CN1246598C - 薄膜执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制阀的薄膜执行机构，其中齿条设置成可以使齿条/齿轮系统的接触点位于实现运动的压力空间的可移动壁的中心连接直线上，所以薄膜本身或薄膜基板上都没有扭转应力作用，实现往复移动的部件的运动的力的方向基本上和运动路径平行而且相互对称。另外，是齿条和齿轮之间的间隙可以通过带有轴承的支撑辊子被基本消除。根据本发明，提供一种可以轻快移动的执行机构，间隙或在活塞-缸系统内的壁摩擦力引起的延迟作用效果可以基本上被消除掉，这种执行机构可以是双作用类型，也可以是单作用类型。

Description

薄膜执行机构

技术领域

本发明涉及一种由执行机构控制的旋转阀，尤其是本发明涉及一种为控制阀设计的执行机构。

背景技术

一般用于工业上的直角回转阀通常通过气动执行机构来进行操作。这种执行机构可以是单作用执行机构，也可以是双作用执行机构，对于单作用装置，在相反的方向运动靠弹簧实现，压缩空气工作抵抗弹簧。

对于双作用气动执行机构，两个方向的操作都由压缩空气来驱动。在这种情况下，必须对两个气动活塞，或活塞和活塞杆设置密封，这会产生相当大的摩擦力。尽管在关闭过程中上述摩擦力不会造成很大的缺陷，但是当使用阀控制时，装置的部件的静摩擦力和动摩擦力之差就要尽可能小，而且上述摩擦力都要尽可能低。

当气体被用作加压介质时，在运动过程中，初始阶段的高摩擦会引起输出波动在这种情况下是轴反作用过度。如果静摩擦和动摩擦之间的差别很大，在压差引起的力矩超过静摩擦力和负载引起的相反方向的力矩之前就不可能开始运动。当部件开始运动时，在由于压差引起的和动摩擦力(其小于静摩擦力)与负载之和引起的两个相反的力相等以前，运动继续。

在波动情形中，一点点位置变化都会很容易引起位置摆动和修正运动。根据控制增益，这种情况下，在所需位置周围的震荡也可以发生。

在专利US 4 610 411中，公开了一种双作用执行机构，将线性往复运动转化成旋转运动，上述执行机构包括和齿轮相接触的齿条，齿轮接触线和活塞中心线重合。这个执行机构使用通过弹性环密封的活塞系统用来操纵飞行器着陆轮，该活塞系统设置特殊，需要时行程更长。但是这种结构是刚性的而且摩擦也很大。

通过薄膜设计解决活塞-缸引起的摩擦问题已经有过很多尝试，在专利US5 477 642中，公开了一种用于交通工具的双作用薄膜执行机构。其中活塞的直径小于气缸的直径。薄膜被装配到活塞和气缸壁上，薄膜提供密封和活塞行程长度上的挠曲。在活塞之间设置有齿条驱动气缸之间空间内的有齿轮的轴端部。当执行机构执行横向运动时，这种运动可以传递到这样的轴或转化成旋转运动。

在俄国专利2097608中，公开了一种类似双作用薄膜执行机构，相同点是带齿轮的轴端部和连接活塞的齿条的接触点位于活塞轴线的连接线侧面。这样，从活塞的任一个方向作用在齿条上的推力也可以产生一个侧推力，该侧推力倾向于推动上述活塞离开它们在运动路径上的对称的位置。另外，被指向离开上述轴端部的齿条的无齿的背部支撑在执行机构的腔室上，并沿其滑动，从而也会引起很大摩擦。

在专利US4 794 847中公开了一种单作用薄膜执行机构，和活塞相连的齿条作用在带齿轮的轴端部。齿条的支撑轮设置在齿条的平滑侧。由于单作用薄膜执行机构的弹簧不对称的作用在齿条上，所以特别需要这个支撑轮。而且由于齿条的对中必须靠支撑轮来实现，所以这种设计就增加了摩擦，而且这种结构也并不适合于进行精确控制的应用。

专利公开US5 560 282，专利申请DE2920236和专利申请EP47613都分别公开了带有滑动活塞的执行机构。

发明内容

如权利要求1所述的一种薄膜执行机构，其特征在于齿条设置成可以使在齿条和齿轮之间的接触点基本上位于实现运动的压力空间可移动壁的中心连接直线上，所以薄膜本身或薄膜基板上都没有扭转力作用，使往复部件运动的力的方向基本上和运动路径平行而且相互对称。

另外，对于本发明非常重要的是齿条和齿轮之间的间隙也可以通过带有轴承的支撑辊子来基本消除，上述辊子被设置在齿条的背部并作用在齿的接触点上。

根据本发明，提供一种可以轻快移动的执行机构，以此间隙或在活塞-缸系统内的壁摩擦力引起的延迟作用效果可以基本上被消除掉。这种执行机构可以是增压空间以相反方向工作的双作用类型，也可以是齿条两端的增压空间以相同方向工作并通过弹簧实现复位的单作用类型。在单作用执行机构中，齿条的一端需要有一个密封的通孔，由于双活塞区结构，移动齿条的作用力很大，衬套的摩擦力对灵活活动性就没有很大影响。

附图说明

图1所示的是本发明中的双作用执行机构，

图2所示的是本发明中的带有弹簧复位的单作用执行机构。

具体实施方式

下面将参考附图，详细说明本发明。图1所示的是垂直于被控制的轴的平面内的执行机构截面，这种执行机构包括腔室1，而腔室1又包括能受压的空间(以下称为压力空间)2和3，以及无压中心空间4。在中心空间4中适配有一个齿轮5并装配到驱动轴的一端齿轮和齿条6为紧密的渐开线啮合。齿条的齿端均和杯状薄膜基板7和8相连。这些基板与内板31、32一起，支撑形成压力空间2和3的壁的薄膜9、10。例如当空间2被增压时，压力就会均匀地作用在薄膜9上，当薄膜折叠到腔室1和薄膜基板7之间的间隙中时，其就会有效地使基板7对中到它的运动路径，该运动路径和齿条6平行。齿条6和齿轮5的接触线和薄膜基板7、8中心连接直线基本上是并行的。因此，没有扭转力作用在薄膜基板上。本发明的一个必要构件就是支撑辊子11，其适于作用在齿条和齿轮的接触点处对应的齿条背部，支撑辊子11用来承载齿间接触产生的啮合力的横向分力的载荷。通过调节机构12将辊子11用力压靠在齿条上，基本上就可以消除齿条和齿轮之间的间隙。这样在所有的间隙会把空载时间加到过程上的情况下使用本发明中执行机构进行控制是特别有益的，最好可以用滚柱轴承作为支撑辊子，而且支撑辊子还可以在设置于齿条上的与辊子的外圆周相应的槽13内运动。当压力空间2、3没有加压时，辊子使齿条6、薄膜基板7、8和薄膜9、10相对于在齿轮5轴向方向上的压力空间2、3的中心线同心定位。由于薄膜的方案，执行机构没有气动活塞-缸结构的静摩擦特性，齿轮5的运动也可以通过在压力空间2、3之间很低的压差来获得。通过现有的方式例如螺钉14和15来可以调节其行程。

图2所示的是本发明中的单作用执行机构。所述执行机构包括腔室16，压力空间17，无压中心空间18和无压弹簧空间19。在弹簧空间19和上述中心空间之间经过一个分离壁设置有另一个压力空间20。这些压力空间包括可移动的杯形薄膜基板22、23和带有与双作用执行机构中类似的内板的薄膜24、25。在图中，两个压力空间都没有加压，装置的可移动的部件处于由弹簧26来决定的位置。齿条27的一端穿过带有密封的引导通孔(lead through)28的分离壁21，并和薄膜基板23相连。这种执行机构进一步还包括齿轮30和一个类似于双作用执行机构中的调节支撑辊子29。

当压力空间17和20同时被加压时，就可以获得一个均匀的力，抵抗弹簧力，而且该均匀的力的方向和齿的接触线基本上平行。齿条圆柱端部的小的引导通孔28引起的摩擦力相对于作用在两个基板上压力引起的移动齿条的力较小。

由压力空间17、20的平行薄膜24、25引起的力，不计弹簧26的作用力，取得与在双作用执行机构设计中数值相同的力的效果，这样就实现了单作用执行机构和双作用执行机构的模件性。

Claims (5)

1.一种用于轴的旋转运动的执行机构，上述执行机构包括被设置成和齿轮相接触的齿条，以此齿条的两端都和薄膜基板相连，所述薄膜基板与柔性薄膜一起形成能增压的两个空间的可移动壁，其特征在于，齿的接触线基本上和通过上述可移动壁中心的直线重合，通过带有轴承的支撑辊子齿条能被可调节地压在齿轮上。

2.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，要被增压的空间的可移动壁适于沿齿条运动的相反的方向工作。

3.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，要被增压的空间的可移动壁适于沿齿条运动的相同的方向工作，而且该装置还进一步包括适于沿齿条运动的相反的方向工作的弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，所述支撑辊子上设置有滚柱轴承。

5.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，所述支撑辊子在根据辊子的外圆周设于齿条上的槽中运动。