CN103133493B - 夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母 - Google Patents

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夹心式自由梁复合弯曲振动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外圆面中部上开有一周环槽，压电伸缩圆环镶嵌在自由梁状态的螺母基体的环槽中，压电伸缩圆环的两侧端面分别与环槽内的两侧端面连接；压电伸缩圆环由多片压电伸缩片组成；所述压电伸缩圆环的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式。本发明能在压电伸缩片输入驱动信号时，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

夹心式自由梁复合弯曲振动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，本发明提出了一种夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母。
所述夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母，是由自由梁状态的螺母基体、压电伸缩圆环组成；
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，自由梁状态的螺母基体外圆面中部上开有一周环槽，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环槽两侧；压电伸缩圆环由多片压电伸缩片组成；所有压电伸缩片为圆环垫片形，压电伸缩片的圆周方向上设置有多个扇形极化区和多个扇形绝缘隔离区，多个扇形极化区与多个扇形绝缘隔离区相互间隔连续圆周布置，所述扇形极化区与扇形绝缘隔离区的数量相等并大于等于，且都为偶数，压电伸缩片的多个扇形极化区的伸缩方向与压电伸缩片的厚度方向相同，多片压电伸缩片依次叠加连接；每个压电伸缩片上的相邻扇形极化区的驱动相位差180度；所述压电伸缩圆环的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；行波激振工作模式为所述压电伸缩圆环中的多片压电伸缩片为两片成一组，每组中两片压电伸缩片的扇形极化区与扇形极化区相正对，且它们的驱动相位相同；相邻组之间的扇形极化区与扇形绝缘隔离区相正对；相邻组的驱动相位差90度；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；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；压电伸缩圆环镶嵌在自由梁状态的螺母基体的环槽中，压电伸缩圆环的两侧端面分别与环槽内的两侧端面连接；驻波激振工作模式为一组单独驱动，每组中两片压电伸缩片的扇形极化区与扇形极化区相正对，且它们的驱动相位相同；所述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。
本发明能在压电伸缩片输入驱动信号时，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是本发明的夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母中旋转连接有螺杆1-1后的结构示意图；
图2是图1中压电伸缩圆环2展开分解后的结构示意图；
图3是图2中压电伸缩片2-1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进行说明，本具体实施方式是由自由梁状态的螺母基体1、压电伸缩圆环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1-1，内螺纹1-2的螺纹升角小于内螺纹1-2与螺杆1-1连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体1外圆面中部上开有一周环槽1-4，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的具体位置分别在环槽1-4两侧；压电伸缩圆环2由多片压电伸缩片2-1组成；所有压电伸缩片2-1为圆环垫片形，压电伸缩片2-1的圆周方向上设置有多个扇形极化区2-2和多个扇形绝缘隔离区2-3，多个扇形极化区2-2与多个扇形绝缘隔离区2-3相互间隔连续圆周布置，所述扇形极化区2-2与扇形绝缘隔离区2-3的数量相等并大于等于4，且都为偶数，压电伸缩片2-1的多个扇形极化区2-2的伸缩方向与压电伸缩片2-1的厚度方向相同，多片压电伸缩片2-1依次叠加连接；每个压电伸缩片2-1上的相邻扇形极化区2-2的驱动相位差180度；压电伸缩圆环2镶嵌在自由梁状态的螺母基体1的环槽1-4中，压电伸缩圆环2的两侧端面分别与环槽1-4内的两侧端面连接；所述压电伸缩圆环2的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；行波激振工作模式为所述压电伸缩圆环2中的多片压电伸缩片2-1为两片成一组，每组中两片压电伸缩片2-1的扇形极化区2-2与扇形极化区2-2相正对，且它们的驱动相位相同；相邻组之间的扇形极化区2-2与扇形绝缘隔离区2-3相正对；相邻组的驱动相位差90度；驻波激振工作模式为一组单独驱动，每组中两片压电伸缩片2-1的扇形极化区2-2与扇形极化区2-2相正对，且它们的驱动相位相同。
具体实施方式二：参见图1、图2、图3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压电伸缩片2-1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；压电伸缩片2-1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1-1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：夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母主要是通过压电伸缩片2-1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。
夹心式自由梁复合弯曲振动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一阶、沿圆周方向第n阶(n为大于1的正整数)的CB(1，n)复合弯曲振动模态进行工作。可解锁螺母处于CB(1，n)复合弯曲振动模态时，其表现为沿圆周方向存在n对满足空间正交关系的轴向为一阶的弯振变形，此时处于解锁工作状态的可解锁螺母与螺杆间存在n条平行于轴线的接触母线，提高了可解锁螺母的承载能力及运动控制的稳定性。所述压电伸缩片2-1可更换成磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。

Claims (2)

1.夹心式自由梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母，它是由自由梁状态的螺母基体(1)、压电伸缩圆环(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(1-1)，自由梁状态的螺母基体(1)外圆面中部上开有一周环槽(1-4)，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)的具体位置分别在环槽(1-4)两侧；压电伸缩圆环(2)由多片压电伸缩片(2-1)组成；所有压电伸缩片(2-1)为圆环垫片形，压电伸缩片(2-1)的圆周方向上设置有多个扇形极化区(2-2)和多个扇形绝缘隔离区(2-3)，多个扇形极化区(2-2)与多个扇形绝缘隔离区(2-3)相互间隔连续圆周布置，所述扇形极化区(2-2)与扇形绝缘隔离区(2-3)的数量相等并大于等于4，且都为偶数，压电伸缩片(2-1)的多个扇形极化区(2-2)的伸缩方向与压电伸缩片(2-1)的厚度方向相同，多片压电伸缩片(2-1)依次叠加连接；每个压电伸缩片(2-1)上的相邻扇形极化区(2-2)的驱动相位差180度；所述压电伸缩圆环(2)的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；行波激振工作模式为所述压电伸缩圆环(2)中的多片压电伸缩片(2-1)为两片成一组，每组中两片压电伸缩片(2-1)的扇形极化区(2-2)与扇形极化区(2-2)相正对，且它们的驱动相位相同；相邻组之间的扇形极化区(2-2)与扇形绝缘隔离区(2-3)相正对；相邻组的驱动相位差90度；压电伸缩片(2-1)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(1-1)连接螺纹副间的当量摩擦角；压电伸缩圆环(2)镶嵌在自由梁状态的螺母基体(1)的环槽(1-4)中，压电伸缩圆环(2)的两侧端面分别与环槽(1-4)内的两侧端面连接；驻波激振工作模式为一组单独驱动，每组中两片压电伸缩片(2-1)的扇形极化区(2-2)与扇形极化区(2-2)相正对，且它们的驱动相位相同；所述压电伸缩片(2-1)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所述的夹心式自由梁复合弯曲振动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(1-1)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。
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