CN204512052U - 一种双螺旋摆动液压缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双螺旋摆动液压缸。所述双螺旋摆动液压缸主要包括缸体(1)、输出构件(2)、活塞套筒(3)、驱动套筒(4)、止停构件(5)、止停构件(6)和两个端盖。驱动套筒的内螺纹和活塞套筒的外螺纹构成第一级螺旋传动，活塞套筒的内螺纹和输出构件的轴的外螺纹构成第二级螺旋传动，并且两级螺旋传动的旋向相反。通过两级螺旋传动，活塞套筒的轴向运动便转化为输出构件的轴的周向转动。本实用新型的所述驱动套筒可以在两止停构件约束的空间内的一定范围内进行浮动，从而有效降低对缸体、驱动套筒、活塞套筒、输出构件的轴的同轴度的要求。并且该驱动套筒可以进行拆卸，当螺旋传动部分或其他部件损坏时可对其进行更换。

Description

一种双螺旋摆动液压缸

技术领域

本发明涉及一种以流体为动力媒介输出扭矩的摆动液压缸，特别是包含两级螺旋传动的摆动液压缸，即双螺旋摆动液压缸。

背景技术

双螺旋摆动液压缸因其输出扭矩和摆角较大，广泛应用于各种需要大扭矩大摆角的场合。过去的双螺旋摆动液压缸是通过焊接的方式将驱动套筒固定于缸体内表面之上。这就要求缸体、驱动套筒、活塞套筒、输出构件必须满足一定的同轴度要求，否则两级螺旋传动之间的摩擦力会很大，甚至于卡住。为了保证四个构件同轴，必须提高加工精度及装配精度，这必然导致生产成本的提高。而且当驱动套筒和活塞套筒之间的螺旋传动损坏时，由于驱动套筒和缸体通过焊接固定连接在一起，难以对其进行维修与更换。

本发明保留了双螺旋摆动液压缸输出摆角和扭矩大的优势，并且有效地克服了上述加工与装配精度要求较高的特点。

实用新型内容

本发明提供了驱动套筒可以在一定范围内浮动或转动的双螺旋摆动液压缸，并且在螺旋传动部分损坏时可进行更换，有效降低了对缸体、驱动套筒、活塞套筒、输出构件的同轴度的要求。

双螺旋摆动液压缸的缸体通常有个圆柱形的内表面部分，并且连接了一个外部构件用以安装在其他设备上。所述双螺旋摆动液压缸(简称液压缸)含有一个与所述缸体内表面同轴并且在轴承支撑下可以旋转的输出构件。该输出构件包含一个轴，所述输出构件的轴有外螺纹并且和放置在所述缸体内的扭矩转换构件内表面的内螺纹啮合，所述输出构件的轴的端部可以和外部构件进行连接，从而为外部构件提供扭矩和摆角输出。

所述液压缸还含有一个圆筒形的驱动套筒与所述缸体同轴放置，所述驱动套筒内壁含有内螺纹，所述驱动套筒和所述缸体是两个独立部分，并且所述驱动套筒内壁的内螺纹、以及键槽和密封槽均在放置到所述缸体内部时就提前加工完毕。所述驱动套筒和所述缸体内壁部分通过作用键的方式连接，以防止所述驱动套筒相对所述缸体发生转动。通过在所述驱动套筒两端安装的止停构件来限制所述驱动套筒的轴向运动。所述液压缸内部装有活塞，所述活塞可以往复运动以响应压力油给活塞的压力。所述液压缸还含有一个圆筒形扭矩转换构件，所述圆筒形扭矩转换构件(即扭矩转换构件)在所述驱动套筒和所述输出构件的轴之间的圆 环形空间内。所述圆筒形扭矩转换构件与所述液压缸内的所述活塞为一个整体零件或通过连接为一体，总体称之为活塞套筒。所述活塞运动时，所述圆筒形扭矩转换构件沿着所述输出构件的轴做往复的轴向运动以响应所述活塞的往复轴向运动；所述圆筒形扭矩转换构件的内壁有和所述输出构件的轴上外螺纹相啮合的内螺纹，并且所述圆筒形扭矩转换构件的外壁还有和所述驱动套筒的内螺纹相啮合的外螺纹，所述圆筒形扭矩转换构件可以在所述缸体内往复运动。

所述活塞套筒在压力油的推动下沿着所述输出构件做轴向运动，此时所述活塞套筒外壁的外螺纹和所述驱动套筒内壁的内螺纹啮合做螺旋传动，从而所述活塞套筒做周向转动和轴向移动；同时，所述活塞套筒内壁的内螺纹和所述输出构件的轴的外壁的外螺纹啮合做螺旋传动，从而带动所述输出构件的轴做周向转动，以输出扭矩。通过两级螺旋传动，所述活塞套筒的轴向运动便转化为所述输出构件的轴的周向转动。

更加详细的描述如下，一种双螺旋摆动液压缸，包含：

一个有纵向轴的缸体，所述缸体含有第一端、第二端两个端部以及圆柱形的内表面部分，并且所述缸体和外部构件进行连接以进行固定或提供周向转动和扭矩输出，所述缸体两端分别各有一个端盖，所述圆柱形的内表面指具有同一轴线同一直径的一段圆柱形内表面或是共轴但直径不同的2、3、4或5段圆柱形内表面连接而成的阶梯圆柱形的内表面，所述缸体的所述圆柱形的内表面部分或内壁部分开有键槽，所述键槽内安装有作用键；

一个输出构件，所述输出构件包含一根贯穿缸体且与缸体的圆柱形内表面同轴延伸的轴，所述输出构件在支撑下可以旋转，所述输出构件或所述输出构件的轴的端部用来和外部构件连接以进行固定或提供周向转动和扭矩输出；

一个驱动套筒，所述驱动套筒和所述缸体内表面同轴放置于所述缸体内，并且沿所述缸体内表面轴向延伸，所述驱动套筒外壁有密封圈槽和轴向的键槽，所述键槽内安装有作用键；所述驱动套筒和所述缸体是独立的两个部分，所述驱动套筒的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹，所述驱动套筒的内壁的螺旋形内凹槽或内螺纹在被安装到所述缸体内之前就已经被加工好；所述缸体内壁也加工有键槽，通过安装在所述驱动套筒外壁键槽和所述缸体内壁键槽之间的作用键来限制所述驱动套筒相对所述缸体的周向转动；所述驱动套筒的轴向两端的端面分别包含形状为部分球面的球形端面；所述驱动套筒与所述输出构件的轴之间有圆环形的空间；

一个活塞被安装到所述缸体内以在压力油的作用下沿所述缸体轴向做往复运动；

一个圆筒形的扭矩转换构件，即扭矩转换构件，所述圆筒形的扭矩转换构件和所述缸体内表 面同轴地放置于所述驱动套筒和所述输出构件的轴之间的圆环形空间内，并且所述扭矩转换构件沿着所述输出构件的轴轴向延伸；所述扭矩转换构件与所述活塞连接在一起，在所述活塞的作用下做往复轴向运动；所述圆筒形的扭矩转换构件的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹，所述输出构件的轴的外壁加工有螺旋形内凹槽或者外螺纹；所述输出构件的轴的外壁和放置于所述缸体内部的所述扭矩转换构件的内壁通过螺纹啮合或通过滚动体啮合实现螺旋传动；所述圆筒形的扭矩转换构件的外壁加工有螺旋形内凹槽或者外螺纹，所述驱动套筒的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹；所述扭矩转换构件的外壁和放置于所述缸体内部的所述驱动套筒的内壁通过螺纹啮合或通过滚动体啮合实现螺旋传动；

当所述扭矩转换构件在所述活塞的作用下在所述缸体内做轴向往复运动时，所述扭矩转换构件的外壁和所述驱动套筒的内壁进行螺旋传动，所述扭矩转换构件在所述缸体内轴向移动和周向转动；同时，所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁进行螺旋传动，从而所述输出构件的轴相对所述缸体做周向转动；以此来将所述活塞朝所述缸体第一端的轴向运动转换为所述输出构件的轴相对于所述缸体的顺时针或逆时针的转动；将所述活塞朝所述缸体第二端的轴向运动转换为所述输出构件的轴相对于所述缸体的逆时针或顺时针方向的转动；

所述活塞和所述扭矩转换构件通过螺纹等方式被固定连接在一起，或者所述活塞和所述扭矩转换构件整体被加工为一个零件，所述活塞和所述扭矩转换构件的整体零件或所述活塞和所述扭矩转换构件连接而成的整体构件被统称为活塞套筒；

两个止停构件，所述两个止停构件在所述缸体内被分别放置于所述驱动套筒的轴向两端以限制所述驱动套筒相对所述缸体的轴向运动，所述双螺旋摆动液压缸被装配完成后，所述两个止停构件以及所述驱动套筒在缸体中的轴向位置被固定，所述驱动套筒在所述两个止停构件限制的空间内可以做微小的转动；每一所述止停构件的轴向一端的端面均包含一个形状为部分球面的球形端面；

其中靠近所述缸体第一端的所述止停构件在所述缸体内的轴向位置由止动环来确定，所述止动环被轴向地放置于所述缸体内壁以限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件在装配时朝所述缸体第二端运动；当靠近所述缸体第一端的所述止停构件需要焊接时，所述止动环将靠近所述缸体第一端的所述止停构件在预定的轴向位置进行定位，所述止动环尺寸需和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的与所述驱动套筒相邻的端面部分匹配；当靠近所述缸体第一端的所述止停构件需要焊接时，需要焊接的所述止停构件的焊接端面连接部分和所述止停构件包含球形端面的端面部分分离，所述分离部分足够大以防止焊接热损伤所述止停构件球形端 面的球形表面从而破坏所述止停构件的球形端面部分与所述驱动套筒的球形端面部分之间的相互匹配；

所述的止动环的替代方案是采用和所述缸体内壁部分是一个整体的轴肩，并且所述轴肩的尺寸和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的不包含部分球形端面的另一轴向端面匹配；

所述双螺旋摆动液压缸的所述止动环或所述轴肩与所述缸体第二端之间的距离比所述驱动套筒的长度大，所述双螺旋摆动液压缸的所述止动环或所述轴肩与所述缸体第二端之间的所述缸体的圆柱形内表面的直径比所述驱动套筒的直径大，这样便于所述驱动套筒装入到所述缸体内并且可以无障碍地轴向运动到其与靠近所述缸体第一端的所述止停构件配合的位置；

所述输出构件可以仅仅包含输出扭矩的所述输出构件的轴，也可以是输出扭矩的所述输出构件的轴和所述缸体两端的两个缸盖中的一个或全部通过连接形成的整体构件的总称。

所述双螺旋摆动液压缸的一个特征在于：

所述驱动套筒的内壁和所述扭矩转换构件的外壁通过所述驱动套筒内壁的内螺纹和所述扭矩转换构件外壁的外螺纹可以彼此滑动啮合构成第一级螺旋传动；或者，所述驱动套筒的内壁和所述扭矩转换构件的外壁通过所述驱动套筒的内壁的螺旋内凹槽和所述扭矩转换构件外壁的螺旋内凹槽及在所述驱动套筒的内壁的螺旋内凹槽和所述扭矩转换构件的外壁的螺旋内凹槽两螺旋内凹槽形成的滚道内安放的滚动体彼此啮合构成第一级螺旋传动。

所述双螺旋摆动液压缸的另一个特征在于：

所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁通过所述扭矩转换构件内壁的内螺纹和所述输出构件的轴的外壁的外螺纹可以彼此滑动啮合构成第二级螺旋传动；或者，所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁通过所述扭矩转换构件的内壁的螺旋内凹槽和所述输出构件的轴的外壁的螺旋内凹槽及在所述扭矩转换构件的内壁的螺旋内凹槽和所述输出构件的轴的外壁的螺旋内凹槽两螺旋内凹槽形成的滚道内安放的滚动体彼此啮合构成第二级螺旋传动。

所述双螺旋摆动液压缸的另一个特征在于：

所述驱动套筒并非通过固定方式连接于所述缸体内壁，所述驱动套筒外壁和所述缸体内表面之间有间隙；所述驱动套筒轴向两端面各包含一个形状为部分球面的球形端面，所述驱动套筒外壁沿轴向开有键槽，所述键槽一端为通槽；利用所述驱动套筒外壁的所述键槽与所述缸体内壁的所述键槽之间安装的作用键来限制所述驱动套筒与所述缸体之间的相对周向转动。

作为所述双螺旋摆动液压缸的一个结构特点，所述驱动套筒通过所述止停构件限制其轴向位置与运动，所述两个止停构件将所述驱动套筒夹在中间，所述两个止停构件分别靠近 所述缸体的第一端和所述缸体的第二端，所述两个止停构件与所述驱动套筒轴向端面相邻的的端面包含形状为部分球面的球形端面，所述止停构件的球形端面的半径等于与所述止停构件球形端面相邻的所述驱动套筒轴向端部的球形端面的半径；

其中，靠近所述缸体第一端的所述止停构件通过焊接固定于所述缸体内壁或者通过所述缸体内壁的轴肩来限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件向所述缸体第一端的运动；通过所述缸体第二端的端盖的端部或通过所述缸体第二端的端盖端部压紧的轴承来限制靠近所述缸体第二端的所述止停构件向所述缸体第二端的运动从而限制夹在两个所述止停构件中间的所述驱动套筒的轴向位置与运动。

作为所述双螺旋摆动液压缸的一种可选结构，所述缸体第二端的端盖利用螺纹部分和所述输出构件的轴连接，利用螺钉来限制所述缸体第二端的端盖和所述输出构件的轴之间的相对转动；利用所述缸体第二端的端盖端部压紧的轴承构件来限制靠近所述缸体第二端的止停构件向所述缸体第二端的轴向移动，并保证所述端盖可以相对所述缸体自由转动；通过调整垫片的厚度可调整所述止停构件的轴向移动范围，其中所述垫片的放置位置有两种，分别是所述缸体与所述缸体第二端的端盖之间或所述缸体第二端的端盖与所述轴承之间。

作为所述双螺旋摆动液压缸的另一种可选结构，，所述缸体第二端的端盖利用螺纹部分和所述缸体连接，利用螺钉来限制所述缸体第二端的端盖和所述缸体之间的相对周向运动；利用螺母和所述输出构件的轴上的轴肩来限制所述缸体第二端的端盖和所述输出构件之间的相对轴向运动；并利用轴承来保证所述输出构件可以相对所述缸体第二端的端盖自由转动；利用所述缸体第二端的端盖的端部来限制靠近所述缸体第二端的止停构件的轴向位置；通过调整垫片的厚度可以调整靠近所述缸体第二端的所述止停构件的轴向位置。

为了满足所述双螺旋摆动液压缸内各零部件之间的密封，所述缸体的内壁和所述驱动套筒的外壁，所述活塞套筒的活塞外壁和所述缸体的内壁、所述活塞套筒的内壁和所述输出构件的轴的外壁、所述输出构件的轴的外壁和所述端盖中间孔的内壁、所述活塞的中间孔内壁和所述扭矩转换构件的外壁之间、所述端盖的外壁和所述缸体的内表面之间均设有密封；通过所述活塞套筒的活塞的外壁与所述缸体内壁之间的密封，以及所述活塞套筒的内壁和所述输出构件的轴的外壁之间的密封将所述缸体分成两个独立空间，压力油从进出油口中的一个油口流入其中的一个独立空间，从另一油口流出其中的另一个独立空间。

为了限制所述双螺旋摆动液压缸的所述缸体与所述驱动套筒的相对转动，在所述驱动套筒外壁与所述缸体内壁都开有键槽，在所述键槽内安装作用键，所述作用键的两个侧面是主要工作面，所述作用键的上下表面与键槽上下表面之间有间隙，所述作用键的轴向两端面 和键槽的轴向两端面之间也有间隙，所述作用键有两种选择，平键或平键与旋转半圆衬键的组合。

优选地，所述驱动套筒外壁的键槽以及所述缸体内壁的键槽之一或全部的两个键槽的键槽两侧面为两个半圆柱面，在每一所述半圆柱面的键槽空间内安放一个旋转半圆衬键；在所述驱动套筒外壁键槽中或所述缸体内壁键槽两键槽之一或两键槽全部安装有平键以及所述平键两侧的旋转半圆衬键；所述旋转半圆衬键的在垂直于所述缸体轴线方向(长度方向)的剖面为一由半圆弧以及该半圆弧两端连接而成的线段组成的平面图形；所述旋转半圆衬键在所述半圆弧与所述线段交接处所形成的尖端被去掉以提高强度并减小位置干涉；所述旋转半圆衬键的半圆键面与所述驱动套筒外壁的键槽或所述缸体内壁的键槽的半圆柱侧面配合，所述旋转半圆衬键的平面部分与所述平键的作用面相配合；

所述缸体内壁上的键槽开口处的尺寸大于放入所述缸体内壁键槽内部的所述旋转半圆衬键的最大厚度；所述驱动套筒外壁的键槽开口处的尺寸大于放入所述驱动套筒键槽内部的所述旋转半圆衬键的最大厚度；所述缸体内壁上的键槽开口处的尺寸大于放入所述缸体内壁键槽内部的所述平键的厚度；所述驱动套筒外壁的键槽开口处的尺寸大于放入所述驱动套筒外壁键槽内部的所述平键的厚度；

所述驱动套筒外壁的键槽两侧面的两个半圆柱面的半径分别等于与其匹配的放入所述驱动套筒键槽内部的两个所述旋转半圆衬键的圆弧部分的半径；所述缸体内壁的键槽两侧面的两个半圆柱面的半径分别等于与其匹配的放入所述缸体内壁键槽内部的两个所述旋转半圆衬键的圆弧部分的半径。

优选地，所述驱动套筒轴向两端的端面包含形状为部分球面的球形端面，并且所述驱动套筒轴向两端的球形端面同球心、同半径。

优选地，所述两个止停构件与所述驱动套筒的接触面也为球面的一部分，装配后，所述止停构件的球形端面与所述驱动套筒轴向一端的球形端面相互接触或匹配，并且相接触的两个所述球形端面为同球心、同半径的球面的一部分。

为了提高所述止停构件与所述驱动套筒的两相互接触的球形端面的相对滑动能力，所述止停构件与所述驱动套筒相接触或匹配的轴向端面的球形端面部分的表面上开有小槽，所述小槽沿经向、纬向分布或纵横交错。

同理，所述驱动套筒轴向两端的端面上的球形端面部分的表面上开有小槽，所述小槽沿经向、纬向分布或纵横交错。

所述之双螺旋摆动液压缸既可以通过所述输出构件端部连接的端盖上的法兰来输出 扭矩和摆角；也可以通过所述输出构件的轴端的作用键来输出扭矩和摆角。

所述双螺旋摆动液压缸的制造方法包括：

先要有一个轴向长度较长，并且在轴向两端有两个端部的缸体，所述缸体内有一个圆柱形的内表面；

有一个在所述缸体内沿所述缸体轴向延伸并且和所述缸体内表面同轴的输出构件，所述输出构件被支撑起来以相对所述缸体旋转；所述输出构件的轴的外表面有外螺纹，并且和放置于所述缸体内的所述扭矩转换构件的内壁的内螺纹啮合；所述输出构件一端连接外部构件，以提供扭矩和转动输出；

有一个活塞装在所述缸体内并在压力油的作用下做往复运动；

有一个圆筒形状的驱动套筒在所述缸体内和所述缸体同轴放置，所述驱动套筒沿所述输出构件的轴轴向延伸，并且和所述输出构件的轴一起限定了一个圆环形空间；

有一个扭矩转换构件和所述缸体同轴地放置在所述驱动套筒和所述输出构件的轴之间的圆环形空间内，并且可以沿所述输出构件的轴做轴向运动，所述扭矩转换构件在所述活塞的作用下做往复运动；

所述驱动套筒内壁有内螺纹部分，所述驱动套筒和所述缸体是独立的部分，并且所述驱动套筒的内螺纹部分在装配到所述缸体之前就已加工好；

所述扭矩转换构件有内螺纹，所述扭矩转换构件的内螺纹在所述扭矩转换构件做往复运动时和所述输出构件的轴的外螺纹啮合；并且所述扭矩转换构件还有外螺纹和所述驱动套筒的内螺纹进行啮合，以此把所述活塞朝所述缸体第一端的轴向运动转化为所述输出构件相对于所述缸体的顺时针或逆时针的转动，把所述活塞朝所述缸体第二端的轴向运动转化为所述输出构件相对于所述缸体的另一个方向的转动；

将靠近所述缸体第一端的止停构件通过连接部分和缸体焊接以防止其发生移动或通过卡位在缸体的轴肩上从而限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件在缸体内的轴向位置或移动；将靠近所述缸体第二端的止停构件通过所述缸体第二端的端盖直接或通过轴承间接压紧以限制靠近所述缸体第二端的所述止停构件在所述缸体内的位置或轴向移动；

将所述驱动套筒夹在所述的两个止停构件之间定位到所述缸体内；并通过安装在所述驱动套筒外壁的键槽和所述缸体内壁的键槽中的作用键限制所述驱动套筒相对所述缸体的周向转动。

所述双螺旋摆动液压缸的制造方法还包含了提供一个在所述缸体内相对于所述缸体第一端轴向定位的止动环以限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件在向缸体内装配时朝所 述缸体第二端的运动；止动环在焊接时将靠近所述缸体第一端的所述止停构件定位在预定轴向位置。

替代地，所述双螺旋摆动液压缸的制造方法提供了和缸体内表面或内壁一体的止停轴肩或轴肩，所述止停轴肩的尺寸和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的连接部分的尺寸匹配。采用轴肩时，靠近所述缸体第一端的所述止停构件连接部分和所述止停轴肩之间不必焊接。

当采用止动环时，提供一个在所述缸体内相对于所述缸体第一端轴向定位的止动环包括提供一个固定于所述缸体内部的止动环，以防止靠近所述缸体第一端的所述止停构件在所述缸体内的轴向运动，所述止动环的尺寸和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的端面部分匹配。进一步地，所述止动环和所述缸体第二端之间的所述缸体的内径比所述止停构件及所述驱动套筒的外径都大，将所述驱动套筒和所述止停构件从所述缸体第二端朝所述缸体第一端装入到所述缸体内，保证其无障碍的朝所述缸体第一端运动，并在装配后让所述驱动套筒与所述止停构件接触。

当采用止停轴肩(即轴肩)时，所述轴肩和所述缸体第二端之间的所述缸体的内径比所述止停构件及所述驱动套筒的外径都大，将所述驱动套筒和所述止停构件从所述缸体第二端朝所述缸体第一端装入到所述缸体内，保证其无障碍的朝所述缸体第一端运动，并在装配后让所述驱动套筒与所述止停构件接触。

附图说明

图1为法兰输出的液压缸剖视图。

图2为其右视图。

图3为其左视图。

图4为驱动套筒俯视图。

图5为槽15的左视局部剖视图。

图6为槽15的俯视图。

图7为实施方式2的全剖视图。

图8为实施方式3的全剖视图。

图9为采用实施方式4的驱动套筒与缸体键槽的左视局部剖视图。

1、缸体；2、输出构件；3、活塞或活塞套筒的活塞部分；4、驱动套筒；5、止停构件；6、止停构件；7、缸体第二端的端盖；9、缸体第一端的端盖；10、键；11、扭矩转换构件或活 塞套筒的圆筒形扭矩转换构件部分；12、进出油口；13、进出油口；14、输出构件的轴；15、键槽；16、键槽端面；17、螺钉；18、密封圈；19、焊接部分；20、焊接部分；21、止停构件5的部分轴向端面；22、螺钉；23、缸体端盖的法兰；24、螺纹连接；25、端盖7的端部；26、驱动套筒外凸球形轴向端面；27a、止停构件5的内凹球形轴向端面；27b、止停构件6的内凹球形轴向端面；28、轴承构件；29、密封圈；30、密封圈；31、推力轴承；32、径向轴承；33、支架；34、垫片；35、密封槽；36、密封圈；37、螺纹连接；38、轴承；39、螺钉；40、键；41、密封圈；42、缸体轴肩；43、密封圈；44、轴承构件；45、轴承构件；46、螺钉；47、螺母；48、推力轴承；49、输出构件轴端螺纹；50、驱动套筒外壁的键槽；51、端盖与缸体螺纹连接；52a、缸体内壁键槽内的旋转半圆衬键；52b、缸体内壁键槽内的旋转半圆衬键；52c、驱动套筒外壁键槽内的旋转半圆衬键；52d、驱动套筒外壁键槽内的旋转半圆衬键；53a、缸体半圆键槽面；53b、缸体半圆键槽面；53c、驱动套筒半圆键槽面；53d、驱动套筒半圆键槽面；54、缸体键槽开口；55、驱动套筒键槽开口；56、平键。

以上各图并非严格按比例绘制，主要在于说明本发明的主要原理及部分具体实现方式。

图1所示实施方式1、图7所示实施方式2和图8所示实施方式3的基本原理相同，结构有所不同。实施方式1、2为法兰输出，实施方式3为键输出。实施方式1、2的驱动套筒都是通过焊接将靠近所述缸体第一端的止停构件固定于所述缸体内壁上；实施方式3的驱动套筒通过定位轴肩来限制靠近所述缸体第一端的止停构件的轴向运动从而限制所述驱动套筒的轴向运动。实施方式1、2的活塞套筒为一个整体零件形成的构件，实施方式3的活塞套筒为活塞与圆筒形扭矩转换构件两个零件通过固定连接方式连接在一起组成的构件。实施方式1的缸体第二端的端盖7通过螺纹和输出构件固连在一起，并且通过端盖端部相邻的轴承28来限制止停构件6的轴向位置或运动，实施方式2的缸体第二端的端盖7和缸体固定连接在一起，通过端盖7的端部限制止停构件6的轴向位置或运动。

本发明还包含了上述液压缸的制造方法。在将驱动套筒装到缸体内部之前需要将其加工完毕。所述驱动套筒放置到所述缸体内后，利用在所述缸体内壁上键槽与所述驱动套筒外壁的键槽安装的作用键来防止所述驱动套筒相对所述缸体的周向转动。实施方式1所示的缸体内不包含定位轴肩，故其在对止停构件5焊接时需要通过辅助工具确定止停构件端面21相对于所述缸体端部的位置，然后进行焊接。实施方式3缸体包含有定位轴肩，通过定位轴肩来限制止停构件5和驱动套筒的轴向位置或运动。实施方式3的两端端盖都和所述缸体固定 连接在一起，通过所述缸体第二端的端盖的端部和所述缸体上的轴肩来限制两个止停构件和驱动套筒的轴向位置或运动。

本发明的其它特征及优势可以从以下具体描述和图纸表达中变得更加清楚。

具体实施方式

如图1所示，该液压缸包括细长的缸体1，所述缸体含有圆柱形内表面。2为输出构件，它被与缸体内壁同轴地放置在缸体1内，并且被轴承28支撑起来以转动。如下面更为详细的描述。

端盖7中间孔的内螺纹和输出构件的轴14的外螺纹啮合构成螺纹连接24，然后通过在螺纹连接处24安装的螺钉46将端盖7和输出构件的轴14固定在一起以防止其发生相对转动。所述缸体的另外一个端盖23与输出构件2的轴14为一个整体零件或通过连接成为一个整体构件。在所述缸体两端，缸体内表面和端盖之间配有密封圈29，以提供密封。密封圈30被放置于缸体一端的端盖7的中间孔内壁和输出构件的轴14的外壁之间以提供密封。

输出构件2的轴14贯穿于缸体1，并且穿过端盖7的中间孔，输出构件上安装有一个圆环形的轴承构件28以提供其旋转支撑，轴承构件28放置于止停构件6和端盖7之间，或安装于端盖7内部。轴承构件28主要用来限制止停构件6的轴向运动，并且保证端盖7可以相对缸体自由转动。轴承构件28包含有一个推力轴承31和径向轴承32。与输出构件2为一体的的输出端盖23上有螺纹孔，以便于和外部设备进行连接，如图3。

所述液压缸有一个轴向运动向旋转运动转换的传递构件，也就是所述液压缸有一个圆筒型的扭矩转换构件11，其与输出构件2同轴放置。活塞套筒的活塞部分3的外壁与缸体内壁之间设有一对密封圈8，活塞套筒的内壁与输出构件2的轴之间设有密封圈36。活塞套筒的圆筒形扭矩转换构件(亦即扭矩转换构件)11的外壁的外螺纹和驱动套筒4的内壁的内螺纹啮合，由此将所述活塞套筒的轴向运动转化为周向转动和轴向移动；同时，扭矩转换构件11的内螺纹还和输出构件2的轴上的外螺纹啮合，从而带动输出构件2做周向转动，以输出扭矩和摆角。

液压缸装配完成后，止停构件5的端面27a和止停构件6的端面27b分别为两个球面的一部分；优选地，该两个球面半径相等。通过焊接将止停构件5固定于所述缸体内表面上，从而形成焊接部分51。焊接前确定其相对于缸体第一端的位置，可借助辅助工具以所述缸体第一端为基准对止停构件5的端面21进行定位。止停构件6通过端盖7的端部25来限制其轴向位置，并且可通过垫片34来调整构件6的轴向位置进而调整其对驱动套筒4的压紧程度。止停构件5与止停构件6的球形的端面27a、27b为夹在其中的驱动套筒4在一定范围内的浮 动提供了条件。

驱动套筒4如图4，它是从图1中移出来的。其轴向两端面26包含部分表面为球形的球形端面，驱动套筒4的轴向两端的球形端面为同一球面的两个不同部分，驱动套筒4外壁的键槽50的一端开通。驱动套筒4的外表面开有密封槽35，将驱动套筒装配到缸体之前，将密封圈18装入密封槽内。并且驱动套筒4的外径比缸体1的内径小，以保证驱动套筒4装入到缸体1后驱动套筒4的外壁和缸体1的内表面有间隙。装配后止停构件5、6的球形端面27a、27b分别和驱动套筒的轴向两端的球形端面相接触，并且相接触的两个球面同球心、同半径，以便于驱动套筒的浮动。其中，止停构件的球形端面为内凹形的，驱动套筒的球形端面为外凸形的。

缸体1的内壁开有键槽15，将作用键10装入到缸体内壁的键槽15后为防止流体泄漏将键槽15的外部焊住，形成焊接部分20。键槽15的形状如图5和6，以便于焊接。其中图5为以垂直于缸体轴线的平面对键槽的局部剖视图，图6为键槽的俯视图。

缸体1有一对支架33，每一个都含有通孔以供缸体和外部支撑架的连接。

流体从油口12或13流入，从13或12流出。在流体的作用下，活塞套筒沿输出构件做轴向运动。活塞套筒的扭矩转换构件的外壁的外螺纹和驱动套筒4的内螺纹啮合，从而做周向转动和轴向移动；并且扭矩转换构件的内螺纹和输出构件的轴的外壁的外螺纹啮合，从而带动输出构件做周向转动，以输出扭矩和摆角。

本实施方式要求先将止停构件5装入缸体1内进行定位，然后对其进行焊接将其固定于缸体内表面。并且在缸体上加工出键槽，将作用键装入。为了防止流体泄漏，将余下的槽进行焊接，形成了焊接部分19、20。当安装完作用键后，将已加工好内螺纹、球形端面、密封槽及键槽的驱动套筒4从缸体一端装入，然后将止停构件6装入缸体内压住驱动套筒4。再把轴承(根据需要)及端盖7装入缸体并通过调整垫片34的厚度来调整端盖对止停构件5、6及驱动套筒4的压紧程度，端盖7和输出构件2用螺纹24进行连接。连接好之后对螺纹缝隙部分加工两个螺纹孔，然后将螺钉46拧入以限制端盖7和输出构件轴端的相对转动。当驱动套筒4的螺旋传动部分损坏时可将螺钉46及端盖7拆除，进而将损坏零件进行更换。

本发明的实施方式2如图7，实施方式3如图8。以下仅对与实施方式1结构不同的地方做具体描述。

实施方式2的端盖7的外螺纹和缸体一端的内螺纹啮合形成螺纹连接51，并且利用螺钉17来限制端盖7和缸体之间的相对运动。轴承构件28将输出构件2支撑起来旋转，轴承31承受轴向载荷，轴承32承受径向载荷。输出构件的轴14的端部有螺纹49并且同过螺母 47将轴承48压紧在端盖7的端面上，轴承48承受轴向载荷，可以实现输出构件2相对于端盖7的自由转动。轴承48和螺母47之间通过弹簧垫片防松或其他业内公知的方式防松。或者，止停构件的限位由端盖7的端部来完成，轴承28安装在端盖7的内部。

实施方式3的活塞套筒的活塞部分和圆筒形扭矩转换构件部分是独立的两个零件，并且通过螺纹连接37进行连接。活塞套筒内表面与输出构件的轴14之间装有轴承38，以便于相对转动。螺纹连接部分37装有螺钉39以防螺纹连接部分37松动。并且活塞3的内表面和圆筒形扭矩转换构件11外壁之间装有密封圈41以提供密封，并且输出构件的轴14的外表面和圆筒形扭矩转换构件11的内表面之间装有密封圈43以提供密封。缸体1内设置轴肩42用以给止停构件5定位，限制其轴向位置或运动。输出构件的轴14为一阶梯轴，安装在缸体两端的端盖与输出构件的轴没有连接，输出构件的轴14在轴承构件44，45的支撑下旋转，输出构件的轴14的轴端装有键40或通过其他公知的方式与外部设备连接。

实施方式4的驱动套筒4的键槽两侧面为两个半圆柱面如图9。图9为以垂直于缸体轴线的平面对缸体1及驱动套筒4的键槽的局部剖视图。在驱动套筒4的键槽的半圆柱侧面内安装旋转半圆衬键，所述旋转半圆衬键在垂直于缸体轴线方向(长度方向)的剖面为一由半圆弧以及该半圆弧两端连接而成的线段组成的平面图形；如图9所示，旋转半圆衬键在半圆弧与线段交接处所形成的尖端被去掉以提高强度并减小尺寸干涉。旋转半圆衬键的半圆键面与键槽50的两个半圆柱侧面配合，旋转半圆衬键的平面部分与平键56的作用面相配合。可选的，缸体内壁的键槽形状如图9，键槽15的两侧面为两个半圆柱面，在键槽两侧面的两个半圆柱面配置有旋转半圆衬键，旋转半圆衬键的半圆键面与键槽的两个半圆柱侧面配合，旋转半圆衬键的平面部分与平键56的作用面相配合。

缸体内壁的键槽开口处54的尺寸大于放入缸体内壁键槽内部的旋转半圆衬键52a、52b的最大厚度；驱动套筒外壁的键槽开口处55的尺寸大于放入驱动套筒键槽内部的旋转半圆衬键52c、52d的最大厚度。缸体内壁的键槽开口处54的尺寸大于放入缸体键槽内部的平键的厚度；驱动套筒外壁的键槽开口处55的尺寸大于放入驱动套筒键槽内部的平键的厚度。

驱动套筒外壁的键槽两侧面53c、53d的两个半圆柱面的半径分别等于放入驱动套筒键槽内部的两个旋转半圆衬键52c、52d的圆弧部分的半径；缸体内壁的键槽两侧面53a、53b的两个半圆柱面的半径分别等于放入缸体键槽内部的两个旋转半圆衬键52a、52b的圆弧部分的半径。

以上实施方式1、实施方式2、实施方式3以及实施方式4可以以多种实施方式相互结合应用于同一液压缸，也可以一种实施方式单独应用于某一液压缸，或者以多种实施方式 中的每一实施方式的部分特征相互结合应用于同一液压缸。

Claims (10)

1.一种双螺旋摆动液压缸，包含

一个有纵向轴的缸体，所述缸体含有第一端、第二端两个端部以及圆柱形的内表面部分，并且所述缸体和外部构件进行连接以进行固定或提供周向转动和扭矩输出，所述缸体两端分别各有一个端盖，所述圆柱形的内表面指具有同一轴线同一直径的一段圆柱形内表面或是共轴但直径不同的2、3、4或5段圆柱形内表面连接而成的阶梯圆柱形的内表面，所述缸体的所述圆柱形的内表面部分或内壁部分开有键槽，所述键槽内安装有作用键；

一个输出构件，所述输出构件包含一根贯穿缸体且与缸体的圆柱形内表面同轴延伸的轴，所述输出构件在支撑下可以旋转，所述输出构件或所述输出构件的轴的端部用来和外部构件连接以进行固定或提供周向转动和扭矩输出；

一个驱动套筒，所述驱动套筒和所述缸体内表面同轴放置于所述缸体内，并且沿所述缸体内表面轴向延伸，所述驱动套筒外壁有密封圈槽和轴向的键槽，所述键槽内安装有作用键；所述驱动套筒和所述缸体是独立的两个部分，所述驱动套筒的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹，所述驱动套筒的内壁的螺旋形内凹槽或内螺纹在被安装到所述缸体内之前就已经被加工好；所述缸体内壁也加工有键槽，通过安装在所述驱动套筒外壁键槽和所述缸体内壁键槽之间的作用键来限制所述驱动套筒相对所述缸体的周向转动；所述驱动套筒的轴向两端的端面分别包含形状为部分球面的球形端面；所述驱动套筒与所述输出构件的轴之间有圆环形的空间；

一个活塞被安装到所述缸体内以在压力油的作用下沿所述缸体轴向做往复运动；一个圆筒形的扭矩转换构件，即扭矩转换构件，所述圆筒形的扭矩转换构件和所述缸体内表面同轴地放置于所述驱动套筒和所述输出构件的轴之间的圆环形空间内，并且所述扭矩转换构件沿着所述输出构件的轴轴向延伸；所述扭矩转换构件与所述活塞连接在一起，在所述活塞的作用下做往复轴向运动；所述圆筒形的扭矩转换构件的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹，所述输出构件的轴的外壁加工有螺旋形内凹槽或者外螺纹；所述输出构件的轴的外壁和放置于所述缸体内部的所述扭矩转换构件的内壁通过螺纹啮合或通过滚动体啮合实现螺旋传动；所述圆筒形的扭矩转换构件的外壁加工有螺旋形内凹槽或者外螺纹，所述驱动套筒的内壁加工有螺旋形内凹槽或者内螺纹；所述扭矩转换构件的外壁和放置于所述 缸体内部的所述驱动套筒的内壁通过螺纹啮合或通过滚动体啮合实现螺旋传动；当所述扭矩转换构件在所述活塞的作用下在所述缸体内做轴向往复运动时，所述扭矩转换构件的外壁和所述驱动套筒的内壁进行螺旋传动，所述扭矩转换构件在所述缸体内轴向移动和周向转动；同时，所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁进行螺旋传动，从而所述输出构件的轴相对所述缸体做周向转动；以此来将所述活塞朝所述缸体第一端的轴向运动转换为所述输出构件的轴相对于所述缸体的顺时针或逆时针的转动；将所述活塞朝所述缸体第二端的轴向运动转换为所述输出构件的轴相对于所述缸体的逆时针或顺时针方向的转动；

所述活塞和所述扭矩转换构件被固定连接在一起，或者所述活塞和所述扭矩转换构件整体被加工为一个零件，所述活塞和所述扭矩转换构件的整体零件或所述活塞和所述扭矩转换构件连接而成的整体构件被统称为活塞套筒；

两个止停构件，所述两个止停构件在所述缸体内被分别放置于所述驱动套筒的轴向两端以限制所述驱动套筒相对所述缸体的轴向运动，所述双螺旋摆动液压缸被装配完成后，所述两个止停构件以及所述驱动套筒在缸体中的轴向位置被固定，所述驱动套筒在所述两个止停构件限制的空间内可以做微小的转动；每一所述止停构件的轴向一端的端面均包含一个形状为部分球面的球形端面；

其中靠近所述缸体第一端的所述止停构件在所述缸体内的轴向位置由止动环来确定，所述止动环被轴向地放置于所述缸体内壁以限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件在装配时朝所述缸体第二端运动；当靠近所述缸体第一端的所述止停构件需要焊接时，所述止动环将靠近所述缸体第一端的所述止停构件在预定的轴向位置进行定位，所述止动环尺寸需和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的与所述驱动套筒相邻的端面部分匹配；当靠近所述缸体第一端的所述止停构件需要焊接时，需要焊接的所述止停构件的焊接端面连接部分和所述止停构件包含球形端面的端面部分分离，所述分离部分足够大以防止焊接热损伤所述止停构件球形端面的球形表面从而破坏所述止停构件的球形端面部分与所述驱动套筒的球形端面部分之间的相互匹配；

所述的止动环的替代方案是采用和所述缸体内壁部分是一个整体的轴肩，并且所述轴肩的尺寸和靠近所述缸体第一端的所述止停构件的不包含部分球形端面的 另一轴向端面匹配；

所述双螺旋摆动液压缸的所述止动环或所述轴肩与所述缸体第二端之间的距离比所述驱动套筒的长度大，所述双螺旋摆动液压缸的所述止动环或所述轴肩与所述缸体第二端之间的所述缸体的圆柱形内表面的直径比所述驱动套筒的直径大，这样便于所述驱动套筒装入到所述缸体内并且可以无障碍地轴向运动到其与靠近所述缸体第一端的所述止停构件配合的位置；

所述输出构件可以仅仅包含输出扭矩的所述输出构件的轴，或者是输出扭矩的所述输出构件的轴和所述缸体两端的两个缸盖中的一个或全部通过连接形成的整体构件的总称。

2.根据权利要求1所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于

所述驱动套筒的内壁和所述扭矩转换构件的外壁通过所述驱动套筒内壁的内螺纹和所述扭矩转换构件外壁的外螺纹可以彼此滑动啮合构成第一级螺旋传动；或者，所述驱动套筒的内壁和所述扭矩转换构件的外壁通过所述驱动套筒的内壁的螺旋内凹槽和所述扭矩转换构件外壁的螺旋内凹槽及在所述驱动套筒的内壁的螺旋内凹槽和所述扭矩转换构件的外壁的螺旋内凹槽两螺旋内凹槽形成的滚道内安放的滚动体彼此啮合构成第一级螺旋传动。

3.根据权利要求1所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于

所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁通过所述扭矩转换构件内壁的内螺纹和所述输出构件的轴的外壁的外螺纹可以彼此滑动啮合构成第二级螺旋传动；或者，所述扭矩转换构件的内壁和所述输出构件的轴的外壁通过所述扭矩转换构件的内壁的螺旋内凹槽和所述输出构件的轴的外壁的螺旋内凹槽及在所述扭矩转换构件的内壁的螺旋内凹槽和所述输出构件的轴的外壁的螺旋内凹槽两螺旋内凹槽形成的滚道内安放的滚动体彼此啮合构成第二级螺旋传动。

4.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于

所述驱动套筒并非通过固定方式连接于所述缸体内壁，所述驱动套筒外壁和所述缸体内表面之间有间隙；所述驱动套筒轴向两端面各包含一个形状为部分球面的球形端面，所述驱动套筒外壁沿轴向开有键槽，所述键槽一端为通槽；利用所述驱动套筒外壁的所述键槽与所述缸体内壁的所述键槽之间安装的作用键来限制 所述驱动套筒与所述缸体之间的相对周向转动。

5.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于

所述驱动套筒通过所述止停构件限制其轴向位置与运动，所述两个止停构件将所述驱动套筒夹在中间，所述两个止停构件分别靠近所述缸体的第一端和所述缸体的第二端，所述两个止停构件与所述驱动套筒轴向端面相邻的的端面包含形状为部分球面的球形端面，所述止停构件的球形端面的半径等于与所述止停构件球形端面相邻的所述驱动套筒轴向端部的球形端面的半径；

其中，靠近所述缸体第一端的所述止停构件通过焊接固定于所述缸体内壁或者通过所述缸体内壁的轴肩来限制靠近所述缸体第一端的所述止停构件向所述缸体第一端的运动；通过所述缸体第二端的端盖的端部或通过所述缸体第二端的端盖端部压紧的轴承来限制靠近所述缸体第二端的所述止停构件向所述缸体第二端的运动从而限制夹在两个所述止停构件中间的所述驱动套筒的轴向位置与运动。

6.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于所述缸体第二端的端盖利用螺纹部分和所述输出构件的轴连接，利用螺钉来限制所述缸体第二端的端盖和所述输出构件的轴之间的相对转动；利用所述缸体第二端的端盖端部压紧的轴承构件来限制靠近所述缸体第二端的止停构件向所述缸体第二端的轴向移动，并保证所述端盖可以相对所述缸体自由转动；通过调整垫片的厚度可调整所述止停构件的轴向移动范围，其中所述垫片的放置位置有两种，分别是所述缸体与所述缸体第二端的端盖之间或所述缸体第二端的端盖与所述轴承之间。

7.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于所述缸体第二端的端盖利用螺纹部分和所述缸体连接，利用螺钉来限制所述缸体第二端的端盖和所述缸体之间的相对周向运动；利用螺母和所述输出构件的轴上的轴肩来限制所述缸体第二端的端盖和所述输出构件之间的相对轴向运动；并利用轴承来保证所述输出构件可以相对所述缸体第二端的端盖自由转动；利用所述缸体第二端的端盖的端部来限制靠近所述缸体第二端的止停构件的轴向位置；通过调整垫片的厚度可以调整靠近所述缸体第二端的所述止停构件的轴向位置。

8.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于所述缸体的内壁和所述驱动套筒的外壁，所述活塞套筒的活塞外壁和所述缸体的内壁、所述活塞套筒的内壁和所述输出构件的轴的外壁、所述输出构件的轴的外壁和所述端盖 中间孔的内壁、所述活塞的中间孔内壁和所述扭矩转换构件的外壁之间、所述端盖的外壁和所述缸体的内表面之间均设有密封；通过所述活塞套筒的活塞的外壁与所述缸体内壁之间的密封，以及所述活塞套筒的内壁和所述输出构件的轴的外壁之间的密封将所述缸体分成两个独立空间，压力油从进出油口中的一个油口流入其中的一个独立空间，从另一油口流出其中的另一个独立空间。

9.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于所述作用键的两个侧面是主要工作面，作用键的上下表面与键槽上下表面之间有间隙，作用键的轴向两端面和键槽的轴向两端面之间也有间隙，所述作用键有两种选择，平键或平键与旋转半圆衬键的组合。

10.根据权利要求1、2或3所述之双螺旋摆动液压缸，其特征在于所述驱动套筒外壁的键槽以及所述缸体内壁的键槽之一或全部的两个键槽的键槽两侧面为两个半圆柱面，在每一所述半圆柱面的键槽空间内安放一个旋转半圆衬键；在所述驱动套筒外壁键槽中或所述缸体内壁键槽两键槽之一或两键槽全部安装有平键以及所述平键两侧的旋转半圆衬键；所述旋转半圆衬键的在垂直于所述缸体轴线方向，即长度方向，的剖面为一由半圆弧以及该半圆弧两端连接而成的线段组成的平面图形；所述旋转半圆衬键在所述半圆弧与所述线段交接处所形成的尖端被去掉以提高强度并减小位置干涉；所述旋转半圆衬键的半圆键面与所述驱动套筒外壁的键槽或所述缸体内壁的键槽的半圆柱侧面配合，所述旋转半圆衬键的平面部分与所述平键的作用面相配合；

所述缸体内壁上的键槽开口处的尺寸大于放入所述缸体内壁键槽内部的所述旋转半圆衬键的最大厚度；所述驱动套筒外壁的键槽开口处的尺寸大于放入所述驱动套筒键槽内部的所述旋转半圆衬键的最大厚度；所述缸体内壁上的键槽开口处的尺寸大于放入所述缸体内壁键槽内部的所述平键的厚度；所述驱动套筒外壁的键槽开口处的尺寸大于放入所述驱动套筒外壁键槽内部的所述平键的厚度；

所述驱动套筒外壁的键槽两侧面的两个半圆柱面的半径分别等于与其匹配的放入所述驱动套筒键槽内部的两个所述旋转半圆衬键的圆弧部分的半径；所述缸体内壁的键槽两侧面的两个半圆柱面的半径分别等于与其匹配的放入所述缸体内壁键槽内部的两个所述旋转半圆衬键的圆弧部分的半径。