线性致动器组件的制作方法

线性致动器组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种线性致动器组件(2)，该线性致动器组件(2)包括外壳、输出轴(6)、鼻条(34)和负压装置。所述输出轴(6)限定致动器组件轴线，并且能够相对于所述外壳沿着致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动。所述鼻条(34)可滑动地安装到所述输出轴上，并能够相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动。所述鼻条和所述输出轴合作限定用于容纳一定量的流体的腔室(54、56、62)，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述腔室的体积小于当所述鼻条位于所述伸出位置时的体积。负压装置能够连接于腔室，并且能够选择性地操作以降低密封体积中的压力，从而从伸出位置朝向缩回位置推动鼻条。
【专利说明】线性致动器组件
[0001]本发明涉及一种线性致动器组件。
[0002]自冲铆接(SPR)是一种点连接技术，其中自冲铆钉被冲头驱动进入在模具上支撑的分层工件中。模具的形状设置为当铆钉朝着模具被驱动到工件中，工件的材料塑性地变形。工件材料的这种流动引起铆钉的环形尖端向外张开，并且通过工件材料的镦粗环(upset annulus)保持密封。铆钉张开的尖端与工件的镦粗环互锁，防止铆钉的移动，或工件各层的分离。
[0003]通过使用线性致动器将铆钉插入到工件中，线性致动器朝固定的工件和模具驱动冲头和铆钉，或朝固定的铆钉和冲头驱动模具和工件(前一种设置更加常见)。许多不同类型的线性致动器可以用于SPR，但是最常见的类型是液压缸或发动机驱动的致动器(更具体地，发动机驱动的电动致动器)。与诸如螺线管这样的电动致动器不同，发动机驱动的电动致动器利用传统的旋转发动机。发动机操作滚珠丝杠、丝杠或滚柱丝杠机构，从而产生输出轴的线性运动。这三种机构都遵循相同的基本格式一发动机旋转第一螺纹件，该第一螺纹件与第二螺纹件(直接或间接)啮合，第二螺纹件是输出轴的一部分。如果第一螺纹件和第二螺纹件一致旋转，则不会产生线性运动。然而，如果第一螺纹件相对于第二螺纹件旋转(例如，如果阻止第二螺纹件旋转)，则第一螺纹件的旋转会转换为第二螺纹件的线性运动。
[0004]例如，丝杠机构包括与外螺纹螺丝轴直接啮合的内螺纹螺母。如果螺丝轴与发动机连接，并且螺母与输出轴连接，则螺丝轴构成第一螺纹件，螺母构成第二螺纹件。通过使用发动机旋转螺丝轴，螺母沿着螺丝轴运动，并且输出轴线性运动。上述内容也与滚珠丝杠机构相关，除了螺母和螺丝轴不直接啮合。相反，它们通过设置在它们之间的一组滚珠轴承间接啮合。相似地，滚柱丝杠机构也遵循上述原则，但是螺丝轴和螺母通过一组螺纹滚柱间接啮合。
[0005]虽然在螺纹件并排设置的情况下，存在利用第一螺纹件和第二螺纹件将旋转运动转换为线性运动的机构，但是在传统的致动器(特别是对于诸如SPR这样的高动力应用)中，第一螺纹件和第二螺构件同中心地设置。更具体地，第一螺纹件(与发动机连接)外部带有螺纹，第二螺纹件(输出轴的一部分)内部带有螺纹，第一螺纹件被容纳在第二螺纹件内。简单地说，第一螺纹件的形式为螺栓，第二螺纹件的形式为螺母。为了获得紧凑性，第二螺纹件内的空间——第一螺纹件被容纳在该空间内——伸出超出第二螺纹件，并伸出入输出轴的主体(输出轴的不由第二螺纹件组成的部分)，从而允许这两个零件更充分地嵌套。这种设置带来的一个问题是在输出轴为管状以容纳第一螺纹件的情况下，当致动器形成用于特定应用的致动器组件的一部分时，该应用所需要的外围组件(例如，下面讨论的SPR的分离弹簧和夹持弹簧)必须安装在输出轴外部。这增加了作为整体的致动器组件的尺寸。
[0006]如上所述，为了使发动机驱动的致动器运行，第一螺纹件必须相对于第二螺纹件旋转。也就是说，必须限制第二螺纹件的旋转。按照惯例，这是通过在致动器的外壳前面固定一个支撑管来实现的，输出轴可以在所述外壳内运动。输出轴上设置有键，这些键容纳在支撑管中的键槽内，由此防止输出轴(以及第二螺纹件)旋转。但是，键槽以及支撑管必须至少和致动器的行程长度一样长，由此输出轴的键保持容纳在其中。这增加了组件的整体长度，使其更加笨重。
[0007]在点连接操作例如SPR中，所使用的致动器组件必须包含向冲头供给紧固件(例如，自冲铆钉)的机构。按照惯例，这是通过能够相对于外壳和输出轴移动的鼻条(nosepiece)实现的。鼻条支撑在伸出位置上，在该位置上，鼻条借助分离弹簧突出超出冲头的尖端。铆钉供给机构安装到鼻条上，或者包括在鼻条中。当致动器的输出轴前进(即，朝着工件伸出)以驱动铆钉时，鼻条(或附加在它上面的组件)首先与工件接触。输出轴朝着工件的进一步伸出引起输出轴相对于鼻条向前移动，即引起鼻条相对于输出轴后移，从而压缩分离弹簧。在铆钉插入之后，随着输出轴开始缩回，分离弹簧迫使鼻条继续向前移动。因此，鼻条再次相对于输出轴向前移动。鼻条的这种往复运动被用于操作铆钉供给机构，使下一个铆钉前进到冲头前面的位置上。
[0008]在某些点连接应用例如SPR中，可以通过在插入铆钉的过程中夹紧工件来改善接缝的质量。通常地，这是通过使用在鼻条上设置或安装到鼻条上的环形夹持表面实现的。夹持弹簧定位为当鼻条接近其相对于输出轴的最靠后位置时，夹持弹簧对鼻条施加额外的力，通过增加的力推动鼻条向前(从而推动夹持表面挤压在工件上)。在输出轴完成其向前移动时维持该增加的力，从而在铆钉插入时夹紧工件。
[0009]由于鼻条通过分离弹簧和夹持弹簧被向前推动，当未向其施加任何力时，鼻条向前突出至可能的最大程度。这增加了致动器组件的整体长度。如果致动器组件安装到力反馈框架上，例如和模具相对，这导致在输出轴缩回时模具和鼻条尖端之间更小的间隙。反过来，这限制了能够插入间隙中的工件的尺寸。在工件太大而难以适应该间隙的情况下，唯一的选择是利用具有增加的行程长度的致动器(因此能够移动跨过较大的间隔到达模具)。这增加了所需致动器组件的整体尺寸和重量。
[0010]本发明的一个目的是减轻或消除上述缺点中的一个，和/或提供一种改进的或替代的线性致动器组件。
[0011 ]根据本发明的第一个方面，提供了一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括:
[0012]外壳；
[0013]输出轴，该输出轴限定致动器组件轴线，所述输出轴可以相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动；
[0014]鼻条，该鼻条可滑动地安装到所述输出轴，并可以相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动；以及
[0015]负压装置，
[0016]其中:
[0017]所述鼻条和所述输出轴合作限定用于容纳一定量的流体的腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述腔室的体积小于当所述鼻条位于所述伸出位置时的体积；
[0018]所述负压装置可以连接于所述腔室；以及
[0019]所述负压装置可以选择性地操作以降低密封体积中的压力，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。
[0020]例如，在致动器组件安装到与模具相对的力反馈框架上的情况下，负压装置使鼻条可以朝着缩回位置移动，从而可以允许鼻条和模具之间的间隙增大。反过来，相对于具有相同行程长度的传统致动器而言，这可以允许较大的工件插入到力反馈框架中。通过以这种方式选择性减小致动器组件轴向长度的能力而提供的紧凑性在其他情况下也是有利的，例如不使用力反馈框架的情况下。
[0021 ]在根据本发明的第一个方面的结构中:
[0022]所述鼻条和所述输出轴还可以合作限定用于容纳一定量的流体的附加腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述附加腔室的体积大于当所述鼻条位于所述伸出位置时的体积；
[0023]所述附加腔室可连接于增压流体源，并设置为使得来自所述源的流体的引入增加所述腔室的体积，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。
[0024]所述负压装置可以通过鼻条连接于所述腔室。
[0025]所述负压装置可以通过鼻条连接于腔室是有利的，因为可以更容易接近所述鼻条，从而对作为整体的组件的设计限制较少。
[0026]作为替代选择，负压装置可以通过输出轴与腔室连接，或者在其由鼻条和输出轴限定的部分之间的接头处与腔室连接。
[0027]负压装置可以包括低压气体罐，在这种情况下，负压装置的操作可以包括打开罐子和腔室之间的阀门。作为替代选择，负压装置可以包括栗，例如凸轮栗、螺杆栗、活塞栗或喷射栗(例如，文丘里栗)，在这种情况下，负压装置的操作可以包括激活栗。
[0028]负压装置的操作可以将鼻条推动到缩回位置，或者伸出位置和缩回位置之间的中间位置。
[0029]根据本发明的第二个方面，提供了一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括:
[0030]外壳；
[0031 ]输出轴，该输出轴限定致动器组件轴线，所述输出轴可以相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动；以及
[0032]鼻条，该鼻条可滑动地安装到所述输出轴，并可以相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动，
[0033]其中:
[0034]所述鼻条和所述输出轴合作限定用于容纳一定量的流体的腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述腔室的体积大于当所述鼻条位于所述伸出位置时的体积;并且
[0035]所述腔室可以连接于增压流体源，并设置为使得来自所述源的流体的引入增加所述腔室的体积，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。
[0036]例如，在致动器组件安装到与模具相对的力反馈框架上的情况下，通过(通过从增压流体源供应流体)增加腔室的体积鼻条可以朝向缩回位置移动，以允许鼻条和模具之间的间隙增大。和本发明的第一个方面一样，相对于具有相同行程长度的传统致动器而言，这可以允许较大的工件插入到力反馈框架中。再次地，通过以这种方式选择性减小致动器组件轴向长度的能力而提供的紧凑性在其他情况下也是有利的，例如不使用力反应框架的情况下。
[0037]在本发明的第二个方面中，或者在本发明的第一个方面包括前述附加腔室的情况下，增压流体源可以是压缩气体罐、栗(例如上述示例中的任意一种)或任意其他合适装置。
[0038]根据本发明的任意方面，鼻条可以是单一组件或者多部分组件。它可以包括或者连接至紧固件供给机构和/或工件夹持表面。
[0039]腔室或腔室的至少一个可以容纳任意合适的流体，例如气体(或气体混合物)，例如氮气或空气，或者液体(或液体混合物)，例如油或水。
[0040]腔室或每个腔室可以具有任意合适的形式，例如圆柱形、棱柱形、环形和/或分段形状。
[0041]腔室或腔室的至少一个可以设置为选择性地被密封，从而允许鼻条和输出轴合作形成气压弹簧(gas spring)机构。该气压弹簧可以配置为拉伸和/或压缩工作。如果气压弹簧配置为压缩工作，则讨论的腔室必须容纳一定量的气体，而不是只容纳液体，或者什么都不容纳(例如，当空载时体积为零，或者容纳真空)。
[0042]鼻条和输出轴形成气压弹簧机构是有益的，因为在鼻条和输出轴之间提供弹性偏置。例如，在点连接应用中使用致动器的情况下，可以使用气压弹簧机构来代替分离弹簧和/或夹持弹簧。
[0043]可替代地，腔室或每个腔室可以保持不密封。例如，在本发明的第一个方面中，在负压装置是喷射栗的情况下，与喷射栗连接的腔室可以与栗保持连续的流体连通。在这种情况下，腔室中的压力在栗未运行时和环境压力均衡，并且在栗运行时降低到环境压力之下。
[0044]鼻条可以包括空腔，该空腔限定腔室或腔室的至少一个的一部分。
[0045]空腔可以具有任意合适的形式，例如它可以是圆柱形、棱柱形、环形和/或分段形状。
[0046]作为替代选择，腔室或每个腔室的由鼻条限定的部分可以是平壁或凸壁。
[0047]根据本发明的第一个方面，在负压装置可以通过鼻条连接于腔室(如上所述)，并且鼻条包括限定可连接于负压装置的腔室的一部分的空腔的情况下，负压装置可连接于所述空腔。
[0048]输出轴可以包括空腔，该空腔限定腔室或腔室的至少一个的一部分。
[0049]空腔可以具有任意合适的形式，例如它可以是圆柱形、棱柱形、环形和/或分段形状。
[0050]作为替代选择，腔室或每个腔室的由输出轴限定的部分可以是平壁或凸壁。
[0051]鼻条可滑动地容纳在输出轴的所述空腔内。
[0052]可替代地，鼻条可滑动地容纳在输出轴的空腔内而不是部分限定腔室的空腔(如果存在)，或者输出轴可滑动地容纳在鼻条中的空腔中(其中该空腔可能，或者可能不部分限定腔室或腔室的其中一个)。可替代地，鼻条和输出轴可以任何其他合适的方式可滑动地安装。
[0053]线性致动器组件还可以包括活塞，该活塞连接于输出轴并突出进入鼻条中的孔。
[0054]线性致动器组件还可以包括弹性元件，该弹性元件设置为从缩回位置朝向伸出位置推动鼻条。
[0055]弹性元件在鼻条和输出轴之间提供弹性偏置方面是有益的。在弹性偏置还由上述气压弹簧机构提供的情况下，弹性元件的弹性偏置可以对其进行补充或对抗它。
[0056]弹性元件可以定位为朝向伸出位置(例如，在致动器组件用于点连接应用中的情况下，它可以起分离弹簧的作用)或伸出位置和缩回位置之间的中间位置(例如，在致动器组件用于点连接应用中的情况下，它可以起夹持弹簧的作用)推动鼻条。
[0057]弹性元件可以是弹性构件，例如弹性杆、弹性管或弹性块，或者可以是弹簧，例如盘簧、螺旋弹簧、叶簧、贝尔维尔(Belleville)垫圈或气压弹簧。
[0058]弹性元件可以位于腔室或腔室的至少一个内。这可以提供有利的紧凑结构。
[0059]在鼻条和/或输出轴包括限定腔室或腔室的至少一个的一部分的空腔的情况下，弹性元件可以至少部分地位于所述空腔内。可替代地，弹性元件可以位于任意其他合适的位置上，例如位于输出轴和/或鼻条的外部。
[0060]在根据本发明的第一或第二个方面的结构中:
[0061 ]线性致动器组件还可以包括发动机，该发动机配置为相对于外壳旋转第一螺纹件；
[0062]输出轴可以包括第二螺纹件；以及
[0063]第一螺纹件和第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，以将第一螺纹件相对于第二螺纹件的旋转转变为第二螺纹件的线性运动，从而在伸出位置和缩回位置之间移动输出轴。
[0064]螺纹件可以被认为是具有螺旋运动转换界面，例如螺纹、容纳凸耳的螺旋槽或者容纳在螺旋槽中的凸耳的任意组件。
[0065]发动机可以是电动发动机、液压发动机或气动发动机。
[0066]第二螺纹件可以是一体形成于输出轴，或者可以是与输出轴连接的单独组件。
[0067]输出轴和外壳可以设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制输出轴和外壳的相对旋转。
[0068]防旋转特征可以配置为在正常使用过程中基本上防止输出轴和外壳的相对旋转。可替代地，它们可以配置为将相对旋转限制为某个角度范围，例如270度、180度或90度。
[0069]输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置。
[0070]替代地，或除此之外，输出轴可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置。
[0071]在输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置，并可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置的情况下，所述位置可以相同或者可以不相同。
[0072]根据本发明的第三个方面，提供了一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括:
[0073]外壳；
[0074]发动机，该发动机配置为相对于所述外壳旋转第一螺纹件；以及
[0075]输出轴，该输出轴包括第二螺纹件，所述输出轴限定致动器组件轴线并可以相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动，
[0076]其中:
[0077]所述输出轴和所述外壳设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制所述输出轴和所述外壳的相对旋转；
[0078]所述第一螺纹件和所述第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，从而将所述第一螺纹件相对于所述第二螺纹件的旋转转变为所述第二螺纹件的线性运动，从而在所述伸出位置和所述缩回位置之间移动所述输出轴；以及
[0079]所述输出轴可以移动至所述输出轴的防旋转特征与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置。
[0080]输出轴可以移动到该位置，以允许致动器组件在轴向上短于传统的致动器，在传统的致动器中，具有防旋转特征的组件固定到致动器上(如上所述，组件中的至少一个必须至少和致动器的行程长度一样长)。
[0081]输出轴的防旋转特征可以在所有位置上、多个位置上、或者单个位置上与第一螺纹件的螺纹轴向重叠。
[0082 ]发动机可以是电动发动机、液压发动机或气动发动机。
[0083]第二螺纹件可以一体形成于输出轴，或者可以是与输出轴连接的单独组件。
[0084]所述位置可以是伸出位置、缩回位置或不同位置(例如，伸出位置和缩回位置之间的中间位置，或超过伸出位置和伸缩位置的位置)。
[0085]输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置。所述位置可以与输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置相同或者不同。
[0086]在根据本发明的任意方面的结构中(其中输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置)，输出轴可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少20%的位置。例如，输出轴可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少30%或至少40%的位置。
[0087]此外，输出轴可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少50%的位置。例如，输出轴可以移动到输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少60%或至少70%的位置。
[0088]输出轴可以移动至输出轴的防旋转特征与第一螺纹件的螺纹在基本上它们的整个轴向长度上轴向重叠的位置。
[0089]根据本发明的第四个方面，提供了一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括:
[0090]外壳；
[0091]发动机，该发动机配置为相对于所述外壳旋转第一螺纹件；以及
[0092]输出轴，该输出轴包括第二螺纹件，所述输出轴限定致动器组件轴线并可以相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动，
[0093]其中:
[0094]所述输出轴和所述外壳设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制所述输出轴和所述外壳的相对旋转；
[0095]所述第一螺纹件和所述第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，以将所述第一螺纹件相对于所述第二螺纹件的旋转转变为所述第二螺纹件的线性运动，从而在所述伸出位置和所述缩回位置之间移动所述输出轴；以及
[0096]所述输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置。
[0097]由于第二螺纹件至少部分地容纳在第一螺纹件内，可以减少第二螺纹件及作为整体的输出轴的设计限制的数量。例如，可以允许输出轴限定中央空腔，该中央空腔可以形成上述腔室的一部分，可以形成传统气压弹簧机构的腔室的一部分，或者可以被用于包含其他组件，例如分离弹簧和/或夹持弹簧。相比之下，在第一螺纹件为实心杆的现有结构中，为了避免致动器组件的长度过大，输出轴必须为管状以容纳实心杆。这阻止了输出轴包含其他组件，例如上面提到的组件。这些组件必须设置在其他地方，从而增加了作为整体的致动器组件的尺寸。
[0098]输出轴可以在所有位置上、多个位置上、或者单个位置上至少部分地容纳在第一螺纹件内。
[0099]输出轴的容纳在第一螺纹件内的部分可以是第二螺纹件的一部分或全部和/或输出轴的剩余部分的一部分或全部。
[0100]第一螺纹件可以内部形成螺纹。当输出轴位于所述位置上时，输出轴的至少一部分可以容纳在第一螺纹件的内螺纹内。
[0101]所述位置可以是伸出位置、缩回位置或不同位置(例如，伸出位置和缩回位置之间的中间位置，或超过伸出位置或伸缩位置的位置)。
[0102]在根据本发明的任意方面的结构中(其中输出轴可以移动到其至少部分地容纳在第一螺纹件内的位置)，第一螺纹件可以内部形成螺纹，并且输出轴可以移动到它的至少一部分容纳在第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少50%的深度的位置。例如，输出轴可以移动到它的至少一部分容纳在第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少30 %或者至少40 %的深度的位置。
[0103]此外，输出轴可以移动至它的至少一部分容纳在第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少50%的深度的位置。例如，输出轴可以移动到它的至少一部分容纳在第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少60%或者至少70%的深度的位置。
[0104]输出轴可以移动到它的至少一部分容纳在第一螺纹件的螺纹内的位置，该容纳是沿着基本上它们的整个轴向长度。作为替代选择，第一螺纹件可以外部形成螺纹，第二螺纹件至少部分地容纳在第一螺纹件中的可替代位置上。
[0105]在根据本发明的任意方面的结构中(其中输出轴和外壳设置有互补的防旋转特征)，互补的防旋转特征可以包括键，该键设置在外壳和输出轴的其中一个上面，并突出到设置在外壳和输出轴的另一个中的键槽中。
[0106]作为替代选择，输出轴的横截面可以为非圆形，并容纳在外壳的具有互补形状的孔内(例如，输出轴可以是六角形，并容纳在外壳中的六角形孔内)。
[0107]键可以设置在外壳上，键槽可以设置在输出轴中。
[0108]将键槽设置在输出轴上是有益的，可以避免碰撞的风险(例如，与外壳或第一螺纹件碰撞)，如果键安装在输出轴上则可能存在碰撞的风险。
[0109]可替代地，键可以设置在输出轴上，而键槽设置在外壳中。
[0110]在根据本发明的任意方面的包括第一螺纹件和第二螺纹件的结构中，第一螺纹件和第二螺纹件可以设置为通过一个或多个中间螺纹件间接地互相作用。例如，第一螺纹件、第二螺纹件和中间螺纹件可以形成滚柱丝杠机构。可替代地，第一螺纹件和第二螺纹件可以设置为通过一个或多个非螺纹中间件间接地互相作用。例如，第一螺纹件、第二螺纹件和中间构件可以形成滚珠丝杠机构。作为替代选择，第一螺纹件和第二螺纹件可以设置为直接互相作用(例如，它们可以形成丝杠机构)。
[0111]根据本发明的第三个或第四个方面的线性致动器组件还可以包括鼻条，该鼻条可滑动地安装到输出轴，并可以相对于输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动。
[0112]在根据本发明的任意方面的包括鼻条的结构中，线性致动器组件还可以包括传感器，该传感器用于检测鼻条相对于输出轴或相对于致动器主体的位置。
[0113]传感器可以是任意形式。例如，它可以是光学传感器(例如，激光)、磁性传感器、感应传感器、电容传感器或涡流编码器。
[0114]根据本发明的第五个方面，提供了一种点连接装置，该点连接装置包括根据任意权利要求所述的线性致动器组件，其中线性致动器组件的输出轴连接于冲头，以驱动紧固件或模具或实现铆接或搅拌摩擦点焊(frict1n stir spot welding)操作。
[0115]根据本发明的第五个方面的点连接装置可提供相对于本发明的第一个、第二个、第三个以及第四个方面描述的一个或多个好处(例如，处理更多种工件几何结构的能力，和/或紧凑性)。
[0116]在输出轴包括活塞的情况下，冲头可以连接于活塞。
[0117]根据本发明的第六个方面，提供了一种制造产品的方法，该方法包括利用根据本发明的第五个方面的点连接装置将工件的两层或更多层固定在一起。
[0118]归功于涉及本发明的第一个、第二个、第三个以及第四个方面描述的一个或多个好处(例如，处理更多种工件几何结构的能力，和/或紧凑性)，根据本发明的第六个方面的方法可以更加通用并广泛应用。提高的通用性和更宽的适用性可以减少生产特定产品或一系列产品所需的装置的部件数量，从而降低能够生产这些产品的制造单元的尺寸和/或成本。
[0119]根据本发明的第七个方面，提供了一种产品，该产品包括由利用根据本发明的第五个方面的点连接装置或根据本发明的第六个方面的方法固定在一起的两层或更多层形成的工件。
[0120]归功于本发明的第五个和/或第六个方面的提高的通用性和/或适用性，根据本发明的第七个方面的产品的设计限制较少。例如，由于所需制造单元的尺寸和/或成本降低(如上所述)，产品的生产成本可以降低。作为替代选择，或者除此之外，产品可以包括工件，该工件的几何结构无法通过传统的方法和装置连接，或经济地连接。
[0121]关于本发明的第六个或第七个方面，产品可以是交通工具(例如，摩托车、汽车、货车、卡车或飞机)。工件层的例子包括载具的底盘、隔热/隔音板和汽车车身面板。更普遍地，传统的工件层通常是金属(例如，钢或铝)，但是也可以是任何其他合适的材料，例如聚合物或复合材料(例如，碳纤维)。
[0122]下面仅以举例方式参照附图对本发明的特定实施方式进行描述，在这些附图中:
[0123]图1是已知的发动机驱动的线性致动器的横截面侧视图；
[0124]图2是已知的线性致动器组件的局部横截面侧视图，其包括图1所示的线性致动器；
[0125]图3是图2所示线性致动器组件的一部分的横截面侧视图；
[0126]图4是根据本发明的一种实施方式的线性致动器组件的横截面侧视图，其中输出轴位于缩回位置，鼻条位于伸出位置；
[0127]图5A是图2所示致动器组件的侧视图，该致动器组件安装到力反馈框架的臂上；
[0128]图5B是实施方式中线性致动器组件的侧视图，该线性致动器组件安装到力反馈框架的臂上；
[0129]图6是实施方式中线性致动器组件的横截面侧视图，其中它的轴位于部分伸出位置，它的鼻条位于伸出位置；
[0130]图7是实施方式中线性致动器组件的横截面侧视图，其中它的轴位于另一个部分伸出位置，它的鼻条位于部分缩回位置；
[0131]图8是实施方式中线性致动器组件的一部分的放大横截面视图；
[0132]图9是根据对实施方式的修改的线性致动器组件的一部分的横截面侧视图；以及
[0133]图10是根据对实施方式的另一种修改的线性致动器的后面的横截面侧视图。
[0134]图1显示了已知设计的电动发动机驱动的线性致动器2。其包括外壳4、发动机(未显示)以及输出轴6。发动机通过传动皮带(未显示)驱动地连接于第一螺纹件8，第一螺纹件8为滚柱螺丝轴的形式。输出轴6包括第二螺纹件1，第二螺纹件1为内螺纹滚柱螺母的形式。输出轴6的除滚柱螺母10之外的部分在下面称为主体12。输出轴6限定纵轴线，从图1的角度看，该纵轴线是垂直的。该纵轴线对应于致动器轴线。
[0135]输出轴6可以沿着致动器轴线在图1所示的缩回位置和伸出位置之间移动，在所述伸出位置，所述输出轴从外壳4(从图1的角度看，向下)更大程度地突出。当输出轴6位于所述缩回位置时，第一螺纹件8的一部分被容纳在输出轴6中的空腔14内。当所述输出轴位于所述缩回位置时，这允许第一螺纹件8和输出轴6“嵌套”，减小致动器组件22的整体轴向长度。空腔14伸出穿过第二螺纹件10，并沿着主体12的轴向长度的大部分伸出。当输出轴6位于所述伸出位置时，滚柱螺丝轴8只突出到空腔14的由所述滚柱螺母限定的部分中。
[0136]应该注意的是，特别是在用于诸如SPR这样的高动力应用的致动器中，普遍情况是第一螺纹件8嵌套在第二螺纹件10内，反之则不然。这是因为(在道理上)，对于给定的横截面面积，管状构件比实心圆柱更耐弯曲力矩。虽然这些致动器主要设计为对拉伸和/或压缩负荷有效，但是在许多应用中，某些横向负荷是不可避免的。例如，在SPR中，致动器2可以安装在力反馈框架，例如C形框架的一端上。在插入铆钉的过程中，C形框架轻微地翘曲，并且它的臂从彼此向外展开。这种偏向使致动器轴线倾斜，因此致动器轴不再垂直于工件的平面，结果，来自工件的反作用力包括侧向分量，输出轴6必须经受该侧向分量。作为附加的一点，很明显的是，如果图1所示的致动器2被修改为滚柱螺母10而非滚柱螺丝轴8在外壳4内旋转，则必须在滚柱螺母10(或主体12)和外壳4之间重新定位轴承16。这将需要增加外壳4的直径以及致动器2的重量和体积。
[0137]第一螺纹件8安装为通过三套轴承16在外壳4内旋转。第一螺纹件8和第二螺纹件10配置为通过螺纹滚柱形式的多个中间螺纹件18间接地互相作用。第一螺纹件8、第二螺纹件10和中间螺纹件18合作形成滚柱丝杠机构。如上所述，通过在限制第二螺纹件10旋转的同时为发动机(未显示)供能以旋转第一螺纹件8，所述第二螺纹件(以及整个输出轴6)可以在所述缩回位置和所述伸出位置之间(沿着致动器轴线)线性运动。输出轴6沿着致动器轴线运动的方向通过所述第一螺纹件的旋转方向确定。在下文中，第一螺纹件8沿输出轴6伸出的方向的旋转(即，使输出轴向前朝着伸出位置移动)将被称为“向前”旋转，第一螺纹件8沿输出轴6收缩的方向的旋转(S卩，使输出轴向后朝着缩回位置移动)将被称为“向后”旋转。
[0138]如上所述，为了使致动器2的滚柱丝杠机构引起输出轴6线性运动，必须限制滚柱螺母10的旋转。然而，致动器2自身不包括实现这样操作的装置。这允许输出轴6的横截面为圆形，反过来这又使它和外壳4之间的边界被有效密封(在该示例中，通过O形环20)。所述密封对于防止润滑剂泄露和/或污物或碎肩侵入是很重要的，污物或碎肩侵入会损坏螺纹件8、10、18的螺纹。
[0139]图2和图3显示了包括上述线性致动器2的致动器组件22。在图2中，线性致动器2的发动机24和传动皮带26是可见的。致动器组件22具有安装到输出轴6上的键组件28和安装到外壳4上的支撑管30。支撑管30设置为它的纵轴线平行于致动器轴，因此当位于所述伸出位置时，输出轴6向下移动到支撑管30的中间。支撑管30具有一对键槽31，每个键槽容纳键组件28的键29。键29容纳在键槽31中，从而防止输出轴6相对于支撑管30旋转。所述支撑管固定至外壳4，因此它不能相对于外壳4旋转，从而也防止输出轴6相对于外壳4旋转。致动器2的滚柱丝杠机构可以起到前面描述的伸出或缩回所述输出轴的作用。
[0140]支撑管30的内径与鼻条34和输出轴6紧密滑动配合。这使得它能够为这些组件提供侧向支撑，因此它们可以承受上述的横向负荷。这种类型的支撑管所提供的横向支撑导致这种结构在用于高动力应用的致动器中被广泛采用。
[0141]活塞32安装到所述输出轴的远端，活塞32是一个细长的零件并定位为传输来自输出轴6的力。在支撑管30和活塞32之间同中心地设置有鼻条34，鼻条34设置在输出轴6的远端或超出该远端，鼻条34可以相对于输出轴6以及外壳4运动。如果致动器组件22被用于SPR，则将冲头安装到活塞上，刀尖(tool nose)(包括夹持表面和铆钉供给机构)将安装在所述鼻条上。在键组件28和鼻条的肩部39之间设置盘簧形式的分离弹簧36和一摞贝尔维尔垫圈形式的夹持弹簧38。传力套筒40沿着夹持弹簧38和键组件28之间的轴向距离的一部分伸出。
[0142]为了(如上所述，利用安装到所述活塞上的冲头和安装到所述鼻条上的刀尖)驱动自冲铆钉，发动机24向前旋转第一螺纹件(图1中的8)，从而朝着所述伸出位置移动输出轴6，朝着待铆接的工件向前移动。随着输出轴6在支撑管30内向前(从图2和图3的角度看，向下)移动，它向前推分离弹簧36。因此，分离弹簧36被推挤到夹持弹簧38上，夹持弹簧38反过来又被推挤到鼻条34的肩部39。鼻条34因此和输出轴6—起向前移动，以从支撑管30更大程度地突出。
[0143]输出轴6和鼻条34继续一起向前移动，直到刀尖(未显示)的夹持表面与工件接触。此时，鼻条34的向前移动停止，而输出轴6继续。因此，分离弹簧36开始在键组件28和夹持弹簧38之间压缩，活塞32开始相对于鼻条34向前移动。这使冲头(未显示)在刀尖(未显示)内并朝着构件向前移动。
[0144]致动器组件22配置为当冲头到达铆钉即将开始穿透工件的点时，分离弹簧36已经被压缩到键组件28接触传力套筒40的点上。超过所述点，在输出轴6继续向前移动过程中，所述铆钉穿透所述工件，以压缩夹持弹簧38。夹持弹簧38的恢复力(以及来自分离弹簧36的继续压缩的力)推动鼻条34以及所述刀尖(未显示)抵靠在工件上，从而夹紧工件。在夹持弹簧38达到其压并长度(solid length)的那一点，或在该点之前完成铆钉的插入。
[0145]在铆钉被插入之后，输出轴6缩回。首先，随着输出轴6向后移动，所述鼻条在夹持弹簧38和分离弹簧36的作用下保持静止。一旦输出轴6向后移动得足够远，从而使键组件28不再与传力套筒40接触，所述鼻条单独在分离弹簧36的作用下保持静止。一旦分离弹簧36到达其原始长度，输出轴6的进一步向后移动向后拉动鼻条34，直到所述组件达到图3所示的位置。
[0146]图4显示了根据本发明的一种实施方式的线性致动器组件22。该实施方式的致动器组件包括与图2及图3所示组件相同的多个特征，因此这里只详细描述差异。
[0147]与图2及图3所示的组件类似，它包括具有外壳4、发动机24和输出轴6的致动器2。该实施方式的外壳4具有前部4a和后部4b。与上面的结构一样，所述发动机通过传动皮带26驱动地连接于第一螺纹件8，输出轴6包括第二螺纹件10和主体12。输出轴6限定纵轴线，该纵轴线对应于致动器轴线。从图4的角度看，该纵轴线是垂直的。输出轴6可以沿着致动器轴线在图4所示的缩回位置和伸出位置之间移动，在所述伸出位置，输出轴从外壳4(从图4的角度看，向下)更大程度地突出。下面将更详细地讨论这一点。
[0148]与图2及图3所示的组件类似，第一螺纹件8和第二螺纹件10通过滚柱形式的中间螺纹件18间接地互相作用，从而形成滚柱丝杠机构，输出轴6能够通过该滚柱丝杠机构伸出或缩回(如果第二螺纹件的旋转被限制)。然而，在该实施方式中，第二螺纹件10(以及主体12)可以嵌套在第一螺纹件8内，而不是与此相反。更具体地，所述第一螺纹件采用细长的滚柱螺母的形式，所述第二螺纹件采用(相对较短的)滚柱螺丝轴的形式。下面将更详细地讨论这一点。
[0149]滚柱螺母管(第一螺纹件)8安装为通过传动皮带50、支撑环52和四套轴承16在外壳4(在该示例中，为外壳4的后部4b)内旋转。第一螺纹件8的后端(S卩，从图4的角度看，上端)固定于驱动轴50，驱动轴50反过来在所述外壳中由三个轴承16支撑，并可以通过发动机旋转，从而旋转所述第一螺纹件。第一螺纹件8在其下端固定至支撑环52，支撑环52反过来通过轴承16安装在外壳4内。发动机24的供能使驱动轴50、滚柱螺母管8和支撑环52与外壳4一起旋转。
[0150]如上所述，第一螺纹件8和第二螺纹件10配置为通过中间螺纹件18间接地互相作用，从而伸出或缩回输出轴6。如上所述，这需要限制第二螺纹件10相对于外壳4的旋转。不再使用支撑管，在该实施方式中，外壳4和输出轴6设置有互补的防旋转特征。更具体地，夕卜壳4(在该示例中，为前部4a)具有一对键20，输出轴6的主体12具有一对键槽31，每个键槽容纳一个键。在致动器组件22正常使用过程中，键29防止输出轴6以及第二螺纹件10相对于外壳4旋转。
[0151]键槽31的最后端48在图4中标出。如图所示，当输出轴6位于所述缩回位置时，键槽31(输出轴6的防旋转特征)与第一螺纹件8的螺纹(该螺纹基本上沿着第一螺纹件的整个轴向长度伸出)轴向重叠。更具体地，在该实施方式中，键槽31和第一螺纹件的螺纹通过它们总体轴向长度的大约60 %重叠。换句话说，键槽31的大约一半都突出到第一螺纹件8的螺纹部分中(在该示例中，基本上是全部的第一螺纹件)。
[0152]可移动为轴向重叠的输出轴6的防旋转特征31和第一螺纹件的螺纹消除了在致动器的前部或后部设置防旋转特征(例如，图2和图3所示设置中的引导管)的需求，如上所述，防旋转特征必须至少与致动器的行程长度一样长。比较图5A和图5B，显示了相同行程的致动器可以设置为减小长度。所显示的两个致动器组件都安装到力反馈框架的一个臂44上，以它们的鼻条34间断的轮廓线显示。
[0153]参考图4，与图2及图3所示的设置类似，该实施方式中的致动器组件22包括活塞32、一摞贝尔维尔垫圈形式的夹持弹簧38、传力套筒40以及鼻条34。在该实施方式中，这些零件中的每一个都与致动器轴线共轴，但是在其他实施方式中，对这些组件中的一个或多个(如果存在)而言并非如此。输出轴6的主体12包括空腔54，空腔54内容纳有活塞32、夹持弹簧38和传力套筒40。此外，鼻条34可滑动地容纳在空腔54内。鼻条34因此可滑动地安装到输出轴6，并可以相对于所述输出轴在所述伸出位置(如图4所示)和所述缩回位置(在该位置，所述鼻条从所述输出轴以较小程度向前突出)之间移动。
[0154]该实施方式中的致动器组件22用于SPR点连接。其包括用于驱动安装到活塞32(在该示例中为同轴)的铆钉的冲头58，并且鼻条34包括刀尖34a。刀尖34a包括围绕冲头通道60的环形夹持表面59。鼻条34还限定空腔56，并具有与所述空腔流体连通的管道61。空腔56的口部57形成容纳活塞32的孔，为活塞提供额外的横向稳定性。O形环支撑压缩在鼻条34和冲头58之间，防止空气从空腔56的前面逃逸。
[0155]如图6更清楚显示，输出轴6中的空腔54和所述鼻条中的空腔56通过泄露路径62互相流体连通。图6还更清楚地显示了在本实施方式中，凸缘板64位于传力套筒40和夹持弹簧38之间。所述凸缘板起到更好地分配传力套筒40和夹持弹簧38之间传递的力的作用(下面讨论)。凸缘板64还包括密封65，该密封65防止流体跨过空腔54内的凸缘板。鼻条34包括位于其后面的另一个凸缘板68。该凸缘板68起到分配鼻条34和传力套筒40之间施加的负荷的作用(也在下面讨论)。0形环70将凸缘板68密封在主体12上，防止流体在它们之间流过。图6还显示输出轴6具有位于它前面的端螺母72，该端螺母72通过压力密封74密封在鼻条34上。在该实施方式中，压力密封74起到当鼻条34在空腔54内滑动时防止碎肩或水分侵入以及润滑剂泄露的作用。
[0156]虽然图2和图3所示的结构包括盘簧形式的分离弹簧，但是在该实施方式中，分离弹簧的功能由气压弹簧机构实现，该气压弹簧机构由输出轴6和鼻条34合作形成。输出轴6和鼻条34中的空腔54、56(和凸缘板64、68以及O形环65、70、55—起)合作形成包含一定量的气体的腔室66。在该实施方式中，腔室66分为两部分，其中包括渐窄部分(泄露路径62)。如果腔室66—一举例来说一一通过导管61(例如，关闭与其连接的阀门)-被密封，则相对于输出轴34朝着所述缩回位置向后移动鼻条34会将鼻条34更深地推到所述输出轴中的空腔54内。这会减小空腔54的开放体积，提高空腔54以及整体腔室66内的气压。压力的提高会起到朝着所述伸出位置向后推动鼻条34的作用。
[0157]腔室66还可以被用于一一例如，当输出轴6位于所述缩回位置时一一缩回鼻条34，从而减小致动器2的轴向长度。导管61连接于负压装置(未显示)，通过操作该负压装置，能够降低所述鼻条中的空腔56(以及腔室66)中的气压。通过降低腔室66中的压力，朝着所述缩回位置将鼻条34向后吸。当腔室66再次用作气压弹簧时，它可以再次加压，举例来说，这种再次加压是通过停止负压装置并使腔室66中的压力恢复为环境压力实现的，或者通过使用栗或压缩气瓶提高所述空腔中的压力而超过环境压力(从而增加气压弹簧机构的弹簧常数)实现的。
[0158]返回图4，如上所述，在该实施方式中输出轴6可以嵌套(S卩，至少部分地容纳在)第一螺纹件8内。更具体地，在所述缩回位置，所述输出轴贯穿第一螺纹件8的整个长度。换句话说，当输出轴6位于所述缩回位置时，它的一部分(在该示例中为第二螺纹件10的前部和主体12的后部)容纳在第一螺纹件8的螺纹内，该容纳是沿着它们的基本上整个轴向长度。输出轴6可以移动，因此它嵌套在第一螺纹件8内，反之则不然，从而不需要所述输出轴的后部中空以容纳所述第一螺纹件。这允许将外围组件位于所述输出轴内，而不是位于可能会增加组件整体尺寸的位置上。例如，在该实施方式中，输出轴6内的空间被用于部分地限定腔室66，并容纳位于其中的零件(S卩，活塞32、夹持弹簧38和传力套筒40)。虽然输出轴6容纳在第一螺纹件8内，而不是第一螺纹件8容纳在所述输出轴内，这可以在将所述输出轴的横向强度减小一定程度，但是在某些应用中，上述优点比横向强度更有价值。例如，横向负荷的问题可以通过其他方式解决，例如，通过使用更高强度的材料，或者通过最小化横向力自身(例如，在SPR中这可以通过使用更硬的C形框架，或者设置为在其负荷周期内维持冲头和模具轴向对齐的框架实现)。
[0159]为了利用该实施方式中致动器组件22驱动自冲铆钉(未显示)，发动机24使第一螺纹件8向前旋转(如前面所限定的那样)，从而将输出轴6移向所述伸出位置，向前朝向待铆接的工件移动。随着输出轴6向前(从图4的角度看，向下)移动，鼻条34被输出轴6向前移。腔室66密封，充当气压弹簧，并将鼻条34保持在所述伸出位置。图7显示了致动器组件，其中输出轴6前进了至所述伸出位置的部分路(S卩，缩回位置和伸出位置之间的中间位置)。当输出轴6位于该位置时，键槽31和第一螺纹件8的螺纹在它们整个轴向长度的大约50%上重叠，并且输出轴6的一部分容纳在所述第一螺纹件的螺纹内，并达到它们整个轴向长度的大约85 %的深度(这是第一螺纹件8的整个轴向长度)。
[0160]输出轴6和鼻条34继续一起向前移动，直到鼻条34的夹持表面59接触所述工件。此时，鼻条34的向前移动停止，而输出轴6继续。这将鼻条34相对于输出轴6向后推动，将其移向缩回位置。反过来，这减小了空腔54和腔室66的体积，由此增加腔室中气体的压力，并将鼻条推挤在所述工件上。在鼻条34固定并且输出轴6继续向前移动的情况下，活塞32在鼻条34内向前移动，这使得冲头58在刀头34a的冲头通道60内向前移动，并且朝向工件移动。图8显示了致动器组件，其中输出轴6进一步向伸出位置前进(S卩，图8所示位置和所述伸出位置之间的中间位置)。当输出轴6位于该位置时，键槽31和第一螺纹件8的螺纹在它们整个轴向长度的大约15%上重叠，并且输出轴6的一部分容纳在所述第一螺纹件的螺纹内，并达到它们整个轴向长度的大约55 %的深度(这是第一螺纹件8的整个轴向长度)。
[0161]该实施方式的致动器组件22配置为当冲头58到达所述铆钉即将开始穿透所述工件的点时，所述鼻条相对于输出轴6已经被向后移动到与传力套筒40接触的点上。超过所述点，在输出轴6继续向前移动过程中，铆钉穿透工件，压缩夹持弹簧38。夹持弹簧38的恢复力以及腔室66中体积的继续减小(以及压力增加)所产生的力推动鼻条34以及刀尖34a的夹持表面59抵靠在工件上，从而夹紧工件。在夹持弹簧38达到其压并长度的那一点完成所述铆钉的插入，或在该点之前完成所述铆钉的插入(在该实施方式中，所述点是鼻条34到达缩回位置的那一点)。
[0162]在铆钉被插入之后，输出轴6缩回。首先，当输出轴6后移时，鼻条34在夹持弹簧38和来自腔室66中压力的作用下保持静止。鼻条34因此开始向后朝向所述伸出位置移动。一旦输出轴6已经向后移动得足够远，以使鼻条34不再接触传力套筒40，所述鼻条单独在气压弹簧的作用下保持静止。一旦输出轴6移动向后移动得足够远，以使鼻条34可以返回至所述伸出位置，随着所述输出轴继续向后移动，所述鼻条将与它一起移动，直到组件22到达图4所示的位置。
[0163]该第一实施方式的致动器组件22包括第一激光位置编码器(不可见)，该第一激光位置编码器配置为向控制单元(不可见)提供关于输出轴6和外壳4的相对位置的信息。致动器组件22还包括第二激光位置编码器(不可见)，该第二激光位置编码器配置为向控制单元(不可见)提供关于输出轴6和鼻条34的相对位置的信息。组合在一起，这些编码器允许计算正在连接的工件的整个厚度。由于在SPR中，外壳4与模具(不可见)保持固定距离，所述第一编码器提供的关于输出轴6相对于外壳4的位置的信息允许所述控制单元推断出所述输出轴相对于所述模具的位置。根据来自所述第二编码器(不可见)的信息，所述控制单元(不可见)能够推断出在输出轴6的向前移动过程中鼻条34何时与工件接触(S卩，所述鼻条何时开始相对于所述输出轴缩回)，并且根据来自所述第一编码器的信息，所述控制单元能够推断出所述输出轴此时的位置。所述控制单元因此能够确定在鼻条34与工件接触时输出轴6离模具有多远，并据此计算出工件的厚度。
[0164]来自所述第一编码器和/或所述第二编码器的反馈可以用于提供其他有用的信息。例如，所述控制单元可以根据所述第一编码器和所述第二编码器提供的信息确定输出轴6的前进速度和鼻条34的缩回速度。这两个速度之间的差异(S卩，鼻条34的缩回速度慢于输出轴6的前进速度)代表所述工件的压缩。这可以被用于分析工件层之间气隙的关闭、层之间粘合剂的扩散和/或工件的机械强度(因为如果工件相对柔软，则工件在所述鼻条的力的作用下的可能发生某些机械变形)。此外，诸如输出轴6相对于外壳4(举例来说)的端位置这样的信息可以被用于计算力反馈框架的偏差，致动器组件22安装到该力反馈框架上。
[0165]在其他实施方式中，信息可以由具有不同设置的一个或更多个传感器提供。例如，如果所述第二传感器替代地定位成提供关于鼻条34和外壳4的相对位置的信息，则可以通过以下方式计算工件厚度:确定鼻条34的前部和外壳4的最大距离，并比较该最大距离与外壳和模具之间的距离。类似地，可以通过观察鼻条34相对于外壳4的速度变化来分析气隙的关闭、工件机械强度等。另举一例，一个编码器可以提供关于鼻条34和输出轴6的相对位置的信息，另一个编码器可以提供关于所述鼻条和外壳4的相对位置的信息。在这种情况下，可以通过上述的任意方式获得信息，除了输出轴6相对于外壳4的位置和速度必须通过比较鼻条34相对于所述输出轴以及所述外壳的相对位置和速度来推断，而不是直接从传感器中读取。
[0166]现在参考图9描述根据一种修改实施方式的线性致动器组件22。该修改的装置和上述实施方式一样包括腔室66，但是还包括另一个腔室80。该腔室的形状基本上为环形，并围绕所述致动器轴线基本上周向定位。该腔室由所述输出轴中的空腔82和鼻条中的空腔84合作形成。空腔82、84分别为设置在两个环形壁之间(在该示例中，所述环形壁基本上彼此正交)的凹面区域的形式。腔室80可以通过导管86与增压流体源(未显示)连接。可与负压装置(不可见)连接并且当鼻条34位于所述伸出位置时体积比当所述鼻条位于所述缩回位置时更大的腔室66在下文中将称为吸入腔。可与增压空气源(不可见)连接并且当鼻条34位于伸出位置时体积比当鼻条位于缩回位置时小的腔室80在下文中将称为压力腔。
[0167]如上所述，在实施方式中，分离弹簧的功能由气压弹簧机构执行，气压弹簧机构由输出轴6和鼻条34合作形成(通过将导管61密封到吸入腔66上)，并且该气压弹簧机构补充夹持弹簧38的动作。然而，在该修改实施方式中，另一个压力弹簧机构利用压力腔80由输出轴6和鼻条34合作形成。这两个气压弹簧机构的动作合作执行分离弹簧的功能，并且这两个气压弹簧机构对夹持弹簧38进行补充。如果压力腔80密封(例如，通过阻塞导管86)，则鼻条34相对于输出轴6的向后移动将增加腔室80的轴向长度，由此增加它的体积。这会降低腔室80中的压力，反过来这又起到将鼻条34向后推向所述伸出位置的作用。
[0168]与吸入腔66类似，可以利用压力腔80来收缩鼻条34，从而减小致动器组件22的轴向长度。导管86与压缩空气源(未显示)连接，并且通过向腔室80中引起增压流体，可以增加腔室中的压力。这迫使鼻条34向后朝着缩回位置移动。当腔室80再次用作气压弹簧时，它可以恢复至大气压力(或任意其他合适的压力，例如较低压力，从而增大相关气压弹簧机构的弹簧常数)。
[0169]虽然在实施方式中夹持弹簧38设置在空腔54内，但是它看起来未设置在吸入腔66内，因为它位于凸缘板64(其限定所述腔室的后部)后面。然而，在该实施方式中，凸缘板64不包括密封件(图6中的65)。因此，腔室66可以进一步向后伸出，并向后一直伸出到第二螺纹件(图4、图7和图8中的10)。因此，在该结构中，所述夹持弹簧设置在腔室66内。还应该注意的是，虽然前述实施方式中的压力密封74只是保持润滑剂并防止碎肩和水分侵入，但是在该修改实施方式中，它还可以用于防止压力腔80中的流体沿着鼻条34的外周逃逸。
[0170]现在参考图10描述根据另一种修改实施方式的线性致动器组件22。在该结构中，输出轴6的主体12中未设置键槽，并且外壳4中未设置键。替代地，所述输出轴的防旋转特征采用从第一螺纹件8突出的细长杆90的形式，所述外壳的防旋转特征采用位于驱动轴50后面的凸台94中的孔92的形式。杆90的横截面为正方形，并从第一螺纹件8轴向向后突出，穿过驱动轴50中的钻孔96并穿过孔92。所述凸台固定至外壳4，因此它既不可以旋转，也不可以轴向移动。孔92的横截面和杆90的横截面互补。在这种情况下，孔92的横截面也为正方形。
[0171]杆90可以在孔内轴向滑动，但是孔92的形状防止所述杆在它里面旋转。这防止了第一螺纹件8(以及输出轴6整体)相对于凸台94(以及外壳4)旋转。驱动轴50中的钻孔96具有足够的直径以防止所述驱动轴接触杆90。驱动轴50的旋转因此畅通无阻。
[0172]图10显示了位于所述缩回位置的输出轴6。杆90具有足够的长度，因此当所述输出轴位于所述伸出位置时，所述杆保持容纳在孔92内。虽然本实施方式增加了所述致动器组件的整体长度，但是允许所述输出轴的主体的外部横截面为圆形。如上所述，这可以增加对主体12 (以及输出轴6整体)的弯曲的抵抗力和/或使密封变得容易，和/或使所述主体更容易制造。
[0173]在该修改实施方式中，与前述实施方式不同，当输出轴6位于所述缩回位置时，防旋转特征(即，杆90)不与第一螺纹件8的螺纹轴向重叠。然而，当输出轴6向前朝着所述伸出位置移动时，所述杆到达与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置。当输出轴6位于所述伸出位置时，杆90(S卩，所述输出轴的防旋转特征)与第一螺纹件8的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的大约70%。还应该注意的是，在该修改实施方式中，不管输出轴6相对于外壳4处于什么位置，输出轴6都保持容纳在第一螺纹件8的螺纹内，并达到它们的轴向长度的100 %的深度。
[0174]虽然在该示例中所述杆和所述孔各自的横截面为正方形，但是在其他结构中它们可以是任意其他合适的形状。例如，所述杆或所述孔可以是三角形、六角星、八角形或椭圆形。此外，所述孔的横截面形状可以和所述杆的横截面形状互补而不相同。例如，所述杆可以为八角形并且凹槽为正方形，或者所述杆的横截面可以为三角形并且凹槽的形状为六角星。此外，其他实施方式可以利用在对应定位的凹槽中容纳(即，以类似于一字头螺丝刀的方式结合)的两个或更多个分离的杆。
[0175]应该理解的是，在不偏离所附权利要求所限定的保护范围的前提下，可以对上述设计进行多种修改。例如，虽然参考用于SPR的致动器组件对本发明进行了描述，但是它还可以用于任意其他合适的应用，例如其他类型的连接操作(例如，铆接、盲铆接、应用自冲螺柱或者搅拌摩擦点焊接)，或者应用于组件自动化操作的致动器。此外，虽然参考发动机驱动的致动器(其中，电动发动机操作滚柱丝杠机构)对本发明进行了描述，但是本发明还可以涉及任何其他合适类型的致动器使用。例如，本发明可以涉及使用液压发动机或气动发动机的致动器，和/或使用丝杠机构或滚珠丝杠机构的致动器使用。此外，本发明的第一个方面可以和不同于发动机驱动的致动器(例如液压缸)的致动器一起使用。类似地，本发明的第三个方面或第四个方面可以与使用传统分离弹簧、传统气压弹簧(即，不与负压装置连接的气压弹簧)或两者都不使用(在这种情况下，鼻条可以借助自身重量被推动到伸出位置)的致动器一起使用。
[0176]虽然所述实施方式利用夹持弹簧，但是在其他实施方式中可能不存在夹持弹簧，因为夹持弹簧并非在所有情况下对于SPR都是必需的，根据本发明的致动器组件的其他应用可能不需要夹持弹簧。此外，虽然所描述的致动器组件包括朝着模具驱动铆钉的冲头，但是在其他实施方式中，输出轴可以朝着冲头和铆钉驱动模具。
[0177]虽然上面的描述提供了所述输出轴和所述鼻条的所述伸出位置和所述缩回位置的例子，但是这些例子不应理解为限制性的。在其他实施方式中，所述输出轴和/或所述鼻条(如存在)可以移动至超过所述伸出位置的位置和/或超过所述缩回位置的位置。
[0178]虽然夹持被描述为在插入铆钉的过程中发生，但是取决于讨论中的应用，夹持可以在铆钉穿透之前开始(例如，促进粘合剂在工件层之间的扩散)，或者在铆钉穿透开始之后再开始，和/或夹持可以在穿透完成之前结束。此外，应当注意的是，可以在SPR之外的其他领域中，例如在铆接或搅拌摩擦焊接操作的过程中使用夹持。
[0179]在其他实施方式中，所述传力套筒(如存在)可以是任意其他合适的形式。例如，它可以是支柱、梁或框架。此外，虽然实施方式中的夹持弹簧位于所述输出轴的空腔中，但是它也可以位于所述鼻条的空腔中，或者完全位于腔室(如存在)的外部。
[0180]虽然将所述刀头描述为所述鼻条的一部分，但是它也可以被视为单独的组件。同样，所述活塞也可以被视为气概输出轴的形成部分。
[0181]所描述和显示的实施方式应当合适地理解为说明性而非限制性的，应当理解的是，只显示和描述了优选的实施方式，权利要求中限定的且落入本发明范围内的所有改变和修改也应受保护。就权利要求而言，当使用诸如“一个”，“一者”，“至少一个”或“至少一部分”这样的词语来描述特征时，并不意味着将权利要求限制为只有一个所述特征，除非在权利要求中另有相反说明。当使用“至少一部分”和/或“一部分”时，除非另有说明，该物体可以包括一部分和/或整个物体。
[0182]在合适的情况下，这里所描述的可选的和/或优选的特征可以单独使用或互相组合在一起使用，特别是根据所附权利要求中描述的组合使用。在合适的情况下，本发明的每个方面的可选的和/或优选的特征还可以用于本发明的其他任意合适的方面。此外，在根据本发明的装置中，涉及吸入腔描述的任意特征可以涉及压力腔存在(不管吸入腔是否具有该特征，以及讨论的结构是否具有吸入腔)，反之亦然。例如，在本发明的包括压力腔的实施方式中，可以在压力腔中设置夹持弹簧(不管该实施方式在吸入腔中是否设置有夹持弹簧，以及该实施方式是否具有吸入腔)。举例而言，图9所示的修改实施方式可以包括张力盘簧形式的夹持弹簧。鼻条相对于输出轴的向后移动不仅会增加压力腔的轴向长度，还会拉伸张力盘簧。因此，张力盘簧可以提供(至少部分的)夹持力。
【主权项】
1.一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括: 夕卜壳； 输出轴，该输出轴限定致动器组件轴线，所述输出轴能够相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动； 鼻条，该鼻条可滑动地安装到所述输出轴，并且该鼻条能够相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动；以及负压装置， 其中: 所述鼻条和所述输出轴合作限定用于容纳一定量的流体的腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述腔室的体积小于当所述鼻条位于所述伸出位置时所述腔室的体积； 所述负压装置能够连接于所述腔室;并且 所述负压装置能够选择性地操作以降低密封体积中的压力，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。2.根据权利要求1所述的线性致动器组件，其中: 所述鼻条和所述输出轴还合作限定用于容纳一定量的流体的附加腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述附加腔室的体积大于当所述鼻条位于所述伸出位置时所述附加腔室的体积;并且 所述附加腔室能够连接于增压流体源，并且所述附加腔室设置为使得来自所述源的流体的引入增加所述腔室的体积，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。3.根据权利要求1或2所述的线性致动器组件，其中，所述负压装置能够通过所述鼻条连接于所述腔室。4.一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括: 夕卜壳； 输出轴，该输出轴限定致动器组件轴线，所述输出轴能够相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动；以及 鼻条，该鼻条可滑动地安装到所述输出轴，并且该鼻条能够相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动， 其中: 所述鼻条和所述输出轴合作限定用于容纳一定量的流体的腔室，当所述鼻条位于所述缩回位置时所述腔室的体积大于当所述鼻条位于所述伸出位置时所述腔室的体积;并且所述腔室能够连接于增压流体源，并且所述腔室设置为使得来自所述源的流体的引入增加所述腔室的体积，从而从所述伸出位置朝向所述缩回位置推动所述鼻条。5.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述腔室或所述腔室的至少一个能够选择性地被密封，从而允许所述鼻条和所述输出轴合作形成气压弹簧机构。6.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述鼻条包括空腔，该空腔限定所述腔室或所述腔室的至少一个的一部分。7.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴包括空腔，该空腔限定所述腔室或所述腔室的至少一个的一部分。8.根据权利要求7所述的线性致动器组件，其中，所述鼻条可滑动地容纳在所述输出轴的空腔内。9.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，所述线性致动器组件还包括活塞，该活塞连接于所述输出轴并突出进入所述鼻条中的孔。10.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，所述线性致动器组件还包括弹性元件，该弹性元件定位为从所述缩回位置朝向所述伸出位置推动所述鼻条。11.根据权利要求10所述的线性致动器组件，其中，所述弹性元件位于所述腔室或所述腔室的至少一个内。12.根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，其中: 所述线性致动器组件还包括发动机，该发动机配置为相对于所述外壳旋转第一螺纹件； 所述输出轴包括第二螺纹件;并且 所述第一螺纹件和所述第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，以将所述第一螺纹件相对于所述第二螺纹件的旋转转变为所述第二螺纹件的线性运动，从而在所述伸出位置和所述缩回位置之间移动所述输出轴。13.根据权利要求12所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴和所述外壳设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制所述输出轴和所述外壳的相对旋转。14.根据权利要求13所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到该输出轴至少部分地容纳在所述第一螺纹件内的位置。15.根据权利要求13或14所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到所述输出轴的所述防旋转特征与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置。16.一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括: 夕卜壳； 发动机，该发动机配置为相对于所述外壳旋转第一螺纹件；以及 输出轴，该输出轴包括第二螺纹件，所述输出轴限定致动器组件轴线，并且所述输出轴能够相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动， 其中: 所述输出轴和所述外壳设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制所述输出轴和所述外壳的相对旋转； 所述第一螺纹件和所述第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，以将所述第一螺纹件相对于所述第二螺纹件的旋转转变为所述第二螺纹件的线性运动，从而在所述伸出位置和所述缩回位置之间移动所述输出轴;并且 所述输出轴能够移动到所述输出轴的所述防旋转特征与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠的位置。17.根据权利要求16所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到该输出轴至少部分地容纳在所述第一螺纹件内的位置。18.根据权利要求15至17中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到所述输出轴的所述防旋转特征与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少20%的位置。19.根据权利要求18所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到所述输出轴的所述防旋转特征与所述第一螺纹件的螺纹轴向重叠它们整个轴向长度的至少50%的位置。20.一种线性致动器组件，该线性致动器组件包括: 夕卜壳； 发动机，该发动机配置为相对于所述外壳旋转第一螺纹件；以及 输出轴，该输出轴包括第二螺纹件，所述输出轴限定致动器组件轴线并能够相对于所述外壳沿着所述致动器组件轴线在伸出位置和缩回位置之间移动， 其中: 所述输出轴和所述外壳设置有互补的防旋转特征，所述防旋转特征配置为在正常使用过程中限制所述输出轴和所述外壳的相对旋转； 所述第一螺纹件和所述第二螺纹件的螺纹设置为直接或间接互相作用，以将所述第一螺纹件相对于所述第二螺纹件的旋转转变为所述第二螺纹件的线性运动，从而在所述伸出位置和所述缩回位置之间移动所述输出轴;并且 所述输出轴能够移动到该输出轴至少部分地容纳在所述第一螺纹件内的位置。21.根据权利要求14、17或20所述的线性致动器组件，其中，所述第一螺纹件内部形成螺纹，并且所述输出轴能够移动到该输出轴的至少一部分容纳在所述第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少20%的深度的位置。22.根据权利要求21所述的线性致动器组件，其中，所述输出轴能够移动到该输出轴的至少一部分容纳在所述第一螺纹件的螺纹内并达到它们整个轴向长度的至少50%的深度的位置。23.根据权利要求13至22中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述互补的防旋转特征包括键，该键设置在所述外壳和所述输出轴的其中一个上并突出到设置在所述外壳和所述输出轴的另一个中的键槽内。24.根据权利要求23所述的线性致动器组件，其中，所述键设置在所述外壳上，并且所述键槽设置在所述输出轴中。25.根据权利要求12至24中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述第一螺纹件和所述第二螺纹件设置为通过一个或更多个中间螺纹件间接地互相作用。26.根据权利要求16至25中任意一项所述的线性致动器组件，所述线性致动器组件还包括鼻条，该鼻条可滑动地安装到所述输出轴，并且所述鼻条能够相对于所述输出轴在伸出位置和缩回位置之间移动。27.根据权利要求26或权利要求1至15中任意一项所述的线性致动器组件，所述线性致动器组件还包括传感器，该传感器用于检测所述鼻条相对于所述输出轴的位置。28.—种点连接装置，该点连接装置包括根据前述权利要求中任意一项所述的线性致动器组件，其中，所述线性致动器组件的所述输出轴连接于冲头，以驱动紧固件或模具或实现铆接或搅拌摩擦点焊操作。29.—种用于制造产品的方法，该方法包括利用根据权利要求28所述的点连接装置将工件的两层或更多层固定在一起。30.—种产品，该产品包括利用根据权利要求28所述的点连接装置或根据权利要求29所述的方法固定在一起的两层或更多层形成的工件。31.根据权利要求30所述的产品，其中，所述产品是交通工具。
【文档编号】B21J15/14GK105916612SQ201580004824
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】S·E·布莱克特, W·格斯提拉, N·R·克卢
【申请人】亨罗布有限公司