CN108757619A - 螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其结构简单、易加工、装配方便，且流量与转动角度成线性关系，流量增益恒定、无加速度零漂、控制简单灵活；其还具备体积小、重量轻、便于集成化且使用寿命极度可靠。其包括直流无刷伺服电机、上端盖、阀芯、阀套、下端盖，所述阀套套装于所述阀芯的外周环面，所述阀芯的外周环面和所述阀套的内周环面径向间隙配合组装，所述阀芯包括有中心轴，所述中心轴和所述外周环面分别设置有环布且互不连通的P通道、T通道、A通道、B通道，所述中心轴的上、下端分别外凸于所述阀套的对应端面。

Description

螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀

技术领域

本发明涉及电液伺服阀的技术领域，具体为螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀。

背景技术

电液伺服阀作为电液伺服控制系统的关键元件，它既是电液转换元件，也是功率放大元件，它将电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与放大，其性能在很大程度上决定了整个电液伺服控制系统的性能，以其精度高、响应快的特点广泛地应用于机械、汽车、船舶、航空、航天及机器人等领域。

目前，随着电液伺服系统应用领域的拓宽，机器人的应用场合也对电液伺服阀提出了更高的要求：高频响、高可靠性、抗污染能力强、结构简单、体积小、使用维护方便、低成本及便于集成等，传统的电液伺服阀已经很难再达到上述要求，目前市场主流的微型电液伺服阀产品为Moog 30系列、E024系列及242均安装复杂，且目前电液伺服阀的内部弹性元件使其使用寿命都不能满足机器人的应用场合。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其结构简单、易加工、装配方便，且流量与转动角度成线性关系，流量增益恒定、无加速度零漂、控制简单灵活；其还具备体积小、重量轻、便于集成化且使用寿命极度可靠。

螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：其包括直流无刷伺服电机、上端盖、阀芯、阀套、下端盖，所述阀套套装于所述阀芯的外周环面，所述阀芯的外周环面和所述阀套的内周环面径向间隙配合组装，所述阀芯包括有中心轴，所述中心轴和所述外周环面的分别设置有环布且互不连通的P通道、T通道、A通道、B通道，所述中心轴的上、下端分别外凸于所述阀套的对应端面，所述上端盖盖装于所述阀套的上端面，所述中心轴的上凸部分与所述上端盖的内周环面径向间隙配合，且所述中心轴的上凸部分贯穿中心贯穿孔后连接所述直流无刷伺服电机的输出端，所述下端盖盖装于所述阀套的下端面，所述下端盖的中心盲孔与所述中心轴的底部下凸部分径向间隙配合，所述阀套的两端面分别固接所述上端盖、下端盖，所述上端盖的下表面、下端盖的上表面设有内凹工作油槽，所述内凹工作油槽的工作边与所述阀芯的A通道、B通道所投影的工作边配合工作，所述阀芯的对应于所述P通道、A通道、B通道的外周环面上分别开设有对应的第一通油孔，所述阀套的外周上设置有对应的第二通油孔，所述第一通油孔、第二通油孔的位置尺寸确保伺服阀在工作状态下可正常工作，所述上端盖轴向外环周面设有外螺纹，其用于与集成阀块的安装连接。

其进一步特征在于：

所述阀芯上设置有两个P通道、两个T通道、两个正投影为圆弧状的A通道、两个正投影为圆弧状的B通道，正投影状态下的两个所述P通道、两个T通道组成交叉90°对称布置结构，正投影状态下的两个所述P通道、两个T通道形成的结构与A通道、B通道的中心成交叉45°对称布置的结构，所述阀芯的对应于A通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称布置的第一通油孔A，所述阀芯的对应于B通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称第一通油孔B，所述阀芯的对应于所述P通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称的第一通油孔P，所述阀套的外环面对应于所述第一通油孔A、第一通油孔B，、第一通油孔P工作状态下的对应环向位置处分别设置有对应的第二通油孔，其确保伺服阀在工作状态下可正常工作，其在阀芯的中心垂面两侧设置同时对称的进油结构，大幅降低了阀口开启与关闭时的圆周方向的液动力，可有效提高这种形式伺服阀的动态特性；

所述上端盖的中心贯穿孔内设置有环形沟槽，所述环向沟槽内嵌装有格莱圈，所述中心轴的上凸端设置有第一台阶轴，所述第一台阶轴与所述中心贯穿孔的径向间隙安装配合，所述格莱圈的内壁紧贴所述中心轴上端的对应位置区域；

所述中心轴的下凸端设置有第二台阶轴，所述第二台阶轴与所述下端盖的中心盲孔径向间隙配合；

所述阀套的两端面分别通过轴向螺钉固接所述上端盖、下端盖；

所述A通道、B通道所投影的工作边轮廓为扇形环状结构，所述上端盖、下端盖的对应内凹工作油槽的工作边为扇形环状结构，零位状态下的所述阀芯的工作边与上端盖、下端盖所对应的工作边分别配合形成零开口，且使得P通道、T通道、A通道、B通道互相隔离，且由于为扇形环状结构，驱动直流无刷伺服电机转动角度的大小和流量形成线性比例关系，便于控制；

所述上端盖的外螺纹下部、阀套的轴向外环周面均设置有环形沟槽，每个所述环形沟槽内安装有对应尺寸的O型密封圈，每个O型密封圈分别垂直于中心轴、且相邻的O型密封圈平行状态布置；

所述直流无刷伺服电机中集成有高精度的绝对式光电编码器，所述直流无刷伺服电机的输出轴与阀芯的第一台阶轴通过弹性联轴器连接，所述直流无刷伺服电机通过螺钉连接于上端盖的上端面；

所述下端盖的内凹工作油槽的T通道中设置有贯穿的回油孔，其使得整个阀体的回油通道位于伺服阀的底部；

所述下端盖的底部外环位置设置有安装定位缺口，便于整个阀体的径向定位安装。

采用本发明后，阀芯的工作边与上端盖、下端盖的工作边分别配合形成零开口，当伺服阀处于零位时，P、A、B、T口相互隔离，减少伺服阀的内露；当输入电流驱动直流无刷伺服电机顺时针旋转(由俯视方向看)并带动阀芯顺时针旋转一定角度，此时P口与A口相通、B口与T口相通；反之，P口与B口相通、A口与T口相通，其设计为螺纹插装式，不仅新增了电液伺服阀的结构，也拓宽了电液伺服阀的应用场合，并更加有利于电液伺服阀的系统集成性能；本螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀的内部结构无弹性元件，从理论上证明了其使用寿命的极度可靠性，完全可以满足机器人的应用场合；其结构简单、易加工、装配方便，且流量与转动角度成线性关系，流量增益恒定、无加速度零漂、控制简单灵活；其还具备体积小、重量轻、便于集成化且使用寿命极度可靠。

附图说明

图1为本发明的工作状态下的主视图剖视结构示意简图一；

图2为本发明的工作状态下的主视图剖视结构示意简图二；

图3为本发明的工作状态下的主视图剖视结构示意简图三；

图4为本发明的工作状态下的对应于P通道连通位置的横截面剖视简图；

图5为本发明的阀芯的立体图结构示意图；

图6为本发明的阀芯的俯视图结构示意图；

图7为本发明的阀套的立体图结构示意图；

图8为本发明的上端盖的立体图结构示意图；

图9为本发明的下端盖的立体图结构示意图；

图中序号所对应的名称如下：

直流无刷伺服电机1、上端盖2、中心贯穿孔21、环形沟槽22、阀芯3、外周环面31、中心轴32、第一台阶轴321、第二台阶轴322、P通道33、T通道34、A通道35、B通道36、阀套4、下端盖5、中心盲孔51、安装定位缺口52、回油孔53、内凹功能油槽6、O型密封圈7、第一通油孔8、第一通油孔A81、第一通油孔B82、第一通油孔P83、第二通油孔9、外螺纹10、格莱圈11、轴向螺钉12、环形沟槽13。

具体实施方式

螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，见图1-图9：其包括直流无刷伺服电机1、上端盖2、阀芯3、阀套4、下端盖5，阀套4套装于阀芯3的外周环面31，阀芯3的外周环面和阀套4的内周环面径向间隙配合组装，阀芯3包括有中心轴32，中心轴32和外周环面31的分别设置有环布且互不连通的P通道33、T通道34、A通道35、B通道36，中心轴32的上、下端分别外凸于阀套4的对应端面，上端盖2盖装于阀套4的上端面，中心轴32的上凸部分与上端盖2的内周环面径向间隙配合、且中心轴32的上凸部分贯穿中心贯穿孔21后连接直流无刷伺服电机1的输出端，下端盖5盖装于阀套4的下端面，下端盖5的中心盲孔51与中心轴32的底部下凸部分径向间隙配合，阀套4的两端面分别固接上端盖2、下端盖5，上端盖2的下表面、下端盖5的上表面设有内凹工作油槽6，内凹功能油槽6的工作边与阀芯3的A通道35、B通道36所投影的工作边配合工作，阀芯3的对应于P通道33、A通道35、B通道36的外周环面上分别开设有对应的第一通油孔8，阀套4的外周上设置有对应的第二通油孔9，第一通油孔8、第二通油孔9的位置尺寸确保伺服阀在工作状态下可正常工作，上端盖2轴向外环周面设有外螺纹10，其用于与集成阀块的安装连接。

阀芯3上设置有两个P通道33、两个T通道34、两个正投影为圆弧状的A通道35、两个正投影为圆弧状的B通道36，正投影状态下两个的P通道33、两个T通道34组成交叉90°对称布置结构，正投影状态下的两个P通道33、两个T通道34形成的结构与A通道35、B通道36的中心成交叉45°对称布置的结构，阀芯3的对应于A通道35的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称布置的第一通油孔A81，阀芯3的对应于B通道36的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称第一通油孔B82，阀芯3的对应于P通道33的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称的第一通油孔P83，阀套4的外环面对应于第一通油孔A81、第一通油孔B82、第一通油孔P83工作状态下的对应环向位置处分别设置有对应的第二通油孔9，其确保伺服阀在工作状态下可正常工作，其在阀芯3的中心垂面两侧设置同时对称的进油结构，大幅降低了阀口开启与关闭时的圆周方向的液动力，可有效提高这种形式伺服阀的动态特性；

上端盖2的中心贯穿孔21内设置有环形沟槽22，环向沟槽22内嵌装有格莱圈11，中心轴32的上凸端设置有第一台阶轴321，第一台阶轴321与中心贯穿孔21的径向间隙安装配合，格莱圈11的内壁紧贴中心轴32的上端对应位置区域；

中心轴32的下凸端设置有第二台阶轴322，第二台阶轴322与下端盖5的中心盲孔51径向间隙配合；

阀套4的两端面分别通过轴向螺钉12固接上端盖2、下端盖5；

A通道35、B通道36所投影的工作边轮廓为扇形环状结构，上端盖2、下端盖5的对应内凹功能油槽6的工作边为扇形环状结构，零位状态下的阀芯3的工作边与上端盖2、下端盖5所对应的工作边分别配合形成零开口，且使得P通道33、T通道34、A通道35、B通道36互相隔离，且由于为扇形环状结构，驱动直流无刷伺服电机1转动角度的大小和流量形成线性比例关系，便于控制；

上端盖2的外螺纹下部、阀套4的轴向外环周面均设置有环形沟槽13，环形沟槽13内安装有对应尺寸的O型密封圈7，每个O型密封圈7分别垂直于中心轴32、且相邻的O型密封圈7平行状态布置；

直流无刷伺服电机1中集成有高精度的绝对式光电编码器，直流无刷伺服电机1的输出轴与阀芯3的第一台阶轴321通过弹性联轴器连接，直流无刷伺服电机3通过螺钉连接于上端盖2的上端面；

下端盖5的内凹工作油槽的T通道中设置有贯穿的回油孔53，其使得整个阀体的回油通道位于伺服阀的底部；

下端盖5的底部还设置有安装定位缺口52，便于整个阀体的径向定位安装。

其工作原理如下：整体组装完成后的阀体的下端盖、阀套、上端盖分别插装进入到需要安装阀体的工作腔，之后上端盖的相对于轴承的最上端通过螺纹紧固连接对应的工作腔，且确保阀套、上端盖的外部的O型密封圈和工作腔的内壁充分紧密接触；阀芯的工作边与上端盖、下端盖的工作边分别配合形成零开口，当伺服阀处于零位时，P、A、B、T口相互隔离，减少伺服阀的内露；当输入电流驱动直流无刷伺服电机顺时针旋转(由俯视方向看)并带动阀芯顺时针旋转一定角度，此时P口与A口相通、B口与T口相通；反之，P口与B口相通、A口与T口相通；其设计为螺纹插装式，不仅新增了电液伺服阀的结构，也拓宽了电液伺服阀的应用场合，并更加有利于电液伺服阀的系统集成性能；本螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀的内部结构无弹性元件，从理论上证明了其使用寿命的极度可靠性，完全可以满足机器人的应用场合。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：其包括直流无刷伺服电机、上端盖、阀芯、阀套、下端盖，所述阀套套装于所述阀芯的外周环面，所述阀芯的外周环面和所述阀套的内周环面径向间隙配合组装，所述阀芯包括有中心轴，所述中心轴和所述外周环面的分别设置有环布且互不连通的P通道、T通道、A通道、B通道，所述中心轴的上、下端分别外凸于所述阀套的对应端面，所述上端盖盖装于所述阀套的上端面，所述中心轴的上凸部分与所述上端盖的内周环面径向间隙配合，且所述中心轴的上凸部分贯穿中心贯穿孔后连接所述直流无刷伺服电机的输出端，所述下端盖盖装于所述阀套的下端面，所述下端盖的中心盲孔与所述中心轴的底部下凸部分径向间隙配合，所述阀套的两端面分别固接所述上端盖、下端盖，所述上端盖的下表面、下端盖的上表面设有内凹工作油槽，所述内凹工作油槽的工作边与所述阀芯的A通道、B通道所投影的工作边配合工作，所述阀芯的对应于所述P通道、A通道、B通道的外周环面上分别开设有对应的第一通油孔，所述阀套的外周上设置有对应的第二通油孔，所述第一通油孔、第二通油孔的位置尺寸确保伺服阀在工作状态下可正常工作，所述上端盖轴向外环周面设有外螺纹。

2.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述阀芯上设置有两个P通道、两个T通道、两个正投影为圆弧状的A通道、两个正投影为圆弧状的B通道，正投影状态下的两个所述P通道、两个T通道组成交叉90°对称布置结构，正投影状态下的两个所述P通道、两个T通道形成的结构与A通道、B通道的中心成交叉45°对称布置的结构，所述阀芯的对应于A通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称布置的第一通油孔A，所述阀芯的对应于B通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称第一通油孔B，所述阀芯的对应于所述P通道的外环面分别布置有关于其初始位置的中心垂面对称的第一通油孔P，所述阀套的外环面对应于所述第一通油孔A、第一通油孔B，、第一通油孔P工作状态下的对应环向位置处分别设置有对应的第二通油孔，其确保伺服阀在工作状态下可正常工作。

3.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述上端盖的中心贯穿孔内设置有环形沟槽，所述环向沟槽内嵌装有格莱圈，所述中心轴的上凸端设置有第一台阶轴，所述第一台阶轴与所述中心贯穿孔的径向间隙安装配合，所述格莱圈的内壁紧贴所述中心轴上端的对应位置区域。

4.如权利要求3所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述中心轴的下凸端设置有第二台阶轴，所述第二台阶轴与所述下端盖的中心盲孔径向间隙配合。

5.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述阀套的两端面分别通过轴向螺钉固接所述上端盖、下端盖。

6.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述A通道、B通道所投影的工作边轮廓为扇形环状结构，所述上端盖、下端盖的对应内凹工作油槽的工作边为扇形环状结构，零位状态下的所述阀芯的工作边与上端盖、下端盖所对应的工作边分别配合形成零开口，且使得P通道、T通道、A通道、B通道互相隔离。

7.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述上端盖的外螺纹下部、阀套的轴向外环周面均设置有环形沟槽，每个所述环形沟槽内安装有对应尺寸的O型密封圈，每个O型密封圈分别垂直于中心轴、且相邻的O型密封圈平行状态布置。

8.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述直流无刷伺服电机中集成有高精度的绝对式光电编码器，所述直流无刷伺服电机的输出轴与阀芯的第一台阶轴通过弹性联轴器连接，所述直流无刷伺服电机通过螺钉连接于上端盖的上端面。

9.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述下端盖内凹工作油槽的T通道中设置有贯穿的回油孔。

10.如权利要求1所述的螺纹插装式旋转直驱电液伺服阀，其特征在于：所述下端盖的底部外环位置设置有安装定位缺口。