專利名稱：用于線性致動(dòng)器的扭矩反作用波紋管密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題總體上涉及致動(dòng)器。更具體地，本文公開的主題涉及用于線性致動(dòng)器的扭矩反作用設(shè)備。
背景技術(shù)：
線性致動(dòng)器，尤其滾珠絲杠致動(dòng)器，通過旋轉(zhuǎn)部件與非旋轉(zhuǎn)部件之間的螺旋滾道界面將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)。多個(gè)滾珠軸承典型地布置在介于旋轉(zhuǎn)部件(通常為螺母) 和非旋轉(zhuǎn)部件(通常為絲杠)之間的螺旋滾道內(nèi)。當(dāng)扭矩被施加到螺母，并且在螺母旋轉(zhuǎn)而絲杠被防止旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠軸承被迫沿著螺旋滾道運(yùn)動(dòng)，因而迫使絲杠沿線性方向運(yùn)動(dòng)。為防止絲杠旋轉(zhuǎn)，施加到螺母的扭矩必須一定程度上被反作用。反作用螺母扭矩的一種方式是采用與致動(dòng)負(fù)載相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠致動(dòng)器通常被安裝在這樣的位置， 被移動(dòng)物體用關(guān)節(jié)連接在具有預(yù)定路徑的結(jié)構(gòu)上。典型地，該結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固以抑制絲杠的旋轉(zhuǎn)。然而，在其他的應(yīng)用中，扭矩不能通過母結(jié)構(gòu)被反作用，所以其必須以其他方式被反作用。一種解決方式向連接至絲杠的致動(dòng)器增加連桿機(jī)構(gòu)(linkage)，以反作用扭矩。在其他情況下，例如在包裝限制阻止連桿機(jī)構(gòu)的使用時(shí)，采用扭矩反作用銷或花鍵(spline)。在反作用被施加的扭矩時(shí)，銷和花鍵利用滑動(dòng)界面以適應(yīng)致動(dòng)器的線性動(dòng)作。與滑動(dòng)界面相關(guān)聯(lián)的滑動(dòng)摩擦從系統(tǒng)吸收能量，由此降低致動(dòng)器的整體效率。進(jìn)一步而言，滑動(dòng)界面通常與高程度的磨損相關(guān)聯(lián)。大多數(shù)線性致動(dòng)器依靠動(dòng)態(tài)密封，例如唇形密封，以將環(huán)境阻擋在致動(dòng)器內(nèi)部之外。即使不是全部，大多數(shù)動(dòng)態(tài)密封提供一定程度的泄露，其增加了致動(dòng)器的磨損并降低了效率。另外，在被計(jì)劃用于真空(例如，太空)中的致動(dòng)器中，有必要使用氣密密封以阻止?jié)櫥瑒闹聞?dòng)器溢出。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種線性致動(dòng)器包括殼體和位于殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)元件。非旋轉(zhuǎn)元件位于殼體內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)元件可操作聯(lián)接。波紋管密封被固定到殼體和非旋轉(zhuǎn)元件，以反作用施加到旋轉(zhuǎn)元件的扭矩，并允許非旋轉(zhuǎn)元件沿著旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸線的線性平移。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種操作線性致動(dòng)器的方法包括將扭矩施加到線性致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部件，旋轉(zhuǎn)部件在殼體中位于旋轉(zhuǎn)軸線處并且與旋轉(zhuǎn)元件可操作聯(lián)接。作為扭矩施加的結(jié)果，旋轉(zhuǎn)部件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且扭矩通過固定到非旋轉(zhuǎn)部件和殼體的波紋管密封被反作用。作為旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，非旋轉(zhuǎn)部件沿著旋轉(zhuǎn)軸線線性平移。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種用于線性致動(dòng)器的扭矩反作用器包括固定到線性致動(dòng)器殼體的波紋管密封和位于殼體的非旋轉(zhuǎn)元件，以反作用施加到可操作地連接至非旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)元件的扭矩，并允許非旋轉(zhuǎn)元件沿著旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸線的線性平移。這些和其他的優(yōu)點(diǎn)和特征將從下面的描述并結(jié)合附圖而變得更加直觀。


被視為發(fā)明的本主題在說明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求中尤其被指出并清楚地被要求。本發(fā)明的前述的和其他特征及優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖而變得直觀。圖1為線性致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；以及圖2為線性致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的局部剖視圖。詳細(xì)描述參照附圖以示例的方式闡述了本發(fā)明的實(shí)施例，連同優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式圖1中示出了線性致動(dòng)器10的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。致動(dòng)器10包括螺母12和布置在致動(dòng)器殼體16內(nèi)的絲杠14。絲杠14位于螺母12的徑向內(nèi)側(cè)，并且正如圖2所示， 包括位于絲杠14外表面20處的螺旋通道18。螺母12基本圍繞絲杠14，并且包括多個(gè)固定在螺母12內(nèi)的滾珠軸承22，并且其位于螺旋通道18內(nèi)。當(dāng)絲杠14繞絲杠軸線M旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠軸承22沿著螺旋通道18運(yùn)行，迫使螺母12沿著絲杠軸線M相對(duì)于絲杠14線性地平移。盡管在所示的實(shí)施例中，絲杠14被旋轉(zhuǎn)以線性地平移螺母12，但應(yīng)當(dāng)理解的是，其他實(shí)施例可包括旋轉(zhuǎn)螺母12，其沿著絲杠軸線M線性地平移絲杠14。再次參見圖1，螺母12包括末端執(zhí)行器，例如眼孔(eyelet)沈，其將螺母12的線性運(yùn)動(dòng)傳遞至附接結(jié)構(gòu)(未示出)。在一些實(shí)施例中，螺母12包括被壓入螺母12的端部30 中的套管觀。眼孔26被插入螺母12的端部30中，并且螺紋緊固件32通過套管觀被插入并且被擰入眼孔沈的眼孔螺紋34以將眼孔沈固定至螺母12。盡管圖1的實(shí)施例示出使用螺紋緊固件將眼孔26附接到螺母12，但其他附接方式(例如焊接)也被構(gòu)想在本公開的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，為了密封螺母12的內(nèi)部并且防止螺母12/絲杠14的界面被污染，一個(gè)或多個(gè)ο型環(huán)密封36被布置在眼孔軸38和螺母12之間。在圖1的實(shí)施例中，在眼孔軸38和螺母12之間示出了兩個(gè)ο型環(huán)密封36，但是也可采用其他數(shù)量的ο型環(huán)密封 36，例如一個(gè)或三個(gè)ο型環(huán)密封36，這依賴于致動(dòng)器10的運(yùn)行條件。為了在致動(dòng)器10的運(yùn)行期間反作用被施加到絲杠14的扭矩，并且為了進(jìn)一步防止致動(dòng)器10的污染，提供了扭矩反作用波紋管密封40，如圖1所示。波紋管密封40在螺母 12的從殼體16向外延伸的部分處圍繞螺母12圓周地延伸。波紋管密封40在第一端42被固定到殼體16的密封附接凸緣44。該附接可以借助多個(gè)螺紋緊固件46 (如被示出的)或者其他方式。類似地，波紋管密封40的第二端48被固定到螺母12，例如被固定到眼孔沈， 如圖所示。第二端48通過例如多個(gè)螺紋緊固件46、焊接或通過其他適當(dāng)?shù)姆绞蕉还潭ǖ窖劭?。介于第一?2和第二端48之間，波紋管密封40包括多個(gè)匝(convolution) 50。 在一些實(shí)施例中，多個(gè)匝50被構(gòu)造為例如通過焊接結(jié)合在一起的單獨(dú)的匝50。進(jìn)一步，每個(gè)匝50的截面可變化，使得布置在匝50的內(nèi)徑52處的最內(nèi)部分比布置在匝50的外徑M 處最外部分具有更大的材料厚度。具有多個(gè)匝50的波紋管密封40被構(gòu)造為沿著絲杠軸線 M方向具有足夠彈性，以允許螺母12遍及其所需的沖程(stroke)移動(dòng)，而不會(huì)使波紋管密封40超負(fù)載和疲勞。進(jìn)一步，波紋管密封40被構(gòu)造為提供足夠的扭轉(zhuǎn)剛度以反作用施加到絲杠14的扭矩，因而消除對(duì)額外的扭矩反作用部件的需求，例如現(xiàn)有技術(shù)的連桿機(jī)構(gòu)和 /或花鍵。除了提供扭矩反作用之外，波紋管密封40也對(duì)進(jìn)一步防止致動(dòng)器10的污染起到作用，以允許致動(dòng)器10在包含大范圍污染物的環(huán)境下操作。進(jìn)一步，波紋管密封40的使用允許致動(dòng)器10被氣密地密封。在致動(dòng)器10需要在真空中(例如在太空中)操作的應(yīng)用中， 即使在真空中操作時(shí)，被氣密地密封的致動(dòng)器10仍然保留住其潤(rùn)滑劑。
盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)介紹了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)易于理解的是，本發(fā)明不限于這些公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可被修改以包括此前未描述的任何數(shù)量的變化、變更、置換或等同的布置，但其與本發(fā)明的精神和范圍相一致。另外，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的不同實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的這些方面可僅包括所描述實(shí)施例中的一些。相應(yīng)地，本發(fā)明不應(yīng)被視為受到前述描述的限制，而是僅受到所附權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種線性致動(dòng)器(10)，包括殼體(16)；布置在所述殼體(16)中的旋轉(zhuǎn)元件(14)；布置在所述殼體(16)中的非旋轉(zhuǎn)元件(12)，其與所述旋轉(zhuǎn)元件(14)可操作聯(lián)接；和波紋管密封(40)，其固定到所述殼體(16)和所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)，以反作用施加到所述旋轉(zhuǎn)元件(14)的扭矩并且允許所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)沿著所述旋轉(zhuǎn)元件(12)的旋轉(zhuǎn)軸線 (24)的線性平移。
2.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述波紋管密封(40)圍繞所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)基本圓周地延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述波紋管密封(40)包括多個(gè)匝 (50)。
4.如權(quán)利要求3所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述多個(gè)匝(50)的每個(gè)匝(50)的厚度隨著距所述旋轉(zhuǎn)軸線(24)的徑向距離而變化。
5.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述波紋管密封(40)通過多個(gè)螺紋緊固件(46)被固定到所述殼體(16)的附接凸緣(44)。
6.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件(14)是絲杠，所述絲杠包括至少一個(gè)螺旋通道(18)。
7.如權(quán)利要求6所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)包括至少一個(gè)滾珠軸承(22)，所述至少一個(gè)滾珠軸承(22)能夠被接收在所述至少一個(gè)螺旋通道(18)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，其中，所述波紋管密封(40)被構(gòu)造并且被固定以防止將污染物引入所述線性致動(dòng)器(10)的內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器(10)，包括至少一個(gè)ο型環(huán)密封(38)，所述至少一個(gè)ο型環(huán)密封(38)布置在所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)處以防止所述線性致動(dòng)器(10)內(nèi)部的污染
10.一種操作線性致動(dòng)器(10)的方法，包括將扭矩施加到所述線性致動(dòng)器(10)的旋轉(zhuǎn)元件(14)，所述旋轉(zhuǎn)元件(14)布置在殼體 (16)中位于旋轉(zhuǎn)軸線(24)處，所述旋轉(zhuǎn)元件(14)可操作地連接到非旋轉(zhuǎn)元件(12)；作為扭矩施加的結(jié)果，使所述旋轉(zhuǎn)元件(14)繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(24)旋轉(zhuǎn)；通過固定到所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)和所述殼體(16)的波紋管密封(40)反作用所述扭矩；以及作為所述旋轉(zhuǎn)元件(14)旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，使所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線(24) 線性地平移。
11.如權(quán)利要10所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件(14)的旋轉(zhuǎn)通過布置在所述旋轉(zhuǎn)元件(14)內(nèi)的至少一個(gè)螺旋通道(18)被轉(zhuǎn)化為所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)的線性運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，非旋轉(zhuǎn)元件(12)包括至少一個(gè)滾珠軸承(22)，所述至少一個(gè)滾珠軸承(22)能夠被接收在所述至少一個(gè)螺旋通道(18)內(nèi)，以將所述扭矩傳遞到所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，包括通過所述波紋管密封(40)的位置和構(gòu)造而防止將污染物引入所述線性致動(dòng)器(10)的內(nèi)部。
14.一種用于線性致動(dòng)器(10)的扭矩反作用器，包括被固定到所述線性致動(dòng)器(10)的殼體(16)的波紋管密封(40)和被布置在所述殼體(16)內(nèi)的非旋轉(zhuǎn)元件(12)，以反作用施加到可操作地連接到所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)的旋轉(zhuǎn)元件(14)的扭矩，并允許所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)沿著所述旋轉(zhuǎn)元件(14)的旋轉(zhuǎn)軸線(24)的線性平移。
15.如權(quán)利要求14所述的扭矩反作用器，其中，所述波紋管密封(40)圍繞所述非旋轉(zhuǎn)元件(12)基本圓周地延伸。
16.如權(quán)利要求14所述的扭矩反作用器，其中，所述波紋管密封(40)包括多個(gè)匝(50)。
17.如權(quán)利要求16所述的扭矩反作用器，其中，所述多個(gè)匝(50)的每個(gè)匝(50)的厚度隨著距所述旋轉(zhuǎn)軸線(24)的徑向距離而變化。
18.如權(quán)利要求14所述的扭矩反作用器，其中，所述波紋管密封(40)被構(gòu)造并被固定以防止將污染物引入所述線性致動(dòng)器(10)的內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于線性致動(dòng)器的扭矩反作用波紋管密封。具體地，所公開的為線性致動(dòng)器(10)，其包括殼體(16)和位于殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)元件(14)。非旋轉(zhuǎn)元件(12)位于殼體內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)元件可操作聯(lián)接。波紋管密封(40)固定到殼體和非旋轉(zhuǎn)元件，以反作用施加到旋轉(zhuǎn)元件的扭矩并允許非旋轉(zhuǎn)元件沿著旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸線(24)的線性平移。一種操作線性致動(dòng)器的方法包括將扭矩施加到線性致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部件，該旋轉(zhuǎn)部件在殼體中位于旋轉(zhuǎn)軸線處，并被可操作地連接到非旋轉(zhuǎn)部件。作為扭矩施加的結(jié)果，旋轉(zhuǎn)部件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且扭矩通過固定到非旋轉(zhuǎn)部件和殼體的波紋管密封被反作用。非旋轉(zhuǎn)部件沿著旋轉(zhuǎn)軸線線性平移。
文檔編號(hào)F16H25/22GK102155523SQ20101058484
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者A. 希默爾曼 R. 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司