CN102906456B - 用于将旋转运动转变成轴向运动的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将旋转运动转变成轴向运动的设备，其中设置有螺杆（3），在所述螺杆（3）上布置有螺母（2），其能够相对于所述螺杆（3）轴向地移动，其中设置有至少一个锁定部件，所述至少一个锁定部件被布置成防止螺母（2）在沿着所述螺杆（3）轴向运动期间的旋转运动，其中在所述螺杆（3）上设置有至少一个端部止挡(10a，10b)，所述至少一个端部止挡(10a，10b)限制螺母（2）沿着螺杆（3）的轴向运动。楔形板对（1a，1b）被布置在可轴向移动的所述螺母（2）和所述端部止挡(10a，10b)之间。所述楔形板对（1a，1b）被构造成使得所述楔形板（1.1、1.2）通过螺母（2）压靠于端部止挡(10a，10b)而接合，并且产生一预应力力矩，其中，为了从端部止挡(10a，10b)释放螺母（2），扭矩大体比用于将螺母（2）压靠于端部止挡(10a，10b)的扭矩小所述楔形板对（1a，1b）的预应力扭矩。

Description

用于将旋转运动转变成轴向运动的设备
技术领域
本发明涉及用于将旋转运动转变成轴向运动的设备，其中设置有螺杆，在所述螺杆上布置有螺母，其能够轴向地相对于所述螺杆移动，其中设置有至少一个阻挡装置，所述至少一个阻挡装置被布置成阻挡螺母在沿着所述螺杆轴向运动期间的旋转运动，并且其中设置有至少一个端部止挡，所述至少一个端部止挡限制螺母沿着螺杆的轴向运动。
背景技术
优选地，上述设备被应用在电动致动器中，用于流量调节装置的开环和/或闭环控制。流量调节装置例如是阀、闸门（gate）、节流件或瓣。取决于待致动的流量调节装置，通过致动器执行的运动是旋转或平移运动，在给定的情况下，是小于360度的旋转运动。本发明不限于致动器的实施例。而是，本发明能够被使用在活动螺母相对于止挡运动并且随后必须能够被容易地释放，即从止挡离开返回的任何情况下。
在致动器中，在电动马达，或通常地是致动元件和流量调节装置之间的扭矩传动借助于减速传动器发生，取决于应用情况，所述减速传动器能够是锥齿轮传动器或直齿轮传动器、蜗轮传动器、叠加传动器或杠杆传动器。减速传动器是必要的，以便将电动马达的高RPM转变成所期望的、高度恒定的输出RPM，用于致动流量调节装置。本发明的受让人制造了满足最多种需求的致动器。因而，在旋转运动的情况下，扭矩能够达到32,000Nm；在小于360度范围的旋转运动的情况下，扭矩能够以高达360,000Nm执行。
例如带有蜗杆、蜗轮和接合蜗轮的蜗轮传动器用于将电动马达的RPM降低至致动流量调节装置所用的输出RPM，蜗轮传动器与行星齿轮传动器相关联。为了保证在电动马达关闭的情况下，蜗轮传动器保持在期望的静止位置中，蜗轮传动器包括自锁特征。蜗轮轴和带有蜗轮转子的输出空心轴通常在滚珠轴承或干式轴承中旋转。
蜗杆被以可移位的方式布置在蜗轮轴上，处在两个测量弹簧包之间，从而使得在扭矩待传送的情况下，蜗杆经历相对于蜗轮轴的平移运动。这一移位被转递到控制单元，该移位是用于传送扭矩的措施。传动器的内部装满润滑剂，从而保证在较长期的时间内不需维护的运行。
取决于流量调节装置的构造类型，或视扭矩而定，旋转运动必须在端部位置的路径中被关闭。为此，通常在控制单元中设置两个独立的测量系统，即路径电路和扭矩电路，所述路径电路和扭矩电路分别地测量所行进的致动路径距离和被施加在输出轴上的扭矩。经由开关，由控制单元检测期望位置的到达，之后控制单元将电动马达关闭。
为了防止在故障的情况下和因而在行进超过端部位置之一的情况下对传动器或流量调节装置的损坏，设置两个限制螺母的行程的端部止挡。然而，螺母与端部止挡中的一个端部止挡的接触在高扭矩的情况下发生，从而使得涉及将螺母从端部止挡后退的释放扭矩相应地是较高的。使这更困难的是：在端部止挡和螺母之间的接触中的油脂随着时间散发掉，由此与拧紧扭矩相比，释放扭矩更大了。在故障后重启卡住的致动器的情况下，这导致显著的问题。为了减少释放扭矩的目的，在受让人的已知的解决方案的情况中，螺母的支承面因此是圆化的，即具有给定的凸形形状。
发明内容
本发明的目的是，在螺母和端部止挡接触的情况下，相比拧紧扭矩显著地减小释放扭矩。
通过如下特征实现所述目的，所述特征包括：楔形锁紧垫圈对被布置在能够轴向移动的螺母和端部止挡之间，其中所述楔形锁紧垫圈对被这样实施，即：楔形锁紧垫圈通过所述螺母压靠于所述端部止挡而接合，并且产生预应力扭矩，并且其中用于将所述螺母从所述端部止挡释放的扭矩基本上比在所述螺母首次压靠于所述端部止挡时所施加的扭矩小所述楔形锁紧垫圈对的所述预应力扭矩。
如上所述，本发明的所述设备优选地是用于致动流量调节装置的致动器，其中减速传动器被设置在致动元件和所述致动流量调节装置之间，具体地是减速传动器被实施为蜗轮传动器，其中所述蜗轮传动器的呈螺杆形式的驱动轴具有带有限定螺纹斜角的外螺纹，其中能够轴向移动的螺母和限制所述螺母的最大行程的两个端部止挡被布置在所述驱动轴上，并且其中在每种情况下，楔形锁紧垫圈对被布置在所述螺母和所述两个端部止挡中的每个端部止挡之间。
在每种情况下，所述流量调节装置是控制元件，具体地是带有心轴和螺纹套筒的闸门或阀、节流件、瓣、球阀或阻尼器。
如上所述，致动元件包括电动马达或能够单独致动的操作轮，具体地是能够单独致动的手轮。能够单独致动的操作轮保证了致动器在紧急情况下，例如在停电的情况下或在螺母卡在端部止挡上的情况下仍然能够被操作。操作轮被要求符合用于工艺自动化的安全标准。操作轮通常是手轮，所述手轮由操作人员手动地操作，由此能够使流量调节装置设定到所期望的设定中。
本发明的设备的进一步有利发展设置了：楔形锁紧垫圈对的两个楔形锁紧垫圈，或者说所述楔形锁紧垫圈对在彼此相面对的内表面上具有楔形表面，其中所述楔形表面的斜角和所述螺杆，即所述驱动轴的外螺纹的斜角被彼此相反地朝向。
具体地，所述楔形表面的所述斜角被设置为比所述螺杆，即所述驱动轴的外螺纹的斜角大。
优选地，径向肋被设置在所述楔形锁紧垫圈的外表面上，其中所述表面彼此背对。此外，与本发明的所述设备有关，设置了：根据所述端部止挡和所述螺母的接触表面的材料，每对楔形锁紧垫圈对的所述楔形锁紧垫圈由这样的材料制造，即：所述材料在接触的情况下保证在所述楔形锁紧垫圈的外表面上的所述径向肋分别地形状上相互锁定地挤压到所述螺母和端部止挡的相对应的接触表面中。于是，不再可能在所述螺母、或者说端部止挡的接触表面上滑动或打滑。
这样的楔形锁紧垫圈是已知的。然而，楔形锁紧垫圈被用于紧固螺钉连接件并且因此关于本发明的解决方案具有相反的效果。已知的楔形锁紧垫圈的制造商是Nord-Lock公司。已知的楔形锁紧垫圈具有在内侧上的楔形表面和在外部上的径向肋。选择楔形表面的形状，使得楔形表面的角度总是比螺纹斜角大。在这样的情况下，楔形表面的斜角和螺纹斜角具有相同的朝向。垫圈是被成对附加地并且这样应用，即：使得朝内平放的楔形表面平放在彼此之上。如果螺钉，或者说螺母被拧紧，则楔形锁紧垫圈的径向肋将形状上相互锁定地接合到配对表面中。垫圈对固定地被放置到位，并且仍然可能只在楔形表面之间运动。已经在释放方向上最微小的旋转运动的情况下，通过在朝内平放的楔形表面中的彼此滑动，发生所谓的点击效应（clickeffect）；楔形表面相互楔入到其中。由于楔入动作，发生预应力的增加，由此螺钉，或者说螺母自紧固。因而，即使在极端的振动和动态载荷载下，螺钉连接也是可靠的。
如上所述，本发明的解决方案提供相反的效果：这里，楔形表面被这样实施，即：在将所述螺母从相应的端部止挡释放的情况下，在所述楔形锁紧垫圈的所述内表面上的所述楔形表面能够相对于彼此移位，其中在将活动螺母从端部止挡释放的情况下将被施加的扭矩，相对于在螺母首次紧靠于端部止挡时所施加的扭矩，基本上减小了楔形锁紧垫圈由拧紧产生的预应力的量。由此，有效地降低了在高释放扭矩情况下的驱动的负载。
与本发明的设备有关，有利的是当在致动器的情况下时，两个楔形锁紧垫圈对中的一个楔形锁紧垫圈对的楔形锁紧垫圈在其外表面上以固定的方式与所述端部止挡或所述螺母的相对应的接触表面连接。
本发明的设备的有利实施例设置了：一个所述端部止挡，或所述端部止挡被附加到所述螺杆，即驱动轴，或设置有至少一个移位机构，所述至少一个移位机构使一个所述端部止挡或所述端部止挡的可变的定位成为可能。经由可变的定位，能够使流量调节装置的移位最佳地适合于给定的条件。
附图说明
现在将基于附图更为详细地描述本发明，附图所示如下：
图1致动器的示意图，
图2穿过用于致动流量调节装置的致动器的纵切面，
图2a在致动器的区域中的纵切面，在所述纵切面中设置了两个以固定方式定位的端部止挡，
图2b图1的截面B的细节图，其中一个端部止挡被实施成可移位，并且
图3包括本发明的楔形锁紧垫圈对的侧视图。
具体实施方式
图1是致动器19的示意图。致动器19用于致动流量调节装置11并且由电动马达13、输入设备12以及减速传动器9组成，输入设备12带有未单独图示的电子控制单元，减速传动器9的输出致动流量调节装置11。流量调节装置11例如是阀、闸门、节流件或瓣。所述电子控制单元能够被一体形成在减速传动器9的输入设备12中，所述电子控制单元能够是附加到输入设备12的附加件或能够被实施作单独组件。
使用在用于流量调节装置11的工艺技术（尤其是产品由原材料或起始材料通过化学、物理或生物过程的应用而制成的工艺）中的致动器被这样设计，即：所述致动器能够在低RPM(4–180RPM)下提供高扭矩(30-500,000Nm)，其中所述扭矩在小角度的转动上还必须是高度恒定的。
在电动马达13和流量调节装置11之间的扭矩传动经由减速传动器9发生。减速传动器9是必要的，以便将电动马达13的高RPM转变成所需要的、高度恒定的输出RPM，用于致动流量调节装置11。能够应用各种传动器作为减速传动器9。示例包括锥齿轮传动器或直齿轮传动器、蜗轮传动器、叠加传动器或杠杆传动器。在旋转运动的情况下，扭矩范围达到32,000Nm的扭矩；在小于360度范围的旋转运动的情况下，能够实现高达360,000Nm的扭矩。
为了满足工艺自动化的安全标准，在紧急情况下致动器必须是能够经由可单独致动的操作轮14操作。此外，操作轮14还被使用在故障之后致动器12的启动、重启的情况下。操作轮14通常是由操作人员使用的手动操作轮，所述操作轮14允许操作人员例如手动地使流量调节装置11设定到期望的设定中。
为了使手动操作和马达操作彼此隔离的目的，设置连接机构（未在图1中单独示出）。所述连接结构通常被这样实施和/或这样布置，即：在马达操作的情况下，电动马达13直接与输出轴20连接并且操作轮14是不连接的，然而，在手动操作中，在与传动器连接的输入设备上的输出轴20与操作轮14连接并且电动马达13是不连接的。这样，提供了在马达操作和手动操作之间的隔离。具体地，连接机构被以这样的方式实施，即：一旦输入设备12以马达操作方式工作，操作轮14就从驱动轴3自动地分开——马达操作因而具有在手动操作之上的优先级。使用这些原理的致动器能够从受让人得到。
图2示出通过本发明的解决方案的实施例的纵切面，在所述纵切面的情况下，蜗轮传动器9被应用于降低RPM。驱动轴或蜗轮轴3经由径向轴承7和轴向轴承8这两个轴承而轴颈安装在外壳6中。传动器内部装满润滑剂，从而保证致动器在较长期的时间内的不需维护的运行。
取决于流量调节装置11的构造类型，或由扭矩决定，旋转运动在其端部路径上被终止。为此，通常在控制单元中设置两个独立的测量系统，即路径电路和扭矩电路，所述路径电路和扭矩电路分别地测量所行进的致动路径和被应用在输出轴上的扭矩。经由开关，将到达期望位置的信号发送到控制单元，于是控制单元将电动马达13关闭。
在故障的情况下，为了避免无约束的平移运动而设置两个端部止挡10a、10b。两个不同类型的端部止挡在图2a、2b中示出。螺母2被布置在蜗轮轴3上，所述螺母2能够相对于蜗轮轴3轴向移动。借助于阻挡装置（未在图2中单独示出），防止了活动螺母，即螺母2的旋转运动，从而使得所述螺母2能够沿着蜗轮轴3轴向地行进。端部止挡10a、10b被设置在蜗轮轴3上，处在两个端部区域中，所述端部止挡10a、10b限制螺母2沿着蜗轮轴3的轴向运动。端部止挡10a是端部螺母4，所述端部螺母4在图2a所示的实施例的情况下被紧固在驱动轴3上的固定位置中。在图2b所示的实施例的情况下，螺母2能够在由伸长孔21的纵向尺寸预先确定的距离内自由地移位。可移位端部止挡4向各个期望移位提供最佳的适宜的移位路径。在两个实施例中，端部螺母4的紧固优选地经由卷绕弹性类型的圆柱销5发生。端部止挡10b由蜗轮轴3的具体实施例限定。
如上所述，在故障的情况下——因而在移位路径控制单元失效的情况下——螺母2撞上端部止挡10a、10b中的一个。因为这在高扭矩的情况下发生，所以随后特别难以将牢牢卡住的螺母2从相应的端部止挡10a、10b释放。
因此，根据本发明，在每种情况下，在能够轴向移动的螺母2和端部止挡10a、10b之间布置楔形锁紧垫圈对1。每个楔形锁紧垫圈对1a、1b均由两个楔形锁紧垫圈1.1、1.2组成，所述楔形锁紧垫圈1.1、1.2被这样实施，即：通过螺母2压靠于端部止挡10a、10b而使楔形锁紧垫圈1.1、1.2接合。在这样的情况下，楔形锁紧垫圈1.1、1.2产生扭矩，用于从对应的端部止挡10a、10b释放螺母2，该扭矩基本上比用于将螺母2首次压靠于端部止挡10a、10b的扭矩小相对应的楔形锁紧垫圈对1a、1b的预应力扭矩。因而，释放扭矩是比拧紧扭矩小的某个量，并且显著地促进了牢牢卡住的螺母2的释放，或者说卡住的致动器的重启。
图3以侧视示出包括本发明的楔形锁紧垫圈对1b的放大图。驱动轴/蜗轮轴3具有带有限定螺纹斜度α的外螺纹。活动螺母，即螺母2以可移位的方式轴向地布置在驱动轴3上。由楔形锁紧垫圈1.1、1.2组成的楔形锁紧垫圈对1b被设置在活动螺母2和被承载在驱动轴3上的端部止挡10b之间。楔形表面16被布置在楔形锁紧垫圈1.1、1.2的彼此相面对的内表面15上，所述楔形表面16的斜角β与驱动轴3的外螺纹的斜角α相反地朝向。这样，达到的是，在螺母2卡在端部止挡10b上的情况下，释放扭矩被两个楔形锁紧垫圈1.1、1.2的预应力扭矩减弱。优选地，楔形表面16的斜角β比驱动轴3的外螺纹的斜角α大。这样，能够达到楔形锁紧垫圈1.1、1.2的更高的预应力扭矩。
径向肋18被设置在楔形锁紧垫圈1.1、1.2的外表面17上。外表面17彼此背对。根据各个端部止挡10a、10b和螺母2的接触表面的材料，每对楔形锁紧垫圈对1a、1b的楔形锁紧垫圈1.1、1.2由这样的材料制造，即：所述材料在接触的情况下保证在楔形锁紧垫圈1.1、1.2的外表面17上的径向肋18能够分别地形状上相互锁定地挤压到螺母2或者说端部止挡10a、10b的相对应的接触表面中。利用楔形锁紧垫圈1.1、1.2的外表面因而锁定到端部止挡10b，或者说螺母2，在将螺母2从对应的端部止挡10b释放的情况下，楔形锁紧垫圈1.1、1.2的内表面15上的楔形表面16能够相对彼此移位。这样，诸如由拧紧产生的拧紧扭矩比活动螺母2从端部止挡10b的释放扭矩基本上大楔形锁紧垫圈对1b的预应力。一个替代例是将两个楔形锁紧垫圈中的一个垫圈以不可释放的方式与螺母2或端部止挡10b连接。
附图标记
1楔形锁紧垫圈对
1a楔形锁紧垫圈对
1b楔形锁紧垫圈对
1.1楔形锁紧垫圈
1.2楔形锁紧垫圈
2活动螺母/螺母
3螺杆/驱动轴/蜗轮轴
4端部螺母
5卷绕弹性类型的圆柱销
6外壳
7径向轴承
8轴向轴承
9蜗轮传动器
10端部止挡
10a固定端部止挡
10b可移位端部止挡
11流量调节装置
12输入设备
13致动元件/电动马达
14手轮/操作轮
15楔形锁紧垫圈的内表面
16楔形表面
17楔形锁紧垫圈的外表面
18径向肋
19致动器
20输出轴
21伸长孔

Claims (19)

1.一种用于将旋转运动转变成轴向运动的设备，其中，设置有螺杆(3)，在所述螺杆(3)上布置有螺母(2)，其能够轴向地相对于所述螺杆(3)移动，其中，设置有至少一个阻挡装置，所述至少一个阻挡装置被布置成阻挡所述螺母(2)在沿着所述螺杆(3)轴向运动期间的旋转运动，并且其中，设置有至少一个端部止挡(10a，10b)，所述至少一个端部止挡(10a，10b)限制所述螺母(2)沿着所述螺杆(3)的轴向运动，
其特征在于
楔形锁紧垫圈对(1a，1b)被布置在能够轴向移动的所述螺母(2)和所述端部止挡(10a，10b)之间，并且
所述楔形锁紧垫圈对(1a，1b)被这样实施，即：使得楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)通过所述螺母(2)压靠于所述端部止挡(10a，10b)而接合，并且产生预应力扭矩，其中用于将所述螺母(2)从所述端部止挡(10a，10b)释放的扭矩基本上比在所述螺母(2)首次压靠于所述端部止挡(10a，10b)时所施加的扭矩小所述楔形锁紧垫圈对(1a，1b)的所述预应力扭矩。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
所述设备是用于致动流量调节装置(11)的致动器，其中，减速传动器被设置在致动元件和所述流量调节装置(11)之间，具体地是，所述减速传动器被实施为蜗轮传动器(9)，其中所述蜗轮传动器(9)的呈螺杆(3)的形式的驱动轴具有带有限定螺纹斜角(α)的外螺纹，其中能够轴向移动的所述螺母(2)和限制所述螺母(2)的最大行程的两个端部止挡(10a，10b)被布置在所述驱动轴上，并且其中在每种情况下，楔形锁紧垫圈对(1a，1b)被布置在所述螺母(2)和所述两个端部止挡(10a，10b)中的每个端部止挡之间。
3.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于
所述楔形锁紧垫圈对(1a，1b)的两个楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)，或者说所述楔形锁紧垫圈对在彼此相面对的内表面(15)上具有楔形表面(16)，其中所述楔形表面(16)的斜角(β)和所述螺杆，即所述驱动轴的外螺纹的斜角(α)彼此相反地朝向。
4.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于
所述楔形表面(16)的所述斜角(β)比所述螺杆，即所述驱动轴的外螺纹的斜角(α)大。
5.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于
径向肋(18)被设置在所述楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)的外表面(17)上，其中所述外表面(17)彼此背对。
6.根据权利要求5所述的设备，
其特征在于
根据所述端部止挡(10a，10b)和所述螺母(2)的接触表面的材料，每个楔形锁紧垫圈对(1a，1b)的楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)由这样的材料制造，即：所述材料在接触的情况下保证所述楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)的外表面(17)上的所述径向肋(18)分别地形状上相互锁定地挤压到所述螺母(2)和所述端部止挡(10a，10b)的相对应的接触表面中。
7.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于
在将所述螺母(2)从相关的所述端部止挡(10a，10b)释放的情况下，所述楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)的内表面(15)上的所述楔形表面(16)能够相对于彼此移位，其中拧紧扭矩比将活动的所述螺母(2)从所述端部止挡(10a，10b)释放的扭矩基本上大所述楔形锁紧垫圈对(1a，1b)的预应力扭矩。
8.根据权利要求7所述的设备，
其特征在于
所述拧紧扭矩是由拧紧产生的拧紧扭矩。
9.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于
在所述致动器的情况下，两个所述楔形锁紧垫圈对(1a，1b)中的一个楔形锁紧垫圈对的楔形锁紧垫圈(1.1、1.2)在其外表面上以固定的方式与所述端部止挡(10a，10b)或所述螺母(2)的相对应的接触表面连接。
10.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于
一个所述端部止挡(10a)，或两个所述端部止挡(10a，10b)被附加到所述螺杆(3)，即驱动轴，或设置有至少一个移位机构(4，22，5)，所述至少一个移位机构(4，22，5)使一个所述端部止挡(10b)或两个所述端部止挡的可变化的定位成为可能。
11.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于
所述致动元件是电动马达(13)或能够单独致动的操作轮。
12.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于
所述致动元件是能够单独致动的手轮。
13.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于
在每种情况下，所述流量调节装置(11)是控制元件。
14.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是具有心轴和螺纹套筒的阀。
15.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是具有心轴和螺纹套筒的闸门。
16.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是节流件。
17.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是瓣。
18.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是球阀。
19.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于
所述控制元件是阻尼器。
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