CN105247225B - 旋转帽 - Google Patents

Abstract

提供了一种致动器。该致动器包括在杆部的一个远端部具有插座部的杆部以及旋转帽。该旋转帽包括：具有内表面和外表面的基部以及被设置在基部的内表面上的鼓起的圆顶部。外表面在限定基部的外表面的平面的中心具有半径原点。鼓起的圆顶部被安装在杆部的插座部上，并且具有限定基部的外表面的平面上的半径原点。鼓起的区域位于鼓起的圆顶部或插座部中的至少一个上。旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于杆部倾斜一倾斜角度。

Description

旋转帽

相关申请的交叉引用

本申请要求了提交于2013年4月12日的名称为旋转帽的具有系列号61/811,575的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用整体地被包含到这里。

技术领域

本发明通常涉及致动器，并且更具体地，涉及用于的杆部的旋转帽，该杆部在致动器中被使用以减少弯矩且减少侧向运动。

背景技术

致动器是经常被适用于抬举或移动物体或夹持物体以防止运动的机构。致动器可采用线性或非线性运动。致动器的示例包括液压缸、气动缸、电动机等。致动器被使用于很多应用中，包括建筑设备、工程车辆和制造机器等。例如，液压缸是可通过单向冲程提供单向力的机械致动器。液压缸包括缸筒，活塞在缸筒中被连接到来回移动的杆部。

致动器具有与杆部的校准误差(misalignment)相关的劣势和缺点。这种校准误差是在缸体上的设置平衡不良或者负载偏离中心的结果。例如，当杆部接触不平整的表面时可发生这种情况。该问题可引起缸体损坏，并且缸体最终失效。

液压缸的制造商已经做出了很大的努力，以减小或消除作为校准误差结果而引起的缸体的侧向负载。尽管缸体的校准对液压缸的使用寿命具有直接影响，但几乎不可能实现液压缸的完美的校准。用于许多设备的致动器是客户定制且成本很高，所以延长它们的使用寿命和操作意味着有效的节省。

然而，这些现有技术的方法和系统没有显著地减少或消除弯矩，弯矩导致在杆部上的应力，并且最终导致杆部断裂。因此，需要能操作以减小可能导致缸体装置故障的弯矩的致动器。

本发明的系统和方法旨在克服一个或多个在现有可用的致动器中的缺陷。

发明内容

根据本发明的一些实施方式，提供了一种致动器。致动器包括杆部和旋转帽，杆部在杆部的一个远端部具有插座部。旋转帽包括：基部，其具有内表面和外表面，外表面在限定基部的外表面的平面的中心具有半径原点；以及鼓起的圆顶部，其被设置在基部的内表面上。鼓起的圆顶部被安装在杆部的插座部中。鼓起的区域位于鼓起的圆顶部或插座部中的至少一个上。旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于杆部倾斜一倾斜角度。

根据本发明的某些实施方式，提供了组装致动器的方法。该方法包括形成在杆部的一个远端部具有插座部的杆部的步骤和形成旋转帽的步骤。所形成的旋转帽包括基部和鼓起的圆顶部，基部具有内表面和外表面，外表面在限定基部的外表面的平面的中心具有半径原点。鼓起的圆顶部被设置在基部的内表面上，并且被安装在杆部的插座部中。鼓起的区域位于鼓起的圆顶部或插座部中的至少一个上。旋转帽响应具有的情况下的角度校准误差而相对于杆部倾斜一倾斜角度。

根据本发明的某些实施方式，致动器包括用于形成在杆部的一个远端部具有插座部的杆部的一种装置，并且提供了用于形成旋转帽的一种装置。旋转帽包括基部和鼓起的圆顶部，基部具有内表面和外表面，外表面在限定基部的外表面的平面的中心具有半径原点。鼓起的圆顶部被设置在基部的内表面中，并且被安装在杆部的插座部上。鼓起的区域位于鼓起的圆顶部或插座部中的至少一个上。旋转帽响应具有的情况下的角度校准误差而相对于杆部倾斜一倾斜角度。

在这方面，在详细地说明至少一个本发明的实施方式之前，应该理解的是，本发明并不将其应用限制于在下面描述中阐述或在附图中示出的结构的细节和构件的布局。本发明在除了所描述的方面可用，还能够以多种方式被实践且实施。而且，还应了解的是，本文所采用的措辞和术语以及摘要是出于描述的目的，并且不被认为是限制。

如此，本领域的技术人员可了解的是，本发明所基于的构想易于被使用作为用于其他用于实现本发明的多种目的的结构、方法和系统的设计的基础。因此，重要的是，只要等同的结构不偏离本发明的主旨和范围，权利要求被认为包括该等同的结构。

附图说明

图1表示的致动器的剖视图，其示出了根据本发明的杆部和插座部。

图2表示与根据本发明的杆部一同被示出的旋转帽的侧视图。

图3表示根据本发明的旋转帽的剖视图。

图4表示根据本发明的杆部的插座部的顶视图。

具体实施方式

现在参考图1，根据本发明的致动器10的剖视图被示出。下面所示且讨论的致动器10是液压缸总成。但是，本发明不意味着被限制于液压缸。本发明的原理可应用于诸如液压、气动电子和任何其他类型的致动器的其他类型的致动器。

液压缸总成10具有筒部20和杆部30。杆部30可滑动地被容纳于筒部20中，并且延伸穿过筒部20。杆部30具有两个端部32、34。杆部30在一个端部32处具有插座部40。致动器10具有靠近与插座部40相对的端部34的基座50。在根据本发明的某些实施方式中，杆部30可为圆柱状。然而，其他几何形状可被用于杆部30。在本发明中，术语杆部30被用于指杆部，并且也被用于指活塞和杆部结合的单件。杆部30的插座部40可为杆部30的独立的附件。可选地，杆部30可被制造为带有插座部40的单件。

液压缸总成10还具有旋转帽60。旋转帽60和杆部30的远端部的立体视图在图2中示出。旋转帽60与杆部30的远端部的剖视图在图3中示出。

旋转帽60包括基部70和鼓起的圆顶部80。旋转帽60的基部70具有内表面72和外表面74。如图3和4所示，旋转帽60的鼓起的圆顶部80被设置在基部70的内表面72上。鼓起的圆顶部80可被安装在杆部30的插座部40中。基部70和鼓起的圆顶部80通常由诸如钢的金属形成，并且可由与被用于形成杆部30的材料相同的材料形成。然而，只要所选的材料对于缸体总成10的应用来说具有足够的强度，其他材料也可被使用于形成基部70和鼓起的圆顶部80。基部70可以为圆形。

鼓起的圆顶部80是圆顶形状或者半球形的，并且被成形以适应杆部30的插座部40(见图4)。旋转帽60的鼓起的圆顶部80具有中心轴线，中心轴线通常被定位为与杆部30的轴线A一致。鼓起的圆顶部80具有半径原点85，半径原点85位于限定了基部70的外表面74的平面上。半径原点85的特定的位置在旋转帽60的旋转期间提供了零侧向运动，并且减小了在杆部30中的弯矩。鼓起的圆顶部80的半径原点85沿着限定了基部的外表面的平面的中心处的中心轴线。半径原点85被示出于图3和4中。轴线A被示出于图3中。

在根据本发明的某些实施方式中，基部70是圆形的，并且杆部30是圆柱形的。图2和图3示出了圆柱形的杆部30和圆形的基部70。在某些实施方式中，基部70的直径小于、大于或者等于杆部30的外直径的直径。在图2和3中，基部70的直径比杆部30的外直径更大。

因为更大的基部70能保护致动器所作用的物体，所以通常优选地是具有比杆部30的平面部36更大的基部70。通常当致动器10操作时，抬举、移动或夹持的物体可通过杆部30由应力和变形损坏。然而，较大的基部70能防止这种损坏。因为圆形的基部70的直径至少与圆柱形的杆部30的外直径一样大，所以基部70保护了杆部30的远端部，并且尤其保护了在杆部30的远端部的杆部30的平面部36。更进一步，给定根据本发明的旋转帽60的几何形状和圆顶部80的接触面积，基部70的尺寸不会影响液压缸总成10的等级，也不会不利地影响液压缸总成10的性能。在本发明的某些实施方式中，基部70的表面面积和杆部30的平面部36的表面面积的比率可从1:1变化到2:1或者更多。

如上述，由于施加于杆部30的负载的角度校准误差，液压缸总成10遇到困难。例如，归因于在液压缸总成10操作期间的杆部30的校准误差，这可由超载引起，其中可部分地归因于在抬举期间的负载方向的改变。杆部30的角度校准误差引起杆部30中的弯矩，杆部30中的弯矩会导致杆部30失效，并且导致缸体总成10失效。因此，重要的是消除或者至少减小在杆部30中的弯矩，以便杆部30不会失效并且液压缸总成10能尽可能长地操作。

液压缸总成10包括旋转帽60，旋转帽60被设计为保护杆部30以防由于角度校准误差而损坏。旋转帽60被安装于杆部30的端部32。旋转帽60在响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于杆部30倾斜一倾斜角度。在根据本发明的某些实施方式中，旋转帽60的倾斜角度小于或者等于5度。在其他实施方式中，缸体可被设计为超过5度的倾斜角度。

插座部40的尺寸被设置为适应于旋转帽60的鼓起的圆顶部80，并且反之亦然。图4示出了根据本发明的杆部30的插座部40的顶视图。然而，插座40并不被成形为或被设置尺寸为与鼓起的圆顶部80完全匹配。例如，图3示出了形成在杆部30的端部32的平面部36和旋转帽60的内表面72之间的间隙90。

间隙90提供了视觉指示，该视觉指示用于当超过最大倾斜角度时使液压缸总成10的使用者知晓。这很重要，因为如果杆部30在超过最大倾斜角度的倾斜角度被操作，则杆部30可被损坏。由于旋转帽60响应于杆部30的角度校准误差而倾斜，当旋转帽60以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，基部70的内表面72的一部分会接触杆部30的平面部36。间隙90将在基部70的内表面72和杆部30的平面部36之间发生接触的位置闭合。然而，间隙90仍然在基部70的内表面72的剩余的部分(即是，没有接触杆部的平面部的部分)和杆部30的平面部36之间保留。换言之，在旋转帽60旋转时，间隙90在基部70和杆部的平面部36之间是不均匀的。

因为间隙90在基部70的内表面72的某些部分会消失，所以液压缸总成10的使用者能够在操作期间可视地探查最大倾斜角度是否被达到或者被超过。该特征使得使用者能够在杆部30损坏之前停止液压缸总成10的操作。

如果杆部30被操作为旋转帽60以比最大倾斜角度更大的倾斜角度倾斜，则基部70的内表面72将在杆部30的平面部36中形成凹痕或凹陷。可选地，凹痕或凹陷可出现在基部70的内表面72上。这种凹痕或凹陷由在基部70和杆部30的平面部之间的接触造成。可选地，凹痕或凹陷可出现在基部70的内表面72上。凹痕的幅值是负载和校准误差量的函数。随后，杆部的平面部和/基部的内表面72被检查以揭晓液压缸总成10是否被超出其负载规范地操作。

因此，间隙90最终给液压缸总成10的使用者提供了两个益处。第一，液压缸总成10的使用者具有在使用期间用于最大倾斜的可视指示部。第二，在杆部30上给出的凹痕或凹陷所表示的是，杆部30被超出其负载规范地操作。知晓杆部30是否在其设计的规范之内被操作是对于使用者和制造商来说有用的信息。例如，如果杆部30在其设计的规范之内被操作，则不存在凹痕，并且任何杆部中的失效可归因于制造缺陷。另一方面，凹痕表示用于液压缸总成10的负载规范被违反，并且任何杆部失效是由使用者导致的。

根据本发明的旋转帽60被设计为具有与杆部30的最小接触量。旋转帽60的鼓起的圆顶部80在插座部40接触杆部30。在插座部40和鼓起的圆顶部80之间的接触被限制在杆部30的插座部40中的特定区域。接触区域80A位于杆部的插座部40中，并且在图3中可见。

旋转帽60可进一步包括鼓起的区域100，鼓起的区域100位于鼓起的圆顶部80或插座部40上。在某些实施方式中，鼓起的区域100在鼓起的圆顶部80上。在其他实施方式中，鼓起的区域100在插座部40上，如图3所示。鼓起的区域100可具有中心部81，中心部81位于距离旋转帽60的轴线A半径(r)的大约一半长度(r/2)处。鼓起的区域100的尺寸和特定的几何形状可根据在旋转帽60和杆部30的插座部之间的期望的接触的多少而变化。

鼓起的区域100可为鼓起的圆顶部80的、从鼓起的圆顶部80的外表面鼓起的区域。可选地，鼓起的区域100可为在插座部40中从插座部40的表面79鼓起的区域。鼓起的区域100是有意义的，因为其有助于减少插座部40和鼓起的圆顶部80之间的接触。如下面进一步说明的，对该接触区域的最小化和控制控制了弯矩，并且最终延长了杆部30的使用寿命。

例如，如果接触面积是杆部30的插座部40的整个表面面积，则杆部30会经历更大的弯矩，并且更可能的是，杆部30在弯矩的应力下会失效。然而，通过使得在旋转帽60的鼓起的圆顶部80和杆部30的插座部40之间的接触面积最小化，控制了弯矩，并且杆部30经受了更少的应力，从而减小了杆部30失效的几率。

旋转帽60能够响应于负载而相对于杆部30倾斜特定的程度。该倾斜可围绕半径原点85发生，并且在接触表面80A之间发生。旋转帽60能够通过接触表面80A将负载保持在杆部30的中心。接触表面80A通过缸体装置30来控制或者限制弯矩，从而减小了杆部30损坏或失效的几率。

旋转帽60的鼓起的圆顶部80的轴线(如图3的轴线A所示)被定位为通常与杆部30的轴线A同轴。鼓起的圆顶部80的半径原点85沿着轴线A，并且被定位在基部70的外表面上。

可有一个或多个倾斜指示部110，它们位于鼓起的圆顶部的外表面上，且位于接触表面80A一定距离的上方。在某些实施方式中，可具有为如图3所示的圆形槽的两个倾斜指示部110。因为倾斜指示部110位于接触表面80A的外侧，任何在倾斜指示部110上方的损坏或应力信号都表示液压缸总成10被超过其负载规范地操作。相反，任何低于倾斜指示部110的损坏或应力信号都表示液压缸总成10在负载规范之内被操作。

在根据本发明的某些实施方式中，液压缸总成10可包括密封件(未示出)。密封件可为环状防污染密封件，并且被设置为围绕鼓起的圆顶部80。密封件可用于防止污垢的进入，或者防止碎屑进入插座部40和鼓起的圆顶部80。

从详细的说明，本发明的许多特征和益处变得显而易见，并且从而，通过所附的权利要求旨在覆盖所有落在主旨和范围中的本发明的特征和益处。进一步，由于本领域的技术人员容易想到多种修改和变形，并不期望的是，将本发明限制于所示且所述的确切的结构和操作，并且因此，所有适合的修改和等同都可落在本发明的范围内地进行。

Claims (21)

1.一种致动器，其包含：

杆部，所述杆部在该杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部；以及

旋转帽，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

间隙，所述间隙在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度，

当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述鼓起的区域在所述旋转帽的鼓起的圆顶部上。

3.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述鼓起的区域在所述杆部的插座部上。

4.根据权利要求1所述的致动器，其中所述倾斜角度小于或等于5度。

5.根据权利要求1所述的致动器，其中所述鼓起的区域具有中心部，所述中心部位于距离所述旋转帽的中心轴线半径的长度的一半处。

6.根据权利要求1所述的致动器，其中所述旋转帽的基部是圆形的。

7.根据权利要求1所述的致动器，其中所述旋转帽的基部是圆形的，并且具有等于或大于所述杆部的外直径的直径。

8.一种致动器，其包含：

杆部，所述杆部在该杆部的一个远端部具有插座部；旋转帽，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度；以及

倾斜指示部，所述倾斜指示部为在鼓起的圆顶部上的槽口。

9.一种致动器，其包含：

杆部，所述杆部在该杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部；以及

旋转帽，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度；

在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成有间隙，

当所述旋转帽以等于或大于5度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的远端部的平面部，并且使得所述基部和所述平面部中的至少一个破坏。

10.根据权利要求9所述的致动器，其中所述旋转帽的基部是圆形的，并且具有等于或大于所述杆部的外直径的直径。

11.一种组装致动器的方法，其包含：

形成在杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部的杆部的步骤；

形成旋转帽的步骤，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度；以及

在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成间隙的步骤，

其中，当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最大倾斜角度为5度。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含形成密封件的步骤，所述密封件被设置为围绕所述旋转帽的圆顶部。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述杆部是圆柱形杆。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述旋转帽的基部是圆形的。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述旋转帽的基部是圆形的，并且具有小于、等于或大于所述杆部的外直径的直径。

17.一种组装致动器的方法，其包含：

形成在杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部的杆部的步骤；

形成旋转帽的步骤，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度；以及

在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成间隙的步骤，

其中，当所述倾斜角度等于或大于5度时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的远端部的平面部。

18.一种液压缸总成，其包含：

用于形成在杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部的杆部的装置；

用于形成旋转帽的装置，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面；

间隙，所述间隙在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度，

当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。

19.一种致动器，其包含：

杆部，所述杆部在该杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部；以及

旋转帽，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面，所述外表面具有部分由半径和外表面上的半径原点限定的局部球形形状；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度，

在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成有间隙，

当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。

20.一种组装致动器的方法，其包含：

形成在杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部的杆部的步骤；

形成旋转帽的步骤，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面，所述外表面具有部分由半径和外表面上的半径原点限定的局部球形形状；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度；以及

在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成间隙的步骤，

其中，当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。

21.一种液压缸总成，其包含：

用于形成在杆部的一个远端部具有插座部和位于插座部外侧的平面部的杆部的装置；

用于形成旋转帽的装置，所述旋转帽包括：

基部，所述基部具有内表面和外表面，所述外表面具有部分由半径和外表面上的半径原点限定的局部球形形状；

鼓起的圆顶部，所述鼓起的圆顶部被设置在所述基部的内表面上，并且被安装于所述杆部的插座部中；以及

鼓起的区域，所述鼓起的区域位于所述鼓起的圆顶部或所述插座部中的至少一个上；

其中，所述旋转帽响应于具有负载的情况下的角度校准误差而相对于所述杆部倾斜一个倾斜角度，

其中，在所述杆部的远端部的平面部和所述旋转帽的基部的内表面之间形成有间隙，

当所述旋转帽以最大倾斜角度或超过最大倾斜角度的角度倾斜时，所述基部的内表面的一部分接触所述杆部的平面部，所述间隙在所述基部的内表面和所述杆部的平面部之间发生接触的位置闭合。