具有雙螺絲連接部件的驅動裝置的制作方法

閥用于各種工業領域中(特別是在石油和天然氣工業中)以控制流體的流動。大多數閥包括閥體，該閥體具有縱向流孔(flow bore)和與該流孔相交的橫向閘腔(gate cavity)。驅動裝置特別用于在關閉位置和打開位置之間移動閘腔的關閉板，其中在關閉位置所述關閉板阻塞流孔，在打開位置所述關閉板不阻塞流孔。驅動裝置由輸入扭矩(torque)驅動，所需的扭矩通常用手動輪(handwheel)或電動輪產生。

驅動裝置還包括能夠將旋轉運動轉換成平移運動的傳動機構，該傳動機構設置有：驅動閘板的打開和關閉的平移軸(translating shaft)；以及，連接到扭矩輪的旋轉套筒(rotating sleeve)。

如已經注意到的，施加到驅動裝置的平移軸的力在打開閥時和在第一次打開過程(run)中有最大值。隨后，該力不再那么重要并大致恒定。相反，當需要關閉閥時，所述最大值的力將在閥最終關閉時施加。當使用手動輪時發生的是，在開始打開閥和結束關閉閥時該力變得如此重要以至于可能需要兩個操作者在手動輪上施加所要求的力。

專利EP-A-1 359 345中說明了包括雙螺絲連接部件的已知驅動裝置。

由于效率較高的第二螺絲機構首先接合，因此這種驅動裝置允許在開始打開閥時減小所需的扭矩。打開過程的結束由第一螺絲機構實現。

然而，開始關閉閥也由首先接合的效率較高的第二螺絲機構來實現。然后，由第一螺絲機構實現結束關閉過程。結束閥關閉過程需要施加所述最大值的力，但是對于這種配置，使用的是具有最低效率的螺絲機構。

因此，在這種特定情況下，本發明的目的是減小在打開閥時產生的起步扭矩(breakaway torque)和在結束關閉閥時產生的關閉扭矩，且當產生的扭矩不重要時增大打開和關閉階段的速度。

因此，需要有驅動裝置，該驅動裝置能夠引起施加可變縱向力和/或具有可變速度的平移運動。

根據一個實施方式，提出一種驅動裝置，包括：

非旋轉的和平移的縱向軸，

與所述縱向軸同軸且圍繞所述縱向軸定位的、旋轉的和平移的內套筒，

與所述內套筒同軸且圍繞所述內套筒定位的、旋轉的和非平移的外套筒，

設置在所述縱向軸與所述內套筒之間的內螺絲連接部件，以及

設置在所述內套筒與所述外套筒之間的外螺絲連接部件。

內螺絲連接部件和外螺絲連接部件被適配成當外套筒沿相同的旋轉方向旋轉時使縱向軸沿相同的縱向方向移動。

內螺絲連接部件的導引效率高于外螺絲連接部件的導引效率。終端抵接部件被設置成用于在相應的終端縱向位置處限制內套筒相對于外套筒的縱向運動。

此外，將用于在內套筒與縱向軸之間維持連接狀態的、可自釋放的(self-releasable)連接部件設置在終端抵接部件中的一個上，該終端抵接部件被設置成用于限制縱向軸相對于內套筒的縱向運動，比如使得由可自釋放的連接部件所引起的阻力扭矩高于外摩擦螺絲連接部件的驅動扭矩。

內螺絲連接部件可以是滾子螺絲機構，并且外螺絲連接部件可以是螺紋摩擦螺絲機構。

終端抵接部件可以包括旋轉抵接部件。

用于限制縱向軸相對于內套筒的縱向運動的終端抵接部件可以包括附著到縱向軸上的環形的環和附著到內套筒上的環，這些環中的至少一個設置有可自釋放的連接部件。

可自釋放的連接部件可以包括能夠與分別由縱向軸和內套筒所帶有的凹部接合的多個突出構件。

突出構件可以是球。

可自釋放的連接部件可以包括：有吸引力的磁體。

縱向軸可以連接到刀閘閥的平移關閉板。

根據一個實施方式，還提出一種在兩個端部縱向位置之間驅動縱向軸的方法，其中內套筒被定位成與所述縱向軸同軸且圍繞所述縱向軸，外套筒被定位成與所述軸同軸且圍繞所述內套筒，內螺絲連接部件設置在縱向軸與內套筒之間，并且外螺絲連接部件設置在內套筒與外套筒之間。

所述方法可以包括：

-在縱向的外套筒的向前旋轉方向上的第一階段和第二階段，其中在所述第一階段期間外套筒的旋轉通過內螺絲連接部件傳遞到縱向軸，在所述第二階段期間外套筒的旋轉通過外螺絲連接部件傳遞到縱向軸，以及

-在所述外套筒的向后旋轉方向上的第一反向階段和第二反向階段，其中在所述第一反向階段期間所述外套筒的旋轉通過外螺絲連接部件傳遞到縱向軸，在所述第二反向階段期間外套筒的旋轉通過內螺絲連接部件傳遞到縱向軸。

由于本發明，在開始打開閥，要求的施加力為最大值時，使用較高效率的螺絲連接部件，然后在余下的閥打開過程期間，要求施加的力減小且恒定的時，使用較高效率的螺絲連接部件。

另一個優點是，在結束關閉閥，要求的施加力為最大值時，使用較高效率的螺絲連接部件，然后在閥關閉過程開始期間，要求施加的力減小且幾乎恒定時，使用較低效率的螺絲連接部件。

現在將作為示例描述根據本發明的驅動裝置并在附圖中示出，在附圖中：

圖1至圖8示出了驅動裝置在以下不同的縱向位置處相應的縱向截面：

-圖1：第一端部位置；

-圖2：第一當前向前位置；

-圖3：向前中間位置；

-圖4：第二當前向前位置；

-圖5：第二端部位置；

-圖6：第一當前向后位置；

-圖7：向后中間位置；以及

-圖8：第二當前向后位置。

如圖1所示，驅動裝置1包括：待縱向移動的非旋轉的縱向軸2；與縱向軸2同軸且圍繞縱向軸2設置的、旋轉的和平移的縱向內套筒3；以及，與內套筒3同軸且圍繞內套筒3設置的、非平移的和旋轉的縱向外套筒4。

作為參考，在附圖中，縱向軸2從左向右延伸。

縱向軸2連接到待移動的機件(organ)，諸如沿軸向連接到軸2的端部的桿2a，其設置有用于防止縱向軸2旋轉的防旋轉部件(未圖示)，諸如縱向引導部件。作為參考，在圖1中，桿2a附著到軸2的右端部。則桿2a能夠連接到閥的刀閘閥(未示出)的平移關閉板以便控制流體的流動。

外套筒4通過球軸承系統7被管狀支撐件6支撐，使得外套筒4無法平移移動而是只能旋轉。

在縱向軸2與內套筒3之間設置有內螺絲連接部件8。例如，內螺絲連接部件8為滾子螺絲機構(roller screw mechanism)，該滾子螺絲機構包括多個縱向循環滾子(circulating rollers)9，這些縱向循環滾子9具有分別與縱向軸2的周螺紋以及與內套筒3的內螺紋接合的周螺紋，使得內套筒3的旋轉引起縱向軸2的縱向運動，而沒有滾子8相對于軸2的縱向運動。

內套筒3與外套筒4之間設置有外螺絲連接部件10。例如，外螺絲連接部件10為摩擦螺紋機構，該摩擦螺紋機構包括與外套筒4的內螺紋接合的內套筒3的外螺紋。

內螺絲連接部件8和外螺絲連接部件10被適配成當外套筒3沿相同方向旋轉時使縱向軸2沿相同的縱向方向移動。

內螺絲連接部件8的導引效率(direct efficiency)高于外螺絲連接部件10的導引效率。這意味著，在沒有任何其它主動件(active element)的情況下，外套筒4的旋轉優先經由內螺絲連接部件8轉換成軸2的平移，并且意味著內套筒3和外套筒4經由外螺絲連接部件10連接并一起旋轉。這也意味著，如果縱向軸2與內套筒3連接，則外套筒4的旋轉經由外螺絲連接部件10轉換成軸2的平移。

內套筒3相對于外套筒4的縱向運動由終端抵接部件11和12限制，終端抵接部件11和12在內套筒3相對于外套筒4的預定縱向行程(stroke)的末端處起作用(active)。作為參考，終端抵接部件11在圖的左側，終端抵接部件12在圖的右側。

終端抵接部件11和12包括附著到內套筒3端部的環13和14以及附著到外套筒4的環15和16，其分別在內套筒3相對于外套筒4的縱向行程的末端處接觸。

例如，環13和15以及環14和16包括對應的凸耳17和18(圖4)和凸耳17a和18a(圖1)，它們形成對應的旋轉抵接，并通過外螺絲連接部件10螺紋的螺旋結構(helix thread)的作用，在內套筒3相對于外套筒4的行程的相對末端處分別沿周向抵接。

縱向軸2相對于內套筒3的縱向運動由終端抵接部件19和20限制，終端抵接部件19和20在縱向軸2相對于內套筒3的預定縱向行程的末端處起作用。作為參考，終端抵接部件19在圖的左側，終端抵接部件20在圖的右側。

終端抵接部件19包括附著到縱向軸2的端部的環21和附著到內套筒3的端部的所述環13。

例如，環13和21包括對應的凸耳22和23，凸耳22和23形成旋轉抵接，并通過內螺絲部件8的螺紋的螺旋結構(helix thread)的作用，在縱向軸相對于內套筒3的行程的相對末端處分別沿周向抵接。

終端抵接部件20包括附著到縱向軸2的環狀的環24和附著到內套筒3的所述環14。

此外，環14和24設置有如下形成的、可自釋放的連接部件25。環24設置有多個朝環14縱向突出的球26和在縱向上作用在這些球24上的插入彈簧27。球24在圓周上分布。

當由縱向軸2承載的環24到達由內套筒3承載的環14時，通過內螺絲部件8的螺紋的螺旋結構的作用，球26在環14的徑向面上滑動并最終接合在環14的凹部28內。

由可自釋放的連接部件25引起的阻力扭矩高于外摩擦螺絲連接部件10的驅動扭矩。

作為未示出的可選方案，環24可以設置有多個朝內套筒3徑向突出的球和在徑向上作用在這些球上的插入彈簧，這些球在所述環24的外周上分布。當由縱向軸2承載的環24到達由內套筒3承載的環14時，通過內螺絲部件8的螺紋的螺旋結構的作用，所述球在內套筒3的軸向內表面上滑動并最終接合在內套筒3的所述軸向內表面的凹部內，以產生阻力扭矩。

作為未示出的另一可選方案，環24和14可以設置有多個相關聯的、有吸引力的磁體。當由縱向軸2承載的環24到達由內套筒3承載的環14時，通過內螺絲部件8的螺紋的螺旋結構的作用，環24和14的所述相關聯的、有吸引力的磁體共同配合，以產生阻力扭矩。

外套筒4的、與桿2a相反向的端部設置有手動輪29。

現在將說明驅動裝置1如何工作。

圖1示出了第一端部的縱向位置。

抵接部件11起作用，并且抵接部件19起作用。內套筒3相對于外套筒4位于圖的左側。

現在考慮沿著向前旋轉方向旋轉手動輪29，以便沿在圖中從左向右的向前方向FD驅動縱向軸2。

由于內螺絲連接部件8的效率高于外螺絲連接部件10的效率，因此內套筒3不移動，并且手動輪29的旋轉通過內螺絲連接部件8轉換成縱向軸2的平移。可傳遞的扭矩高。

圖2示出了相應的當前位置。

在執行縱向軸2相對于內套筒3的向前行程(作為第一向前階段)之后，由環14和24形成的抵接部件20起作用，并且可自釋放的連接部件25通過將球26接合在凹部28內起作用。到達如圖3所示的相應的中間縱向位置。

此后，內套筒3連接到縱向軸并且外螺絲連接部件10接管(take over)，手動輪29的旋轉通過外螺絲連接部件10轉換成縱向軸2的平移。可傳遞的扭矩減小。但是，縱向軸的縱向速度增大。圖4示出了相應的當前位置。

在執行內套筒3相對于外套筒4的向前行程(作為第二向前階段)之后，抵接部件12起作用。到達如圖5所示的第二端部縱向位置。

現在考慮沿向后或反向的旋轉方向旋轉手動輪29，以便沿在圖中從右向左的向后方向RD驅動縱向軸2。

由于存在可自釋放的連接部件25——該可自釋放的連接部件25引起的阻力扭矩比外摩擦螺絲連接部件10的驅動扭矩高——因此內套筒3保持與縱向軸2旋轉連接，并且手動輪29的向后旋轉通過外螺絲連接部件10轉換成縱向軸2的向后平移。由可自釋放的連接部件25引起的阻擋扭矩足以產生和維持該連接狀態。

圖6示出了相應的當前位置。

在執行縱向軸2相對于內套筒3的向后行程(作為第一向后階段)之后，抵接部件19起作用。

到達如圖7所示的相應的中間縱向位置。可以注意到，該位置等同于圖3所示的位置。

此后，內螺絲連接部件8接管，手動輪29的旋轉通過內螺絲連接部件8轉換成縱向軸2的平移。通過引起球26脫離凹部的旋轉來發生可自釋放的連接部件25的解除阻擋或釋放。

圖8示出了相應的當前位置。

在執行內套筒3相對于外套筒4的向后行程(作為第二向后階段)之后，抵接部件11起作用。恢復圖1所示的第一端部位置。

作為示例，桿2a可以連接到刀閘閥的打開/關閉板。在這種類型的閥中，打開運動存在第一打開階段和第二打開階段，其中在第一打開階段打開阻力高，在第二打開階段打開阻力變小。關閉運動存在第一關閉階段和第二關閉階段，其中在第一關閉階段關閉阻力小，在第二關閉階段關閉阻力變高。

因此，當驅動裝置處于所述第一端部位置(圖1)時，刀閘閥完全關閉，當驅動裝置處于所述第二端部位置(圖5)時，刀閘閥完全打開。

結果如下。

驅動裝置1的所述第一向前階段對應于閥的第一打開階段，在該第一向前階段期間，能夠通過內螺絲連接部件8從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩高，具有小的平移速度。

驅動裝置1的所述第二向前階段對應于閥的第二打開階段，在該第二向前階段期間，能夠通過外螺絲連接部件10從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩小，具有高的平移速度。

驅動裝置1的所述第一向后階段對應于閥的第一關閉階段，在該第一向后階段期間，能夠通過外螺絲連接部件10從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩小，具有高的平移速度。

驅動裝置1的所述第二向后階段對應于閥的第二關閉階段，在該第二向后階段期間，能夠通過內螺絲連接部件8從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩高，具有小的平移速度。

根據另一實施方式，自釋放部件20可以形成為帶有除了凸耳17和18之外的構件。作為一個示例，環16和24可以帶有在最后關閉時有吸引力的磁體，以便在縱向軸2和內套筒3之間產生所述阻擋扭矩。作為另一個示例，球26可以徑向地作用并與內套筒3的縱向槽和肋配合。

在另一個實施方式中，手動輪可以由電動輪替代。在這種情況下，如所描述的驅動裝置可以允許減小該電動輪所需的功率。

雖然已使用反向滾子螺絲機構和摩擦螺絲機構作為雙螺絲連接部件闡述了本發明，但是應當理解，本發明可以在不進行大改動的情況下應用于使用任何其它類型和組合的螺絲機構的驅動裝置，這些螺絲機構比如為行星滾子螺絲機構、球螺絲機構、摩擦螺絲機構。

此外，雖然已使用多個球軸承系統闡述了本發明，但是應當理解，本發明可以在不進行大改動的情況下應用于使用不是球的滾動體和/或具有多列滾動體的軸承。

本發明可以與任何類型的閥(例如閘閥、控制或調節閥、或者節流閥)一起使用。驅動裝置例如可用于可以由遠程操作交通工具(vehicle)或驅動器驅動的水面閘門或水下閥門。

此外，能夠由第一螺絲連接部件和第二螺絲連接部件的驅動所引起的不同縱向速度可以在其它應用示例中實現，特別是在需要具有快速接近行程然后緩慢而精確定位的情況下。因此，本發明的驅動裝置可以適用于機器人或機器、工具、受控外科手術工具、激光切割、焊接部件、成型部件、鐘擺的移位機件。

說明書中公開的實施方式可以配置或組合在一起，并且仍在本發明的范疇內。