(1-8)能夠與滾子(1-4-5)外圓面完好吻合。
5.根據權利要求1所述的雙層套疊伸縮導軌系統，其特征是限位裝置(1-4)包括內滑芯(1-4-1)、上固定板(1-4-2)、下固定板(1-4-3)、彈簧(1_4_4)、滾子(1_4_5)、滾子起始窩(1-4-6)、滾子軌道(1-4-7)、彈簧倉(1-4-8)、絲杠通過孔(1_4_9)；上固定板(1_4_2)和下固定板(1-4-3)安裝在標準支撐管(1-2)和末節支撐管(1-3)的起始端內部，下固定板 (1-4-3)與起始端平齊；內滑芯(1-4-1)處于上固定板(1-4-2)和下固定板(1_4_3)之間， 能夠上下滑動；彈簧(1-4-4)安裝在彈簧倉(1-4-8)中，其彈力使內滑芯(1-4-1)有向上固定板(1-4-2)運動的趨勢；滾子起始窩(1-4-6)和滾子軌道(1-4-7)設計在內滑芯(1_4_1) 的各個側面，滾子軌道(1-4-7)與滾子起始窩(1-4-6)深度相同，其表面為球面的一部分，能夠與滾子(1-4-5)外圓面完好吻合；限位解除時或限位未生效時，滾子(1-4-5)處于滾子通過孔(1-7)中，被緊緊的限制在其所在支撐管的限位裝置(1-4)的滾子起始窩(1-4-6) 和上一節支撐管內壁之間，當導軌伸縮驅動絲杠(4)轉動時驅動螺帽(1-6)移動，會帶動該節支撐管在其上一節支撐管內腔之中滑動伸出，當滾子(1-4-5)遇到上一節支撐管內壁的滾子限位窩(1-8)時，滾子(1-4-5)會進入滾子限位窩(1-8)中，內滑芯(1-4-1)就會被彈簧(1-4-4)彈起，將滾子(1-4-5)緊緊的壓在內滑芯(1-4-1)外壁和上一節支撐管的滾子限位窩(1- 8)之間，從而把該節支撐管與其上一節支撐管連為相對位置不變的一體，此時為限位裝置(1-4)生效狀態；相反的，當導軌伸縮驅動絲杠(4)向相反方向轉動，會拉動螺帽(1-6)帶動內滑芯(1-4-1)向下固定板(1-4-3)運動，當滾子(1-4-5)進入到滾子起始窩(1-4-6)時，該節支撐管和其上一節的支撐管限位解除。
全文摘要
一種雙層套疊伸縮導軌系統，包括內部支撐管系統、外部套墊管、工作套管、導軌伸縮驅動絲杠、齒條、驅動電機等，導軌系統伸長后在各段節外表面形成一條梯級交錯首尾少量重疊齒頂在同一平面內的連續齒條軌道，工作套管的齒輪與齒條軌道嚙合后，能夠沿外部套墊管動態鋪設的導軌作連續的往復直線運動。通過內部支撐管和外部套墊管的巧妙設計和協同動作，提供了一條能夠伸縮的導軌系統，解決了伸縮結構固有的越來越細、軌道平面越來越低的問題，以及承載管道縮回后齒條如何縮回和布局的難題。該導軌系統能夠大范圍的伸展和收縮，并且驅動簡單，數據精準，非常適合用于空間受限的環境、經常搬運的場所、自動化控制作業的需求。
文檔編號F16H37/00GK102287429SQ201010203389
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優先權日2010年6月21日
發明者朱建彬, 邢慧勇 申請人:朱建彬, 邢慧勇