CN113819108B - 一种数字螺旋摆动流体缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字螺旋摆动流体缸包括：缸筒，前端盖、数字阀阀体、输出螺杆、空心螺杆、缸体螺母、定位套筒、联轴套筒、连接套筒、伺服电机及四边滑阀。所述缸筒右端与前端盖通过螺栓相固连，左端与数字阀阀体通过螺栓相固连，前端盖与缸筒静密封配合，数字阀阀体与缸筒静密封配合。所述数字阀阀体通过连接套筒与伺服电机相固连。所述空心螺杆与缸筒同轴安装在一起并动密封配合。本发明的一种数字螺旋摆动流体缸，采用纯机械反馈，它体积小、重量轻、扭矩大、无内泄、结构紧凑、可对速度和位置进行精确控制，抗污染和抗干扰能力强且可实现传动机构在两个方向上的摆动。

Description

一种数字螺旋摆动流体缸

技术领域

本发明属于数字流体缸技术领域，特别是涉及一种数字螺旋摆动流体缸。

背景技术

流体缸是一种将流体（气体或液体）的压力能转换为机械能从而实现直线往复运动的终端执行元件。传统的流体缸通常可以实现位置控制、速度控制和方向控制，但必须与流体控制阀（压力阀、流量阀、伺服阀、方向阀等）相连接才能实现。其缺点也是显而易见的：价格昂贵、系统结构复杂、使用与维护不便捷、对操作人员有着较高的技术要求，并且无法实现数字计算机控制。

数字液压缸也称为电液步进液压缸和数控脉冲液压缸。它是一种通过将步进电机（或者伺服电机）与机液伺服阀、液压缸、滚珠丝杠和反馈控制机构有机结合起来，集能量转换功能和控制功能于一体的直线液压执行元件，真正实现了机、电、液的完美结合，面向用户端，体现的是电机的使用特性，即易于使用、调试、维护及实现数字化控制，而面向负载端，体现的完全是液压传动的输出特性，即体积小、重量轻、出力大、刚度大及精度高，在中低频率范围内，无论从实用功能上还是控制性能上，都远远好于传统的液压缸，目前已在工程机械、矿山机械、冶金机械及大型并联机器人等领域取得了成功的应用。

摆动缸分齿轮齿条式、叶片式、螺旋式三种。齿轮齿条式摆动缸采用齿条带动齿轮旋转，这种结构使齿轮轴上承受的弯矩较大，使齿轮轴的损耗增大，而且当需要较大摆动角度时，齿条还需加长，这就使其外形尺寸较大，使用场合就会受到限制；叶片式摆动缸式通过液压油推动缸体中的叶片转动，从而带动输出轴实现往复摆动，但由于叶片是长条形，而缸体内壁是圆形，受加工精度的影响，泄漏量会较大，为了减少泄漏量，叶片式摆动缸只能在低压下工作，从而使输出轴的输出转矩减小；螺旋摆动缸采用大导程的螺旋进行传动，液压油推动活塞进行往复运动时，螺旋副带动输出轴实现往复摆动，螺旋摆动缸有以下特点：与齿轮齿条式相比，结构紧凑，齿啮合面积大，径向力平衡，所以可驱动的负载的转矩也大得多；与普通液压缸相比，螺旋摆动缸没有进出缸体的活塞杆，外形尺寸较小，且抗污染能力强，油封和密封圈也不会被污染颗粒或活塞杆的损伤所破坏。由于螺旋摆动缸结构与普通液压缸类似，两腔可以完全密封，因此，即使有负载，仍可以长时间停留在一个固定位置。由于摩擦副都浸泡在液压油中，润滑条件良好，工作寿命长，螺旋摆动缸目前广泛应用在高扭矩有限摆动的场合，如：港口机械、工程机械、建筑机械、特种机器人、船舶配载及设备、海底勘探装置及近海平台、井下工作、食品工业、制药工业和石油化工等领域。

如果要对螺旋摆动缸进行速度和位置的精确控制， 可以在闭环回路中加入控制器（一般由数字计算机实现），由位移传感器检测位移量，将输出模拟信号经调理和模数（AD）转换后，传进数字计算机中，再与给定信号进行比较后生成偏差信号，再经闭环控制器（如PID控制算法）生成控制决策信号，再经数模（DA）转换、功率放大、信号调理，控制电液比例阀的比例电磁铁，最终驱动比例阀阀芯动作，从而实现对调高缸速度和位置的精确控制。但由于这种方式必须要采用模拟电路进行信号的传递，经模数（AD）和数模（DA）转换与控制计算机进行信息和数据交互，这种闭环反馈的模拟-数字混合电气系统，不但抗干扰能力极差，而且初始开发和维修成本较高，电液比例控制成本相对较低，但也并不便宜；此外，电液伺服系统对油液的污染控制要求极严格，电液比例系统抗污能力稍强，但也极易因为煤泥污染油液而导致比例阀卡死。

发明内容

针对现有技术存在的问题，现提供一种可以对速度和位置进行精确控制的数字螺旋摆动流体缸。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种数字螺旋摆动流体缸，包括缸筒、前端盖、输出螺杆、空心螺杆、数字阀阀体、四边滑阀和伺服电机（电机也可采用步进电机）。所述缸筒的一端与前端盖通过螺栓相固连，另一端与数字阀阀体通过螺栓相固连，在前端盖的中心开有输出螺杆穿装孔；所述输出螺杆与缸筒同轴安装在一起，并由角接触球轴承限制其轴向和径向的位移，使其只能旋转，输出螺杆的螺纹端位于缸筒内部，与空心螺杆内螺纹形成一对工作螺纹副称为第一螺旋副。所述空心螺杆的外螺纹与缸筒内螺纹形成一对工作螺纹副称为第二螺旋副，空心螺杆一端与前端盖之间构成的腔为E腔，空心螺杆的另一端端与数字阀阀体之间构的腔为D腔，空心螺杆的中心开有输出螺杆穿装孔；所述数字阀阀体内开设四边滑阀安装孔，四边滑阀套装在阀块的安装孔内，四边滑阀阀芯套装在阀套内部，滑阀阀芯一端通过联轴器与电机的电机轴同轴连接在一起，阀芯可随电机轴同步转动，并相对于电机轴可发生轴向位移，阀芯与伺服电机输出轴转动角度保持一致，滑阀阀芯另一端与输出螺杆通过螺纹相连；所述伺服电机通过电机转接架固定连接在数字阀阀体上。

在所述数字阀阀体上分别开设有高压进油口P、回油口T，与液压缸E腔相连的油路为第二油路，第二油路通过环形槽d与四边滑阀的B腔相连通。与液压缸D腔相连的油路为第一油路，第一油路通过环形槽b与四边滑阀的A腔相连通。阀芯右端与数字阀阀体和联轴器所形成的腔为C腔，与C腔相连通的油路为第三油路，第三油路为泄漏油路。第三油路与第四油路和第五油路相连通，第四油路和环形槽a相连通，第五油路环形槽e相连通。第四油路、第五油路与泄漏油路相互连通并连接回油口T。所述四边滑阀分为阀芯和阀套两部分，阀芯和阀套组成4个可变节流口。所述四边滑阀端部两个节流口为出油节流口，中间两节流口为进油节流口。所述四边滑阀两端部出油节流口分别与环形槽a和环形槽e相连通。所述四边滑阀的两个进油节流口与环形槽c相连通。所述四边滑阀阀套上开设四个密封沟槽并安装密封圈使得5个环形槽分别隔开，防止高低压油液相互连通。

所述四边滑阀可以采用全周开口形式或非全周开口形式；当所述四边滑阀采用全周开口形式时，所述阀块与滑阀阀芯之间采用直接配合形式或采用阀套进行间接配合；当所述伺服阀采用非全周开口形式时，所述阀块与滑阀阀芯之间只能利用轴套进行间接配合。

当所述阀体与滑阀阀芯之间利用轴套间接配合时，阀套与阀体之间为间隙密封配合，阀套相对于阀块不可移动，阀套安装在阀体和滑阀阀芯之间，阀套与滑阀阀芯之间为间隙密封配合，滑阀阀芯相对于阀套可以轴向移动。

当所述四边滑阀采用非全周开口形式时，滑阀的四个可变节流口分为两组，两组可变节流口分别用于控制数字螺旋摆动流体缸的油液进出，由于螺旋摆动缸空心螺杆两端作用面积相等，所以只能采用非全周开口对称四边滑阀。

所述非全周开口对称四边滑阀，可以采用两种结构；采用第一种结构形式时，在所述阀套上开设有两组相同的窗口，窗口的形状为圆形或矩形；当采用第二种结构时，在所述滑阀阀芯的台肩上开设两组相同的凹槽，凹槽的形状为半圆形、矩形或U形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：体积小、重量轻、扭矩大、无内泄、结构紧凑、可实现对速度和位置的精确控制。

附图说明

图1是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的主视图；

图2是图1中Ⅰ的局部放大图；

图3是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的俯视图；

图4是图3中Ⅱ的局部放大图；

图5是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例一非全周对称四边滑阀的示意图；

图6是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例二非全周对称四边滑阀的示意图；

图7是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例三非全周对称四边滑阀的示意图；

图8 是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例四非全周对称四边滑阀的示意图；

图9是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例五滑阀电机折叠式数字螺旋摆动流体缸的主视图；

图10是图9中Ⅰ的局部放大图；

图11是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例六阀芯内置式数字螺旋摆动流体缸的主视图；

图12是本发明的一种数字螺旋摆动流体缸的实施例六阀芯内置式数字螺旋摆动流体缸的俯视图；

图13是图11中Ⅰ的局部放大图；

图1～13中，1-伺服电机，2-连接套筒，3-联轴套筒，4-端塞，5-阀套，6-阀芯，7-数字阀阀体，8-输出螺杆，9-缸体螺母，10-定位套筒，11-前端盖，12-缸筒，13-空心螺杆，

14-第二螺旋副，15-第一螺旋副，16-泄漏油路，17-第二油路，18-回油口T， 19-环形槽a，20-环形槽b，21-环形槽c，22-环形槽d，23-环形槽e，24-四边滑阀A腔，25-四边滑阀B腔，26-C腔，27-第三油路（泄漏油路），28-第五油路，29-第四油路 ，30-第一油路，31-进油口P，32-反馈螺母33-皮带，34-皮带轮，35-锁紧螺母，36-外端盖，37-缸底盖，38-密封盖，39-缸端盖，40-轴承盖，41-联轴器，42-回油油路，43-进油环形槽，44-回油环形槽，45-进油油路。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性特指（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿势发生改变时，则该方向性指示也相对应地随之改变。

实施例一

如图1～5所示，一种数字螺旋摆动流体缸包括：缸筒 12、前端盖11、数字阀阀体7、输出螺杆8、空心螺杆13、缸体螺母9、定位套筒10、联轴套筒3、连接套筒2、伺服电机1及四边滑阀。所述缸筒12右端与前端盖11通过螺栓相固连，左端与数字阀阀体7通过螺栓相固连，前端盖11与缸筒12静密封配合，数字阀阀体7与缸筒12静密封配合。所述数字阀阀体7通过连接套筒2与伺服电机1相固连。所述空心螺杆13与缸筒12同轴安装在一起并动密封配合，空心螺杆13外螺纹与缸体螺母9互相啮合构成第二螺旋副14，空心螺杆13内螺纹与输出螺杆8螺纹互相啮合构成第一螺旋副15。所述输出螺杆8通过前端盖11中心开的穿装孔与缸筒12同轴安装在一起，输出螺杆8左端与滑阀阀芯6通过螺纹相连接。

所述数字阀阀体7上与液压缸E腔相连通的油路为第二油路17， 第二油路17与环形槽d 22相连通，环形槽d 22与四边滑阀B腔25相连通。与C腔26相连的油路为第三油路（泄漏油路）27，与环形槽e 23相连的油路为第五油路28，与环形槽a 19相连的油路为第四油路29。所述第三油路27，第四油路29，第五油路28互相连通并接出油口T 18。所述数字阀阀体7上与液压缸D腔相连通的油路为第一油路30，第一油路30与环形槽b 20相连通，环形槽b 20与四边滑阀A腔24相连通，环形槽c 21与进油口P 31相连。所述四边滑阀分为四边滑阀阀芯6和阀套5两部分，阀芯6和阀套5组成4个可变节流口。所述四边滑阀中间部分有两个节流口为进油节流口，四边滑阀两端部分各有一个节流口，为出油节流口。所述四边滑阀阀b套5上的两端出油节流口分别与环形槽a 19,环形槽e 23相连通，所述四边滑阀的进油节流口与环形槽c 21相连通。所述四边滑阀阀芯6上套装阀套，阀套5套装在数字阀阀体7内部，阀套5与阀芯6间隙密封配合，阀套5由端塞4固定在数字阀阀体内，在轴向上不发生移动，四边滑阀阀芯6可以在阀套5内来回轴向移动，改变节流口的开口量大小，进而使节流口打开或关闭。

所述四边滑阀的4个可变节流口分成两组，每组两个，分别控制液压缸D腔和E腔的进出流量。由于摆动缸空心螺杆两端作用面积相等，所以只能采用非全周开口对称四边滑阀。所述非全周开口对称四边滑阀，可以采用两种结构；采用第一种结构形式时，在所述阀套5上开设有两组相同的窗口，窗口的形状为圆形或矩形；当采用第二种结构时，在所述滑阀阀芯6的台肩上开设两组相同的凹槽，凹槽的形状为半圆形、矩形或U形。在此实施例一中，采用在阀套上开矩形窗口或者U形窗口的非全周开口对称四边滑阀。

下面结合附图说明本发明的一次动作过程：

本发明是一种数字螺旋摆动流体缸，当滑阀阀芯6处于中位时，输出螺杆8和空心螺杆13处于静止状态。对伺服电机1输入一个电信号，伺服电机1电机轴旋转一定角度，通过联轴套筒3带动滑阀阀芯6也转动一定角度，由于滑阀阀芯6右端与输出螺杆8之间用螺纹相连，当滑阀阀芯6转动一定角度时，在螺纹副的作用下，滑阀阀芯6发生轴向移动。假设阀芯6向右移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油口31流进滑阀进油节流口，进入四边滑阀A腔24。油液进入四边滑阀A腔24后，通过环形槽b 20 进入第一油路30，再由第一油路30流入液压缸D腔。当高压油进入液压缸D腔时，由于空心螺杆13的外螺纹与缸筒12内螺纹形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向右轴向移动。此时液压缸E腔的油液沿着与其相连的第二油路17流入四边滑阀B腔25，随后通过出油节流口流入第五油路28后经回油口T18排出。由于空心螺杆13发生旋转并向右轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副14的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转，在输出螺杆8与滑阀阀芯6右端螺纹的作用下，滑阀阀芯6旋转并向左轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转右移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

假设阀芯6向左移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油口P 31流进滑阀进油节流口，进入四边滑阀B腔25。油液进入四边滑阀B腔25后，通过环形槽d 22进入第二油路17，再由第二油路17进入液压缸E腔。当高压油进入液压缸E腔时，由于于空心螺杆13的外螺纹与缸体螺母9形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向左轴向移动。此时液压缸D腔的油液沿着与其相连的第一油路30流入四边滑阀A腔24，随后通过环形槽a 19流入第四油路29后经出油口18排出。由于空心螺杆13发生旋转并向左轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副14的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转，在输出螺杆8与滑阀阀芯6右端螺纹的作用下，滑阀阀芯6旋转并向右轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转左移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

实施例二

结合图6将实施例一中的四边滑阀替换为在阀套上开圆形窗口的非全周对称四边滑阀，即在阀套5上开四个相同大小的圆形窗口。

实施例三

结合图7将实施例一中的四边滑阀替换为在阀芯6的台肩上开大小相等的半圆形槽。当四边滑阀处于中位时，阀芯6的台肩与阀套5上的开口封闭。当阀芯6移动时，阀芯6台肩上半圆形槽与阀套5开口连通形成节流口。

实施例四

结合图8将实施例一中的四边滑阀替换为在阀芯6的台肩上开大小相等的矩形槽或者U形槽。当四边滑阀处于中位时，阀芯6的台肩与阀套5上的开口封闭。当阀芯6移动时，阀芯6台肩上矩形槽或者U形槽与阀套5开口连通形成节流口。

由于本发明所应用的环境往往轴向空间尺寸严格受限，所以本发明也可采用将滑阀和电机与缸体折叠的方式或者阀芯内置的方式设计，下面将针对这两种方式给出实施例与具体动作方式。

实施例五

如图9～10所示，折叠式数字螺旋摆动流体缸包括：缸端盖39、缸筒12，缸底盖37，数字阀阀体7，伺服电机1，输出螺杆8，空心螺杆13，缸体螺母9，密封盖38，外端盖36，定位套筒10，四边滑阀及传动机构。所述缸筒12一端与缸端盖39通过螺栓相固连，另一端与缸底盖37通过螺栓相固连，缸端盖39与缸筒12静密封配合，缸底盖37与缸筒12静密封配合，数字阀阀体7与缸筒12之间通过螺栓相固连。所述数字阀阀体7通过连接套筒2与伺服电机1相固连。所述空心螺杆13与缸筒12同轴安装在一起并动密封配合，空心螺杆23外螺纹与缸体螺母9互相啮合构成第二螺旋副14，空心螺杆13内螺纹与输出螺杆8螺纹互相啮合构成第一螺旋副15。

所述输出螺杆8通过缸底盖37中心开的穿装孔与缸筒12同轴安装在一起，并由密封盖38、深沟球轴承、轴套、皮带轮34和锁紧螺母35进行轴向卡紧，使其只能发生转动，不产生轴向位移。所述输出螺杆8与密封盖38动密封配合，输出螺杆8左端与传动机构相连接。所述传动机构放置在缸底盖37和外端盖36之间，传动机构可以采用齿轮传动和皮带传动两种方式，在本发明中以皮带传动为例进行说明。所述输出螺杆8左端与皮带轮34相连接。所述皮带轮34通过两个锁紧螺母35与轴套进行轴向固定，使皮带轮34不发生轴向移动。所述输出螺杆8通过皮带传动可以带动与皮带轮34和反馈螺母32进行转动。所述反馈螺母32与四边滑阀阀芯6通过螺纹相连，当反馈螺母32在皮带轮的驱动下发生转动时，滑阀阀芯6在螺纹副的作用下可以发生转动和轴向移动。所述四边滑阀阀芯6上套装阀套，阀套5套装在数字阀阀体7内部，阀套5与阀芯6间隙密封配合，阀套5由端塞4轴向固定在数字阀阀体内，在轴向上不发生移动。所述四边滑阀阀芯6可以在阀套5内来回轴向移动，改变节流口的开口量大小，进而使节流口打开或关闭。

所述数字阀阀体7上与液压缸D腔相连通的油路为第一油路30， 第一油路30与环形槽b 20相连通，环形槽b 20与四边滑阀B腔25相连通。与C腔26相连的油路为第五油路（泄漏油路）28，与环形槽a 19相连的油路为第四油路29，与环形槽e 23相连的油路为第三油路27。所述第三油路27，第四油路29，第五油路28互相连通并接回油口T 。所述数字阀阀体7上与液压缸E腔相连通的油路为第二油路17，第二油路17与环形槽d 22相连通，环形槽d 22与四边滑阀A腔24相连通，环形槽c 21与进油口P 相连。所述四边滑阀分为四边滑阀阀芯6和阀套5两部分，阀芯6和阀套5组成4个可变节流口。所述四边滑阀中间部分有两个节流口为进油节流口，四边滑阀两端部分各有一个节流口，为出油节流口。所述四边滑阀阀套5上的两端出油节流口分别与环形槽a 19,环形槽e 23相连通，所述四边滑阀的进油节流口与环形槽c 21相连通。

下面结合附图说明本实施例的一次动作过程：

本实施例是一种阀芯电机折叠式数字螺旋摆动流体缸，当滑阀阀芯6处于中位时，输出螺杆8和空心螺13杆处于静止状态。对伺服电机1输入一个电信号，伺服电机1电机轴旋转一定角度，通过联轴套筒3带动滑阀阀芯6也转动一定角度，由于滑阀阀芯6左端与反馈螺母32之间用螺纹相连，当滑阀阀芯6转动一定角度时，在螺纹副的作用下，滑阀阀芯6发生轴向移动。

假设阀芯6向右移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油口P流进滑阀进油节流口，进入四边滑阀B腔25。油液进入四边滑阀B腔25后，通过环形槽b20 进入第一油路30，再由第一油路30流入液压缸D腔。当高压油进入液压缸D腔时，由于空心螺杆13的外螺纹与缸筒12内螺纹形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向右轴向移动。此时液压缸E腔的油液沿着与其相连的第二油路17流入四边滑阀A腔24，随后通过出油节流口流入第三油路27后经出油口T排出。由于空心螺杆13发生旋转并向右轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副15的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转进而带动与输出螺杆8左端相连的皮带轮34旋转，通过皮带33的传动，反馈螺母32旋转，与反馈螺母32相连的滑阀阀芯6在螺纹副的作用下旋转并向左轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转右移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

假设阀芯6向左移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油口P流进滑阀进油节流口，进入四边滑阀A腔24。油液进入四边滑阀A腔24后，通过环形槽d22 进入第二油路17，再由第二油路17流入液压缸E腔。当高压油进入液压缸E腔时，由于空心螺杆13的外螺纹与缸筒12内螺纹形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向左轴向移动。此时液压缸D腔的油液沿着与其相连的第一油路30流入四边滑阀B腔25，随后通过出油节流口流入第四油路29后经出油口T排出。由于空心螺杆13发生旋转并向左轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副15的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转进而带动与输出螺杆8左端相连的皮带轮34旋转，通过皮带33的传动，反馈螺母32旋转，与反馈螺母32相连的滑阀阀芯6在螺纹副的作用下旋转并向右轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转左移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

实施例六

如图11～13所示，阀芯内置式数字螺旋摆动流体缸包括：缸端盖39、缸筒12，缸底盖37，伺服电机1，输出螺杆8，空心螺杆13，缸体螺母9，轴承盖40，外端盖36，定位套筒10，联轴器41，四边滑阀及传动机构。所述缸筒12一端与缸端盖39通过螺栓相固连，另一端与缸底盖37通过螺栓相固连，缸端盖39与缸筒12静密封配合，缸底盖37与缸筒12静密封配合。所述伺服电机1通过连接套筒2与缸底盖37用螺栓相固连，缸底盖37中心开有输出螺杆穿装孔。所述空心螺杆13与缸筒12同轴安装在一起并动密封配合，空心螺杆13外螺纹与缸体螺母9互相啮合构成第二螺旋副14，空心螺杆13内螺纹与输出螺杆8螺纹互相啮合构成第一螺旋副15，空心螺杆13左端开有输出螺杆穿装孔。所述输出螺杆8与空心螺杆13动密封配合，输出螺杆8左端开有滑阀安装孔，安装孔内装有阀芯6，阀套5。所述阀套5由端塞4轴向卡进在输出螺杆8的安装孔内，在轴向上不发生移动。所述端塞4与输出螺杆8通过螺栓相固连。所述阀芯6上套装阀套，阀套5与阀芯6间隙密封配合，滑阀阀芯6右端与输出螺杆8的安装孔内的螺纹相连，左端与联轴器41通过键连接，当联轴器41在传动机构的驱动下转动时，滑阀阀芯6在螺纹副的作用下可以在阀套5内来回轴向移动，改变节流口的开口量大小，进而使节流口打开或关闭。所述传动机构放置在缸底盖37和外端盖36之间，传动机构可以采用齿轮传动或者皮带传动，在本发明中以皮带传动为例进行说明。所述联轴器41左端与皮带轮34相连接，皮带轮34通过两个锁紧螺母35与轴套进行轴向固定，使皮带轮34不发生轴向移动。所述联轴器41通过皮带33传动可以带动与皮带轮34相连的联轴器41进行转动，进而带动阀芯6转动，并使阀芯6在螺纹副的作用下发生轴向移动。

与所述缸底盖37上的进油环形槽43相连的油路为进油油路45，与回油环形槽44相连的为回油油路42。所述输出螺杆8上与与液压缸D腔相连通的油路为第一油路30， 第一油路30与环形槽b 20相连通，环形槽b 20与四边滑阀A腔24相连通。与所述C腔26相连的油路为第三油路（泄漏油路）27，与环形槽a 19相连的油路为第五油路28，与环形槽e 23相连的油路为第四油路29。所述第三油路27，第四油路29，第五油路28互相连通并接回油油路42。所述输出螺杆8上与液压缸E腔相连通的油路为第二油路17，第二油路17与环形槽d 22相连通，环形槽d 22与四边滑阀B腔25相连通，环形槽c 21与进油油路45 相连。所述四边滑阀分为四边滑阀阀芯6和阀套5两部分，阀芯6和阀套5组成4个可变节流口。所述四边滑阀中间部分有两个节流口为进油节流口，四边滑阀两端部分各有一个节流口，为出油节流口。所述四边滑阀阀套5上的两端出油节流口分别与环形槽a 19,环形槽e 23相连通，所述四边滑阀的进油节流口与环形槽c 21相连通。

下面结合附图说明本实施例的一次动作过程：

本实施例是一种阀芯内置式数字螺旋摆动流体缸，当滑阀阀芯6处于中位时，输出螺杆8和空心螺杆13杆处于静止状态。对伺服电机1输入一个电信号，伺服电机1电机轴旋转一定角度，通过联轴套筒3带动传动轴也转动一定角度，并通过传动机构传送给联轴器41使阀芯6也转动一定角度。由于滑阀阀芯6右端与输出螺杆8之间用螺纹相连，当滑阀阀芯6转动一定角度时，在螺纹副的作用下，滑阀阀芯6发生轴向移动。

假设阀芯6向右移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油油路45流进进油环形槽43后流入进油节流口，进入四边滑阀A腔24。油液进入四边滑阀A腔24后，通过环形槽b 20进入第一油路30，再由第一油路30流入液压缸D腔。当高压油进入液压缸D腔时，由于空心螺杆13的外螺纹与缸筒12内螺纹形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向右轴向移动。此时液压缸E腔的油液沿着与其相连的第二油路17流入四边滑阀B腔25，随后通过出油节流口流入第四油路29后经回油油路42排出。由于空心螺杆13发生旋转并向右轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副15的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转进而带动滑阀阀芯6转动，滑阀阀芯6与输出螺杆8转动角度相同。所述滑阀阀芯6在螺纹副的作用下向左轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转右移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

假设阀芯6向左移动，阀芯6与阀套5之间产生轴向位移，节流口打开，油液从进油油路45流进回油环形槽44后流入进油节流口，进入四边滑阀B腔25。油液进入四边滑阀B腔25后，通过环形槽d 22进入第二油路17，再由第二油路17流入液压缸E腔。当高压油进入液压缸E腔时，由于空心螺杆13的外螺纹与缸筒12内螺纹形成的第二螺旋副14的作用下，空心螺杆13旋转并向左轴向移动。此时液压缸D腔的油液沿着与其相连的第一油路30流入四边滑阀A腔24，随后通过环形槽a 19流入回油油路42后排出。由于空心螺杆13发生旋转并向左轴向移动，此时在输出螺杆8与空心螺杆13内螺纹所形成的第一螺旋副15的作用下，空心螺杆13驱动输出螺杆8旋转进而带动滑阀阀芯6转动，滑阀阀芯6与输出螺杆8转动角度相同。所述滑阀阀芯6在螺纹副的作用下向右轴向移动，从而使滑阀开口关闭，空心螺杆13停止运动，一个动作过程结束。当对电机持续输入信号时，可以实现空心螺杆13的持续旋转左移且空心螺杆13的轴向位移大小和摆动角度大小都会有保证。

Claims (8)

1.一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，包括缸筒、前端盖、输出螺杆、空心螺杆、数字阀阀体、四边滑阀、伺服电机；所述缸筒的两个筒口分别由前端盖和数字阀阀体通过螺栓固连，在前端盖的中心开有输出螺杆穿装孔；所述输出螺杆与缸筒同轴安装在一起，并由角接触球轴承限制其轴向和径向的位移，使其只能旋转，输出螺杆的螺纹端位于缸筒内部；所述的输出螺杆的螺纹端位于缸筒内部，与空心螺杆内螺纹形成一对工作螺纹副称为第一螺旋副；所述空心螺杆的外螺纹与缸筒内螺纹形成一对工作螺纹副称为第二螺旋副，空心螺杆的活塞端与前端盖之间构成的腔为E腔，空心螺杆的活塞端与数字阀阀体之间构的腔为D

腔，空心螺杆的中心开有输出螺杆穿装孔；所述的四边滑阀穿装在阀块的安装孔内，分为阀套和阀芯两部分，滑阀阀芯一端通过联轴器与伺服电机的输出轴同轴连接在一起，并保留轴向自由度，阀芯与伺服电机输出轴保持转动角度一致，滑阀阀芯另一端与输出螺杆的反馈螺纹副相连；所述伺服电机通过电机转接架固定连接在数字阀阀体上；在所述数字阀阀体上分别开设有高压进油口P、回油口T，与液压缸D腔相连的油路为第一油路，第一油路通过环形槽b与四边滑阀的A腔相连通；与液压缸E腔相连的油路为第二油路，第二油路通过环形槽d与四边滑阀的B腔相连通；阀芯右端与阀体和联轴器所形成的腔为C腔，与C腔相连通的油路为第三油路，第三油路为泄漏油路；与环形槽a相连的油路为第四油路，与环形槽e相连的油路为第五油路，第四油路、第五油路与泄漏油路相互连通并连接出油口T。

2.根据权利要求1所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，所述四边滑阀分为阀芯和阀套两部分，阀芯和阀套组成4个可变节流口；所述四边滑阀端部两个节流口为出油节流口，中间两节流口为进油节流口；所述四边滑阀两端部出油节流口分别与环形槽a和环形槽e相连通；所述四边滑阀的两个进油节流口与环形槽c相连通；所述四边滑阀阀套上开设四个密封沟槽并安装密封圈使得5个环形槽分别隔开，防止高低压油液相互连通。

3.根据权利要求2所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，所述四边滑阀可以采用全周开口形式或非全周开口形式；当所述四边滑阀采用全周开口形式时，所述阀块与滑阀阀芯之间采用直接配合形式或采用阀套进行间接配合；阀套与阀块之间为间隙密封配合，阀套相对于阀块不可移动，阀套安装在阀块和滑阀阀芯之间，阀套与滑阀阀芯之间为间隙密封配合，滑阀阀芯相对于阀套可以轴向移动，滑阀的四个可变节流口分为两组，两组可变节流口分别用于控制数字螺旋摆动流体缸的油液进出，由于摆动缸空心螺杆两端作用面积相等，所以只能采用非全周开口对称四边滑阀。

4.根据权利要求3所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，所述非全周开口对称四边滑阀，有两种结构；采用第一种结构形式时，在所述阀套上开设有两组相同的窗口，窗口的形状为圆形或矩形；当采用第二种结构时，在所述滑阀阀芯的台肩上开设两组相同的凹槽，凹槽的形状为半圆形、矩形或U形。

5.根据权利要求1所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，当数字螺旋摆动流体缸的轴向安装空间受限时，可将四边滑阀及伺服电机折叠布置在缸筒外侧或把四边滑阀内置在输出螺杆内部。

6.根据权利要求5所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，包括缸端盖，缸筒，缸底盖，数字阀阀体，伺服电机，输出螺杆，空心螺杆，缸体螺母，密封盖，外缸盖，套筒，四边滑阀及传动机构；所述缸筒一端与缸端盖通过螺栓相固连，另一端与缸底盖通过螺栓相固连，缸端盖与缸筒静密封配合，缸底盖与缸筒静密封配合，数字阀阀体与缸筒之间通过螺栓相固连；所述数字阀阀体通过连接套筒与伺服电机相固连，所述空心螺杆与缸筒同轴安装在一起并动密封配合。

7.根据权利要求6所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，所述空心螺杆外螺纹与缸体螺母互相啮合构成第一螺旋副，空心螺杆内螺纹与输出螺杆螺纹互相啮合构成第二螺旋副；所述输出螺杆通过缸底盖中心开的穿装孔与缸筒同轴安装在一起并由密封盖密封，使输出螺杆与缸底盖动密封配合，输出螺杆左端与传动机构相连接；所述传动机构放置在缸底盖和外缸盖之间，传动机构可以采用齿轮传动或者皮带传动，以皮带传动为例进行说明；输出螺杆左端与皮带轮相连接，皮带轮通过两个锁紧螺母与轴套进行轴向固定，使皮带轮不发生轴向移动；所述输出螺杆通过皮带传动可以带动与皮带轮相连的反馈螺母进行转动；所述反馈螺母与四边滑阀阀芯通过螺纹相连，当反馈螺母在皮带轮的驱动下发生转动时，滑阀阀芯在螺纹的作用下可以发生转动和轴向移动；所述四边滑阀阀芯上套装阀套，阀套套装在数字阀阀体内部，阀套与阀芯间隙密封配合，阀套由端塞固定在数字阀阀体内，在轴向上不发生移动，四边滑阀阀芯可以在阀套内来回轴向移动，改变节流口的开口量大小，进而使节流口打开或关闭。

8.根据权利要求5所述的一种数字螺旋摆动流体缸，其特征在于，包括缸端盖，缸筒，缸底盖，伺服电机，输出螺杆，空心螺杆，缸体螺母，轴承盖，外端盖，套筒，联轴器，四边滑阀及传动机构；所述缸筒一端与缸端盖通过螺栓相固连，另一端与缸底盖通过螺栓相固连，缸端盖与缸筒静密封配合，缸底盖与缸筒静密封配合，所述伺服电机通过连接套筒与缸底盖用螺栓相固连，缸底盖中心开有输出螺杆穿装孔；所述空心螺杆与缸筒同轴安装在一起并动密封配合；所述空心螺杆外螺纹与缸体螺母互相啮合构成第一螺旋副，空心螺杆内螺纹与输出螺杆螺纹互相啮合构成第二螺旋副，空心螺杆左端开有输出螺杆穿装孔；所述输出螺杆与空心螺杆动密封配合，输出螺杆左端开有滑阀安装孔，安装孔内装有阀芯，阀套；阀套由端塞固定在输出螺杆的安装孔内，在轴向上不发生移动，阀芯上套装阀套，阀套与阀芯间隙密封配合，滑阀阀芯右端与输出螺杆的安装孔内的螺纹相连，左端与联轴器通过键相连，当联轴器在传动机构的驱动下转动时，滑阀阀芯在螺纹的作用下可以在阀套内来回轴向移动，改变节流口的开口量大小，进而使节流口打开或关闭；所述传动机构放置在缸底盖和外端盖之间，传动机构可以采用齿轮传动或者皮带传动；联轴器左端与皮带轮相连接；皮带轮通过两个锁紧螺母与轴套进行轴向固定，使皮带轮不发生轴向移动；所述联轴器通过皮带传动可以带动与皮带轮相连的联轴器进行转动，进而带动阀芯转动，并使阀芯在螺纹的作用下发生轴向移动。

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