[发明专利]非反向驱动丝杠机构

说明书

技术领域

本发明涉及用于将旋转运动转换为直线平移运动(反之亦然)的丝杠机构的领域。更具体地，本发明涉及一种非反向驱动丝杠机构。

背景技术

滚柱和滚珠丝杠机构用于各种工业，例如通过将旋转运动转换成直线运动来位移负荷。

滚柱丝杠机构通常设置有具有外螺纹的丝杠、围绕该丝杠布置并具有内螺纹的螺母、以及具有接合丝杠与螺母的外内螺纹的外螺纹的多个纵向滚柱。每个滚柱的外螺纹通过由向外延伸的圆柱形螺栓或枢轴轴向延伸的齿轮齿本身在每一端轴向延伸。

在第一类型的滚柱丝杠机构中，滚柱的螺纹和螺母的螺纹具有的螺旋角彼此相同并且不同于丝杠的螺纹，使得当丝杠相对于螺母旋转时，滚柱自行旋转并且围绕丝杠滚动，而不在螺母内轴向移动。滚柱由齿轮旋转地引导，该齿轮安装在螺母的非螺纹部上并且具有与所述滚柱的齿轮齿啮合的内齿轮齿。滚柱丝杠机构还包括两个端部隔离环，每个沿径向安装在丝杠与相关的齿轮之间。每个隔离环包括多个轴向通孔，其内部容纳有滚柱的螺栓。隔离环使得滚柱能被携带且其中的常规周向间隔能被保持。这种机构被称为标准的行星滚柱丝杠。

第二类型的滚柱丝杠机构具有相似的工作原理，但因反转布置(invertedarrangement)而是不同的。滚柱、丝杠以及螺母的螺纹的螺旋角被选择成使得，当丝杠相对于螺母旋转时，滚柱围绕丝杠自行旋转，并且在螺母中沿轴向移动。滚柱由设置在丝杠上且与滚柱的齿轮齿啮合的外齿轮齿旋转地引导。还提供了两个隔离环，以确保滚柱的均匀周向位置。这种机构被称为反转行星滚柱丝杠。

还公知的是一种滚柱丝杠机构，其包括的滚珠没有外螺纹但具有接合丝杠外螺纹和螺母内螺纹的凹槽。当丝杠或螺母旋转时，滚柱在所述螺母中沿轴向位移。在完整旋转之后，每个滚柱由设置在螺母端部的凸轮返回到其初始位置。这种机构被称为再循环滚柱丝杠，并且可以是标准或倒立型的。

在滚珠丝杠机构中，由接合到设置在所述丝杠和螺母上的这两个螺纹的多个滚珠来实现丝杠和螺母之间的滚动接合。再循环装置可以设置在螺母上来实现滚珠的再循环。这种机构被称为标准的滚珠丝杠。可替代地，再循环装置可以设置在丝杠上。这种机构被称为反转滚珠丝杠。对于滚珠丝杠机构来说，滚柱丝杠机构的主要优点是，其可容许的静态和动态载荷能力较高。

滚珠和滚柱丝杠机构被设计成在所有情况下是可逆的或反向驱动的。因此，如果在丝杠机构的应用中要避免反向驱动，则有必要提供附加的制动机构，例如比如减速器或制动器。

例如，在用于控制流体流动的阀例如闸阀、控制或调节阀或节流阀的领域中，阀操作器组件与所述阀相关，用于选择性地向上和向下驱动阀杆。阀操作器组件通常包括丝杠机构来将手轮的旋转转换成阀杆的轴向运动。由于丝杠机构易于采用由流体施加的向上力在流体压力下向后驱动，阀可被无意地打开或关闭。这种向后驱动不仅可以导致具有所需流量调节的问题，而且还会导致伤害到操作者，例如被旋转的手轮击打。因此，对于闸阀来说，平衡系统通常设置在闸阀的阀体上来防止这些缺点。所述系统可以包括平衡杆，其设置在阀体上并且其暴露于流体压力，以抵消或平衡施加在闸上的力。

发明内容

本发明的一个目的是克服这些缺点。

本发明的特别目的是提供一种不是可逆的或反向驱动的丝杠机构。

本发明的进一步目的是提供一种丝杠机构，其中对于设置在丝杠上的轴向载荷来说，自动防止螺母的旋转。

在一实施例中，所述丝杠机构包括设置有外螺纹的丝杠、围绕并且与所述丝杠同轴的螺母，所述螺母设置有内螺纹，以及包括多个滚动元件，所述滚动元件沿径向设置在所述丝杠和螺母之间并且与所述外螺纹和内螺纹接合。所述滚动元件与丝杠或螺母之间的接触直径D_接触被定义为：

其中L对应于所述丝杠机构的导程，以及

其中Φ对应于确定的非反向驱动因子，其被选择为从0°<Φ≤1°，提供所述接触直径以防止所述机构的反向驱动。

在一实施例中，当所述滚动元件是滚柱时，所述接触直径设置在所述滚动元件与螺母之间，且所述滚柱相对于所述螺母沿轴向与所述丝杠一起移动。所述丝杠螺纹或螺母螺纹的头数可以为从1至10，优选的是从2至6，更特别的是从2至4。

在另一实施例中，当所述滚动元件是滚柱时，所述接触直径设置在所述滚动元件与丝杠之间，且所述滚柱相对于所述丝杠沿轴向与所述螺母一起移动。所述丝杠螺纹或螺母螺纹的头数可以为从3至10，优选的是从3至8，更特别的是从4至6。