CN108488135B - 有限摆角旋转液压作动器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种有限摆角旋转液压作动器，包括后缸盖和前缸盖，还包括具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的作动器缸体；叶片轴与作动器缸体同心同轴连接；以及叶片轴的一端同轴连接作动器后缸盖，叶片轴的另一端同轴连接作动器前缸盖。

Description

有限摆角旋转液压作动器

技术领域

本公开涉及一种有限摆角旋转液压作动器。

背景技术

液压作动器广泛应用于飞行器舵面驱动，通过将输入的液压能转换为机械能输出从而驱动舵面在一定角度内转动，是飞行器作动系统的关键部件之一。传统的液压缸驱动方式，是通过液压缸输出直线运动推动摇臂转换为旋转运动，从而间接驱动舵面旋转，相比而言，有限摆角的旋转液压作动器可以直接驱动舵面旋转，具有更高的功率密度，且不会对舵轴产生附加的弯矩，有利于实现飞行器舵面轻薄设计。

有限摆角旋转液压作动器主要指叶片式摆动液压马达，由叶片轴、缸体、前端盖和后端盖等部件组成。通常叶片轴和缸体上都具有两个或者更多的叶片，在叶片轴和缸体之间分割出一定数量的容腔，通过控制不同容腔内液压油的压力从而驱动叶片轴在有限摆角内旋转并向外输出机械能。相对于直线作动器(例如液压缸)，旋转液压作动器的主要技术瓶颈是密封困难，过大的泄漏量和摩擦的增加会导致液压伺服系统动态特性下降，刚度降低，阻尼增大。相对于液压缸规则的密封圈，有限摆角旋转液压作动器内的叶片密封结构非常复杂，加工成本高。因此，设计一种密封性能优良，形式简单，易于加工的旋转液压作动器很有实际的应用价值。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提出一种具有密封结构的叶片轴、一种具有密封结构的作动器缸体、以及一种包括具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的作动器缸体的有限摆角旋转液压作动器。

根据本公开的一个方面，一种具有密封结构的叶片轴，包括动叶片和轴肩，叶片轴上具有叶片轴密封沟槽和位于叶片轴密封沟槽内的叶片轴密封件；

叶片轴密封沟槽位于动叶片的顶端面、左端面和右端面上，以及轴肩的左端面和右端面上；

叶片轴密封沟槽是闭环凹槽；以及

叶片轴密封件的形状与叶片轴密封沟槽的形状相同。

根据本公开的至少一个实施方式，叶片轴密封件包括第一橡胶弹性体、动叶片构件和轴肩构件，第一橡胶弹性体是一体成型的闭环框架结构，动叶片构件和轴肩构件通过断口连接组成框架结构，动叶片构件和轴肩构件套设在第一橡胶弹性体的外周。

根据本公开的至少一个实施方式，动叶片构件和轴肩构件组成的框架结构的形状与叶片轴密封沟槽的形状相同，第一橡胶弹性体的形状与叶片轴密封沟槽的形状相同，第一橡胶弹性体、动叶片构件和轴肩构件共同嵌入叶片轴密封沟槽内，且第一橡胶弹性体与叶片轴密封沟槽的底部接触。

根据本公开的至少一个实施方式，叶片轴密封沟槽的数量与动叶片的数量相同。

根据本公开的另一方面，一种具有密封结构的作动器缸体，包括定叶片，作动器缸体上具有缸体密封沟槽和位于缸体密封沟槽内的缸体密封件；

缸体密封沟槽位于定叶片的顶端面、左端面和右端面上，以及作动器缸体的左端面和右端面上；

缸体密封沟槽是闭环凹槽；以及

缸体密封件的形状与缸体密封沟槽的形状相同。

根据本公开的至少一个实施方式，缸体密封件包括第二橡胶弹性体、定叶片构件和缸体构件，第二橡胶弹性体是一体成型的闭环框架结构，定叶片构件和缸体构件通过断口连接组成框架结构，定叶片构件和缸体构件套设在第二橡胶弹性体的外周。

根据本公开的至少一个实施方式，定叶片构件和缸体构件连接组成的框架结构的形状与缸体密封沟槽的形状相同，第二橡胶弹性体的形状与缸体密封沟槽的形状相同，第二橡胶弹性体与定叶片构件和缸体构件共同嵌入缸体密封沟槽内，且第二橡胶弹性体与缸体密封沟槽的底部接触。

根据本公开的至少一个实施方式，缸体密封沟槽的数量与定叶片的数量相同。

根据本公开的又一方面，一种有限摆角旋转液压作动器，包括后缸盖和前缸盖，还包括上述具有密封结构的叶片轴和上述具有密封结构的作动器缸体；

叶片轴与作动器缸体同心同轴连接；以及

叶片轴的一端同轴连接后缸盖，叶片轴的另一端同轴连接前缸盖。

根据本公开的至少一个实施方式，具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的作动器缸体适用于多种型号的有限摆角旋转液压作动器。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的至少一个具体实施方式的具有密封结构的叶片轴的结构示意图。

图2是根据本公开的至少一个具体实施方式的叶片轴密封沟槽结构示意图。

图3是根据本公开的至少一个具体实施方式的叶片轴密封件的结构示意图。

图4是根据本公开的至少一个具体实施方式的动叶片构件和轴肩构件的“Z”形断口连接示意图。

图5是根据本公开的至少一个具体实施方式的具有密封结构的作动器缸体结构示意图。

图6是根据本公开的至少一个具体实施方式的定叶片构件和缸体构件的“Z”形断口连接示意图。

图7是根据本公开的至少一个具体实施方式的双叶片有限摆角旋转液压作动器的结构组成示意图。

图8是根据本公开的至少一个具体实施方式的具有一体化密封结构的单叶片有限摆角旋转液压作动器和具有一体化密封结构的三叶片有限摆角旋转液压作动器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

本公开技术方案是针对目前有限摆角旋转液压作动器在密封性方面存在的问题提出的，尤其是叶片轴和缸体的密封问题，例如叶片密封件通常采用的多段密封造成的密封间隙等，本公开提出一种能够满足液压作动器动密封需求的具有一体化密封结构的有限摆角旋转液压作动器。

具有密封结构的叶片轴205，包括动叶片206、207和轴肩208、209，叶片轴205上具有叶片轴密封沟槽02和位于叶片轴密封沟槽02内的叶片轴密封件01。叶片轴密封沟槽02位于动叶片206、207的顶端面、左端面和右端面上，以及轴肩208、209的左端面和右端面上。叶片轴密封沟槽02是闭环凹槽。叶片轴密封件01的形状与叶片轴密封沟槽02的形状相同。

在本公开的一个可选实施方式中，如图1和7所示为双叶片有限摆角旋转液压作动器的具有密封结构的叶片轴205。叶片轴205包括动叶片206、207与轴肩208、209，在轴肩208、209的左端面和右端面上，以及动叶片206、207的左端面、右端面和顶端面上，设置叶片轴密封沟槽02，以及与叶片轴密封沟槽02的形状相对应的叶片轴密封件01。

在本公开的一个可选实施方式中，如图2和7所示，叶片轴密封沟槽02与动叶片206、207的数量相同，为2个，且是围绕叶片轴205的轴线对称设置的2个闭环凹槽。在动叶片206、207的顶端面上，2个凹槽平行且沿着顶端面的边缘轴向布置，在动叶片206、207的左端面和右端面上凹槽沿着端面的边缘径向布置，并与轴向布置的凹槽连通，在轴肩208、209的左端面和右端面上凹槽沿着端面的边缘周向布置，并与动叶片206、207上径向布置的凹槽连通，从而形成2个对称的闭环的叶片轴密封沟槽02。

叶片轴密封件01包括第一橡胶弹性体301、动叶片构件302和轴肩构件303。第一橡胶弹性体301是一体成型的闭环框架结构。动叶片构件302和轴肩构件303通过断口连接组成框架结构。动叶片构件302和轴肩构件303组成的框架套设在第一橡胶弹性体301的外周。

在本公开的一个可选实施方式中，如图3所示，与叶片轴密封沟槽02的形状对应的叶片轴密封件01是组合密封件，包括2个第一橡胶弹性体301、4个动叶片构件302和4个轴肩构件303。第一橡胶弹性体301为橡胶圈，其横截面的形状可以是多种，例如圆形。动叶片构件302和轴肩构件303采用聚四氟乙烯(PTFE)材料。动叶片构件302和轴肩构件303通过断口紧密连接组成框架结构，并套设在第一橡胶弹性体301的外周，该断口为“Z”形断口，如图4所示。

动叶片构件302和轴肩构件303组成的框架结构的形状与叶片轴密封沟槽02的形状相同。第一橡胶弹性体301的形状与叶片轴密封沟槽02的形状相同。第一橡胶弹性体301、动叶片构件302和轴肩构件303共同嵌入叶片轴密封沟槽02内。第一橡胶弹性体301的一面与叶片轴密封沟槽02的底部接触，另一面与动叶片构件302和轴肩构件303组成的PTFE框架紧密贴合。而动叶片构件302和轴肩构件303组成的PTFE框架一面与第一橡胶弹性体301紧密贴合，另一面紧压在叶片轴205与作动器缸体202的相对运动表面上。这种一体化的组合密封结构可有效防止容腔内的液压油从高压腔泄漏到低压腔。

具有密封结构的作动器缸体202包括定叶片203、204。作动器缸体202上具有缸体密封沟槽03和位于缸体密封沟槽内的缸体密封件04。缸体密封沟槽03位于定叶片203、204的顶端面、左端面和右端面上，以及作动器缸体202的左端面和右端面上。缸体密封沟槽03是闭环凹槽。缸体密封件04的形状与缸体密封沟槽03的形状相同。

在本公开的一个可选实施方式中，如图5a和7所示，缸体密封沟槽03与定叶片203、204的数量相同，为2个，且是围绕作动器缸体202的轴线对称设置的2个闭环凹槽。在定叶片203、204与叶片轴205的接触面上(即定叶片203、204的顶端面上)2个凹槽平行且沿着端面边缘轴向布置，在定叶片203、204的右端面和左端面上，2个凹槽沿着端面边缘径向布置，并与轴向布置的凹槽连通，在缸体202的右端面和左端面上2个凹槽沿着端面的内侧边缘(即靠近缸体202的内表面)周向布置，并与定叶片203、204上径向布置的凹槽连通，从而形成2个对称的闭环的缸体密封沟槽03。

缸体密封件04包括第二橡胶弹性体401、定叶片构件402和缸体构件403。第二橡胶弹性体401是一体成型的闭环框架结构。定叶片构件402和缸体构件403通过断口连接组成框架结构。定叶片构件402和缸体构件403套设在第二橡胶弹性体401的外周。

在本公开的一个可选实施方式中，如图5b、c所示，与缸体密封沟槽03的形状对应的缸体密封件04是组合密封件，包括2个第二橡胶弹性体401、4个定叶片构件402和4个缸体构件403，第二橡胶弹性体401是橡胶圈，其横截面的形状可以是多种，例如矩形。定叶片构件402和缸体构件403采用PTEE材料。如图6所示，定叶片构件402和缸体构件403通过断口紧密连接组成框架结构，并套设在第二橡胶弹性体401的外周，该断口采用“Z”形断口。

聚四氟乙烯材料虽然具有耐高温且摩擦系数低的优点，但因为其刚度低且易受热膨胀，在面对复杂结构的时候就会存在加工困难的问题。在本公开中，通过将复杂的叶片和缸体密封的空间结构分割成容易加工成型的多个平面结构，然后通过“Z”形断口将该多个结构紧密连接，再进行模块化的组装使用，可以有效地解决这一问题。

定叶片构件402和缸体构件403连接组成的框架结构的形状与缸体密封沟槽03的形状相同。第二橡胶弹性体401的形状与缸体密封沟槽03的形状相同。第二橡胶弹性体401与定叶片构件402和缸体构件403共同嵌入缸体密封沟槽03内。第二橡胶弹性体401的一面与缸体密封沟槽03的底部接触，另一面与定叶片构件402和缸体构件403组成的PTFE框架紧密贴合。而定叶片构件402和缸体构件403组成的PTFE框架的一面与第二橡胶弹性体401紧密贴合，另一面紧压在缸体202与叶片轴205的相对运动表面上。这种一体化的组合密封结构可有效防止容腔内的液压油从高压腔泄漏到低压腔。

有限摆角旋转液压作动器包括后缸盖210和前缸盖201，还包括上述具有密封结构的叶片轴205和上述具有密封结构的作动器缸体202。叶片轴205与作动器缸体202同心同轴连接。叶片轴205的一端同轴连接作动器后缸盖210，叶片轴205的另一端同轴连接作动器前缸盖201。

在本公开的一个可选实施方式中，如图7所示为双叶片有限摆角旋转液压作动器的结构组成示意图，包括作动器后缸盖210、叶片轴205、缸体202和作动器前缸盖201。缸体202包括定叶片203、204，叶片轴205包括动叶片206、207和轴肩208、209。定叶片203、204与动叶片206、207将缸体202分成四个腔室。当作动器运转时，高压油推动动叶片206、207摆动，动叶片206、207带动叶片轴205旋转，随即液压能转化为机械能输出。在这一过程中，为避免油液泄漏或相邻腔室中油液的混合，在叶片轴205与缸体202的部分接触面上，以及缸体202与叶片轴的部分接触面上设置密封结构，在不妨碍叶片轴205与缸体202相对运动的同时可以最大程度的增加密封性。该密封结构包括叶片轴密封沟槽02与叶片轴密封件01组成的一体化的密封结构，以及缸体密封沟槽03与缸体密封件04组成的一体化的密封结构。将具有密封结构的叶片轴205与具有密封结构的缸体202用于双叶片有限摆角旋转液压作动器，即组成一个针对作动器动密封需求的具有一体化的密封结构的有限摆角旋转液压作动器，该作动器在保证叶片轴正常旋转的前提下可有效解决叶片与接触部件，以及缸体与接触部件之间的密封间隙问题。

根据本公开的具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的作动器缸体可用于多种型号的有限摆角旋转液压作动器。

如图8所示，左图为具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的缸体在单叶片有限摆角旋转液压作动器上的应用。缸体密封沟槽的数量为1个，位于缸体的左端面和右端面上，以及定叶片的顶端面、左端面和右端面上，且每个定叶片的端面上均有2个凹槽。叶片轴密封沟槽的数量为1个，位于动叶片的顶端面、左端面和右端面上，每个动叶片的端面上均有2个凹槽，以及轴肩的左端面和右端面上。与缸体密封沟槽的形状相对应的缸体密封件由1个橡胶弹性体、2个缸体构件和2个定叶片构件组成。缸体构件与定叶片构件通过“Z”形断口紧密连接组成1个框架结构并套设在橡胶弹性体的外周，该框架结构与橡胶弹性体一同嵌入缸体密封沟槽内，且橡胶弹性体与缸体密封沟槽的底部接触。与叶片轴密封沟槽相对应的叶片轴密封件由1个橡胶弹性体、2个轴肩构件和2个动叶片构件组成，轴肩构件与动叶片构件通过“Z”形断口紧密连接组成框架结构并套设在橡胶弹性体的外周，该组合框架与橡胶弹性体一同嵌入叶片轴密封沟槽内，且橡胶弹性体与叶片轴密封沟槽的底部接触。轴肩构件与动叶片构件组成的框架的一面与橡胶弹性体接触，另一面，即框架的外表面在与缸体做相对运动时呈紧贴状态，与缸体之间不留空隙且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏并减小摩擦。缸体构件与定叶片构件组成的框架的一面与橡胶弹性体接触，另一面，即框架外表面在与叶片轴做相对运动时呈紧贴状态，与叶片轴之间不留空隙且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏并减小摩擦。

如图8所示，右图为具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的缸体在三叶片有限摆角旋转液压作动器上的应用。缸体密封沟槽的数量为3个，位于缸体的左端面和右端面上，以及定叶片的顶端面、左端面和右端面上，且每个定叶片的端面上均有2个凹槽。叶片轴密封沟槽的数量为3个，位于动叶片的顶端面、左端面和右端面上，每个动叶片的端面上均有2个凹槽，以及轴肩的左端面和右端面上。与缸体密封沟槽的形状相对应的缸体密封件有3个，每个缸体密封件由1个橡胶弹性体、2个缸体构件和2个定叶片构件组成。缸体构件与定叶片构件通过“Z”形断口连接后套设在橡胶弹性体的外周。与叶片轴密封沟槽相对应的叶片轴密封件有3个，每个叶片轴密封沟槽由1个橡胶弹性体、2个轴肩构件和2个动叶片构件组成，轴肩构件与动叶片构件通过“Z”形断口紧密连接后套设在橡胶弹性体的外周。缸体密封件与叶片轴密封件在嵌入对应的密封沟槽后，缸体密封件的外表面在与叶片轴做相对运动时呈紧贴状态，不留空隙，且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏并减小摩擦。叶片轴密封件的外表面在与缸体做相对运动时呈紧贴状态，不留空隙，且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏并减小摩擦。

本公开中，多种型号的有限摆角旋转液压作动器中，不仅包括叶片轴上的一体化密封结构和缸体上的一体化密封结构，在作动器的前缸盖和后缸盖上还配置通用的O型圈静密封和轴用的旋转动密封(例如斯特封)，以防止密封油液可能发生的外部泄露。

本公开技术方案通过在有限摆角旋转液压作动器的叶片轴和缸体上设置呈闭环形状的凹槽，并在凹槽内嵌入与凹槽形状相同的通过“Z”形断口紧密连接的组合密封件，形成一个针对液压作动器动密封需求的一体化的密封结构，在保证液压作动器正常运转的前提下可有效解决叶片轴和缸体之间的密封间隙问题。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种具有密封结构的叶片轴，包括动叶片和轴肩，其特征在于，所述叶片轴上具有叶片轴密封沟槽和位于所述叶片轴密封沟槽内的叶片轴密封件；

所述叶片轴密封沟槽位于所述动叶片的顶端面、左端面和右端面上，以及所述轴肩的左端面和右端面上；

所述叶片轴密封沟槽是闭环凹槽；

所述叶片轴密封件的形状与所述叶片轴密封沟槽的形状相同；所述叶片轴密封件的横截面形状为矩形；

所述叶片轴密封件包括第一橡胶弹性体、动叶片构件和轴肩构件，所述第一橡胶弹性体是一体成型的闭环框架结构，所述动叶片构件和所述轴肩构件通过断口连接组成框架结构，所述动叶片构件和所述轴肩构件套设在所述第一橡胶弹性体的外周；

所述叶片轴密封沟槽的数量与所述动叶片的数量相同。

2.根据权利要求1所述的叶片轴，其特征在于，所述动叶片构件和所述轴肩构件组成的框架结构的形状与所述叶片轴密封沟槽的形状相同，所述第一橡胶弹性体的形状与所述叶片轴密封沟槽的形状相同，所述第一橡胶弹性体、所述动叶片构件和所述轴肩构件共同嵌入所述叶片轴密封沟槽内，且所述第一橡胶弹性体与所述叶片轴密封沟槽的底部接触。

3.一种具有密封结构的作动器缸体，包括定叶片，所述作动器缸体上具有缸体密封沟槽和位于所述缸体密封沟槽内的缸体密封件；

所述缸体密封沟槽位于所述定叶片的顶端面、左端面和右端面上，以及所述作动器缸体的左端面和右端面上；

所述缸体密封沟槽是闭环凹槽；

所述缸体密封件的形状与所述缸体密封沟槽的形状相同；所述缸体密封件的横截面形状为矩形；

所述缸体密封件包括第二橡胶弹性体、定叶片构件和缸体构件，所述第二橡胶弹性体是一体成型的闭环框架结构，所述定叶片构件和所述缸体构件通过断口连接组成框架结构，所述定叶片构件和所述缸体构件套设在所述第二橡胶弹性体的外周；

所述缸体密封沟槽的数量与所述定叶片的数量相同。

4.根据权利要求3所述的缸体，其特征在于，所述定叶片构件和所述缸体构件连接组成的框架结构的形状与所述缸体密封沟槽的形状相同，所述第二橡胶弹性体的形状与所述缸体密封沟槽的形状相同，所述第二橡胶弹性体与所述定叶片构件和所述缸体构件共同嵌入所述缸体密封沟槽内，且所述第二橡胶弹性体与所述缸体密封沟槽的底部接触。

5.一种有限摆角旋转液压作动器，包括后缸盖和前缸盖，其特征在于，所述作动器还包括如权利要求1-2任一项所述的具有密封结构的叶片轴和如权利要求3-4任一项所述的具有密封结构的作动器缸体；

所述叶片轴与所述作动器缸体同心同轴连接；以及

所述叶片轴的一端同轴连接所述后缸盖，所述叶片轴的另一端同轴连接所述前缸盖。

6.根据权利要求5所述的有限摆角旋转液压作动器，其特征在于，所述具有密封结构的叶片轴和所述具有密封结构的作动器缸体适用于多种型号的有限摆角旋转液压作动器。