CN103115059B

CN103115059B - 贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母

Info

Publication number: CN103115059B
Application number: CN201310078048.XA
Authority: CN
Inventors: 程廷海; 包钢; 唐晚静
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN103115059A

Abstract

贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母，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。它的自由梁状态的螺母基体的外圆面上，绕圆周方向设置有多个两两相对的平面，每个平面上都设置有一片或多片它激式伸缩片，所述它激式伸缩片的伸缩方向与自由梁状态的螺母基体的轴线平行；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。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

贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母

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、滑动传动导轨以及逆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自由梁弯振工作模式的可解锁螺母。

所述贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母，是由自由梁状态的螺母基体、多片它激式伸缩片组成；

自由梁状态的螺母基体的内圆面上设置有内螺纹，自由梁状态的螺母基体的内螺纹中旋转连接有螺杆，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；自由梁状态的螺母基体的外圆面上，绕圆周方向设置有多个两两相对的平面，平面的总个数为≤4，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，每个平面上在设置有多个它激式伸缩片时，这个面上的所有它激式伸缩片都沿自由梁状态的螺母基体的轴线方向排列；所述它激式伸缩片的伸缩方向与自由梁状态的螺母基体的轴线平行；自由梁状态的螺母基体外表面上设置有多个用于固定的安装孔，每个安装孔的具体位置分别在每个它激式伸缩片伸缩方向的两端附近；所述它激式伸缩片的它激频率在超声波频段内；所述它激式伸缩片为压电伸缩片，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；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；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2的驱动相位差180度，每个平面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；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可为0度；压电伸缩片的驱动频率与自由梁状态的螺母基体的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体处于超声振动状态。

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是本发明的贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母中旋转连接有螺杆1-4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是本发明的每个平面1-1上在设置有多个它激式伸缩片2时的结构示意图；

图4是图3中B-B向剖视结构示意图；

图5是图3中C-C向剖视结构示意图；

图6是图3中D-D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2、图3、图4、图5、图6进行说明，本具体实施方式是由自由梁状态的螺母基体1、多片它激式伸缩片2组成；

自由梁状态的螺母基体1的内圆面上设置有内螺纹1-2，自由梁状态的螺母基体1的内螺纹1-2中旋转连接有螺杆1-4，内螺纹1-2的螺纹升角小于内螺纹1-2与螺杆1-4连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体1的外圆面上，绕圆周方向设置有多个两两相对的平面1-1，平面1-1的总个数为≤4，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，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都沿自由梁状态的螺母基体1的轴线方向排列；所述它激式伸缩片2的伸缩方向与自由梁状态的螺母基体1的轴线平行；自由梁状态的螺母基体1外表面上设置有多个用于固定的安装孔1-3，每个安装孔1-3的具体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。

具体实施方式二：参见图1、图2、图3、图4、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所述它激式伸缩片2为压电伸缩片，其驱动频率与自由梁状态的螺母基体1的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体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。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2、图3、图4、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所述它激式伸缩片2为磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。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2、图3、图4、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所述自由梁状态的螺母基体1的内螺纹1-2和螺杆1-4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。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁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。同时通过振动耦合的方式在可解锁螺母与螺杆间的螺纹副表面叠加产生运动行波，该运动行波可进一步为可解锁螺母与螺杆提供相对运动或运动趋势，因此可以更好的实现可解锁螺母的自锁与解锁两种工作状态的转换与控制。

贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母主要利用可解锁螺母的沿轴线方向的第m阶(m为正整数)弯曲振动模态B_m进行工作。可解锁螺母处于B_m弯曲振动模态时，其表现为沿轴向为m阶的弯曲振动变形。

Claims

1.贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母，它是由自由梁状态的螺母基体(1)、多片它激式伸缩片(2)组成；

自由梁状态的螺母基体(1)的内圆面上设置有内螺纹(1-2)，自由梁状态的螺母基体(1)的内螺纹(1-2)中旋转连接有螺杆(1-4)，内螺纹(1-2)的螺纹升角小于内螺纹(1-2)与螺杆(1-4)连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体(1)的外圆面上，绕圆周方向设置有多个两两相对的平面(1-1)，平面(1-1)的总个数为≤4，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，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)都沿自由梁状态的螺母基体(1)的轴线方向排列；所述它激式伸缩片(2)的伸缩方向与自由梁状态的螺母基体(1)的轴线平行；自由梁状态的螺母基体(1)外表面上设置有多个用于固定的安装孔(1-3)，每个安装孔(1-3)的具体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；所述它激式伸缩片(2)为压电伸缩片，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；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；其特征在于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；压电伸缩片的驱动频率与自由梁状态的螺母基体(1)的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体(1)处于超声振动状态。

2.根据权利要求1所述的贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母，其特征在于所述它激式伸缩片(2)为磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。

3.根据权利要求1所述的贴片式自由梁弯振工作模式的可解锁螺母，其特征在于所述自由梁状态的螺母基体(1)的内螺纹(1-2)和螺杆(1-4)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。