CN205173114U - 内置磁流变液制动器的气动马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置磁流变液制动器的气动马达，包括主轴、第一端盖、马达叶片、中壳体、套筒、制动转盘、线圈套、轴承座、平键、弹性挡圈、轴承盖、磁流变液、电磁线圈、第二端盖、马达进气口、马达排气口，可分为气动马达和磁流变液制动器两大部分。气动马达部分的作用是实现主轴的旋转运动，当电磁线圈不通电时，磁流变液保持其流动性，不影响主轴的回转运动；当电磁线圈通电后，在空间产生磁场，磁流变液体发生磁流变效应，磁流变液制动器发挥制动作用，实现气动马达的制动。本实用新型具有结构紧凑，提高了气动马达的高精度定位，使其具有急停、锁死功能，扩展气动马达的实际应用范围。

Description

内置磁流变液制动器的气动马达

技术领域

本实用新型涉及马达技术，具体涉及一种内置磁流变液制动器的气动马达。

背景技术

气动技术的执行元件主要有直线气缸、气动摆缸、气马达等几种。气动马达是将压缩气体的压缩能转换为机械能并产生旋转运动的气动执行元件。气动马达具有结构简单，寿命长，输出功率转速范围宽，操作灵活，环境适应性强，安全防爆等优点，因而可以在潮湿、高温、高粉尘等的恶劣环境中工作。目前，气动马达除了应用于矿山机械中的凿岩、钻采、装载等设备中外，还广泛地应用于船舶、冶金、化工和造纸等行业。

随着技术的发展，对气动马达的控制要求越来越高。为动力元件设置制动器有利于其精确位置控制和快速制动控制，如液压马达、电机等多配置制动器，以利于对其运动控制。传统气动马达缺乏制动装置，不利于其在精确控制场合的应用。目前对于在制动器的气动马达的研究较少，市面上还没有内置制动器的气动马达的相关产品。部分气动马在应用中额外配置了制动器，但这些制动器并未与气动马达集成为一体，结构不够紧凑，且多采用摩擦式制动器，发热严重，需经常更换摩擦片。

磁流变材料是近年国内外开始进行探索、研究的一种新型智能材料。它是由载液和磁性颗粒混合而成的浓稠流体，在磁场的作用下磁流变液可以在短时间内由流动良好的液体变为黏性流体，具有一定的屈服特性，其屈服强度随磁场强度的增加而增加。磁流变效应连续、可逆、迅速和易于控制的特点使得磁流变液装置能够成为电气控制与机械系统之间简单、安静而且响应快的中间装置。采用这种磁流变材料代替传统机械制动器的摩擦副，通过内部剪切应力产生制动力矩，控制磁场的强弱，就可以无级地改变制动力矩的大小，容易实现制动过程的自动化、智能化控制，是一种有发展前景的智能结构制动器。但目前尚未有将磁流变液制动器用于气动马达的报道。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种内置磁流变液制动器的气动马达，气动马达定位刚度低的问题，扩大气动马达的实际应用范围。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种内置磁流变液制动器的气动马达，包括主轴、第一端盖、第一轴承、马达叶片、中壳体、第二轴承、套筒、第一油封、第一油封定位块、制动转盘、线圈套、轴承座、第二油封定位块、第二油封、第三轴承、平键、弹性挡圈、轴承盖、磁流变液、电磁线圈、第二端盖、马达进气口、马达排气口。

所述马达叶片设置在主轴的轴向凹槽内，中壳体一端与第一端盖相互扣合连接在一起，马达叶片分别与第一端盖的内表面、中壳体的内表面相配合形成马达叶片的转动腔，马达进气口和马达进气口均设置在中壳体上，分别与马达叶片的转动腔相连，中壳体另一端与第二端盖相互扣合连接在一起，形成放置制动转盘和磁流变液的制动腔，气动马达转动腔与制动腔共用主轴，制动转盘位于制动腔中心，主轴上嵌有平键连接制动转盘，限制制动转盘与主轴的周向转动，主轴在制动转盘两端面，靠近转动腔的端面设有轴肩，远离转动腔的端面开有挡圈槽，弹性挡圈设置在所述挡圈槽中，通过轴肩和弹性挡圈限制制动转盘的轴向移动，使制动转盘固定在主轴上。

马达叶片两端的主轴上分别设有轴肩，靠近制动腔的轴肩上设有第二轴承，另一侧的轴肩上设有第一轴承，主轴与第一端盖通过第一轴承连接。

所述制动转盘靠近转动腔的一侧的主轴上设有套筒，第二端盖外端端面设有轴承座，轴承座的外端端面中心设有轴承盖，主轴穿过轴承座中心；制动腔中充满磁流变液，第一油封设置在主轴与套筒之间，通过第一油封定位块限位，第二油封设置在主轴与轴承座之间，通过第二油封定位块限位，防止磁流变液在轴向的泄露。

第三轴承设置于主轴和轴承座之间，第三轴承与轴承座的最小内圆面紧配合，通过主轴的轴肩和轴承盖限制第三轴承的轴向移动，线圈套内缠绕电磁线圈，并置于中壳体与第二端盖之间。

还包括第一O型密封圈、第二O型密封圈、第三O型密封圈，第一O型密封圈位于第一轴承与马达叶片之间的主轴上，第三O型密封圈位于第二轴承与马达叶片之间的主轴上，第二O型密封圈位于第一端盖和中壳体的连接面上，防止气体从第一端盖和中壳体的连接缝隙泄漏。

还包括第四O型密封圈和第六O型密封圈，线圈套两端分别设有第四O型密封圈和第六O型密封圈，以防止磁流变液沿径向泄露。

还包括第五O型密封圈，第五O型密封圈设置在轴承座和第二端盖之间。

所述马达进气口和马达排气口均与主轴垂直，且位于转动腔中心轴的两侧。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：（1）使气动马达与制动器构成一体，结构紧凑，尺寸合理。

（2）具有外形的整体性，功能上利用磁流变技术来实现气动马达制动，相比传统的气动马达，制动气动马达在位置伺服方面能实现高的定位精度、急停和锁死机能，并且由于定位是由制动装置实现的，所以定位刚度很高，抗干扰能力强，扩大了气动马达的实际应用范围。

附图说明

图1为本实用新型的内置磁流变液制动器的气动马达的整体结构示意图。

图2为本实用新型的内置磁流变液制动器的气动马达的转动腔局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1和图2，本实用新型的一种内置磁流变液制动器的气动马达，包括主轴1，第一端盖2，第一轴承3，第一O型密封圈4，马达叶片5，第二O型密封圈6，中壳体7，第三O型密封圈8，第二轴承9，套筒10，第一油封11，第一油封定位块12，制动转盘13，线圈套14，第四O型密封圈15，轴承座16，第五O型密封圈17，第二油封定位块18，第二油封19，第三轴承20，平键21，弹性挡圈22，轴承盖23，磁流变液24，电磁线圈25，第二端盖26，第六O型密封圈27，马达进气口28，马达排气口29。

马达叶片5设置在主轴1的轴向凹槽内，中壳体7一端与第一端盖2相互扣合连接在一起，马达叶片5分别与第一端盖2的内表面、中壳体7的内表面相配合形成马达叶片5的转动腔，马达进气口28和马达进气口29均设置在中壳体7上，分别与马达叶片5的转动腔相连，中壳体7另一端与第二端盖26相互扣合连接在一起，形成放置制动转盘13和磁流变液24的制动腔，气动马达转动腔与制动腔共用主轴1，制动转盘13位于制动腔中心，主轴1上嵌有平键21连接制动转盘13，限制制动转盘13与主轴1的周向转动，主轴1在制动转盘13两端面，靠近转动腔的端面设有轴肩，远离转动腔的端面开有挡圈槽，弹性挡圈设置在所述挡圈槽中，通过轴肩和弹性挡圈限制制动转盘13的轴向移动，使制动转盘13固定在主轴1上。

马达叶片5两端的主轴1上分别设有轴肩，靠近制动腔的轴肩上设有第二轴承9，另一侧的轴肩上设有第一轴承3，主轴1与第一端盖2通过第一轴承3连接，第一O型密封圈4位于第一轴承3与马达叶片5之间的主轴1上，第三O型密封圈8位于第二轴承9与马达叶片5之间的主轴1上，第二O型密封圈6位于第一端盖2和中壳体7的连接面上，防止气体从第一端盖2和中壳体7的连接缝隙泄漏。

制动转盘13靠近转动腔的一侧的主轴1上设有套筒10，第二端盖26外端端面设有轴承座16，轴承座16的外端端面中心设有轴承盖23，主轴1穿过轴承座16中心。制动腔中充满磁流变液24，第一油封11设置在主轴1与套筒10之间，通过第一油封定位块12限位，第二油封19设置在主轴1与轴承座16之间，通过第二油封定位块18限位，防止磁流变液24在轴向的泄露。

第三轴承20设置于主轴1和轴承座16之间，第三轴承20与轴承座16的最小内圆面紧配合，通过主轴1的轴肩和轴承盖23限制第三轴承20的轴向移动，线圈套14内缠绕电磁线圈25，并置于中壳体7与第二端盖26之间，线圈套14两端分别设有第四O型密封圈15和第六O型密封圈27，以防止磁流变液24沿径向泄露。第五O型密封圈17，第五O型密封圈17设置在轴承座16和第二端盖26之间。

所述马达进气口28和马达排气口29均与主轴1垂直，且位于转动腔中心轴的两侧。

本实用新型的工作原理如下：整个制动气动马达从功能上分为两大部分，一部分为气动马达的部分，另一部分为制动部分，两部分共用一根主轴1。气动马达部分的作用是实现旋转运动。第一端盖2和中壳体7相互扣合在一起，通过螺栓连接，形成马达叶片5的转动腔。主轴1伸入到转动腔内，第二O型密封圈6置于第一端盖2和中壳体7之间，以限制摆动腔中气体的泄露。马达叶片5设置在主轴1的轴向槽内，可沿主轴1的径向运动。当气流从马达进气口28进入转动腔，马达内驱动叶片5旋转，气体从马达排气口29排出。中壳体7与第二端盖26相互扣合在一起，通过螺栓连接，形成放置制动转盘13和磁流变液24的制动腔。制动转盘13通过平键21来限制它与主轴1的周向转动，通过轴肩和弹性挡圈22限制它的轴向移动，使其固定在主轴1上，线圈套14内缠绕电磁线圈25构成一体，并置于中壳体7与第二端盖26之间，线圈套14与两壳体间采用紧配合。磁流变液24充满于中壳体7和第二端盖26与制动转盘13中间，第一油封11，第二油封19安装在制动转盘13两侧的主轴1与轴承座16之间，以防止磁流变液在轴向的泄露。线圈套14两端分别设有第四O型密封圈15和第六O型密封圈27，以防止磁流变液24沿径向泄漏。通过轴肩和轴承盖23限制第三轴承20的轴向移动。线圈套14由非导磁材料制成，起到隔磁以及保护电磁线圈的作用。电磁线圈25通以直流电产生磁场，中壳体7与制动转盘13作为导磁体采用软磁材料，本制动气动马达使用的软磁材料为工业纯铁。为了有效防止电磁线圈产生的磁力线沿主轴与壳体形成回路，造成壳体与制动转盘间隙处没有最大有效磁力线通过，为此在制动转盘与主轴之间设计非导磁的套筒和轴承座，从磁路上保证间隙处最大有效磁场的产生。本制动气动马达使用的非导磁材料是铝合金。

当电磁线圈25不通电时，磁流变液24保持其流动性，不影响主轴1的回转运动，中壳体7与制动转盘13相分离，此时磁流变液制动器所能传递的力矩为很小的粘性阻力矩，制动气动马达同传统气动马达一样工作；当电磁线圈25通电后，在空间产生磁场，磁流变液体发生磁流变效应，磁流变液体中的磁性固体粒子被磁化，并沿着磁力线方向呈链状分布。这种链状结构使得磁流变液的剪切应力增大，表现出塑性体的特征，主轴1带动制动转盘13转动，要剪切磁流变液中的链状结构，从而加大转动的阻力，起到了制动的作用，此时磁流变液制动器所传递的力矩主要来源于由磁流变效应所引起的力矩，其大小远远超过粘性阻力矩，且可以通过调节磁场强度的大小来对其进行控制，为了增大有效的制动力矩，制动盘13和中壳体7内侧都设计为凸齿形。

该制动气动马达与比例阀或伺服阀、编码器、控制器构成新型伺服系统，利用一定的控制策略可实现系统快速、高精度的位置控制及速度控制，同时系统具有较强的抗干扰能力。当流变效应足够大时，可实现系统的定位锁死功能，可解决气动马达定位刚度低的问题。该制动气动马达内置制动器使整体结构紧凑，尺寸合理。

Claims (5)

1.一种内置磁流变液制动器的气动马达，其特征在于：包括主轴（1）、第一端盖（2）、第一轴承（3）、马达叶片（5）、中壳体（7）、第二轴承（9）、套筒（10）、第一油封（11）、第一油封定位块（12）、制动转盘（13）、线圈套（14）、轴承座（16）、第二油封定位块（18）、第二油封（19）、第三轴承（20）、平键（21）、弹性挡圈（22）、轴承盖（23）、磁流变液（24）、电磁线圈（25）、第二端盖（26）、马达进气口（28）、马达排气口（29）；

所述马达叶片（5）设置在主轴（1）的轴向凹槽内，中壳体（7）一端与第一端盖（2）相互扣合连接在一起，马达叶片（5）分别与第一端盖（2）的内表面、中壳体（7）的内表面相配合形成马达叶片（5）的转动腔，马达进气口（28）和马达进气口（29）均设置在中壳体（7）上，分别与马达叶片（5）的转动腔相连，中壳体（7）另一端与第二端盖（26）相互扣合连接在一起，形成放置制动转盘（13）和磁流变液（24）的制动腔，气动马达转动腔与制动腔共用主轴（1），制动转盘（13）位于制动腔中心，主轴（1）上嵌有平键（21）连接制动转盘（13），限制制动转盘（13）与主轴（1）的周向转动，主轴（1）在制动转盘（13）两端面，靠近转动腔的端面设有轴肩，远离转动腔的端面开有挡圈槽，弹性挡圈设置在所述挡圈槽中，通过轴肩和弹性挡圈限制制动转盘（13）的轴向移动，使制动转盘（13）固定在主轴（1）上；

马达叶片（5）两端的主轴（1）上分别设有轴肩，靠近制动腔的轴肩上设有第二轴承（9），另一侧的轴肩上设有第一轴承（3），主轴（1）与第一端盖（2）通过第一轴承（3）连接；

所述制动转盘（13）靠近转动腔的一侧的主轴（1）上设有套筒（10），第二端盖（26）外端端面设有轴承座（16），轴承座（16）的外端端面中心设有轴承盖（23），主轴（1）穿过轴承座（16）中心；制动腔中充满磁流变液（24），第一油封（11）设置在主轴（1）与套筒（10）之间，通过第一油封定位块（12）限位，第二油封（19）设置在主轴（1）与轴承座（16）之间，通过第二油封定位块（18）限位，防止磁流变液（24）在轴向的泄露；

第三轴承（20）设置于主轴（1）和轴承座（16）之间，第三轴承（20）与轴承座（16）的最小内圆面紧配合，通过主轴（1）的轴肩和轴承盖（23）限制第三轴承（20）的轴向移动，线圈套（14）内缠绕电磁线圈（25），并置于中壳体（7）与第二端盖（26）之间。

2.根据权利要求1所述的内置磁流变液制动器的气动马达，其特征在于：还包括第一O型密封圈（4）、第二O型密封圈（6）、第三O型密封圈（8），第一O型密封圈（4）位于第一轴承（3）与马达叶片（5）之间的主轴（1）上，第三O型密封圈（8）位于第二轴承（9）与马达叶片（5）之间的主轴（1）上，第二O型密封圈（6）位于第一端盖（2）和中壳体（7）的连接面上，防止气体从第一端盖（2）和中壳体（7）的连接缝隙泄漏。

3.根据权利要求1所述的内置磁流变液制动器的气动马达，其特征在于：还包括第四O型密封圈（15）和第六O型密封圈（27），线圈套（14）两端分别设有第四O型密封圈（15）和第六O型密封圈（27），以防止磁流变液（24）沿径向泄露。

4.根据权利要求1所述的内置磁流变液制动器的气动马达，其特征在于：还包括第五O型密封圈（17），第五O型密封圈（17）设置在轴承座（16）和第二端盖（26）之间。

5.根据权利要求1所述的内置磁流变液制动器的气动马达，其特征在于：所述马达进气口（28）和马达排气口（29）均与主轴（1）垂直，且位于转动腔中心轴的两侧。