CN110094266B - 一种扭矩和转角输出机构及其输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩和转角输出机构及其输出方法，解决了现有技术中燃气发动机涡轮调节机构机构复杂、输出功率不高的问题。本发明包括主壳体，主壳体上设有进油口和出油口，主壳体的两侧设有柱塞驱动组件，柱塞驱动组件分别与进油口和出油口相连通，主壳体内部设有传动组件，传动组件与柱塞驱动组件相连接，主壳体的一侧设有双阀芯组合阀，双阀芯组合阀与进油口相连通。本发明通过柱塞驱动组件、传动组件和双阀芯组合阀的配合使用，用于调节燃气发动机涡轮叶片的进/排气角度，控制流量的变化，有效调节和优化燃气轮机各部件之间的匹配关系，实现燃气发动机在各工况的良好运行。

Description

一种扭矩和转角输出机构及其输出方法

技术领域

本发明涉及燃气发动机涡轮调节装置技术领域，特别是指一种扭矩和转角输出机构及其输出方法。

背景技术

现有的燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转。

但是现有的燃气轮机对涡轮的调节（扭矩和转角输出）方式是电磁调节，但是用于航天上的电磁调节方式不成熟，故障率较高，结构复杂，不易维修，且输出功率不高。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种扭矩和转角输出机构及其输出方法，解决了现有技术中燃气发动机涡轮调节机构机构复杂、输出功率不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种扭矩和转角输出机构，包括主壳体，主壳体上设有进油口和出油口，主壳体的两侧设有柱塞驱动组件，柱塞驱动组件分别与进油口和出油口相连通，主壳体内部设有传动组件，传动组件与柱塞驱动组件相连接，主壳体的一侧设有双阀芯组合阀，双阀芯组合阀与进油口相连通。

所述传动组件包括齿轮轴，齿轮轴的上端设有套轴，套轴通过套筒与主壳体相连接，套轴向上伸出主壳体的一端设有手柄，套轴的下部设有输入凸轮，齿轮轴上设有反馈凸轮，输入凸轮和反馈凸轮分别与双阀芯组合阀接触连接；所述齿轮轴的下端通过端盖与主壳体相连接，齿轮轴与端盖之间设有第一轴承。

所述双阀芯组合阀包括设置在主壳体阀腔中的阀体，阀体内设有内阀芯和外阀芯，内阀芯套设在外阀芯内部，内阀芯和外阀芯上均设有相对应的通孔，阀体的外端通过阀盖与主壳体相连接，外阀芯与阀盖之间设有外弹簧，外阀芯与内阀芯之间设有内弹簧。

所述内阀芯与外阀芯同轴线设置，输入凸轮与内阀芯接触，反馈凸轮与外阀芯接触。

所述阀盖内设有弹簧座，弹簧座伸进外阀芯内部的一端设有上套座，内弹簧套设在上套座上，且内弹簧位于上套座与内阀芯之间，外弹簧位于弹簧座与外阀芯之间。

所述柱塞驱动组件包括柱塞阀体，柱塞阀体的内部设有活塞，活塞与齿轮轴相对应的一侧设有齿条，齿条与齿轮轴上的大齿轮相啮合。

所述柱塞阀体的高压腔与进油口相连通，柱塞阀体的低压腔与出油口相连通，大齿轮上等角度设有若干个轴向通孔。

所述主壳体上设有角度盘，角度盘的中心与套轴的中心重合。

所述套筒与主壳体之间设有密封件，套轴与套筒之间设有密封件，齿轮轴中部通过轴承座与主壳体相连接，齿轮轴与轴承座之间设有第二轴承。

一种扭矩和转角输出机构的输出方法，包括如下步骤：S1：对扭矩和转角输出机构调试至合适位置；

S2：根据工况调节扭矩和转角输出机构：转动手柄至合适角度，输入凸轮相应转过一定角度，在输入凸轮作用下内阀芯左移，内弹簧被压缩，内阀芯的移动使双阀芯组合阀处于非平衡位置，双阀芯组合阀内部油液通道接通，从进油口进来的高压油液经过内部连通孔道分别进入两个柱塞阀体内部的高压腔中，高压油推动活塞进行直线移动，柱塞阀体内部的低压腔中的油液通过主壳体上的内部孔道经过出油口排出；活塞上的齿条与齿轮轴上的大齿轮啮合而驱动齿轮轴旋转运动，齿轮轴带动反馈凸轮一起转动，反馈凸轮驱动外阀芯移动，外阀芯左侧弹簧被压缩，外阀芯移动到内阀芯和外阀芯的相对位置使双阀芯组合阀处于平衡位置后停止移动，油液通道阻断，齿轮轴停止转动，燃气涡轮叶片被调整到工况点需求位置；

S3：重复步骤S2，每转动手柄至一个工况位置，齿轮轴带动燃气涡轮叶片调整到工况点需求位置，从而实现燃气涡轮发动机需气量的控制。

本发明通过柱塞驱动组件、传动组件和双阀芯组合阀的配合使用，用于调节燃气发动机涡轮叶片的进/排气角度，控制流量的变化，有效调节和优化燃气轮机各部件之间的匹配关系，实现燃气发动机在各工况的良好运行，输出效率高。本发明结构紧凑、易于调节，工作性能稳定，适用于航天工业上，具有较高的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体俯视示意图。

图2为本发明整体侧视示意图。

图3为图1中B-B向视图。

图4为双阀芯组合阀结构示意图。

图5为图3中A处局部放大。

图6为柱塞驱动组件与传动组件连接机构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，实施例1，一种扭矩和转角输出机构，包括主壳体1，主壳体1上设有进油口5和出油口6，进油口5和出油口6分别位于主壳体的两侧，主壳体1的两侧设有柱塞驱动组件2，主壳体的内腔与柱塞驱动组件的内腔相连通，柱塞驱动组件2分别与进油口5和出油口6相连通，主壳体1内部设有传动组件3，传动组件3与柱塞驱动组件2相连接，主壳体1的一侧设有双阀芯组合阀4，双阀芯组合阀4与进油口5相连通。高压油经进油口进入双阀芯组合阀，然后在双阀芯组合阀作用下进入柱塞驱动组件，柱塞驱动组件推动传动组件转动，进而带动传动组件上的燃气发动机的涡轮转动。

优选地，所述传动组件3包括齿轮轴301，燃气发动机的涡轮安装在齿轮轴上，齿轮轴301的上端套设有套轴302，套轴302相对齿轮轴转动，齿轮轴的上端位于套轴的内腔中，套轴302通过套筒303与主壳体1相连接，套筒303与主壳体固定连接，套轴302与套筒303之间设有密封件。套轴302向上伸出主壳体1的一端设有手柄304，手柄与套轴固定连接，转动手柄带动套轴转动。套轴302的下部固定设有输入凸轮307，齿轮轴301上固定设有反馈凸轮308，输入凸轮307位于反馈凸轮308的下方，输入凸轮307和反馈凸轮308分别与双阀芯组合阀4接触连接，输入凸轮307和反馈凸轮308转动分别推动双阀芯组合阀的阀芯运动，实现双阀芯组合阀的开关。所述齿轮轴301的下端通过端盖305与主壳体1相连接，端盖305与主壳体1固定连接，齿轮轴301与端盖305之间设有第一轴承306，且两者之间设有密封件，提高装置的密封性。

如图4-5所示，实施例2，一种扭矩和转角输出机构，所述双阀芯组合阀4包括设置在主壳体1阀腔中的阀体401，阀体401内设有内阀芯402和外阀芯403，内阀芯402和外阀芯403同心设置。内阀芯402套设在外阀芯403内部，内阀芯402能相对外阀芯403滑动，外阀芯403能相对阀体滑动。内阀芯402和外阀芯403上均设有相对应的通孔409，通过通孔的相互重合与否实现液体通道的开断与否。阀体401的外端通过阀盖404与主壳体1相连接，阀盖404与主壳体1主动连接且两者之间设有密封件。外阀芯403与阀盖404之间设有外弹簧406，外阀芯通过外弹簧与反馈凸轮紧接触，外阀芯403与内阀芯402之间设有内弹簧407，内阀芯402通过内弹簧407与输入凸轮紧接触，输入凸轮和反馈凸轮转动分别推动外阀芯、内阀芯移动，实现液体的通断。

优选地，所述内阀芯402与外阀芯403同轴线设置，确保两者的同心度，输入凸轮307与内阀芯402接触，反馈凸轮308与外阀芯403接触。输入凸轮和反馈凸轮转动分别推动外阀芯、内阀芯移动，实现液体的通断。所述阀盖404内设有弹簧座405，弹簧座405固定设置在阀盖内，弹簧座405伸进外阀芯403内部的一端设有上套座408，上套座408与弹簧座固定连接，内弹簧407套设在上套座408上为内弹簧提供支撑。且内弹簧407位于上套座408与内阀芯402之间，外弹簧406位于弹簧座405与外阀芯403之间，弹簧座405为外弹簧406提供支撑。内阀芯在内弹簧作用下始终与输入凸轮外轮廓紧密接触，外阀芯在外弹簧的作用下始终与反馈凸轮外轮廓紧密接触。

其他结构与实施例1相同。

如图6所示，实施例3，一种扭矩和转角输出机构，所述柱塞驱动组件2包括柱塞阀体201，柱塞阀体201与主壳体的内腔相连通，柱塞阀体201的内部设有活塞202，活塞202与齿轮轴301相对应的一侧设有齿条203，齿条203与齿轮轴301上的大齿轮309相啮合，活塞202在高压油的作用下，通过齿条带动大齿轮转动，进而带动齿轮轴301转动将扭矩输出为设置在齿轮轴上的燃气发动机涡轮的转动。所述柱塞阀体201的高压腔与进油口5相连通，柱塞阀体201的低压腔与出油口6相连通，大齿轮309上等角度设有若干个轴向通孔204，高压油经进油口进入双阀芯组合阀中，然后经内部通道进入柱塞阀体201的高压腔，推动活塞移动，推动齿轮轴转动，将扭矩输出给燃气发动机的涡轮。低压油进入主壳体中的腔体中，部分油液可经大齿轮上的轴向通孔流向出油口。

优选地，所述主壳体1上设有角度盘7，角度盘7的中心与套轴302的中心重合，手柄可按照角度盘选择转动角度，进而实现工况选择。所述套筒303与主壳体1之间设有密封件，套轴302与套筒303之间设有密封件，提高装置密封性。齿轮轴301中部通过轴承座310与主壳体1相连接，齿轮轴301与轴承座310之间设有第二轴承311，用于稳定齿轮轴。

一种扭矩和转角输出机构的输出方法，包括如下步骤：S1：对扭矩和转角输出机构调试至合适位置；

S2：根据工况调节扭矩和转角输出机构：转动手柄至合适角度，输入凸轮相应转过一定角度，在输入凸轮作用下内阀芯左移，内弹簧被压缩，内阀芯的移动使双阀芯组合阀处于非平衡位置，双阀芯组合阀内部油液通道接通，从进油口进来的高压油液经过内部连通孔道分别进入两个柱塞阀体内部的高压腔中，高压油推动活塞进行直线移动，柱塞阀体内部的低压腔中的油液通过主壳体上的内部孔道经过出油口排出；活塞上的齿条与齿轮轴上的大齿轮啮合而驱动齿轮轴旋转运动，齿轮轴带动反馈凸轮一起转动，反馈凸轮驱动外阀芯移动，外阀芯左侧弹簧被压缩，外阀芯移动到内阀芯和外阀芯的相对位置使双阀芯组合阀处于平衡位置后停止移动，油液通道阻断，齿轮轴停止转动，燃气涡轮叶片被调整到工况点需求位置；

S3：重复步骤S2，每转动手柄至一个工况位置，齿轮轴带动燃气涡轮叶片调整到工况点需求位置，从而实现燃气涡轮发动机需气量的控制。

其他结构与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭矩和转角输出机构，其特征在于：包括主壳体（1），主壳体（1）上设有进油口（5）和出油口（6），主壳体（1）的两侧设有柱塞驱动组件（2），柱塞驱动组件（2）分别与进油口（5）和出油口（6）相连通，主壳体（1）内部设有传动组件（3），传动组件（3）与柱塞驱动组件（2）相连接，主壳体（1）的一侧设有双阀芯组合阀（4），双阀芯组合阀（4）与进油口（5）相连通；所述传动组件（3）包括齿轮轴（301）、输入凸轮（307）和反馈凸轮（308），齿轮轴（301）上设有反馈凸轮（308），输入凸轮（307）和反馈凸轮（308）分别与双阀芯组合阀（4）接触连接；高压油经进油口（5）进入双阀芯组合阀（4），高压油在双阀芯组合阀（4）作用下进入柱塞驱动组件（2），柱塞驱动组件（2）推动传动组件（3）转动，进而带动燃气涡轮叶片被调整到工况点需求位置。

2.根据权利要求1所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述齿轮轴（301）的上端设有套轴（302），套轴（302）通过套筒（303）与主壳体（1）相连接，套轴（302）向上伸出主壳体（1）的一端设有手柄（304），套轴（302）的下部设有输入凸轮（307）；所述齿轮轴（301）的下端通过端盖（305）与主壳体（1）相连接，齿轮轴（301）与端盖（305）之间设有第一轴承（306）。

3.根据权利要求2所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述双阀芯组合阀（4）包括设置在主壳体（1）阀腔中的阀体（401），阀体（401）内设有内阀芯（402）和外阀芯（403），内阀芯（402）套设在外阀芯（403）内部，内阀芯（402）和外阀芯（403）上均设有相对应的通孔（409）；所述阀体（401）的外端通过阀盖（404）与主壳体（1）相连接，外阀芯（403）与阀盖（404）之间设有外弹簧（406），外阀芯（403）与内阀芯（402）之间设有内弹簧（407）。

4.根据权利要求3所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述内阀芯（402）与外阀芯（403）同轴线设置，输入凸轮（307）与内阀芯（402）接触，反馈凸轮（308）与外阀芯（403）接触。

5.根据权利要求4所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述阀盖（404）内设有弹簧座（405），弹簧座（405）伸进外阀芯（403）内部的一端设有上套座（408），内弹簧（407）套设在上套座（408）上，且内弹簧（407）位于上套座（408）与内阀芯（402）之间，外弹簧（406）位于弹簧座（405）与外阀芯（403）之间。

6.根据权利要求5所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述柱塞驱动组件（2）包括柱塞阀体（201），柱塞阀体（201）的内部设有活塞（202），活塞（202）与齿轮轴（301）相对应的一侧设有齿条（203），齿条（203）与齿轮轴（301）上的大齿轮（309）相啮合。

7.根据权利要求6所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述柱塞阀体（201）的高压腔与进油口（5）相连通，柱塞阀体（201）的低压腔与出油口（6）相连通，大齿轮（309）上等角度设有若干个轴向通孔（204）。

8.根据权利要求7所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述主壳体（1）上设有角度盘（7），角度盘（7）的中心与套轴（302）的中心重合。

9.根据权利要求8所述的扭矩和转角输出机构，其特征在于：所述套筒（303）与主壳体（1）之间设有密封件，套轴（302）与套筒（303）之间设有密封件，齿轮轴（301）中部通过轴承座（310）与主壳体（1）相连接，齿轮轴（301）与轴承座（310）之间设有第二轴承（311）。

10.一种如权利要求9所述的扭矩和转角输出机构的输出方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：对扭矩和转角输出机构调试至合适位置；

S2：根据工况调节扭矩和转角输出机构：转动手柄至合适角度，输入凸轮相应转过一定角度，在输入凸轮作用下内阀芯左移，内弹簧被压缩，内阀芯的移动使双阀芯组合阀处于非平衡位置，双阀芯组合阀内部油液通道接通，从进油口进来的高压油液经过内部连通孔道分别进入两个柱塞阀体内部的高压腔中，高压油推动活塞进行直线移动，柱塞阀体内部的低压腔中的油液通过主壳体上的内部孔道经过出油口排出；活塞上的齿条与齿轮轴上的大齿轮啮合而驱动齿轮轴旋转运动，齿轮轴带动反馈凸轮一起转动，反馈凸轮驱动外阀芯移动，外阀芯左侧弹簧被压缩，外阀芯移动到使双阀芯组合阀处于平衡位置后停止移动，油液通道阻断，齿轮轴停止转动，燃气涡轮叶片被调整到工况点需求位置；

S3：重复步骤S2，每转动手柄至一个工况位置，齿轮轴带动燃气涡轮叶片调整到工况点需求位置，从而实现燃气涡轮发动机需气量的控制。

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