CN110939631B - 一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器及其调节方法，属于动辅助塑性加工领域。本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，圆锥滚子与共轭端面凸轮相配合将电机的转动转变为激振器活塞杆在缸体内的往复直线运动，缸体内的液压油经阀体作用于液压缸活塞，液压缸活塞的运动频率随着电机转动速度而变化，从而频率得到调节；阀体流量可调，流入液压缸缸体的液压油流量可以调节，从而调节液压缸活塞的振幅；本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器的结构紧凑，形式简单，不需要液压泵站和复杂换向系统，可实现激振器振幅和频率的无极调整，能够应用于大负载振动辅助。本发明的调节方法，操作简单。

Description

一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器及其调节方法

技术领域

本发明属于动辅助塑性加工领域，尤其是一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器及其调节方法。

背景技术

振动塑性加工是近年来利用振动在塑性成形领域发展起来的一门新兴边缘交叉学科，振动场与塑性力场的耦合能显著降低材料流动应力、降低摩擦力、提高材料组织性能和表面质量，兼具成形、成性一体化。振动塑性加工技术在难成形材料加工中具有较大优势，广泛应用于钛合金、镁合金等金属材料微成型领域。然而，目前振动辅助塑性加工技术使用的激振器主要以超声激振器为主，超声激振器功率小，很难应用于大负载场合；现有的大功率液压激振器往往需要配备液压泵站和复杂的换向系统，无法适用于振动辅助加工领域。

随着精密加工技术的发展，传统近净成形工艺也迫切需要振动辅助来降低成形载荷、提高成型质量，因此开发一种结构形式简单、输出功率较大的激振器具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的激振器难以应用于大负载振动辅助的缺点，提供一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器及其调节方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，包括端面凸轮、圆锥滚子、共轭端面凸轮、圆锥滚子固定爪、激振器壳体、导向柱和伺服电机；

端面凸轮的凸轮面为圆锥面并加工有若干个波峰，端面凸轮的侧面与凸轮面的相交线展开为正弦曲线，共轭端面凸轮的凸轮面与端面凸轮的凸轮面为共轭关系；

端面凸轮设在激振器壳体内，端面凸轮的尾部与伺服电机的输出轴相连，端面凸轮的头部与共轭端面凸轮相连接；

激振器壳体的头部设有激振器活塞缸，两者之间设有导向柱，导向柱为圆锥滚子固定爪提供运动行程，圆锥滚子固定爪位于共轭端面凸轮前侧，并通过轴承连接有若干圆锥滚子，圆锥滚子的头部位于端面凸轮和共轭端面凸轮之间，并与端面凸轮凸轮面的波峰相对应设置；

圆锥滚子固定爪的背面设有激振器活塞杆，激振器活塞杆延伸至激振器活塞缸内；

激振器活塞缸的出口与流量可调的阀体相连通，阀体的第二出口与液压缸缸体相连通，液压缸缸体内设有液压缸活塞和位于其外围的碟簧。

进一步的，阀体上设有注油口、进油口、第一出油口和第二出油口；

注油口用于将液压油注入阀体的腔体，第一单向阀设在注油口处用于防止液压油回流；

当脉动液压油经进油口进入阀体的腔体内时，脉动液压油分为两路，第一油路流经第二节流阀到达第一出油口，经第一出油口流入蓄能器；

第二油路流经第一节流阀后达到第二出油口，经第二出油口流入液压缸缸体。

进一步的，还包括与第二节流阀相并联的第二单向阀，第二单向阀的入口侧为第一出油口端。

进一步的，第一节流阀的入口与出口之间连接有第三单向阀，第三单向阀的通流方向与第一单向阀的相同。

进一步的，第一节流阀和第二节流阀应为伺服阀。

进一步的，圆锥滚子固定爪上设有导向孔，导向柱穿过导向孔为圆锥滚子固定爪提供行程。

本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器的调节方法，包括以下操作：

调节伺服电机的转速以调节液压激振器的频率；

调节阀体第二出口的流量以调节液压激振器的振幅。

进一步的，调节伺服电机的转速以调节液压激振器的频率的具体过程为：

伺服电机转动，端面凸轮和共轭凸轮随之转动；

端面凸轮和共轭凸轮的凸轮面上的波峰和波谷将伺服电机的转动转变为凸轮滚子沿轴向的往复直线运动；

圆锥滚子固定爪随凸轮滚子做相同的运动，从而带动激振器活塞杆在激振器活塞缸内部做相同的运动；

激振器活塞缸内产生的脉冲液压油经进油口进入阀体，经阀体上的第二出口进入液压缸缸体，液压缸缸体内的液压缸活塞做运动；

调节伺服电机的转动速度，激振器活塞杆在激振器活塞缸内部往复运动的频率随之变化，液压缸缸体内的液压缸活塞运动的频率随之变化，液压激振器的频率得到调节。

进一步的，调节阀体第二出口的流量以调节液压激振器的振幅的具体过程为：

调节阀体上第一节流阀和第二节流阀的开口大小，流向第一出油口和第二出油口的液压油流量随之变化；

流向第二出油口的液压油进入液压缸缸体内，流量越大液压缸活塞杆的位移越大，即振幅越大；

液压油退去时，在碟簧的作用下液压缸活塞杆复位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，圆锥滚子与共轭端面凸轮相配合将电机的转动转变为激振器活塞杆在缸体内的往复直线运动，缸体内的液压油经可调节阀体作用于液压缸活塞，液压缸活塞的运动频率随着电机转动速度而变化，液压激振器的频率得到调节；另一方面，阀体流量可调，流入液压缸缸体的液压油流量可以调节，从而调节液压缸活塞的运动长度，即调节了振幅；本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器的结构紧凑，形式简单，不需要液压泵站和复杂换向系统，可实现激振器振幅和频率的无极调整，能够应用于轴齿类典型机械零部件大负载振动辅助挤压成形工艺中。

进一步的，第一出油口用于分担进入阀体内的液压油，使得第二出油口的油量得到调节，第一节流阀及第二节流阀用于调节流向第一出油口、第二出油口的油量。

进一步的，第二单向阀的设置，保证液压油从进油口往第一出油口流动时流经第二节流阀，起到节流作用，而当液压油从第一出油口往进油口回流时仅流经第二单向阀，降低回程阻力。

进一步的，第三单向阀的设置，保证液压油从进油口往第二出油口流动时流经第一节流阀，起到节流作用，而当液压油从第二出油口往进油口回流时仅流经第三单向阀，降低回程阻力。

进一步的，第一节流阀和第二节流阀应为伺服阀，在不同工况下，振幅要求不同，对应的第一节流阀和第二节流阀的开口面积不同，采用伺服阀可以快速、精确调节节流阀开口面积，使振幅达到设定要求。

本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器的调节方法，只需调节伺服电机的转速即可调节液压激振器的频率，只需调节第一节流阀和第二节流阀的开度即可调节液压激振器的振幅，操作简单。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为本发明的阀体内部流道图；

图3为本发明的凸轮图，其中，图3(a)为端面凸轮图，图3(b)为共轭端面凸轮图；

图4为本发明的圆锥滚子图。

其中：1-端面凸轮；2-圆锥滚子；3-共轭端面凸轮；4-激振器活塞杆；5-激振器活塞缸；6-圆锥滚子固定爪；7-激振器壳体；8-导向柱；9-伺服电机；10-阀体；11-第一节流阀；12-第一单向阀；13-第二单向阀；14-第二节流阀；15-第三单向阀；16-蓄能器；17-碟簧；18-液压缸活塞；19-液压缸缸体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为本发明的结构示意图，本发明的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，包括端面凸轮1、圆锥滚子2、共轭端面凸轮3、激振器活塞杆4、激振器活塞缸5、圆锥滚子固定爪6、激振器壳体7、导向柱8、伺服电机9、阀体10、第一节流阀11、第一单向阀12、第二单向阀13、第二节流阀14、第三单向阀15、蓄能器16、碟簧17、液压缸活塞18和液压缸缸体19，伺服电机9与激振器壳体7通过螺栓固定，端面凸轮1的凸轮面为圆锥面并加工有奇数个波峰，端面凸轮1尾部加工有内孔通过平键与伺服电机9电机轴配合，圆锥滚子2锥度与端面凸轮1凸轮面锥度一致，并通过轴承与圆锥滚子固定爪6相连，圆锥滚子2数量与端面凸轮1波峰数一致，共轭端面凸轮3通过螺栓与端面凸轮1相连，共轭端面凸轮3的凸轮面与端面凸轮1凸轮面存在共轭关系，圆锥滚子固定爪6一端固定圆锥滚子2，一端与激振器活塞杆4相连，圆锥滚子固定爪6加工有导向孔，导向柱8两端分别与激振器壳体7和激振器活塞缸5的法兰盘相连，并穿过圆锥滚子固定爪6的导向孔，激振器活塞杆4插入激振器活塞缸5内部，激振器活塞缸5的端面通过螺栓与阀体10固定；

阀体10设计有特殊流道，并有注油口d、进油口a、第一出油口b和第二出油口c，阀体上安装有第一节流阀11、第一单向阀12、第二单向阀13、第二节流阀14和第三单向阀15蓄能器16，第一出油口b与蓄能器相连，第二出油口c与液压缸缸体19相连，液压缸缸体19内安装有液压缸活塞18，液压缸缸体19有杆腔布置有碟簧17；

伺服电机9带着端面凸轮1和共轭凸轮3作旋转运动，端面凸轮1和共轭凸轮3凸轮面上有相同数量的波峰和波谷，将伺服电机9的旋转运动转化为凸轮滚子2的往复直线运动，并带动激振器活塞杆4在激振器活塞缸5的内部运动，产生激振力；设伺服电机9转速为n，端面凸轮1和共轭凸轮3波峰数量为m，圆锥滚子数量为p，激振频率为f，则存在如下关系：

调节伺服电机9的转速即可调节激振器的输出频率f；

激振器在工作时阀体10、激振器活塞缸5和液压缸缸体19内需充满液压油，并需要排除空气，激振器活塞杆4产生的脉动力作用于激振器活塞缸5内部的液压油，脉动液压油通过注油口a进入阀体10，调节阀体10上第一节流阀11和第二节流阀14的开口大小可以分配第一出油口b和第二出油口c的流量，第二出油口c与液压缸缸体19相通，流量越大液压缸活塞杆18的线性位移越大，即振幅越大，碟簧17提供液压缸活塞杆18在每一个振动周期中回复力。通过调节阀体10上第一节流阀11和第二节流阀14的开口大小，即可调节激振器的振幅大小。

阀体10内部流道布置如图2所示，通过注油口d将液压油注入激振器内部腔体，液压油一次注入后将会封存在激振器内部，无需再次注入；当激振器工作时，脉动液压油从注油口a进入，分为两路，第一油路流经第二单向阀13和第二节流阀14，其中，第二节流阀14与第二单向阀13并联，第一油路油液经第一出油口b流入蓄能器16，第二油路流经第一节流阀11和第三单向阀15，其中，第一节流阀11与第三单向阀15并联，后经过第二出油口c流入液压缸缸体19。假设流经注油口a、第一出油口b和第二出油口c的流量分别为Q、Q1和Q2，在无泄漏情况下存在Q＝Q1+Q2。

参见图3，图3为本发明的凸轮图，其中，图3(a)为端面凸轮图，图3(b)为共轭端面凸轮图；端面凸轮1的凸轮面为圆锥面并加工有若干个波峰，波峰沿着端面凸轮1轴线方向均匀分布，端面凸轮1侧面与凸轮面的相交线展开为正弦曲线，可以保证圆锥滚子2绕端面凸轮1轴线公转时平缓过渡，避免较大冲击，端面凸轮图与共轭端面凸轮图的凸轮面为共轭关系。

参见图4，图4为本发明的圆锥滚子图；圆锥滚子的锥度与端面凸轮的凸轮面锥度一致。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，包括端面凸轮(1)、圆锥滚子(2)、共轭端面凸轮(3)、圆锥滚子固定爪(6)、激振器壳体(7)、导向柱(8)和伺服电机(9)；

所述端面凸轮(1)的凸轮面为圆锥面并加工有若干个波峰，端面凸轮(1)的侧面与凸轮面的相交线展开为正弦曲线，共轭端面凸轮(3)的凸轮面与端面凸轮(1)的凸轮面为共轭关系；

端面凸轮(1)设在激振器壳体(7)内，端面凸轮(1)的尾部与伺服电机(9)的输出轴相连，端面凸轮(1)的头部与共轭端面凸轮(3)相连接；

激振器壳体(7)的头部设有激振器活塞缸(5)，两者之间设有导向柱(8)，导向柱(8)为圆锥滚子固定爪(6)提供运动行程，所述圆锥滚子固定爪(6)位于共轭端面凸轮(3)前侧，并通过轴承连接有若干圆锥滚子(2)，圆锥滚子(2)的头部位于端面凸轮(1)和共轭端面凸轮(3)之间，并与端面凸轮(1)凸轮面的波峰相对应设置；

圆锥滚子固定爪(6)的背面设有激振器活塞杆(4)，激振器活塞杆(4)延伸至激振器活塞缸(5)内；

激振器活塞缸(5)的出口与流量可调的阀体(10)相连通，阀体(10)的第二出口与液压缸缸体(19)相连通，液压缸缸体(19)内设有液压缸活塞(18)和位于其外围的碟簧(17)。

2.根据权利要求1所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，阀体(10)上设有注油口、进油口、第一出油口和第二出油口；

所述注油口用于将液压油注入阀体(10)的腔体，第一单向阀(12)设在注油口处用于防止液压油回流；

当脉动液压油经进油口进入阀体(10)的腔体内时，脉动液压油分为两路，第一油路流经第二节流阀(14)到达第一出油口，经第一出油口流入蓄能器(16)；

第二油路流经第一节流阀(11)后达到第二出油口，经第二出油口流入液压缸缸体(19)。

3.根据权利要求2所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，还包括与第二节流阀(14)相并联的第二单向阀(13)，第二单向阀(13)的入口侧为第一出油口端。

4.根据权利要求2所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，第一节流阀(11)的入口与出口之间连接有第三单向阀(15)，第三单向阀的通流方向与第一单向阀(12)的相同。

5.根据权利要求4所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，所述第一节流阀和第二节流阀为伺服阀。

6.根据权利要求1所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器，其特征在于，圆锥滚子固定爪(6)上设有导向孔，所述导向柱(8)穿过导向孔为圆锥滚子固定爪(6)提供行程。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的无油泵、可调频率及振幅的液压激振器的调节方法，其特征在于，包括以下操作：

调节伺服电机(9)的转速以调节液压激振器的频率；

调节阀体(10)第二出口的流量以调节液压激振器的振幅。

8.根据权利要求7所述的调节方法，其特征在于，调节伺服电机(9)的转速以调节液压激振器的频率的具体过程为：

伺服电机(9)转动，端面凸轮(1)和共轭凸轮(3)随之转动；

端面凸轮(1)和共轭凸轮(3)的凸轮面上的波峰和波谷将伺服电机(9)的转动转变为凸轮滚子(2)沿轴向的往复直线运动；

圆锥滚子固定爪(6)随凸轮滚子(2)做相同的运动，从而带动激振器活塞杆(4)在激振器活塞缸(5)内部做相同的运动；

激振器活塞缸(5)内产生的脉冲液压油经进油口进入阀体(10)，经阀体(10)上的第二出口进入液压缸缸体(19)，液压缸缸体(19)内的液压缸活塞(18)做运动；

调节伺服电机(9)的转动速度，激振器活塞杆(4)在激振器活塞缸(5)内部往复运动的频率随之变化，液压缸缸体(19)内的液压缸活塞(18)运动的频率随之变化，液压激振器的频率得到调节。

9.根据权利要求7所述的调节方法，其特征在于，调节阀体(10)第二出口的流量以调节液压激振器的振幅的具体过程为：

调节阀体(10)上第一节流阀(11)和第二节流阀(14)的开口大小，流向第一出油口和第二出油口的液压油流量随之变化；

流向第二出油口的液压油进入液压缸缸体(19)内，流量越大液压缸活塞杆(18)的位移越大，即振幅越大；

液压油退去时，在碟簧(17)的作用下液压缸活塞杆(18)复位。

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