螺母升降自动开合式新型螺杆机构的制作方法

专利名称：螺母升降自动开合式新型螺杆机构的制作方法
技术领域：
本发明属于一种新型螺杆传动机构。该机构是采用半螺母相对于丝杆作上、下升降运动，让螺母对丝杆的螺纹实现快速啮合与分开，以达到快速越过空行程，快速调整距离，以提高工作效率之目的。本发明可广泛用于手工台虎钳及机床上用的平口钳、机床尾座及机床工作滑台运动副间的进给传动系统中，及一切用螺纹付传动而需要快速移动的装置上。
本申请人曾于1989年4月7日提出过一种名为《新型螺杆传动机构》的发明专利申请，申请号为89102066.7。在该申请中的第11图提出了一种丝杆的两端轴颈分别在两端固定的轴承座的轴承孔中转动，可沿导柱孔作上下升降运动的半园螺母座在扁心凸轮套和单向棘爪的作用下，实现对螺杆螺纹的啮合和分开。该发明虽简单实用，但只能用在轴向尺寸较短、刚度较大的螺杆上，否则螺杆太长时，就会弯曲变形而不能正常工作。
本发明的在于克服上述机构的缺点，提供一种各种长度的传动螺杆都可适用的螺母升降自动开合式螺杆机构。
本发明的螺母升降自动开合式螺杆机构包括(1)螺杆5、(2)半螺母3，它有不大于半周的内螺纹和可使半螺母3作上、下升降运动导轨及传递升降力的外周面(包括槽、孔、内外曲面等)组成;(3)支承座2，它由支承臂和支承座体及升降导轨组成。螺杆呈动配合状态穿过支承臂上的支承孔，与装在支承臂间的半螺母和升降机构相配合，(4)升降机构，通过升降套的升降曲面(包括点、线、孔、槽)与半螺母接触，使半螺母能作升降运动，该升降机构还设有限制其与螺杆间传动力(扭转力矩)大小的过载离合机构。
下面以台钳为例，对本发明的螺母升降自动开合螺杆机构的构造和工作原理及各种组合型式，作详细论述。
附

图1 为本人在发明专利申请号为89102066.7中第11图提出的一种由马鞍形半丝母座升降开合式螺杆传动机构。
附图2 为本发明的螺杆传动机构在半螺母下降时，其内外螺纹牙齿间处于分离状态时的主视图。
附图3 为图2中的A-A线剖面图。
附图4 为图2中的BB-CC线剖面图。
附图5 为图2中的D-D线剖面图。
附图6 为本发明的螺杆传动机构，在半螺母上升时，其内外螺纹牙齿间处于啮合状态时的主视图。
附图7 为图6中的A′-A′线剖面图。
附图8 为图6中的B′B′-C′C′线剖面图。
附图9 为图8中的关于限制升降套转角范围的另一种实施方案。
附图10 为支承体2与固定钳体13，制成一体的方案图。
附图11 为支承体为框架形、升降过载机构为摩擦环式的实施方案主视图。
附图12 为图11中的E-E线剖面图。
附图13 为图11中的G-G线剖面图。
附图14 为将图11中框架形支承体的两侧壁改成分立出来成单独零件再组合的方案后，G-G线剖面图，(该剖面图代号为Go-Go)。
附图15 为将图11中的升降过载离合机构改成外径摩擦涨环式方案后的G-G线剖面图(剖面图代号G1-G1)附图16 为将图11中的升降过载离合机构改为内径摩擦涨环式方案后的G-G线剖面图。(剖面图代号G2-G2)。
附图17 为将图11中的升降过载离合机构改为轴向分布导柱和滑套方案后的主剖视图。
附图18 为将图17中的轴向分布导柱孔改为径向分布的等效机构图。
附图19 为在图2基础上加装上可控制半螺母升降的“锁定机构”后的C-C线剖面图。(剖面图代号C1-C1)由图2知，该实施例包括活动台钳体1、固定台钳体13、支承座2、半螺母3、升降套4、螺杆5、棘爪6，环形弹簧7、挡销12。
其中活动钳体1可沿固定钳体13的导轨前后滑动。
“支承座”2可为马鞍形，其两鞍臂(支承臂)上的支承孔9和20与螺杆外园滑动配合，其左鞍臂上有与半螺母3上的升降导轨相滑动配合的阳导轨面32，35，(或阴导轨面)，其升降导向装置也可以采用导键、键槽，园导柱体等其他各种形式，其导轨截面，可以矩形、燕尾形、园柱形、三角形等。当支承体2为框架形时，其升降导轨面72，74(见图11、12)可就设计在框形侧壁82、75的内侧面上。为加工方便，也可将带升降导轨面的侧壁82、75分立出来成独立另件83，然后，再与支承体2相固定连结，该实施方案如图14所示。支承座上的支承面15与升降套的外园26接触，底面60与钳体用螺钉18固定连结，其支承座与钳体或滑台连结方法，事实上，也可利用支承座上的其他任何表面与固定(或活动)钳体(或滑台)相连结，甚至如图10所示，其支承座可以与固定(或活动)钳体13制成一体，另外，其带有支承孔的支承臂，也可从支承座上分离出来，安装在固定(或活动)钳体(或滑台)的相应位置上均为等效。
“半螺母”3的中心孔截面可为由两个半园孔组成的长腰形孔，其腰形孔的下(或上)半园孔为与螺杆5上外螺纹啮合的小于半周的内螺纹16，(最好是梯形或锯齿螺纹)其腰形孔的上(或下)半园为光半孔24，但其内径比螺杆外径大。两半园孔的中心距大于螺纹牙高。半螺母3的中心孔截面也可以将上半园光孔24去掉，改成开口叉形。半螺母3的左端头有两个作升降运动的阴导轨槽34.33(也可以设计成阳导轨面，如图12中的77和81平面)与支承座上的阳导轨面32.35(或72.74导轨面)滑动配合。半螺母3的外周面有两个尖角23、27，分别与设在升降套4内侧的凸轮曲面22和25相配合，上述的两个尖角23、27可以呈小园弧面。
设有过载离合器的“升降机构”，它由升降套4、棘爪6、环形拉簧7、挡销12组成。其中升降套4左端的内侧表面上有两段升降曲面22、25，对应地与半螺母3上的两个尖角23和27相啮合，当升降套4在螺杆5带动下作M向转动时，(见图7)，其升降套4的曲面25通过尖角27带动半螺母3上升，则内外螺纹啮合，相反，N向转动时，其升降曲面22通过尖角23，将半螺母3压下降落，直至内外螺纹分离，从而完成了半螺母3的升降运动，该升降机构也可去掉升降套4上半部分的升降曲面22如图11、12所示，而用环形拉簧60(或图17中的簧片100)来代替这曲面22的作用，以把半螺母3下压降落下去。同样，要使半丝母3升降，其方法也可以在图6中的半螺母3的端面55上和凸轮套4的端面56上，采用端面凸轮的型式或端面凸轮曲线槽和导销的型式来代替升降套4的下升降曲面25，或采用连杆、曲柄、杠杆机构等其他各种升降操作机构的等效机构。
升降套4右端的内孔10与螺杆5外园滑动配合、与内孔10同心的外园26与支承面15接触。在该升降套4右端有一个与棘爪6外园滑动配合的内孔8，还有一个(或数个)弹簧槽沟14，槽内放环形拉簧7，将棘爪6的下端斜面37紧紧压向螺杆5的轴向键槽28中，并与槽28的侧壁啮合，当螺杆5作M向转动时，(见图8)，其传动力矩就通过斜面37推动升降套4，一同作M向转动，直到限位面36被挡销12挡住停下，但此刻螺杆5仍要继续作M向转动，这样，对其斜面37的作用力也逐渐加大，直到作用到棘爪6上的轴向分力大于环形弹簧7的张力时(即过载)其斜面37就从28槽中跳出，脱离了啮合，而不影响螺杆5的继续转动，从而起到了过载离合器的作用。该棘爪6下端爪部，本应设计成双面斜面，而成为双向过载式离合器，这样更为合理。但考虑到本实施例为台钳，反向(即N向)转动时，一般是松开工件，当松开到位时，最好能给操作者一个手感信号，如将螺杆强制停止住，那就更好了，为此有时可将棘爪6的下端爪部制成，一面为斜面37，另一面为直角面29，这就达到了上述目的。
在上述螺杆5对升降套4传递传动力矩的过程中，起过载离合作用的等效“过载离合机构”，有各式各样，从型式讲，有单向式、双向式、超越式，以及电磁、液、气动等各种方式。从过载离合元件讲，可以用棘爪、牙嵌、钢球、导园柱、摩擦盘(片、圈、块、垫)以及各种弹性元件(如各种弹簧、弹性涨圈、弹性涨环、涨套等)，总之一切过载离合器均为本发明的过载离合机构的等效机构。下面列举几个等效过载离合机构的实施例。图11、12、13为摩擦环端面摩擦式过载离合机构。其工作原理为摩擦环61装在升降套4内，并滑套在螺杆5的外园上，其左端面67在压簧63的作用下，紧紧压在升降套4的右端面68上，摩擦环61通过导键62与螺杆5连结。螺杆5转动时，其传动力矩通过键槽85，导键62，摩擦环左端摩擦面67传递给升降套4，并带着它一同转动。当升降套4的定位面78(或80)与支承座上的限位面76(或79)相碰而停止转动，而螺杆继续转动时，其传动力矩大于摩擦环61的左端面的摩擦力矩，就打滑，以达到过载离合目的。
图15为外园摩擦涨环式过载离合机构。工作原理用图15中的外园摩擦涨环86代替图11中的摩擦环61和弹簧63，仍用挡圈64挡住涨环86。在涨环86的园柱体上开一轴向开口槽91，该涨环86在自由状态时，其外园87的直径大于升降套4的内孔88的内径，装配对将开口91略收拢，装入内孔88中再松开。这样涨环86的外园87就依靠弹性涨贴在升降套4的内孔88的内孔壁上，并产生一定的摩擦力，该涨环的内径比螺杆外径略大，并通过导键90与螺杆5连接。其工作过程与图11中的摩擦环式相同，仅将过载打滑的摩擦面从端面上改到涨环的外园上而矣。
图16为内孔摩擦涨环式过载离合机构。工作原理基本与图15相同，仅是内孔摩擦式涨环92也有轴向开口槽94，在自由状态下其内孔95的内径比螺杆5的外径96小些，装配后，其内孔在弹性作用下，抱住螺杆5的外园柱上，并产生一定摩擦力，(螺杆5上无键槽)，内涨环92的外径比升降套4的内孔内径小，并通过传力销93，把螺杆的传动力矩传递给升降套4。工作过程与图15相同，仅是过载打滑摩擦面，直接由螺杆5的外园与涨环内孔之间的摩擦面来承担。
图17为轴向分布导柱(或钢球)式过载离合机构。工作原理空套在螺杆5上滑套102的左端面上，有径向小孔，孔内装小压弹103和导柱104(或钢球)，与设置在升降套4右端面上的阻力小锥坑105相啮合。工作过程与图11也基本相同，仅是将图11中的纯端面摩擦式，改成图17中的小锥坑与导柱(或钢球)摩擦式。图18中所示的机构，为图17中所示机构的等效机构，仅将图17中的轴向分布的导柱孔改为图18中的径向分布即可。工作原理相同。
在图17的基础上，如在滑套102和升降套4两者相互接触的各自端面上，分别设计出端面牙嵌，即带一定角度的棘牙(单向或双向式的都可)，加上压簧，并留出让滑套102过载后可以向右移动的必要空间，则图17就变成了端面牙嵌式过载离合机构。总之还有上千种由各种过载元件组合成的过载离合器，但均为本发明中的过载离合机构的等效机构。
上述图2、4中的升降套4的右端上还开有一个限制该套转动角度大小的弧形槽11，用支承座上的挡销12与该槽的两端头30、36相碰来限位;也可在升降套4右侧端面上开一个扇形槽来代替弧形槽11;也可在升降套4的外园周上开一个周向槽来代替端面弧形槽11;也可以把挡销12(一个或两个)按装在升降套4的外园上如图9所示，这样直接用支承座两侧的限位平面38、39来限定升降套4的转角;当支承座设计成如图11和12所示的框形结构时，则可用侧壁下部的限位面79和76来限位。当然还有很多其他各种显而易见的限位方法均不脱离本发明范围。
“螺杆”5的外园上开有一个或多个轴向槽。这些槽在图2中是与棘爪6啮合用;在图11、15、17中是与导键配合用;当采用如图16所示的内孔涨环式过载离合机构时，则螺杆的外园上可不开槽。
因半螺母3夹在带有两轴承孔的两支承壁中间，螺杠穿过中心并被轴承孔定位，所以当内、外螺纹啮合后，其两个轴承孔20、9与夹在它们中间的半周内螺纹16就形成了三点包容径向力平衡式的新型螺母快速开合式螺旋运动副，因而可承载很大轴向力。
关于图2中的单向棘爪式丝母升降开合螺杆机构的工作原理当需要松开工件，快速推拉活动钳体1时，操作手柄21，使丝杆5左旋(N方向)，(见图2、3、4)棘爪6在拉簧7的作用下落入丝杠5的轴向小槽28中，通过槽28的侧面推动棘爪6的垂直面29，带动凸轮套4左转，于是在升降曲面22和半螺母3的上尖角23的作用下，使半螺母3下降，直到挡销12与弧形槽11的左端头30相碰，此时半螺母3的内螺纹中心线从最高位置O1-O1，下降到最低位置O2-O2，从而使内螺纹16与螺杆5外螺纹完全分开，此时，螺杆5和活动钳体1处于可用手任意推、拉状态，以达到快速越过空行程，快速调整钳口开口尺寸的目的。
相反，当需要夹紧工件时，操作手柄21使螺杆5右旋(M方向)，(见图6、7、8)，通过螺杆5上的小槽28的侧面推动棘爪6的斜面37，带动升降套4也一同右转，直到挡销12与弧形槽11的右端头36相碰，则升降套4停止转动，此时半螺母3在它的下尖角27和升降套4的升降曲面25的作用下而升高，它的内螺纹中心线从最低的O2-O2位置，上升到最高位置O1-O1，并与螺杆5的中心线重合，从而使它的半周内螺纹16与螺杆5外螺纹完全啮合，这时仍继续沿M向转动螺杆5，则棘爪过载离合机构打滑，而不妨碍螺杆5的M向转动，假如螺纹为右旋，螺母固定，则丝杆就带头活动钳体沿K向移动，直到钳口夹紧工件为止。
图11为支承座为框形，升降套4为只有一段下部升降曲面，过载离合机构为端面摩擦环式的螺母升降开合式螺杆传动机构。其工作原理与图2基本相同，如螺杆5作M向转动时，螺杆的传动力矩经导键62摩擦环61传递给升降套4，也一同作M向转动，直到被限位面79挡住，此时，半螺母3已上升到最高点，内外螺纹啮合，继续转动螺杆5，过载装置摩擦环端面打滑，允许螺杆继续转动，直到夹紧工件为止。当向相反方向(N向)转动螺杆5时，通过过载离合装置，使升降套4一同N向转动，直到与限位面76相碰，半螺母3在环形拉簧60的作用下，降到最低位置，内外螺纹分离，可达到了自由推，拉活动钳体(或滑板)的目的。
图19为在图2的基础上，增设的一套可控制半螺母升降的锁定机构，从而使螺杆5不但可慢进，而且有慢退的功能。以图2和图8为基础论述如下首先将棘爪6，改为双向倒角的棘爪，该锁定机构由顶杆46、压簧45、锥头螺钉47和升降套4上的定位平面41组成。顶杆46装在支承座的两个导孔52和51中，它的下锥体50在锥头螺钉47的锥面49的作用下，作上、下升降运动，它向上运动时，顶端面42可顶住凸轮套4的定位平面41，压簧45此时被压缩。当锥头螺钉47，向左拧出时，则它的右端锥体49也向左移动，顶杆46的斜面50在压簧45的压力作用下跟着下降，它的顶面42也向下运动，直到远离升降套4的外园26为止，而不妨碍升降套4的转动。
上述“锁定机构”还可直接锁定半螺母，这时只需将顶杆的上端面42顶住半螺母的某一部分即可。另外，就锁定机构本身而言，其等效机构和操作方法也是很多的，也可以远距离操作或遥控，顶杆46的升降可以用液动或气动式的油缸、气缸，或用电磁铁操作控制等均属本发明范畴。
本发明还有下列一些局部改进的实施例(1)当本发明应用在轴向力较小的传动中，则图2中的轴承座可以只保留带有轴承孔20的左臂，去掉右臂及轴承孔9;(2)在轴承座2的轴承孔内，可装材质较硬的导套，该导套也可以加在升降套4的右端，设计成整体结构。
鉴于上述螺母升降自动开合螺杆传动机构，因三点包容，径向内力平衡，故可承载很大的轴向力，特别是具有螺杆中心不升降的优点，很容易与现有螺杆螺旋付互换，所以应用范围很广，可应用到一切用螺杆螺纹副传动而需要快速移动的装置上。
权利要求
1.一种螺母升降自动开合式新型螺杆传动机构，由螺母、支承座、螺杆组成，其特征在于(1)螺母是由不大于半周的内螺纹16的内孔及设有上下升降运动导向面(包括传递升降力的着力面、线)的外周面组成的半螺母3；(2)通过升降曲面与半螺母接触，使半螺母能作上下升降运动的“升降机构”，“升降机构”上还设有限制其与螺杆间的传动力的过载离合机构；(3)由支承臂、支承座体组成的支承座2、螺杆穿过支承臂上的支承孔9、20，与装在支承臂间的半螺母3及“升降机构”相配合。
2.如权利要求1中所述的螺母升降自动开合螺杆传动机构其特征在于“升降机构”由升降套4、棘爪6、环形拉簧7、挡销12组成、其中升降套4右端的内孔10与螺杆5的外园滑动配合、左端内侧表面有两段升降曲面22、25对应地和半螺母3的两个传递升降力的尖角23、27相啮合。半螺母3上的升降导轨面与支承座上的导轨面32、35间以滑动配合。支承座也可与钳体(或滑台、工作台)制成一体，也可以将支承座2的带有支承孔的支承臂从支承座上分离出来，安装在固定滑台(或活动滑台)的合适位置上。
3.权利要1中所述的螺母升降自动开合螺杆传动机构，其特征在于半螺母3的左右两侧77、81为升降阳导轨面、与框架式支承座的两侧壁82、75上的内侧面升降阴导轨面72、74滑动配合，环形拉簧60装在半螺母3的顶部对它施加压力、迫使它的下尖角84、始终都压在升降套4的升降内曲面83上，螺杆5从它们中间穿过，过载离合升降机构由升降套4、端面摩擦环61、导键62、压簧63、挡圈64组成支承座2的左、右侧框壁的下表面79和76分别是限定升降套4左、右向转动范围的限位面。框架支承座2的两侧框壁82、75也可以分离出来成一单独零件83，然后再与支承座组合连结。
4.权利要求1所述的“升降机构”其特征在于可采用内孔表面摩擦涨环离合器式的升降机构，由弹性涨环92、传力销93、升降套4、挡圈64组成。弹性涨环92有开口94，在自由状态下，其内孔直径比螺杆5的外径小。按装在螺杆与升降套之间，通过传力销93与升降套连结。
5.权利要求1所述的“升降机构”、其特征在于可采用外园表面摩擦涨环离合器式的升降机构。由弹性涨环86、导键90、升降套4、挡圈64组成。弹性涨环86上有开口91，在自由状态下，其涨环外园87的外径尺寸比升降套的内孔88的孔径大，按装在螺杆与升降套之间，通过导键90与螺杆连结。
6.权利要求1所述的“升降机构”，其特征在于可采用轴向分布导柱过载离合器式的升降机构，由套体102、导键101、弹簧103、园导柱104、升降套4组成，在升降套4的右端面上有一个(或数个)阻力坑窝105或(阻力槽)。套体102通过导键101与螺杆5连结园导柱104，也可用钢球代替。如将园导柱104改为与套体一体的牙嵌，相应地将升降套4的右端面上的坑窝105也改成与其一体的牙嵌、加上压簧，并留出套体左右移动的空间(略大于牙嵌高度)，则就变成了与本轴向分布导柱式过载离合器等效的端面牙嵌过载离合器式的升降机构。
7.权利要求1所述的“升降机构”，其特征在于可采用径向分布导柱过载离合器式的升降机构，由套体112、导键111、弹簧113、园导柱(或钢球)114、升降套4组成。套体112通过导键111与螺杆连结。
8.权利要求1所述的螺母升降自动开合式螺杆传动机构，其特征在于还有一套可控制半螺母升降的锁定机构。
9.如权利1所述的螺母升降自动开合式螺杆传动机构，其特征在于它可用在台钳、机床用平口钳、机床尾座、溜板、工作滑台及一切用螺杆螺纹副传动而需要快速移动的装置上。
10.权利要求1中所述的螺母升降自动开合式螺杆传动机构，其特征在于“升降机构”还设有限制其与螺杆间的传动力的“过载离合机构”，它可包括单向式、双向式，超越式以及电磁式、液、气动式等一切过载离合器。其过载元件可采用包括棘爪(单、双向)牙嵌(单、双向)、钢球、导柱、摩擦盘(片、圈、块、垫)、各种弹性元件(弹簧、弹性涨套、涨圈)以及电磁、液、气动等各种过载元件。上述各种过载离合装置，都是本发明的“过载离合机构”的等效机构。
全文摘要
本发明属于一种螺杆传动机构，螺杆由支承座支承，螺杆上还设有半螺母，半螺母设置在支承座内，半螺母配有升降装置，以实现内、外螺纹的快速分离和啮合，若加上锁定机构，不但可使丝杆有快进、快退、慢进，而且还能慢退。本发明因丝杆中心不升降，能互换，又因螺纹三点包容，可承载很大轴向力，构造及其简单，操作方便，广泛用在台钳、机用平口钳、工作滑台及一切用螺杆螺纹副传动而需要快速移动的装置上。
文档编号F16H25/20GK1065514SQ9110181
公开日1992年10月21日 申请日期1991年4月3日 优先权日1991年4月3日
发明者范朝来, 范永杰, 范梦清 申请人:范朝来