CN112984123A - 伺服阀阀芯驱动转换结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种伺服阀阀芯驱动转换机构，包括阀体、阀套、阀芯、伺服电机，所述阀套装在阀体内，并与阀体固定连接，所述阀套内活动配合连接阀芯，阀芯能够在阀套内做轴向运动；所述阀芯中部为空心结构，所述阀芯中心具有一个带圆环的弹性轴，所述弹性轴左端和阀芯为一体，所述弹性轴的右端为悬空的圆环端，悬空的圆环端能够在阀芯内孔中作摆动；所述伺服电机安装在阀体上，所述伺服电机输出轴与弓形轴前端固定连接，所述弓形轴中端与所述弹性轴右端的圆环端中的内孔相连，后端与阀体相连。本发明具有结构紧凑、传动精度高、传动效率高，阀芯运动阻力小，动态性能高，环境适应能力强等优点。

Description

伺服阀阀芯驱动转换结构
技术领域
本发明涉及一种电液伺服阀，尤其是一种伺服阀阀芯驱动结构。
背景技术
随着伺服电机技术和电子技术高速发展，近年来伺服阀领域出现一种旋转直驱式伺服阀，该伺服阀采用伺服电机驱动，通过偏心机构将电机旋转运动转化为阀芯轴向运动，结合先进的伺服控制技术，从而实现对阀芯位移的精确控制。随着我国航空航天领域的快速发展，我国电液伺服阀控制系统的需求日益提高；旋转直驱式电液伺服与传统喷嘴挡板或射流管伺服阀相比，具有抗污能力强、结构简单、布置紧凑、环境适应性强(压力零漂、温度零漂较小)、频响高等优势，在航天、航空、工业自动化领域有着广阔的应用前景。
旋转直驱式伺服阀里面最关键、最核心的技术就是偏心转化驱动机构，该机构主要通过偏心轴机构，将电机的旋转运动转化为阀芯的轴向水平运动，从而驱动阀芯轴向往复直线运动。目前该机构采用的驱动方式主要为两种驱动滑阀的机构，一种是通过与电机相连的小球和阀芯上的柱形孔，将力矩电机的旋转运动转换为滑阀的直线运动，如图1的(a)所示，其中，1)中的小球与柱形孔间没有间隙，与专利US4672992结构相同，此时阀芯存在绕轴线转动。2)中在小球和柱形孔间留有间隙，当小球绕电机轴线转动时，阀芯仅有轴向运动；第二种是采用与电机相连的柱针和与之配合的凹槽，向阀芯传递运动和力，如图1的(b)所示。
以上两种机构，外形尺寸及重量均偏大、加工精度要求高、阀芯受力不均匀，在阀芯高速往复运动时受到的冲击较大，影响了阀芯响应速度，另外由于阀芯与驱动阀芯的小球或柱针之间的配合间隙会受到工作环境温度的影响，从而影响到阀芯运动控制的精度及零部件的使用寿命。
发明内容
本发明是要提供一种伺服阀阀芯驱动转换机构，主要由弓形轴和伺服阀阀芯组成，该弓形轴输入端与驱动电机相连，输出端与伺服阀阀芯一端的圆环连接，将电机旋转运动转换为阀芯的直线往复运动；该伺服阀阀芯驱动转换机构，具有结构紧凑、传动精度高、传动效率高，阀芯运动阻力小，动态性能高，环境适应能力强等优点，在航天、航空、工业自动化领域有着广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种伺服阀阀芯驱动转换机构，包括阀体、阀套、阀芯、伺服电机，所述阀套装在阀体内，并与阀体固定连接，所述阀套内活动配合连接阀芯，阀芯能够在阀套内做轴向运动；所述阀芯中部为空心结构，所述阀芯中心具有一个带圆环的弹性轴，所述弹性轴左端和阀芯为一体，所述弹性轴的右端为悬空的圆环端，悬空的圆环端能够在阀芯内孔中作摆动；所述伺服电机安装在阀体上，所述伺服电机输出轴与弓形轴前端固定连接，所述弓形轴中端与所述弹性轴右端的圆环端中的内孔相连，后端与阀体相连。
进一步，所述弓形轴前端与电机体之间安装有前端轴承，中端与阀芯圆环之间有中端轴承，后端与阀体之间有后端轴承。
进一步，所述弓形轴前后端同轴，在工作时绕前后端轴承轴线运动。
进一步，所述阀芯左侧端面设有三个连通阀芯内部的小孔，使阀芯两端压力相等。
进一步，当伺服电机工作时，所述伺服电机带动弓形轴进行旋转运动，弓形轴绕前后端轴承轴线转动，弓形轴中端产生偏心，推动阀芯沿阀套做往复直线运动。
本发明的有益效果是：
本发明采用一种新型伺服阀阀芯驱动转换机构，采用了全新结构的弓形轴和伺服阀阀芯，在将伺服电机旋转运动转换为阀芯直线运动的同时，使阀芯轴向运动阻力最小化。
由于阀芯内部具有弹性轴结构，在弹性轴推动阀芯做往复直线运动的同时，使阀芯受到径向力达到最小，使往复换向时受到的冲击力达到最小。由于阀芯空心结构和阀芯左侧端面3个小孔结构，使阀芯两端压力相等，整体总量轻，使阀芯运动阻力达到最小，从而可以产生更高的动态性能。
由于弓形轴前、中、后三段连接处均有轴承，使弓形轴自身受力均匀，使用寿命高，旋转运动平稳，可以适应高速旋转工况，进一步提高了阀芯的动态性能。
综上所述，本发明的伺服阀阀芯驱动转换机构，设计理念新颖，具有结构紧凑、传动精度高、传动效率高，工作平稳，工作寿命长，阀芯运动阻力小，动态性能高，环境适应能力强等优点，具有很强的创新性、实用性，在航天、航空、工业自动化领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是现有技术的两种偏心驱动转换机构示意图；
其中：(a)为小球式，(b)为柱针式；
图2是本发明的伺服阀阀芯驱动转换机构示意图；
图3是阀芯结构主剖视图；
图4是阀芯结构的俯视图；
图5是阀芯结构的右视图；
图6是阀芯结构的左视图；
图7是阀芯内部弹性轴摆动位置图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明的伺服阀阀芯驱动转换机构，由阀体1、阀套2、阀芯3、伺服电机4、前端轴承5、弓形轴6、中端轴承7、销钉8、后端轴承9组成。
阀套2装在阀体1内，阀套2和阀体1之间用销钉9固定。阀芯3装在阀套2内，可以在阀套2内做轴向运动。伺服电机4安装在阀体1上，弓形轴6前端与伺服电机输出轴相连，中端与阀芯圆环相连，后端与阀体1相连。弓形轴6前端与电机体之间安装有前端轴承5，中端与阀芯圆环之间有中端轴承7，后端与阀体之间有后端轴承9，弓形轴6前后端同轴，在工作时绕前后端轴承轴线运动，工作阻力小，旋转速度高，运动平稳。
如图3至图6所示，阀芯3中部为空心结构，在阀芯3中心有一个带圆环的弹性轴，该弹性轴左端和阀芯为一体，阀芯带圆环端(右端)悬空，可以在阀芯内孔做一定位移量的摆动,见图7。阀芯3左侧端面设计了3个连通阀芯3内部的小孔，使阀芯两端压力相等，加上该阀芯基本为空心，整体总量轻，可以让阀芯运动时阻力很小，产生更高的动态性能。
伺服电机工作，带动弓形轴进行旋转运动，弓形轴绕前后端轴承轴线转动，弓形轴中端产生偏心力，推动阀芯沿阀套做往复直线运动。由于偏心运动时，阀芯运动时在产生轴向力同时也会产生径向力，轴向力产生使阀芯轴向水平运动，径向力可能卡死阀芯，因此径向力是多余的，阀芯中心可以摆动的弹性连接轴正好消除径向作用力，减缓了阀芯换向时的冲击，确保阀芯顺畅的进行直线运动。
由于弓形轴与其他配合件之间均采用标准轴承连接，可以补偿因工作环境变化对旋转精度的影响，保证了传动精度、传动速度。同时伺服阀阀芯采用全新特殊结构，使阀芯与弓形轴之间属于柔性浮动连接，保证了阀芯在轴向运动时的阻力达到最小，从而达到更高的动态性能。

Claims (5)

1.一种伺服阀阀芯驱动转换机构，包括阀体、阀套、阀芯、伺服电机，所述阀套装在阀体内，并与阀体固定连接，所述阀套内活动配合连接阀芯，阀芯能够在阀套内做轴向运动，其特征在于：所述阀芯中部为空心结构，所述阀芯中心具有一个带圆环的弹性轴，所述弹性轴左端和阀芯为一体，所述弹性轴的右端为悬空的圆环端，悬空的圆环端能够在阀芯内孔中作摆动；所述伺服电机安装在阀体上，所述伺服电机输出轴与弓形轴前端固定连接，所述弓形轴中端与所述弹性轴右端的圆环端中的内孔相连，后端与阀体相连。
2.根据权利要求1所述的伺服阀阀芯驱动转换机构，其特征在于：所述弓形轴前端与电机体之间安装有前端轴承，中端与阀芯圆环之间有中端轴承，后端与阀体之间有后端轴承。
3.根据权利要求1所述的伺服阀阀芯驱动转换机构，其特征在于：所述弓形轴前后端同轴，在工作时绕前后端轴承轴线运动。
4.根据权利要求1所述的伺服阀阀芯驱动转换机构，其特征在于：所述阀芯左侧端面设有三个连通阀芯内部的小孔，使阀芯两端压力相等。
5.根据权利要求1所述的伺服阀阀芯驱动转换机构，其特征在于：当伺服电机工作时，所述伺服电机带动弓形轴进行旋转运动，弓形轴绕前后端轴承轴线转动，弓形轴中端产生偏心，推动阀芯沿阀套做往复直线运动。
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