CN111022425A - 带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸 - Google Patents

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周建文
张晓松
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Abstract

一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，旨在解决当前双作用气缸定位精度低的问题。由超声波螺母组件、前端盖、缸筒、活塞组件、后端盖、螺纹连接机构和运动解耦组件组成，本发明通过超声波螺母组件中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，不仅解决了传统双作用气缸无法定位或定位精度低的技术问题，而且可有效提升活塞杆在运动过程中的轴向精确度，大幅度提高双作用气缸运行的稳定性，可进一步提升双作用气缸的定位精度。在半导体加工、自动化控制、机器人驱动等技术领域中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。

Description

带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸
技术领域
本发明涉及一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，属于气动设备技术领域。
背景技术
气缸是引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件，其主要应用于印刷（张力控制）、半导体加工（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人驱动等技术领域，随着超精密加工制造与测量等高尖端技术的快速发展，气缸的定位精度也越来越受到关注。
现有双作用气缸多数不具备定位功能，个别具有简单定位功能的双作用气缸，在其活塞杆运动时，由于活塞杆的底部连接在气缸内，活塞杆的其他部分都位于气缸外用于定位，其定位功能的实现全依靠活塞杆底部提供的力，其用于定位活塞杆顶部时容易发生偏移、摇晃，使得气缸定位精度低，无法满足现有精密加工技术需求。
针对上述问题，提出一种定位精度高的双作用气缸很有必要。
发明内容
为解决当前双作用气缸定位精度低的问题，本发明公开了一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸。
本发明所采用的技术方案：
为达到上述目的，本发明提供一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，为一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸，该双作用锁紧气缸由超声波螺母组件、前端盖、缸筒、活塞组件、后端盖、螺纹连接机构和运动解耦组件组成，所述缸筒两端分别与前端盖和后端盖螺纹连接，所述前端盖另一端与超声波螺母组件螺纹连接，所述超声波螺母组件还与运动解耦组件螺纹连接，所述运动解耦组件另一端与活塞组件贴合，所述螺纹连接机构穿过活塞组件与运动解耦组件螺纹连接。
所述超声波螺母组件包括螺母基体、活塞杆、螺母基体固定螺栓和压电片，所述螺母基体与活塞杆螺纹连接，所述螺母基体固定螺栓穿过螺母基体与前端盖螺纹连接，以固定连接螺母基体与前端盖，所述压电片胶粘贴合于螺母基体上；所述螺母基体设有基体内螺纹孔、基体外棱面和基体安装沉头孔，所述活塞杆设有活塞杆外螺纹轴、活塞杆安装轴和活塞杆安装螺纹孔，所述基体内螺纹孔与活塞杆外螺纹轴螺纹连接，所述基体安装沉头孔内穿过螺母基体固定螺栓，所述活塞杆安装轴和活塞杆安装螺纹孔与运动解耦组件安装连接。
所述前端盖设有前端盖通孔、前端盖螺纹孔、前导气孔和前端盖内螺纹孔，所述前端盖通孔内穿过活塞杆，所述前端盖螺纹孔与螺母基体固定螺栓螺纹连接，以固定连接螺母基体与前端盖，所述前端盖内螺纹孔与缸筒螺纹连接。
所述缸筒设有缸筒外螺纹轴Ⅰ、缸筒内孔和缸筒外螺纹轴Ⅱ，所述缸筒外螺纹轴Ⅰ与前端盖内螺纹孔螺纹连接，所述缸筒内孔与活塞组件接触，所述缸筒外螺纹轴Ⅱ与后端盖螺纹连接。
所述活塞组件包括活塞、紧固垫片和活塞密封圈，所述活塞设有活塞外轴、活塞端面Ⅰ、活塞密封圈安装槽和活塞端面Ⅱ，所述活塞外轴与缸筒内孔相接触，所述活塞端面Ⅰ与紧固垫片贴合，所述活塞密封圈安装槽内置有活塞密封圈，所述活塞端面Ⅱ与运动解耦组件相贴合。
所述后端盖设有后端盖螺纹孔和后导气孔，所述后端盖螺纹孔与缸筒外螺纹轴Ⅱ螺纹连接。
所述螺纹连接机构设有连接螺纹轴和连接限位面，所述连接螺纹轴穿过活塞组件与运动解耦组件螺纹连接，所述连接限位面与紧固垫片贴合。
所述运动解耦组件包括双向推力球轴承、连接轴Ⅰ、轴承安装架固定螺栓、连接螺栓和双向推力球轴承安装架，所述双向推力球轴承包括轴圈Ⅰ、座圈Ⅰ、钢球Ⅰ和座圈Ⅱ，所述钢球置于轴圈Ⅰ两侧，并通过座圈Ⅰ和座圈Ⅱ安装，所述轴圈Ⅰ与活塞杆安装轴过渡配合，所述连接轴Ⅰ设有轴承限位槽、连接轴Ⅰ螺纹孔和连接轴Ⅰ内螺纹孔，所述双向推力球轴承安装架设有双向推力球轴承安装架内端面、双向推力球轴承安装架内孔和双向推力球轴承安装架安装沉头孔，所述轴承限位槽内置有座圈Ⅰ，所述双向推力球轴承安装架内端面与座圈Ⅱ贴合，所述双向推力球轴承安装架内孔与座圈Ⅰ和座圈Ⅱ过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓穿过双向推力球轴承安装架安装沉头孔与连接轴Ⅰ螺纹孔螺纹连接，以连接紧固连接轴Ⅰ和双向推力球轴承安装架，所述连接螺栓穿过轴圈Ⅰ与活塞杆安装螺纹孔螺纹连接。
或为一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸，所述运动解耦组件包括推力球轴承、连接轴Ⅰ、万向球保持架、万向球滚珠、轴承安装架固定螺栓、万向球、顶板垫片、顶板和万向球轴承安装架，所述连接轴Ⅰ设有连接轴Ⅰ螺纹孔、连接轴Ⅰ内螺纹孔和保持架安装面，所述推力球轴承包括座圈Ⅲ、轴圈Ⅱ和钢球Ⅱ，所述钢球Ⅱ两侧与座圈Ⅲ和轴圈Ⅱ贴合，所述万向球保持架设有滚珠槽、万向球槽、保持架外轴和保持架后端面，所述顶板设有顶板螺纹轴和顶板端面，所述万向球轴承安装架设有万向球轴承安装架内端面、万向球轴承安装架内孔和万向球轴承安装架安装沉头孔，所述连接轴Ⅰ内螺纹孔与连接螺纹轴螺纹连接，所述座圈Ⅲ与万向球轴承安装架内端面贴合，并与万向球轴承安装架内孔过渡配合，所述轴圈Ⅱ与活塞杆安装轴过渡配合，所述保持架外轴与万向球轴承安装架内孔相贴合，所述保持架后端面与保持架安装面相贴合，所述顶板螺纹轴与活塞杆安装螺纹孔螺纹连接，所述顶板端面与万向球接触，所述顶板垫片两端分别与推力球轴承和顶板接触，所述万向球滚珠置于滚珠槽内，所述万向球置于万向球槽内，并与万向球滚珠接触，所述轴承安装架固定螺栓穿过万向球轴承安装架安装沉头孔与连接轴Ⅰ螺纹孔螺纹连接。
或为一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸，所述运动解耦组件包括推力球轴承、连接轴Ⅱ、挡板、摩擦片、轴承安装架固定螺栓、顶球机构和顶球轴承安装架，所述推力球轴承包括座圈Ⅲ、轴圈Ⅱ和钢球Ⅱ，所述钢球Ⅱ两侧与座圈Ⅲ和轴圈Ⅱ贴合，所述连接轴Ⅱ设有连接轴Ⅱ螺纹孔、挡板安装面和连接轴Ⅱ内螺纹孔，所述顶球机构设有顶球螺纹轴、顶球限位面和半球头，所述顶球轴承安装架设有顶球轴承安装架内端面、顶球轴承安装架内孔和顶球轴承安装架安装沉头孔，所述座圈Ⅲ与顶球轴承安装架内端面贴合，并与顶球轴承安装架内孔过渡配合，所述轴圈Ⅱ与顶球限位面贴合，并与活塞杆安装轴过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓依次穿过顶球轴承安装架安装沉头孔、挡板和摩擦片，并与连接轴Ⅱ螺纹孔螺纹连接，所述挡板安装面与挡板贴合，所述连接轴Ⅱ内螺纹孔与连接螺纹轴螺纹连接，所述顶球螺纹轴穿过轴圈Ⅱ与活塞杆安装螺纹孔螺纹连接，所述半球头与摩擦片相接触。
本发明的有益效果：
本发明通过超声波螺母组件中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，实现对活塞杆运动的精确控制，结构简单，运行稳定，进一步有效的提升双作用锁紧气缸的定位精度；并利用活塞杆与螺母基体的螺纹连接，以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃，本发明不仅解决了传统双作用气缸无法定位或定位精度低的技术问题，而且可有效提升活塞杆在运动过程中的轴向精确度，大幅度提高双作用气缸运行的稳定性，可进一步提升双作用气缸的定位精度。在半导体加工、自动化控制、机器人驱动等技术领域中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。
附图说明
图1是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的整体结构剖视图；
图2是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的超声波螺母组件剖视图；
图3是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的螺母基体结构剖视图；
图4是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的活塞杆结构局部剖视图；
图5是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的前端盖结构剖视图；
图6是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的缸筒结构剖视图；
图7是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的活塞组件剖视图；
图8是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的活塞结构剖视图；
图9是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的后端盖结构剖视图；
图10是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的螺纹连接机构结构示意图；
图11是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的运动解耦组件剖视图；
图12是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的双向推力球轴承剖视图；
图13是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的连接轴Ⅰ结构剖视图；
图14是一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的双向推力球轴承安装架结构剖视图；
图15是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的整体结构剖视图；
图16是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的运动解耦组件剖视图；
图17是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的连接轴Ⅰ结构剖视图；
图18是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的推力球轴承结构剖视图；
图19是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的万向球保持架结构剖视图；
图20是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的顶板结构示意图；
图21是一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的万向球轴承安装架结构剖视图；
图22是一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的整体结构剖视图；
图23是一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的运动解耦组件剖视图；
图24是一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的连接轴Ⅱ结构剖视图；
图25是一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的顶球机构结构示意图；
图26是一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的顶球轴承安装架结构剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图14说明本实施方式，本实施方式提供了一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸的具体实施方式，其具体实施方式表述如下：
所述一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸由超声波螺母组件1、前端盖2、缸筒3、活塞组件4、后端盖5、螺纹连接机构6和运动解耦组件7组成，所述缸筒3两端分别与前端盖2和后端盖5螺纹连接，所述前端盖2另一端与超声波螺母组件1螺纹连接，所述超声波螺母组件1还与运动解耦组件7螺纹连接，所述运动解耦组件7另一端与活塞组件4贴合，所述螺纹连接机构6穿过活塞组件4与运动解耦组件7螺纹连接。
所述超声波螺母组件1包括螺母基体1-1、活塞杆1-2、螺母基体固定螺栓1-3和压电片1-4，所述螺母基体1-1与活塞杆1-2螺纹连接，所述螺母基体固定螺栓1-3穿过螺母基体1-1与前端盖2螺纹连接，用于固定连接螺母基体1-1与前端盖2，所述压电片1-4胶粘贴合于螺母基体1-1上，所述超声波螺母组件1有m个压电片1-4，其中m为2的整数倍，本具体实施方式中m=8。
所述螺母基体1-1设有基体内螺纹孔1-1-1、基体外棱面1-1-2和基体安装沉头孔1-1-3，所述活塞杆1-2设有活塞杆外螺纹轴1-2-1、活塞杆安装轴1-2-2和活塞杆安装螺纹孔1-2-3，所述基体内螺纹孔1-1-1与活塞杆外螺纹轴1-2-1螺纹连接，所述螺母基体1-1设有n个基体外棱面1-1-2，其中n=m，本具体实施方式中n=8，每个基体外棱面1-1-2上粘贴有一个压电片1-4，所述基体安装沉头孔1-1-3内穿过螺母基体固定螺栓1-3，所述活塞杆安装轴1-2-2和活塞杆安装螺纹孔1-2-3与运动解耦组件7安装连接。
所述前端盖2设有前端盖通孔2-1、前端盖螺纹孔2-2、前导气孔2-3和前端盖内螺纹孔2-4，所述前端盖通孔2-1内穿过活塞杆1-2，所述前端盖螺纹孔2-2与螺母基体固定螺栓1-3螺纹连接，用于固定连接螺母基体1-1与前端盖2，所述前导气孔2-3用于输送气体，所述前端盖内螺纹孔2-4与缸筒3螺纹连接。
所述缸筒3设有缸筒外螺纹轴Ⅰ3-1、缸筒内孔3-2和缸筒外螺纹轴Ⅱ3-3，所述缸筒外螺纹轴Ⅰ3-1与前端盖内螺纹孔2-4螺纹连接，所述缸筒内孔3-2与活塞组件4接触，所述缸筒外螺纹轴Ⅱ3-3与后端盖5螺纹连接。
所述活塞组件4包括活塞4-1、紧固垫片4-2和活塞密封圈4-3，所述活塞4-1设有活塞外轴4-1-1、活塞端面Ⅰ4-1-2、活塞密封圈安装槽4-1-3和活塞端面Ⅱ4-1-4，所述活塞外轴4-1-1与缸筒内孔3-2相接触，所述活塞端面Ⅰ4-1-2与紧固垫片4-2贴合，所述活塞密封圈安装槽4-1-3内置有活塞密封圈4-3，所述活塞端面Ⅱ4-1-4与运动解耦组件7相贴合。
所述后端盖5设有后端盖螺纹孔5-1和后导气孔5-2，所述后端盖螺纹孔5-1与缸筒外螺纹轴Ⅱ3-3螺纹连接，所述后导气孔5-2用于输送气体。
所述螺纹连接机构6设有连接螺纹轴6-1和连接限位面6-2，所述连接螺纹轴6-1穿过活塞组件4与运动解耦组件7螺纹连接，所述连接限位面6-2与紧固垫片4-2贴合。
所述运动解耦组件7包括双向推力球轴承7-1、连接轴Ⅰ7-2、轴承安装架固定螺栓7-3、连接螺栓7-4和双向推力球轴承安装架7-5，所述双向推力球轴承7-1包括轴圈Ⅰ7-1-1、座圈Ⅰ7-1-2、钢球Ⅰ7-1-3和座圈Ⅱ7-1-4，所述钢球7-1-3置于轴圈Ⅰ7-1-1两侧，并通过座圈Ⅰ7-1-2和座圈Ⅱ7-1-4限位，所述轴圈Ⅰ7-1-1与活塞杆安装轴1-2-2过渡配合，所述连接轴Ⅰ7-2设有轴承限位槽7-2-1、连接轴Ⅰ螺纹孔7-2-2和连接轴Ⅰ内螺纹孔7-2-3，所述双向推力球轴承安装架7-5设有双向推力球轴承安装架内端面7-5-1、双向推力球轴承安装架内孔7-5-2和双向推力球轴承安装架安装沉头孔7-5-3，所述轴承限位槽7-2-1内置有座圈Ⅰ7-1-2，用于双向推力球轴承7-1一侧限位，所述双向推力球轴承安装架内端面7-5-1与座圈Ⅱ7-1-4贴合，所述双向推力球轴承安装架内孔7-5-2与座圈Ⅰ7-1-2和座圈Ⅱ7-1-4过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓7-3穿过双向推力球轴承安装架安装沉头孔7-5-3与连接轴Ⅰ螺纹孔7-2-2螺纹连接，用于连接紧固连接轴Ⅰ7-2和双向推力球轴承安装架7-5，所述连接螺栓7-4穿过轴圈Ⅰ7-1-1与活塞杆安装螺纹孔1-2-3螺纹连接。
具体实施方式二：结合图15~21说明本实施方式，本实施方式提供了一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸的具体实施方式，其结构组成、连接方式、定位方法与具体实施方式一相同，区别在于其运动解耦组件7的具体结构组成不同。
所述运动解耦组件7包括推力球轴承7-6、连接轴Ⅰ7-2、万向球保持架7-7、万向球滚珠7-8、轴承安装架固定螺栓7-3、万向球7-9、顶板垫片7-10、顶板7-11和万向球轴承安装架7-12，所述连接轴Ⅰ7-2设有连接轴Ⅰ螺纹孔7-2-2、连接轴Ⅰ内螺纹孔7-2-3和保持架安装面7-2-4，所述推力球轴承7-6包括座圈Ⅲ7-6-1、轴圈Ⅱ7-6-2和钢球Ⅱ7-6-3，所述钢球Ⅱ7-6-3两侧与座圈Ⅲ7-6-1和轴圈Ⅱ7-6-2贴合，所述万向球保持架7-7设有滚珠槽7-7-1、万向球槽7-7-2、保持架外轴7-7-3和保持架后端面7-7-4，所述顶板7-11设有顶板螺纹轴7-11-1和顶板端面7-11-2，所述万向球轴承安装架7-12设有万向球轴承安装架内端面7-12-1、万向球轴承安装架内孔7-12-2和万向球轴承安装架安装沉头孔7-12-3，所述连接轴Ⅰ内螺纹孔7-2-3与连接螺纹轴6-1螺纹连接，所述座圈Ⅲ7-6-1与万向球轴承安装架内端面7-12-1贴合，并与万向球轴承安装架内孔7-12-2过渡配合，所述轴圈Ⅱ7-6-2与活塞杆安装轴1-2-2过渡配合，所述保持架外轴7-7-3与万向球轴承安装架内孔7-12-2相贴合，所述保持架后端面7-7-4与保持架安装面7-2-4相贴合，所述顶板螺纹轴7-11-1与活塞杆安装螺纹孔1-2-3螺纹连接，所述顶板端面7-11-2与万向球7-9接触，所述顶板垫片7-10两端分别与推力球轴承7-6和顶板7-11接触，所述万向球滚珠7-8置于滚珠槽7-7-1内，所述万向球7-9置于万向球槽7-7-2内，并与万向球滚珠7-8接触，所述轴承安装架固定螺栓7-3穿过万向球轴承安装架安装沉头孔7-12-3与连接轴Ⅰ螺纹孔7-2-2螺纹连接。
具体实施方式三：结合图22~26说明本实施方式，本实施方式提供了一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸的具体实施方式，其结构组成、连接方式、定位方法与具体实施方式一相同，区别在于其运动解耦组件7的具体结构组成不同。
所述运动解耦组件7包括推力球轴承7-6、连接轴Ⅱ7-13、挡板7-14、摩擦片7-15、轴承安装架固定螺栓7-3、顶球机构7-16和顶球轴承安装架7-17，所述推力球轴承7-6包括座圈Ⅲ7-6-1、轴圈Ⅱ7-6-2和钢球Ⅱ7-6-3，所述钢球Ⅱ7-6-3两侧与座圈Ⅲ7-6-1和轴圈Ⅱ7-6-2贴合，所述连接轴Ⅱ7-13设有连接轴Ⅱ螺纹孔7-13-1、挡板安装面7-13-2和连接轴Ⅱ内螺纹孔7-13-3，所述顶球机构7-16设有顶球螺纹轴7-16-1、顶球限位面7-16-2和半球头7-16-3，所述顶球轴承安装架7-17设有顶球轴承安装架内端面7-17-1、顶球轴承安装架内孔7-17-2和顶球轴承安装架安装沉头孔7-17-3，所述座圈Ⅲ7-6-1与顶球轴承安装架内端面7-17-1贴合，并与顶球轴承安装架内孔7-17-2过渡配合，所述轴圈Ⅱ7-6-2与顶球限位面7-16-2贴合，并与活塞杆安装轴1-2-2过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓7-3依次穿过顶球轴承安装架安装沉头孔7-17-3、挡板7-14和摩擦片7-15，并与连接轴Ⅱ螺纹孔7-13-1螺纹连接，所述挡板安装面7-13-2与挡板7-14贴合，所述连接轴Ⅱ内螺纹孔7-13-3与连接螺纹轴6-1螺纹连接，所述顶球螺纹轴7-16-1穿过轴圈Ⅱ7-6-2与活塞杆安装螺纹孔1-2-3螺纹连接，所述半球头7-16-3与摩擦片7-15相接触。
工作原理：
工作时，向超声波螺母组件通入高频激励电信号，激励电压的输出频率达到螺母基体的最佳共振频率后，基于超声振动的减摩效应，螺母基体的基体内螺纹孔与活塞杆的活塞杆外螺纹轴间的摩擦系数降至临界解锁条件，同时高压气体从后端盖的后导气孔处通入到后容腔内，此时后容腔气体加压膨胀，前容腔气体从前端盖的前导气孔处排出，使活塞两侧产生气压差，活塞受到轴向输出力，从而推动活塞杆伸出气缸，此时活塞杆具有轴向直线运动及转动两种运动形式，由于运动解耦组件的解耦运动，使得活塞在缸筒内只进行轴向直线运动； 当活塞杆到达指定位置时，外接激励电信号及高压气体均同时暂停输入，螺母基体的基体内螺纹孔与活塞杆的活塞杆外螺纹轴间的摩擦系数达到自锁条件，气缸实现自锁，从而使活塞杆实现快速停止运动输出，从而实现气缸正向的精确定位输出；
与气缸正向输出过程类似，通入外接激励电信号，使超声波螺母组件实现减摩效应，同时由前端盖的前导气孔充入高压气体，从后端盖的后导气孔排出气体，使活塞两侧气压出现压差，从而推动活塞杆反向运动，当活塞杆到达指定位置时，外接激励电信号及高压气体均同时暂停输入，螺母基体的基体内螺纹孔与活塞杆的活塞杆外螺纹轴间的摩擦系数达到自锁条件，气缸实现自锁，从而使活塞杆实现快速停止运动输出，从而实现气缸反向的精确定位输出。
在活塞两侧交替供气，可实现双作用锁紧气缸在两个方向上的精确定位输出。
综上所述，本发明通过超声波螺母组件中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，实现对活塞杆运动的精确控制，结构简单，运行稳定，进一步有效的提升双作用锁紧气缸的定位精度；并利用活塞杆与螺母基体的螺纹连接，以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃。

Claims (10)

1.一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，为一种带有超声波螺母的双向推力球轴承解耦型双作用锁紧气缸，该双作用锁紧气缸由超声波螺母组件（1）、前端盖（2）、缸筒（3）、活塞组件（4）、后端盖（5）、螺纹连接机构（6）和运动解耦组件（7）组成，所述缸筒（3）两端分别与前端盖（2）和后端盖（2）螺纹接，所述前端盖（2）另一端与超声波螺母组件（1）螺纹连接，所述超声波螺母组件（1）还与运动解耦组件（7）螺纹连接，所述运动解耦组件（7）另一端与活塞组件（4）贴合，所述螺纹连接机构（6）穿过活塞组件（4）与运动解耦组件（7）螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述超声波螺母组件包括螺母基体（1-1）、活塞杆（1-2）、螺母基体固定螺栓（1-3）和压电片（1-4），所述螺母基体（1-1）与活塞杆（1-2）螺纹连接，所述螺母基体固定螺栓（1-3）穿过螺母基体与前端盖（2）螺纹连接，以固定连接螺母基体（1-1）与前端盖（2），所述压电片（1-4）胶粘贴合于螺母基体（1-1）上；所述螺母基体（1-1）设有基体内螺纹孔（1-1-1）、基体外棱面（1-1-2）和基体安装沉头孔（1-1-3），所述活塞杆设有活塞杆（1-2）外螺纹轴（1-2-1）、活塞杆安装轴（1-2-2）和活塞杆安装螺纹孔（1-2-3），所述基体内螺纹孔（1-1-1）与活塞杆外螺纹轴（1-2-1）螺纹连接，所述基体安装沉头孔（1-1-3）内穿过螺母基体固定螺栓（1-3），所述活塞杆安装轴（1-2-2）和活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）与运动解耦组件（7）安装连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述前端盖（2）设有前端盖通孔（2-1）、前端盖螺纹孔（2-2）、前导气孔（2-3）和前端盖（2-4）内螺纹孔，所述前端盖通孔（2-1）内穿过活塞杆（1-2），所述前端盖螺纹孔（2-2）与螺母基体固定螺栓（1-3）螺纹连接，以固定连接螺母基体（1-1）与前端盖（2），所述前端盖内螺纹孔（2-4）与缸筒（3）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述缸筒（3）设有缸筒外螺纹轴Ⅰ（3-1）、缸筒内孔（3-2）和缸筒外螺纹轴Ⅱ（3-3），所述缸筒外螺纹轴Ⅰ（3-1）与前端盖内螺纹孔（2-4）螺纹连接，所述缸筒内孔（3-2）与活塞组件（4）接触，所述缸筒外螺纹轴Ⅱ（3-3）与后端盖（5）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述活塞组件（4）包括活塞（4-1）、紧固垫片（4-2）和活塞密封圈（4-3），所述活塞（4-1）设有活塞外轴（4-1-1）、活塞端面Ⅰ（4-1-2）、活塞密封圈安装槽（4-1-3）和活塞端面Ⅱ（4-1-4），所述活塞外轴（4-1-1）与缸筒内孔（3-2）相接触，所述活塞端面Ⅰ（4-1-2）与紧固垫片（4-2）贴合，所述活塞密封圈安装槽（4-1-3）内置有活塞密封圈（4-3），所述活塞端面Ⅱ（4-1-4）与运动解耦组件（7）相贴合。
6.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述后端盖（5）设有后端盖螺纹孔（5-1）和后导气孔（5-2），所述后端盖螺纹孔（5-1）与缸筒外螺纹轴Ⅱ（3-3）螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述螺纹连接机构（6）设有连接螺纹轴（6-1）和连接限位面（6-2），所述连接螺纹轴（6-1）穿过活塞组件（4）与运动解耦组件（7）螺纹连接，所述连接限位面（6-2）与紧固垫片（4-2）贴合。
8.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，所述运动解耦组件（7）包括双向推力球轴承（7-1）、连接轴Ⅰ（7-2）、轴承安装架固定螺栓（7-3）、连接螺栓（7-4）和双向推力球轴承安装架（7-5），所述双向推力球轴承（7-1）包括轴圈Ⅰ（7-1-1）、座圈Ⅰ（7-1-2）、钢球Ⅰ（7-1-3）和座圈Ⅱ（7-1-4），所述钢球（7-1-3）置于轴圈Ⅰ（7-1-1）两侧，并通过座圈Ⅰ（7-1-2）和座圈Ⅱ（7-1-4）安装，所述轴圈Ⅰ（7-1-1）与活塞杆安装轴（1-2-2）过渡配合，所述连接轴Ⅰ（7-2）设有轴承限位槽（7-2-1）、连接轴Ⅰ螺纹孔（7-2-2）和连接轴Ⅰ内螺纹孔（7-2-3），所述双向推力球轴承安装架（7-5）设有双向推力球轴承安装架内端面（7-5-1）、双向推力球轴承安装架内孔（7-5-2）和双向推力球轴承安装架安装沉头孔（7-5-3），所述轴承限位槽（7-2-1）内置有座圈Ⅰ（7-1-2），所述双向推力球轴承安装架内端面（7-5-1）与座圈Ⅱ（7-1-4）贴合，所述双向推力球轴承安装架内孔（7-5-2）与座圈Ⅰ（7-1-2）和座圈Ⅱ（7-1-4）过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓（7-3）穿过双向推力球轴承安装架安装沉头孔（7-5-3）与连接轴Ⅰ螺纹孔（7-2-2）螺纹连接，以连接紧固连接轴Ⅰ（7-2）和双向推力球轴承安装架（7-5），所述连接螺栓（7-4）穿过轴圈Ⅰ（7-1-1）与活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，或为一种带有超声波螺母的万向球轴承解耦型双作用锁紧气缸，所述运动解耦组件（7）包括推力球轴承（7-6）、连接轴Ⅰ（7-2）、万向球保持架（7-7）、万向球滚珠（7-8）、轴承安装架固定螺栓（7-3）、万向球（7-9）、顶板垫片（7-10）、顶板（7-11）和万向球轴承安装架（7-12），所述连接轴Ⅰ（7-2）设有连接轴Ⅰ螺纹孔（7-2-2）、连接轴Ⅰ内螺纹孔（7-2-3）和保持架安装面（7-2-4），所述推力球轴承（7-6）包括座圈Ⅲ（7-6-1）、轴圈Ⅱ（7-6-2）和钢球Ⅱ（7-6-3），所述钢球Ⅱ（7-6-3）两侧与座圈Ⅲ（7-6-1）和轴圈Ⅱ（7-6-2）贴合，所述万向球保持架（7-7）设有滚珠槽（7-7-1）、万向球槽（7-7-2）、保持架外轴（7-7-3）和保持架后端面（7-7-4），所述顶板（7-11）有顶板螺纹轴（7-11-1）和顶板端面（7-11-2），所述万向球轴承安装架（7-12）设有万向球轴承安装架内端面（7-12-1）、万向球轴承安装架内孔（7-12-2）和万向球轴承安装架安装沉头孔（7-12-3），所述连接轴Ⅰ内螺纹孔（7-2-3）与连接螺纹轴（6-1）螺纹连接，所述座圈Ⅲ（7-6-1）与万向球轴承安装架内端面（7-12-1）贴合，并与万向球轴承安装架内孔（7-12-2）过渡配合，所述轴圈Ⅱ（7-6-2）与活塞杆安装轴（1-2-2）过渡配合，所述保持架外轴（7-7-3）与万向球轴承安装架内孔（7-12-2）相贴合，所述保持架后端面（7-7-4）与保持架安装面（7-2-4）相贴合，所述顶板螺纹轴（7-11-1）与活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）螺纹连接，所述顶板端面（7-11-2）与万向球（7-9）接触，所述顶板垫片（7-10）两端分别与推力球轴承（7-6）和顶板（7-11）接触，所述万向球滚珠（7-8）置于滚珠槽（7-7-1）内，所述万向球（7-9）置于万向球槽（7-7-2）内，并与万向球滚珠（7-8）接触，所述轴承安装架固定螺栓（7-3）穿过万向球轴承安装架安装沉头孔（7-12-3）与连接轴Ⅰ螺纹孔（7-2-2）螺纹连接。
10.根据权利要求1所述的一种带有超声波螺母的解耦型双作用锁紧气缸，其特征在于，或为一种带有超声波螺母的顶球轴承解耦型双作用锁紧气缸，所述运动解耦组件（7）包括推力球轴承（7-6）、连接轴Ⅱ（7-13）、挡板（7-14）、摩擦片（7-15）、轴承安装架固定螺栓（7-3）、顶球机构（7-16）和顶球轴承安装架（7-17），所述推力球轴承（7-6）包括座圈Ⅲ（7-6-1）、轴圈Ⅱ（7-6-2）和钢球Ⅱ（7-6-3），所述钢球Ⅱ（7-6-3）两侧与座圈Ⅲ（7-6-1）和轴圈Ⅱ（7-6-2）贴合，所述连接轴Ⅱ（7-13）设有连接轴Ⅱ螺纹孔（7-13-1）、挡板安装面（7-13-2）和连接轴Ⅱ内螺纹孔（7-13-3），所述顶球机构（7-16）设有顶球螺纹轴（7-16-1）、顶球限位面（7-16-2）和半球头（7-16-3），所述顶球轴承安装架（7-17）设有顶球轴承安装架内端面（7-17-1）、顶球轴承安装架内孔（7-17-2）和顶球轴承安装架安装沉头孔（7-17-3），所述座圈Ⅲ（7-6-1）与顶球轴承安装架内端面（7-17-1）贴合，并与顶球轴承安装架内孔（7-17-2）过渡配合，所述轴圈Ⅱ（7-6-2）与顶球限位面（7-16-2）贴合，并与活塞杆安装轴（1-2-2）过渡配合，所述轴承安装架固定螺栓（7-3）依次穿过顶球轴承安装架安装沉头孔（7-17-3）、挡板（7-14）和摩擦片（7-15），并与连接轴Ⅱ螺纹孔（7-13-1）螺纹连接，所述挡板安装面（7-13-2）与挡板（7-14）贴合，所述连接轴Ⅱ内螺纹孔（7-13-3）与连接螺纹轴（6-1）螺纹连接，所述顶球螺纹轴（7-16-1）穿过轴圈Ⅱ与（7-6-2）活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）螺纹连接，所述半球头（7-16-3）与摩擦片（7-15）相接触。
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