CN101858369B - 轴向串联式超全周摆动液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向串联式超全周摆动液压马达，包括初级定子、初级静叶片、初级动叶片、次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板；次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板构成次级摆动马达，初级定子、初级静叶片、初级动叶片和次级摆动马达构成初级摆动马达。本发明中两级摆动马达轴向布置，结构简单紧凑有利于减小转动惯量，液压回路串联，配油简洁，实现转轴转角的叠加，解决传统摆动液压马达转角小于360度的限制，适用于要求转角一周以上两周以下的直接驱动液压伺服动力机构。

Description

轴向串联式超全周摆动液压马达

技术领域

本发明涉及一种轴向串联式超全周摆动液压马达，属于液压伺服驱动技术。

背景技术

液压驱动具有功率重量比大和力(力矩)质量(惯量)比大的优点，适合大功率和大力(力矩)驱动。液压伺服控制能够实现高频响、宽调速和低稳定速率的性能。因此液压驱动及其伺服控制技术广泛应用于航空航天、舰船车辆、工程机械等领域。

常规的柱塞马达、叶片马达、齿轮马达等虽然可实现连续回转，但由于结构复杂转动惯量大、存在转速和力矩脉动等缺点不适合伺服驱动。在旋转运动的液压伺服驱动场合中通常采用摆动液压马达，例如在仿真转台、负载模拟器、机器人关节、舵机等应用中。

现有的摆动液压马达的转角范围小于360度，增加放大转角的传动机构必定会降低伺服控制性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述摆动液压马达的转角范围小问题，提供一种结构简单紧凑、能够直接驱动负载的轴向串联式超全周摆动液压马达，实现转轴转角一周以上两周以下的液压伺服驱动。

本发明一种轴向串联式超全周摆动液压马达，包括初级定子、初级静叶片、初级动叶片、次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板；

次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板构成次级摆动马达，次级动叶片和次级静叶片的截面为圆环形的一部分，次级定子中间设有贯通的孔C和不贯通的孔D，转轴安装在次级定子的孔C中，次级动叶片位于转轴和孔D之间，并且与转轴固定连接，次级静叶片位于转轴和孔D之间，并且与次级定子固定连接；盖板与次级定子固定连接；转轴、次级定子和盖板将转轴和孔D之间的空间围成密封腔，次级动叶片、次级静叶片将该密封腔分割为工作油腔A和工作油腔B；

初级定子、初级静叶片、初级动叶片和次级摆动马达构成初级摆动马达，次级摆动马达作为初级摆动马达的转子，初级静叶片、初级动叶片的截面为圆环形的一部分，初级定子设有贯通的孔A和不贯通的孔B，转轴安装在初级定子的孔A中，初级动叶片位于转轴和孔B之间，并且与次级定子固定连接，初级静叶片位于转轴和孔B之间，并且与初级定子固定连接；初级定子、转轴和次级定子将转轴和孔B之间的空间围成密封腔，初级静叶片、初级动叶片将该密封腔分割为工作油腔C和工作油腔D；

所述的次级动叶片能够带动转轴在孔D中旋转，初级动叶片能够带动次级定子在孔B中旋转；

转轴中设有“n”形孔，第一油孔将初级定子外油路与工作油腔D连通，第二油孔将“n”形孔的一端与初级定子外油路连通，“n”形孔的另一端与工作油腔A连通，次级定子中设有第三油孔，工作油腔C和工作油腔B通过第三油孔相连通。

本发明的优点在于：

本发明中两级摆动马达轴向布置，结构简单紧凑有利于减小转动惯量，液压回路串联，配油简洁，实现转轴转角的叠加，解决传统摆动液压马达转角小于360度的限制，适用于要求转角一周以上两周以下的直接驱动液压伺服动力机构。

附图说明

图1是本发明轴向串联式超全周摆动液压马达的机构示意图；

图2是本发明图1中A-A剖面的结构示意图；

图3是本发明图1中B-B剖面的结构示意图。

图中：

1-初级定子      2-转轴        3-初级静叶片    4-初级动叶片

5-次级定子      6-次级动叶片  7-次级静叶片    8-盖板

9-孔A           10-孔B        11-孔C          12-孔D

13-“n”形孔    14-第一油孔   15-第二油孔     16-第三油孔

17-轴承         18-凸肩       19-锁紧螺母     20-调整垫片

21-动密封件     22-工作油腔A  23-工作油腔B    24-工作油腔C

25-工作油腔D

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。

本发明的轴向串联式超全周摆动液压马达，如图1所示，包括初级定子1、初级静叶片3、初级动叶片4、次级定子5、次级静叶片7、次级动叶片6、转轴2和盖板8。

次级定子5、次级静叶片7、次级动叶片6、转轴2和盖板8构成次级摆动马达，如图1、图2所示，次级动叶片6和次级静叶片7的截面为圆环形的一部分，次级定子5中间设有贯通的孔C11和不贯通的孔D12，转轴2安装在次级定子5的孔C11中，次级动叶片6位于转轴2和孔D12之间，并且与转轴2固定连接，次级静叶片7位于转轴2和孔D12之间，并且与次级定子5固定连接。盖板8通过螺钉与次级定子5固定连接。转轴2、次级定子5和盖板8将转轴2和孔D12之间的空间围成密封腔，次级动叶片6、次级静叶片7将该密封腔分割为工作油腔A22和工作油腔B23，如图2所示。

初级定子1、初级静叶片3、初级动叶片4和次级摆动马达构成初级摆动马达，如图1、图3所示，次级摆动马达作为初级摆动马达的转子，初级静叶片3、初级动叶片4的截面为圆环形的一部分，初级定子1设有贯通的孔A9和不贯通的孔B10，转轴2安装在初级定子1的孔A9中，初级动叶片4位于转轴2和孔B10之间，并且与次级定子5固定连接，初级静叶片3位于转轴2和孔B10之间，并且与初级定子1固定连接。初级定子1、转轴2和次级定子5将转轴2和孔B10之间的空间围成密封腔，初级静叶片3、初级动叶片4将该密封腔分割为工作油腔C24和工作油腔B23，如图3所示。

转轴2中设有“n”形孔13，初级定子1中有第一油孔14和第二油孔15，第一油孔14将初级定子1外油路与工作油腔D25连通，第二油孔15将“n”形孔13的一端与初级定子1外油路连通，“n”形孔13的另一端连接工作油腔A22连通，次级定子5中设有第三油孔16，工作油腔C24和工作油腔B23通过第三油孔16相连通。

初级定子1和盖板8上分别安装有两个轴承17，用于支撑转轴2，转轴2在盖板8的一端，设置凸肩18用于转轴2的轴向定位，转轴2在初级定子的一端，设置锁紧螺母19用于初级定子1和次级摆动马达的轴向紧固。初级定子1与次级定子5连接的位置装有轴承17，次级定子5安装于轴承17的内孔，用于支撑次级定子5。次级定子5上有调整垫片20，调整垫片20用于调整初级定子1和次级定子5配合端面之间的间隙。

转轴2与初级定子1、次级定子5、盖板8接触的位置安装有动密封件21，用于转轴2的动密封。初级定子1和次级定子5配合端面之间安装有动密封件21，用于该端面的动密封。

所述的轴向串联式超全周摆动液压马达的工作过程为：

当第二油孔15通入高压油液，第一油孔14接通低压回油，当工作油腔A22和工作油腔B23中的油液的压力差达到一定数值，次级动叶片6带动与其固定连接的转轴2相对于次级定子5转动，工作油腔C24和工作油腔D25中的压力差达到一定数值，初级动叶片4带动与其固定连接的次级定子5相对于初级定子1，按照与转轴2相同的转向转动。当第一油孔14通入高压油液，第二油孔15接通低压回油，工作过程相同，次级定子5和转轴2的转向相反。

转轴2相对于初级定子1的转角、转速和输出力矩为：

设次级定子5相对与初级定子1的旋转角度为α₁，则0°＜α₁＜360°；转轴2相对于次级定子5的旋转角度为α₂，则0°＜α₂＜360°；初级摆动马达排量为q₁；次级摆动马达排量为q₂；次级定子5相对与初级定子1的转速为ω₁；转轴2相对于次级定子5的转速为ω₂；第一油孔14的压力为p₁；第二油孔15的压力为p₂；第三油孔16的压力为p_k；转轴2输出力矩为T；串联的两级摆动马达的连续流量为Q；由第三油孔16连通的密闭油腔的工作容积为V_k(不包含第三油孔16的容积)。

由于两级摆动马达旋转方向一致，转轴2相对于初级定子1的转角为：

α＝α₁+α₂                        (1)

其中：0°＜α＜720°；

转轴2相对于初级定子1的转速为：

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_2=\frac{Q}{q_1}+\frac{Q}{q_2}=\frac{Q}{q}---\left(2\right)$

轴向串联式超全周摆动液压马达的排量q满足：

$\frac{1}{q}=\frac{1}{q_1}+\frac{1}{q_2}---\left(3\right)$

由于两级摆动马达串联，根据流量的连续性，两级摆动马达转角的关系满足：

α₁q₁＝α₂q₂                       (4)

转轴2的输出力矩为：

T＝(p_k-p₂)q₂＝(p₁-p_k)q₁            (5)

其中 $p_k=\frac{p_1{q}_1+p_2{q}_2}{q_1+q_2},$ 因此：

$T=(p_1-p_2)\frac{q_1{q}_2}{q_1+q_2}=(p_1-p_2)q---\left(6\right)$

如果两级摆动马达的排量相同，即q₁＝q₂＝q0，由于串联关系其转角必定相同，当两级摆动马达具有相同的、由机械结构所限定的最大转角max(α₁)＝max(α₂)＝α₀时，并且两级摆动马达能够同时达到该最大值，则必须使充满油液的工作容积为：V_k＝α₀q₀，则此时转轴2相对于初级定子1的转角最大值为2α₀，轴向串联式超全周摆动液压马达的排量由式(3)和q₁＝q₂＝q₀可得：

$q=\frac{q_0}{2}---\left(7\right)$

由此可得，当本发明所述的轴向串联式超全周摆动液压马达的初级和次级排量为q₁＝q₂＝q₀时，转轴2相对于初级定子1的转角最大值达到2α₀。

Claims (6)

1.一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：包括初级定子、初级静叶片、初级动叶片、次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板；

次级定子、次级静叶片、次级动叶片、转轴和盖板构成次级摆动马达，次级动叶片和次级静叶片的截面为圆环形的一部分，次级定子中间设有贯通的孔C和不贯通的孔D，转轴安装在次级定子的孔C中，次级动叶片位于转轴和孔D之间，并且与转轴固定连接，次级静叶片位于转轴和孔D之间，并且与次级定子固定连接；盖板与次级定子固定连接；转轴、次级定子和盖板将转轴和孔D之间的空间围成密封腔，次级动叶片、次级静叶片将该密封腔分割为工作油腔A和工作油腔B；

初级定子、初级静叶片、初级动叶片和次级摆动马达构成初级摆动马达，次级摆动马达作为初级摆动马达的转子，初级静叶片、初级动叶片的截面为圆环形的一部分，初级定子设有贯通的孔A和不贯通的孔B，转轴安装在初级定子的孔A中，初级动叶片位于转轴和孔B之间，并且与次级定子固定连接，初级静叶片位于转轴和孔B之间，并且与初级定子固定连接；初级定子、转轴和次级定子将转轴和孔B之间的空间围成密封腔，初级静叶片、初级动叶片将该密封腔分割为工作油腔C和工作油腔D；

所述的次级动叶片能够带动转轴在孔D中旋转，初级动叶片能够带动次级定子在孔B中旋转；

转轴中设有“n”形孔，第一油孔将初级定子外油路与工作油腔D连通，第二油孔将“n”形孔的一端与初级定子外油路连通，“n”形孔的另一端与工作油腔A连通，次级定子中设有第三油孔，工作油腔C和工作油腔B通过第三油孔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：初级定子和盖板上分别安装有两个轴承，用于支撑转轴。

3.根据权利要求1所述的一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：转轴在盖板的一端，设置凸肩用于转轴的轴向定位，转轴在初级定子的一端，设置锁紧螺母用于初级定子和次级摆动马达的轴向紧固。

4.根据权利要求1所述的一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：初级定子与次级定子连接的位置装有轴承，次级定子安装于轴承的内孔，用于支撑次级定子。

5.根据权利要求1所述的一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：次级定子上有调整垫片，调整垫片用于调整初级定子和次级定子配合端面之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的一种轴向串联式超全周摆动液压马达，其特征在于：转轴与初级定子、次级定子、盖板接触的位置安装有动密封件。

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