CN1573131A - 致动器 - Google Patents

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Abstract

一种致动器具有一组包含滑动区域的可滑动活塞，所述滑动区域包括至少一个由弹性元件支承着的第一耐磨元件以及一个与其横向隔开一段距离的第二耐磨元件，在这两者中间设有一个润滑剂储存部，其使耐磨元件和圆柱形外壳壁之间保持润滑滑动的状态，以限制更换或维修致动器的需要。为了使流体可进入或流出致动器的各个腔，沿活塞的背侧设有一个流道，其可以使流体快速排放。

Description

致动器
技术领域
本发明总体上涉及致动器，特别地讲，本发明涉及由致动器控制的设备，其在需要维修或更换致动器之前可以持续更多的运转次数。
背景技术
用齿轮齿条致动器将直线运动转变为旋转运动的原理是本领域中公知的。传统致动器的困难之一是致动器因反复使用经常需要更换或维修。在某些应用中，因为在维修或更换致动器时整个系统可能都需要停止运转，所以致动器的维修或更换次数应达到最少。由于齿条活塞致动器受力分布不均，要想得到齿轮齿条致动器的长使用寿命也就很困难了。本发明提供了一种不需要频繁维修或更换的具有长使用寿命的致动器。
发明内容
简要地说，本发明包括一种致动器，其具有一组滑动活塞，滑动活塞的滑动区至少有一个由弹性元件支承的耐磨元件。第二耐磨元件可以和第一耐磨元件横向间隔放置，在两者之间容纳着润滑剂，以使两者和圆柱形外壳壁保持润滑滑动接合，从而限制了更换或维修致动器的需要。为使油液能快速地从致动器中的各个腔中流入流出，沿着每个活塞的延伸部分的背面都开有一个流道，以快速排放油液。
附图说明
图1示出了本发明长寿命齿轮齿条致动器的局部剖切透视图。
图2示出了图1中的致动器的活塞的单独的顶侧透视图。
图3示出了图1中的致动器的活塞的单独的底侧透视图。
图4是沿图1中的线4-4取的剖视图。
图5是沿图1中的线5-5取的剖视图。
图5a是致动器活塞上的滑动区的一部分的放大图。
图6是沿图1中的线6-6取的剖视图。
图7示出了一个传输系统，其利用本发明的致动器控制圆盘阀。
图8示出了一个传输系统，其利用带有一对圆盘阀的一对致动器控制材料输送到一组料箱中。
具体实施方式
图1示出了本发明长寿命齿轮齿条致动器10的局部剖视图。致动器10包括一个外壳11，其在一端具有一个端盖15，在相反端具有一个端盖15a。一个转轴16对中且可旋转地安装在外壳11中，该转轴具有上下各一组周边齿16a。和齿16a啮合的是活塞的延伸齿条12a，它从活塞12的表面向外延伸。当活塞后退时，一组弹簧13和14为活塞提供了止挡作用。包含有止挡端22和螺母21的螺栓20可以对和活塞12的背侧啮合的止挡端22起到调节作用。虽然在图1中只示出了一个活塞，但在致动器10的另一端还有另一个活塞，因此致动器是对称的。
图2示出了活塞12的单独的顶侧透视图，活塞12具有圆柱形侧缘30以及从活塞12的表面12a延伸出来的偏置延伸部分13。延伸部分13上设有构成了齿条的齿13a，用于与转轴16上的齿啮合。排放流道20位于延伸部分13的底侧，流体通过它流入流出。由于偏置延伸部分的齿13a相对于活塞12的中心也是偏置的，并且齿13a用以驱动转轴16，因而使得在活塞的表面上产生了固有的力失衡，这就在装有密封元件的活塞侧缘上产生了不平衡力，所述不平衡力会在活塞侧缘部分上产生更大的磨损区域。
图3示出了活塞12的单独的顶侧透视图，其中显示了沿着延伸部分13的下表面的轴向延伸的流道20，以及用于延伸部分13的整体式细长加强肋13b。
图4示出了沿图1中的线4-4取的剖视图，其中显示了与转轴16的齿16a啮合的活塞12和活塞32。活塞32和活塞12彼此相同。
在致动器10运转时，如果活塞端部腔40和活塞端部腔41中的压力比中部腔35中的压力大，则活塞12和32被驱动而彼此相向移动(如箭头所示)，因此随着活塞12和32各自的延伸部分上的齿与轴上的齿16a相啮合并转动所述转轴16，导致转轴16逆时针旋转。类似地，如果中部腔35中的压力比活塞端部腔40和41中的压力大，则活塞就被驱动而相互远离，因此，通过和齿16a的啮合，使得转轴16顺时针旋转。如此一来，通过控制活塞端部腔40和41及中部腔35中的压力，就能驱动活塞12和32在圆柱形侧壁面11a内前后运动。
图5是沿图1中的线5-5取的剖视图，其中显示了与安装在外壳11上的转轴16相关的活塞12和32。活塞12包含一个外周密封润滑区43，类似地，活塞32包含一个外周密封润滑区42。
图5a示出了活塞32的滑动区42的细节。外壳11具有一个圆柱形活塞壁面11a，活塞32沿所述壁面滑动。三个圆周凹槽32a、32b和32c设在活塞32的侧缘上。凹槽32a支承着一个环形耐磨元件51，以实现与壁面11a的滑动啮合。类似地，凹槽32c支承着一个耐磨元件52，以实现与壁面11a的滑动啮合。另外，凹槽32c支承着一个弹性密封元件53，例如弹性体，以防止从周围泄露，并且用于将耐磨元件52保持弹性抵靠在壁面11a上，以允许活塞32沿圆柱形密封壁面11a的横向滑动。在图示的实施例中，耐磨元件51和52是由诸如尼龙等比圆柱形密封壁面11a硬度低的刚性磨损材料制成的，所以耐磨元件51和52足够耐磨，以经得起反复的滑动啮合而不需要更换。
环形润滑凹槽32b位于凹槽32a和32c中间，以放置润滑剂。固态或粘性润滑剂可以放置在润滑凹槽32b中，以便在活塞32前后滑动时使润滑剂被保持在活塞侧缘中，从而能够在密封元件51和52附近持续提供润滑剂。由此，可被保持在凹槽32b中的润滑剂70能够使壁面11a持续润滑，所以在活塞32前后滑动且耐磨元件51和53与圆柱形壁面11a滑动接合时，可最大程度地减少磨损。
图6示出了致动器10的剖视图，其中显示了流道20与外壳中的通道11b之间存在流体连通，如此，当活塞12和32前后移动时流体就可以从中部腔35中排放。
本发明的致动器10在许多种系统中都可使用。图7示出了本发明的致动器10，其安装在一个传输系统中的旋转阀例如圆盘阀63上。在图示的实施例中，第一管路61和管路60相连接，两者之间有圆盘阀63安置在它们的通路中。一个轴62携带着圆盘阀63，轴62的顶端62a与致动器的转轴16接合。底端62b为转轴16的下端提供旋转支承。致动器10设有流体口10c和10d，它们和致动器10中的各个腔相连，所以活塞12和32就能前后移动，从而使轴16a转动，轴16a然后会带动轴62转动以打开或关闭从管路61到管路62的通路。如图7所示，圆盘阀63处于开放的位置以使流体从圆盘阀63的一端流向另一端。为了关闭流体口，圆盘阀63要旋转90度，所以此时圆盘阀63垂直于管路60和61。
图8示出了一个系统，其中一组和圆盘阀连接的致动器10和10’用于使材料在系统中的传送。在图8所示的系统中，材料通过管路72输送到加料斗71中。然后材料流入管路73并进入分支管路74和75中。如果致动器10的阀处于开放状态，材料就流入料箱76，而此阀若处于关闭状态，材料便不能进入料箱76中。类似地，如果附属于致动器10’的阀处于开放状态，材料就进入料箱77中，而此阀若处于关闭状态，材料便不能进入料箱77中。
通过本发明的耐磨元件和润滑剂储存部的组合，使得活塞运转次数可以达到一百万次以上，而不需要更换或维修致动器。
因此，本发明包含一种延长齿轮齿条致动器使用寿命的方法，其两个步骤：首先要形成至少两个彼此隔开的、且安装在活塞的侧缘上以和缸壁形成滑动啮合的耐磨元件；其次，在彼此隔开的耐磨元件中至少一个附近放置一个弹性元件，以防止流体从中通过，并同时弹性地保持彼此隔开的耐磨元件中至少一个与缸壁弹性接触。另外，通过将粘性或固态润滑剂等不可流动的润滑剂放置在彼此隔开的耐磨元件中间这一步骤，就可实现耐磨元件的持续润滑。
因此，本发明包含一个使用致动器的传输系统，致动器具有一个转轴和一组可在缸中滑动的活塞，每个活塞具有一组齿以和转轴上的一组齿相啮合，从而活塞彼此相向或相离的移动可引起转轴的至少部分转动。每个活塞具有一个包含第一耐磨元件、润滑剂和第二耐磨元件的侧缘。与耐磨元件之一邻近的是一个内部弹性体或弹性密封元件，其用于防止流体从中泄漏，并且润滑剂保持在其中，以使缸和耐磨元件之间处于润滑状态，进而使活塞反复的移动并不需要更换密封元件或耐磨元件。
由于润滑凹槽沿每个活塞的侧缘外围圆周区域延伸，因此可在360度圆周上对耐磨元件进行润滑。

Claims (24)

1.一种系统，包括：
一个致动器，所述致动器具有一个转轴和一组可在一个缸内滑动的活塞，每个所述活塞具有一组齿，用于和一个转轴上的一组齿相啮合，所述活塞之间彼此相向或相离的移动导致转轴至少部分转动；每个所述活塞具有一个侧缘，每个所述侧缘上设有第一耐磨元件、润滑剂和一个密封元件，所述密封元件包含一个弹性元件，用于防止流体从中泄漏，并且保持外侧的耐磨元件和缸接触；所述润滑剂用以保持缸与耐磨元件之间的持续润滑状态，使得活塞能够反复移动而不需要更换密封元件。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一个管路和一个阀，在阀沿一个方向旋转时管路被打开，在阀沿相反方向旋转时管路被关闭。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述致动器的转轴与阀相连，通过控制所述活塞的线性移动可打开和关闭所述阀。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述侧缘上具有一个凹槽，每个所述凹槽内设有一个附加耐磨元件。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括设在每个侧缘上的润滑凹槽，其位于所述附加耐磨元件和所述耐磨元件之间。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耐磨元件由一个聚合塑料元件构成。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，设在所述侧缘上的润滑凹槽保持着足够量的润滑剂，以使所述活塞达到至少一百万移动周期，而不必重新润滑或更换耐磨元件。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个活塞包含一个设有齿条的延伸部分。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个活塞的延伸部分上设有一组肋。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，包含沿每个延伸部分延伸的细长流道，用以将位于所述一组活塞之间的中部腔内的气体排出。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，润滑剂包括粘性润滑剂。
12.一种齿轮齿条致动器，包括一对可滑动的活塞，每个所述活塞具有一个齿条，用于和一个转轴啮合；其特征在于，每个活塞的侧缘具有一个改进的滑动区域，所述改进的滑动区域中容纳着一个耐磨元件，所述耐磨元件被一个弹性密封元件支承着而压力接触一个缸壁。
13.如权利要求12所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，还包括位于每个活塞的侧缘上的第二耐磨元件，其为每个活塞提供滑动支承。
14.如权利要求13所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，还包括一个位于第一和第二耐磨元件之间的润滑凹槽，其沿着侧缘的外周区域延伸，并容纳着为耐磨元件的360度润滑所需的润滑剂。
15.如权利要求14所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，每耐磨元件固定在一个沿所述活塞的每个侧缘的圆周延伸的凹槽中。
16.如权利要求15所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，弹性密封元件由一个弹性环构成。
17.如权利要求16所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，每个活塞包含一个延伸部分，其具有一个沿着其背侧形成的流道，用于从齿轮齿条致动器的一个中部腔排出流体。
18.如权利要求17所述的齿轮齿条致动器，其特征在于，一个可旋转的圆盘阀和齿轮齿条致动器中的转轴相连接，当圆盘阀被安装在一个传输系统中后，可实现圆盘阀的打开和关闭。
19.一种用于延长齿轮齿条致动器的使用寿命的方法，包括如下步骤：形成一个可安装在活塞的侧缘上的耐磨元件，用以和缸壁形成滑动啮合；靠近耐磨元件安置一个弹性元件，用以防止流体从中通过，并弹性地保持耐磨元件和缸壁弹性接触。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：将不可流动的润滑剂放在彼此隔开的耐磨元件之间，以实现耐磨元件的持续润滑。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤，在与每个所述活塞的侧缘上的所述耐磨元件相隔一段距离处，将一个附加耐磨元件设置在侧缘上。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，润滑剂被放置在所述附加耐磨元件和所述耐磨元件之间。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，润滑剂被安置在每个活塞的侧缘上的一个圆形凹槽中。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，润滑剂沿圆周方向围绕每个活塞侧缘放置。
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