扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達的制作方法
【專利摘要】一種扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，包括配流軸、轉(zhuǎn)子、柱塞、殼體、凸輪環(huán)、滾輪組、輸出軸等主要零件，凸輪環(huán)通過鋼球支撐在殼體中，二者可以相對轉(zhuǎn)動，在凸輪環(huán)的外側(cè)固定一擋塊，在殼體的對應(yīng)位置開一凹槽，使擋塊伸入到凹槽中，在擋塊的上方和下方分別安裝有壓電陶瓷傳感器，通過壓電陶瓷傳感器的受力計算輸出軸的扭矩。本實用新型將內(nèi)曲線液壓馬達與扭矩傳感器合二為一，省去了專門的扭矩傳感器，簡化了動力傳動系統(tǒng)，并且扭矩測量原理簡單可靠，大大提高了輸出軸動態(tài)扭矩測量的準確性，可廣泛應(yīng)用于礦山機械、工程機械及起重運輸機械等傳動系統(tǒng)中。
【專利說明】扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種液壓馬達，具體地說是一種扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，屬于液壓傳動領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，內(nèi)曲線多作用徑向柱塞式液壓馬達(簡稱內(nèi)曲線液壓馬達)是一種低速大扭矩液壓馬達，其主要由定子、轉(zhuǎn)子、柱塞、滾輪組、配流軸、輸出軸及端蓋等組成，其定子內(nèi)壁是由多段形狀完全相同的曲面組成的，定子既作為馬達的殼體，又作為滾輪的導(dǎo)軌曲面，用于支撐滾輪組，完成扭矩傳遞。內(nèi)曲線液壓馬達具有尺寸小、重量輕、傳動扭矩大、變速范圍大、起動效率高、低速穩(wěn)定性好等一系列特點，在礦山機械、工程機械、起重運輸機械、工程船舶機械上得到了廣泛的應(yīng)用。為了檢測內(nèi)曲線液壓馬達的輸出扭矩，進而對傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，通常需要在內(nèi)曲線液壓馬達與負載之間安裝扭矩傳感器(或轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器)。
[0003]扭矩是傳動系統(tǒng)的重要參數(shù)，扭矩測量是傳動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)測試的技術(shù)難點，液壓馬達輸出軸的扭矩通常采用扭矩傳感器進行測量。扭矩傳感器的種類很多，根據(jù)其工作原理可歸納為兩大類，第一類是基于剪應(yīng)力的，利用應(yīng)變片測量軸的剪應(yīng)力來計算輸出軸的扭矩，其缺點是它的測量精度與貼片工藝密切相關(guān)，精度較低，除此之外，還需要集流環(huán)、電刷等裝置將信號輸出，而集流環(huán)、電刷容易磨損，導(dǎo)致信號測量準確性不高。第二類是基于扭轉(zhuǎn)變形的，利用扭轉(zhuǎn)軸兩端面轉(zhuǎn)角差，通過測量軸的扭轉(zhuǎn)變形來計算輸出軸的扭矩，常用的有相對位移法、光電法及磁阻法等，但需要將傳動軸斷開，使用不便。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有扭矩測量技術(shù)，不管是基于剪應(yīng)力的，還是基于扭轉(zhuǎn)變形的，由于溫度補償和初始相位補償問題較難解決，因此，進行輸出軸動態(tài)扭矩測量時，其準確度都比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是，通過對傳統(tǒng)的內(nèi)曲線液壓馬達的改進，使其既具備動力傳遞的功能，又具備扭矩檢測的功能，從而可以取消專門的扭矩傳感器，簡化動力傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)內(nèi)曲線液壓馬達的在線扭矩實時檢測，并提高輸出軸動態(tài)扭矩測量的準確度。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:(I)將原來的內(nèi)曲線液壓馬達的定子設(shè)計成由凸輪環(huán)和殼體兩部分組成，使凸輪環(huán)與殼體可以相對轉(zhuǎn)動，而凸輪環(huán)所采用的支撐方法是，在凸輪環(huán)的外側(cè)面圓周方向設(shè)計一滾道，在殼體上與凸輪環(huán)的滾道對應(yīng)的位置上均勻分布至少3個徑向螺紋孔，優(yōu)選地，采用5個徑向螺紋孔，每個徑向螺紋孔中有一個鋼球和一個螺紋堵頭，螺紋堵頭的內(nèi)端有一球窩，鋼球用螺紋堵頭固定在凸輪環(huán)的滾道和螺紋堵頭的球窩之間，以便支撐凸輪環(huán)，為了提高鋼球的穩(wěn)定性，球窩的深度應(yīng)大于鋼球的半徑；(2)在凸輪環(huán)的外側(cè)設(shè)計一個擋塊，在殼體的相應(yīng)位置開一凹槽，使凸輪環(huán)的擋塊伸入到殼體的凹槽中；(3)在擋塊與殼體之間安裝壓電陶瓷傳感器，用于測量凸輪環(huán)的周向力，根據(jù)牛頓第三定律知，凸輪環(huán)的周向力反映了輸出軸的扭矩；(4)在殼體凹槽的內(nèi)外槽口分別設(shè)有擋油板和蓋板，以防止油液和粉塵影響壓電陶瓷傳感器的靈敏度，進而影響測量的精度。
[0007]本實用新型的有益效果是:(I)將內(nèi)曲線液壓馬達與扭矩傳感器合二為一，省去了專門的扭矩傳感器，簡化了動力傳動系統(tǒng)；(2)將扭矩的測量轉(zhuǎn)化為力的測量，同時，由于壓電陶瓷傳感器非常適合動態(tài)力測量，因此，本實用新型大大提高了輸出軸動態(tài)扭矩測量的準確性，實現(xiàn)了內(nèi)曲線液壓馬達的在線扭矩實時檢測，并且扭矩測量原理簡單可靠，受環(huán)境影響小，維護簡單方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0010]圖3是圖2中螺紋堵頭12的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖中1.配流軸，2.轉(zhuǎn)子，3.柱塞，4.端蓋，5.殼體，6.凸輪環(huán)，7.滾輪組，8.安裝架，9.輸出軸，10.軸承，11.軸承蓋，12.螺紋堵頭，13.鋼球，14.擋油板，15.擋塊，16.第一壓電陶瓷傳感器，17.第一電荷放大器，18.第一信號處理器，19.蓋板,20.第二壓電陶瓷傳感器，21.第二電荷放大器,22.第二信號處理器,51.凹槽,61.內(nèi)曲面,62.滾道，121.球窩，151.根部，161.第一信號電纜，201.第二信號電纜。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。
[0013]應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0014]如圖1、圖2所示，本實用新型扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，包括配流軸1、端蓋4、殼體5、安裝架8，所述殼體5中安裝有凸輪環(huán)6，凸輪環(huán)6與殼體5可以相對轉(zhuǎn)動，所述凸輪環(huán)6中安裝有轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子2中均勻分布8個徑向孔，每個徑向孔中有一柱塞3，柱塞3的端頭有滾輪組7，凸輪環(huán)6的內(nèi)壁為橫截面為內(nèi)曲線的內(nèi)曲面61，滾輪組7與凸輪環(huán)6的內(nèi)曲面61接觸并沿內(nèi)曲面61滾動。安裝架8中安裝有輸出軸9，輸出軸9通過軸承10支撐在安裝架8中，軸承10的外側(cè)設(shè)有軸承蓋11，輸出軸9與轉(zhuǎn)子2通過螺栓連接。所述凸輪環(huán)6的外側(cè)面圓周方向有一滾道62，在殼體5的圓周方向與凸輪環(huán)6的滾道62對應(yīng)的位置上均勻分布有5個徑向螺紋孔，每個徑向螺紋孔中有一鋼球13和一個螺紋堵頭12，螺紋堵頭12的內(nèi)端有一球窩121 (參見圖3)，鋼球13用螺紋堵頭12固定在凸輪環(huán)6的滾道62和螺紋堵頭12的球窩121之間，以便支撐凸輪環(huán)6，為了提高鋼球13的穩(wěn)定性，螺紋堵頭12的球窩121的深度應(yīng)大于鋼球13的半徑。
[0015]如圖2所示，凸輪環(huán)6的外側(cè)面固定一擋塊15，擋塊15的中心與凸輪環(huán)6的中心位于同一水平面上，在殼體5上與所述擋塊15對應(yīng)的位置開一凹槽51，擋塊15伸入到凹槽51中，在擋塊15的上方安裝有第一壓電陶瓷傳感器16,第一壓電陶瓷傳感器16通過第一信號電纜161依次連接第一電荷放大器17和第一信號處理器18，在擋塊15的下方安裝有第二壓電陶瓷傳感器20，第二壓電陶瓷傳感器20通過第二信號電纜201依次連接第二電荷放大器21和第二信號處理器22。
[0016]再如圖2所示，為了防止油液飛濺到第一壓電陶瓷傳感器16和第二壓電陶瓷傳感器20上，影響測量精度，擋塊15的根部151和殼體5的內(nèi)壁之間的縫隙內(nèi)安裝有擋油板14，擋油板14的面積大于凹槽口的面積，將凹槽51完全覆蓋。為增強防塵效果，凹槽51外側(cè)的槽口上也設(shè)有面積大于外側(cè)槽口，將外側(cè)槽口完全覆蓋的蓋板19。
[0017]本實用新型的工作原理是:當(dāng)高壓油液經(jīng)過配流軸I進入柱塞3的底部時，推動柱塞3和滾輪組7外伸壓到凸輪環(huán)6的內(nèi)曲面61上，滾輪組7對凸輪環(huán)6的正壓力為N，該力N可分解為沿柱塞3軸向的分力NI和垂直于柱塞3軸向的分力N2,根據(jù)牛頓第三定律可知，凸輪環(huán)6對滾輪組7有反作用力-NI和-N2 (圖中未示)，反作用力-N2通過滾輪組7推動轉(zhuǎn)子2順時針方向轉(zhuǎn)動(參見圖2)，并通過輸出軸9帶動負載轉(zhuǎn)動。與此同時，N2將使得凸輪環(huán)6逆時針方向轉(zhuǎn)動，但是，由于殼體5通過第一壓電陶瓷傳感器16及擋塊15對凸輪環(huán)6的轉(zhuǎn)動進行了限制，因此，凸輪環(huán)6并不能轉(zhuǎn)動，而是以一定的力F作用在擋塊15上方的第一壓電陶瓷傳感器16上。測量力F的大小，即可計算出凸輪環(huán)6所受的扭矩，進而確定輸出軸9的扭矩。當(dāng)進油和回油反向時，轉(zhuǎn)子2反轉(zhuǎn)，此時，凸輪環(huán)6的扭矩可通過擋塊15下方的第二壓電陶瓷傳感器20進行測量，原理同上，不再贅述。
[0018]應(yīng)當(dāng)明確，上述實施例是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限定，任何簡單的變換方案均屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，包括配流軸(I)、端蓋(4)、殼體(5)、安裝架(8)，所述殼體(5)中安裝有凸輪環(huán)(6)，所述凸輪環(huán)(6)中安裝有轉(zhuǎn)子(2)，所述轉(zhuǎn)子(2)中均勻分布8個徑向孔，每個徑向孔中有一柱塞(3)，所述柱塞(3)的端頭有滾輪組(7)，所述凸輪環(huán)(6)的內(nèi)壁為橫截面為內(nèi)曲線的內(nèi)曲面(61)，所述滾輪組(7)與所述凸輪環(huán)(6)的內(nèi)曲面(61)接觸并沿內(nèi)曲面(61)滾動，所述安裝架(8)中安裝有輸出軸(9)，所述輸出軸(9)與所述轉(zhuǎn)子(2)通過螺栓連接，其特征是:所述凸輪環(huán)(6)的外側(cè)面圓周方向有一滾道(62)，在所述殼體(5)的圓周方向與所述凸輪環(huán)(6)的滾道(62)對應(yīng)的位置上均勻分布有5個徑向螺紋孔，每個徑向螺紋孔中有一個鋼球(13)和一個螺紋堵頭(12)，所述螺紋堵頭(12)的內(nèi)端有一球窩(121)，所述鋼球(13)用螺紋堵頭(12)固定在所述凸輪環(huán)(6)的滾道(62)和螺紋堵頭(12)的球窩(121)之間， 所述凸輪環(huán)(6)的外側(cè)面固定一擋塊(15)，所述擋塊(15)的中心與所述凸輪環(huán)(6)的中心位于同一水平面上，所述殼體(5)上與所述擋塊(15)對應(yīng)的位置開一凹槽(51)，所述擋塊(15)伸入到所述 凹槽(51)中，在所述擋塊(15)的上方安裝有第一壓電陶瓷傳感器(16)，所述第一壓電陶瓷傳感器(16)通過第一信號電纜(161)依次連接第一電荷放大器(17)和第一信號處理器(18)，在所述擋塊(15)的下方安裝有第二壓電陶瓷傳感器(20)，所述第二壓電陶瓷傳感器(20)通過第二信號電纜(201)依次連接第二電荷放大器(21)和第二信號處理器(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，其特征在于:所述螺紋堵頭(12)的球窩(121)的深度應(yīng)大于鋼球(13)的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，其特征在于:所述擋塊(15)的根部(151)和所述殼體(5)的內(nèi)壁之間的縫隙內(nèi)安裝有擋油板(14)，所述擋油板(14)能夠完全覆蓋所述凹槽(51)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩自檢型內(nèi)曲線液壓馬達，其特征在于:所述凹槽(51)外側(cè)的槽口上設(shè)有完全覆蓋所述槽口的蓋板(19)。
【文檔編號】F03C1/32GK203822539SQ201420215501
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】欒振輝, 李毅華, 朱立博 申請人:安徽理工大學(xué)