CN103115055B - 贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母 - Google Patents
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Abstract
贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母，它属于利用螺纹副连接的紧固件及传动件领域。它是为了方便、快速、灵活地实现螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制。它的螺母基体的外圆面上设置有用于固定用的多个法兰盘；在螺母基体的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面；每个平面上都设置有一片或多片它激式伸缩片，并使每片它激式伸缩片的一个平面都与平面连接，所述它激式伸缩片的伸缩方向与螺母基体的轴线平行或有夹角a；所述它激式伸缩片的它激频率在超声波频段内。本发明能在它激式伸缩片输入它激驱动信号时，使螺母基体的自锁工作状态改变为解锁工作状态，即螺纹副间的摩擦系数大幅度减小，使螺母基体与螺杆之间的自锁工作状态消失。
Description
技术领域
本发明属于利用螺纹副连接的紧固件及传动件领域。
背景技术
基于螺纹副形式的紧固件与传动件在当今各行业中的装备、系统、装置及机构中应用十分广泛。对于螺纹副连接副来讲，主要存在两种工作状态，分别为螺纹自锁状态和非自锁状态，其中后者也可称为解锁状态。对于螺纹副的自锁工作状态，所采用的螺纹副一般应满足螺纹自锁条件，即螺纹升角小于螺纹副间的当量摩擦角，主要应用场合为零部件的紧固、滑动传动导轨以及进行力传递的千斤顶等方面；对于螺纹副的解锁工作状态，即满足螺纹升角大于螺纹副间的当量摩擦角，主要是利用螺母与螺杆间的旋合传递系统的运动和动力输出，具体体现在以下三个方面，一是实现旋转运动与直线运动间的转换，二是用于调整系统中各零部件间的相互位置，三是以较小的输入转矩获得较大的输出推力等。目前，对于螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制，往往需要同时采用具有自锁功能的自锁螺母与相应解锁机构联合工作才能实现，这类通过附加解锁结构方式实现螺纹副的自锁与解锁状态转换功能的机构存在结构复杂、操作繁琐、制作成本高等问题，限制了螺纹副紧固件与传动件的应用场合。
发明内容
为了方便、快速、灵活地实现螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制，本发明提出了一种贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母。
所述贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母，由螺母基体、多片它激式伸缩片组成；
螺母基体的外圆面上设置有一个用于固定用的法兰盘；所述法兰盘具体设置在螺母基体的左侧端头部，螺母基体的内圆面上设置有内螺纹，螺母基体的内螺纹中旋转连接有螺杆，在螺母基体的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面；所述多个平面为两两相对；每个平面上都设置有一片它激式伸缩片，并使每片它激式伸缩片的一个平面都与螺母基体的外圆面上的平面连接，所述它激式伸缩片的它激频率在超声波频段内；多片它激式伸缩片的它激驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面上的它激式伸缩片的驱动相位差180度，每两个相对平面上的它激式伸缩片以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面上的它激式伸缩片的驱动相位差90度；其特征在于内螺纹的螺纹升角小于内螺纹与螺杆连接螺纹副间的当量摩擦角；所述它激式伸缩片的伸缩方向与螺母基体的轴线有夹角a，其夹角a的绝对值小于90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个它激式伸缩片可单独或成组驱动，每个或每组它激式伸缩片的驱动相位差为0度。
本发明能在它激式伸缩片输入它激驱动信号时，使螺母基体的自锁工作状态改变为解锁工作状态，即螺纹副间的摩擦系数大幅度减小，使螺母基体与螺杆之间的自锁工作状态消失。本发明还具有结构简单、制作成本低、应用范围广的优点，可用于机械传动系统中的通断、定位及速度控制等方面，扩展了螺纹副紧固件与传动件的应用领域。
附图说明
图1是本发明的贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母中旋转连接有螺杆1-3后的结构示意图；
图2是图1中A-A向剖视结构示意图；
图3是具体实施方式二、具体实施方式三和具体实施方式四的结构示意图；
图4是图3中B-B向剖视结构示意图；
图5是具体实施方式五的结构示意图；
图6是图3中C-C向剖视结构示意图；
图7是具体实施方式六的结构示意图；
图8是图3中D-D向剖视结构示意图；
图9是具体实施方式七的结构示意图；
图10是图3中E-E向剖视结构示意图；
图11是具体实施方式八的结构示意图；
图12是具体实施方式八的结构示意图；
图13是具体实施方式九的结构示意图；
图14是具体实施方式九的结构示意图；
图15是具体实施方式十的结构示意图；
图16是图15中F-F向剖视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1～图16进行说明，本具体实施方式由螺母基体1、多片它激式伸缩片2组成；
螺母基体1的外圆面上设置有用于固定用的一个或多个法兰盘3；螺母基体1的内圆面上设置有内螺纹1-2，螺母基体1的内螺纹1-2中旋转连接有螺杆1-3，内螺纹1-2的螺纹升角小于内螺纹1-2与螺杆1-3连接螺纹副间的当量摩擦角；在螺母基体1的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面1-1；每个平面1-1上都设置有一片或多片它激式伸缩片2，并使每片它激式伸缩片2的一个平面都与平面1-1连接，所述它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行或有夹角a，其夹角a的绝对值小于90度；所述它激式伸缩片2的它激频率在超声波频段内。
所述螺母基体1的内螺纹1-2和螺杆1-3的外螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。所述它激式伸缩片2为压电伸缩片、磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。所述它激式伸缩片2在为压电伸缩片时，其驱动频率与螺母基体1的共振频率相吻合或相近，以此激发螺母基体1处于超声振动状态；压电伸缩片的驱动电信号波形可为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、三角波形交流电信号或锯齿形交流电信号。
具体实施方式二：参见图1～图4进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的左侧端头部，所述平面1-1为两两相对；每个平面1-1上都只设置有一片它激式伸缩片2；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行；多片它激式伸缩片2的它激驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差180度，每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个它激式伸缩片2可单独或成组驱动，每个或每组它激式伸缩片2的驱动相位差可为0度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参见图1～图4进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的左侧端头部，所述平面1-1的总个数为≤4，并两两相对；每个平面1-1上在设置有多个它激式伸缩片2时，这个面上的所有它激式伸缩片2都沿螺母基体1的轴线方向排列；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行；多片它激式伸缩片2的它激驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差180度，每个平面1-1上的相邻它激式伸缩片2的驱动相位差180度，每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个它激式伸缩片2可单独或成组驱动，每个或每组它激式伸缩片2的驱动相位差可为0度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：参见图1～图4，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的左侧端头部，每个平面1-1上在设置有多个它激式伸缩片2时，这个面上的所有它激式伸缩片2都沿螺母基体1的轴线方向排列；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行；同一圆周上的所有它激式伸缩片2可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同，每个平面1-1上的相邻它激式伸缩片2的驱动相位差180度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：参见图1、图5、图6进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的左侧端头部，每个平面1-1上在设置有多个它激式伸缩片2时，这个面上的所有它激式伸缩片2都沿螺母基体1的轴线方向排列；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻它激式伸缩片2以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列；同一圆周上的所有它激式伸缩片2可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位都相同，每个平面1-1上的相邻它激式伸缩片2的驱动相位相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：参见图7、图8进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的中间部位；每个平面1-1上在设置有多个它激式伸缩片2时，这个面上的所有它激式伸缩片2都沿螺母基体1的轴线方向排列；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行；同一圆周上的所有它激式伸缩片2可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同，每个平面1-1上的相邻它激式伸缩片2的驱动相位差180度，所述法兰盘1-4两侧驱动它激式伸缩片2的个数相等、相对位置相对称和驱动相位都对称相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：参见图9、图10进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上只设置有一个用于固定用的法兰盘3；所述法兰盘3具体设置在螺母基体1的中间部位；所有它激式伸缩片2都沿螺母基体1的轴线方向排列；所有它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻它激式伸缩片2以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列；还要使法兰盘4-1两侧所共同驱动的它激式伸缩片2的个数相等、相对位置反向对称和驱动相位都对称相同；同一圆周上的所有它激式伸缩片2可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位都相同，每个平面1-1上的相邻它激式伸缩片2的驱动相位相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：参见图5、图6、图11、图12进行说明，本实施方式是在具体实施方式五的基础上它的螺母基体1的外圆面上增加有多条应力变形结构4，多条应力变形结构4设置在螺母基体1绕圆周方向上，所述应力变形结构4为一条深槽4-1或一列小孔4-2；所述多条应力变形结构4设置在所有平面1-1与螺母基体1的右侧端的端面之间，多条应力变形结构4均沿螺母基体1的外圆面螺旋线设置。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式九：参见图7、图8、图13、图14进行说明，本实施方式是在具体实施方式六的基础上它的螺母基体1的外圆面上增加有多条应力变形结构4；多条应力变形结构4设置在螺母基体1绕圆周方向上，所述应力变形结构4为一条深槽4-1或一列小孔4-2；其中一半数量的多条应力变形结构4设置在平面1-1与螺母基体1的右侧端面之间，其中另一半数量的多条应力变形结构4设置在平面1-1与螺母基体1的左侧端面之间；多条应力变形结构4均沿螺母基体1的外圆面螺旋线设置。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式十：参见图15、图16进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于螺母基体1的外圆面上设置有两个用于固定用的法兰盘3；在螺母基体1的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面1-1；每个平面1-1上都只设置有一片它激式伸缩片2，并使每片它激式伸缩片2的一个平面都与平面1-1连接，所述它激式伸缩片2的伸缩方向与螺母基体1的轴线平行；两个法兰盘3的位置分别在每个它激式伸缩片2伸缩方向的两端附近；所述它激式伸缩片2的它激频率在超声波频段内；多片它激式伸缩片2的它激驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差180度，每两个相对平面1-1上的它激式伸缩片2以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面1-1上的它激式伸缩片2的驱动相位差90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个它激式伸缩片2可单独或成组驱动，每个或每组它激式伸缩片2的驱动相位差可为0度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母主要是通过它激式伸缩片激励可解锁螺母处于高频率(频率一般大于1000Hz)的微幅振动状态，利用高频振动所产生的减摩效应降低可解锁螺母与螺杆间的摩擦系数，破坏螺纹副间的自锁条件，使得可解锁螺母处于解锁工作状态。由超声频率内(频率一般大于13kHz)的微幅振动所导致的超声减摩效应是高频振动的减摩效应中的一种，主要是指在两个运动副处于摩擦状态时，通过超声振动的施加使得其中一个或两个接触表面处于超声振动状态而导致接触面间摩擦系数减小的现象，目前这一现象已经被大量的实验研究所证实，本发明主要利用高频振动产生的减摩效应这一原理进行工作。
由于本发明所提出的可实现螺纹副自锁与解锁两种工作状态转换与控制功能的可解锁螺母，其解锁工作时螺母处于微幅的超声振动状态，因此本发明中命名基于高频振动减摩原理的可解锁螺母为超声波螺母，英文名可译成Ultrasonic Nut，简称为UN。
Claims (1)
1.贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母，它是由螺母基体(1)、多片它激式伸缩片(2)组成；
螺母基体(1)的外圆面上设置有一个用于固定用的法兰盘(3)；所述法兰盘(3)具体设置在螺母基体(1)的左侧端头部，螺母基体(1)的内圆面上设置有内螺纹(1-2)，螺母基体(1)的内螺纹(1-2)中旋转连接有螺杆(1-3)，在螺母基体(1)的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面(1-1)；所述多个平面(1-1)为两两相对；每个平面(1-1)上都设置有一片它激式伸缩片(2)，并使每片它激式伸缩片(2)的一个平面都与螺母基体(1)的外圆面上的平面(1-1)连接，所述它激式伸缩片(2)的它激频率在超声波频段内；多片它激式伸缩片(2)的它激驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面(1-1)上的它激式伸缩片(2)的驱动相位差180度，每两个相对平面(1-1)上的它激式伸缩片(2)以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面(1-1)上的它激式伸缩片(2)的驱动相位差90度；其特征在于内螺纹(1-2)的螺纹升角小于内螺纹(1-2)与螺杆(1-3)连接螺纹副间的当量摩擦角；所述它激式伸缩片(2)的伸缩方向与螺母基体(1)的轴线有夹角a，其夹角a的绝对值小于90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个它激式伸缩片(2)可单独或成组驱动，每个或每组它激式伸缩片(2)的驱动相位差为0度。
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