CN106662225B - 具有双螺丝连接部件的驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种驱动装置，包括：纵向轴(2)、内套筒(3)、外套筒(4)、设置在纵向轴与中间套筒之间的内螺丝连接部件(8)、设置在中间套筒与外套筒之间的外螺丝连接部件(10)，其中内螺丝连接部件的导引效率高于外螺丝连接部件的导引效率，并且可自释放的连接部件(25)设置在纵向轴与内套筒之间。

Description

具有双螺丝连接部件的驱动装置

技术领域

本发明涉及能够将旋转运动转换成平移运动的驱动装置，该驱动装置特别是用于闸阀、控制或调节阀或者节流阀中。

背景技术

阀用于各种工业领域中(特别是在石油和天然气工业中)以控制流体的流动。大多数阀包括阀体，该阀体具有纵向流孔(flow bore)和与该流孔相交的横向闸腔(gatecavity)。驱动装置特别用于在关闭位置和打开位置之间移动闸腔的关闭板，其中在关闭位置所述关闭板阻塞流孔，在打开位置所述关闭板不阻塞流孔。驱动装置由输入扭矩(torque)驱动，所需的扭矩通常用手动轮(handwheel)或电动轮产生。

驱动装置还包括能够将旋转运动转换成平移运动的传动机构，该传动机构设置有：驱动闸板的打开和关闭的平移轴(translating shaft)；以及，连接到扭矩轮的旋转套筒(rotating sleeve)。

如已经注意到的，施加到驱动装置的平移轴的力在打开阀时和在第一次打开过程(run)中有最大值。随后，该力不再那么重要并大致恒定。相反，当需要关闭阀时，所述最大值的力将在阀最终关闭时施加。当使用手动轮时发生的是，在开始打开阀和结束关闭阀时该力变得如此重要以至于可能需要两个操作者在手动轮上施加所要求的力。

专利EP-A-1 359 345中说明了包括双螺丝连接部件的已知驱动装置。

由于效率较高的第二螺丝机构首先接合，因此这种驱动装置允许在开始打开阀时减小所需的扭矩。打开过程的结束由第一螺丝机构实现。

然而，开始关闭阀也由首先接合的效率较高的第二螺丝机构来实现。然后，由第一螺丝机构实现结束关闭过程。结束阀关闭过程需要施加所述最大值的力，但是对于这种配置，使用的是具有最低效率的螺丝机构。

发明内容

因此，在这种特定情况下，本发明的目的是减小在打开阀时产生的起步扭矩(breakaway torque)和在结束关闭阀时产生的关闭扭矩，且当产生的扭矩不重要时增大打开和关闭阶段的速度。

因此，需要有驱动装置，该驱动装置能够引起施加可变纵向力和/或具有可变速度的平移运动。

根据一个实施方式，提出一种驱动装置，包括：

非旋转的和平移的纵向轴，

与所述纵向轴同轴且围绕所述纵向轴定位的、旋转的和平移的内套筒，

与所述内套筒同轴且围绕所述内套筒定位的、旋转的和非平移的外套筒，

设置在所述纵向轴与所述内套筒之间的内螺丝连接部件，以及

设置在所述内套筒与所述外套筒之间的外螺丝连接部件。

内螺丝连接部件和外螺丝连接部件被适配成当外套筒沿相同的旋转方向旋转时使纵向轴沿相同的纵向方向移动。

内螺丝连接部件的导引效率高于外螺丝连接部件的导引效率。终端抵接部件被设置成用于在相应的终端纵向位置处限制内套筒相对于外套筒的纵向运动。

此外，将用于在内套筒与纵向轴之间维持连接状态的、可自释放的(self-releasable)连接部件设置在终端抵接部件中的一个上，该终端抵接部件被设置成用于限制纵向轴相对于内套筒的纵向运动，比如使得由可自释放的连接部件所引起的阻力扭矩高于外摩擦螺丝连接部件的驱动扭矩。

内螺丝连接部件可以是滚子螺丝机构，并且外螺丝连接部件可以是螺纹摩擦螺丝机构。

终端抵接部件可以包括旋转抵接部件。

用于限制纵向轴相对于内套筒的纵向运动的终端抵接部件可以包括附着到纵向轴上的环形的环和附着到内套筒上的环，这些环中的至少一个设置有可自释放的连接部件。

可自释放的连接部件可以包括能够与分别由纵向轴和内套筒所带有的凹部接合的多个突出构件。

突出构件可以是球。

可自释放的连接部件可以包括：有吸引力的磁体。

纵向轴可以连接到刀闸阀的平移关闭板。

根据一个实施方式，还提出一种在两个端部纵向位置之间驱动纵向轴的方法，其中内套筒被定位成与所述纵向轴同轴且围绕所述纵向轴，外套筒被定位成与所述轴同轴且围绕所述内套筒，内螺丝连接部件设置在纵向轴与内套筒之间，并且外螺丝连接部件设置在内套筒与外套筒之间。

所述方法可以包括：

-在纵向的外套筒的向前旋转方向上的第一阶段和第二阶段，其中在所述第一阶段期间外套筒的旋转通过内螺丝连接部件传递到纵向轴，在所述第二阶段期间外套筒的旋转通过外螺丝连接部件传递到纵向轴，以及

-在所述外套筒的向后旋转方向上的第一反向阶段和第二反向阶段，其中在所述第一反向阶段期间所述外套筒的旋转通过外螺丝连接部件传递到纵向轴，在所述第二反向阶段期间外套筒的旋转通过内螺丝连接部件传递到纵向轴。

由于本发明，在开始打开阀，要求的施加力为最大值时，使用较高效率的螺丝连接部件，然后在余下的阀打开过程期间，要求施加的力减小且恒定的时，使用较高效率的螺丝连接部件。

另一个优点是，在结束关闭阀，要求的施加力为最大值时，使用较高效率的螺丝连接部件，然后在阀关闭过程开始期间，要求施加的力减小且几乎恒定时，使用较低效率的螺丝连接部件。

附图简述

现在将作为示例描述根据本发明的驱动装置并在附图中示出，在附图中：

图1至图8示出了驱动装置在以下不同的纵向位置处相应的纵向截面：

-图1：第一端部位置；

-图2：第一当前向前位置；

-图3：向前中间位置；

-图4：第二当前向前位置；

-图5：第二端部位置；

-图6：第一当前向后位置；

-图7：向后中间位置；以及

-图8：第二当前向后位置。

具体实施方式

如图1所示，驱动装置1包括：待纵向移动的非旋转的纵向轴2；与纵向轴2同轴且围绕纵向轴2设置的、旋转的和平移的纵向内套筒3；以及，与内套筒3同轴且围绕内套筒3设置的、非平移的和旋转的纵向外套筒4。

作为参考，在附图中，纵向轴2从左向右延伸。

纵向轴2连接到待移动的机件(organ)，诸如沿轴向连接到轴2的端部的杆2a，其设置有用于防止纵向轴2旋转的防旋转部件(未图示)，诸如纵向引导部件。作为参考，在图1中，杆2a附着到轴2的右端部。则杆2a能够连接到阀的刀闸阀(未示出)的平移关闭板以便控制流体的流动。

外套筒4通过球轴承系统7被管状支撑件6支撑，使得外套筒4无法平移移动而是只能旋转。

在纵向轴2与内套筒3之间设置有内螺丝连接部件8。例如，内螺丝连接部件8为滚子螺丝机构(roller screw mechanism)，该滚子螺丝机构包括多个纵向循环滚子(circulating rollers)9，这些纵向循环滚子9具有分别与纵向轴2的周螺纹以及与内套筒3的内螺纹接合的周螺纹，使得内套筒3的旋转引起纵向轴2的纵向运动，而没有滚子8相对于轴2的纵向运动。

内套筒3与外套筒4之间设置有外螺丝连接部件10。例如，外螺丝连接部件10为摩擦螺纹机构，该摩擦螺纹机构包括与外套筒4的内螺纹接合的内套筒3的外螺纹。

内螺丝连接部件8和外螺丝连接部件10被适配成当外套筒3沿相同方向旋转时使纵向轴2沿相同的纵向方向移动。

内螺丝连接部件8的导引效率(direct efficiency)高于外螺丝连接部件10的导引效率。这意味着，在没有任何其它主动件(active element)的情况下，外套筒4的旋转优先经由内螺丝连接部件8转换成轴2的平移，并且意味着内套筒3和外套筒4经由外螺丝连接部件10连接并一起旋转。这也意味着，如果纵向轴2与内套筒3连接，则外套筒4的旋转经由外螺丝连接部件10转换成轴2的平移。

内套筒3相对于外套筒4的纵向运动由终端抵接部件11和12限制，终端抵接部件11和12在内套筒3相对于外套筒4的预定纵向行程(stroke)的末端处起作用(active)。作为参考，终端抵接部件11在图的左侧，终端抵接部件12在图的右侧。

终端抵接部件11和12包括附着到内套筒3端部的环13和14以及附着到外套筒4的环15和16，其分别在内套筒3相对于外套筒4的纵向行程的末端处接触。

例如，环13和15以及环14和16包括对应的凸耳17和18(图4)和凸耳17a和18a(图1)，它们形成对应的旋转抵接，并通过外螺丝连接部件10螺纹的螺旋结构(helix thread)的作用，在内套筒3相对于外套筒4的行程的相对末端处分别沿周向抵接。

纵向轴2相对于内套筒3的纵向运动由终端抵接部件19和20限制，终端抵接部件19和20在纵向轴2相对于内套筒3的预定纵向行程的末端处起作用。作为参考，终端抵接部件19在图的左侧，终端抵接部件20在图的右侧。

终端抵接部件19包括附着到纵向轴2的端部的环21和附着到内套筒3的端部的所述环13。

例如，环13和21包括对应的凸耳22和23，凸耳22和23形成旋转抵接，并通过内螺丝部件8的螺纹的螺旋结构(helix thread)的作用，在纵向轴相对于内套筒3的行程的相对末端处分别沿周向抵接。

终端抵接部件20包括附着到纵向轴2的环状的环24和附着到内套筒3的所述环14。

此外，环14和24设置有如下形成的、可自释放的连接部件25。环24设置有多个朝环14纵向突出的球26和在纵向上作用在这些球24上的插入弹簧27。球24在圆周上分布。

当由纵向轴2承载的环24到达由内套筒3承载的环14时，通过内螺丝部件8的螺纹的螺旋结构的作用，球26在环14的径向面上滑动并最终接合在环14的凹部28内。

由可自释放的连接部件25引起的阻力扭矩高于外摩擦螺丝连接部件10的驱动扭矩。

作为未示出的可选方案，环24可以设置有多个朝内套筒3径向突出的球和在径向上作用在这些球上的插入弹簧，这些球在所述环24的外周上分布。当由纵向轴2承载的环24到达由内套筒3承载的环14时，通过内螺丝部件8的螺纹的螺旋结构的作用，所述球在内套筒3的轴向内表面上滑动并最终接合在内套筒3的所述轴向内表面的凹部内，以产生阻力扭矩。

作为未示出的另一可选方案，环24和14可以设置有多个相关联的、有吸引力的磁体。当由纵向轴2承载的环24到达由内套筒3承载的环14时，通过内螺丝部件8的螺纹的螺旋结构的作用，环24和14的所述相关联的、有吸引力的磁体共同配合，以产生阻力扭矩。

外套筒4的、与杆2a相反向的端部设置有手动轮29。

现在将说明驱动装置1如何工作。

图1示出了第一端部的纵向位置。

抵接部件11起作用，并且抵接部件19起作用。内套筒3相对于外套筒4位于图的左侧。

现在考虑沿着向前旋转方向旋转手动轮29，以便沿在图中从左向右的向前方向FD驱动纵向轴2。

由于内螺丝连接部件8的效率高于外螺丝连接部件10的效率，因此内套筒3不移动，并且手动轮29的旋转通过内螺丝连接部件8转换成纵向轴2的平移。可传递的扭矩高。

图2示出了相应的当前位置。

在执行纵向轴2相对于内套筒3的向前行程(作为第一向前阶段)之后，由环14和24形成的抵接部件20起作用，并且可自释放的连接部件25通过将球26接合在凹部28内起作用。到达如图3所示的相应的中间纵向位置。

此后，内套筒3连接到纵向轴并且外螺丝连接部件10接管(takeover)，手动轮29的旋转通过外螺丝连接部件10转换成纵向轴2的平移。可传递的扭矩减小。但是，纵向轴的纵向速度增大。图4示出了相应的当前位置。

在执行内套筒3相对于外套筒4的向前行程(作为第二向前阶段)之后，抵接部件12起作用。到达如图5所示的第二端部纵向位置。

现在考虑沿向后或反向的旋转方向旋转手动轮29，以便沿在图中从右向左的向后方向RD驱动纵向轴2。

由于存在可自释放的连接部件25——该可自释放的连接部件25引起的阻力扭矩比外摩擦螺丝连接部件10的驱动扭矩高——因此内套筒3保持与纵向轴2旋转连接，并且手动轮29的向后旋转通过外螺丝连接部件10转换成纵向轴2的向后平移。由可自释放的连接部件25引起的阻挡扭矩足以产生和维持该连接状态。

图6示出了相应的当前位置。

在执行纵向轴2相对于内套筒3的向后行程(作为第一向后阶段)之后，抵接部件19起作用。

到达如图7所示的相应的中间纵向位置。可以注意到，该位置等同于图3所示的位置。

此后，内螺丝连接部件8接管，手动轮29的旋转通过内螺丝连接部件8转换成纵向轴2的平移。通过引起球26脱离凹部的旋转来发生可自释放的连接部件25的解除阻挡或释放。

图8示出了相应的当前位置。

在执行内套筒3相对于外套筒4的向后行程(作为第二向后阶段)之后，抵接部件11起作用。恢复图1所示的第一端部位置。

作为示例，杆2a可以连接到刀闸阀的打开/关闭板。在这种类型的阀中，打开运动存在第一打开阶段和第二打开阶段，其中在第一打开阶段打开阻力高，在第二打开阶段打开阻力变小。关闭运动存在第一关闭阶段和第二关闭阶段，其中在第一关闭阶段关闭阻力小，在第二关闭阶段关闭阻力变高。

因此，当驱动装置处于所述第一端部位置(图1)时，刀闸阀完全关闭，当驱动装置处于所述第二端部位置(图5)时，刀闸阀完全打开。

结果如下。

驱动装置1的所述第一向前阶段对应于阀的第一打开阶段，在该第一向前阶段期间，能够通过内螺丝连接部件8从手动轮29传递到纵向轴2的扭矩高，具有小的平移速度。

驱动装置1的所述第二向前阶段对应于阀的第二打开阶段，在该第二向前阶段期间，能够通过外螺丝连接部件10从手动轮29传递到纵向轴2的扭矩小，具有高的平移速度。

驱动装置1的所述第一向后阶段对应于阀的第一关闭阶段，在该第一向后阶段期间，能够通过外螺丝连接部件10从手动轮29传递到纵向轴2的扭矩小，具有高的平移速度。

驱动装置1的所述第二向后阶段对应于阀的第二关闭阶段，在该第二向后阶段期间，能够通过内螺丝连接部件8从手动轮29传递到纵向轴2的扭矩高，具有小的平移速度。

根据另一实施方式，自释放部件20可以形成为带有除了凸耳17和18之外的构件。作为一个示例，环16和24可以带有在最后关闭时有吸引力的磁体，以便在纵向轴2和内套筒3之间产生所述阻挡扭矩。作为另一个示例，球26可以径向地作用并与内套筒3的纵向槽和肋配合。

在另一个实施方式中，手动轮可以由电动轮替代。在这种情况下，如所描述的驱动装置可以允许减小该电动轮所需的功率。

虽然已使用反向滚子螺丝机构和摩擦螺丝机构作为双螺丝连接部件阐述了本发明，但是应当理解，本发明可以在不进行大改动的情况下应用于使用任何其它类型和组合的螺丝机构的驱动装置，这些螺丝机构比如为行星滚子螺丝机构、球螺丝机构、摩擦螺丝机构。

此外，虽然已使用多个球轴承系统阐述了本发明，但是应当理解，本发明可以在不进行大改动的情况下应用于使用不是球的滚动体和/或具有多列滚动体的轴承。

本发明可以与任何类型的阀(例如闸阀、控制或调节阀、或者节流阀)一起使用。驱动装置例如可用于可以由远程操作交通工具(vehicle)或驱动器驱动的水面闸门或水下阀门。

此外，能够由第一螺丝连接部件和第二螺丝连接部件的驱动所引起的不同纵向速度可以在其它应用示例中实现，特别是在需要具有快速接近行程然后缓慢而精确定位的情况下。因此，本发明的驱动装置可以适用于机器人或机器、工具、受控外科手术工具、激光切割、焊接部件、成型部件、钟摆的移位机件。

说明书中公开的实施方式可以配置或组合在一起，并且仍在本发明的范畴内。

Claims (9)

1.一种驱动装置，包括：

非旋转的和平移的纵向轴(2)，

与所述纵向轴同轴且围绕所述纵向轴定位的、旋转的和平移的内套筒(3)，

与所述内套筒同轴且围绕所述内套筒定位的、旋转的和非平移的外套筒(4)，

设置在所述纵向轴(2)与所述内套筒(3)之间的内螺丝连接部件(8)，

设置在所述内套筒(3)与所述外套筒(4)之间的外螺丝连接部件(10)，

其中所述内螺丝连接部件(8)和所述外螺丝连接部件(10)被适配成当所述外套筒沿相同的旋转方向旋转时使所述纵向轴(2)沿相同的纵向方向移动；

其中所述内螺丝连接部件(8)的导引效率高于所述外螺丝连接部件(10)的导引效率；

并且其中第一终端抵接部件被设置成用于在相应的终端纵向位置处限制所述内套筒(3)相对于所述外套筒(4)的纵向运动；

第二终端抵接部件被设置成用于在相应的终端纵向位置处限制所述纵向轴(2)相对于所述内套筒(3)的纵向运动；

以及，将用于在所述内套筒(3)与所述纵向轴(2)之间维持连接状态的、可自释放的连接部件(25)设置在所述第二终端抵接部件中的一个上，所述第二终端抵接部件被设置成用于限制所述纵向轴(2)相对于所述内套筒(3)的纵向运动，从而使得在所述外套筒(4)的向前旋转方向和向后旋转方向这两个方向上，由所述可自释放的连接部件(25)引起的阻力扭矩高于所述外螺丝连接部件(10)的驱动扭矩。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述内螺丝连接部件(8)为滚子螺丝机构，所述外螺丝连接部件(10)为螺纹摩擦螺丝机构。

3.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述第一终端抵接部件和第二终端抵接部件包括旋转抵接部件(17a、18a；22、23)。

4.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，用于限制所述纵向轴(2)相对于所述内套筒(3)的纵向运动的所述第二终端抵接部件包括附着到所述纵向轴(2)上的环形的环(24)和附着到所述内套筒(3)的环(14)，所述环(24；14)中的至少一个设置有所述可自释放的连接部件(25)。

5.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述可自释放的连接部件(25)包括能够与分别由所述纵向轴(2)和所述内套筒(3)所带有的凹部(28)接合的多个突出构件(26)。

6.如权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述突出构件为球(26)。

7.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述可自释放的连接部件包括有吸引力的磁体。

8.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述纵向轴(2)连接到刀闸阀的平移关闭板。

9.一种在两个端部纵向位置之间驱动纵向轴(2)的方法，所述方法通过如权利要求1至8中任一项所述的驱动装置执行，其中内套筒(3)被定位成与所述轴(2)同轴且围绕所述轴(2)，外套筒(4)被定位成与所述轴(2)同轴且围绕所述内套筒(3)，内螺丝连接部件(8)设置在所述纵向轴(2)与所述内套筒(3)之间，并且外螺丝连接部件(10)设置在所述内套筒(3)与所述外套筒(4)之间；所述方法包括：

-在纵向的所述外套筒(4)的向前旋转方向上，第一阶段，在所述第一阶段期间所述外套筒(4)的旋转通过所述内螺丝连接部件(8)传递到所述纵向轴(2)；和，第二阶段，在所述第二阶段期间所述外套筒(4)的旋转通过所述外螺丝连接部件(10)传递到所述纵向轴(2)，以及

-在所述外套筒(4)的向后旋转方向上，第一反向阶段，在所述第一反向阶段期间所述外套筒(4)的旋转通过所述外螺丝连接部件(10)传递到所述纵向轴(2)；和，第二反向阶段，在所述第二反向阶段期间所述外套筒(4)的旋转通过所述内螺丝连接部件(8)传递到所述纵向轴(2)。

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