專利名稱：一種液壓兩級螺旋擺動油缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種將流體輸入轉(zhuǎn)化為扭矩和擺角輸出的驅(qū)動裝置，特別 是液壓兩級螺旋擺動油缸。
技術(shù)背景
目前，通過液壓油缸傳遞扭矩和擺角，是將帶有能量的流體輸入轉(zhuǎn)化為扭 矩和擺角輸出的方法之一，這類的液壓擺動(回轉(zhuǎn))油缸常用的有兩種結(jié)構(gòu)形 式，即齒輪齒條擺動(回轉(zhuǎn))油缸和葉片擺動(回轉(zhuǎn))油缸。
齒輪齒條擺動(回轉(zhuǎn))油缸組成包括直線油缸、齒輪、齒條等，齒輪齒條 擺動油缸是通過油缸推動齒條，齒條搓動齒輪從而達(dá)到把往復(fù)直線運(yùn)動輸入轉(zhuǎn) 變?yōu)閿[動(回轉(zhuǎn))運(yùn)動輸出的目的。如果齒輪的輸出角度為360度，則齒條的 最小有效長度為一倍的齒輪節(jié)園周長。如旋轉(zhuǎn)720度，則齒條的最小有效長度 為兩倍的齒輪節(jié)園周長，其余以次類推。由于齒條搓動齒輪的作用點(diǎn)在齒輪的 外側(cè)節(jié)圓上，故存在一個極大的徑向無效載荷，使齒輪回轉(zhuǎn)軸及齒條承受了一 個很大的彎曲應(yīng)力。同時，由于齒輪齒條在嚙合過程中，只有1-2個齒參與嚙 合，基于現(xiàn)有材料的限制，油缸推動齒條輸出的作用在嚙合齒上的直線力不能
超過其所能承受的彎曲應(yīng)力，這就限制了過高壓力油液的輸入(《16Mpa)，大 大降低了液壓能驅(qū)動油缸帶動齒條輸入的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為齒輪輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動的 效率。同時由于齒輪的輸出轉(zhuǎn)角與其節(jié)園周長的關(guān)系(JiX節(jié)園直徑)決定了 齒條的最小長度，故這種油缸的外形尺寸很大，使應(yīng)用領(lǐng)域受到了極大的限制。 而且在油缸的設(shè)計(jì)中還需要考慮支承零件用以抵消嚙合點(diǎn)上的徑向無效載荷。
葉片擺動(回轉(zhuǎn))油缸組成包括缸體、轉(zhuǎn)動葉片、固定葉片等，葉片擺動 油缸是在一個完全封閉的空間中通過固定葉片和轉(zhuǎn)動葉片把該封閉空間分割成 兩個獨(dú)立的空間。當(dāng)其中一個空間由于液壓油的進(jìn)入而逐漸增大時，則另一個空間逐漸減小，從而推動轉(zhuǎn)動葉片繞其固定軸線轉(zhuǎn)動，達(dá)到輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動的目 的。該種擺動(回轉(zhuǎn))油缸存在兩個致命的弱點(diǎn)，第一，由于有固定葉片的存
在，使其輸出的最大轉(zhuǎn)角小于360度，也就是說理論上無法實(shí)現(xiàn)36Q度旋轉(zhuǎn)。 第二，由于活動葉片需要將完全封閉的大空間重新分割成兩個完全封閉的小空 間，且兩個小空間之間的大小完全處在變化中。故要求活動葉片(外形長方形) 的周邊必須形成極可靠的密封。目前國際上圓形零件已能做到極其可靠的密封， 耐壓程度已達(dá)到100MPa以上，但對矩形零件尚無有效地解決辦法，耐壓程度小 于等于6.3Mpa。由于密封問題使其不能輸入高壓，這就大大降低了輸出扭矩的 大小
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種液壓兩級螺旋擺動油缸，在小的空間內(nèi)，使油 缸從小的往復(fù)直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)化到輸出大的擺動(冋轉(zhuǎn))角度，輸出大扭矩，解 決背景技術(shù)中存在的上述問題。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
液壓兩級螺旋擺動油缸，它包含缸筒、旋轉(zhuǎn)活塞、輸出軸，旋轉(zhuǎn)活塞設(shè) 置在缸筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)活塞為帶有內(nèi)、外螺旋槽的套，其旋向相反，套上的外螺旋 槽與缸筒內(nèi)壁上的內(nèi)螺旋槽匹配，套上的內(nèi)螺旋槽與輸出軸上的外螺旋槽匹配。
缸筒上設(shè)有流體孔，在缸筒、旋轉(zhuǎn)活塞、輸出軸之間設(shè)有密封，將缸筒內(nèi) 空間分割成兩個獨(dú)立的封閉空間，每個獨(dú)立空間分別與缸筒上的流體孔連通。 流體孔是帶能量的流體進(jìn)出缸筒的通道；上述兩個封閉空間充入帶能量的流體，
通過壓力變化，此消彼長，總體積不變，驅(qū)動缸筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞移動、轉(zhuǎn)動， 輸出軸輸出大的扭矩和擺角。
所說的帶有能量的流體最好是油，也可以是乳化液、水等，所說的缸筒就 是油缸的缸體。
在缸筒、旋轉(zhuǎn)活塞、輸出軸之間設(shè)置的密封，可以是如下結(jié)構(gòu)形式在輸出軸與缸筒內(nèi)壁之間設(shè)有支撐密封，流體孔旁的缸筒內(nèi)壁與旋轉(zhuǎn)活塞 之間設(shè)有孔用密封，旋轉(zhuǎn)活塞與輸出軸之間設(shè)有軸用密封，缸筒內(nèi)壁、旋轉(zhuǎn)活 塞、輸出軸之間通過上述密封形成一個獨(dú)立的封閉空間，該空間連通缸筒上的 一個流體孔；缸筒內(nèi)其余部分構(gòu)成另一個獨(dú)立的封閉空間，該空間連通缸筒上 的另一個流體孔，上述兩個封閉空間充入(能量流體)液壓油，通過壓力變化， 此消彼長，總體積不變，驅(qū)動缸體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞移動、轉(zhuǎn)動，輸出軸輸出大的 扭矩和擺角。
輸出軸的輸出方式是任意的，例如通過法蘭輸出、雙軸輸出、單軸輸出、 內(nèi)孔輸出等等。
工作原理假定缸體固定，當(dāng)流體孔進(jìn)入(能量流體)高壓油時，與之連 通的封閉空間將增大，旋轉(zhuǎn)活塞假定向右移動，與此同時在旋轉(zhuǎn)活塞上外螺旋 槽與缸體內(nèi)壁上內(nèi)螺旋槽的精確配合作用下又產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即邊移動邊旋轉(zhuǎn)。 而旋轉(zhuǎn)活塞上的內(nèi)螺旋槽又與輸出軸上的外螺旋槽精確配合，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞 給輸出軸。由于輸出軸與缸體在軸線方向上相對靜止，所以當(dāng)前述封閉空間增 大時，旋轉(zhuǎn)活塞相對于輸出軸也向右移動，由于旋轉(zhuǎn)活塞上的內(nèi)螺旋槽與輸出 軸上的外螺旋槽的精確配合，使輸出軸又產(chǎn)生一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動。至此，輸出軸輸 出的回轉(zhuǎn)角度為兩級螺旋轉(zhuǎn)角的矢量疊加，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)活塞很小的軸向位 移，便可使輸出軸輸出很大的旋轉(zhuǎn)角度，大大降低了油缸的軸向長度。
由于理論上油缸的軸向長度可以無限延長，也就是說上述封閉空間可以無 限大，旋轉(zhuǎn)活塞就可以一直向右運(yùn)動，從而也就可以連續(xù)不斷輸出任意回轉(zhuǎn)角。 反之，當(dāng)另一流體孔進(jìn)入(能量流體)高壓油時，則輸出軸可以連續(xù)不斷輸出 反向任意回轉(zhuǎn)角度，從而完成油缸的擺動(回轉(zhuǎn))過程。如果輸出軸處于固定 狀態(tài)，則缸體可以輸出扭矩。
缸筒內(nèi)壁的形狀最好是圓筒，所有密封均采用圓形結(jié)構(gòu)，密封的可靠性極 好，可承受極高的壓強(qiáng)(常規(guī)情況《35Mpa)。而且同等條件下，由于該油缸在任何工作過程中，所有槽齒均參與嚙合，象花鍵聯(lián)結(jié)一樣，從而使該種油缸達(dá) 到了輸出(扭矩)功率極大的目的。
采用本實(shí)用新型，兩級螺旋擺動(回轉(zhuǎn))油缸，由于巧妙地在液壓油缸中 采用了兩級螺旋傳動，使每級(螺旋)轉(zhuǎn)角得到了矢量疊加，達(dá)到了較人的角 度，實(shí)現(xiàn)了油缸從小的往復(fù)直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)化到輸出大的擺動(回轉(zhuǎn))角度的目 的。同時又由于采用了可靠的高壓密封和任何過程中所有齒槽均參與嚙合，象 滑動花鍵聯(lián)結(jié)一樣，故可實(shí)現(xiàn)輸出極大扭矩和功率的目的。
由于兩級螺旋擺動(回轉(zhuǎn))油缸的上述優(yōu)點(diǎn)，在空間極小，需要輸出扭矩 極大，輸出轉(zhuǎn)角范圍寬廣的領(lǐng)域中將有極大的應(yīng)用。同時，在兩級螺旋傳動原 理不變的前提下，還可以在輸出方式、結(jié)構(gòu)上任意組合以滿足不同領(lǐng)域設(shè)備的 需要。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為木實(shí)用新型實(shí)施例一的F—F剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中輸出軸l、支撐墊2、支撐密封3、孔用密封4、軸用密封5和9、旋 轉(zhuǎn)活塞6、缸筒7、端蓋8、緊定螺釘IO、封閉空間ll和12、流體孔14和15。
具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一歩說明。
實(shí)施例一，參照附圖l和2。
本實(shí)施例是通過輸出軸上的法蘭輸出扭矩，輸出軸上設(shè)有法蘭連接孔。
液壓兩級螺旋擺動油缸，它包含缸筒7、旋轉(zhuǎn)活塞6、輸出軸l，缸筒上
設(shè)有兩個流體孔14和15，旋轉(zhuǎn)活塞設(shè)置在缸筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)活塞為帶有內(nèi)、外螺旋 槽的套，其旋向相反，套上的外螺旋槽與缸筒內(nèi)壁上的內(nèi)螺旋槽匹配，套上的 內(nèi)螺旋槽與輸出軸上的外螺旋匹配；在缸筒7、旋轉(zhuǎn)活塞6、輸出軸l之間設(shè)置 如下密封形式在輸出軸與缸筒內(nèi)壁之間設(shè)有支撐密封3，同時設(shè)有支撐墊2，流體孔14旁的缸筒7內(nèi)壁與旋轉(zhuǎn)活塞6之間設(shè)有孔用密封4，旋轉(zhuǎn)活塞6與輸 出軸1之間設(shè)有軸用密封5，缸筒內(nèi)壁、旋轉(zhuǎn)活塞、輸出軸之間通過上述密封形 成一個獨(dú)立的封閉空間11，該空問連通缸筒上的一個流體孔14;缸筒內(nèi)其余部 分構(gòu)成另一個獨(dú)立的封閉空間12，該空間連通缸筒上的另一個流體孔15，上述 兩個封閉空間充入液壓油，通過壓力變化，此消彼長，總體積不變，驅(qū)動缸體 內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞移動、轉(zhuǎn)動，輸出軸輸出大的扭矩和擺角。
缸筒的端部設(shè)有端蓋8，通過緊定螺釘10固定在輸出軸1上，端蓋與輸出 軸之間設(shè)有軸用密封9,端蓋與缸筒之間也設(shè)有密封。
缸筒7、旋轉(zhuǎn)活塞6、輸出軸1之間的關(guān)系旋轉(zhuǎn)活塞6安裝在輸出軸1上， 并使輸出軸1的外螺旋槽與旋轉(zhuǎn)活塞6上的內(nèi)螺旋槽精確配合，同時旋轉(zhuǎn)活塞6 又裝在缸體7的內(nèi)部，并使旋轉(zhuǎn)活塞6外螺旋槽與缸體7上的內(nèi)螺旋槽精確配 合。
工作過程假定缸體7固定，液壓油的壓強(qiáng)大于160MP，當(dāng)流體孔14進(jìn)入 高壓油時，與之連通的封閉空間ll將增大，旋轉(zhuǎn)活塞向右移動，與此同時在旋 轉(zhuǎn)活塞上外螺旋槽與缸體內(nèi)壁上內(nèi)螺旋槽的精確配合作用下又產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動， 即邊移動邊旋轉(zhuǎn)。而旋轉(zhuǎn)活塞上的內(nèi)螺旋槽又與輸出軸上的外螺旋槽精確配合， 將回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給輸出軸。由于輸出軸與缸體在軸線方向上相對靜止，所以當(dāng) 前述封閉空間ll增大時，旋轉(zhuǎn)活塞相對于輸出軸也向右移動，由于旋轉(zhuǎn)活塞上 的內(nèi)螺旋槽與輸出軸上的外螺旋槽的精確配合，使輸出軸又產(chǎn)生一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 至此，輸出軸輸出的回轉(zhuǎn)角度為兩級螺旋轉(zhuǎn)角的矢量疊加，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)活 塞很小的軸向位移，便可使輸出軸輸出很大的旋轉(zhuǎn)角度，大大降低了油缸的軸 向長度。反之，當(dāng)另一流體孔15進(jìn)入高壓油時，則輸出軸可以連續(xù)不斷輸出反 向仟意回轉(zhuǎn)角度，從而完成油缸的擺動(回轉(zhuǎn))過程。
權(quán)利要求1、一種液壓兩級螺旋擺動油缸，其特征在于包含缸筒(7)、旋轉(zhuǎn)活塞(6)、輸出軸(1)，旋轉(zhuǎn)活塞設(shè)置在缸筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)活塞為帶有內(nèi)、外螺旋槽的套，其旋向相反，套上的外螺旋槽與缸筒內(nèi)壁上的內(nèi)螺旋槽匹配，套上的內(nèi)螺旋槽與輸出軸上的外螺旋槽匹配。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述之液壓兩級螺旋擺動油缸，其特征在于缸筒上設(shè)有 流體孔(14、 15)，缸筒(7)、旋轉(zhuǎn)活塞(6)、輸出軸(1)之間設(shè)有密封，將 缸筒內(nèi)空間分割成兩個獨(dú)立的封閉空間，每個獨(dú)立空間分別與缸筒上的流體孔 連通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述之液壓兩級螺旋擺動油缸，其特征在于缸筒(7)、 旋轉(zhuǎn)活塞(6)、輸出軸(1)之間設(shè)置的密封，是如下結(jié)構(gòu)在輸出軸與缸筒內(nèi) 壁之間設(shè)有支撐密封(3)，流體孔(14)旁的缸筒(7)內(nèi)壁與旋轉(zhuǎn)活塞(6) 之間設(shè)有孔用密封(4)，旋轉(zhuǎn)活塞(6)與輸出軸(1)之間設(shè)有軸用密封(5)， 缸筒內(nèi)壁、旋轉(zhuǎn)活塞、輸出軸之間通過上述密封形成一個獨(dú)立的封閉空間(11)， 該空間連通缸筒上的一個流體孔(14);缸筒內(nèi)其余部分構(gòu)成另一個獨(dú)立的封閉 空間(12)，該空間連通缸筒上的另一個流體孔(15)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之液壓兩級螺旋擺動油缸，其特征在于缸筒(7) 的端部設(shè)有端蓋(8)，通過緊定螺釘(10)固定在輸出軸(1)上，端蓋與輸出 軸(1)之間設(shè)有軸用密封(9)，端蓋與缸筒之間也設(shè)有密封。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種將流體輸入轉(zhuǎn)化為扭矩和擺角輸出的驅(qū)動裝置，特別是液壓兩級螺旋擺動油缸。技術(shù)方案是包含缸筒(7)、旋轉(zhuǎn)活塞(6)、輸出軸(1)，旋轉(zhuǎn)活塞設(shè)置在缸筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)活塞為帶有內(nèi)、外螺旋槽的套，其旋向相反，套上的外螺旋槽與缸筒內(nèi)壁上的內(nèi)螺旋槽匹配，套上的內(nèi)螺旋槽與輸出軸上的外螺旋槽匹配。本實(shí)用新型巧妙地在液壓油缸中采用了兩級螺旋傳動，使每級(螺旋)轉(zhuǎn)角得到了矢量疊加，達(dá)到了較大的角度，實(shí)現(xiàn)了油缸從小的往復(fù)直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)化到輸出大的擺動(回轉(zhuǎn))角度的目的。在空間極小，需要輸出扭矩極大，輸出轉(zhuǎn)角范圍寬廣的領(lǐng)域中將有極大的應(yīng)用，還可以在輸出方式、結(jié)構(gòu)上任意組合以滿足不同領(lǐng)域設(shè)備的需要。
文檔編號F15B15/00GK201225348SQ20082011832
公開日2009年4月22日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者郭玉恒 申請人:郭玉恒