位移转换机构和致动器的制作方法

专利名称：位移转换机构和致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及位移转换机构，并且具体地涉及旋转到平动位移的转换以及使用这种 机构的致动器。
背景技术：
用于使被驱动元件产生机械位移的致动器在各种各样的工业应用中被广泛使用。 这些应用包括机械控制机构，包括阀和连接件、机器人、修复术、摄像光学器件、泵、制动器 和电动工具等一些例子。所需的位移可以是旋转的、线性的或其他的平移并且可以是短行 程或长行程的位移。位移可以是具有单独的返回机构例如弹簧的单向位移或者是包括往复 运动的双向位移。用于特定应用的致动器的选择经常取决于使用的致动器所处的环境。用于使被驱动对象产生线性位移或其他平动位移的多种形式的致动器是现有技 术中公知的。这些致动器包括直接操作的气动和液压活塞装置以及最近发展起来的被称为 “气动肌肉”的设备，其中气囊的充气造成外金属套以类似于活动肌肉收缩的方式收缩。其 他形式的线性致动器有电磁式的例如螺线管和音圈电机。这些设备具有的伸展能力有限。电机例如步进电机或伺服电机也是用于致动器设备的很方便的驱动器，但是要产 生线性位移，它们的旋转输出必须通过适当的转换机构被转化为线性动作。很多这样的机 构例如齿条和齿轮传动机构和导螺杆都已经被用于该用途。在后一种情况下，短螺纹的螺 母被沿着由电机转动的长螺纹轴杆平移并且被连接至要被驱动的元件例如印刷头。通过适 当地选择螺距或使用附加齿轮，就能够增加这种类型的机构的机械效益以针对少量旋转产 生相对较大的伸展。由复位弹簧偏置的凸轮轴和从动件也被广泛使用，特别是在常规的发动机中使 用，用于产生往复的线性移动，而类似的凸轮从动件和弹簧装置也被用于电动工具中以由 常规的电机驱动轴产生往复动作。但是，对于简单的旋转到平移动作的转换机构仍有改进空间，使其能够产生用于 有限旋转角度的大伸展并且对于容忍不利环境有足够的鲁棒性。本发明提供了这样的机 构。用于通过互补形状的盘状楔块或凸轮来产生所需静态线性位移的可调节垫片或 衬套装置也是现有技术中公知的。这样的装置在美国专利(J.C.Morris)“可调节的延伸凸 轮垫片”和英国公开的专利申请2331568 (A. Szmidla) “楔块及其设置”中进行了介绍。

发明内容
根据本发明的第一种应用，提供了一种位移转换机构，包括两个嵌套螺旋弹簧的 组件，在它们相对的表面上具有凸轮装置，凸轮装置被设置为作用在螺旋弹簧的线匝上以 将螺旋弹簧相对于彼此的旋转位移与跟线圈组件的长度变化有关的平动位移相联系。尽管本发明机构的预期用途是将有限的角度旋转输入转换为平移例如线性位移， 但是在理论上也可以反过来操作该机构以使得平动的输入位移产生有限的角度旋转位移
6输出。但是，在本发明的优选形式中，螺旋弹簧被驱动的相对旋转位移促使凸轮装置接 合并改变螺旋弹簧线匝的间距，由此改变组件的长度并产生相关的平动位移。该机构具有明显的机械效益，因为由单次增量旋转产生的平动位移并不仅仅是单 个凸轮的平移动作而是所有凸轮位移的累积总和。换句话说，实际效果要乘以线圈的匝数 并使得弹簧组件能够在长度上翻倍。优选的机构使用拉簧以使组件长度被拉长，但是同样可以使用压缩弹簧以使组件 长度可以随着弹簧的相对旋转而收缩。弹簧线圈由整体原料成形是优选的，线圈的线匝被按段成形以提供凸轮装置。基 本分段为了更大的强度可以是圆形或方形的，并且可以通过任意合适的方法例如压制而被 成形为一定的轮廓形状。根据负载和应用，金属和塑料材料都可以被用于构成弹簧。弹簧 钢是合适的金属材料，碳化钨也是。聚酰胺例如尼龙是合适的塑料材料。优选的凸轮装置包括在至少一个弹簧的线匝表面上的斜凸轮表面。这样的斜凸轮 表面理想地被应用在两个线圈的相对部分上并且在相应的线圈上斜率相反。但是，可选地， 也可以在其中一个线匝上使用简单的凸轮从动件例如螺栓。为了使位移最大化，斜凸轮表 面延伸在线匝表面的整个高度上。还是优选地，特别是如果需要进行比例控制，那么一个或多个凸轮表面的斜率是 一致的。但是，应该意识到也可以使用弧形或其他的非线性凸轮表面。优选一致斜率的凸轮表面优选地通过在线匝的一面上凸出成形的三角形齿的边 缘设置，但是也可以被设置为成形的隆起或凸缘。为了分散负载并且也是为了增加机械效益，在线圈的每一匝上都可以设置若干个 齿或斜凸轮表面。每个线圈线匝的齿数在此范围内确定了凸轮面的斜角，由此根据每一次 旋转角的伸展百分比来确定机构的机械效益。如果凸轮表面也延伸在线匝的整个高度上， 那么线圈的部分旋转就能够形成组件的完全伸展。在线性位移的情况下，多个凸轮表面可以是相同的。但是，它们可以被不同地成形 以使得例如在一侧的凸轮表面低于在另一侧的凸轮表面以产生双线圈组件的非线性曲线 转换。优选地，通过驱动轴只旋转一个弹簧，另一个弹簧对于旋转要受到限制。在这种优 选设置中，驱动器弹簧优选地在被驱动弹簧内部，但是这并不是必须的。优选地，驱动轴是终结于环形元件内用于同心地支撑驱动器螺旋弹簧一端线匝的 套筒的一部分，所述驱动器螺旋弹簧的末端通过位于弹簧末端和环形元件的对齐孔内的销 被连接至环形元件，孔允许弹簧末端有充分的移动自由度以在由驱动轴驱动时消减弹簧上 的偏转应力。类似地，被驱动螺旋弹簧由其相应环形元件上的末端线匝同心支撑是优选的，弹 簧通过相应的位于弹簧末端的对齐孔内的销被连接至所述环形元件，孔允许充分的移动自 由度以在由驱动器螺旋弹簧的旋转驱动时消减弹簧上的偏转应力。在这两种情况下，这样的偏转应力都可以是由弹簧展开时的直径收缩以及由弹簧 末端试图扭转时的扭矩造成。为了使结构刚性最大并控制位移，优选的是机构包括壳体组件，被驱动螺旋弹簧
7在一端被固定地连接至此，壳体组件包括在所述的一端围绕螺旋弹簧的固定护套结构以及 在其自由端围绕并连接至被驱动螺旋弹簧的圆柱形封盖。护套优选地被成形为具有沿轴向 延伸的多条腿，它们接合圆柱形封盖内的互补槽以约束被驱动螺旋弹簧进行线性平移。但是，应该意识到的是对于某些应用，可能不需要独立地约束弹簧的位移。这可能 取决于弹簧材料的强度以及凸轮装置的设计防止滑动或脱离所达到的程度。为了从机构中输送输出负载，圆柱形封盖被设有端帽，要被驱动的对象可以被连 接至此。为了防止弹簧的过度伸展，壳体组件的护套终止于圆盘状的环形元件内而圆柱形 封盖则在其内端具有外翻的凸缘，所述凸缘与所述圆盘状环形元件相接合用于限制被驱动 线圈的行程。在第二种应用中，本发明还提供了一种致动器，其将如上所述的旋转转化为平动 位移的机构与用于将其中一个弹簧相对于另一个可旋转地驱动的驱动电机组合在一起。驱动电机可以是例如步进电机或伺服电机，其输出轴直接构成用于驱动器线圈的 驱动轴。这对于轻负载的应用可能是适用的。可选地，对于较重负载的应用，驱动装置例如 可以是通过多凸角凸轮间接驱动驱动轴的电机。在此情况下，安装在驱动轴上的从动件将 会由于其遵循凸轮的凸角而旋转驱动轴。在进一步的应用中，本发明还提供了一种旋转到线性位移的转换机构，包括一种 组件，包括具有公共中心轴的驱动器盘状元件和被驱动盘状元件，每一个盘状元件都具有 斜面，两个元件的斜面形状互补并且相对以使得在完全地互相接合时，它们可以构成最小 长度的组件；用于安装驱动器元件以通过外力旋转的驱动器元件安装装置；用于以允许沿 公共轴线平移同时阻止被驱动元件绕公共轴线旋转的方式安装被驱动元件的被驱动元件 安装装置，由此通过外部施加的作用力造成的驱动元件的旋转位移使得通过互相接合的斜 面的凸轮作用来分离元件以产生被驱动元件的线性位移；以及以在没有外部施加的作用力 时将组件恢复为其最小长度的方式连接至被驱动元件的弹性偏置装置。这样的设备非常紧凑和结实，并且与US4433879和GB2331568中基本为静态的并 且没有引导系统或复原机构的现有技术中的设备相比，适合用于多种动态的精确应用例如 定位致动器或标定行程的流体输送设备例如用于药物或用于燃料分配器的注射器。往复运 动也可以通过连续旋转产生并且可以被用于泵应用中。优选地，该组件包括在所述公共中心轴上交替安装的多个驱动器元件和多个被驱 动元件以构成交错的叠层，以及连接装置，用于连接驱动器盘状元件以通过所述外力绕轴 线一起旋转同时在它们被通过它们的斜面与相邻的被驱动元件的斜面接合而被凸轮分开 时允许它们沿轴线分离。利用元件的叠层允许对于指定旋转有更大的累积伸展，并且通过连接用于旋转的 驱动器元件同时允许它们的线性分离而使其成为可能。这优选地通过至少将叠层末端中间的被驱动盘状元件设置为具有轴向对齐的孔 来实现，每一个驱动器元件都具有从一面轴向伸出的突起，该突起延伸穿过其相邻的被驱 动圆盘的孔并落入最近的驱动器元件的凹口内与其锁合地、可滑动地接合，以使旋转驱动 力能够在驱动器元件之间传输同时允许沿轴向的相对滑动。优选地，每一个所述驱动器元件的凹口都是穿过驱动器元件的孔的一部分，而所
8述突起优选地是在其对应的驱动器元件的孔的内表面上成形的至少一根肋条的一部分，该 肋条从其驱动器元件盘状部分向外突出并接合最近的驱动器元件的孔内的至少一个互补 朝向的肋条部分以提供所述锁合的可滑动接合。尽管其他的设置方式也是可行的，但是一种优选的设置方式是对于每一个中间驱 动器元件内的孔都被设有两个在直径上相对的肋条，每一个都延伸覆盖孔的90度圆弧，所 述肋条与朝向为与所提及的第一对肋条成90度的最近的驱动器元件中的一对类似的肋条 相锁合。防止被驱动元件旋转的优选方式是将它们当中的每一个都设置为具有多个外围 凸块，该机构进一步包括围绕叠层带有凹槽的引导装置，凸块置于其中以防止旋转。对于多盘方案，驱动器元件优选地被设置在叠层一端并且具有适合用于被连接至 外部驱动的外表面以及内部斜面，而被驱动元件被设置在叠层的相对端并具有适合用于输 送平移负载的作用力的外表面和内部斜面，中间的驱动器和被驱动元件在两侧都具有斜 面。优选地，末端驱动器元件被固定地安装在向外延伸的轴杆上，具有外螺纹用于连接至外 部驱动。在这样的设置方式中，优选的是该机构包括用于叠层的壳体组件，包括圆柱形封 盖，终端被驱动元件被固定至封盖的一端，封盖的另一端终止于有槽的凸缘内。壳体组件进 一步包括固定的护套结构，围绕圆柱形封盖并且被成形为具有多条沿轴向方向延伸并穿过 圆柱形封盖凸缘内的槽的引脚以约束其进行线性平移。另外，圆柱形封盖被设有外部凹槽 并且引脚被设有内部凹槽，在操作中所述外围凸块位于两种凹槽内以约束被驱动盘旋转同 时允许平移。另一种优选的特征是弹性偏置装置是夹在圆柱形封盖的凸缘和护套末端之间的 螺旋弹簧。本发明的第三种应用的另一种优选特征是驱动器和被驱动元件中的每一个都在 每一个斜面上具有以平均间隔的位置沿圆周分布的多个斜坡。这使得能够实现比只有单个 的360度斜坡的情况更大一些的位移对旋转角度的比值。对于单行程应用，优选凸轮斜面是平面的，相对于盘状元件的平面以相对较缓的 角度上升并变为具有相对较陡的返回表面。对于连续旋转的应用，斜坡的上升和下降表面都可以是相同的角度或者斜面是平 滑的波状形式而没有在顶点处的不连续性。后一种设置方式在其未伸展状态下更为紧凑。对于单行程应用，该机构可以包括用于防止驱动器元件旋转超出由斜面确定的弧 度的阻挡件。在设有驱动机构用于可旋转地驱动驱动器元件时，位移转换机构就变成为致动 器。该驱动机构可以是电机或手动操作的曲柄。连续旋转的驱动器元件将会产生往复运动 的线性输出。这样的来自于包括用于可旋转地驱动驱动器元件的可旋转曲柄的位移机构的输 出特别适用于手动泵的应用，其将需要密封的盒体用于封装该机构并构成泵房，泵房含有 用于允许随着曲柄的连续旋转而在该机构收缩时将流体抽入泵房内的单向入口装置以及 用于在机构单向伸展时使流体能够从泵房排出的出口。
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现在将参照附图中示出的本发明仅作为示例的优选实施例来进一步介绍本发明， 在附图中图1是由两个嵌套的线圈组成的线圈组件的分解等距投影图，构成了根据本发明 的位移转换机构的一部分；图2示出了类似于图1组件中的两个线圈的一部分以说明它们接合的原理；图3是图1中嵌套线圈的外形俯视图，示出了它们的相对径向位置；图4是图3中A-A线上的截面正视图，示出了未伸展状态下的嵌套线圈；图5是图3中A-A线上的截面正视图，示出了 50%伸展的线圈位置；图6是图3中A-A线上的截面正视图，示出了 100%伸展的线圈位置；图7是驱动器组件的外形俯视图，构成了根据本发明的位移转换机构和致动器的 一部分；图8是沿B-B线截取的图7中的驱动器组件的部分截面正视图；图9是用于与图7和8中的驱动器组件协作并且构成了位移转换机构和致动器的 一部分的被驱动组件的外形俯视图；图10是沿C-C线截取的图9中的被驱动组件的部分截面正视图；图11是用于装入图7至10中的驱动器和被驱动组件以完成位移转换机构和致动 器的壳体组件的外形俯视图；图12是沿D-D线截取的图11中的壳体组件的部分截面正视图；图13是由图7至12中的组件构成的组装好的位移转换机构和致动器的外形俯视 图；图13A类似于图13，但是示出了修改后的凸轮和从动件；图14是沿图13中的E-E线截取的组装好的致动器和机构在未伸展状态下的部分 截面图；图15是沿图13中的E-E线截取的致动器组件和机构伸展50%时的部分截面图；图16是沿图13中的E-E线截取的致动器组件和机构伸展100%时的部分截面图；图17是图14中示出的致动器组件和机构的等距投影图；图18是图15中示出的致动器组件和机构的等距投影图；图19是图16中示出的致动器组件和机构的等距投影图；图20是根据本发明的致动器组件和位移转换机构的第二实施例在未伸展状态下 的等距投影图；图21是图20中的致动器和机构在部分伸展状态下的等距投影图；以及图22是图20中的致动器和机构在完全伸展状态下的等距投影图。图23是根据本发明的进一步应用示出了说明位移机构原理的未伸展分段式圆盘 叠层的侧视图；图24是构成图23中的叠层的其中一个圆盘的端视图；图25是图23中的圆盘叠层在部分伸展状态下的侧视图；图26是图23中的圆盘叠层在完全伸展状态下的侧视图；图27是根据本发明的进一步应用构成了位移机构的一部分的驱动器和被驱动分段式圆盘组件的分解图；图28是在图27中的组件一端的两个驱动器和一个被驱动圆盘放大的分解图；图29是图27中的组件在其未伸展状态下的等距透视图；图30是图27中的组件在部分伸展状态下的等距透视图；图31是图27中的组件在其完全伸展状态下的等距透视图；图32是一部分未伸展的波状圆盘叠层的侧视图，示出了根据本发明进一步应用 的可选位移机构的原理；图33是构成图32中叠层的其中一个波状圆盘的等距透视图；图34是图32中的叠层在部分伸展状态下的侧视图；图35是图32中的叠层在完全伸展状态下的侧视图；图36是根据本发明的进一步应用构成了位移机构的一部分的驱动器和被驱动波 状圆盘组件的分解图；图37是在图36中组件一端的驱动器和被驱动圆盘放大的分解图；图38是图36中的组件在其未伸展状态下的等距透视图；图39是图36中的组件在部分伸展状态下的等距透视图；图40是图36中的组件在其完全伸展状态下的等距透视图；图41是根据本发明的进一步应用包括图27至31中的分段式圆盘组件或图36至 40中的波状圆盘组件的致动器和位移机构的分解透视图；图42示出了图41中处于其未伸展状态下的致动器和位移机构；图43示出了图41中处于其部分伸展状态下的致动器和位移机构；图44示出了图41中处于其完全伸展状态下的致动器和位移机构；图45是用于图41中示出的致动器和位移机构的一种泵应用变形的分解透视图；图46是使用了图36至40中组件的泵的分解图；图47示出了组装好的图46中的泵处于其吸入冲程；以及图48示出了组装好的图46中的泵处于其排出冲程。
具体实施例方式图1至6示意性地示出了根据本发明的位移转换机构的基本原理。首先参照图1 和2，机构的主要构件是两个盘绕的螺旋弹簧驱动器螺旋弹簧1和被驱动螺旋弹簧11。驱 动器螺旋弹簧1嵌套在被驱动螺旋弹簧11内以构成线圈组件23。线圈是被成形成表现为 彼此相对的三角形凸轮齿2和12的拉簧。齿2位于驱动器螺旋弹簧1的外表面上，而齿12 位于被驱动螺旋弹簧11的内表面上。齿的形状彼此互补以使它们在线圈组件内静止时也 就是处于未伸展状态时啮合在一起。驱动器弹簧线匝的内表面和被驱动弹簧线匝的外表面 分别是圆形的逆弧部分4和14，用于为传输驱动力提供附加强度。如图所示，弹簧可以由圆 形或半圆形的材料整体成形。可选地，逆弧部分4和14可以是齿与其连接的独立带条。如图2中清楚示出地那样，驱动器弹簧凸轮齿2的右手边缘和被驱动弹簧凸轮齿 12的左手边缘构成了相应的斜凸轮表面3和13。正如从图1中看到的那样，如果驱动器弹 簧1现为逆时针方向旋转，而被驱动弹簧11则被约束旋转，那么驱动器弹簧的齿就开始通 过凸轮面的相互作用而迫使被驱动线圈的齿分离，导致两个弹簧并由此导致线圈组件伸展长度。在示出了螺旋弹簧处于0、50%和100%伸展的的相对位置的图4至6中进一步介 绍了工作原理。图4至6是图3的外形俯视图中的A-A线上的截面图。剖面线在重叠的凸 轮表面的中点处的半径上截取。在图4中，凸轮齿2和12完全啮合以使包括两个弹簧的线圈组件被尽可能压缩。 在这种未伸展状态下，驱动器弹簧1可见的部分仅仅是凸轮齿2的部分。但是，被驱动弹簧 11的逆弧部分14和末端除了穿过凸轮齿12的部分以外都是可见的。当驱动器弹簧1沿图3中箭头的方向旋转时，其齿2迫使被驱动弹簧的齿12分离 并且两个弹簧都如图5所示伸展。应该注意到这会部分地露出驱动器弹簧1的更多无齿部 分。如图所示，45度的旋转就产生了线圈组件长度50%的伸展。由于凸轮表面在线圈线匝的整个高度上延伸，因此进一步旋转45度就会如图6中 所示产生线圈组件长度100%的伸展。当驱动力去除后，两个弹簧都收缩，然后组件就返回 其图1中所示的初始状态。在该图示的示例中，线圈的每个线匝都设有四个凸轮齿，因此驱动器线圈的90度 旋转即可产生组件的100%伸展。每个线圈线匝的齿数在此范围内确定了凸轮表面的斜角， 由此确定了机构在每一个旋转角的伸展百分比方面的机械效益。现在参照图7至19来介绍根据本发明的一种特定形式的位移转换机构也就是一 种用于将旋转动作转化为往复运动的线性位移的活塞致动器的完整工作实现。如下所述， 图示的机构根据结合图1至6所介绍的原理，通过改变线圈组件的膨胀和收缩来产生线性 的往复运动位移。在图7至19中，相同的标记可以被用于表示与图1至6中相同的部件。 致动器包括三个构件驱动器组件10、被驱动组件22和壳体组件29。图7和8示出的驱动器组件10包含并支撑驱动器螺旋弹簧1。利用驱动器套筒6 向螺旋弹簧1施加旋转驱动，其自身通过振动的凸轮从动件7转动，锁合至从套筒伸出的上 方主轴内。螺旋弹簧1在其上端(图8中的最左端)通过传动销8被连接至附着在驱动器 套筒6上的垫圈5。垫圈5有内螺纹以使得能够连接至驱动器套筒下部的外螺纹。弹簧1 较低的另一端(或最右端)是自由端，在图1中也能够看到。垫圈5和螺旋弹簧1的上端线匝都开有槽以容纳驱动器的传动销8。弹簧内的槽 加宽以构成钻孔凹口，在其中设置销8的头部。销的相对端被通过固定环9例如挡圈靠向 垫圈5的内表面固定。这种设置方式使得驱动力能够通过销8被传输至线圈而不会反冲， 同时允许销在垫圈和弹簧的槽内上下移动以允许螺旋弹簧1在负载下变形。弹簧还能够在 其伸展时略微地转动或扭曲。这用于在被驱动时释放弹簧上的扭转应力。图9和10示出的被驱动组件22包含并支撑被驱动螺旋弹簧11。与驱动器螺旋弹 簧1不同，弹簧11在两端都被支撑并且不具有自由端。在其上端(最左端)，弹簧11被支 撑并连接至安装环15的圆柱体下部，其套合在弹簧11上。通过使传动销18穿过环15内 的槽和螺旋弹簧11的末端来进行连接。销的内头被放大并钻入螺旋弹簧内，而销的外端被 通过环17固定。销的功能类似于图8中的销8，传输驱动力同时允许一定的一定自由度以 容纳弹簧在负载之下的变形。螺旋弹簧11较低的另一端(或最右端)位于垫圈18的外径上，连接有另一个类似 的传动销19和固定环20的装置。垫圈18有内螺纹以使得能够连接至端帽21的外螺纹，
12端帽21是输送致动器输出的装置。组成致动器的最终配件是图11和12中示出的壳体组件29。该组件的用途是以这 样的方式安装驱动器和被驱动组件向驱动器组件10施加旋转驱动并约束被驱动组件22 旋转同时允许其线性位移。这是通过由壳体底板24支撑的固定活塞护套25以及围绕驱动 器和被驱动线圈组件10和22的可移动活塞封盖26来实现的。活塞护套25具有四条等间距的由锥形引导件30构成的腿。四条腿中的每一条都 终止于在每条腿底部突出的脚部32内，利用其中的孔可以将护套固定至底板24和被驱动 的弹簧安装环15。引导件30与形状互补的引导槽31在活塞封盖26内协作以约束被驱动 组件22进行线性移动。活塞封盖26的线性行程要受到在护套的引导件30之间向外突出 的凸缘部分33的限制。底板24上还有单列接触轴承27，利用这些轴承可以安装驱动器组件10用于旋转。 利用图11和12中示出的多凸角凸轮和轮轴装置28给驱动器组件的驱动凸轮从动件7提 供驱动。该凸轮和轮轴装置28实际上并不是壳体组件29的一部分。相反，轮轴是电机或 其他发动机或手动操作的曲柄(未示出)的输出轴。现在将参照图13至19中完整的致动器组件示图来介绍活塞式致动器的操作，示 出的致动器处于三种不同的伸展状态也就是0，50%和100%的伸展。构成致动器的三个构件被连接在一起，正如在图14的未伸展致动器的部分截面 图和图13的外形俯视图中清楚看到的那样。能够看出壳体组件29和被驱动组件22是如 何通过穿透脚部32、壳体组件的底板24和被驱动组件安装环15伸出的凸缘部分的螺栓34 被固定在一起的。驱动器组件10被通过其套筒6和轴承27可旋转地安装在壳体组件29。 在致动器的输出端(最右端)，通过两个机械螺栓将被驱动弹簧的端帽21连接至活塞封盖 26的环形圆盘部分。在操作中，多凸角凸轮28通过电机(未示出)被逆时针驱动，如图13中的箭头所 示。随着凸轮的凸角接合凸轮从动件7，凸轮从动件就顺时针旋转，促使套筒6在轴承27上 旋转。如以上更详细介绍的那样，套筒通过销8发挥作用，从未伸展位置(图14)开始旋转 驱动器组件，转动驱动器螺旋弹簧1，有些类似于中心开塞器。凸轮齿2与被驱动组件22的 螺旋弹簧1的齿12相接合，迫使两个螺旋弹簧都膨胀。图15和18示出了致动器由其初始 长度伸展了 50%，对应于凸轮从动件7转过45度。驱动凸轮从动件再转过45度即可完全伸展致动器，如图16和19中所示。凸轮28 旋转超过90度会使凸轮从动件遵循两个凸角之间的凹槽并在拉紧的弹簧1和11的影响下 返回其初始位置。通过电机连续旋转凸轮28即可以每转四次振动的速率来造成往复运动。图13A示出了凸轮28和从动件7的变化形式。从动件7具有接合四凸角凸轮28 的凸角的销。凸轮28的每个凸角都具有凸面28A，其通过凸轮28从图13A中示出的位置逆 时针旋转到恰好低于90度而将从动件7从图13A中示出的位置按比例顺时针旋转到恰好 低于90度的位置，然后随着凸轮28从图13A中示出的位置逆时针旋转到达90度，凹面28B 就允许从动件7逆时针旋转以快速返回图13A中示出的位置。凸轮28的进一步逆时针旋 转就造成凸轮28的下一个凸角引起从动件7的类似动作。当然，应该意识到致动器也可以被用于进行精确的线性定位以及为活塞提供往复 驱动。
图7至19中的致动器和位移转换机构也可以被修改为产生更加复杂的位移，如图 20至22中的混合情况所示。这种机构可以产生线性和旋转位移的组合。混合致动器的构建方式与图7至19中的线性致动器基本相同。因此，它也具有驱 动器和被驱动组件，包括驱动器和被驱动螺旋弹簧。螺旋弹簧一起构成线圈组件43，其中的 一部分在图21和22中可见。两个组件被安装在具有底板44的壳体组件内。壳体组件也 包括用于被驱动线圈的连接有端帽41的可移动封盖46。壳体组件也包括护套45，具有螺 栓连接至底板44的四个引脚40。但是，与线性致动器不同并且如图20至21中所示，引脚40是部分螺旋的形式并 且位于对应的引导槽47内。该引导装置因此约束被驱动组件和端帽41随着致动器的伸展 而旋转。如果由类似于图13中凸轮28的凸轮机构驱动，那么混合致动器将会产生重复的 线性和扭转动作例如可能适合用于钻孔或研磨动作或者用于自动组装操作或者用于阀门。 可选地，可以使用图13A中的凸轮装置。现转至图23到26，现在根据本发明进一步的应用来介绍一种形式的位移机构的 工作原理。该机构包括盘状元件也被称作圆盘的层叠组件100，其中在图23中示出了三个， 标记为101，102和103。圆盘不是平面的而是凸起的以在相对侧围绕中心孔104的四个分 段内提供四个平坦的斜面，在一侧的斜面比另一侧的斜面偏移45度。如图24中所示，在从 左手侧看圆盘101时可以在机构的端视图中看到四个斜面105-108。组件100上的斜面的 可见边缘在图23至26中被绘制为连续线条，而不可见边缘则为虚线。仅仅是为了图示清 楚的目的，离观者最近的圆盘边缘被用阴影表示。每一个斜面都终止于陡峭的返回梯级，例 如在圆盘101外表面的情况下是梯级109-112。在图23中，组件100处于其未伸展状态，并且三个圆盘的斜面被以互补的方式紧 密地互相接合以占据最小的空间。如果圆盘101和103被沿着图24中示出的箭头的方向 旋转，而中间圆盘102则被约束旋转，那么相对斜面的凸轮作用就会迫使圆盘分离，如图25 中所示。在旋转45度之后，当分段返回的表面在相对的斜面末端重合时，就达到图26中所 示的最大位移。最大位移等于斜坡高度的两倍乘以圆盘-圆盘接口的数量，而用于实现最 大位移所需的旋转取决于每个圆盘上的分区数量。所以在本示例中，四个分区就需要旋转 45度来实现最大位移。图28至31中示出了如何将该原理应用于实际的机构。在图23至26中，没有在 圆盘之间进行区分，只是对圆盘102的旋转施加了限制。在实际应用中，必须要不同地设计 驱动器和被驱动圆盘。实际上，在图27的组件120中，各个圆盘有几种类型。这些圆盘就 构成了输入驱动器圆盘121、相同的中间被驱动圆盘间隔以相同的驱动器圆盘123和124并 终止于输出被驱动圆盘125。驱动器圆盘123和124结构上相同但是圆盘123为第一朝向 而圆盘124相对于圆盘123被转过90度。所有的圆盘都在公共轴上被层叠在一起彼此接
I=I O通过该附图中未示出的装置例如电机或手动曲柄，利用带有内螺纹的轴杆126来 提供用于旋转输入驱动器圆盘121的转矩。为了让机构延伸，驱动转矩必须从输入驱动器 圆盘121传送至所有的驱动器圆盘123和124。而且被驱动圆盘122必须被约束旋转。这 种约束通过每一个被驱动圆盘上的四个突出的凸块127来实现，凸块可以位于外部凹槽或 类似通道内，在该附图中并未示出。
14
驱动转矩不能通过固定的连接件传输，原因在于驱动器圆盘之间的间隔随着组件 的伸展而增大并且它们会沿轴线向外移动。转矩从驱动器圆盘到驱动器圆盘的传输因此会 被凸起肋条128，129的系统影响，肋条构成了被成形在驱动器圆盘的中心凸块133的锁眼 孔131和132内的内部提升部分和外部插头部分。外部插头穿过被驱动圆盘内的孔130并 接合相邻的驱动器圆盘的锁眼孔131，132。驱动器圆盘123上的插头128和孔132与驱动 器圆盘124上的插头129和锁眼孔131相同，唯一的不同在于它们在组件叠层内彼此成90 度的相对朝向。每一个突起的肋条都延伸在90度的圆弧上以使它伸出的插头部分有效地插入下 一个驱动器圆盘中心孔中的肋条之间的空间。由此，驱动器圆盘123、124就被锁合用于通 过使肋条128，129的插头延伸部与下一个驱动器圆盘的锁眼孔131，132内的肋条128，129 的内部相接合而与输入驱动器圆盘121 —起旋转。同时，这种插头和锁眼孔的设置也允许 它们沿轴向彼此相对滑动，由此使组件能够伸展。图29，30和31分别示出了组件120处于其未伸展、部分伸展和完全伸展的状态， 完全伸展状态在旋转90度之后即可再次实现。图32至35中原理性地示出了根据本发明进一步应用的另一种形式的位移机构， 而在图36至40中示出了实际的实施方式。图32，34和35示出了三个盘状元件151，152 和153的层叠组件150。为了清楚起见，圆盘的外边缘在图32，34和35中用横向阴影表示。 机构的操作非常类似于图23至26中机构的操作，主要的不同在于盘状元件表面的突起。作为示例，在图33的透视图中以其在图32中具有的初始朝向示出了其中一个元 件152。可以看出，通过注意到圆盘在不同的位置与三个虚线表示的参考圆而不是斜面相 交，圆盘就具有平滑的不在同一平面内的波纹围绕中心孔154。从图33中的右侧看圆盘 152的可见表面，这些波纹构成了三个凸起155，156和157，与三个凹部158，159和160相 配。在反面，凸起变成凹部并且反之亦然。不过应该注意的是，在图33中圆盘并未表现为 圆形而是腰形的，这是在各个视图上的波纹的效果并且是由凸起例如155相对于相邻的凹 部158和160升高的事实所造成的。圆盘到平面上的垂直投影实际上仍为圆形。图32示出了处于其未伸展状态的组件以及相对旋转朝向占据的空间最小的圆盘 151-153。在这种朝向下，圆盘与它们的波状表面以完整的接触严密配合以使每一个圆盘表 面的凸起和凹部都分别紧贴在相邻圆盘表面的凹部和凸起内。在该示例中，假定所有的圆 盘或者至少是圆盘151和153能够轴向移动。进一步假定圆盘152能够旋转同时圆盘151 和153被约束旋转。如图34中所示，旋转圆盘152的效果在于随着彼此紧靠的相对表面的斜率升高而 通过凸轮作用驱动圆盘151和153远离圆盘152。要注意驱动器圆盘152的凸起155的新 位置对应于转过30度。最终，在总计旋转60度之后，如图35中所示，组件被完全伸展，其 中波状圆盘表面的凸起均被对齐。根据图32至35中的原理进行操作的实际组件161在图36中示出了分解透视图 并且在图37中放大地示出了一部分组件。类似于分段式圆盘方案，波状圆盘叠层由直接连 接至有螺纹的输入驱动杆162的唯一输入驱动器部分组成。输入驱动器部分类似于驱动器 圆盘164被放在其内表面上。驱动器圆盘164全部相同但是在叠层中具有连续不同的定向。每一个驱动器都有中心孔165。相同的驱动器圆盘166位于每一对驱动器圆盘之间。叠层终止于在图36的 右侧看到的被驱动输出圆盘167内。其具有突出的内表面但是空白的外表面用于传输线性 输出作用力。利用类似于图27和28中的插头和锁眼系统来从输入驱动轴162通过其驱动器部 分向能够轴向分离的驱动器圆盘164传输驱动。但是，因为缺乏那些圆盘的深度，因此有必 要使用四对较短的插头169来代替分段类型中示出的两个插头。这些插头均用虚线示意性 地示出在图36和37中。从附图中插头的定向能够看出，连续的驱动器圆盘相对于下一个 驱动器圆盘均转过90度。插头穿过被驱动圆盘内的中心孔并锁入另一驱动器圆盘和轴162 的输入驱动器部分的孔165内的对应形状的凹口中。因为圆盘很薄，所以插头实际上会在 叠层中穿过并锁入多于一个相邻的驱动器圆盘内。被驱动圆盘166每一个都通过在被驱动圆盘的圆周上间隔90度分布的四个凸块 185的系统被约束旋转。这些在开槽的内部通道中的接合未在该视图中示出。随着驱动器 圆盘的旋转，组件由于驱动器和被驱动圆盘之间的凸轮作用而膨胀。图38，39和40中分别示出了组件161处于其未伸展、部分伸展和完全伸展状态。 与图29至31中的分段式圆盘组件120相比，对于相同程度的释放来说伸展也是相同的，但 是可以注意到组件161的圆盘在其未伸展状态下可以被层叠地更加紧密。因此可以利用波 状圆盘生产出更加紧凑的致动器或者可以通过将更多的圆盘层叠在相同初始长度的组件 内而利用更大的伸展。这些视图示出了如何用更少的波状圆盘来实现与分段式方案相同的 偏移量并且有可能可以达到其初始未伸展长度200%的偏移量。现转至图41至44，介绍将组件120或161装入以完成致动器中的旋转到线性位 移的机构。图41是致动器的分解图，其具有能够容纳分段式圆盘组件120或波状圆盘组件 161的通用结构，两种组件均已未伸展状态示出。在图42至44的完全组装好的形态下，只 示出了分段式圆盘的方案，但是应该理解可以与波状圆盘的方案互换。不过为了简便起见， 以下的说明将仅仅参照分段式圆盘方案进行。环形底板170通过两个轴承座圈171和172来支撑致动器的可移动部分，其中安 装驱动轴126用于旋转。驱动机构173包括套筒174，螺纹连接到轴162上，套筒自身被通 过曲柄175旋转。驱动机构173可以等价地是电机例如步进电机或伺服电机。组件120被装在圆柱形活塞状封盖180内，其长度与未伸展的组件120相同。在 其开口端，封盖180终止于设有四个槽182的凸缘181内。这些槽可滑动地设置在四个引 脚183的外部，在一端固定至底板170而在另一端螺栓连接至垫圈184以构成用于活塞封 盖180的套筒。封盖180在由膨胀的圆盘组件驱动时可自由地轴向移动并且通过垫圈184 自由伸出。活塞封盖的另一端被螺栓连接至端板185，用于输送致动器的输出。为了将致动 器恢复为其初始状态，在组件收缩时，复位弹簧190被设置在活塞封盖凸缘181和垫圈184 之间以提供克服膨胀的弹性偏置。复位弹簧是压缩弹簧并对凸缘181和垫圈184施加压力。为了防止圆盘组件的被驱动圆盘旋转，组件120中被驱动圆盘的凸块127位于沿 活塞封盖180随轴向延伸的狭窄通道191内。但是，由于在其膨胀状态下圆盘组件要远远 长于封盖180，因此引脚183也要设有更多的内部凹槽192与活塞封盖上的凹槽191对齐。 这些凹槽191和192确保了被驱动圆盘122的凸块127总是接合在一起以防止旋转。通过查看图42至44可以更好地理解致动器的操作。在图42中，致动器处于其未
16伸展状态。曲柄175沿箭头的方向操作以旋转套筒174和驱动轴126从而导致圆盘组件120 的膨胀。这就迫使活塞封盖180克服复位弹簧190的作用而由引脚183引导向外，如图43 中所示。在图44中，活塞180被完全伸展。如果介绍的致动器要被用于需要单行程的应用例如精确定位或分配测量数量的 流体，那么就需要限制行进以避免圆盘超出其最大位移。图41至44中的致动器的位移如图44中所示通过封盖凸缘181将弹簧190完全 压向垫圈184的动作来限制。这就使分段式圆盘在超出其最大位移时停止旋转，如果超出 最大位移将会随着相邻的圆盘彼此滑动的复位步骤106而突然复位。如果活塞封盖略微过 长，就可能会驱动具有连续旋转输入的机构并产生往复移动动作。明显地，如果是使用波状 圆盘组件将会更加平滑，因为其具有相同平滑的行程和复位斜率但是复位行程比分段式方 案更快。对比两种类型的圆盘，波状方案的主要优点在于其在未伸展时特别紧凑并且因此 更加适合用于空间有限的应用中。图41至44中的组件更加适合于泵应用的变形示出在图45中。大部分都与图41 中相同，相同的部件被标记为相同，但是包括了较大的底板197，代替了端帽185的辅助活 塞封盖193和外盒体194，其中装有0形环195。辅助活塞封盖193滑动经过0形环，固定 在外盒体194末端的凹口内并且通过外活塞封盖脚部的凸缘196来约束以避免过度伸展。 辅助活塞封盖因此能够泵送流体而不会从由外壳体构成的气缸中泄漏。图46示出了将图36至40中所示的波状圆盘组件应用到泵中。组件161被安装 在泵筒200内并在筒具有排出阀202的一端被驱动压向压缩弹簧201。筒的内部被开缝或 开槽以约束组件的被驱动圆盘只能通过使凸块168与凹槽相接合而进行线性移动。利用曲柄把手203和套筒204以类似于图41中的方式来驱动组件。套筒204和 输入驱动轴162在圆筒对排出阀的相对端被安装在位于螺纹端帽206内的轴承205中。因 为圆筒足够长以允许组件161的圆盘连续旋转，所以组件以往复运动的方式膨胀和收缩以 产生泵送动作。圆盘207用作单向密封以允许将空气或其他泵送流体吸入泵筒的排出端。尽管也可以使用分段式圆盘机构，但是波状方案提供了更加平滑的往复动作，不 过返回的动作较慢。图47示出了组装好的泵处于其吸入冲程的一种极端情况下，其中组件161完全收 缩。图48示出了组装好的泵处于其排出冲程的极端情况下，其中组件161完全伸展。
1权利要求
一种位移转换机构，包括两个嵌套螺旋弹簧(1，11)的组件(23)，在它们相对的表面上具有凸轮装置(2，3；12，13)，凸轮装置设置成作用在螺旋弹簧的线匝上以将螺旋弹簧相对于彼此的旋转位移与跟线圈组件的长度变化有关的平动位移相联系。
2.如权利要求1所述的用于将旋转转换为平动位移的机构，其中螺旋弹簧的相对旋转 位移促使凸轮装置接合并改变螺旋弹簧线匝的间距，由此改变组件的长度并产生相关的平 动位移。
3.如权利要求1或权利要求2所述的机构，其中的弹簧是拉簧。
4.如前述的任意一项权利要求所述的机构，其中弹簧线圈由整体原料成形，线圈的线 匝被按段成形以提供凸轮装置。
5.如前述的任意一项权利要求所述的机构，其中凸轮装置包括在至少一个螺旋弹簧的 线匝表面上的斜凸轮表面(3)。
6.如权利要求5所述的机构，其中凸轮装置包括在每一个螺旋弹簧的线匝表面上的斜 凸轮表面(3，13)，斜凸轮表面在相应的线圈上的斜率相反。
7.如权利要求5和6中的任意一项所述的机构，其中斜凸轮表面延伸在线匝表面的整 个高度上。
8.如权利要求5至7中的任意一项所述的机构，其中斜凸轮表面的斜率是一致的。
9.如权利要求5至8中的任意一项所述的机构，其中每一个斜凸轮表面都是在线匝表 面上凸出成形的三角形齿(2，12)的边缘。
10.如权利要求5至9中的任意一项所述的机构，在线圈的每一匝上都具有多个斜凸轮表面。
11.如权利要求10所述的机构，其中多个斜凸轮表面是相同的形式以使得平动位移是 线性的。
12.如权利要求10所述的机构，其中多个凸轮表面被不同地成形在线圈的相对直径上 以使得平动位移是曲线。
13.如权利要求2所述的机构以及如权利要求3至12中的任意一项所述的机构在从属 于权利要求2时，包括驱动轴，用于旋转其中一个弹簧以作为用于另一个弹簧的驱动器，还 包括用于约束被驱动的另一个弹簧旋转的装置。
14.如权利要求13所述的机构，其中驱动轴是终结于环形元件(5)内用于同心地支撑 驱动器螺旋弹簧(1) 一端线匝的套筒(6)的一部分，所述驱动器螺旋弹簧的末端通过位于 弹簧末端和环形元件的对齐孔内的销(8)被连接至环形元件，孔允许弹簧末端有充分的移 动自由度以在由驱动轴驱动时消减弹簧上的偏转应力。
15.如权利要求12和权利要求13中的任意一项所述的机构，其中被驱动螺旋弹簧由其 相应环形元件(15，18)上的末端线匝同心地支撑，弹簧通过相应的位于弹簧末端的对齐孔 内的销(16，19)被连接至所述环形元件，孔允许充分的移动自由度以在通过驱动器螺旋弹 簧的旋转驱动时消减弹簧上的偏转应力。
16.如权利要求13至15中的任意一项所述的机构，其中驱动器弹簧在被驱动弹簧的内部。
17.如权利要求16所述的机构，包括壳体组件(29)，被驱动螺旋弹簧在一端被固定地 连接至壳体组件，壳体组件包括在所述的一端围绕螺旋弹簧的固定护套结构(25)以及在其自由端围绕并连接至被驱动螺旋弹簧的圆柱形封盖(26)，护套被成形为具有沿轴向延伸 的多条腿(30)，它们接合圆柱形封盖内的互补槽(31)以由此约束被驱动螺旋弹簧进行线 性平移。
18.如权利要求17所述的机构，其中圆柱形封盖被设有端帽(21)，用于从机构中输送 负载输出。
19.如权利要求17和18中的任意一项所述的机构，其中护套终止于圆盘状的环形元件 内，并且其中圆柱形封盖在其内端具有外翻的凸缘(33)，所述凸缘与所述圆盘状环形元件 相接合来限制被驱动螺旋弹簧沿轴向的行程。
20.如权利要求16所述的机构，包括壳体组件(40，44，46)，被驱动螺旋弹簧在一端被 固定地连接至壳体组件，壳体组件包括在所述的一端围绕螺旋弹簧(43)的固定护套结构 (45)以及在其自由端围绕并连接至被驱动螺旋弹簧的圆柱形封盖(46)，护套被成形为具 有沿轴向螺旋延伸的多条腿(40)，它们接合圆柱形封盖内的互补部分的螺旋槽(47)以由 此约束被驱动螺旋弹簧在线性伸展时旋转。
21.一种致动器，包括如权利要求1至20中的任意一项所述的位移转换机构和用于将 其中一个弹簧相对于另一个可旋转地驱动的驱动电机。
22.如权利要求21所述的致动器在从属于权利要求13时包括用于驱动安装在所述驱 动轴上的凸轮从动件的多凸角凸轮(28)，被连接的多凸角凸轮由所述驱动电机来驱动。
23.一种旋转到线性位移的转换机构，包括一种组件，包括具有公共中心轴的驱动器盘状元件(101，123，164)和被驱动盘状元件 (102，122，166)，每一个盘状元件都具有斜面(105-108，155-157)，两个元件的斜面形状互 补并且相对以使得在完全地互相接合时，它们可以构成最小长度的组件；用于安装驱动器元件以通过外力旋转的驱动器元件安装装置(126，162)；用于以允许沿公共轴线平移同时阻止被驱动元件绕公共轴线旋转的方式安装被驱动 元件的被驱动元件安装装置(180，183，191，192)，由此通过外部施加的作用力造成的驱动 元件的旋转位移使得通过互相接合的斜面的凸轮作用来分离元件以产生被驱动元件的线 性位移；以及以在没有外部施加的作用力时将组件恢复为其最小长度的方式连接至被驱动元件的 弹性偏置装置。
24.如权利要求23所述的机构，其中所述组件包括在所述公共中心轴上交替安装的多 个驱动器元件(123，124;164)和多个被驱动元件(122，166)以构成交错的叠层，以及连接 装置(128，129，131，132)，用于连接驱动器盘状元件以通过所述外力绕轴线一起旋转同时 在它们被通过它们的斜面与相邻的被驱动元件的斜面接合而被凸轮分开时允许它们沿轴 线分离。
25.如权利要求24所述的机构，其中至少叠层末端中间的被驱动盘状元件被设有轴向 对齐的孔(131，132)，每一个驱动器元件都具有从一面轴向伸出的突起，该突起延伸穿过其 相邻的被驱动圆盘的孔并落入最近的驱动器元件的凹口内与其锁合地、可滑动地接合，以 使旋转驱动力能够在驱动器元件之间传输同时允许沿轴向的相对滑动。
26.如权利要求25所述的机构，其中每一个所述驱动器元件的凹口都是穿过驱动器元 件的孔(131，132)的一部分，而所述突起(128，129)是在其对应的驱动器元件的孔的内表面上成形的至少一根肋条的一部分，该肋条从其驱动器元件向外突出并接合最近的驱动器 元件的孔内的至少一个互补朝向的肋条部分以提供所述锁合的可滑动接合。
27.如权利要求26所述的机构，其中每一个中间驱动器元件内的孔都被设有两个在直 径上相对的肋条，每一个都延伸覆盖孔的90度圆弧，所述肋条与朝向为与所提及的第一对 肋条成90度的最近的驱动器元件中的一对类似的肋条相锁合。
28.如权利要求24至27中的任意一项所述的机构，其中每一个被驱动元件都具有多个 外围凸块(127 ;168)，被驱动元件安装装置包括围绕叠层带有凹槽的引导装置(180，191， 183，192)，凸块置于其中以防止旋转。
29.如权利要求24至28中的任意一项所述的机构，其中初始驱动器元件(121)被设置 在叠层一端并且具有适合用于被连接至外部驱动的外部以及内部斜面，并且其中终端被驱 动元件(125)被设置在叠层的相对端并具有适合用于输送平移负载作用力的外表面和内 部斜面，中间的驱动器和被驱动元件在两侧都具有斜面。
30.如权利要求29所述的机构在从属于权利要求28时，其包括用于叠层的壳体组件， 所述壳体组件构成所述被驱动元件安装装置并包括用于叠层的圆柱形封盖(180)，终端被 驱动元件被固定至封盖的一端，封盖的另一端终止于有槽的凸缘(181)内，壳体组件进一 步包括固定的护套结构，围绕圆柱形封盖并且被成形为具有多条沿轴向延伸并穿过圆柱形 封盖凸缘内的槽(182)的引脚以约束其进行线性平移，圆柱形封盖被设有外部凹槽(191) 并且引脚被设有内部凹槽(192)，在操作中所述外围凸块位于两种凹槽内以约束被驱动盘 旋转同时允许平移。
31.如权利要求30所述的机构，其中弹性偏置装置是夹在圆柱形封盖的凸缘(181)和 护套末端(184)之间的螺旋弹簧(190)。
32.如权利要求29至31中的任意一项所述的机构，其中所述初始驱动器元件(121)被 固定地安装在向外延伸的轴杆(126)上，具有外螺纹用于连接至外部驱动。
33.如权利要求23至32中的任意一项所述的机构，其中每一个驱动器和被驱动元件都 在每一个斜面上具有以平均间隔的位置沿圆周分布的多个斜坡(105-108)。
34.如权利要求33所述的机构，其中凸轮斜面(105-108)是平面的，相对于盘状元件的 平面以相对较缓的角度上升并变为具有相对较陡的返回表面。
35.如权利要求33所述的机构，其中斜坡的上升和下降表面都是相同的角度。
36.如权利要求33所述的机构，其中斜面是平滑的波状形式而没有在顶点(155-157) 处的不连续性。
37.如权利要求23至36中的任意一项所述的机构，包括用于防止驱动器元件旋转超出 由斜面确定的弧度的阻挡件。
38.如权利要求37所述的机构在从属于权利要求30时，其中阻挡件是圆柱形封盖的凸 缘(181)。
39.一种致动器，包括如权利要求23至38中的任意一项所述的位移转换机构以及用于 可旋转地驱动驱动器元件的驱动机构(173)。
40.如权利要求39所述的致动器，其中驱动机构是电机。
41.如权利要求39所述的致动器，其中驱动机构是手动操作的曲柄(175)。
42.如权利要求40和41中的任意一项所述的致动器，其中位移转换机构适合用于连续旋转驱动器元件。
43. 一种泵，包括如权利要求24至39中的任意一项所述的位移机构，包括用于可旋转 地驱动驱动器元件的可旋转曲柄(203)，用于封装该机构并构成泵房的密封盒体(200)，泵 房含有用于允许随着曲柄的连续旋转而在机构收缩时将流体抽入泵房内的单向入口装置 (207)以及用于在机构单向伸展时使流体能够从泵房排出的出口(202)。
全文摘要
一种位移转换机构，包括两个嵌套螺旋弹簧(1，11)的组件(23)，在它们相对的表面上具有凸轮装置(2，3，12，13)，凸轮装置被设置为作用在螺旋弹簧的线匝上以将螺旋弹簧相对于彼此的旋转位移与跟线圈组件的长度变化有关的平动位移相联系。一种致动器，通过将位移机构与用于将其中一个弹簧相对于另一个可旋转驱动的驱动电机组合在一起而构成。一种可选机构包括一种组件，包括具有斜面的驱动器和被驱动盘状元件，斜面形状互补并且相对以使得在完全地互相接合时，它们可以构成最小长度的组件。元件被安装为使得通过外部施加的作用力造成的驱动元件的旋转位移使得通过互相接合的斜面的凸轮作用来分离元件以产生被驱动元件成比例的线性位移。连接至被驱动元件的弹性偏置装置在没有外部施加的作用力时将组件恢复为其最小长度。
文档编号F16H25/12GK101952618SQ200780102193
公开日2011年1月19日 申请日期2007年11月14日 优先权日2006年11月15日
发明者加雷思·菲利普·布里斯托 申请人:罗蒂亚科技有限公司