CN103115036B - 一种双叶片液压自伺服摆动缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双叶片液压自伺服摆动缸。其技术方案是：缸体(7)的内壁对称地固定有2个固定挡块(9)，摆动输出轴(10)上对称地固定有2个叶片(25)，2个叶片(25)与2个固定挡块(9)交错布置。缸体(7)内依次装有阀体(6)、配流盘(17)和摆动输出轴(10)，阀体(6)和配油盘(17)为端面配油。高压油经高压油道(16)、缸体(7)的径向高压油道、高压环形油槽(27)、高压径向油通道(23)、高压配油道(24)进入相应的2个工作腔；另2个工作腔的低压油经低压配油道(18)、低压径向油通道(19)、低压环形油槽(26)、缸体(7)的径向低压油道和低压油道(8)回流。本发明具有径向尺寸小、阀体(6)和摆动输出轴(10)受力平衡、动力特性好、油道简单、加工方便和便于制备的特点。

Description

一种双叶片液压自伺服摆动缸

技术领域

本发明属于液压伺服摆动缸技术领域，具体涉及一种双叶片液压自伺服摆动缸。

背景技术

双叶片液压自伺服摆动缸能将电机输入的小功率转化为液压输出的大功率，以便对设备进行大力矩精确转角控制。

目前，国内扬州大学的朱兴龙教授研究了一种液压伺服关节(朱兴龙等. 3自由度液压伺服关节动力学建模与仿真研究.机械设计与制造工程,2002,31(6):23-25.)技术，由于此液压伺服关节的旋转阀芯上只有一对油口，因结构原因使其阀芯所受径向力不平衡，同时阀芯有一端易形成死腔，阀芯动力特性较差，伺服盲区较大。

武汉科技大学的学者蒋林等设计了一种P口和T口成对垂直正交分布的伺服阀结构(蒋林等. 基于液压转角伺服的液压关节研究.机电工程, 2011,28(3): 265-268+309.)。该伺服阀也存在随动阀套内部暗油道难于制备，阀芯动力特性差，径向尺寸大。

武汉科技大学的学者蒋林等“一种易控液压转角自伺服阀”(CN 201210033081.6)专利技术中也存在结构复杂，阀芯和阀套内部存在较多复杂的内油道，难于保证加工精度，流量小，流量增益是非线性的，径向尺寸大。

另外武汉科技大学的学者蒋林等还设计了“一种转阀式大扭矩液压转角自伺服阀”(CN201210514025.4)，该伺服阀阀芯的径向力虽然得到了平衡、阀芯阻力也较为减小，但同时也存在结构复杂，阀芯和阀套为径向配合，阀芯和阀套位置必须是径向装配，这样约束了叶片的径向尺寸，导致该伺服阀径向尺寸较大。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种径向尺寸小、阀体和摆动输出轴受力平衡、动力特性好、油道简单、加工方便和便于制备的双叶片液压自伺服摆动缸。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述双叶片液压自伺服摆动缸包括电机、缸体、阀体、摆动输出轴、配流盘、固定挡块、叶片、左端盖和右端盖。

缸体的左端装有左端盖，缸体内装有左轴承，左轴承紧贴左端盖的内侧，阀体左边的阶梯轴穿过左轴承和左端盖的中心孔安装在缸体内，阀体的左端与电机的输出轴固定连接，电机通过支架板与左法兰盘固定联接，左法兰盘通过支架杆与左端盖固定联接。

缸体的右端装有右端盖，缸体内装有右轴承，右轴承紧贴右端盖的内侧，摆动输出轴轴肩右侧的阶梯轴穿过右轴承和右端盖的中心孔安装在缸体内，摆动输出轴的右端与右法兰盘固定联接。摆动输出轴的左端与安装在缸体内的配流盘的中心孔固定安装，配流盘紧贴阀体的右端面，阀体和配油盘为端面配油。

缸体的内壁正上部和正下部装有固定挡块，两个固定挡块的右侧紧贴摆动输出轴轴肩的左侧面，两个固定挡块的左侧紧贴配流盘的右侧面。在摆动输出轴的左阶梯轴右段中心对称地装有两个叶片，两个叶片的右侧紧贴摆动输出轴轴肩的左侧面，两个叶片的左侧紧贴配流盘的右侧面，两个叶片与两个固定挡块交错布置。

缸体的上部沿轴线方向设有低压油道，缸体的下部沿轴线方向设有高压油道，缸体的高压油道的进口与左端盖的高压油道出口相通，左端盖的高压油道进口处装有高压进油管接头，缸体的高压油道通过缸体的径向高压油道与阀体的高压环形油槽相通。阀体的低压环形油槽通过缸体的径向低压油道与缸体的低压油道相通，缸体的低压油道的出口与左端盖的低压油道进口相通，左端盖的低压油道出口处装有低压出油管接头。

缸体的高压油道的出口与右端盖的高压油道进口相通，右端盖的高压油道出口处装有高压出油管接头或堵头，缸体的低压油道的入口与右端盖的低压油道出口相通，右端盖的低压油道进口处装有低压进油管接头或堵头。

电机的输出轴、阀体、摆动输出轴、配流盘、左端盖和右端盖与缸体位于同一轴线。

所述摆动输出轴由左阶梯轴、轴肩和右阶梯轴依次构成，轴肩设有1个密封槽，轴肩的外径名义尺寸与缸体内径的名义尺寸相同，左阶梯轴左段的外径名义尺寸与配流盘中心孔的内径名义尺寸相同，左阶梯轴右段的外径名义尺寸与两个叶片的径向名义尺寸之和等于缸体的内径名义尺寸。

所述阀体由阶梯轴和环形体组成，环形体上设有高压环形油槽、低压环形油槽和三个密封槽，高压环形油槽和低压环形油槽从左到右依次位于密封槽之间，在高压环形油槽中设有高压径向油通道，在低压环形油槽中设有低压径向油通道，高压径向油通道和低压径向油通道在空间中呈“十字”状布置，环形体的外径名义尺寸与缸体的内径名义尺寸相同。

在阀体的右端中心对称地沿轴线方向设有2个高压配油道和2个低压配油道，2个高压配油道和2个低压配油道交错均匀分布，2个高压配油道与高压径向油通道相通，两个低压配油道与低压径向油通道相通。

所述配流盘的外径名义尺寸与缸体的内径名义尺寸相同，在配流盘的左侧面上中心对称地分布有四个扇形油槽，四个扇形油槽之间的凸起部分为“台肩”，阀体上的低压配油道和高压配油道的油口形状与台肩的形状相同；在靠近中垂线一侧的四个扇形油槽内各设有工作腔油道。

所述固定挡块的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与摆动输出轴左阶梯轴的右部外径名义尺寸的一半相同。

所述叶片的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与缸体的内径名义尺寸的一半相同。

本发明的高压油通过高压进油管接头经左端盖的高压油道进入缸体的高压油道，再经缸体中径向高压油道的出口进入阀体的高压环形油槽，然后经过阀体的高压径向油通道进入高压配油道。

当阀体相对于配流盘逆时针旋转时，高压油依次通过高压配油道和配流盘上相应油槽的工作腔油道进入第二工作腔和第四工作腔，推动叶片逆时针旋转，使摆动输出轴和配流盘跟随阀体运动，第一工作腔和第三工作腔的低压油通过配流盘上相应油槽的工作腔油道进入阀体的低压配油道。

当阀体相对于配流盘顺时针旋转时，高压油依次通过高压配油道和配流盘上相应油槽的工作腔油道进入第一工作腔和第三工作腔，推动叶片顺时针旋转，使摆动输出轴和配流盘跟随阀体运动，第二工作腔和第四工作腔的低压油通过配流盘上相应油槽的工作腔油道进入阀体的低压配油道。

低压配油道中的低压油进入低压环形油槽，再经过缸体的径向低压油道和低压油道进入左端盖的低压油道，然后经低压出油管接头回流。

由于采用上述技术方案，本发明与已有技术相比，具有如下积极效果：

1)本发明结构简单，阀体和配流盘位于同一轴线上，阀体和配流盘为端面配油，故叶片尺寸在径向上不受约束，整体径向尺寸较小，在相同流量的情况下可以输出更大扭矩。

2)本发明阀体上的2个高压配油道和2个低压配油道交错均匀分布，2个高压配油道和2个低压配油道的配油口位于同一侧面，在任何工作位置时，第一工作腔和第三工作腔具有相同的压力，且第二工作腔和第四工作腔具有相同的压力，使液压油作用在摆动输出轴上的力均指向轴心，指向轴心的径向力的大小相等方向相反，由于阀体和摆动输出轴对应地装有左轴承和右轴承，由于左轴承和右轴承具有止推作用，能抵消液压油的轴向力，同时也能保证阀体和摆动输出轴的灵活转动，这样阀体和摆动输出轴所受径向力和轴向力均各自平衡。

3)本发明中的主要油道为缸体上的低压油道和高压油道、阀体上的高压径向油通道、高压配油道、低压径向油通道和低压配油道，油道数量少，且没有暗油道或者难以加工的油道，整体油道结构简单，加工方便。

4)本发明主要零件结构简单，只需精加工的只有阀体、配流盘和摆动输出轴，加工成本明显降低，故本发明便于制备、成本更低。

因此，本发明具有径向尺寸小、阀体和摆动输出轴受力平衡、动力特性好、油道简单、加工方便和便于制备的特点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是图1的B-B剖面示意图；

图4是图1中摆动输出轴10的结构示意图；

图5是图1中阀体6的结构示意图；

图6是图5的右视图；

图7是图1的配流盘17的左视图；

图8是图1的配流盘17右视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种双叶片液压自伺服摆动缸。所述双叶片液压自伺服摆动缸如图1和图2所示，包括电机3、缸体7、阀体6、摆动输出轴10、配流盘17、固定挡块9、叶片25、左端盖5和右端盖11。

如图1和图2所示，缸体7的左端装有左端盖5，缸体7内装有左轴承20，左轴承20紧贴左端盖5的内侧，阀体6左边的阶梯轴穿过左轴承20和左端盖5的中心孔安装在缸体7内，阀体6的左端与电机3的输出轴固定连接，电机3通过支架板22与左法兰盘1固定联接，左法兰盘1通过支架杆2与左端盖5固定联接。

缸体7的右端装有右端盖11，缸体7内装有右轴承15，右轴承15紧贴右端盖11的内侧，摆动输出轴10轴肩右侧的阶梯轴穿过右轴承15和右端盖11的中心孔安装在缸体7内，摆动输出轴10的右端与右法兰盘13固定联接。摆动输出轴10的左端与安装在缸体7内的配流盘17的中心孔固定安装，配流盘17紧贴阀体6的右端面，阀体6和配油盘17为端面配油。

缸体7的内壁正上部和正下部装有固定挡块9，两个固定挡块9的右侧紧贴摆动输出轴10轴肩的左侧面，两个固定挡块9的左侧紧贴配流盘17的右侧面。在摆动输出轴10的左阶梯轴右段中心对称地装有两个叶片25，两个叶片25的右侧紧贴摆动输出轴10轴肩的左侧面，两个叶片25的左侧紧贴配流盘17的右侧面，两个叶片25与两个固定挡块9交错布置。

缸体7的上部沿轴线方向设有低压油道8，缸体7的下部沿轴线方向设有高压油道16，缸体7的高压油道16的进口与左端盖5的高压油道出口相通，左端盖5的高压油道进口处装有高压进油管接头21，缸体7的高压油道16通过缸体7的径向高压油道与阀体6的高压环形油槽27相通。阀体6的低压环形油槽26通过缸体7的径向低压油道与缸体7的低压油道8相通，缸体7的低压油道8的出口与左端盖5的低压油道进口相通，左端盖5的低压油道出口处装有低压出油管接头4。

缸体7的高压油道16的出口与右端盖11的高压油道进口相通，缸体7的低压油道8的入口与右端盖11的低压油道出口相通。当所述双叶片液压自伺服摆动缸单独使用时，右端盖11的高压油道出口处装有堵头14，右端盖11的低压油道进口处装有堵头12。

电机3的输出轴、阀体6、摆动输出轴10、配流盘17、左端盖5和右端盖11与缸体7位于同一轴线。

如图4所示，摆动输出轴10由左阶梯轴、轴肩和右阶梯轴依次构成。轴肩设有1个密封槽32，轴肩的外径名义尺寸与缸体7内径的名义尺寸相同，左阶梯轴左段的外径名义尺寸与配流盘17中心孔的内径名义尺寸相同，左阶梯轴右段的外径名义尺寸与两个叶片25的径向名义尺寸之和等于缸体7的内径名义尺寸。

如图5和图6所示，阀体6由阶梯轴和环形体组成。环形体上设有高压环形油槽27、低压环形油槽26和三个密封槽32，高压环形油槽27和低压环形油槽26从左到右依次位于密封槽32之间，在高压环形油槽27中设有高压径向油通道23，在低压环形油槽26中设有低压径向油通道19，高压径向油通道23和低压径向油通道19在空间中呈“十字”状布置，即高压径向油通道23和低压径向油通道19在一侧的投影呈“十字”状布置，环形体的外径名义尺寸与缸体7的内径名义尺寸相同。

如图5和图6所示，在阀体6的右端中心对称地沿轴线方向设有2个高压配油道24和2个低压配油道18，2个高压配油道24和2个低压配油道18交错均匀分布，2个高压配油道24与高压径向油通道23相通，两个低压配油道18与低压径向油通道19相通。

如图7和图8所示，配流盘17的外径名义尺寸与缸体7的内径名义尺寸相同，在配流盘17的左侧面上中心对称地分布有四个扇形油槽，四个扇形油槽之间的凸起部分为“台肩”，阀体6上的低压配油道18和高压配油道24的油口形状与台肩34的形状相同；在靠近中垂线一侧的四个扇形油槽内各设有工作腔油道33。

如图3所示，固定挡块9的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与摆动输出轴10左阶梯轴的右部外径名义尺寸的一半相同。

如图3所示，叶片25的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与缸体7的内径名义尺寸的一半相同。

实施例2

一种双叶片液压自伺服摆动缸。除下述情形外，其余同实施例1。

当所述双叶片液压自伺服摆动缸采用多级串联时，将右端盖11的高压油道出口处装有的堵头14 换为高压出油管接头14，该高压出油管接头14通过管道与下一级的高压进油管接头21相连；将右端盖11的低压油道进口处装有的堵头12 换为低压进油管接头12，该低压进油管接头14通过管道与下一级的低压出油管接头4相连。最后一级的双叶片液压自伺服摆动缸的右端盖11的高压油道出口处装有堵头14，右端盖11的低压油道进口处装有堵头12。

本具体实施方式如图1和图2所示，高压油通过高压进油管接头21经左端盖5的高压油道进入缸体7的高压油道16，再经缸体7中径向高压油道的出口进入阀体6的高压环形油槽27，然后经过阀体6的高压径向油通道23进入高压配油道24。

当阀体6相对于配流盘17逆时针旋转时，高压油依次通过高压配油道24和配流盘17上如图7所示的相应油槽的工作腔油道33进入如图3所示的第二工作腔28和第四工作腔30，推动叶片25逆时针旋转，使摆动输出轴10和配流盘17跟随阀体6运动，如图3所示的第一工作腔29和第三工作腔31的低压油通过配流盘17上如图7所示的相应油槽的工作腔油道33进入阀体6的低压配油道18。

当阀体6相对于配流盘17顺时针旋转时，高压油依次通过高压配油道24和配流盘17上如图7所示的相应油槽的工作腔油道33进入如图3所示的第一工作腔29和第三工作腔31，推动叶片25顺时针旋转，使摆动输出轴10和配流盘17跟随阀体6运动，如图3所示的第二工作腔28和第四工作腔30的低压油通过配流盘17上如图7所示的相应油槽的工作腔油道33进入阀体6的低压配油道18。

如图1所示的低压配油道18中的低压油进入低压环形油槽26，再经过缸体7的径向低压油道和低压油道8进入左端盖5的低压油道，然后经低压出油管接头4回流。

本具体实施方式与已有技术相比，具有如下积极效果：

1)本具体实施方式结构简单，阀体6和配流盘17位于同一轴线上，阀体6和配流盘17为端面配油，故叶片尺寸在径向上不受约束，整体径向尺寸较小，在相同流量的情况下可以输出更大扭矩。

2)本具体实施方式阀体6上的2个高压配油道24和2个低压配油道18交错均匀分布，2个高压配油道24和2个低压配油道18的配油口位于同一侧面，在任何工作位置时，第一工作腔29和第三工作腔31具有相同的压力，且第二工作腔28和第四工作腔30具有相同的压力，使液压油作用在摆动输出轴10上的力均指向轴心，指向轴心的径向力的大小相等方向相反，由于阀体6和摆动输出轴10对应地装有左轴承20和右轴承15，由于左轴承20和右轴承15具有止推作用，能抵消液压油的轴向力，同时也能保证阀体6和摆动输出轴10的灵活转动，这样阀体6和摆动输出轴10所受径向力和轴向力均各自平衡。

3)本具体实施方式中的主要油道为缸体7上的低压油道8和高压油道16、阀体6上的高压径向油通道23、高压配油道24、低压径向油通道19和低压配油道18，油道数量少，且没有暗油道或者难以加工的油道，整体油道结构简单，加工方便。

4)本具体实施方式主要零件结构简单，只需精加工的只有阀体6、配流盘17和摆动输出轴10，加工成本明显降低，故本具体实施方式便于制备、成本更低。

因此，本具体实施方式具有径向尺寸小、阀体和摆动输出轴受力平衡、动力特性好、油道简单、加工方便和便于制备的特点。

Claims (6)

1.一种双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述双叶片液压自伺服摆动缸包括电机(3)、缸体(7)、阀体(6)、摆动输出轴(10)、配流盘(17)、固定挡块(9)、叶片(25)、左端盖(5)和右端盖(11)；

缸体(7)的左端装有左端盖(5)，缸体(7)内装有左轴承(20)，左轴承(20)紧贴左端盖(5)的内侧，阀体(6)左边的阶梯轴穿过左轴承(20)和左端盖(5)的中心孔安装在缸体(7)内，阀体(6)的左端与电机(3)的输出轴固定连接，电机(3)通过支架板(22)与左法兰盘(1)固定联接，左法兰盘(1)通过支架杆(2)与左端盖(5)固定联接；

缸体(7)的右端装有右端盖(11)，缸体(7)内装有右轴承(15)，右轴承(15)紧贴右端盖(11)的内侧，摆动输出轴(10)轴肩右侧的阶梯轴穿过右轴承(15)和右端盖(11)的中心孔安装在缸体(7)内，摆动输出轴(10)的右端与右法兰盘(13)固定联接；摆动输出轴(10)的左端与安装在缸体(7)内的配流盘(17)的中心孔固定安装，配流盘(17)紧贴阀体(6)的右端面，阀体(6)和配流盘(17)为端面配油；

缸体(7)的内壁正上部和正下部装有固定挡块(9)，两个固定挡块(9)的右侧紧贴摆动输出轴(10)轴肩的左侧面，两个固定挡块(9)的左侧紧贴配流盘(17)的右侧面；在摆动输出轴(10)的左阶梯轴右段中心对称地装有两个叶片(25)，两个叶片(25)的右侧紧贴摆动输出轴(10)轴肩的左侧面，两个叶片(25)的左侧紧贴配流盘(17)的右侧面，两个叶片(25)与两个固定挡块(9)交错布置；

缸体(7)的上部沿轴线方向设有低压油道(8)，缸体(7)的下部沿轴线方向设有高压油道(16)，缸体(7)的高压油道(16)的进口与左端盖(5)的高压油道出口相通，左端盖(5)的高压油道进口处装有高压进油管接头(21)，缸体(7)的高压油道(16)通过缸体(7)的径向高压油道与阀体(6)的高压环形油槽(27)相通；阀体(6)的低压环形油槽(26)通过缸体(7)的径向低压油道与缸体(7)的低压油道(8)相通，缸体(7)的低压油道(8)的出口与左端盖(5)的低压油道进口相通，左端盖(5)的低压油道出口处装有低压出油管接头(4)；

缸体(7)的高压油道(16)的出口与右端盖(11)的高压油道进口相通，右端盖(11)的高压油道出口处装有高压出油管接头或堵头(14)，缸体(7)的低压油道(8)的入口与右端盖(11)的低压油道出口相通，右端盖(11)的低压油道进口处装有低压进油管接头或堵头(12)；

电机(3)的输出轴、阀体(6)、摆动输出轴(10)、配流盘(17)、左端盖(5)和右端盖(11)与缸体(7)位于同一轴线。

2.根据权利要求1所述的双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述摆动输出轴(10)由左阶梯轴、轴肩和右阶梯轴依次构成，轴肩设有1个密封槽(32)，轴肩的外径名义尺寸与缸体(7)内径的名义尺寸相同，左阶梯轴左段的外径名义尺寸与配流盘(17)中心孔的内径名义尺寸相同，左阶梯轴右段的外径名义尺寸与两个叶片(25)的径向名义尺寸之和等于缸体(7)的内径名义尺寸。

3.根据权利要求1所述的双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述阀体(6)由阶梯轴和环形体组成，环形体上设有高压环形油槽(27)、低压环形油槽(26)和三个密封槽(32)，高压环形油槽(27)和低压环形油槽(26)从左到右依次位于密封槽(32)之间，在高压环形油槽(27)中设有高压径向油通道(23)，在低压环形油槽(26)中设有低压径向油通道(19)，高压径向油通道(23)和低压径向油通道(19)在空间中呈“十字”状布置，环形体的外径名义尺寸与缸体(7)的内径名义尺寸相同；

在阀体(6)的右端中心对称地沿轴线方向设有2个高压配油道(24)和2个低压配油道(18)，2个高压配油道(24)和2个低压配油道(18)交错均匀分布，2个高压配油道(24)与高压径向油通道(23)相通，两个低压配油道(18)与低压径向油通道(19)相通。

4.根据权利要求1所述的双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述配流盘(17)的外径名义尺寸与缸体(7)的内径名义尺寸相同，在配流盘(17)的左侧面上中心对称地分布有四个扇形油槽，四个扇形油槽之间的凸起部分为“台肩”，阀体(6)上的低压配油道(18)和高压配油道(24)的油口形状与台肩(34)的形状相同；在靠近中垂线一侧的四个扇形油槽内各设有工作腔油道(33)。

5.根据权利要求1所述的双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述固定挡块(9)的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与摆动输出轴(10)左阶梯轴的右部外径名义尺寸的一半相同。

6.根据权利要求1所述的双叶片液压自伺服摆动缸，其特征在于所述叶片(25)的径向伸出端的端面为圆弧面，圆弧面的曲面半径名义尺寸与缸体(7)的内径名义尺寸的一半相同。