專利名稱：二自由度液壓油缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓油缸，尤其是一種既能輸出直線往復(fù)運動，同時能輸出回轉(zhuǎn) 運動的超過一個自由度的液壓油缸，屬于液壓執(zhí)行器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
活塞式雙作用液壓油缸在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，如工程機械、冶金機械、鍛壓機 械、注塑機、飛機、船舶等，普通活塞式雙作用液壓油缸只有直線往復(fù)運動的一個自由度。專 利號為89105415. 4的中國發(fā)明專利申請公開說明書《液壓旋轉(zhuǎn)動力油缸》，公開了一種液 壓旋轉(zhuǎn)動力油缸，變現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)動力油缸活塞相對缸筒壁旋轉(zhuǎn)為活塞桿相對活塞內(nèi)孔旋 轉(zhuǎn)，降低了運動副的相對線速度，改善了磨損條件，延長了使用壽命，但這種液壓油缸仍然 只有一個自由度。專利號為200410069392. 3的中國發(fā)明專利申請公開說明書《一種雙級螺旋內(nèi)反 饋的數(shù)字流體缸》，它通過對步進電機的數(shù)字化信號控制油缸自設(shè)的換向閥移位，從而驅(qū)動 活塞移動，在活塞移動的同時，通過二級螺旋將信號反饋給步進電機，實現(xiàn)對液壓油缸的移 動控制。該發(fā)明申請的缸體內(nèi)設(shè)置了二級螺旋機構(gòu)和換向閥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、裝配困難，還 需要通過對步進電機進行數(shù)字化控制，控制難度大，可靠性較差，且只有一個自由度的動力 輸出。對于需要同時進行移動和轉(zhuǎn)動的裝置，如船舶推進系統(tǒng)的換向舵控制油缸，該油 缸是一種單活塞桿雙作用液壓油缸，由于活塞桿在船艉艙室外部工作，因此不能直接通過 活塞桿采集運動信號對油缸動作進行控制，如果采用雙活塞桿，又受到空間位置限制，而磁 性內(nèi)置式位移油缸，雖然能夠采集運動信號，但是機構(gòu)復(fù)雜，抗干擾能力較差。綜上所述，現(xiàn)有的單活塞桿雙作用液壓油缸僅有一個自由度，使用范圍受限；同 時，對于在特定環(huán)境下，單活塞桿雙作用液壓油缸采集運動信號比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二自由度，單活塞桿雙作用液壓油缸，這種液壓油缸工 作時，液壓缸一端的活塞桿可作往復(fù)運動，液壓缸的另一端的轉(zhuǎn)軸能夠自動輸出與活塞桿 位移相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動信號，從而解決了液壓缸的信號采集難的問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種二自由度液壓油缸，包括前缸蓋、缸筒、活塞桿、活塞、后缸蓋、活塞桿密封組件、活 塞密封組件、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂，所述缸筒兩端分別與前缸蓋、后缸蓋固定連接，并通過前缸蓋、后 缸蓋與缸筒兩端之間的密封件密封缸筒；所述活塞一端與活塞桿一端固定連接，活塞桿另 一端穿出前缸蓋，所述活塞桿密封組件設(shè)置在前缸蓋內(nèi)，活塞桿外圓與前缸蓋內(nèi)孔之間通 過活塞桿密封組件密封；活塞密封組件設(shè)置在活塞外圓上。所述活塞桿一端開有軸向盲 孔，轉(zhuǎn)軸一端的外周面上設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，所述活塞的另一端端頭向外延伸出活塞延伸端，所 述活塞延伸端的內(nèi)孔形狀與轉(zhuǎn)軸一端螺旋結(jié)構(gòu)形狀吻合，轉(zhuǎn)軸一端順次伸入活塞延伸端內(nèi)
3孔、活塞桿的軸向盲孔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸另一端穿出后缸蓋，轉(zhuǎn)軸外圓與后缸蓋內(nèi)孔之間通過轉(zhuǎn)軸密 封組件密封，所述轉(zhuǎn)臂下端與轉(zhuǎn)軸另一端端頭固定連接。本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。前述的二自由度液壓油缸，其中所述螺旋結(jié)構(gòu)為非自鎖的單螺旋槽；或為非自鎖 的雙螺旋槽；或為非自鎖的單螺旋平面。前述的二自由度液壓油缸，其中所述轉(zhuǎn)軸軸向分別通過摩擦片和軸用擋圈定位在 后紅蓋上。前述的二自由度液壓油缸，其中所述活塞延伸端內(nèi)孔還設(shè)有與軸向盲孔相通的 軸向通槽，所述軸向通槽設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的螺旋結(jié)構(gòu)外側(cè)；所述轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動角度為士50° 士65°。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，可靠性高。將現(xiàn)有液壓油缸僅有往復(fù)運動的一個自由 度擴展到既有往復(fù)運動又有轉(zhuǎn)動的二自由度，豐富了液壓油缸的工作范圍，提高了油缸的 應(yīng)用功能。本發(fā)明的單活塞桿和轉(zhuǎn)軸同時輸出移動和轉(zhuǎn)動二自由度運動，其移動的行程和 轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角能夠互相匹配，活塞桿的移動與轉(zhuǎn)軸成線性關(guān)系，可以按照要求預(yù)先設(shè)定二自 由度運動的關(guān)系。二自由度運動均可以作為動力輸出，同時，也可以將一個自由度運動作為 動力輸出，另一個為前述一個自由度運動輸出檢測信號。此外，如果將轉(zhuǎn)動端的轉(zhuǎn)軸與油缸 端蓋固定，則能使活塞桿在移動的過程中，同時轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)了同一個活塞桿同時輸出移 動和轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動。本發(fā)明的優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋， 這些實施例，是參照附圖僅作為例子給出的。


圖1是本發(fā)明的剖視圖2是圖1的A-A剖視圖，即本發(fā)明實施例一的A-A剖視圖； 圖3是圖1的A-A剖視圖，即本發(fā)明實施例二的A-A剖視圖； 圖4是圖1的A-A剖視圖，即本發(fā)明實施例三的A-A剖視圖； 圖5是本發(fā)明實施例一的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明實施例二的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)圖； 圖7是本發(fā)明實施例三的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)圖。圖8是圖1的左視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明包括前缸蓋1、缸筒2、活塞桿3、活塞4、后缸蓋5、活塞桿密封 組件6、活塞密封組件7、轉(zhuǎn)軸8、轉(zhuǎn)臂9、轉(zhuǎn)軸密封組件10，缸筒2兩端分別與前缸蓋1、后缸 蓋5通過緊固螺桿11固定連接成一整體，前缸蓋1、后缸蓋5與缸筒2兩端的端面之間分別 嵌裝了用于密封缸筒2的0形密封件12?；钊? 一端與活塞桿3 —端通過螺紋固定連接， 并用后緊定螺釘41固定；活塞桿3另一端穿出前缸蓋1，活塞桿3另一端端頭與活塞桿調(diào) 節(jié)頭31之間采用螺紋連接，并用前緊定螺釘32固定，可防止活塞桿調(diào)節(jié)頭31轉(zhuǎn)動?；钊麠U3外圓與前缸蓋1內(nèi)孔之間通過設(shè)置在前缸蓋1內(nèi)的活塞桿密封組件6密封?；钊芊?組件7設(shè)置在活塞4外圓上，將缸筒2內(nèi)腔分成互不相通的有桿腔和無桿腔。活塞桿3 — 端開有軸向盲孔33，轉(zhuǎn)軸8 —端的外周面上設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，活塞3的另一端端頭向外延伸出 活塞延伸端34，所述活塞延伸端內(nèi)孔341形狀與轉(zhuǎn)軸8 一端螺旋結(jié)構(gòu)形狀吻合，轉(zhuǎn)軸8 一端 順次伸入活塞延伸端內(nèi)孔341、活塞桿的軸向盲孔33內(nèi)，轉(zhuǎn)軸8另一端穿出后缸蓋5，轉(zhuǎn)軸 8外圓與后缸蓋5內(nèi)孔之間通過轉(zhuǎn)軸密封組件10密封，轉(zhuǎn)臂9下端與轉(zhuǎn)軸8另一端端頭通 過轉(zhuǎn)臂緊定螺釘91固定連接。轉(zhuǎn)軸8 一端的外周面上設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實施例一的轉(zhuǎn)軸8的螺旋結(jié)構(gòu)圖如 圖5所示，為非自鎖的單螺旋槽81A。如圖2所示，本發(fā)明實施例一的轉(zhuǎn)軸8 一端單螺旋槽 81A與活塞延伸端34的內(nèi)孔341A形狀吻合，活塞延伸端內(nèi)孔341A外側(cè)還設(shè)有與活塞桿軸 向盲孔33相通的軸向通槽341A1，當(dāng)活塞4右行時，可使軸向盲孔33從軸向通槽341A1吸 入液壓油；當(dāng)活塞4左行時，可使軸向盲孔33從軸向通槽341A1排出液壓油。本發(fā)明實施例二的轉(zhuǎn)軸8的螺旋結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，為非自鎖的雙螺旋槽81B。 如圖3所示，轉(zhuǎn)軸8 一端雙螺旋槽81B與活塞延伸端內(nèi)孔341B形狀吻合，活塞延伸端內(nèi)孔 341A 二側(cè)分別設(shè)有與軸向盲孔33相通的軸向通槽341B1，其作用與實施例一相同。雙螺旋 槽81B改善了轉(zhuǎn)軸8的受力狀態(tài)，使其受到的轉(zhuǎn)動力矩更均勻。本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，為非自鎖的單螺旋平面81C;如圖4所示。 轉(zhuǎn)軸8 一端單螺旋平面81C與活塞延伸端34的內(nèi)孔341C形狀吻合，活塞延伸端內(nèi)孔341C 二側(cè)分別設(shè)有與軸向盲孔33相通的軸向通槽341C1，其作用與實施例一相同。轉(zhuǎn)軸8軸向分別通過位于后缸蓋5內(nèi)外側(cè)的摩擦片101和軸用擋圈103定位在后 缸蓋5上。摩擦片101為二片端面摩擦片，其作用相當(dāng)于推力軸承，減小轉(zhuǎn)軸8旋轉(zhuǎn)時的摩 擦力；后缸蓋5外側(cè)裝有調(diào)整墊片102和軸用擋圈103，實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸8的軸向定位。當(dāng)液壓油從后油口 51進入本發(fā)明的左油腔時，推動活塞4向右移動，在活塞桿調(diào) 節(jié)頭31和外部機構(gòu)的約束下，活塞4連同活塞桿3作直線運動，同時，由于轉(zhuǎn)軸8的螺旋槽 與活塞延伸端34的內(nèi)孔形狀吻合，所以，在活塞4右移的同時，轉(zhuǎn)軸8隨之轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動方 向和轉(zhuǎn)動角度可預(yù)先設(shè)定，只要保證轉(zhuǎn)軸8的螺旋角大于轉(zhuǎn)軸8與活塞4的摩擦角，轉(zhuǎn)軸8 就能夠正反向轉(zhuǎn)動。此外，如果需要活塞桿3在移動的同時還能夠轉(zhuǎn)動，需要拆除活塞桿調(diào) 節(jié)頭311的外部約束，同時將轉(zhuǎn)軸8與后缸蓋5固定，避免其轉(zhuǎn)動即可。反之，當(dāng)液壓油從 前油口 13進入缸筒右油腔時，活塞4向左移動，轉(zhuǎn)軸8也隨之轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動方向與活塞4右 移時的轉(zhuǎn)動方向相反。如圖8所示，轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動時帶動轉(zhuǎn)臂9轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臂9的轉(zhuǎn)動角度為士 50° 士65°，本實施例為士60°。轉(zhuǎn)臂9通過其上端的槽孔92帶動與之連接的桿件將轉(zhuǎn)動扭矩 變?yōu)橥屏斔统鋈M足特定的使用要求。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二自由度液壓油缸，包括前缸蓋、缸筒、活塞桿、活塞、后缸蓋、活塞桿密封組件、 活塞密封組件，缸筒兩端分別與前缸蓋、后缸蓋固定連接，并通過前缸蓋、后缸蓋與缸筒兩 端之間的密封件密封缸筒；所述活塞一端與活塞桿一端固定連接，活塞桿另一端穿出前缸 蓋，所述活塞桿密封組件設(shè)置在前缸蓋內(nèi)，活塞桿外圓與前缸蓋內(nèi)孔之間通過活塞桿密封 組件密封；活塞密封組件設(shè)置在活塞外圓上；其特征在于還包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂，所述活塞桿 一端開有軸向盲孔，轉(zhuǎn)軸一端的外周面上設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，所述活塞的另一端端頭向外延伸 出活塞延伸端，所述活塞延伸端的內(nèi)孔形狀與轉(zhuǎn)軸一端螺旋結(jié)構(gòu)形狀吻合，轉(zhuǎn)軸一端順次 伸入活塞延伸端內(nèi)孔、活塞桿的軸向盲孔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸另一端穿出后缸蓋，轉(zhuǎn)軸外圓與后缸蓋內(nèi) 孔之間通過轉(zhuǎn)軸密封組件密封，所述轉(zhuǎn)臂下端與轉(zhuǎn)軸另一端端頭固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述螺旋結(jié)構(gòu)為非自鎖的單 螺旋槽。
3.如權(quán)利要求1所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述螺旋結(jié)構(gòu)為非自鎖的雙 螺旋槽。
4.如權(quán)利要求1所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述螺旋結(jié)構(gòu)為非自鎖的單 螺旋平面。
5.如權(quán)利要求1所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸軸向分別通過摩擦 片和軸用擋圈定位在后缸蓋上。
6.如權(quán)利要求1至4任一項所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述活塞延伸端 內(nèi)孔還設(shè)有與軸向盲孔相通的軸向通槽，所述軸向通槽設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的螺旋結(jié)構(gòu)外側(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的二自由度液壓油缸，其特征在于所述轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動角度為 士50° 士65°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二自由度液壓油缸，包括前、后缸蓋，缸筒，活塞桿，活塞，活塞密封組件、活塞桿密封組件、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂，活塞一端與活塞桿一端固定連接，活塞桿另一端穿出前缸蓋?；钊麠U一端開有軸向盲孔，轉(zhuǎn)軸一端的外周面上設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，活塞的另一端端頭向外延伸出活塞延伸端，所述活塞延伸端的內(nèi)孔形狀與轉(zhuǎn)軸一端螺旋結(jié)構(gòu)形狀吻合，轉(zhuǎn)軸一端順次伸入活塞延伸端內(nèi)孔、活塞桿的軸向盲孔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸另一端穿出后缸蓋，轉(zhuǎn)臂下端與轉(zhuǎn)軸另一端端頭固定連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，可靠性高。將現(xiàn)有液壓油缸僅有活塞桿往復(fù)運動的一個自由度擴展到既有往復(fù)運動又有轉(zhuǎn)動的二自由度，豐富了液壓油缸的工作范圍，提高了油缸的應(yīng)用功能。
文檔編號F15B15/14GK102094869SQ20111005166
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者凌有臨, 朱東昌, 潘平良 申請人:江蘇科技大學(xué)