CN101832305A - 舵叶轴随动式二自由度球形液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，包括球形定子、环形盖板、球形转子、舵叶、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器。球形转子一端有转子伸出轴，另一端安装舵叶，舵叶有舵叶轴，球形定子安装在舵叶外围，环形盖板固定在球形定子开口方，方位滑轨和俯仰滑轨两端安装在球形定子上，转子伸出轴通过球形盖板并穿过方位滑轨和俯仰滑轨的滑槽，方位滑轨和俯仰滑轨能够绕各自的旋转轴旋转，方位滑轨、俯仰滑轨的一端各安装一个角度传感器，本发明由液压直接驱动单一球形转子，实现可调节和控制的方位和俯仰两个自由度运动，避免了两个或多个独立的单自由度驱动进行复合的传动链，具有结构简洁紧凑和液压驱动固有的优点。

Description

舵叶轴随动式二自由度球形液压马达

技术领域

本发明具体涉及舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，属于液压动力驱动及伺服控制技术领域。

背景技术

多自由度球面运动机构广泛应用于机器人、并联机床、运动仿真转台、稳定平台、天线跟踪转台、摄像云台等，实现方式有串联机构、并联机构、万向节机构和球形齿轮机构等，其共同的特点是由多个分立的单自由度运动合成得到多自由度的球面运动。

现有液压马达都是单自由度的旋转运动，若构成多自由度球面运动必须通过传动机构链进行复合，多个动力驱动机构分散布置，传动链长，有些机构存在奇异问题和运动解算复杂的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种具有球形转子的、液压直接驱动的、实现方位和俯仰两个自由度球面运动的、结构简洁紧凑的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达。

本发明的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，包括球形定子、球形转子、转子伸出轴、环形盖板、舵叶、舵叶轴、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器；

球形转子主体为球体，球体一端有转子伸出轴，另一端安装舵叶轴，球体内部安装调节马达，调节马达通过驱动舵叶轴调节舵叶相对于球形转子的旋转角度，转子伸出轴和舵叶轴的中心轴线同轴，并且通过球形转子的球心；

舵叶的内外球面与球形转子外球面同心，舵叶有舵叶轴，舵叶的内球面与球形转子的外球面形成动密封面；

球形定子为中空的部分球形，其内球面与球形转子外球面同心，安装在舵叶外围，舵叶外球面和球形定子内球面形成动密封面；球形定子上还设有滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B，滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B的轴线经过球形转子的球心并且互相垂直；

环形盖板中间开有孔B，转子伸出轴穿过孔B，环形盖板固定在球形定子开口方，孔B与球形转子的外球面形成动密封面；

方位滑轨和俯仰滑轨为圆弧形长条，其内外球面与球形转子同心，方位滑轨和俯仰滑轨中部开滑槽，方位滑轨的两端安装在球形定子的滑轨旋转轴A上，俯仰滑轨与方向滑轨正交，两端安装在球形定子的滑轨旋转轴B上，方位滑轨和俯仰滑轨能够绕各自的旋转轴旋转，方位滑轨、俯仰滑轨的一端各安装一个角度传感器；转子伸出轴滑动配合地穿过两个滑槽，转子伸出轴能够在两个滑槽中滑动；

舵叶将球形定子内球面、球形转子外球面和环形盖板内平面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔，工作容腔油液压差驱动舵叶摆动，进而通过舵叶轴带动球形转子摆动；

角度传感器测量方位滑轨和俯仰滑轨相对于球形定子的摆动角度，通过摆动角度得到球形转子摆动的方位角和俯仰角。

本发明的优点在于：

本发明由液压直接驱动单一球形转子，实现可调节和控制的方位和俯仰两个自由度运动，避免了两个或多个独立的单自由度驱动进行复合的传动链，具有结构简洁紧凑和液压驱动固有的优点。

附图说明

图1是本发明的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达结构示意图；

图2是本发明的球形转子和舵叶的爆炸图；

图3是本发明的球形转子的结构示意图；

图4是本发明的舵叶密封件的结构示意图；

图5是本发明的舵叶支撑件的结构示意图；

图6是本发明的环形盖板密封件和支撑件的结构示意图；

图7是本发明的球形定子的结构示意图；

图8是本发明的油腔的结构示意图；

图中：

1-球形定子    2-球形转子      3-环形盖板        4-转子伸出轴

5-舵叶轴      6-舵叶          7-方位滑轨        8-俯仰滑轨

9-角度传感器  10-舵叶密封件   11-孔A            12-孔B

13-滑槽       14-上滑块       15-下滑块         16-盖板密封环

17-盖板支撑环 18-转子底孔     19-滑轨旋转轴A    20-滑轨旋转轴B

21-舵叶支撑件 22-舵叶帽       23-油腔A          24-油腔B

25-圆柱面A    26-主分割装配面 27-螺母

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，如图1、图2所示，包括球形定子1、球形转子2、环形盖板3、转子伸出轴4、舵叶轴5、舵叶6、方位滑轨7、俯仰滑轨8、角度传感器9。

球形转子2如图3所示，主体为球体，球体一端有转子伸出轴4，另一端有转子底孔18，转子底孔18中安装舵叶轴5，球体内部安装有调节舵叶轴5转角的调节马达，调节马达通过驱动舵叶轴5调节舵叶6相对于球形转子2的旋转角度，转子伸出轴4和舵叶轴5的中心轴线同轴，并且通过球形转子2的球心；

舵叶6的内外球面与球形转子2外球面同心，舵叶6上设有槽，槽中安装舵叶密封件10，如图4所示，舵叶密封件10为圆弧形，中部设有孔A11，舵叶6上有槽，槽中安装舵叶支撑件21，舵叶支撑件21如图5所示，舵叶支撑件21为舵叶6与球形转子2外球面、舵叶6与球形定子1内球面动配合间隙提供辅助支撑，舵叶轴5穿过孔A11，舵叶密封件10翘起两端形成了一个圆柱面A25，圆柱面A25的轴线通过舵叶6内外球面的球心并与舵叶轴5垂直，圆柱面A25的轴线为舵叶的摆动轴，舵叶6的内球面与球形转子2的外球面形成动密封面。

球形定子1为中空的部分球形，如图7所示，其内球面与球形转子2同心，安装在舵叶6外围，舵叶6外球面和球形定子1内球面形成动密封面，环形盖板3中间开有孔B12，转子伸出轴4穿过孔B12，环形盖板3固定在球形定子1开口方，孔B12与球形转子2的外球面形成动密封面。环形盖板3的孔B12与球形转子2之间安装有盖板密封环16和盖板支撑环17，如图1和图6所示，盖板密封环16使得环形盖板3和球形定子1之间的空腔与外界密封，盖板支撑环17为环形盖板3中孔B12与球形转子1外球面动配合间隙提供辅助支撑。球形定子1上还设有滑轨旋转轴A19和滑轨旋转轴B20，如图7所示，滑轨旋转轴A19和滑轨旋转轴B20的轴线经过球形转子1的球心，并且滑轨旋转轴A19的轴线与滑轨旋转轴B20的轴线垂直。

舵叶6将球形定子1内球面、球形转子2外球面和环形盖板3内平面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔，舵叶密封件10实现两个工作容腔之间的密封以及工作容腔与球形转子底孔18之间的密封，两腔通过转子伸出轴4和舵叶轴5配油，两腔油液压差驱动舵叶6摆动，同时通过舵叶轴5带动球形转子2摆动。舵叶6翘起两端形成了一个圆柱面，该圆柱面与圆柱面A25同轴，圆柱面A25的轴线为球形转子2的摆动轴线。球形转子2摆动轴线的方向取决于舵叶相对于球形转子2的转角，球形转子2内部的调节马达调节舵叶轴5的转角，然后通过舵叶轴5带动舵叶6相对于球形转子2旋转。

如图1所示，方位滑轨7和俯仰滑轨8为圆弧形长条，其内外球面与球形转子2同心，方位滑轨7和俯仰滑轨8中部开有滑槽13，方位滑轨7的两端安装在球形定子1的滑轨旋转轴A19上，如图7所示，滑轨旋转轴A19的轴线经过球形转子1的球心，俯仰滑轨8与方向滑轨7正交，两端安装在球形定子1的滑轨旋转轴B20上，滑轨旋转轴B20的轴线经过球形转子1的球心，方位滑轨7和俯仰滑轨8可分别绕滑轨旋转轴A19和滑轨旋转轴B20旋转，两个滑轨一端各安装一个角度传感器9，通过测量方位滑轨7和俯仰滑轨8相对于球形定子1的旋转角度，由测量角度得到球形转子2旋转的方位角和俯仰角。转子伸出轴4滑动配合地穿过两个滑槽13，转子伸出轴4能够在两个滑槽13中滑动，转子伸出轴4与滑槽13接触的部分，在转子伸出轴4的两侧铣出两个平行面，与两个滑槽13中的一个配合，利用转子伸出轴4的两平行面与一个滑槽13侧面约束球形转子2绕转子伸出轴4的自转。上滑块14的内表面为部分球面，与方位滑轨7外球面滑动配合，下滑块15的外表面为部分球面，与俯仰滑轨8内球面滑动配合，上滑块14和下滑块15中部分别开有一个孔，通过孔将上滑块14和下滑块15穿过转子伸出轴4，通过安装在转子伸出轴4上的两个螺母27将上滑块14压在方位滑轨7的外侧、将下滑块15压在俯仰滑轨8的内侧，方位滑轨7和俯仰滑轨8之面设有间隙，可以通过上滑块14和下滑块15两侧螺母27的预紧调节，实现球形转子2的球心定位并支撑在两个滑轨7和8上，保持舵叶6与球形转子2外球面以及舵叶6与球形定子1外球面的动配合间隙。

舵叶6两端翘起端部表面是部分圆柱面，该圆柱面的轴线通过球形转子球心且与舵叶轴5的轴线正交，敷在其上的舵叶密封件10的圆柱面A25的半径是环形盖板下平面与球形转子球心的距离，该圆柱面与环形盖板下平面形成动密封面，舵叶6是三体结构，舵叶两端各有一个舵叶帽22，舵叶帽22与舵叶主体的主分割装配面26是通过舵叶6两端圆柱面轴线并且与舵叶轴5轴线垂直的平面，实现舵叶与球形转子的装配。

所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达的工作过程为：

1、舵叶相对于球形转子2的转动。通过安装在球形转子2内部的调节马达使舵叶轴5相对于球形转子2，舵叶轴5带动舵叶6相对于球形转子2转动，由于转子伸出轴4两侧的平行面与一个滑槽13的侧面约束了球形转子2绕转子伸出轴4的自转，所以球形转子2内部的调节马达可以驱动舵叶6绕舵叶轴5产生方位确定的转动，舵叶6绕舵叶轴5相对于球形转子2的转动调节了舵叶6两端圆柱面A25轴线的方位。

2、舵叶6绕其两端圆柱面A25的轴线的摆动。球形定子1内球面、环形盖板3内平面、球形转子2外球面构成一个密闭容腔，如图8所示，舵叶6将该密闭容腔分成油腔A23和油腔B24两部分。当油腔A23通入高压油液时，油腔B24接通低压回油，驱动舵叶6带动球形转子2绕圆柱面A25的轴线摆动。当油腔B24通入高压油液时，油腔A23接通低压回油，驱动舵叶6带动球形转子2以相反的方向绕圆柱面A25的轴线摆动。

通过以上舵叶6相对于球形转子2的转动角的调节，和舵叶6通过舵叶轴5带动球形转子2的摆动，实现该马达的球形转子2在方位和俯仰方向上的两个自由度的运动。

Claims (9)

1.舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，该马达包括球形定子、球形转子、转子伸出轴、环形盖板、舵叶、舵叶轴、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器；

球形转子主体为球体，球体一端有转子伸出轴，另一端安装舵叶轴，球体内部安装调节马达，调节马达通过驱动舵叶轴调节舵叶相对于球形转子的旋转角度，转子伸出轴和舵叶轴的中心轴线同轴，并且通过球形转子的球心；

舵叶的内外球面与球形转子外球面同心，舵叶有舵叶轴，舵叶的内球面与球形转子的外球面形成动密封面；

球形定子为中空的部分球形，其内球面与球形转子外球面同心，安装在舵叶外围，舵叶外球面和球形定子内球面形成动密封面；球形定子上还设有滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B，滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B的轴线经过球形转子的球心并且互相垂直；

环形盖板中间开有孔B，转子伸出轴穿过孔B，环形盖板固定在球形定子开口方，孔B与球形转子的外球面形成动密封面；

方位滑轨和俯仰滑轨为圆弧形长条，其内外球面与球形转子同心，方位滑轨和俯仰滑轨中部开滑槽，方位滑轨的两端安装在球形定子的滑轨旋转轴A上，俯仰滑轨与方向滑轨正交，两端固定在球形定子的滑轨旋转轴B上，方位滑轨和俯仰滑轨能够绕各自的旋转轴旋转，方位滑轨、俯仰滑轨的一端各安装一个角度传感器；转子伸出轴滑动配合地穿过两个滑槽，转子伸出轴能够在两个滑槽中滑动；

舵叶将球形定子内球面、球形转子外球面和环形盖板内平面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔，工作容腔油液压差驱动舵叶摆动，进而通过舵叶轴带动球形转子摆动。

2.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的方位滑轨外侧设有上滑块，上滑块的内表面为部分球面，与方向滑轨外球面滑动配合，俯仰滑轨内侧设有下滑块，下滑块的外表面为部分球面，与俯仰滑轨内球面滑动配合，上滑块和下滑块中部分别开有一个孔，通过该孔将上滑块和下滑块穿过转子伸出轴，通过安装在转子伸出轴上的两个螺母将上滑块压在方位滑轨的外侧、将下滑块压在俯仰滑轨的内侧，方位滑轨和俯仰滑轨之面设有间隙，通过调节上滑块和下滑块两侧螺母的预紧调节，实现球形转子的球心定位并支撑在方位滑轨和俯仰滑轨上，保持舵叶与球形转子外球面以及舵叶与球形定子外球面的动配合间隙。

3.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的舵叶的翘起两端形成圆柱面，圆柱面的轴线通过舵叶内外球面的球心并且与舵叶轴垂直。

4.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的两个工作容腔通过转子伸出轴和舵叶轴配油。

5.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的角度传感器测量方位滑轨和俯仰滑轨相对于球形定子的旋转角度，通过测量角度得到球形转子摆动的方位角和俯仰角。

6.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的环形盖板的孔B与球形转子之间设有盖板密封环和盖板支撑环，盖板密封环使得环形盖板和球形定子之间的空腔与外界密封，盖板支撑环为环形盖板孔B的内环与球形转子外球面动配合间隙提供辅助支撑。

7.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的舵叶上设有槽，槽中安装舵叶密封件，舵叶密封件为圆弧形，中部设有孔A，舵叶轴穿过孔A，舵叶密封件实现两个工作容腔之间的密封以及工作容腔与球形转子底孔之间的密封。

8.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的舵叶上设有槽，槽中安装舵叶支撑件，舵叶支撑件为舵叶与球形转子外球面、舵叶与球形定子内球面动配合间隙提供辅助支撑。

9.根据权利要求1所述的舵叶轴随动式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的转子伸出轴与滑槽接触的部分，转子伸出轴的两侧铣出两个平行面，与两个滑槽中的一个配合，利用转子伸出轴的两平行面与滑槽侧面约束球形转子绕转子伸出轴自转。

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