CN112196760A - 一种新型电液马达 - Google Patents

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吴昊
靳金全
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Abstract

一种新型电液马达，包括电机、泵和液压马达，由电机轴输入一初始转矩，通过齿轮副的啮合传动将扭矩传至空间凸轮，活塞轴上的空间凸轮在锥滚轮的约束下，产生往复运动；通过活塞的往复运动，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。本发明的新型电液马达的工作效率将大大提高，另外一方面提升电液马达的使用寿命，具有大转矩和整体结构小的优势。

Description

一种新型电液马达
技术领域
本发明涉及一种液压马达，属于流体传动及控制领域中的液压泵及液压马达。
背景技术
液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵所提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。液压马达可分为两大类，高速液压马达和低速液压马达，高速液压马达有齿轮马达、螺杆马达、叶片马达、轴向柱塞马达等。低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达等。齿轮马达进出油口相等，泄漏油需经单独的外泄油口引出壳体外，一般齿轮马达的齿数较多，密封性差，容积效率低。叶片马达只能是双作用式的，泄漏量较大，低速工作时不稳定。螺杆马达结构较为复杂，价格相对昂贵。轴向柱塞马达输出扭矩较齿轮马达、叶片马达大，容积效率较高，但是抗污染能力比齿轮马达差、且转速不能太高。单作用连杆型径向柱塞马达外形呈五角星状(或七星状)，体积和重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。多作用内曲线径向柱塞马达采用了滚轮在道轨中运动的组合形式结构紧凑，但过渡期推动转子的转矩较小,制作工艺复杂,精度难以保证。
发明内容
为解决现阶段液压马达的发展缺陷，本发明提供一种新型电液马达结构，将实现电机、液压泵、液压马达一体化设计的动力元件。新型电液马达的工作效率将大大提高，另外一方面提升电液马达的使用寿命，具有大转矩和整体结构小的优势。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型电液马达，包括电机、泵和液压马达，由电机轴输入一初始转矩，通过齿轮副的啮合传动将扭矩传至空间凸轮，活塞轴上的空间凸轮在锥滚轮的约束下，从而产生往复运动；通过活塞的往复运动，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。
本发明的核心工作原理在于将电机、泵、液压马达一体化设计。
进一步，所述的电机由一个伺服电机或步进电机输入一高转速低扭矩的转矩；所述的泵是通过齿轮啮合在电液马达中并联两个泵功能单元；所述马达机构由左右凸轮通过花键与马达转轴连接，活塞轴上装有空间凸轮，滚子在弹簧的作用下与左右空间凸轮贴合，活塞能在缸体开有的圆槽中做往复运动，输出大扭矩。
再进一步，所述活塞与缸体结构，左右端面各自开有中心孔，在右侧开有外花键，与缸体贴合部分开设有4个槽口，其中2个槽口与上腔室相通，2个槽口与下腔室相同通过这样的设计可以实现当活塞在做复合运动时，2个槽口吸入水，2个槽口压出水。缸体上下开设回程槽，并在中间开设有与回程槽相连接的槽口，2个与上回程槽相连，2个与下回程槽相连。
本发明的工作原理如下：当电机启动时，由电机轴输入一初始转矩，通过大小齿轮副的啮合传动将扭矩进行放大，再由大齿轮上固定的传动销带动输入端凸轮进行旋转运动，输入端凸轮通过花键和螺母联接带动泵芯和输出端凸轮进行旋转运动，由于锥滚轮通过腔体和轴承是固定的，在空间凸轮在锥滚轮的约束下，活塞进行运动。通过活塞的复合运动，在腔室压强变化的作用下，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。本发明的有益效果体现在：本发明计与传统的电液马达相比，最大的创新点在于将电机、泵、液压马达一体化设计，输出扭矩大大增加，整体结构也不大，结构对称化，减少设备的噪音、振动，具有较高的效率，实现了真正意义上的“小型化”。
附图说明
图1为本发明新型电液马达的主视图。
图2为本发明新型电液马达的俯视图。
图3为本发明新型电液马达的左视图。
图4为泵芯结构的二维视图。
图5为泵套的二维视图，其中，(a)是主视图左视图，(b)是，(c)是A-A截面图。
图6为马达转轴结构的视图，其中，(a)是结构图，(b)是(a)的A-A截面图，(c)是(a)的B-B截面图，(d)的B-B截面图。
图7为骨架结构的二维视图。
图8为马达缸体的二维视图，其中，(a)是主视图，(b)是左视图。
图9为锥滚轮结构的二维视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图9，一种新型电液马达，包括电机、泵和液压马达，由电机轴输入一初始转矩，通过齿轮副的啮合传动将扭矩传至空间凸轮，活塞轴上的空间凸轮在锥滚轮的约束下，从而产生往复运动；通过活塞的往复运动，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。
由输入电机1部分通过平键27与主动齿轮轴3相连，主动齿轮轴的齿面同时与两侧从动齿轮的齿面相啮合，从动齿轮轴上打有6个通孔并带有6根传动销，这6根传动销与输入端凸轮43的槽口啮合，输入端凸轮43通过花键与活塞44外花键连接，活塞44又同时与输出端凸轮39通过花键进行连接，同时两侧端面加以螺母进行轴向固定，周向共有4个固定的锥滚轮5与凸轮33相贴合，活塞44的最左侧又是一个活塞，中间设有马达转轴31和马达缸体34，马达转轴31通过花键与两侧凸轮33连接，两侧凸轮面与缸体内8根做进给运动的活塞轴的滚子贴合。由电机轴输入一初始转矩，通过大小齿轮副的啮合传动将扭矩进行放大，再由大齿轮上固定的传动销带动输入端凸轮43进行回转运动，输入端凸轮43通过花键和螺母联接带动活塞44和输出端凸轮39进行旋转运动，由于锥滚轮5通过腔体和轴承是固定不动的，空间凸轮在锥齿轮的约束下，活塞44进行回转和进给的复合运动。通过活塞44的复合运动，在腔室压强变化的作用下，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。
整个装置的核心工作原理在于将电机、泵、液压马达一体化设计。将电机输出的扭矩通过齿轮传动传输，空间凸轮安装在活塞轴上，空间凸轮在旋转的同时会与锥滚轮(内部组合滚动轴承)相配合，这样由于空间凸轮呈马鞍形，在转动的同时受到锥滚轮的约束，从而带动活塞进行往复运动，因此与传统斜盘柱塞式水液压泵相比，在生产精度足够高的情况下大大减小了因活塞泵体存在锥角导致摩擦加大引起的磨损以及磨损过大后的泵泄露，实现了理论上的“零磨损”。
活塞44由驱动机构实现进给和回转运动，且左右泵实现同时压出和吸入水，进出的循环液体带动马达缸体内活塞的运动，再通过活塞顶部滚子与空间凸轮的接触，使得带有空间凸轮结构的左右轨道同时回转，而左右轨道通过花键的传动成功使得马达轴进行回转运动，实现传动功能。
此装置传动原理合理有效，实现了高度对称化，具有工业设计美感。
所述电机输入的转速需要通过齿轮副啮合转化为合理可调的转速再输入至活塞杆及空间凸轮构件，通过电机轴上的键连接，由电机输入动力源至中央小齿轮下方的槽口，再通过齿轮啮合的方式传输到两侧的大齿轮上，小齿轮与大齿轮的齿数分别为26和52，故传输至活塞轴的转速为电机起始输入转速的一半，扭矩则为初始转矩的2倍。大齿轮再通过其上的6根传动销与空间凸轮下方的槽口进行配合，使得大齿轮转动时，能够通过传动销带动空间凸轮及活塞进行回转运动。
所述空间凸轮通过花键与活塞轴实现周向定位，在活塞轴设有卡口，在和球螺母联合约束的情况下限制了空间凸轮的轴向定位，通过以上设计就可以实现从空间凸轮到活塞轴的同步运动。
所述液压马达缸体34及转轴31，通过配流实现泵到液压马达转轴的传动。
所述的马达机构通过左右凸轮通过花键与马达转轴连接，缸体中周向分布的柱塞组件由滚子、柱塞、弹簧及滑槽构成，滚子在弹簧的作用下与左右凸轮贴合，活塞能在缸体开有的圆槽中做进给运动。
所述的活塞44与缸体25结构，活塞44左右端面各自开有中心孔，在右侧开有外花键，与缸体贴合部分开设有4个槽口，其中2个槽口与上腔室相通，2个槽口与下腔室相同通过这样的设计可以实现当活塞在做复合运动时，2个槽口吸入水，2个槽口压出水。缸体结构上下开设回程槽，并在中间开设有与回程槽相连接的槽口，2个与上回程槽相连，2个与下回程槽相连。
所述传动齿轮组件，选用渐开线圆柱齿轮，由于需要将电机的输入扭矩放大，因此传动比应大于1，即主动齿轮应为小齿轮，从动齿轮应为大齿轮，大、小齿轮上开有通孔，用于减轻质量以及动平衡校核。
所述马达转轴31结构，其两侧设有外花键，用于与马达凸轮同步转动。马达上也开有两个回程槽，其与缸体配合部分四周开设有4个槽口，其中2个槽口与左侧回程槽相连，另2个槽口与右侧回程槽相连。
所述马达缸体34结构，马达缸体开有两个回程槽，用以流通泵的缸体压出和吸入的水，开设槽口A和槽口B用以流通马达转轴中槽口压出和吸入的水。
所述凸轮及锥滚轮40结构，凸轮通过内花键与活塞44相连，故在内径出开有内花键，输入端凸轮开设有6个传动销槽口，用以传递由传动销传递的扭矩。
所述的泵壳之间需要安装橡胶密封垫，流道连接处需要安装O型橡胶密封圈，泵壳体之间通过四个均布的内六角螺栓连接。
本说明书实施例所述内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种新型电液马达，其特征在于，包括电机、泵和液压马达，由电机轴输入一初始转矩，通过齿轮副的啮合传动将扭矩传至空间凸轮，活塞轴上的空间凸轮在锥滚轮的约束下，产生往复运动；通过活塞的往复运动，实现了水的吸入和压出，其压口对应液压马达吸口，液压泵吸口对应液压马达出口，从而实现泵和液压马达间的闭式回路，高压流体推动马达缸体内活塞运动，进而驱动两端面凸轮转动，将压力能转换成旋转机械能，再由凸轮上花键使得马达轴转动。
2.如权利要求1所述的一种新型电液马达，其特征在于，所述的电机由一个伺服电机或步进电机输入一高转速低扭矩的转矩；所述的泵是通过齿轮啮合在电液马达中并联两个泵功能单元；所述马达机构由上下凸轮通过花键与马达转轴连接，活塞轴上装有空间凸轮，滚子在弹簧的作用下与左右空间凸轮贴合，活塞能在缸体开有的圆槽中做往复运动，输出大扭矩。
3.如权利要求1或2所述的一种新型电液马达，其特征在于，所述活塞与缸体结构，左右端面各自开有中心孔，在右侧开有外花键，与缸体贴合部分开设有4个槽口，其中2个槽口与上腔室相通，2个槽口与下腔室相同通过这样的设计可以实现当活塞在做复合运动时，2个槽口吸入水，2个槽口压出水，缸体开设回程槽，并在中间开设有与回程槽相连接的槽口，2个与上回程槽相连，2个与下回程槽相连。
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