CN108506268B - 具有一体化密封结构的有限摆角旋转液压作动器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种具有一体化密封结构的有限摆角旋转液压作动器，包括作动器后缸盖和作动器前缸盖，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；所述叶片轴与所述作动器缸体同心同轴连接，所述叶片轴后端同轴连接所述后缸盖，所述叶片轴前端同轴连接所述前缸盖。

Description

具有一体化密封结构的有限摆角旋转液压作动器

技术领域

本公开涉及液压作动器领域，尤其涉及一种具有一体化密封结构的有限摆角旋转液压作动器。

背景技术

有限摆角旋转液压作动器，是一种能够将输入的液压能转化为机械能输出的一种执行元件，通过液压作动器内转子叶片两边的流体压力差驱动转子在有限角度内摆动。有限摆角旋转液压作动器可用于舵面驱动，同液压缸间接驱动舵面转动相比，有限摆角旋转液压作动器可以直接驱动舵面转动，功率密度更高，且不会对舵轴产生附加的剪切力，是实现飞行器舵面轻薄化的一种理想解决方案。

有限摆角旋转液压作动器只能输出有限转角的运动，常用作飞行运动模拟器、舵机负载模拟器的执行机构，分为单叶片式摆动液压作动器，双叶片式摆动液压作动器，三叶片式摆动液压作动器等。液压执行机构的密封性能对整个系统的性能有着重要影响，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。有限摆角旋转液压作动器由于其动、定叶片密封难而限制了其应用，因此一种具有良好密封性能的有限摆角旋转液压作动器具有极大地应用价值。

发明内容

针对目前液压作动器在密封性方面存在的不足，尤其是叶片轴和作动器缸体的密封问题，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，通过以下技术方案实现：

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，以及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。

其中，优选的，当所述叶片轴密封沟槽有多道时，每一个所述动叶片的顶端面、左端面和右端面上的凹槽数量均为2道，且所述动叶片的每个端面上的凹槽均不交叉设置，所述轴肩的每个端面上的凹槽均不交叉设置。

进一步地，所述叶片轴密封沟槽的数量与所述动叶片的数量相同。

进一步地，所述叶片轴密封件包括第一橡胶弹性体和叶片轴构件，所述第一橡胶弹性体和所述叶片轴构件均为一体成型的闭环框架结构，并且所述叶片轴构件套设在所述第一橡胶弹性体的外周。

进一步地，所述叶片轴构件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与所述叶片轴构件共同嵌入所述叶片轴密封沟槽内。

具有密封结构的作动器缸体，包括定叶片，其特征在于，所述作动器缸体上具有缸体密封沟槽,以及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。

其中，优选的，当所述缸体密封沟槽有多道时，每一个所述定叶片的顶端面、左端面和右端面上的凹槽数量均为2道，且所述动叶片的每个端面上的凹槽均不交叉设置，所述缸体的每个端面上的凹槽均不交叉设置。

进一步地，所述缸体密封沟槽的数量与所述定叶片的数量相同。

进一步地，所述缸体密封件包括第二橡胶弹性体和缸体构件，所述第二橡胶弹性体和所述缸体构件均为一体成型的闭环框架结构，并且所述缸体构件套设在所述第二橡胶弹性体的外周。

进一步地，所述缸体构件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缸体构件共同嵌入所述缸体密封沟槽内。

具有一体化密封结构的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，还包括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；所述叶片轴与所述作动器缸体同心同轴连接，所述叶片轴后端同轴连接所述后缸盖，所述叶片轴前端同轴连接所述前缸盖。

其中，优选的，当所述作动器的动叶片或定叶片的数量大于等于2个时，所述叶片轴密封沟槽围绕所述叶片轴的轴线呈周向均布，所述缸体密封沟槽围绕所述作动器缸体的轴线呈周向均布。

其中，优选的，所述叶片轴密封件安装入所述叶片轴密封沟槽后，与所述后缸盖、所述前缸盖、所述作动器缸体接触并贴紧，且能够做相对运动。

其中，优选的，所述缸体密封件安装入所述缸体密封沟槽后，与所述后缸盖、所述前缸盖和所述轴肩接触并贴紧，且能够做相对运动。

进一步地，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。

进一步地，所述叶片轴密封件的形状根据所述叶片轴密封沟槽的形状决定；所述缸体密封件的形状根据所述缸体密封沟槽的形状决定。

进一步地，所述叶片轴构件与所述缸体构件的材质可以是聚四氟乙烯(PTFE)。

本公开的有益效果：

针对有限摆角旋转液压作动器的油液腔室的密封问题，在作动器的缸体与叶片轴的接触部位，以及缸体、叶片轴与相邻部件的接触部位设置组合密封件，配合形状相同的连续的密封沟槽，组成一体化的密封结构，有效解决了目前有限摆角旋转液压作动器常采用的多段密封存在的密封间隙的弊端，满足了有限摆角旋转液压作动器的动密封的需求，避免了工作中油液的泄漏和部件之间的摩擦，进一步提高了叶片式摆动液压作动器的整体性能。

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是本公开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2是本公开具体实施方式的叶片轴密封沟槽结构示意图；

图3是本公开具体实施方式的具有密封结构的叶片轴的结构示意图；

图4是本公开具体实施方式的叶片轴构件结构示意图；

图5是本公开具体实施方式的具有密封结构的作动器缸体的结构示意图；

图6是本公开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。

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例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，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

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，以及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。

叶片轴密封沟槽02的数量与动叶片206,207的数量相同。

叶片轴密封件01包括第一橡胶弹性体301和叶片轴构件302，第一橡胶弹性体301和叶片轴构件302均为一体成型的闭环框架结构，并且叶片轴构件302套设在第一橡胶弹性体301的外周。

叶片轴构件302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与叶片轴构件302共同嵌入叶片轴密封沟槽02内。

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,以及位于缸体密封沟槽03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。

缸体密封沟槽03的数量与定叶片203,204的数量相同。

缸体密封件02包括第二橡胶弹性体401和缸体构件402，第二橡胶弹性体401和缸体构件402均为一体成型的闭环框架结构，并且缸体构件402套设在第二橡胶弹性体401的外周。

缸体构件402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与缸体构件402共同嵌入缸体密封沟槽03内。

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后端同轴连接后缸盖210，叶片轴205前端同轴连接前缸盖201。

更为详细的，

如图1、2所示，具有一体化密封结构的双叶片有限摆角旋转液压作动器包括后缸盖210、叶片轴205、作动器缸体202和前缸盖201，作动器缸体202包括定叶片203,204，叶片轴205包括动叶片206,207与轴肩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203,204摆动，动叶片203,204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，在轴肩208,209与作动器后缸盖210、前缸盖201的接触面上(即轴肩208,209的左端面和右端面上)，以及动叶片206,207与作动器后缸盖210、前缸盖201和缸体202的接触面上(即动叶片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；在作动器缸体202与作动器后缸盖210、作动器前缸盖201的接触面上(即作动器缸体202的左端面和右端面上)，以及定叶片203,204与轴肩208,209、作动器后缸盖210和作动器前缸盖201的接触面上(即定叶片的顶端面、左端面和右端面上)，设置缸体密封沟槽03，以及与缸体密封沟槽03的形状相对应的缸体密封件04。

如图2所示，叶片轴密封沟槽02与动叶片206,207的数量相同，为2道，且是围绕叶片轴205的轴线对称设置的2道闭环凹槽。在动叶片206,207的顶端面上，2道凹槽平行且沿着顶端面的边缘轴向延伸布置，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延伸布置，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。

如图3(a)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和2个叶片轴构件302；如图3(b)和图4所示，第一橡胶弹性体301为橡胶圈，其横截面的形状可以是多种，例如椭圆形；叶片轴构件302采用PTFE材料，叶片轴构件302的横截面形状为矩形，叶片轴构件302套设在第一橡胶弹性体301的外周。

如图5(a)所示，缸体密封沟槽03与定叶片203,204的数量相同，为2道，且是围绕作动器缸体202的轴线对称设置的2道闭环凹槽。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道凹槽平行且沿着端面边缘轴向延伸布置，在定叶片203,204与前缸盖201和后缸盖210的接触面上(即定叶片203,204的右端面和左端面上)2道凹槽沿着端面边缘径向延伸布置，并与轴向布置的凹槽连通，在缸体202与前缸盖201和后缸盖210的接触面上(即缸体202的右端面和左端面上)2道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。

如图5(b)、(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和2个缸体构件402；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；缸体构件402采用PTFE材料，其横截面的形状为矩形，缸体构件402套设在第二橡胶弹性体401的外周。

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6所示，左图为具有密封结构的叶片轴和具有密封结构的作动器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道，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，且定叶片的每个端面上均有2道凹槽；叶片轴密封沟槽的数量为1道，位于动叶片的顶端面、左端面和右端面上(动叶片每个端面上均有2道凹槽)，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个橡胶弹性体和1个缸体构件组成；缸体构件与橡胶弹性体均为一体成型的闭环框架结构，缸体构件套设在橡胶弹性体的外周，缸体构件与橡胶弹性体一同嵌入缸体密封沟槽内；与叶片轴密封沟槽相对应的叶片轴密封件由1个橡胶弹性体和1个叶片轴构件组成，橡胶弹性体和叶片轴构件均为一体成型的闭环框架结构，叶片轴构件套设在橡胶弹性体的外周，叶片轴构件与橡胶弹性体一同嵌入叶片轴密封沟槽内。缸体密封件与叶片轴密封件在嵌入到密封沟槽后，其表面(即叶片轴构件的外表面，以及缸体构件的外表面)与接触到的各部件的表面呈紧贴状态，不留空隙，且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏，缸体构件与叶片轴构件均采用PTFE材料，有助于减小相对运动时的摩擦。

如图6所示，右图为一体化密封结构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道，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(定叶片的每个端面上均有2道凹槽)；叶片轴密封沟槽的数量为3道，位于动叶片的顶端面、左端面和右端面上(动叶片每个端面上均有2道凹槽)，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个橡胶弹性体和1个缸体构件组成；缸体构件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，每个叶片轴密封件由1个橡胶弹性体和1个叶片轴构件组成，叶片轴构件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，其表面(即叶片轴构件的外表面以及缸体构件的外表面)与接触到的各部件的表面呈紧贴状态，不留空隙，且能够做相对运动，以防止工作时油液泄漏，缸体构件与叶片轴构件均采用PTFE材料，有助于减小相对运动时的摩擦。

本公开技术方案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组合密封件，形成一个针对作动器动密封需求的一体化的密封结构，该一体化的密封结构在保证作动器正常运转的前提下可有效解决叶片和缸体与接触部件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 (5)

1.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，以及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；

所述叶片轴密封沟槽的数量与所述动叶片的数量相同；以及

所述叶片轴密封件包括第一橡胶弹性体和叶片轴构件，所述叶片轴构件的横截面形状为矩形，所述第一橡胶弹性体和所述叶片轴构件均为一体成型的闭环框架结构，并且所述叶片轴构件套设在所述第一橡胶弹性体的外周。

2.根据权利要求1所述的叶片轴，其特征在于，所述叶片轴构件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与所述叶片轴构件共同嵌入所述叶片轴密封沟槽内。

3.具有密封结构的作动器缸体，包括定叶片，其特征在于，所述作动器缸体上具有缸体密封沟槽,以及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；

所述缸体密封沟槽的数量与所述定叶片的数量相同；以及

所述缸体密封件包括第二橡胶弹性体和缸体构件，所述第二橡胶弹性体和所述缸体构件均为一体成型的闭环框架结构，并且所述缸体构件套设在所述第二橡胶弹性体的外周。

4.根据权利要求3所述的作动器缸体，其特征在于，所述缸体构件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缸体构件共同嵌入所述缸体密封沟槽内。

5.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，还包括权利要求1-2任一项所述的具有密封结构的叶片轴和权利要求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，所述叶片轴后端同轴连接所述后缸盖，所述叶片轴前端同轴连接所述前缸盖。