CN107524654B - 一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造领域，尤其指一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备，包括前端盖，后端盖、定子和转子，定子和转子装配在前端盖和后端盖之间，转子置于定子内部，转子和定子之间设有N个油腔，本发明通过在前端盖和后端盖内布置油路，并通过节流阀的调节补偿，端盖和转子之间形成径向的向心静压轴承和轴向的止推静压轴承，起到了低摩擦启动、抗偏载、低摩擦等作用，并且结构方式合理，降低装配难度和装配空间，有效拓展应用范围，并可进一步缩小摆动缸的装配间隙，防止漏油，在精密设备的使用过程中意义重大。

Description

一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备

技术领域

本发明属于机械领域，尤其指一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备。

背景技术

摆动式液压缸分为螺旋式摆动缸和叶片式摆动缸，其中螺旋式摆动缸最新而且较有代表性的现有技术为：公开号CN105275910A公开的双极螺旋面摆动油缸，以及公布号CN102322457A一种伸缩旋转式液压缸，其基本原理是利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸，输出轴的螺旋棒与缸体用轴承固定2个自由度，活塞内表面螺旋齿与螺旋棒的螺旋齿啮合，输出轴的螺旋棒表面形状与活塞外表面形状相同。通过对活塞两侧供油，使活塞上下运动，从而使螺旋棒被动转动。螺旋式摆动缸虽然具备传动平稳，密封性好等优点，但由于其传动结构的影响，无法实现高速运动，很难在伺服控制领域广泛应用。

基于上述缺陷，目前对摆动式油缸的研究和生产更集中于叶片式摆动缸，叶片式摆动缸有两种叶片，一种是固定在壳体上不动的叶片，叫做定子叶片，另一个是固定于输出驱动轴上的叶片，叫做转子叶片，通过在定子和转子之间输入液压油使转子摆动，从而输出扭矩。叶片式摆动缸通过高精度的加工配合技术，能够实现定子和转子之间精密的配合从而实现较长的使用寿命，较小的磨损，较小的摩擦，出众的功效。目前，对叶片式摆动缸的研究和生产方向主要集中于改进密封性以及方便拆卸组装维修等方面，如CN101328858B以及CN106837914A专利均公开相关技术方案。但现有技术公开的摆动式液压缸在一些特殊应用环境下，却有些无法克服的缺点：1、在高频使用环境下，定子和转子或密封材料与定子转子之间高速摩擦，发热严重，2、高频环境下长时间使用会加剧磨损，使寿命缩，并且磨损还会损引起泄露量增大，3、现有的叶片式摆动缸只能承受扭矩，当轴向有较大载荷使，会加剧叶片侧面与两端盖之间的摩擦力，长时间工作发热和磨损严重；当径向有较大载荷时，会加剧驱动轴与轴承之间的接触压力，从而增大磨损，发热严重，无法长时间工作。4、当要求高精度的动态控制时，对摆动缸起动摩擦力的要求十分高，既需要极低的泄漏量，又需要摩擦力控制的非常低，对加工条件提出了极高的要求，实现困难，难以成功加工和装配，现有结构在高速运行中也会出现磨损、发热、和泄露增大等问题。针对这些问题，已公开的关于摆动式液压缸的相关技术没有取得进展或突破。

虽然在与摆动式液压缸相关的现有技术中，尚无针对上述缺陷的有效应对方式，但公开于公布号CN103867526A一种低摩擦动静压支承导向套液压缸在近似领域提出了如下方案，它通过在导向套的孔壁上均匀设置三个动静压油槽，三个动静压油槽与活塞杆的圆柱面形成油腔，使活塞杆和导向套之间因为动静压油腔保持压力油膜支承，省去传统的密封圈，起到了磨损小，频率响应高等优点。该技术是将静压支承技术运用于直线式液压缸上的一种较好思路。

但是，摆动式液压缸与CN103867526A所描述的一种低摩擦动静压支承导向套液压缸由于运动方式不同，其结构存在明显差异。具体的说，摆动液压缸由定子、转子、端盖等零件紧密装配组成，通过液压能实现转子进行旋转运动的一个装配紧密装置，它在很小的空间里通过输入液压力从而输出非常高的扭矩。而直线式液压缸一般由缸体、活塞、活塞杆组成，其原理是通过液压能实现活塞杆进行往复直线运动，直线式摆动缸的形状和结构相比较摆动式液压缸简单。摆动式液压缸对装配有严格的要求，其零件形状更为复杂，尤其是转子的复杂形状使转子与定子以及前后端盖之间形成多面接触，又需要兼顾转子和定子以及前后端盖之间的密封要求以及外部安装关联等等。而也正是基于这种结构差异，虽然现有技术提出了将静压支承技术应用于直线式液压缸的技术启示，但尚无在摆动式液压缸上提出合理结构能应用静压支承技术。

发明内容

本发明公开一种叶片式伺服摆动液压缸，通过油路设计实现在种静压支承式伺服摆动液压缸上使用静压支承技术，克服现有产品的缺陷。

本发明的技术方案为：

一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备，包括前端盖，后端盖、定子和转子，定子和转子装配在前端盖和后端盖之间，转子置于定子内部，转子的叶片和定子之间设有N个油腔，前端盖和后端盖开设有周孔,所述前端盖和/或后端盖外表面开设有N个高压油源进油孔，前端盖和/或后端盖内安装有N个向心轴承节流器和N个止推轴承节流器，前端盖和/或后端盖轴孔内开设有N个向心轴承出油孔， N个向心轴承节流器的出油端连通N个向心轴承出油孔，前端盖和/或后端盖的端面和轴孔之间开设向心轴承泄油槽，向心轴承泄油槽内开设有向心轴承泄油孔，向心轴承泄油孔与向心轴承泄油管路连通，前端盖和/或后端盖端面上开设止推轴承出油槽和止推轴承泄油槽，止推轴承出油槽内开设N个止推轴承出油孔，N个止推轴承出油孔与N个止推轴承节流器的出油端相通，止推轴承泄油槽内开设止推轴承泄油孔，止推轴承泄油孔与止推轴承泄油管路连通，止推轴承出油槽和止推轴承泄油槽之间区域为止推面。

进一步地，本发明所述的叶片式伺服摆动液压缸，所述N个向心轴承节流器的进油端和所述N个止推轴承节流器的进油端之间通过油路连通，其中至少一个向心轴承节流器的进油端和/或至少一个止推轴承节流器的进油端与至少一个高压油源进油孔连通。

进一步地，本发明所述的叶片式伺服摆动液压缸，止推轴承泄油管路与向心轴承泄油管路连通。

进一步地，本发明所述的叶片式伺服摆动液压缸，所述向心轴承出油孔周边开设静压油腔。

进一步地，本发明所述的叶片式伺服摆动液压缸，所述前端盖和/或后端盖与定子端面之间安装有O型圈。

本发明同时公开一种机械设备，所述机械设备包含以上所述叶片式伺服摆动液压缸，所述机械设备包括工程机械、机器人、试验机、交通工具、精密机床。

本发明的原理及有益效果有：

1、液压油由高压油源进油孔通过向心轴承节流阀从向心轴承出油孔流入向心轴承泄油孔时，高压油膜在前后端盖与转子的转轴之间形成静压向心轴承，静压油腔此时提供更好的支承面，通过N个节流阀的补偿作用在径向形成向心静压轴承，使转子在径向上悬浮于前后端盖的轴孔中；液压油从高压油源进油孔进入止推轴承出油槽流入止推轴承泄油槽时，高压油膜在止推面上形成静压平面止推轴承，通过前后端盖内的止推轴承节流阀的共同调节补偿作用，阻止转子的转体端面接触前端盖与后端盖的端面。这样的结构使转子在轴向与径向两个方向均与端盖之间形成高压油膜，即实现转子整体上在密闭的空间内处于悬浮状态。当定子和转子通过静压油膜分离后，转子完全处于油膜悬浮状态，在这种工作状态下，定子转子完全没有接触磨损，理论寿命无限长；转子在悬浮状态下，可以实现摆动缸接近零摩擦起动，使摆动缸的动态控制性能大大提高；静压油膜具备一定的刚度及承受负载的能力，即使驱动轴受到较大的径向或轴向载荷，静压油膜仍然可以抵抗载荷，防止定子与转子的接触。

2、本发明中，定子和转子之间没有接触摩擦，发热仅来自于液压油，通过将各个向心轴承节流阀之间通过油路连通，并保持其中至少有一个向心轴承节流阀与进油管道连通，可以延长液压油在管道的流通长度和时间，有效散热，从而解决壳体发热问题，并且这种方式对摆动油缸与外部液压缸连接时降低了安装难度。

3、单独为止推轴承设置油路并安装止推轴承节流阀，可以有效提高止推面的油膜支承强度和精确度，摆动缸的承载越大，该种油路布置的优点越为明显。

4、本发明通过将油路合理集成在前后端盖内，在增加端盖功能的前提下不产生任何外部构造的改变，并由于更可靠的油膜密封性可以进一步降低装配间隙，利于安装和拆卸，因此使本发明产品的应用领域得以扩展。

5、采取静压支承技术在摆动缸的密封空间内各配件之间形成油膜支承，因此比传统摆动缸的装配间隙可以缩小，有效避免泄油，降低能耗并减少使用过程中造成的污染。上述优点使本发明产品应于于精密或强度要求严格的设备领域中意义十分重大。

附图说明

图1为本发明剖视示意图。

图2为本发明装配结构示意图。

图3为本发明前端盖和后端盖端面正视图。

图4为本发明前端盖和后端盖结构正视图。

图5为本发明前端盖和后端盖结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图5所示，本发明一种叶片式伺服摆动液压缸及应用其的机械设备，包括前端盖1，后端盖2、定子3和转子4，定子和转子装配在前端盖和后端盖之间，转子置于定子内部，转子的叶片和定子之间设有4个油腔5，前端盖1和后端盖2开设有轴孔6,所述前端盖1和后端盖2外表面开设有4个高压油源进油孔7，前端盖1和后端盖2内安装有4个向心轴承节流器8和1个止推轴承节流器9，前端盖1和后端盖的轴孔2内开设有4个向心轴承出油孔10， 4个向心轴承节流器8的出油端连通4个向心轴承出油孔10，前端盖1和后端盖2的端面和轴孔之间开设向心轴承泄油槽11，向心轴承泄油槽11内开设有向心轴承泄油孔12，向心轴承泄油孔12与向心轴承泄油管路13连通，前端盖1和后端盖2端面上开设止推轴承出油槽14和止推轴承泄油槽15，止推轴承出油槽内14开设1个止推轴承出油孔16，止推轴承出油孔16与止推轴承节流器9的出油端相通，止推轴承泄油槽15内开设止推轴承泄油孔17，止推轴承泄油孔17与止推轴承泄油管路18连通，止推轴承出油槽14和止推轴承泄油槽15之间区域为止推面19。

作为进一步优化，本发明一种叶片式伺服摆动液压缸，所述4个向心轴承节流器8的进油端和所述1个止推轴承节流器9的进油端之间通过油路连通，其中止推轴承节流器9的进油端与高压油源进油孔连通(图中未示出连通管路)。

作为进一步优化，本发明一种叶片式伺服摆动液压缸，止推轴承泄油管路18与向心轴承泄油管路13连通(图中未示出连通管路)。

作为进一步优化，本发明一种叶片式伺服摆动液压缸，所述向心轴承出油孔10周边开设静压油腔20。

本发明同时公开一种机械设备，所述机械设备包含上述静压支承式伺服摆动液压缸，所述机械设备包括工程机械、机器人、试验机、交通工具、精密机床。

Claims (5)

1.一种叶片式伺服摆动液压缸，包括前端盖（1），后端盖（2）、定子（3）和转子（4），定子和转子装配在前端盖和后端盖之间，转子置于定子内部，转子的叶片和定子之间设有N个油腔（5），前端盖（1）和后端盖（2）开设有轴孔（6）,其特征在于：所述前端盖（1）和/或后端盖（2）外表面开设有N个高压油源进油孔（7），前端盖（1）和/或后端盖（2）内安装有N个向心轴承节流器（8）和N个止推轴承节流器（9），前端盖（1）和/或后端盖轴孔（6）内开设有N个向心轴承出油孔（10）， N个向心轴承节流器（8）的出油端连通N个向心轴承出油孔（10），前端盖（1）和/或后端盖（2）的端面和轴孔之间开设向心轴承泄油槽（11），向心轴承泄油槽（11）内开设有向心轴承泄油孔（12），向心轴承泄油孔（12）与向心轴承泄油管路（13）连通，前端盖（1）和/或后端盖（2）端面上开设止推轴承出油槽（14）和止推轴承泄油槽（15），止推轴承出油槽（14）内开设N个止推轴承出油孔（16），N个止推轴承出油孔（16）与N个止推轴承节流器（9）的出油端相通，止推轴承泄油槽（15）内开设止推轴承泄油孔（17），止推轴承泄油孔（17）与止推轴承泄油管路（18）连通，止推轴承出油槽（14）和止推轴承泄油槽（15）之间区域为止推面（19）。

2.按权利要求1所述的叶片式伺服摆动液压缸，其特征在于：所述N个向心轴承节流器（8）的进油端和所述N个止推轴承节流器（9）的进油端之间通过油路连通，其中至少一个向心轴承节流器（8）的进油端和/或至少一个止推轴承节流器（9）的进油端与至少一个高压油源进油孔连通。

3.按权利要求1所述的叶片式伺服摆动液压缸，其特征在于：止推轴承泄油管路（18）与向心轴承泄油管路（13）连通。

4.按权利要求1所述的叶片式伺服摆动液压缸，其特征在于：所述向心轴承出油孔（10）周边开设静压油腔（20）。

5.一种机械设备，其特征在于：所述机械设备包含权利要求1-4所述任意一项叶片式伺服摆动液压缸，所述机械设备包括工程机械、机器人、试验机、交通工具、精密机床。