CN102720843B - 一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀 - Google Patents

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Abstract

一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，包括交流伺服电机，交流伺服电机的输出轴与滚珠丝杆连接，驱动丝杠螺母上下往复运动，控制阀芯的位置，上阀芯分别与阀体和上端盖通过密封圈形成滑动密封配合，该密封形成的空腔通过阀体和上端盖上设置的先导气孔与阀体上的气源进气口连通，利用作用面积补偿阀芯下表面的作用力，降低负载，交流伺服电机的输出轴仅传递扭矩而不承载轴向力，本发明利用滚珠丝杠副由交流伺服电机直接驱动阀芯直线运动，传动效率高；能够调节阀的输出流量和压力，易于检测出阀芯的实时位置，构建电控伺服系统，实现闭环控制，改善阀的动态性能。

Description

一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀
技术领域
本发明属于气压传动与控制技术领域，特别涉及一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀。
背景技术
在工业领域中，气压传动与控制因具备多方面的优点而被广泛采用。而气动装置采用压缩空气作为动力驱动某零部件产生运动，比如气动缸就是采用气动阀控制气体的流向、流量及压力等，实现气动活塞按照设定的规律进行运动。在大规格的气动缸控制系统中，如机械压力机用气动离合器和制动器系统，二位三通截止阀被广泛采用，而目前采用的二位三通截止阀几乎均采用开关式电磁铁进行驱动，即阀芯的运动位置仅在两个极限状态，也就是开、关两种状态进行切换，无法实现输出流量及压力的调节，且由于受连接管路、气源和气缸内压力等因素的影响，换向过程的动态性能差异较大，满足不了气动缸柔性工作的要求。
而目前工业实际中的传统电气比例气动阀往往采用专门设计的直流供电式比例电磁铁实现阀输出流量及压力的调节，这种传统比例阀造价高、动作灵敏性较低、抗压缩空气中油和水的污染能力差、抵抗机床使用中振动冲击的性能较低，特别在大通径的场合使用的这种传统比例阀造价更高，可靠性差，且主要依赖国外进口。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，能够通过交流伺服电机驱动，精确控制阀芯的位置，从而实现对阀的输出流量及压力的调节，改善动态换向过程。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，包括交流伺服电机1，交流伺服电机1固定在上端盖18的上端面，上端盖18与下端盖11分别与阀体10固定连接，并通过密封圈密封，上端盖18里面安装有滚动轴承2和套筒3，套筒3的径向和轴向各设有对称的两个孔，并通过从上端盖18插入到径向孔中的销钉4固定，滚动轴承2的外圈通过上端盖18和套筒3定位，内圈通过安装在滚珠丝杆5上的弹簧挡圈20和滚珠丝杆5的轴肩定位，交流伺服电机1的输出轴与滚珠丝杆5连接，驱动丝杠螺母6上下往复运动，丝杠螺母6套在滚珠丝杆5螺纹上，上阀芯7与丝杠螺母6连接，套管8和下阀芯9套在上阀芯7下端的杆上，下阀芯9与上阀芯7下端的杆过盈配合连接，并在上阀芯7下端的杆端头用螺母12锁紧，当交流伺服电机1驱动丝杠螺母6和阀芯向下运动时，上阀芯7与阀体10形成接触密封，下阀芯9与阀体10分开，气缸连接口与气源进气口连通，与排气口封闭；当交流伺服电机1驱动丝杠螺母6和阀芯向上运动时，上阀芯7与阀体10分开，下阀芯9与阀体10形成接触密封，气缸连接口与气源进气口封闭，与排气口连通。
所述的上阀芯7上设有两个导向孔，并通过固定在套筒3轴向孔上的导向销17导向，限制阀芯仅在轴向往复运动，上阀芯7分别与阀体10和上端盖18通过第一密封圈14和第二密封圈16形成滑动密封配合，该密封形成的空腔通过阀体10和上端盖18上设置的先导气孔13与阀体10上的气源进气口连通，上端盖18上的先导气孔13外侧通过堵丝15封闭，阀体10和上端盖18的先导气孔13连接处通过密封圈密封。
所述的滚珠丝杆5的上端开有轴孔和键槽，采用间隙配合直接通过键19与交流伺服电机1的输出轴连接，仅传递扭矩而不承载轴向力。
所述的交流伺服电机1通过编码器反馈其输出轴和滚珠丝杆5的角位移信号，进而得到丝杠螺母6与阀芯的直线位移量，从而对阀芯位置和运动速度进行闭环的可调节控制。
本发明的技术方案本质是利用交流伺服电机驱动滚珠丝杆，带动丝杆螺母和阀芯进行直线运动，从而实现阀芯位置和运动速度的精确控制并达到调节输出流量和压力以及换向的目的。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：利用滚珠丝杠副由交流伺服电机直接驱动阀芯直线运动，传动效率高；能够调节阀的输出流量和压力，易于检测出阀芯的实时位置，构建电控伺服系统，实现闭环控制，改善阀的动态性能。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如附图所示，一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，包括交流伺服电机1，交流伺服电机1通过螺钉固定在上端盖18的上端面，上端盖18与下端盖11分别通过螺钉与阀体10固定，并通过密封圈密封，上端盖18里面安装有滚动轴承2和套筒3，套筒3的径向和轴向各设有对称的两个孔，并通过从上端盖插入到径向孔中的销钉4固定，滚动轴承2的外圈通过上端盖18和套筒3定位，内圈通过安装在滚珠丝杆5上的弹簧挡圈20和滚珠丝杆5的轴肩定位，交流伺服电机1的输出轴通过键19直接与滚珠丝杆5连接，驱动丝杠螺母6上下往复运动，上阀芯7与丝杠螺母6通过螺钉连接固定，丝杠螺母6套在滚珠丝杆5螺纹上，上阀芯7与丝杠螺母6连接，套管8和下阀芯9套在上阀芯7下端的杆上，下阀芯9与阀芯7下端的杆过盈配合连接，并在阀芯7下端的杆下端端头用螺母12锁紧，当交流伺服电机1驱动丝杠螺母6和阀芯向下运动时，上阀芯7与阀体10形成接触密封，下阀芯9与阀体10分开，气缸连接口与气源进气口连通，与排气口封闭；当交流伺服电机1驱动丝杠螺母6和阀芯向上运动时，上阀芯7与阀体10分开，下阀芯9与阀体10形成接触密封，气缸连接口与气源进气口封闭，与排气口连通。
上阀芯7上设有两个导向孔，并通过固定在套筒3轴向孔上的导向销17导向，限制阀芯仅在轴向往复运动，上阀芯7分别与阀体10和上端盖18通过第一密封圈14和第二密封圈16形成滑动密封配合，该密封形成的空腔通过阀体10和上端盖18上设置的先导气孔13与阀体10上的气源进气口连通，利用作用面积补偿阀芯下表面的作用力，降低负载，上端盖18上的先导气孔13外侧通过堵丝15封闭，阀体10和上端盖18的先导气孔13连接处通过密封圈密封。
滚珠丝杆5的上端开有轴孔和键槽，采用间隙配合直接通过键19与交流伺服电机1的输出轴连接，仅传递扭矩而不承载轴向力。
交流伺服电机1，通过编码器反馈其输出轴和滚珠丝杆5的角位移信号，进而得到丝杠螺母6与阀芯的直线位移量，从而对阀芯位置和运动速度进行闭环的可调节控制。
本发明的工作原理为：
处于打开状态，交流伺服电机1驱动滚珠丝杆5转动带动丝杠螺母6和阀芯向下移动到极限位置，上阀芯7与阀体10形成接触密封，下阀芯9与阀体10分开，气缸连接口与气源进气口连通，与排气口封闭；当交流伺服电机1驱动滚珠丝杆5转动带动丝杠螺母6和阀芯向上运动至极限位置，上阀芯7与阀体10分开，下阀芯9与阀体10形成接触密封，气缸连接口与气源进气口封闭，与排气口连通。在阀打开和阀关闭的状态下，阀芯位置依靠电机制动锁紧，保证了阀在静止状态下的稳定性与可靠性。上阀芯7、上端盖18与阀体10间的空腔与气源通过先导气孔13连通，其作用在上阀芯7上向下的力平衡掉了部分作用在上阀芯7和下阀芯9上的向上的作用力，使得作用在滚动轴承2上的轴向力很小；同时由于交流伺服电机1的输出轴与滚珠丝杆5直接通过键19采用间隙配合连接，仅传递扭矩，电机1的输出轴不承载轴向力作用，保证了系统的可靠工作。

Claims (4)

1.一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，包括交流伺服电机（1），交流伺服电机（1）固定在上端盖（18）的上端面，上端盖（18）里面安装有滚动轴承（2），滚动轴承（2）的内圈通过安装在滚珠丝杆（5）上的弹簧挡圈（20）和滚珠丝杆（5）的轴肩定位，交流伺服电机（1）的输出轴与滚珠丝杆（5）连接，其特征在于：上端盖（18）与下端盖（11）分别与阀体（10）固定连接，并通过密封圈密封，上端盖（18）里面安装有套筒（3），套筒（3）的径向和轴向各设有对称的两个孔，并通过从上端盖（18）插入到径向孔中的销钉（4）固定，滚动轴承（2）的外圈通过上端盖（18）和套筒（3）定位，交流伺服电机（1）驱动丝杠螺母（6）上下往复运动，丝杠螺母（6）套在滚珠丝杆（5）螺纹上，上阀芯（7）与丝杠螺母（6）连接，套管（8）和下阀芯（9）套在上阀芯（7）下端的杆上，下阀芯（9）与上阀芯（7）下端的杆过盈配合连接，并在上阀芯（7）下端的杆端头用螺母（12）锁紧，当交流伺服电机（1）驱动丝杠螺母（6）和阀芯向下运动时，上阀芯（7）与阀体（10）形成接触密封，下阀芯（9）与阀体（10）分开，气缸连接口与气源进气口连通，与排气口封闭；当交流伺服电机（1）驱动丝杠螺母（6）和阀芯向上运动时，上阀芯（7）与阀体（10）分开，下阀芯（9）与阀体（10）形成接触密封，气缸连接口与气源进气口封闭，与排气口连通。
2.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，其特征在于：所述的上阀芯（7）上设有两个导向孔，并通过固定在套筒（3）轴向孔上的导向销（17）导向，限制阀芯仅在轴向往复运动，上阀芯（7）分别与阀体（10）和上端盖（18）通过第一密封圈（14）和第二密封圈（16）形成滑动密封配合，该密封形成的空腔通过阀体（10）和上端盖（18）上设置的先导气孔（13）与阀体（10）上的气源进气口连通，上端盖（18）上的先导气孔（13）外侧通过堵丝（15）封闭，阀体（10）和上端盖（18）的先导气孔（13）连接处通过密封圈密封。
3.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，其特征在于：所述的滚珠丝杆（5）的上端开有轴孔和键槽，采用间隙配合直接通过键（19）与交流伺服电机（1）的输出轴连接，仅传递扭矩而不承载轴向力。
4.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱式大通径比例气动阀，其特征在于：所述的交流伺服电机（1）通过编码器反馈其输出轴和滚珠丝杆（5）的角位移信号，进而得到丝杠螺母（6）与阀芯的直线位移量，从而对阀芯位置和运动速度进行闭环的可调节控制。
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