CN102297283B

CN102297283B - 一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构

Info

Publication number: CN102297283B
Application number: CN201110194875A
Authority: CN
Inventors: 赵建民
Original assignee: TIANJIN SIANJIA FLOW CONTROL SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: TIANJIN SIANJIA FLOW CONTROL SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: CN102297283A

Abstract

本发明涉及一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，包括电动轴、手动轴和输出轴，特点是：输出轴上装有通过花键连接的滑动轴，滑动轴和手动轴设有配合的莫氏锥度轴端和孔，滑动轴的端部设有弹性压紧结构；滑动轴上装有带楔形缺口的过渡轮，缺口中部设径向通槽；缺口内设有滚柱、顶销和压簧；滑动轴上设插入径向通槽内的拨块；电动轴套装在过渡轮上；顶销将滚柱压紧在拨块及电动轴上；拨块与径向通槽之间留有间隙；过渡轮和滑动轴上制有相啮合的端面齿。上述无扰切换结构相对于现有切换结构，具有结构紧凑，操作方便的特点，在手动操作时通过拨块自动切断电动轴，在电动操作时通过端面齿自动切断手动轴，从而确保手动/电动操作的无扰和安全切换。

Description

一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构

技术领域

本发明涉及电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构。

背景技术

目前，电动执行机构被广泛用于化工、石化、电力、天然气等行业，其通过驱动管道阀门对工业过程进行控制。常见的电动执行机构由电动机、减速器、控制器、手动轮、输出轴和壳体构成，按照过程控制的需要，电动执行机构均具备手动和电动操作功能。手动轮直接驱动输出轴操作的电动执行机构，其手动和电动操作之间的切换有以下三种方式：1）手动方式，即手动和电动之间的相互切换完全依靠人力完成，操作麻烦费力；2）半自动电动优先方式，即从电动到手动的切换由人力完成，而由手动到电动的切换通过自动复位完成，这是目前普遍采用的切换方式，具体结构参见图6，其工作原理为：离合器与输出轴通过花键连接，可沿输出轴上下移动，人工搬动切换手柄23将牙嵌式离合器24顶向手动轴25，顶杆26在拉簧27的作用下直立并顶住离合器使之与手动轴保持连接，然后通过操作手动轮19实现手动驱动；当需要电动操作时，控制系统向电动机20发出信号，电动机转动，通过蜗杆21和蜗轮22将动力传递到电动轴28，电动轴旋转，其端面的拨块29将上述顶杆推到，在压簧30的作用下，离合器向下滑动与电动轴保持连接，实现从手动到电动的自动复位切换。上述第一种和第二种切换方式操作麻烦费力；3）全自动方式，即手动和电动之间的切换无需人力干预，目前该种切换方式应用较少，在某一国外产品上采用了包含行星轮系和逆止器31的全自动无扰切换结构，具体结构参见图7，其工作原理为：首先，逆止器的作用是手动轮19主动转动时，能通过手动轴驱动行星轮系的太阳轮32转动，反之太阳轮则不能驱动手动轴和手动轮转动。当人力操作手动轮时，与手动轮刚性连接的手动轴33驱动太阳轮转动，然后通过行星轮34将人工扭矩传递给输出轴；当电动机20驱动蜗杆21、蜗轮22转动时，与蜗轮刚性连接的电动轴35则驱动行星轮系中的齿圈36同步转动，此时由于太阳轮不能转动，则通过行星轮将电动扭矩传递给输出轴。尽管行星轮系中的太阳轮和齿圈可单独、分别和互不干扰地驱动行星轮输出扭矩，但该无扰切换机构较复杂，且将蜗轮、行星轮分别按传动顺序放在高速级和低速级，造成电动执行机构传动链的设置不合理。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构紧凑，设计合理的电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，包括连于电机的电动轴、连于手动轮的手动轴和输出轴，其特征在于：所述手动轴通过轴承转动安装在输出轴的一端，所述输出轴上安装有滑动轴，所述滑动轴与输出轴之间通过花键连接，所述滑动轴靠近手动轴的一端设有莫氏锥度轴端，所述手动轴上设有与莫氏锥度轴端相配合的莫氏锥度孔；所述滑动轴远离手动轴的一端设有弹性压紧结构；所述滑动轴上套装有过渡轮，所述过渡轮的外圆面上均布设有至少三组对称的楔形缺口，每组楔形缺口中部制有与内圆面贯通的径向通槽；所述楔形缺口内设有滚柱、顶销和压簧，所述楔形缺口远离径向通槽的底边上设有压簧安装孔，所述压簧套装在顶销上；所述滑动轴的外圆面上均布设有与楔形缺口组数一致的拨块，所述拨块插入径向通槽内；所述电动轴套装在过渡轮上；所述对称楔形缺口内的顶销分别将滚柱压紧在拨块的两侧边及电动轴的内圆面上，所述拨块侧边与径向通槽之间留有间隙；所述过渡轮远离手动轴一侧的端面上和滑动轴的台肩面上制有相啮合的端面齿。

本发明还可以采取的技术方案为：

所述拨块与滑动轴为组合式结构，在滑动轴的外圆面上均布制有安装拨块的插槽。

所述拨块在径向通槽的上端制有压紧滚柱的凸台，所述凸台插入到所述楔形缺口内。

所述弹性压紧结构包括设在输出轴上的台肩及设在台肩与滑动轴的端面之间的压簧。

所述楔形缺口的楔角为3°～8°。

所述拨块侧边与径向通槽之间的单边间隙为1～5mm。

本发明具有的优点和积极效果是：

采用上述结构，手动操作时，通过莫氏锥度和花键的连接，输出轴随之转动并输出人力操作扭矩。此时，由于滑动轴转动后其拨块将会推开滚柱，从楔紧变为松动状态，使电动轴与过渡轮脱开，滑动轴自由转动且无任何轴向位移，从而保证了人力操作扭矩的传递；电动操作时，电机通过蜗杆和蜗轮将扭矩输出给电动轴，由于滚柱的楔紧作用，该扭矩将通过滚柱传递到过渡轮上，由于过渡轮转动后其端面齿将会推动滑动轴的端面齿，使滑动轴产生轴向位移与手动轴脱开，从而保证在电动操作时手动轮不会有任何转动。同时，过渡轮还将电动操作扭矩依次通过端面齿和花键传递给滑动轴和输出轴。综上，上述无扰切换结构相对于现有切换结构，具有结构紧凑，操作方便的特点，在手动操纵时自动切断电动轴，电动操作时自动切断手动轴，从而确保手动/电动操作的无扰和安全切换。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面结构示意图Ⅰ；

图3是图1中A-A剖面结构示意图Ⅱ；

图4是图1中B部位的局部放大图；

图5是将本发明应用于电动执行机构的结构原理图；

图6是现有技术中半自动电动优先方式的结构原理图；

图7是现有技术中全自动方式的结构原理图。

图中：1、输出轴；2、电动轴；3、手动轴；4、滑动轴；5、花键；6、莫氏锥度轴端；7、莫氏锥度孔；8、过渡轮；9、楔形缺口；10、径向通槽；11、滚柱；12、顶销；13、压簧；14、压簧安装孔；15、拨块；15-1、凸台；16、端面齿；17、台肩；18、压簧；19、手动轮；20、电动机；21、蜗杆；22、蜗轮；23、切换手柄；24、牙嵌式离合器；25、手动轴；26、顶杆；27、拉簧；28、电动轴；29、拨块；30、压簧；31、逆止器；32、太阳轮；33、手动轴；34、行星轮；35、电动轴；36、齿圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-5，一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，包括连于电机的电动轴2、连于手动轮的手动轴3和输出轴1，所述手动轴通过轴承转动安装在输出轴的一端，所述输出轴上安装有滑动轴4，所述滑动轴与输出轴之间通过花键5连接，所述滑动轴靠近手动轴的一端设有莫氏锥度轴端6，所述手动轴上设有与莫氏锥度轴端相配合的莫氏锥度孔7；所述滑动轴远离手动轴的一端设有弹性压紧结构；所述滑动轴上套装有过渡轮8，所述过渡轮的外圆面上均布设有至少三组对称的楔形缺口9，每组楔形缺口中部制有与内圆面贯通的径向通槽10；所述楔形缺口内设有滚柱11、顶销12和压簧13，所述楔形缺口远离径向通槽的底边上设有压簧安装孔14，所述压簧套装在顶销上；所述滑动轴的外圆面上均布设有与楔形缺口组数一致的拨块15，所述拨块插入径向通槽内；所述电动轴套装在过渡轮上；所述对称楔形缺口内的顶销分别将滚柱压紧在拨块的两侧边及电动轴的内圆面上，所述拨块侧边与径向通槽之间留有间隙；所述过渡轮远离手动轴一侧的端面上和滑动轴的台肩面上制有相啮合的端面齿17。

上述拨块可与滑动轴一体加工成型，具体结构参见图2。为降低加工难度和制作成本，保证加工尺寸精度，所述拨块与滑动轴优选为组合式结构，具体的，在滑动轴的外圆面上均布设置安装拨块的插槽，加工成型的拨块插装在上述插槽内。为保证所述拨块的动作更为有效，避免滚柱对楔形缺口和径向通槽的过渡部位的挤压作用，在拨块上径向通槽的上端进一步设置压紧滚柱的凸台15-1，所述凸台插入到所述楔形缺口内，具体结构参见图3。

上述设在滑动轴远离手动轴的一端的弹性压紧结构，一方面保证在手动操作时，滑动轴的莫氏锥度轴端压紧在手动轴的莫氏锥度孔内，另一方在电动操作时，在过渡轮和滑动轴的端面齿的啮合作用下，滑动轴沿轴向移动，使手动轴和滑动轴脱离接触。从满足使用和整体结构紧凑的角度考虑，上述弹性压紧结构包括设在输出轴上的台肩及设在台肩17与滑动轴的端面之间的压簧18。

从过渡轮传动扭矩的大小及无扰切换结构的整体尺寸考虑，上述楔形缺口的楔形角的取值为3°～8°；上述拨块侧边与径向通槽的间隙值越大，过渡轮上径向通槽的尺寸精度要求越低，考虑到整体结构的紧凑性，上述拨块侧边与径向通槽之间的单边间隙优选为1～5mm。

综上，本发明通过采用上述无扰切换结构，在手动操作时，转动手动轮19，通过莫氏锥度和花键的连接，输出轴随之转动并输出人力操作扭矩。此时，由于滑动轴转动后其拨块将会推开滚柱，从楔紧变为松动状态，使电动轴与过渡轮脱开，滑动轴自由转动且无任何轴向位移，从而保证了人力操作扭矩的传递；电动操作时，电动机20通过蜗杆21和蜗轮22将扭矩输出给电动轴，由于滚柱的楔紧作用，该扭矩将通过滚柱传递到过渡轮上，由于过渡轮转动后其端面齿将会推动滑动轴的端面齿，使滑动轴产生轴向位移与手动轮脱开，从而保证在电动操作时手动轮不会有任何转动。同时，过渡轮还将电动操作扭矩依次通过端面齿和花键传递给滑动轴和输出轴。

Claims

1.一种电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，包括连于电机的电动轴、连于手动轮的手动轴和输出轴，其特征在于：所述手动轴通过轴承转动安装在输出轴的一端，所述输出轴上安装有滑动轴，所述滑动轴与输出轴之间通过花键连接，所述滑动轴靠近手动轴的一端设有莫氏锥度轴端，所述手动轴上设有与莫氏锥度轴端相配合的莫氏锥度孔；所述滑动轴远离手动轴的一端设有弹性压紧结构；所述滑动轴上套装有过渡轮，所述过渡轮的外圆面上均布设有至少三组对称的楔形缺口，每组楔形缺口中部制有与过渡轮的内圆面贯通的径向通槽；所述楔形缺口内设有滚柱、顶销和压簧，所述楔形缺口远离径向通槽的底边上设有压簧安装孔，所述压簧套装在顶销上；所述滑动轴的外圆面上均布设有与楔形缺口组数一致的拨块，所述拨块插入径向通槽内；所述电动轴套装在过渡轮上；所述对称楔形缺口内的顶销分别将滚柱压紧在拨块的两侧边及电动轴的内圆面上，所述拨块侧边与径向通槽之间留有间隙；所述过渡轮远离手动轴一侧的端面上和滑动轴的台肩面上制有相啮合的端面齿。

2.根据权利要求1所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述拨块与滑动轴为组合式结构，在滑动轴的外圆面上均布制有安装拨块的插槽。

3.根据权利要求2所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述拨块在径向通槽的上端制有压紧滚柱的凸台，所述凸台插入到所述楔形缺口内。

4.根据权利要求1所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述弹性压紧结构包括设在输出轴上的台肩及设在台肩与滑动轴的端面之间的压簧。

5.根据权利要求1-4任一所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述楔形缺口的楔角为3°～8°。

6.根据权利要求1-4任一所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述拨块侧边与径向通槽之间的单边间隙为1～5mm。

7.根据权利要求5所述电动执行机构的手动/电动操作无扰切换结构，其特征在于：所述拨块侧边与径向通槽之间的单边间隙为1～5mm。