夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母，它属于利用螺纹副连接的紧固件及传动件领域。它是为了方便、快速、灵活地实现螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制。它的压电伸缩圆环由多片压电伸缩片组成；压电伸缩片的伸缩方向与压电伸缩片的厚度方向相同；每个环槽内都镶嵌有一个压电伸缩圆环；自由梁状态的螺母基体的外圆面上还设置有多条深槽或多列小孔；所有压电伸缩片可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同。本发明能在压电伸缩片输入驱动信号时，使螺母基体的自锁工作状态改变为解锁工作状态，即螺纹副间的摩擦系数大幅度减小，使螺母基体与螺杆之间的自锁工作状态消失。
1.夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母，其特征在于它是由自由梁状态的螺母基体(1)、多个压电伸缩圆环(2)组成；
自由梁状态的螺母基体(1)为自由梁约束方式，自由梁状态的螺母基体(1)中部设置有一法兰盘(1-4)，法兰盘(1-4)的平面上加工有若干个用于安装固定用的定位孔(1-3)；
自由梁状态的螺母基体(1)的内圆面上设置有内螺纹(1-2)，自由梁状态的螺母基体(1)的内螺纹(1-2)中旋转连接有螺杆(1-5)，自由梁状态的螺母基体(1)的外圆面圆周上开有多个环槽(1-1)，并分布在法兰盘(1-4)的两侧，且法兰盘(1-4)两侧环槽(1-1)的个数相等；在自由梁状态的螺母基体(1)的外圆面上，绕圆周方向还设置有多条深槽(3)或多列小孔(4)；其中一半数量的多条深槽(3)或多列小孔(4)设置在法兰盘(1-4)右侧的环槽(1-1)与自由梁状态的螺母基体(1)的右侧端面之间；其中另一半数量的多条深槽(3)或多列小孔(4)设置在法兰盘(1-4)左侧的环槽(1-1)与自由梁状态的螺母基体(1)的左侧端面之间；所述多条深槽(3)或多列小孔(4)均沿自由梁状态的螺母基体(1)的外圆面螺旋线设置，其螺旋线的方向相对于法兰盘(1-4)为中心左右相对称或左右反向对称；压电伸缩圆环(2)由多片压电伸缩片(2-1)组成；所有压电伸缩片(2-1)为圆环垫片形，压电伸缩片(2-1)的伸缩方向与压电伸缩片(2-1)的厚度方向相同，多片压电伸缩片(2-1)依次叠加连接；其特征在于自由梁状态的螺母基体(1)的内螺纹(1-2)的螺纹升角小于内螺纹(1-2)与螺杆(1-5)连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体(1)的每个环槽(1-1)内都镶嵌有一个压电伸缩圆环(2)，压电伸缩圆环(2)的两侧端面分别与环槽(1-1)内的两侧端面连接；所有压电伸缩片(2-1)成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同；压电伸缩片(2-1)的驱动频率与自由梁状态的螺母基体(1)的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体(1)处于超声振动状态；压电伸缩片(2-1)的驱动电信号波形为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号或三角波形交流电信号。
2.根据权利要求1所述的夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母，其特征在于所述自由梁状态的螺母基体(1)的内螺纹(1-2)和螺杆(1-5)的外螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母
技术领域
[0001] 本发明属于利用螺纹副连接的紧固件及传动件领域。
背景技术
[0002] 基于螺纹副形式的紧固件与传动件在当今各行业中的装备、系统、装置及机构中应用十分广泛。对于螺纹副连接副来讲，主要存在两种工作状态，分别为螺纹自锁状态和非自锁状态，其中后者也可称为解锁状态。对于螺纹副的自锁工作状态，所采用的螺纹副一般应满足螺纹自锁条件，即螺纹升角小于螺纹副间的当量摩擦角，主要应用场合为零部件的紧固、滑动传动导轨以及进行力传递的千斤顶等方面；对于螺纹副的解锁工作状态，即满足螺纹升角大于螺纹副间的当量摩擦角，主要是利用螺母与螺杆间的旋合传递系统的运动和动力输出，具体体现在以下三个方面，一是实现旋转运动与直线运动间的转换，二是用于调整系统中各零部件间的相互位置，三是以较小的输入转矩获得较大的输出推力等。目前，对于螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制，往往需要同时采用具有自锁功能的自锁螺母与相应解锁机构联合工作才能实现，这类通过附加解锁结构方式实现螺纹副的自锁与解锁状态转换功能的机构存在结构复杂、操作繁琐、制作成本高等问题，限制了螺纹副紧固件与传动件的应用场合。
发明内容
[0003] 为了方便、快速、灵活地实现螺纹副间自锁与解锁两种工作状态的转换与控制，本发明提出了一种夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母。
[0004] 所述夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母，是由自由梁状态的螺母基体、多个压电伸缩圆环组成；
[0005] 自由梁状态的螺母基体为自由梁约束方式，自由梁状态的螺母基体中部设置有一法兰盘，法兰盘的平面上加工有若干个用于安装固定用的定位孔；自由梁状态的螺母基体的内圆面上设置有内螺纹，自由梁状态的螺母基体的内螺纹中旋转连接有螺杆，自由梁状态的螺母基体的外圆面圆周上开有多个环槽，并分布在法兰盘的两侧，且法兰盘两侧环槽的个数相等；在自由梁状态的螺母基体的外圆面上，绕圆周方向还设置有多条深槽或多列小孔；其中一半数量的多条深槽或多列小孔设置在法兰盘右侧的环槽与自由梁状态的螺母基体的右侧端面之间；其中另一半数量的多条深槽或多列小孔设置在法兰盘左侧的环槽与自由梁状态的螺母基体的左侧端面之间；所述多条深槽或多列小孔均沿自由梁状态的螺母基体的外圆面螺旋线设置，其螺旋线的方向相对于法兰盘为中心左右相对称或左右反向对称；压电伸缩圆环由多片压电伸缩片组成；所有压电伸缩片为圆环垫片形，压电伸缩片的伸缩方向与压电伸缩片的厚度方向相同，多片压电伸缩片依次叠加连接；其特征在于自由梁状态的螺母基体的内螺纹的螺纹升角小于内螺纹与螺杆连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体的每个环槽内都镶嵌有一个压电伸缩圆环，压电伸缩圆环的两侧端面分别与环槽内的两侧端面连接；所有压电伸缩片成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同；压电伸缩片的驱动频率与自由梁状态的螺母基体的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体处于超声振动状态；压电伸缩片的驱动电信号波形为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号或三角波形交流电信号。
[0006] 本发明能在压电伸缩片输入驱动信号时，使螺母基体的自锁工作状态改变为解锁工作状态，即螺纹副间的摩擦系数大幅度减小，使螺母基体与螺杆之间的自锁工作状态消失。本发明还具有结构简单、制作成本低、应用范围广的优点，可用于机械传动系统中的通断、定位及速度控制等方面，扩展了螺纹副紧固件与传动件的应用领域。
附图说明
[0007] 图1是本发明的夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母中旋转连接有螺杆1-5后的结构示意图；
[0008] 图2是图1中压电伸缩圆环2展开分解后的结构示意图；
[0009] 图3是图2中压电伸缩片2-1结构示意图；
[0010] 图4是图1中自由梁状态的螺母基体1的外圆面上设置有多条深槽3后的结构示意图；
[0011] 图5是图1中自由梁状态的螺母基体1的外圆面上设置有多列小孔4后的结构示意图。
具体实施方式
[0012] 具体实施方式一：参见图1、图2、图3进行说明，本具体实施方式是由自由梁状态的螺母基体1、多个压电伸缩圆环2组成；
[0013] 自由梁状态的螺母基体1为自由梁约束方式，自由梁状态的螺母基体1中部设置有一法兰盘1-4，法兰盘1-4的平面上加工有若干个用于安装固定用的定位孔1-3；自由梁状态的螺母基体1的内圆面上设置有内螺纹1-2，自由梁状态的螺母基体1的内螺纹1-2中旋转连接有螺杆1-5，内螺纹1-2的螺纹升角小于内螺纹1-2与螺杆1-5连接螺纹副间的当量摩擦角；自由梁状态的螺母基体1的外圆面圆周上开有多个环槽1-1，并分布在法兰盘1-4的两侧，且法兰盘1-4两侧环槽1-1的个数相等；在自由梁状态的螺母基体1的外圆面上，绕圆周方向还设置有多条深槽3或多列小孔4；其中一半数量的多条深槽3或多列小孔4设置在法兰盘1-4右侧的环槽1-1与自由梁状态的螺母基体1的右侧端面之间；其中另一半数量的多条深槽3或多列小孔4设置在法兰盘1-4左侧的环槽1-1与自由梁状态的螺母基体1的左侧端面之间；所述多条深槽3或多列小孔4均沿自由梁状态的螺母基体1的外圆面螺旋线设置，其螺旋线的方向相对于法兰盘1-4为中心左右相对称或左右反向对称；压电伸缩圆环2由多片压电伸缩片2-1组成；所有压电伸缩片2-1为圆环垫片形，压电伸缩片2-1的伸缩方向与压电伸缩片2-1的厚度方向相同，多片压电伸缩片2-1依次叠加连接；每个环槽1-1内都镶嵌有一个压电伸缩圆环2，压电伸缩圆环2的两侧端面分别与环槽1-1内的两侧端面连接；所有压电伸缩片2-1可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位相同。
[0014] 具体实施方式二：参见图1、图2、图3进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述压电伸缩片2-1的驱动频率与自由梁状态的螺母基体1的共振频率相吻合或相近，以此激发自由梁状态的螺母基体1处于超声振动状态；压电伸缩片2-1的驱动电信号波形可为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、三角波形交流电信号或锯齿形交流电信号。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
[0015] 具体实施方式三：参见图1、图2、图3进行说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述自由梁状态的螺母基体1的内螺纹1-2和螺杆1-5的外螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
[0016] 工作原理：夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母主要是通过压电伸缩片2-1激励可解锁螺母处于高频率(频率一般大于1000Hz)的微幅振动状态，利用高频振动所产生的减摩效应降低可解锁螺母与螺杆间的摩擦系数，破坏螺纹副间的自锁条件，使得可解锁螺母处于解锁工作状态。由超声频率内(频率一般大于13kHz)的微幅振动所导致的超声减摩效应是高频振动的减摩效应中的一种，主要是指在两个运动副处于摩擦状态时，通过超声振动的施加使得其中一个或两个接触表面处于超声振动状态而导致接触面间摩擦系数减小的现象，目前这一现象已经被大量的实验研究所证实，本发明主要利用高频振动产生的减摩效应这一原理进行工作。
[0017] 夹心式自由梁纵扭模态转换工作模式的可解锁螺母主要利用压电伸缩片2-1激发自由梁状态的螺母基体1产生为沿轴向方向的纵向振动，通过在自由梁状态的螺母基体1上设置的多条深槽3或多列小孔4耦合产生绕轴线方向的扭转变形。所述压电伸缩片2-1可更换成磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
