CN111094763B - 致动器轴承布置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例描述了致动器中的轴承的布置。特别地，轴承配合到致动构件的表面中，而不是配合到用于致动构件的壳体中。在旋转叶片致动器的示例性实施例中，轴承配合到叶片致动构件的轴向表面中，而不是配合在壳体的地板和转子盖中。以这种方式，解决了轴向轴承松动并且在致动构件中磨出泄漏路径的问题。

Description

致动器轴承布置

技术领域

本发明总体上涉及致动器，并且更具体地涉及致动器轴承布置。

背景技术

液压、气动、电动和机械致动器通常包括壳体和致动构件。例如，直线液压致动器包含液压缸壳体，活塞致动构件在液压缸壳体内运动。在另一个实例中，旋转叶片致动器包括壳体，叶片型致动构件在壳体内旋转。在具有类似构造的扭矩管中，叶片型致动构件可以替代地是固定的，使得壳体围绕叶片型致动构件旋转。通常，在这些致动器中，轴承常常用以促进运动并防止沿主直线轴线或旋转轴线的摩擦。然而，在某些情况下，旋转叶片致动器和扭矩管致动器中的轴向轴承会对致动构件密封件造成磨损，这会产生导致致动器死区的致动内部流体泄漏路径。

图5中示出了传统的旋转叶片致动器10的剖视图。如图5中所示，旋转叶片致动器10包括壳体12和致动构件，特别是两个叶片14。叶片14在壳体12中绕由转子16限定的轴线旋转。叶片14在壳体12的转子盖18和地板20之间旋转。如图5中所示，密封件21围绕每个叶片14的三个侧面设置，并且将叶片14密封到壳体12的转子盖18、地板20和壁。第一轴向轴承22过盈配合到转子盖18并且被加工成与转子盖18的表面齐平。类似地，第二轴向轴承24过盈配合到壳体12的地板20中并且被加工成与地板20的表面齐平。

在运行期间，第一轴向轴承22和第二轴向轴承24易于分别从转子盖18和地板20松开。这在上至千分之几英寸的表面上形成了突壁(ledge)，并且该突壁抵靠着密封件21，如此在密封件21中磨损出了沟槽。如上所述，该沟槽为致动流体产生了内部泄漏路径，从而导致致动器死区和过多的内部流体泄漏。

本发明的实施例解决了与致动器中的轴承放置有关的问题。通过在此提供的本发明的描述，本发明的这些和其他优点以及附加的创造性特征将变得显而易见。

发明内容

本发明的实施例涉及一种改进的致动器，其不会产生与现有技术的致动器相同的泄漏路径。特别地，本发明涉及不产生由于轴承对致动构件密封件的磨损而导致的泄漏路径的致动器。通过公开的致动器中的轴承的布置避免了这种泄漏路径的产生。特别地，轴承配合到致动构件的表面中，而不是例如配合到用于致动构件的壳体中。在旋转叶片致动器的示例性实施例中，轴承配合到叶片致动构件的与壳体的地板和转子盖相对的轴向表面中。以这种方式，轴承和密封件与致动构件一起运动，并且解决了轴向轴承松动和在致动构件密封件上磨出泄漏路径的问题。

在一方面中，提供了致动器的实施例。所述致动器包括具有至少一个壳体表面的壳体以及具有至少一个致动构件表面的致动构件。所述致动器还包括密封件，其布置在致动构件表面上并接触壳体表面。此外，所述致动器包括至少一个轴承。所述轴承被***到致动构件表面中，并且轴承在所述致动器的致动期间不接触所处密封件。

在某些实施例中，所述壳体是静止的并且所述致动构件被构造成相对于所述壳体运动。在这种实施例中，所述壳体包括限定流体腔室的转子盖、周壁和地板。所述致动构件优选是转子，其包括在所述流体腔室内运动的至少一个叶片。此外，所述壳体表面包括转子盖表面和地板表面。所述致动构件表面包括两个轴向叶片表面。每个轴承配合到轴向叶片表面中的一个中，并且每个轴承接触所述转子盖表面和所述地板表面中的一个。

在特定的实施例中，在轴向叶片表面中的一个或两个上具有两个轴承。在其他特定的实施例中，致动器包括两个叶片。在这种实施例中，一个叶片在其第一轴向叶片表面上具有轴承，并且另一个叶片在其第二轴向叶片表面上具有轴承。在其他这些实施例中，每个叶片在其轴向叶片表面中的每个上具有轴承。此外，在优选的实施例中，致动器在转子盖或地板中不包括轴向推力轴承。

在实施例中，每个轴承是圆柱形的并且被压配合到致动构件表面中。在其他实施例中，轴承至少部分地是金属的、非金属的、有机的或复合的。在致动器的其他实施例中，致动构件是静止的，并且壳体被构造成相对于致动构件运动。在这种实施例中，致动构件包括一个以上的叶片。特别地，致动器是扭矩管。

在另一方面中，提供了旋转叶片致动器的实施例。所述旋转叶片致动器包括限定周壁和地板的壳体。还包括的是转子盖，并且转子盖、周壁和地板限定流体腔室。转子被另外地包括在转子叶片致动器中。所述转子包括叶片，其被够造成在所述流体腔室内运动。密封件设置在叶片的轴向表面中的每个上，使得密封件接触转子盖和地板。所述转子叶片致动器在其轴向表面中的至少一个中还包括至少一个轴承，并且所述轴承在旋转叶片致动器的致动期间不接触密封件。

在实施例中，每个轴承至少部分地是金属的、非金属的、有机的或复合的。在其他实施例中，所述旋转叶片致动器包括两个叶片。在这种实施例中，一个叶片在其第一轴向叶片表面上具有轴承，并且另一个叶片在其第二轴向叶片表面上具有轴承。在其他这种实施例中，每个叶片在其轴向叶片表面中的每个上包括两个轴承。另外地，旋转叶片致动器在转子盖或地板中不包括轴向推力轴承。在实施例中，每个轴承是圆柱形的并且被压配合到叶片的轴向表面的至少一个中。在特定的实施例中，旋转叶片致动器是气动的。

当结合附图时，通过以下详细说明，本发明的其他方面、目的和优点将变得更加明显。

附图说明

并入说明书中并形成说明书的一部分的附图图示出了本发明的几个方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据示例性实施例的旋转叶片致动器的等距视图；

图2是根据示例性实施例的图1的旋转叶片致动器的水平剖视图；

图3是根据示例性实施例的图1的旋转叶片致动器的竖直剖视图；

图4是根据示例性实施例的包括滑动推力轴承的叶片的细节图；以及

图5是包括轴向推力轴承的旋转叶片致动器的现有技术描述。

尽管将结合某些优选实施例描述本发明，但并不意图将其限制于那些实施例。相反，该意图是覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替代方案、修改和等同方案。

具体实施方式

本发明的实施例涉及一种改进的致动器，其不会产生与现有技术的致动器相同的泄漏路径。特别地，本发明涉及一种不会由于轴承对致动构件的密封件的磨损而产生泄漏路径的致动器。通过所公开的致动器中的轴承布置避免了这种泄漏路径的产生。例如，在旋转叶片致动器中，轴承配合到叶片的轴向表面中，而不是如上所述地配合在壳体的地板和转子盖中。以此方式，在致动期间轴承与叶片的密封件一起旋转，从而解决了推力轴承松动和在致动构件中磨损出泄漏路径的问题。即，与密封件在轴承上运动的传统致动器布置不同，在致动构件的致动期间，密封件和轴承不接触。尽管在旋转叶片致动器的背景下描述了本发明的示例性实施例，但是本文所讨论的轴承布置可应用于其他致动器，并因此，这些示例性实施例不应视为限制性的。

图1描述了根据示例性实施例的旋转叶片致动器100。旋转叶片致动器100包括具有罩板104的壳体102。罩板104通过多个紧固件106附接到壳体。如从图1中还可以看出的，旋转叶片致动器100还包括多个流体端口108。流体端口108既是入口端口又是出口端口，这取决于旋转叶片致动器100的致动方向。旋转叶片致动器100通常是流体致动的，例如气动或液压。电气端口110也设置在壳体102中，以将电反馈信号电压从旋转叶片致动器100传送到控制器。

图2提供了图1的旋转叶片致动器100的水平剖视图。如图2中所描绘的，旋转叶片致动器100包括致动构件，该致动构件包括绕壳体102的内部的轴线旋转的转子112和从转子112径向突出的两个叶片114。在其他实施例中，转子112仅包括单个叶片114，并且在另外的其他实施例中，转子112包括多于两个的叶片114。每个叶片114包括围绕叶片114的三个侧面延伸的密封件115(例如，类似于图5中的密封件21的布置)。在实施例中，密封件115由具有低摩擦涂层的弹性体材料制成，诸如PTFE。如将在下面更全面地讨论的，推力轴承130被安装成使得叶片114不直接接触壳体102，否则在某些情况下可能由于轴向载荷和摩擦而影响旋转叶片致动器100的操作。

叶片114在流体腔室116内旋转，流体腔室116部分由壳体102的周壁117限定。流体腔室116经由流体导管118与流体端口108流体连通。在实施例中，流体被迫进入流体腔室116以引起叶片114的旋转，从而引起转子112的旋转。流体腔室116中的加压流体的力用于使叶片114在两个靴120之间旋转以便将转子112定位在壳体内。以这种方式，转子112能够用于定位下游部件，诸如阀构件。这种阀构件的位置可以通过位置传感器122来感测，该位置传感器122可以在图3中更详细地看到。

如图3中所示，位置传感器122被***到转子112的内腔中。传感器杆124连通阀构件的旋转位置。如同样在图3中描述的，包含叶片114的流体腔室116被转子盖128密封。维持叶片114与壳体102的转子盖128、周壁117和地板136之间的密封对于旋转叶片致动器100的可靠致动而言是重要的。每个叶片114的密封件115(如图2中描述的)在这些部件之间提供这种密封。叶片114、转子盖128和地板136非常接近，使得运动构件中的任何不平衡都可能导致不希望的磨损，产生泄漏路径并降低使用寿命。如上所讨论的，通常使用定位在转子112周围的轴向推力轴承来解决该问题，但同样如上所讨论的，这些轴向推力轴承容易从其沟槽中脱出并磨损叶片114的密封件115，这也会产生泄漏路径。

相反，根据本发明的实施例的旋转叶片致动器100包括位于叶片114的至少一个轴向表面上的滑动推力轴承130。特别地，叶片114包括面对转子盖128的第一轴向表面132和面对壳体102的地板136的第二轴向表面134。滑动推力轴承130包括在第一轴向表面132和第二轴向表面134中的一个或两个中。在实施例中，滑动推力轴承130可以过渡配合或过盈配合到叶片114的第一轴向表面132和/或第二轴向表面134中。另外，滑动推力轴承130能够使用粘合剂或紧固件固定到叶片114。

如图3的实施例所示，滑动推力轴承130设置在第一轴向表面132和第二轴向表面134两者上。以这种方式，滑动推力轴承130通过壳体102的转子盖128和地板136的装配而被夹在适当的位置，使得即使它们松动，滑动推力轴承130仍然无法接触密封件115并且仍运作以支撑轴向载荷并在叶片14的致动期间减少摩擦。

返回参考图2中描述的实施例，在每个叶片114的第一轴向表面132上的密封件115的任一侧上有两个滑动推力轴承130。类似地，尽管未在图2中描绘出，但第二轴向表面134还每个叶片114包括两个滑动推力轴承130，并因此，根据本发明的实施例，转子组件112的叶片114包括八个滑动推力轴承130。然而，在其他实施例中，每个叶片114的第一轴向表面132仅包括一个滑动推力轴承130或多于两个的滑动推力轴承130。另外地，在其他实施例中，第二轴向表面134仅包括一个滑动推力轴承130或多于两个的滑动推力轴承130。此外，在实施例中，每个叶片114的第一轴向表面132和第二轴向表面134包含不同数量的滑动推力轴承130。例如，在实施例中，第一叶片114的第一轴向表面132包括一个以上的滑动推力轴承130，而第二叶片114的第一轴向表面132不包括任何推力轴承。此外，第二叶片114的第二轴向表面134包括一个以上的滑动推力轴承130，而第一叶片114的第二轴向表面134不包括任何推力轴承。在这样的实施例中，在每个叶片114的相对表面上包括滑动推力轴承130仍然在致动期间使叶片114平衡。

如上所述，在其他实施例中，旋转叶片致动器100仅包括一个叶片114或多于两个的叶片114。在这样的实施例中，至少一个滑动推力轴承130设置在一个或数个叶片114的第一轴向表面132中的至少一个上和/或在一个或数个叶片114的第二轴向表面134中的一个以上上。

各种滑动推力轴承130适用于本发明的实施例。在特定实施例中，滑动推力轴承130是金属、非金属、有机、复合和/或增强轴承。特别地，合适的滑动推力轴承130包括碳复合材料、聚四氟乙烯、黄铜等。图4提供了叶片114的第二轴向表面134中的滑动推力轴承130的详细视图。如能够看到的，滑动推力轴承130被压配合在形成于叶片114的第二轴向表面134中的轴承凹口138中。在滑动推力轴承130的该特定实施例中，滑动推力轴承130包括面对轴承凹口138的圆顶表面140和被描述为接合壳体102的地板136的滑动表面142。然而，滑动推力轴承130的形状不限于圆顶表面140。在其他实施例中，滑动推力轴承130为另一实心形状，诸如圆柱体、棱柱(例如矩形、梯形、三角形等)、长圆形等。因此，尽管在图2中滑动面142被描绘为圆形，但也可以根据多种因素，包括特定设计所需的轴承表面数量、轴向叶片表面的尺寸等，采用其他滑动面142的形状。

随着叶片114在流体腔室116内运动(例如，如图2中所示)，滑动推力轴承130减小了叶片114的第二轴向表面134与壳体的地板136之间的滑动摩擦。此外，滑动推力轴承130帮助叶片114以平衡的方式运动，即，使得第二轴向表面134平行于地板136运动。此外，滑动推力轴承130帮助在任一方向上支撑叶片114上的内部和外部轴向载荷。

如上所述，本文讨论的轴承布置可应用于除旋转叶片致动器之外的其他类型的致动器。例如，在扭矩管中，致动器的结构类似之处在于致动器包含壳体和叶片型致动构件，但是，在扭矩管中，壳体是旋转的，而叶片型致动构件是固定的。在这种致动器中，推力轴承再次被放置在致动构件的轴向表面中。在本文中，“轴向表面”是在垂直于致动轴线的平面中的那些表面。在扭矩管中，致动轴线是壳体旋转所围绕的轴线。

关于在本文讨论的致动器的示例性实施例中描述的轴承布置的教导可应用于其他致动器类型。通常，轴承被放置在致动构件的表面上，而不是配合到壳体或壳体的部件中。以这种方式，在操作期间减少了对致动构件的磨损。

本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)通过引用并入本文，其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示为通过引用并入并且在本文中阐述全部。

在描述本发明的上下文(特别是在下面的权利要求书的上下文中)中使用术语“一”、“一个”和“该”以及类似的指代物将被解释为涵盖单数和复数，除非另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应理解为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)。本文中数值范围的叙述仅仅意在作为单独指代落入该范围内的每个独立数值的简写方法，除非本文另外指出，并且每个独立数值被合并到说明书中，就好像它在此单独列举一样。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有指示或者与上下文明显矛盾。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不限制本发明的范围。说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元素指示为实施本发明所必需的。

这里描述了本发明的优选实施例，包括用于实施本发明的发明人已知的最佳模式。在阅读前面的描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。发明人预期本领域技术人员视合适与否采用这些变化，并且发明人意图本发明能够以说明书中所描述以外的方式来实现。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求书中记载的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变型中的任何组合。

Claims (13)

1.一种致动器，其包括：

壳体，其包括限定至少一个流体腔室的转子盖、周壁和地板，并且具有至少一个壳体表面；

其中，所述至少一个壳体表面包括转子盖表面和地板表面；

致动构件，其包括构造成在所述至少一个流体腔室内运动的至少一个叶片；

其中，所述致动构件具有至少一个致动构件表面；

其中，所述至少一个致动构件表面包括第一轴向叶片表面和第二轴向叶片表面；

密封件，其布置在所述至少一个致动构件表面上并接触所述至少一个壳体表面；

至少两个轴承，其中，所述至少两个轴承都被***到所述第一轴向叶片表面和所述第二轴向叶片表面中的一个中，并且所述至少两个轴承接触所述转子盖表面和所述地板表面中的一个；

其中所述至少两个轴承在所述致动器的致动期间不接触所处密封件；并且

其中，所述壳体是静止的并且所述致动构件被构造成相对于所述壳体运动。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述至少一个叶片包括两个叶片；并且

其中，一个叶片在其第一轴向叶片表面上具有所述至少两个轴承并且另一个叶片在其第二轴向叶片表面上具有至少一个轴承。

3.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述至少一个叶片包括两个叶片；并且

其中，每个叶片在其第一轴向叶片表面上包括至少两个轴承并且在其第二轴向叶片表面上包括至少两个轴承。

4.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述致动器在所述转子盖或所述地板中不包括轴向推力轴承。

5.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述至少两个轴承中的每个是圆柱形的，并且其中至少两个轴承中的每个被压配合到所述第一轴向叶片表面和所述第二轴向叶片表面中的一个中。

6.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述至少两个轴承至少部分地是金属的、非金属的、有机的或复合的。

7.一种旋转叶片致动器，其包括：

壳体，其限定周壁和地板；

限定至少一个流体腔室的转子盖、周壁和地板；

转子，其包括至少一个叶片，所述至少一个叶片被够造成在所述至少一个流体腔室内运动，并且所述至少一个叶片包括第一轴向表面和第二轴向表面；

密封件，其延伸经过所述第一轴向表面的至少一部分并经过所述第二轴向表面的至少一部分，所述密封件接触所述转子盖和所述地板；以及

至少两个轴承，其被***到所述第一轴向表面和所述第二轴向表面中的一个中，所述至少两个轴承在所述旋转叶片致动器的致动期间不接触所述密封件。

8.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述至少两个轴承中的每个至少部分地是金属的、非金属的、有机的或复合的。

9.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述至少一个叶片包括两个叶片；并且

其中，一个叶片在其第一轴向叶片表面上具有所述至少两个轴承，并且另一个叶片在其第二轴向叶片表面上具有至少一个轴承。

10.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述至少一个叶片包括两个叶片，并且其中，每个叶片在其第一轴向表面上包括至少两个轴承并且在其第二轴向表面上包括至少两个轴承。

11.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述旋转叶片致动器在所述转子盖或所述地板中不包括轴向推力轴承。

12.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述至少两个轴承中的每个是圆柱形的，并且被压配合到所述第一轴向表面和所述第二轴向表面中的所述至少一个中。

13.根据权利要求7所述的旋转叶片致动器，其中，所述旋转叶片致动器是气动的。

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