CN105378301B - 锥形锁设备 - Google Patents

Abstract

一种锥形锁设备，所述设备包括：螺杆(20)，所述螺杆(20)限定纵向轴线且在其一个端部处具有渐缩的端部(21)，所述渐缩的端部包括沿着所述纵向轴线部分地延伸的带螺纹的内孔(23)；压缩配件(10)，所述压缩配件(10)具有膨胀部(11)，所述配件限定具有内部锥形的内部空间，所述内部空间被构造成与所述螺杆的所述渐缩的端部至少部分地配合；以及定位螺钉(50)，所述定位螺钉(50)被构造成与所述带螺纹的内孔配合，其中，所述定位螺钉向所述内孔内的紧固使所述螺杆的所述渐缩的端部与所述配件的所述内部锥形接合，径向向外挤压所述膨胀部。

Description

锥形锁设备

优先权

本申请要求2013年7月1日提交的美国临时申请号为61/841,913的权益，该申请的内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及线性致动器，并且更具体地涉及外部线性动力螺杆致动器，该致动器具有在螺杆和马达之间的定制接口。

背景技术

相比常规的电动马达的圆形运动，线性致动器形成直线运动。这样的致动器设计用于这样的情形：其中，马达驱动带螺纹的轴和对应的螺纹联接的螺母，使得控制旋钮或柄部的旋转运动经由螺杆、齿轮或其它类似的装置被转化为线性位移。大多数机电式线性致动器设计采用滚珠螺杆和滚珠螺母。螺杆可以直接地或通过一系列齿轮连接到马达或手动控制旋钮。齿轮通常用来允许以较高旋转速度自旋的相对小的马达通过齿轮减速，以提供使螺杆在比马达本来能够直接驱动的负载更重的负载下自旋所需的扭矩。

已尝试各种方法将螺杆连接至马达转子，该马达转子保持轴向负载能力并控制继而影响系统的准确性和可再现性的重要径向跳动。这些现有技术连接尝试包括压力配合、焊接和粘合。

压力配合需要在轴和孔之见的临界公差，这增加了成本并且在考虑到较小直径内孔和较长跨度的情况下难以在马达轴中保持。压力配合也将高负载施加到马达轴承，这可能损坏轴承或影响系统准确性。

焊接需要焊接接头具有类似的金属和精确的机加工接口，以确保准确性和径向跳动。焊接方法是劳动密集型的，需要专门的设备和工具，并且必须在马达组装之前组装以防止马达受到焊接电流的损害。

粘合方法涉及可用来将螺杆结合到马达的粘合剂，但需要精密接口连接、额外的表面制备和固化时间。粘合方法也实现最低的强度和扭矩传递能力。

这些用于将螺杆附接到马达的现有技术方法中的每一种都被视为永久性解决方案，因为一旦获得接口，系统损坏的风险就使得不能拆卸和继续使用用过的部件。

遗憾的是，线性致动器通常需要在螺杆和马达转子之间相对复杂的接口，这使得系统的组装和拆卸成为一个耗时的过程。此外，典型的线性致动器在操作期间不提供高的精度水平。

本发明描述了对这些现有技术的改进。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种改进的线性致动器，并且克服目前可用的装置的缺点和问题。

相应地，提供了一种线性致动器系统，该系统设计用于传递扭矩，但保持动力螺杆致动器所需的重要准确度和径向跳动。

相应地，根据本发明的线性致动器包括一种锁设备，该锁设备包括：螺杆，其限定纵向轴线且在其一个端部处具有渐缩的端部，渐缩的端部包括沿着纵向轴线部分地延伸的带螺纹的内孔；压缩配件，其具有膨胀部，该配件限定具有内部锥形的内部空间，该内部空间被构造成与螺杆的渐缩的端部至少部分地配合；以及定位螺钉，其被构造成与带螺纹的内孔配合，其中，定位螺钉向内孔内的紧固使螺杆的渐缩的端部与配件的内部锥形接合，径向向外挤压膨胀部。

相应地，提供了一种锥形锁设备。该锥形锁设备包括：螺杆，其具有渐缩的端部；压缩配件，其具有可膨胀的端部和固定的端部并且包括至少两个狭缝，该至少两个狭缝定位成基本上平行于配件的纵向轴线且从可膨胀的端部朝固定的端部延伸，该配件限定具有内部锥形的内部空间，该内部锥形沿着纵向轴线从固定的端部至少部分地延伸至可膨胀的端部；以及装置，该装置用于使螺杆的渐缩的端部与配件的内部锥形接合，以使配件的可膨胀的端部膨胀。

相应地，提供了一种线性驱动马达和螺杆组件。线性驱动马达和螺杆组件包括：线性驱动马达，其包括马达轴，该马达轴限定沿着轴的纵向轴线穿过该轴的内孔；以及螺杆，其限定纵向轴线并且具有在该螺杆的一个端部处的渐缩的端部，该渐缩的端部包括沿着纵向轴线部分地延伸的带螺纹的内孔。

附图说明

根据具体描述并结合以下附图，本发明将变得更为显而易见，在附图中：

图1A是根据本发明的压缩配件的侧视平面图；

图1B是根据本发明的压缩配件的仰视平面图；

图1C是根据本发明的压缩配件的侧视顶部立体图；

图1D是根据本发明的压缩配件的侧视剖视图；

图2A是根据本发明的螺杆的侧视剖视图；

图2B是根据本发明的螺杆的侧视平面图；

图2C是根据本发明的螺杆的立体图；

图3A是根据本发明的锥形锁设备系统的立体图；

图3B是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视平面图；

图3C是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视剖视图；

图3D是根据本发明的锥形锁设备系统的展开图；

图4是根据本发明的锥形锁设备的剖视图；

图5是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视剖视图；

图6是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视剖视图；以及

图7是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视剖视图；以及

图8是根据本发明的锥形锁设备系统的侧视剖视图。

贯穿附图，相同的附图标记表示相同部件。

具体实施方式

参照本发明的以下详细描述并结合形成本发明的一部分的附图，可以更容易理解本发明。应当理解，本发明并不限于本文所述和/或所示的具体装置、方法、条件或参数，并且本文所用术语的目的在于仅以举例的方式描述具体实施例，并非旨在限制受权利要求书保护的本发明。

而且，如说明书中所用且包括所附权利要求所用，单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数，并且提及的具体数值至少包括该具体值，除非上下文另外清楚地指明。在本文中，范围可表示为从“约”或“大约”一个特定值和/或至“约”或“大约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解该特定值形成另一个实施例。还应当理解，所有空间参考，例如“水平”、“竖直”、“顶部”、“上部”、“下部”、“底部”、“左侧”和“右侧”仅为了进行示意性的说明，并且可以在本发明的范围内变化。

为了提供改进的线性致动器并克服目前可用的装置的缺点和问题，提供了一种线性致动器系统，该系统设计用于传递扭矩，但保持动力螺杆致动器所需的重要准确度和径向跳动。

本文所述新型致动器系统简化了螺杆和马达转子之间的接口。马达内孔为非重要的，因此公差不必保持到铰刀或磨石公差。本发明允许快速组装和拆卸所有部件，以使得螺杆能够基于应用测试容易地调换。

螺杆接口的简单机加工确保可靠的组装并且固有地实现精确的径向跳动和同心度。还消除了对后期螺杆校直过程的需求。此外，不需要组装夹具或工具，导致更快速且更容易的安装，同时提供优异的性能。

锥形锁接头是用于连接诸如滑轮和皮带轮的多个动力系部件的常用方法，但旨在仅提供扭矩传输。无键衬套为类似的装置，但不能在线性致动器中使用。本发明能够传输扭矩、保持轴向负载、控制径向准确度并且具有与更柔性的连接接口相关联的益处。

如图3A-3D所示，本发明的致动器系统包括马达30、压缩配件10和螺杆20。马达30限定穿过其的中空轴31。中空轴31是在马达30的两个端部处是开放的。压缩配件10限定穿过其的中空芯部16。中空芯部16在配件10的两个端部处是开放的。在操作中，压缩配件10定位在马达30的中空轴31中。螺杆20定位在压缩配件10的中空内孔16中。当螺杆20被进一步插入压缩配件10中时，压缩配件10膨胀，在中空轴31内形成向外的径向力，该径向力使压缩配件10与马达30接合。

中空轴31的内径和压缩配件10的外径匹配成最小滑动配合状态。中空轴31的内径可以是具有机加工表面光洁度的标准通孔公差。压缩配件10的外径优选地被机器精加工，以使得接口能够实现增加的摩擦力和较高的扭矩能力。

如图1A-1D所示，压缩配件10包括位于可膨胀的端部18处的膨胀部11和位于固定的端部17处的凸缘12。膨胀部11由平行于压缩配件10的纵向轴线A延伸的至少两个纵向狭缝13产生，这允许此直径部段在内部力下膨胀。狭缝13被构造成限定膨胀部11，狭缝13产生相等的向外力以确保螺杆20、配件10和马达30的对齐。例如，单个狭缝将产生不均匀的向外力，并且因此造成元件的不对齐。

压缩配件10包括凸缘12，凸缘12设计成与马达径向轴承33的内座圈32配合。这控制配件10进入到马达30的深度。

中空芯部16的内表面14从固定的端部17向内渐缩至可膨胀的端部18。螺纹15位于中空芯部16内部的可膨胀的端部18处，并且将在下文中更详细地描述。

螺杆20在图2A-2C中示出。螺杆20包括渐缩的端部21、螺纹22和内孔23。内孔23的内表面为带螺纹的。螺纹22被构造成与将由线性致动器(未示出)移动的元件连接。螺杆20的渐缩的端部21的角度被构造成与中空芯部16的锥形配合。如上所述，锥形用来使螺杆居中并控制同心度和径向跳动。锥形也允许配件10在拉伸负载下膨胀。虽然螺纹22示出为沿着渐缩的端部21延伸，但不要求螺纹沿着螺杆20的此部段延伸。例如，渐缩的端部21可包括平滑的机加工、凹槽和/或脊。

如上所述，配件10的膨胀在配件10的外径和轴31的内径之间产生过盈量(interference)。该过盈量提供了轴向和扭矩反作用负载能力。配件10和螺杆20的锥形也将螺杆和轴拉至对齐，并且确保螺杆的精确定位，从而消除了后期组装螺杆校直。

在一个实施例中，用于使配件10膨胀的拉伸负载由垫圈40和定位螺钉50产生。图4示出了螺杆20、配件10、垫圈40和定位螺钉50的部分剖开视图。螺杆20穿过固定的端部17定位在配件10内。定位螺钉50穿过可膨胀的端部18被拧入内孔23中。定位螺钉50经由垫圈40保持在可膨胀的端部处，如果定位螺钉50的头部大到足以避免进入中空芯部16中，垫圈当然是可选的。随着定位螺钉50被拧入内孔23中，螺杆20被拉入中空芯部16内，其中，锥形21与内表面14上的锥形接合。随着螺杆20被进一步拉入配件10中，膨胀部11被径向向外挤压，并且与轴31的内表面14接触，从而在螺杆20、配件10和轴31之间形成紧密配合。

螺杆20从配件10的移除以相反的过程进行。即，定位螺钉50被从内孔23拧出以释放螺杆20。在压力配合之后，有时螺杆20可能变得与配件10接合，使得定位螺钉50的移除不足以从配件10释放螺杆20。在这种情况下，在配件10的可膨胀的端部18的内表面上设有螺纹15。配件10在螺纹15处的直径大于定位螺钉50的直径，使得螺纹15不干涉定位螺钉50。如果螺杆20与配件10接合，就可以在螺纹15处将移除螺钉(未示出)插入配件10中，以将螺杆20推出配件10外。因此，螺纹15对于将螺杆20初始接合到配件10内来说不是必要的，而是提供用于方便从配件10移除螺杆20。

在图5中所示致动器系统的备选实施例中，中空轴马达被替换成带有盲孔的马达，即，不完全延伸穿过马达并且在一个端部处封闭的轴，并且提供了将螺杆紧固到配件中的第二方法。例如，螺杆20可配有在与渐缩的端部21相对的端部处的六角驱动配件。六角驱动件可由六角扳手使用以将螺杆20插入马达轴31中的配件10中。

在图6中所示的另一个实施例中，马达轴33被构造有一体化的渐缩特征，以直接与螺杆20的渐缩的端部21连接。在该实施例中，轴33仅部分地延伸穿过马达30。在轴33的后端处，限定无螺纹的孔，使得定位螺钉50可延伸穿过其中并与带螺纹的内孔23接合。操作类似于上文所述。

在图7中所示的又一个实施例中，马达轴33被构造有一体化的渐缩特征71，以直接与螺杆20的渐缩的端部21连接。渐缩轴马达不完全延伸穿过马达并且在一个端部处封闭，并且提供了紧固螺杆的第二方法。例如，螺杆20可配有在与其渐缩的端部21相对的端部处的六角驱动配件。六角驱动件可由六角扳手使用以将螺杆20插入马达轴31中的配件10中。

在图8中所示的实施例中，马达轴33被构造有一体化的渐缩特征71，以直接与螺杆20的渐缩的端部21连接。在该实施例中并且类似于图6的实施例，轴33仅部分地延伸穿过马达30。在轴33的后端处，限定无螺纹的孔使得定位螺钉50可延伸穿过其中并与带螺纹的内孔23接合。操作类似于上文所述。

应当理解，上面的一般性说明和下面的详细说明都只是示例性的和解释性的，并且不限制所要求保护的本发明。以引用方式并入本文且构成本说明书一部分的附图示出了本发明的某些实施例，并且与具体说明一起用来解释本发明的原理。

本文已结合线性致动器描述了本发明，但可以构思到其它应用。

在本申请已按具体顺序列出方法或程序的步骤的情况下，可能可以或甚至在某些情况下适宜改变执行某些步骤的顺序，并且下文阐述的方法或程序权利要求的特定步骤并非意图被理解为是特定顺序的，除非在权利要求中明确地叙述了这样的顺序特异性。

虽然所述装置和方法的优选实施例参照它们发展的环境来描述，但这仅仅是举例说明了本发明的原理。上述组件的修改或组合、其它实施例、构型和用于执行本发明的方法、以及对于本领域的技术人员来说显而易见的本发明多方面的变型旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种线性驱动组件，包括：

线性驱动马达，所述线性驱动马达包括马达轴，所述马达轴具有沿着所述马达轴的纵向轴线限定的第一端部和第二端部，所述马达轴限定位于所述马达轴中的第一内孔，所述第一内孔至少部分地沿着所述马达轴的所述纵向轴线而从所述马达轴的所述第一端部延伸，所述马达轴限定所述第一内孔内的锥形，并且所述马达轴限定位于所述马达轴中的第二内孔，所述第二内孔与所述第一内孔连接并延伸到所述马达轴的所述第二端部；

螺杆，所述螺杆具有沿着所述螺杆的纵向轴线限定的第一端部和第二端部，所述螺杆在所述螺杆的所述第一端部处包括渐缩的端部，所述渐缩的端部被构造成与所述第一内孔内的所述锥形基本上配合，并且所述螺杆限定带螺纹的内孔，所述带螺纹的内孔至少部分地沿着所述螺杆的所述纵向轴线而从所述渐缩的端部延伸；以及

定位螺钉，所述定位螺钉具有头部和带螺纹部，所述带螺纹部被构造成延伸穿过所述第二内孔并在所述螺杆安装于所述马达轴内时与所述螺杆的所述带螺纹的内孔配合，

其中，所述定位螺钉向所述第一内孔内的紧固使所述螺杆的所述渐缩的端部与所述马达轴的所述第一内孔内部的所述锥形接合。

2.根据权利要求1所述的线性驱动组件，其中，所述螺杆的所述第二端部被构造为螺母或承窝以容纳工具。

3.根据权利要求1所述的线性驱动组件，还包括定位在所述定位螺钉的所述头部和所述马达轴之间的垫圈。

4.根据权利要求1所述的线性驱动组件，其中，所述螺杆(20)具有外部螺纹(22)。

5.一种线性驱动组件，包括：

马达轴，用于线性驱动马达，所述马达轴具有沿着所述马达轴的纵向轴线限定的第一端部和第二端部，所述马达轴限定位于所述马达轴中的第一内孔，所述第一内孔至少部分地沿着所述马达轴的所述纵向轴线而从所述马达轴的所述第一端部延伸，所述马达轴限定所述第一内孔内的锥形，并且所述马达轴限定位于所述马达轴中的第二内孔，所述第二内孔与所述第一内孔连接并延伸到所述马达轴的所述第二端部；以及

螺杆，所述螺杆具有沿着所述螺杆的纵向轴线限定的第一端部和第二端部，所述螺杆在所述螺杆的所述第一端部处包括渐缩的端部，所述渐缩的端部被构造成与所述第一内孔内的所述锥形基本上配合，并且所述螺杆限定带螺纹的内孔，所述带螺纹的内孔至少部分地沿着所述螺杆的所述纵向轴线而从所述渐缩的端部延伸；以及

定位螺钉，所述定位螺钉具有头部和带螺纹部，所述带螺纹部被构造成延伸穿过所述第二内孔并在所述螺杆安装于所述马达轴内时与所述螺杆的所述带螺纹的内孔配合，

其中，所述定位螺钉向所述第一内孔内的紧固使所述螺杆的所述渐缩的端部与所述马达轴的所述第一内孔内部的所述锥形接合。

6.根据权利要求5所述的线性驱动组件，其中，所述螺杆的所述第二端部被构造为螺母或承窝以容纳工具。

7.根据权利要求5所述的线性驱动组件，还包括定位在所述定位螺钉的所述头部和所述马达轴之间的垫圈。

8.根据权利要求5所述的线性驱动组件，其中，所述螺杆(20)具有外部螺纹(22)。