CN1044029C

CN1044029C - 柔性自动啮合快速调距式螺杆机构

Info

Publication number: CN1044029C
Application number: CN95194620A
Authority: CN
Inventors: 范朝来
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1999-07-07
Anticipated expiration: 2015-08-18

Abstract

本发明属一种新型螺杆机构，由支承座、半螺母和半螺母自动开合执行机构组成，其特征在于螺母和螺杆的内外螺纹的啮合方式是采用柔性的软着陆方式实现的，啮合后的自锁和分离机构采用刚性手段来完成。可用于汽车千斤顶、台虎钳、机床平口钳、拉马、建筑手脚架用千斤顶、机床滑台等载体上，以及可用在一切用螺杆传动又需要快速越过空行程的装置上。

Description

柔性自动啮合快速调距式螺杆机构

一、技术领域

本发明涉及一种柔性自动啮合快速调距式螺杆机构(以下简称“F螺母副”)属一种新型螺杆机构，可用于汽车千斤顶、台虎钳、机床平口钳、拉马、建筑用手脚架、机床滑台等载体上，以及其他必须用螺杆螺母作传动运动副而又需要快速越过空行程的装置上，也可作为需任意调距定位的“快速调距定位装置”。因关键技术是采用了本发明的机械程控柔性啮合式自动开合螺母副，可使半螺母在机械程序自动控制系统的作用下，自动地依次完成下列5个预定的机械控动作(以下简称：“自动开合5程序”)：(1)牙尖柔性地自动对准牙谷；(2)牙尖与牙谷作“全牙高”自动柔性啮合；(3)刚性自锁住完全啮合状态的半螺母；(4)撤销自锁待分离；(5)刚性分离半螺母。

二、背景技术

以往本人曾申请过：螺杆升降式快速开合螺杆机构和螺母升降式快速开合螺杆机构等多国发明专利，如美国的4,834,355、4,923,185、5,282,392，以及其他一些相关专利，如：CN2078210U、CN1047466A、CN2065969U、CN2057131U、CN1065514A等专利，他们的螺杆与螺母的螺纹牙尖与牙谷的啮合手段基本都是用各种凸轮、连杆等刚性操作执行机构来直接刚性强制合牙的，常出现合牙失败，不能正常工作的现象，这样存在两个缺点，一是“合牙率”低，达不到100％，其原因显而易见，因无论三角形螺纹或梯形螺纹的牙尖顶部都会有一定的宽度，所以采取刚性合牙就有可能发生牙尖正好顶碰牙尖，而不能啮合的现象。而且这现象发生的概率随牙尖的宽度增加而增大；二是半螺母与螺杆的牙尖和牙谷间“全牙高”的啮合率很低，其原因也是因刚性合牙时，只能在螺母和螺杆螺纹的牙尖中心和牙谷中心刚好相互对齐的条件下合牙，才能发生“全牙高”完全啮合，很虽然这概率肯定也是很低的，所以大部分啮合状态是非“全牙高”的啮合状态，其缺点是，虽然能啮合，但每次合牙深度不理想，经常发生内、外螺纹牙齿在啮合时不达到规定的深度就开始工作了的现象，这样会降低螺纹牙齿的承载能力和可靠性。另外在已有技术中，有一个公开号为CN2139872Y的专利文件，其半螺母合牙装置虽然采用了弹簧啮合装置，但其半螺母的分离是靠另一手动操作杠杆来完成的，故这专利技术属于较原始的手动操作式开合螺母副的技术领域，没有机械程序自动控制系统，故与本发明不属同一技术领域，所以其缺点也是没有本发明所具有的“自动开合5程序”功能。总之本发明所采用的关键技术“机械程控柔性啮合式自动开合螺母副”因能100％地实现“自动开合5程序”，从根本上克服了上述各对比文件所存在的各种缺点而有所创新。

三、发明内容

本发明提供了一种柔性自动啮合快速调距式螺杆机构，(以下简称“F螺母副”)由螺杆，半螺母、支承座、开合机构组成采用1至多个半螺母，螺杆由支承座支承，螺杆的横截面上均匀地分布1个或多个半螺母，半螺母设置在支承座和升降套之间，半螺母配有机械程控开合机构，升降套设有防止沿螺杆轴向移动的防窜装置。其结构为支承座设有：支承臂(1个或2个)、并相应地有支承孔(1个或2个)、支承体(包括与载体连接装置如绞链轴O₁等)、与半螺母升降滑动导轨相配合的升降导向件及限位件，螺杆呈动配合状态穿过支承孔与半螺母和升降套相配合(包括防轴向窜动装置)，半螺母如有两个或两个以上，它们相对螺杆中心布置，半螺母具有小于半周的内螺纹和作升降运动的导向滑动导轨，以及传递升降力执行件，其特征在于控制半螺母自动同步开合动作的是“柔性啮合，刚性自锁和刚性分离式”的半螺母机械程控自动开合机构(简称“半螺母机械程控开合机构)具有作用在半螺母上的“柔性啮合执行元件”(如弹簧)和刚性自锁住半螺母的“自锁执行元件”以及使半螺刚性分离的“分离执行机构”(如凸轮廓线、连杆机构)该“自动开合机构”还具有：机械程序控制动作分配执行元件(如升降套)，自动同步过载离合机构(如棘爪、圈簧等)和升程限位机构，保险机构，以及使螺杆具有快慢两种速度进退功能的变速机构。

本发明因采用了机械程控柔性啮合式自动开合螺母副、找到了一种可靠的简单实用的“机械程序自动控制系统”实施方案，该方案使“半螺母”在螺杆正转一周或反转一周的一个操作循环周期中，按预定的动作程序，依次完成“自动开合5程序”，其具体的技术方案是螺母的内螺纹与螺杆上的外螺纹之间的啮合手段是采用柔性的软着陆方式来合牙，合牙后的螺母需自锁其自锁执行机构，采用刚性的机构，当要作反程序操作时，以实现内外螺纹分离也采用刚性自动分离机构，这样刚、柔技术相结合，即可既保证100％的合牙率，又能每次合牙时都能100％地达到标准合牙深度，同时也保证了合牙后在重载荷作用下其自锁可靠性完全能达到100％。

四、附图概述

图1为采用本发明“F螺母副”具有双速(快慢两挡)升降功能的汽车千斤顶工作原理示意图。

图2为“F螺母副”实施例之一的主视图，有两个半螺母，其中：“柔性啮合执行元件”为“收缩钣簧”、“刚性自锁元件”为内弧式凸轮、“分离执行机构”为设在半螺母端面上的端面凸轮副。本图中螺杆4作顺时针方向(以下简称“M向”)转动，内外螺纹牙齿处于啮合状态。

图3为图2中螺杆4呈逆时针方向(以下简称“N”向)转动，内外螺纹牙齿处于分离状态的主视图。

图4-1为图2中的A-A剖视图，表示螺杆4作“M”向转动，两个半螺母在压缩钣簧作用下，作向心运动，其内外螺纹正相啮合的工况图。

图4-Ⅱ为图3中的B-B剖视图，半螺母与螺杆啮合后，半螺母被内弧式凸轮圆弧廓线自锁后的工况图。

图5-Ⅰ为图3为D-D剖视图，表示螺杆4作“N”向转动，内、外螺纹处于分离的工况图。

图5-Ⅱ为图3中的E-E剖视图，表示半螺母被解除自锁后在端面凸轮副的作用下作离心分离运动的工况图。

图6-Ⅰ为图2-Ⅰ中的支承座的立体图。

图6-Ⅱ为图2-Ⅰ中的上、下两个半螺母的立体图。

图6-Ⅲ为图2-Ⅰ中的升降套的立体图。

图6-Ⅳ为图2-Ⅰ中的收缩钣簧的立体图。

图7-Ⅰ为“F螺母副”的实施例之二的主视图，其中“柔性啮合执行元件”是弹簧钢丝、“刚性自锁元件”和“分离执行机构”都是设在升降套上的盘形凸轮廓线，本图中螺杆4作M向转动，内、外螺纹呈啮合状态。

图7-Ⅱ为图7-Ⅰ中的F-F向剖视图。

图7-Ⅲ为图7-Ⅰ中的G-G剖视图。

图8-Ⅰ为“F螺母副”的实施例之三的主视图，其中“柔性啮合执行元件”是压缩弹簧、其自锁和分离机构与图7-Ⅰ相同，但图中双速变速机构是与棘爪合二为一体式的方案，本图中，正处于慢速状态即螺杆可任意作“M”向或“N”向转动，内外螺纹都不能分离的自锁状态。

图8-Ⅱ为图8-Ⅰ的J-J剖视图之一，表示棘爪被提升离开螺、杆的工况图。

图8-Ⅲ为图8-Ⅰ的J-J剖视图之二，表示棘爪被放下，可进入螺杆4的键槽中的工况图。

图8-Ⅳ为图8-Ⅰ的H-H向局部剖视图。

图9-Ⅰ为“F螺母副”的实施例之四的主视图，其中“柔性啮合元件”为压缩簧圈，“刚性自锁元件”为内弧式凸轮副，“分离执行机构”为外弧式凸轮副。本图中，螺杆4作“N向”转动，内、外螺纹呈分离状。

图9-Ⅱ为图9-Ⅰ的K-K向剖视图。

图10为“F螺母副”的实施例之五，本图与图9-Ⅱ相比，除“分离执行机构”不同外，其它全部相同，本图的“分离执行机构”是连杆机构。本图中，螺杆4作“N向”转动，内外螺纹呈分离状。

图11-Ⅰ为“F螺母副”实施例之六的主视图，但只有一个半螺母，其中：“柔性啮合执行元件”为压簧、“刚性自锁元件”为升降板、“分离执行机构”为设在半螺母外周面上的径向凸轮副。本图中螺杆4作“M向”转动，内外螺纹牙齿处于啮合状态。

图11-Ⅱ为图11-Ⅰ中的P-P剖视图之一，表示螺杆4作“M”向转动，内外螺纹柔性啮合后，被升降板刚性自锁后的工作状况图。

图11-Ⅲ为图11-Ⅰ中的P-P剖视图之二，表示螺杆4作“N”向转动时，在凸轮副的升降板作用下，内外螺纹分离的工况图。

图12-Ⅰ为图11-Ⅰ中支承座立体图。

图12-Ⅱ为图11-Ⅰ中半螺母立体图。

图12-Ⅲ为图11-Ⅰ中升降套立体图。

图12-Ⅳ为将图11-Ⅰ中与载体(千斤顶)相连结铰链轴O₁作等效变换处理，改设到半螺母上之后的带铰链轴O₁的半螺母立体图。

图13-Ⅰ为“F螺母副”的第七实施例。是在图11-Ⅰ基础上，将内螺纹改到支承座上的实施方案示意图。“柔性啮合元件”为压簧、自锁和分离执行机构为偏心凸轮。

图13-Ⅱ为图13-Ⅰ的Q-Q向剖视图。

图14-Ⅰ为“F螺母副”的第八实施例，是在图13-Ⅰ基础上，将内螺纹改到偏心凸轮上的实施方案示意图，“柔性啮合元件”为扭簧。

图14-Ⅱ为图14-Ⅰ的图S-S向剖视图。

图15-Ⅰ为半螺母开合装置的过载离合机构是端面摩擦锥式的实施例局部主视图。

图15-Ⅱ为图15-Ⅰ中A-A剖面图。

图16-Ⅰ为半螺母开合装置的过载离合机构是外摩擦涨环式实施例的局部主视图。

图16-Ⅱ为图16-Ⅰ中B-B剖面图(之一)-一外摩擦涨环结构图。

图16-Ⅲ为图16-Ⅰ中B-B剖面(之二)-一内摩擦涨环结构图。

图17-Ⅰ为半螺母开合装置的过载离合机构是轴向导柱(或钢球)式的实施例局部主视图。

图17-Ⅱ为半螺母开合装置的过载离合机构是径向滚珠(或导柱)式的实施例的局部主视图。

图18为本发明的“F螺母副”的实用载体为“台虎钳”的实施例主视图。

图19为，本发明的“F螺母副”用于需要任意调距定位的“速调距定位装置”的实施例示意图。

五、本发明的最佳实施方式

图2是本发明的第一实施方案(即A方案)，其发明的关键部分“F螺母副”的应用“载体”为图1所示的汽车换轮胎用的千斤顶，具体安装在千斤顶的右侧铰轴O₁上。

该千斤顶由底座6、托顶2、四个带扇形齿轮的连杆3、螺杆4、左铰链轴O₂、右铰链轴O₁、平面轴承手摇把1以及与右铰链轴O₁制成一体的本发明“F螺母副”组成。螺杆4左端与铰链轴O₂相连接，右端螺纹部分与“F螺母副”相配合。工作时当人们转动螺杆4，通过“F螺母副”的作用使左、右两铰链轴O₂和O₁之间距离缩小或增大，通过连杆机构的作用，则托顶2就将汽车W升起或落下。

图2为本发明的“F螺母副”的主视图，图中螺杆4正作“M”向转动，内外螺纹处于正常啮合状态。本方案有两个半螺母，该开合执行机构的主要特征：①半螺母的“柔性啮合执行元件”为收缩式板簧12；②“刚性自锁元件”为内弧式凸轮副；③“分离执行机构”为设计在半螺母端面的端面凸轮副。

本方案具体结构是由支承座13、上、下两半螺母7和8、收缩板簧12、升降套11、凸轮导销16、棘爪10、围簧9限位、挡销14、压板15、变速机构17和螺杆4组成。因“F螺母副”的载体是千斤顶，故支承座的连接方法是铰链轴耳13.1(如图6-Ⅰ)。螺杆4穿过支承孔13.2和升降套内孔11.1与半螺母和“自动开合机构”配合。两个半螺母7和8的前、后两外侧面7.1、7.2、8.1、8.2与支承座的内侧导轨面13.4、13.5动配合；左、右两端面7.3、8.3和7.8、8.8分别与支承座的右端导轨面13.3和升降套左端导轨面11.4动配合。关于半螺母的“分离执行机构”，本方案是在半螺母7和8的右端面上设有端面凸轮槽7.10和8.10，分别与升降套11的左端面11.4上的凸轮导销16A和16B组成端面凸轮副，即为“分离执行机构”，上述凸轮副的凸轮廓面的设计特征如下：(以上半母7为例，见图4-Ⅱ和图5-Ⅱ)，使凸轮廓面的右角(Ⅱ位处)的凸轮内弧廓面半径RⅡ最大，左角(Ⅰ位处)的半径R_Ⅰ最小，其半径差值即为半螺母7的分离时向外移动的行程量，如图5-Ⅱ所示，当凸轮导销16A随螺杆4和升降套11一同作“N向”转动，从Ⅲ位经Ⅱ位到Ⅰ位为止，则半螺母7和8的内螺纹7.9和8.9即刻与螺杆4的外螺纹8.9分离，当然随着升降套11作“N”向转动，其自锁内弧凸轮廓面11.2也从Ⅰ位沿“N”方向，转到Ⅲ位待命(见图5-Ⅱ)，关于本方案的“柔性啮合执行元件”是收缩板簧12通过半螺母的槽底弧面7.4和8.4将板簧12的向心收缩缓和均匀的弹力柔性地传给半螺母，关于“刚性自锁执行元件”是设在升降套11上的内弧式凸轮廓线11.2和11.3，其工作原理以上半螺母7为例论述如下：当升降套11作“M”向转动时，凸轮导销16A将从Ⅰ位→Ⅱ位→Ⅲ位运动，这样半螺母7在板簧12作用下，在升降导轨中，作向心软着陆式柔性啮合运动，直达到牙形规定的标准啮合高度，如图4-Ⅰ所示，此时上半螺母7的上凸轮弧面7.7也在最低位置，正好此刻升降套11上的内弧凸轮廓线11.2也转到Ⅰ位，正好与半螺母的凸轮外弧廓线7.7刚性地相啮合，从而使半螺母7在工作中受到重载荷时，也不可能与螺杆分离，而达到自锁目的。

关于上述升降套11作“M”向或“N”转动的扭力矩是来自螺杆4，经安装在升降套上的“自动同步过载离合机构”传递给升降套的。图2中的“过载离合机构”是由安装在升降套径向孔11.6中的棘爪10(滑动配合)和圈簧9以及螺杆4上的键槽4.2组成。棘爪下端有两个斜面10.1，该斜面端头部在圈簧6的压力推动下压向螺杆4的外圆上或掉进螺杆的键槽4.2中，当螺杆4作“M“向转动时，则螺杆键槽4.2的侧边4.3就碰到棘爪斜面10.1并推着棘爪10和升降套11一同跟随升降套同步地作“M”向转动，于是设在升降套11上的各执行机构将使半螺母7、8作“向心啮合运动”，直到升降套上的限位挡块15与支承座13上的挡销14相碰而停止转动，此刻螺杆4仍作“M”向转动，则键槽侧边4.3作用在棘爪斜面10.1上的压力加大，直到这向上的轴向分力大于圈簧9加在棘爪上的向下的压力时，则棘爪的斜面10.1就被键槽4.3挤出，即过载后分离，而螺杆4仍可继续作“M”向转动，将汽车顶起。反之，螺杆作“N”向转动，则通过棘爪10同样把扭矩传递到升降套11也随螺杆4作“N”向转动，再通过各执行机构使半螺母作“离心运动”，迫使内外螺纹分离，(见图3)实现千斤顶快速下落。千斤顶下落时的速度，如果希望是慢速，则可在支承座13上安装锁定机构17，它由插销17.5、弹簧17.4、插销座17.3、销轴17.2和偏心手柄17.1组成，其中插销17前端为插销尖17.5，正好对准升降套11上的锁定孔11.5，锁定机构工作原理如下：当希望螺杆4有慢退、慢进功能(即千斤顶能慢升或慢降)时；首先操作手柄让螺杆4作“M”向转动，使内、外螺纹啮合，然后将“偏心手柄17.1的箭头放置成垂直(如图2中所示)，这时偏心手柄17.1处于短轴位置(即偏心手柄17.1的底面17.7与弹簧座17.3的上端面17.6相接触)，此时插销17刚好插入锁定孔11.5内，升降套11被固定不能转动，从而使半螺母7、8的内螺纹与螺杆螺纹总保持在啮合状态，这就与传统的螺杆机构一样，完全保持了原有的慢进、慢退的功能；当希望螺杆具备快进、快退功能时，将偏心手柄17.1放至箭头呈水平的位置。这时偏心手柄17.1处于长轴位置(即偏心手柄17.1的侧面与弹簧座17.3上端面17.6相接触)，此时插销尖17.5退出升降套11的锁定孔11.5，此时升降套11在螺杆和棘爪带动下可作”N“向转动，则就能使半螺母7和8与螺杆的内外螺纹分离，从而使螺杆4具有快速越过空行程的功能，若应用载体是千斤顶，则就可该千斤顶实现快速升或降。

图7-Ⅰ为”F螺母副“的第二实施方案的主视图，是按相对运动等效原理，仅将第一方案；图2中的自锁和分离执行元件凸轮廓线都相应地改设在升降套的同一个凸轮盘上而矣，其他原理相同。具体结构如下：将凸轮导销19和20分钟安装在半螺母21和22的右侧端面上、半螺母21和22在支承座23的框形升降导轨(如23.1-23.4四个面组成，见图7-Ⅱ，或其它形式如燕尾形，圆柱形等)中作升降开合运动。两个半螺母的“柔性啮合执行元件”是弹簧圈24，啮合后的“刚性自锁元件”是升降套18上的内弧18.4和18.5，将凸轮导销19、20钩住而自锁(见图7-Ⅲ)，“分离执行机构”也是由设在同一升降套上的凸轮升降廓线18.1来完成的，该18.1廓线的最小半径R1、最大半径R2、分别在18.1廓线的18.2和18.3处，它与凸轮导销19、20组成凸轮副以执行分离动作。关于升降套18的轴向窜动的限制是由凸轮导销19、20的凸台端面19.1和20.1挡住凸轮盘18的右侧面18.6来实现的，此外，升降套18的轴向窜动的限制方案也可取消上述凸轮导销的凸台19.1、20.1，然后在升降凸轮盘18的右侧端面18.6上安装一个带圆柱凸沿的大垫圈或罩壳，并与支承座23相固定连接(如焊接或螺钉连结等方法)。如图8-1所示。关于啮合、自锁、分离工作程序因与第一方案的两者动作过程和工作原理完全一样，故不再论述。

图8-Ⅰ是“F螺母副”的第三实施方案的主视图，是按等效变换原理仅将上述第二方案图7-Ⅰ中的一些机构元件的构造形式作了如下一些等效变换，如：“柔性啮合元件”改为两个压簧25、26，升降套27轴向防窜装置改成封闭防尘罩盖28，用螺钉29与支承座30相连结。此外将图2中的变速装置17的插销头17.5与棘爪10，合二为一成新的棘爪杆31。其它均与上述第二方案相同，故不再论述。但第三方案的这些等效变换，不但工艺性改善而且也提高了可靠性；特别新的变速装置31，使变速操作更方便，其变速过程如下，(1)变慢速档的操作：将螺杆4作“M”向转动，使两个半螺母36、37与螺杆4啮合，此时，将偏心手柄17.1搬倒成水平，并卡在定位板33的中间定位槽33.1中，即为慢速档，如图8-Ⅱ所示。因这时棘爪杆31的下部棘爪工作部31.1已被偏心手柄32提起离开螺杆4上的键槽4.2，而升降套27此时也被手柄17.1固定不能转动，迫使两个半螺母与螺杆总处于啮合状态，这与普通常规螺母螺杆副毫无区别，故只能慢速；(2)变快速档的操作：只需将手柄17.1立起(离开定位槽)如图8-Ⅲ所示，此时棘爪被放松，爪部31.1可进入螺杆键槽4.2中，此时工作状态与图3-样，只要螺杆4作“N”向逆转，则可使两半螺母36、37快速分离。

图9-Ⅰ是本发明第四实施方案，其“开合执行机构”是在图2-Ⅰ的基础上，将担任半螺母“分离执行机构”的端面凸轮廓线7.6和8.6(见图4-Ⅱ)改设在图9-Ⅰ中升降套38的外圆柱面上，如38.1和38.2所示，相应地与凸轮廓面相共轭的凸轮导销39通过联结杆40与半螺母34相连结。另外升降套38的转角大小限位装置由设在升降套上的弧槽端头38.3和38.4与连结杆40相碰来实现。其他如“刚性自锁元件”和“柔性啮合元件”及工作过程全部与图2一样，不再论述。

图10是本发明第五实施例，是在图2的基础上，仅将担负“分离执行元件”的凸轮廓面8.5、8.6、7.5、7.6改用图10中的两个连杆片41和42来代替，再去消图2中升降套13上的凸轮导销16A和16B，其余的如“柔性啮合执行元件”和“刚性自锁元件”等都基本相同。关于两个连杆片41和42是如何使半螺母作刚性分离动作的，其分离机理如下：以上半螺母43的开合为例，连杆片41有两个铰轴47和46，其中47设在升降套45上，46设在半螺母43上，此外连杆片41的与铰轴46相配合的铰轴孔为长槽孔41.1。工作过程如下：当升降套45作“N”向转动时，带着铰轴47也一同转动，因连杆片41的长槽孔41.1的下端头圆弧41.2与销轴46相接触，于是就通过铰轴46将半螺母43沿轴43.1方向作分离运动，当升降套45作“M”向转动时，该连杆片上的长槽孔41.1上部有相应的空间，并不妨碍弹簧48对半螺母43作柔性啮合运动，和自锁凸轮廓线45.1对半螺母43作自刚性的自锁作业。关于将半螺母啮合后自锁住的方法，也可以取消自锁凸轮廓线45.1，利用连杆47的传动角α=0时(即死角自锁原理)能自锁的特性进行自锁，其方法是在设计时，只要设法(如用挡块)控制α=0时，使连杆长槽孔41.1的上端头圆弧41.3与处于啮合状态下的半螺母销轴46刚好相接触即可。

图11是本发明“F螺母副”的第六实施例。特征在于是只有一个半螺母50，本例的“柔性啮合执行元件”为压簧49，“刚性自锁执行元件”是升降套51上的升降板51.1，“分离执行机构”为设在半螺母50外周面上的径向凸轮廓面50.1，本图螺杆作“M”转动，内外螺纹呈啮合状态。具体结构：半螺母50有小于半周的内螺纹50.2，一个大于螺杆4外径的半光孔50.3，在外周面上，有凸轮降程廓面50.1。螺杆4依次穿过支架52的左端孔52.1半螺母的光孔50.3，升降套孔51.2和支架右端孔52.2半螺母50的“柔性啮合执行元件”是压簧49，当内外螺纹完成啮合后，设在升降套51上的升降板51.1也随螺杆5，和升降套51转到最上位置上，它正好呈滑配合状态，垫塞在半螺母50的外周面的上顶平面50.4和支架52的内腔上底平面52.3之间，从而完成刚性自锁。当螺杆4作“N”向转动(见图11-Ⅲ)时，通过棘爪10带动升降套51也一同转动，则升降板内侧面51.3与半螺母50外周上的凸轮廓线50.1组成的凸轮副，迫使半螺母50上升，使内、外螺纹50.2和4.1分离，直到升降板内侧面51.3与半螺母50的下平面50.6相碰限位为止。上述机构按相对运动原理各运动副的构造有很多种等效变换组合，如升降板51.1和半螺母50上的凸轮廓面50.1组成的凸轮副，可以作以下等效变换，即可把凸轮廓面设置在升降套的升降板51.1的内侧面51.3上；再如，也可把与载体(千斤顶)相联结的铰链轴O₁移植到半螺母上，如图12-Ⅳ立体图，总之还有多种变换，不一一再述。

图13-Ⅰ是本发明“F螺母副”的第七实施例，是在图11-Ⅰ的基础上将内螺纹改到支承座上的实施方案示意图，特征在于，支承座55为中心有长方孔的框架，小于半周的内螺纹55.3,55.4设置在支承座55的框架的左右两侧壁上，并有大于螺杆4外径的光孔55.1和55.2，还安装有使螺杆4只能上，下运动的导槽装置59、60(也可装在载体上)，偏心凸轮呈动配合安装在支承座55长方孔的上、下两面55.5和55.6之间，偏心凸轮套上只留下降程凸轮廓面(升程廓面去掉，以避免与压缩56的合牙作用相冲突)。螺杆4按图13-Ⅰ依次穿过各孔。本实施例的“柔性啮合执行元件”，由导向定位杆57，压簧56，半弧垫61组成，半弧垫有半周内孔弧61.1与螺杆外圆相吻合，作用是把压簧的压力传递到作上、下相对运动的螺杆4上。自锁和分离的执行机构是由过载离合装置(如棘爪10)和由：偏心凸轮套58，支承座55的长方孔的上、下两行平面55.5和55.6组成的凸轮副来完成的。

图14-Ⅰ是本发明“F螺母副”为第八实施例。是将图11-Ⅰ和图13-Ⅰ两者相结合的方案，是将内螺纹直接设置到偏心凸轮63的内腔弧面上，其内腔63.1的构造与图11-Ⅰ的半螺母50的内腔一样，不再介绍。偏心凸轮63的外部构造和支承座62的长方形内孔也基本与图13-Ⅰ相同也不再细述。本方案特征在于：偏心凸轮套63的内螺纹63.2与螺杆4的外螺纹4.1的啮合方式是沿螺杆外圆的切向啮合法，(以前各实施例均是径向升降运动啮合法)，故本方案的“柔性啮合执行元件”是扭簧65，该扭簧一端65.1与偏心凸轮63连结，另一端65.2与支承座62连结。过载离合装置棘爪67直接设置在偏心套63上。

综上所述，关于本发明的“快速自动同步开合式半螺母装置F”的螺杆、螺母相对开合执行机构的实施方案，等效机构是很多的，如常应用在车座三爪自动定心卡盘上的阿基米德螺母端面螺纹就可代替图2中的端面凸轮机构，再如半螺母的个数，即可1个或2个，也可两个以上，因这些都在本发明范畴之内，故不一一例举。

关于本发明“F螺母副”的“半螺母自动开合机构”中的“自动同步过载离合机构”除了图2中所述棘爪10和圈簧9组成的“过载离合机构”之外，其他能起过载离合作用的等效“过载离合机构”，有各式各样，从形式讲，有单向式，双向式、超越式，以及电磁、液、气动等各种方式，从过载离合元件讲，可以用棘爪(单向、双向式)、牙嵌、钢球、导圆柱、摩擦锥(盘、片、块、圆、垫)以及各种弹性元件(如各种弹簧、弹性涨圈、弹性涨环、涨套等)，总之一切过载离合器均为本发明的过载离合机构的等效机构，下面列举几个以图2中所示的过载离合机构的等效过载离合机构的实施例。图15-Ⅰ图15-Ⅱ为摩擦环(或摩擦锥)的摩擦式过载离合机构，其工作原理为摩擦环(锥)121装在升降套3A内，并滑动地套在螺杆4的外圆上，摩擦面(锥)121在压簧122的作用下，紧紧压在升降套的3A的右摩擦面(锥)3A.10上，摩擦环(锥)121通过导键123与螺杆4连接，螺杆4转动时，其驱动力矩通过键槽4.1、导键123，摩擦环摩擦面(锥)121.1传递给升降套3A，并带有它一同转动，直到升降套3A碰到升程限位装置而停止转动，但螺杆将继续转动，这摩擦副就过载而打滑，但不妨碍螺杆继续转动，以完成螺杆螺母副的预定传动任务。上述摩擦环(锥)的接触面121.1和3A.10也可改为牙嵌式互相作用，在压簧122作用下，如传递力矩过载，则牙嵌间就打滑，当然压簧122的压缩变形量要大于牙嵌的高度。

图16-Ⅰ和16-Ⅱ为外圆摩擦涨环式过载离合机构。本例仅是用图16-Ⅰ中的外圆摩擦涨环125代替图15-Ⅰ中的摩擦环121和弹簧122，仍用挡圈124挡住涨环125，在涨环125的圆柱体上开一轴向开口槽125.1，该涨环125在自由状态时，其外圆125.2的直径大于升降套3A的内孔3A.11的的内径，装配时将开口125.1略收拢，装入内孔3A.11中再松开，这样涨环125的外圆125.2就依靠弹性涨贴在升降套3A的内孔3A.11的内孔壁上，并产生一定的摩擦力，该涨环的内径比螺杆外径略大，并通过导键123与螺杆4连接，其工作过程与图15-Ⅰ中的摩擦环式相同，仅将过载打滑的摩擦面从端面上(或锥面上)改到涨环的外圆上而已。

图16-Ⅲ为内孔摩擦涨环式过载离合机构，工作原理：基本与图16-Ⅱ相同。仅是内孔摩擦式涨环126也有轴向开口槽126.1，在自由状态下其内孔126.2的内径比螺杆4的外径4.9小些，装配后，其内孔在弹性作用下，抱住螺杆4的外圆柱上，并产生一定摩擦力(螺杆4上无键槽)，内涨环126的外径比升降套3A的内孔内径小，并通过传力销127，把螺杆的驱动力矩传递给升降套3A。工作过程与图16-Ⅱ相同，仅是过载打滑摩擦面，直接由螺杆4的外圆与涨环内孔之间的摩擦面来承担。

图17-Ⅰ为轴向分布导柱(或钢球)式过载离合机构，工作原理：空套在螺杆4上滑套128的左端面上，有径向小孔，孔内装小压簧129和导柱130(或钢球)，与设置在升降套3A左端面上的阻力小锥坑3A.12相啮合，工作过程与图15-Ⅰ也基本相同，仅是将图15-Ⅰ中的纯端面摩擦式，改成图17-Ⅰ中的小锥坑与导柱(或钢球)阻力式。图17-Ⅱ中所示的机构，为图17-Ⅰ中所示机构的等效机构。仅将图17-Ⅰ中的轴向分布的导柱孔改为图17-Ⅱ中的径向分布即可，图中3A.13为轴向阻力槽，工作原理相同。总之还有许多种由各种过载元件组合成的过载离合机构，均为本发明中的过载离合机构的等效机构。

总结以上，本发明虽所列举的载体是一种能快、慢速升降的千斤顶，但最本质的发明核心仍是“F螺母副”，该机构的应用载体十分广泛，如果应用载体是千斤顶，则该千斤顶实施例即为“双速千斤顶”同样如应用载体是台虎钳，则发明名称即为“一种能快、慢速开合的台虎钳”等等。举例，图18就是把图2所示的“F螺母副”的原实用载体“千斤顶”，改为实用载体是“台虎钳”的实施例，对比这两实施例可知，改装的方法其实十分简单，只要改变与各实用载体与“F螺母”的连接方法即可，如将图2中的支承座1A上的铰链轴O₁去掉，改为用支承座1A＇上的底平面1A＇1和垂直平面1A＇.2直接与台钳固定钳体“a”上的相应定位平面a1和a2相接触，并用螺钉“b”相紧固，此外，螺杆4与台钳的活动钳体“c”相联即可，其他不用改动。总之，还有很多其他变异可派生出其他用途的装置，如19-Ⅰ就是将图11-Ⅰ中的棘爪10改为导键70，去消变速装置17并在升降套74的左部外圆上加一挡块74.1，在支承座72上加一个挡铁71，再改变一下支承座与载体的连接方式，其余与图2的相同，这样，这图19一Ⅰ即为本发明的“F螺母副”用于需要任意定位的“快速定位”装置。该定位装置至少有两种使用方法，一是将支承座固定，螺杆可轴向任意移动，一旦定好位，就将螺杆73作“M”向转动约一周就被锁定，这可应用在快速台钳上，但在螺杆后端需再加一个传动螺杆以施加夹紧力。另一方法是将螺杆73固定，则支承座72必须先作“N”向反转约一周即可任意移动，到位后再作“M”向转约一周，即被锁定在螺杆73的某一位置上了，这可用于轴向力很大的经常要调正轴向位置的强力行程挡铁。

总之本发明的“F螺母副”的应用范围很广，其“应用载体”除千斤顶之外，还可用在：台虎钳、机床平口钳、管子钳、机床滑台、车床尾架、建筑用可调高度手脚架等等以及其他一切需要用螺杆、螺母传动副作传动装置的地方，并组合成具有新功能的新的机构，它们均属本发明之范畴，(仅需采用一些显而易见的方法，改变一下与上述这些“实用载体”的连接方案即可)。

Claims

1．一种柔性自动啮合快速调距式螺杆机构，由螺杆、半螺母、支承座、开合机构组成，采用1至多个半螺母，螺杆由支承座支承，螺杆的横截面上均匀地分布1个或多个半螺母，半螺母设置在支承座和升降套之间，半螺母配有机械程控自动开合机构，升降套设有防止沿螺杆轴向移动的防窜装置，支承座设有：一个或2个支承臂、并相应地有1个或2个支承孔、支承体、与半螺母升降滑动导轨相配合的升降导向件及限位件，螺杆呈动配合状态穿过支承孔与半螺母和升降套相配合，半螺母如有两个或两个以上，它们相对螺杆中心布置，半螺母具有小于半周的内螺纹和作升降运动的导向滑动导轨，以及传递升降力执行件，其特征在于控制半螺母自动同步开合动作的是“柔性啮合、刚性自锁和刚性分离式”的“半螺母机械程控自动开合机构”，具有作用在半螺母上的“柔性啮合执行元件”和刚性自锁住半螺母的“刚性自锁元件”以及使半螺母刚性分离的“分离执行机构”，该“自动开合机构”还具有：机械程序控制动作执行元件，自动同步过载离合机构和升程限位机构，保险机构，以及使螺杆进退运动具有快慢两种速度功能的“变速机构”。

2．如权利要求1所述的螺杆机构，其特征在于，其中的半螺母机械程控开合机构的结构是：螺杆(4)穿过支承孔(13.2)和升降套内孔(11.1)与半螺母和各个开合执行机构配合，两个半螺母(7和8)的前、后两外侧面(7.1、7.2、8.1、8.2)与支承座的内侧导轨面(13.4、13.5)动配合；左、右两端面(7.3、8.3)和(7.8、8.8)分别与支承座(13)的右端导轨面(13.3)和升降套左端导轨面(11.4)动配合，半螺母的“分离执行机构”，是在半螺母(7)和(8)的右端面上设有端面凸轮槽(7.10)和(8.10)，分别与升降套(11)的左端面(11.4)上的凸轮导销(16A)和(16B)组成端面凸轮副，其“柔性啮合执行元件”是收缩板簧(12)，作用在半螺母的槽底弧面(7.4)和(8.4)上，并将板簧(12)的向心收缩缓和、均匀的弹力柔性地传给半螺母，其“刚性自锁元件”是设在升降套(11)上的内弧式凸轮廓线(11.2)和(11.3)，当半螺母(7)在板簧(12)作用下，在升降导轨中，作向心软着陆式柔性啮合运动，直达到牙形规定的标准啮合高度，此时上半螺母(7)的上凸轮弧面(7.7)也在最低位置，正好此刻升降套(11)上的内弧凸轮廓线(11.2)也转到Ⅰ位，正好与半螺母的凸轮外弧廓线(7.7)刚性地相啮合，而达到自锁目的。

3．如权利要求1所述的螺杆机构，其特征在于，其中的“半螺母机械程控开合机构”的结构是：螺杆穿过支承孔和升降套内孔与半螺母和各个开合执行机构配合，凸轮导销(19)和(20)分别安装在半螺母(21)和(22)的右侧端面上、半螺母(21)和(22)在支承座(23)的框形升降导轨中作升降开合运动，两个半螺母的“柔性啮合执行元件”是弹簧圈(24)，啮合后的“刚性自锁元件”是升降套(18)上的内弧(18.4)和(18.5)，将凸轮导销(19、20)钩住，“分离执行机构”也是由设在同一升降套(18)上的凸轮升降廓线(18.1)来完成的，该(18.1)廓线的最小半径(R1)、最大半径(R2)分别在(18.1)廓线上的(18.2)和(18.3)处，它们与凸轮导销(19、20)组成凸轮副以执行半螺母的刚性分离动作，关于升降套(18)的轴向窜动的限制是由凸轮导销(19、20)的凸台端面(19.1)和(20.1)挡住凸轮盘(18)的右侧面(18.6)来实现的，此外，升降套(18)的轴向窜动的限制方案也可取消上述凸轮导销的凸台(19.1、20.1)，然后在升降凸轮盘(18)的右侧端面(18.6)上安装一个带圆柱凸沿的大罩圈或罩壳，并与支承座(23)相固定连接。

4．如权利要求1所述的螺杆机构，其特征在于，其半螺母机构程控开合机构的结构是：凸轮导销(19和20)分别安装在半螺母(36和37)的右侧端面上，但凸轮导销的圆柱体的长度比升降套(27)的厚度略短些，半螺母(36,37)在支承座(30)的导槽中可作升降滑动运动，柔性啮合执行元件是(25,26)两个压簧，分别作用在半螺母(36、37)的端部，升降套的防窜装置是闭防尘罩盖(28)，用螺钉(29)与支承座(30)相连接，半螺母(36,37)啮合后的“刚性自锁元件”是升降套(27)上的内弧，将凸轮导销钩住，半螺母“分离执行机构”的动作是由设在同一个升降套(27)上的凸轮升降廓线来完成的。

5．如权利要求1所述的螺杆机构，其特征在于，半螺母(43、44)的柔性啮合元件是收缩板簧(48)，使半螺母刚性分离的“分离执行机构”是由两个连杆片(41和42)与半螺母和升降套(45)及连杆铰轴(46,47)组成的连杆机构来实行分离的，连杆片(41)上有两个铰轴(47和46)，其中(47)设在升降套(45)上，(46)设在半螺母(43)上，此外连杆片(41)的与铰轴(46)相配合的铰轴孔为长槽孔(41.1)。

6．如权利要求1所述的螺杆机构，其特征在于：其中的“半螺母机械程控开合机构”的结构只有一个半螺母50，“柔性执行元件”为压簧(49)，“刚性自锁元件”是升降套(51)上的升降板(51.1)，“分离执行机构”为设在半螺母(50)外周面上的径向凸轮廓面(50.1)，螺杆作“M”转动、内外螺纹呈啮合状态，半螺母(50)有小于半周的内螺纹(50.2)，一个大于螺杆(4)外径的半光孔(50.3)，在外周面上，有凸轮降程廓面(50.1)，螺杆(4)依次穿过支架(52)的左端孔(52.1)，半螺母的光孔(50.3)，升降套孔(51.2)和支架右端孔(50.2)，半螺母(50)的柔性啮合执行元件是压簧(49)，当内外螺纹完成啮合后，设在升降套(51)上的升降板(51.1)也随螺杆(5)，和升降套(51)转到最上位置上，它正好呈滑动配合状态，垫塞在半螺母(50)的外周面的上顶平面(50.4)和支架(52)的内腔上底平面(52.3)之间，从而完成刚性自锁。当螺杆(4)作“N”向转动时，通过棘爪(10)带动升降套(51)也一同转动，则升降板内侧面(51.3)与半螺母(50)外周上的凸轮廓线(50.1)组成的凸轮副，迫使半螺母(50)上升，使内、外螺纹(50.2)和(4.1)分离，直到升降板内侧面(51.3)与半螺母(50)的下平面(50.6)相碰限位为止，上述机构按相对运动原理各运动副的构造有很多种等效变换组合，如升降板(51.1)和半螺母(50)上的凸轮廓面(50.1)组成的凸轮副，可以作以下等效变换，即可把凸轮廓面设置在升降套的升降板(51.1)的内侧面(51.3)上；再如，也可把与载体相联结的铰链轴O₁移植到半螺母上。

7．如权利要求1或2所述的螺杆机构，其特征在于，其中的“半螺母机械程控开合机构”具有使螺杆进退运动具有快慢两种速度功能的“变速机构”其结构是：在支承座(13)上安装锁定机构(17)，它由插销(17.5)、弹簧(17.4)、插销座(17.3)、销轴(17.2)和偏心手柄(17.1)组成，其中插销(17)前端为插销尖(17.5)，正好对准升降套(11)上的锁定孔(11.5)，偏心手柄(17.1)有短轴位置和长轴位置。

8．如权利要求1或4所述的螺杆机构，其特征在于，其中的“半螺母机械程控开合机构”具有使螺杆进退运动时具有快慢两种速度功能的“变速机构”，其结构是：变速装置(17)的插销头(17.5)与棘爪(10)、合二为一而成新的棘爪杆(31)。

9．如权利要求1或6所述的螺杆机构，其特征在于可用于作“快速定位装置”，升降套(74)与螺杆(73)之间用导键(70)连接，并在升降套(74)的左部外圆上加一挡块(74.1)，在支承座(72)上加一个定位铁(71)。