CN1215265C - 弯轴式液压装置的用于伺服活塞驱动的球窝接头 - Google Patents

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Abstract

一种弯轴式液压装置，用于伺服活塞驱动的特殊的球窝接头包括，在第一个末端有一基本为球形的外表面，在第二个末端为一细长的致动器杆；还包括一摆动座。一承窝放置在摆动座和致动器杆上的球形表面间。当液压压力加在伺服活塞上时，致动器杆以作用在至少两个平面上的力，使摆动座转动。两个伺服活塞和两个球窝接头加在摆动座上，可使摆动座从其中间位置转动大于+45°或-45°。致动器杆的第一个末端上的外表面和承窝必须匹配，形成约360°的运动自由度。

Description

弯轴式液压装置的用于伺服活塞驱动的球窝接头
技术领域
本申请要求享受1999年2月26日提出的美国临时申请60/121,861，60/121,948和60/121,947号的权利。
本发明涉及一种弯轴式的液压装置。更具体地说，本发明涉及一种摆动座式的弯轴液压装置。
背景技术
弯轴式液压装置多年来已为人所共知。最广泛或最普通的弯轴式设计，使用诸如Forster在美国专利第4,893,549号中公布的一种“倾斜块体”。一个回转的圆柱形鼓轮，或油缸体组件的多个轴向活塞，支承在与其回转轴线在同一轴线上的一个不转动的铰接支座上。该铰接支座的凸形的端面，位于该铰接支座的凹形的导向表面上。该铰接支座的导向表面为该铰接支座壳体的一部分，而该壳体由法兰连接固定在机器壳体上。只有该油缸体组件倾斜或摆动，才可改变排量。
其它的弯轴式装置使用一种“摆动座”式结构。该油缸体组件装在该摆动座中，并与该座一起摆动，以改变液压装置的排量。现在，需要有一种综合上述倾斜块体和摆动座式结构二者的一些最好的特点的一种摆动座式弯轴液压装置。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种摆动座式弯轴液压装置，该装置由于致动器和该摆动座之间的球窝接头，其伺服活塞驱动该摆动座至少可摆动+45°或-45°。
本发明的另一个目的是要提供一种连接伺服活塞和摆动座的一个致动器杆和承窝，使该杆可在多于一个的平面内运动。
本发明再有一个目的是提供一种连接该操纵杆和摆动座的、具有多个自由度的、基本上为球形的承窝。
本发明还有一个目的是提供一种弯轴角度大于90°，使功率达到最大的弯轴式液压装置。
本发明另一个目的是要提供一种具有多个自由度，与可在其孔内倾斜的一个伺服活塞结合的球窝接头。
本发明再有一个目的是要提供一种容易装配，生产成本低、零件数目最少，使用寿命长和使用可靠的摆动座式弯轴结构。
本发明涉及一种摆动座式变量弯轴式液压装置，它包括：一个壳体；一个主轴，可旋转地支承在上述壳体上；一个摆动地安装在该壳体中的摆动座，所述摆动座包括凹壁部分和从凹壁部分延伸出的限定摆动座摆动轴线的枢轴臂；一油缸体组件设置在上述摆动座的凹壁部分内并被驱动运动地与主轴连接；具有一般相对的第一和第二末端的第一和第二细长的致动器杆，所述第二末端上分别具有一伺服孔，所述第一致动器杆的第一末端被驱动地连接在上述摆动座的枢轴臂的从摆动轴线偏离的第一位置，所述第二致动器杆的第一末端被驱动地连接在与从摆动轴线偏离的上述第一位置相对的第二位置，其特征在于，还具有一闭环控制装置，用于改变所述变量弯轴式液压装置的排量，所述控制装置包括单件式的单一的控制壳体，所述控制壳体具有一对彼此隔开一定距离、分别用于放置第一和第二致动器杆伺服活塞的伺服孔和一个用于放置控制阀、位于上述伺服孔之间的控制孔。
本发明涉及一种弯轴式液压装置的伺服活塞驱动用的特殊的球窝接头。球窝接头包括，在第一个末端具有一个基本上为球形的外表面，  而在第二个末端为一个伺服活塞的细长的致动器杆。另外，还包括单一一个摆动座，它可以装着一个油缸体，并围绕着一条回转轴线转动。具有基本上为球形表面的一个承窝，放置在该摆动座和致动器杆上的球形表面之间。这样，当液压压力加在伺服活塞上时，该致动器杆，以作用在至少两个平面上的力，使该摆动座转动。两个伺服活塞和两个这种球窝接头，加在该摆动座上，可使该摆动座从其中间位置转动大于+45 °或-45°。该致动器杆的第一个末端上的外表面，和该承窝必须匹配，形成约360°的运动自由度。该承窝可以做在该摆动座本身上。
附图说明
图1为本发明的弯轴式液压装置的透视图。为了清楚和更好地暴露一些内部零件，壳体的一部分去掉了。
图2为从该液压装置后面看时，图1所示弯轴式装置的左视图。该图表示摆动座的控制。同样，为了清楚和更好地暴露内部零件，一部分壳体去掉了。
图3与图2类似，但表示控制壳体切开，以露出伺服孔，控制孔和该伺服孔与控制孔之间的流体通道。该摆动座大致位于其摆动运动范围的中点。
图4为与图3相似的视图，但表示该摆动座位于其摆动运动范围的一端附近。
图5与图4相似，但表示该摆动座位于其摆动运动范围的另一端附近。
图6为本发明的作用器杆组件和球窝接头的透视图。
图7为图6所示组件的横截面图，并表示在给定平面内，该承窝可摆动大于90°。
图8为图7中8-8区域的放大的横截面图。
具体实施方式
图1表示一个弯轴式变量液压装置10。该弯轴式装置10包括一个支承框架或壳体12。由于壳体的大部分与本发明无关，因此将它们切去，以便更清楚地看见内部零件。该弯轴式装置10的排量由一个单件式的摆动座14改变，该摆动座14装着一个通常的油缸体或油缸体组件16。该油缸体组件16与可转动地支承在壳体12中的主轴104连接，并被驱动运动。电-液控制装置22迫使该摆动座14，围绕一对彼此相对的枢轴臂或支轴18，20旋转或摆动。最好，该两个支轴18，20具有一条公共的、固定的摆动轴线或回转轴线24。
从图1，图6和图7中可以最清楚地看出，在支轴18处，一个万能的球窝接头26与该摆动座14相关进行工作。一个细长的致动器杆28的第一个末端上，具有一个基本上为球形的外表面30；而在其第二个末端上，具有一个伺服活塞32。又如图2至图5所示，在该回转轴线24的另外一侧，也设有一个同样的致动器杆28。该伺服活塞32分别放置在控制壳体38的伺服孔34和36中，可以滑动，倾斜和被密封。虽然可以有许多布局方式，但最好是使每一个伺服孔34，36的中心轴线，相对于另一个伺服孔倾斜。孔34，36不需要互相平行。结果，伺服孔34，36的中心轴线，可相对于支轴18形成各种角度。可以不在支轴18处，而在支轴20处，实行排量控制。因此，该致动器杆28可以加力，使该摆动座从其中间位置或中点位置，摆动或转动大于90°。换言之，可使该摆动座从其中间或中点位置开始的摆动范围至少达到+45°或-45°。作用在该摆动座14上的控制力，可位于两个以上的平面上。
参见图3至图5(图中取下了控制壳体38)和图6至图7，图中表示了用于该摆动座14的伺服活塞驱动所需的不同零件。一个承窝件40放置在该致动器杆28的球形表面30，和该摆动座14上的控制支承体法兰42之间。可以设想，该承窝件40只是上述控制支轴体法兰42上的一个孔，而不需要一个单独的零件。
一般，该致动器28的球形末端，或球形表面30与伺服活塞32相对。该致动器杆28的中间部分为圆柱形。该致动器杆28的横截面很坚固，并由具有足够的强度、可克服预期的负载和应力的刚性材料制成。该致动器杆28靠近该球形末端30的后部，有一个直径减小的部分44。一个有锥度部分46将该直径减小部分44，与该致动器杆28的中间部分连接起来。
上述球窝接头的配合部分包括一个最好由极性材料(如黄铜)制成的承窝48。该承窝48卷曲在该致动器杆28的球形末端30上，或用其它方法附着在该球形末端上，使该承窝48可在其自身重量作用下，围绕着该球形末端30，自由旋转约360°。该直径减小部分44和有锥度部分46，形成可使该球部和承窝做相对运动的间隙。该承窝48有一个基本上为圆柱形的外表面，一个开放端和一个封闭端。最好，在该承窝48的外径周围，做有螺旋槽49。这些螺旋围槽49，由于可使截留的空气或其它液体，从该承窝48周围跑出，因此有利于装配。
再回至图1至图5可看出，控制装置22包括一个位于控制壳体38中的伺服孔34和36之间的一个控制孔51中的步进电机50。该步进电机50与一个被驱动做直线移动的液压控制装置52接合一起工作。该液压控制装置52具有必要的，通常的和相应的一些通口，可根据操作者发出给该步进电机的电气指令，分别将油送至伺服孔34或36中。该移动式液压控制装置52有一个滑阀54，可在一个包围它的阀套56中滑动。远离该步进电机50的上述阀套56的末端，通过与做在该摆动座14上的一个整体凸轮件60接合，起反馈机构58的作用。
该凸轮件60最好为在控制支轴18上的一个径向和偏心的突出部分。该整体凸轮件60的延伸平面，一般为与支轴的回转轴线24垂直。这样，当该摆动座14围绕着反轴回转轴线24摆动或绕支点转动时，该反馈件或该阀套56的远端58，沿该凸轮件60做跟随运动，被迫向着控制壳体38或离开控制壳体38运动(不论在什么情况下都如此)。该阀套56和滑阀54之间产生的相对运动，形成对于液压控制装置52的反馈，相应地使油通入伺服孔34，36中，或从孔34，36中排出。该控制装置可改变成闭环形式，以保持给定的摆动座位置或流体排量。该整体凸轮件60的轮廓范围，围绕着上述控制支轴18，延伸得足够宽广，以适应该摆动座14的充分的摆动运动。由于该摆动座14最好摆动至少90°，因此，该凸轮件60围绕支轴18延伸至少90° 。
图1至图5还表示了本发明的控制装置22的另外一些特点。该控制装置22包括一个单件式的控制壳体38，壳体38中做出两个伺服孔34，36。一般，该伺服孔34，36指向支轴18，但它们不一定要与最好是不规则形状的壳体38垂直。然而，该控制装置22的一般形状，基本上为长方形。控制装置22的壳体38有两个分别容纳上述伺服孔34，36的外面部分。在上述致动器杆28的末端上的伺服活塞32，伸入该伺服孔34，36中，可在其中滑动。
由于上述致动器杆28与该摆动座14的体上的法兰42的连接位置的影响，该伺服活塞32有时在上述伺服孔34，36中，基本上是倾斜的。正常情况下，这会造成磨损和泄漏问题，但图8所示的O形圈和密封圈结构，甚至当该伺服活塞32倾斜时，也可减小滑动摩擦，同时可保持有效的密封。美国威斯康星州的T-Lon of Hartland公司，可供应最好由聚四氟乙烯TM基的材料制成的密封圈62。O形圈64是标准的碳氟化合物/SPM材料制成的，可从各种各样的制造厂家获得，其商标为VitonTM。
图2至图5表示，该控制装置22的中心部分包括，容纳步进电机50和移动式液压控制装置52的控制孔51。步进电机50与一个控制元件(最好是滑阀54)连接。当然，反馈件58位于阀套56的遥远和突出端部上。该阀套56和滑阀54包括许多技术上通常结构的通口和密封台肩。这些通口与控制壳体38内的内部通道66，68连接，将控制用的液压油通入伺服孔34，36中。将油通入伺服孔34中，可使相应的致动器杆28伸出，而另一个致动器杆缩回。将油通入另外一个伺服孔36中，则可使与它相应的致动器杆28伸出，而另一个致动器杆28缩回。控制孔51，移动式液压控制装置52和步进电机50都放置在伺服孔34，36和相应的致动器杆28之间。
控制壳体为一个单件式的单一铸件。这可使控制和伺服通路较短。这些较短的通路对液压损失和脉动，或其它现象不敏感。显然，该壳体38比现有壳体更加紧凑。不需要外部软管或管子进行必要的连接。由于内部通路短，因此该液压控制装置52和该液压装置的行程速度快。最后，因为该液压控制装置52的位置在伺服孔34，36之间，因此，该液压控制装置52，包括步进电机50在内，实际上被保护起来。通过使用公共的加工基准和取消各种连接，可使滑阀54、阀套56和伺服孔34，36的位置精度提高。
在附图说明中，提出了本发明的一个优选实施例。虽然，使用了一些专用术语，但这些只是在一般和说明意义上使用的，不是为了限制。如果情况需要，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可对各个零件的形状和比例尺寸进行改变，也可使用相当的零件代替。

Claims (9)

1.一种变量弯轴式装置，它包括：
一个壳体(12)；
一个主轴(104)，可旋转地支承在上述壳体(12)上；
一个摆动地安装在该壳体(12)中的摆动座(14)，所述摆动座(14)包括凹壁部分和从凹壁部分延伸出的限定摆动座摆动轴线(24)的枢轴臂(18)；
一油缸体组件(16)设置在上述摆动座(14)的凹壁部分内并被驱动运动地与主轴(104)连接；
具有一般相对的第一和第二末端的第一和第二细长的致动器杆(28)，所述第一致动器杆的第一末端被驱动地连接在摆动座的上述枢轴臂(18)的从上述摆动轴线(24)偏离的第一位置，所述第二致动器杆的第一末端被驱动地连接在与从摆动轴线偏离的上述第一位置相对的第二位置，所述致动器杆的第二末端上具有伺服孔(34，36)，
其特征在于，还具有一闭环控制装置(22)，用于改变所述变量弯轴式装置的排量，所述控制装置(22)包括一控制壳体(38)，所述控制壳体(38)具有一对彼此隔开一定距离、分别用于放置第一和第二致动器杆伺服活塞的伺服孔(34，36)和一个用于放置控制阀、位于伺服孔之间的控制孔(51)。
2.一种摆动座式变量弯轴式液压装置，它包括：
一个壳体(12)；
一个主轴(104)，可旋转地支承在上述壳体(12)上；
一个摆动地安装在该壳体(12)中的摆动座(14)，所述摆动座(14)包括凹壁部分和从凹壁部分延伸出的限定摆动座摆动轴线(24)的枢轴臂(18)；
一油缸体组件(16)设置在上述摆动座(14)的凹壁部分内并被驱动运动地与主轴(104)连接；
具有一般相对的第一和第二末端的第一和第二细长的致动器杆(28)，所述第二末端上分别具有一伺服孔(34，36)，所述第一致动器杆的第一末端被驱动地连接在上述摆动座(14)的枢轴臂(18)的从摆动轴线(24)偏离的第一位置，所述第二致动器杆的第一末端被驱动地连接在与从摆动轴线偏离的上述第一位置相对的第二位置，
其特征在于，还具有一闭环控制装置(22)，用于改变所述变量弯轴式液压装置的排量，所述控制装置(22)包括单件式的单一的控制壳体(38)，所述控制壳体(38)具有一对彼此隔开一定距离、分别用于放置第一和第二致动器杆伺服活塞的伺服孔(34，36)和一个用于放置控制阀、位于上述伺服孔(34，36)之间的控制孔(51)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制阀有选择地将液压流体送入该伺服孔(34，36)和从伺服孔(34，36)中排出，以使该伺服活塞(32)运动，从而改变液压装置排量的。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一和第二致动器杆(28)的第一末端包括用于与摆动臂(18)驱动连接的球形末端(30)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括第一和第二承窝件(40)分别与上述第一和第二致动器杆(28)的第一末端的球形末端(30)旋转匹配，并且分别在第一和第二位置被插入摆动臂(18)的球窝接头(26)；所述第一末端的球形末端(30)为球体，所述第一和第二承窝件(40)具有与上述球体配合的的凹形表面。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述每个伺服孔(34，36)具有中心纵向轴，所述伺服孔的轴在普通常规方向上延伸并且相互不平行，控制孔(51)与伺服孔(34，36)在相同的常规方向上延伸。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述摆动座(14)具有凸轮件(60)，所述凸轮件(60)在上述摆动臂(18)的第一和第二位置上突出与所述伺服孔(34，36)之间的控制阀结合；所述控制机构包括一反馈件(58)，用于与上述凸轮件(60)结合，并关于上述摆动座(14)的枢轴活塞向控制装置(52)提供反馈。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制阀包括滑阀(54)和阀套(56)，所述阀套(56)与滑阀(54)可滑动地安装，所述滑阀(54)具有延长的相对末端，所述滑阀的其中一末端可滑动地安装在控制孔(51)中，另一末端从控制壳体(38)突出用于形成反馈件(58)；所述控制装置(52)还包括步进电机(50)与阀套(56)驱动连接，使阀套(56)与滑阀(54)及控制壳体(38)进行相关的运动，所述凸轮件(60)整体形成在摆动座(14)铸件上。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述摆动座(14)为一个单一的整体单件式铸件。
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