CN113309755B - 一种低速大扭矩复合式液压马达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低速大扭矩复合式液压马达。本发明包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构与液压控制回路连接；机械传动机构包括外壳体、缸体、若干个传动组和内齿轮轴，缸体、传动组和内齿轮轴均位于外壳体中，内齿轮轴为空心轴，缸体安装于内齿轮轴中，缸体外周面沿圆周设有多个圆柱空腔，每个圆柱空腔沿缸体径向布置；每个圆柱空腔经一个传动组连接于内齿轮轴，各个圆柱空腔和各自的液压控制回路联通。本发明利用液压缸的往复工作带动齿轮的定轴转动，利用内齿轮传动的大减速比可将液压马达的输出转速降至极低，同时大幅提高输出扭矩，可适用于驱动具有超低速大扭矩工作特性的回转机构，且液压控制原理简单可靠、易于锁止。

Description

一种低速大扭矩复合式液压马达
技术领域
本发明属于液压马达设计与控制技术领域，具体涉及了一种由液压缸和齿轮机构联合驱动的低速大扭矩复合式液压马达。
背景技术
液压马达是一种输出旋转运动的液压执行元件。按照额定转速的高低，液压马达可分为高速和低速两大类。低速液压马达转速低、输出扭矩较大，因此可省去相应的减速装置，直接与工作机构连接。传统的低速液压马达主要采用径向柱塞式结构，由定子、缸体、配油轴和柱塞等元件组成，其工作原理为：当压力油进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，定子对柱塞的反作用力驱使缸体旋转。
径向柱塞式液压马达的工作特性可靠，但是其结构复杂，体积和重量较大。为满足特定工况下的超低速要求，液压马达需要靠减速装置进一步降低转速。这种方式虽然能在一定程度上降低输出转速、提高输出扭矩，却增加了驱动***的复杂程度，影响驱动***的可靠性和实用性。
发明内容
为了应对背景技术中所述的问题，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种由液压缸和齿轮减速机构联合驱动的复合式液压马达。本发明将液压缸和齿轮机构集成在液压马达内，通过内齿轮轴传动极大地降低其输出转速，本发明工作原理简单易行，具有低速、大扭矩、易于锁止等工作优势，可适用于驱动具有超低速大扭矩工作特性的回转机构。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构与液压控制回路通过接头、软管等进行油液连接；
机械传动机构包括外壳体、缸体、若干个传动组和内齿轮轴，缸体、传动组和内齿轮轴均位于外壳体中，内齿轮轴为具有空心内腔的空心轴，缸体同轴固定安装于内齿轮轴的空心内腔中，缸体外周面沿圆周间隔均匀地设有多个圆柱空腔，每个圆柱空腔沿缸体径向布置，每个圆柱空腔的轴线均与缸体的轴线垂直，每个圆柱空腔的外端贯穿出缸体外周面，使得传动组中的柱塞2可以在圆柱空腔中沿其轴向滑动；每个圆柱空腔经一个传动组连接于内齿轮轴的内壁，各个圆柱空腔和各自的液压控制回路联通；
每个传动组均包括柱塞、连杆和外齿轮轴，柱塞内端位于圆柱空腔中，柱塞外端经连杆与外齿轮轴的偏心位置铰接，外齿轮轴外周面加工为外齿圈，内齿轮轴空心内腔的内周面加工为内齿圈，外齿轮轴的外齿圈与内齿轮轴的内齿圈啮合形成齿啮合传动副，每个外齿轮轴位置保持固定，可自转地安装，且内齿轮轴和外齿轮轴始终保持同向旋转；
每个圆柱空腔的内底部均经缸体内部的油路联通到液压控制回路；
液压控制回路包括一个油泵、一个油箱、若干个两位三通电磁阀和一个控制装置，每个圆柱空腔均连接有一个两位三通电磁阀，圆柱空腔的数量和两位三通电磁阀的数量相同；
每个两位三通电磁阀均分别与油泵和油箱连接，使得液压油从油泵通过两位三通电磁阀后依次经油路和窗口后流入圆柱空腔中，或者液压油从圆柱空腔中依次经窗口和油路后通过两位三通电磁阀流入到油箱中。每个两位三通电磁阀均与控制装置电连接，两位三通电磁阀还与各自对应的油路连接；控制装置按一定顺序协调切换每个两位三通电磁阀的工作位状态，保持至少其中一个两位三通电磁阀的工作位状态与其他各个两位三通电磁阀的工作位状态不同，进而控制仅其中一个圆柱空腔进油，其他各个圆柱空腔排油，进而控制各个传动组运动，从而经齿啮合传动副带动内齿轮轴的连续定轴转动。
所述的内齿轮轴包括内齿轮以及与内齿轮的一端固定连接的内齿轮轴的轴，内齿轮轴活动套装于外壳体一端面的通孔中；外齿轮轴包括外齿轮以及与外齿轮的一端固定连接的外齿轮轴的轴，外齿轮轴活动套装于外壳体另一端面的通孔中。内齿轮轴与外壳体和缸体之间无接触，内齿轮轴的定轴旋转运动不会带动外壳体和缸体旋转内齿轮轴。
所述的外齿轮轴端面偏心位置处设有销，即销的轴线与外齿轮轴的轴线平行且不在同一条轴线上，连杆的一端和销铰接。
所述的内齿轮轴的齿数比外齿轮轴的齿数多，外齿轮轴和内齿轮轴保持同向旋转，内齿轮轴作为输出元件，按照减速比向外部提供输出转速和输出扭矩。
所述的减速比等于内齿轮轴的齿数与外齿轮轴的齿数之比。
各个所述的柱塞在各自的圆柱空腔内沿圆柱空腔轴向运动，沿内齿轮轴旋转方向通过顺次依次控制每一个圆柱空腔进油、其余圆柱空腔排油进而控制，具体如下：
1)当液压油流入当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油时，液压油推动柱塞从当前的圆柱空腔内向外运动，通过铰接的连杆带动外齿轮轴绕自身轴线做定轴旋转运动，再通过啮合传动带动内齿轮轴绕其自身的轴线与外齿轮轴同方向做定轴旋转运动；
2)当液压油充满当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油完成时，柱塞滑动到当前的圆柱空腔的顶部，下一个圆柱空腔中开始注入液压油，下一个圆柱空腔为与当前的圆柱空腔相邻且沿内齿轮轴旋转方向下游的一个圆柱空腔，使得下一个圆柱空腔作为当前的圆柱空腔回到1)进行工作，进一步保持外齿轮轴和内齿轮轴始终沿同一方向旋转，外齿轮轴和内齿轮轴的定轴转动将反过来推动位于未进油的圆柱空腔内的柱塞从外向内运动，使得液压油从圆柱空腔中排出。
所述的圆柱空腔的内径与柱塞的外径相同。
所述的两位三通电磁阀包括A口、P口和T口，P口和T口位于两位三通电磁阀的同一侧，A口位于两位三通电磁阀的另一侧，两位三通电磁阀的P口和T口分别经接头、软管等与油泵、油箱连接，另一侧的A口经外壳体和缸体之间的油路后与各自的圆柱空腔连接，两位三通电磁阀与控制装置电连接，在控制装置的调控下协调切换各个两位三通电磁阀的工作位状态，进一步控制柱塞在圆柱空腔中的的运动，从而控制外齿轮轴和内齿轮轴的定轴转动。
本发明主要利用液压缸的往复工作带动齿轮的定轴转动，并通过内齿轮轴传动大幅降低装置的输出转速、提高装置的输出扭矩。当压力油进入液压缸缸筒时，推动柱塞向外伸出，通过连杆机构等传动机构可将柱塞的直线运动转换为外齿轮轴的定轴回转运动，进一步利用内齿轮轴传动的大减速比可将液压马达的输出转速降至极低，同时可以凭借内齿轮轴的尺寸特性大幅提高输出扭矩。
本发明的有益效果如下：
1.本发明将内齿轮轴减速机构和单作用式液压缸结构集成在一起。相比于传统的径向柱塞式液压马达的偏心轮传动工作原理，本发明凭借内齿轮轴传动的大减速比特性可有效实现输出超低转速的工作特性；
2.本发明中通过多组外齿轮轴与内齿轮轴的同时传动的工作特点，可获得成倍放大的超高输出扭矩。
3.本发明利用一个两位三通电磁阀控制多个活塞杆的工作，相比其他形式的液压马达，本发明的液压控制原理简单可靠、易于锁止。
总的来说，本发明主要利用液压缸的往复工作带动齿轮的定轴转动，利用内齿轮传动的大减速比可将液压马达的输出转速降至极低，同时大幅提高输出扭矩，可适用于驱动具有超低速大扭矩工作特性的回转机构，且液压控制原理简单可靠、易于锁止。
附图说明
图1为本发明传动机构的总体示意图；
图2为本发明中缸体和油路的剖视示意图；
图3为本发明中缸体和圆柱空腔的剖视示意图；
图4为本发明内齿轮减速机构的局部放大示意图；
图5为本发明中柱塞2运动的液压控制原理示意图。
图中，1缸体、2柱塞、3连杆、4外齿轮轴、5内齿轮轴、6油泵、7油箱、8两位三通电磁阀、9控制装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，本发明包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构与液压控制回路通过接头、软管等进行油液连接；
机械传动机构包括外壳体、缸体1、若干个传动组和内齿轮轴5，缸体1、传动组和内齿轮轴5均位于外壳体中，内齿轮轴5为具有空心内腔的空心轴，缸体1同轴固定安装于内齿轮轴5的空心内腔中，缸体1外周面沿圆周间隔均匀地设有多个圆柱空腔，每个圆柱空腔沿缸体1径向布置，每个圆柱空腔的轴线均与缸体1的轴线垂直，每个圆柱空腔的外端贯穿出缸体1外周面，使得传动组中的柱塞2可以在圆柱空腔中沿其轴向滑动；每个圆柱空腔经一个传动组连接于内齿轮轴5的内壁，各个圆柱空腔和各自的液压控制回路联通；
每个传动组均包括柱塞2、连杆3和外齿轮轴4，柱塞2内端位于圆柱空腔中，柱塞2外端经连杆3与外齿轮轴4的偏心位置铰接，外齿轮轴4外周面加工为外齿圈，内齿轮轴5空心内腔的内周面加工为内齿圈，外齿轮轴4的外齿圈与内齿轮轴5的内齿圈啮合形成齿啮合传动副，每个外齿轮轴4位置保持固定，可自转地安装，且内齿轮轴5和外齿轮轴4始终保持同向旋转；圆柱空腔的内径与柱塞2的外径相同。
如图2和图3所示，每个圆柱空腔的内底部均经缸体1内部的油路联通到液压控制回路；
如图5所示，液压控制回路包括一个油泵6、一个油箱7、若干个两位三通电磁阀8和一个控制装置9，每个圆柱空腔均连接有一个两位三通电磁阀8，圆柱空腔的数量和两位三通电磁阀8的数量相同；
每个两位三通电磁阀8均分别与油泵6和油箱7连接，使得液压油从油泵6通过两位三通电磁阀8后依次经油路和窗口后流入圆柱空腔中，或者液压油从圆柱空腔中依次经窗口和油路后通过两位三通电磁阀8流入到油箱7中。每个两位三通电磁阀8均与控制装置9电连接，两位三通电磁阀8还与各自对应的油路连接；控制装置9按一定顺序协调切换每个两位三通电磁阀8的工作位状态，保持至少其中一个两位三通电磁阀8的工作位状态与其他各个两位三通电磁阀8的工作位状态不同，进而控制仅其中一个圆柱空腔进油，其他各个圆柱空腔排油，进而控制各个传动组运动，从而经齿啮合传动副带动内齿轮轴5的连续定轴转动。本发明主要利用柱塞2的往复工作通过连杆3带动外齿轮轴4的定轴转动，进而通过啮合传动带动内齿轮轴5与其同向转动，再利用内齿轮轴5传动的大减速比将液压马达的输出转速降至极低，同时大幅提高输出扭矩，可适用于驱动具有超低速大扭矩工作特性的回转机构。
具体实施的内齿轮轴5包括内齿轮以及与内齿轮的一端固定连接的内齿轮轴5的轴，内齿轮轴5活动套装于外壳体一端面的通孔中；外齿轮轴4包括外齿轮以及与外齿轮的一端固定连接的外齿轮轴4的轴，外齿轮轴4活动套装于外壳体另一端面的通孔中。内齿轮轴5与外壳体和缸体1之间无接触，内齿轮轴5的定轴旋转运动不会带动外壳体和缸体1旋转。
如图4所示，外齿轮轴4端面偏心位置处设有销，即销的轴线与外齿轮轴4的轴线平行且不在同一条轴线上，连杆3的一端和销铰接。内齿轮轴5的齿数比外齿轮轴4的齿数多，外齿轮轴4和内齿轮轴5保持同向旋转，内齿轮轴5作为输出元件，按照减速比向外部提供输出转速和输出扭矩。减速比等于内齿轮轴5的齿数与外齿轮轴4的齿数之比。
具体实施中，缸体1的空腔呈圆柱形，每个空腔内部都有一个柱塞2。柱塞2整体呈圆柱形，与缸体1上空腔同轴线，在空腔的内壁构成轴孔配合关系，柱塞2可在空腔内沿其轴向滑动。当液压油进入或离开空腔时，柱塞2将相应地从空腔中伸出或退回到空腔内。柱塞2的一端与连杆3的一端铰接。外齿轮轴4一端的端面上设有短销，短销的轴线与外齿轮轴4的轴线存在一定的偏心，与连杆3的另一端铰接。外齿轮轴4和内齿轮轴5与固定的外壳体构成转动副，其轴线与外壳体相对静止，均只能做定轴转动。内齿轮轴5同时与外齿轮轴4构成内啮合关系，且两者齿数之比即为减速比。内齿轮轴5和外齿轮轴4同向旋转，内齿轮轴5按一定的减速比输出旋转运动。内齿轮轴5作为输出元件，为本发明提供输出转速和输出扭矩。
缸体1与外壳体保持相对静止，柱塞2只能沿缸体1的径向做往复直线运动，连杆3的两端分别与柱塞2和外齿轮轴4构成转动副，外齿轮轴4和内齿轮轴5均只能做定轴转动，两者构成内啮合关系，连杆3将柱塞2的直线运动转变为外齿轮轴4的旋转运动。内齿轮轴5按一定的减速比将输出转速降至极低，并有效提高输出扭矩。
两位三通电磁阀8包括A口、P口和T口，P口和T口位于两位三通电磁阀8的同一侧，A口位于两位三通电磁阀8的另一侧，两位三通电磁阀8的P口和T口分别经接头、软管等与油泵6、油箱7连接，另一侧的A口经外壳体和缸体1之间的油路后与各自的圆柱空腔连接，两位三通电磁阀8与控制装置9电连接，在控制装置9的调控下协调切换各个两位三通电磁阀8的工作位状态，进一步控制柱塞2在圆柱空腔中的的运动，从而控制外齿轮轴4和内齿轮轴5的定轴转动。
低速大扭矩复合式液压马达的工作方法，具体如下：
各个所述的柱塞2在各自的圆柱空腔内沿圆柱空腔轴向运动，沿内齿轮轴5旋转方向通过顺次依次控制每一个圆柱空腔进油、其余圆柱空腔排油进而控制，具体如下：
1)当液压油流入当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油时，液压油推动柱塞2从当前的圆柱空腔内向外运动，通过铰接的连杆3带动外齿轮轴4绕自身轴线做定轴旋转运动，再通过啮合传动带动内齿轮轴5绕其自身的轴线与外齿轮轴4同方向做定轴旋转运动；
2)当液压油充满当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油完成时，柱塞2滑动到当前的圆柱空腔的顶部，下一个圆柱空腔中开始注入液压油，下一个圆柱空腔为与当前的圆柱空腔相邻且沿内齿轮轴5旋转方向下游的一个圆柱空腔，使得下一个圆柱空腔作为当前的圆柱空腔回到1)进行工作，进一步保持外齿轮轴4和内齿轮轴5始终沿同一方向旋转，外齿轮轴4和内齿轮轴5的定轴转动将反过来推动位于未进油的圆柱空腔内的柱塞2从外向内运动，使得液压油从圆柱空腔中排出。
实际工作中，当多个外齿轮轴4协调进行工作时，本发明的输出扭矩可进一步增大。如前所述，柱塞2沿其轴向的往复直线运动需要靠液压油进油或排油到缸体1中的空腔来实现。
本发明的具体实施涉及多个柱塞2的协同动作，通过控制装置9对多个两位三通电磁阀8进行调控，按一定的顺序将压力油依次分配到缸体1上的不同油腔中，推动各柱塞2的有序伸出和缩回。输出端采用的内齿轮轴传动方式，利用大减速比可大幅降低输出转速，提高输出扭矩。
本发明主要利用柱塞2的往复工作通过连杆3带动外齿轮轴4的定轴转动，进而通过啮合传动带动内齿轮轴5与其同向转动，再利用内齿轮轴5传动的大减速比将液压马达的输出转速降至极低，同时大幅提高输出扭矩，可适用于驱动具有超低速大扭矩工作特性的回转机构。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低速大扭矩复合式液压马达，其特征在于：包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构与液压控制回路连接；
机械传动机构包括外壳体、缸体(1)、若干个传动组和内齿轮轴(5)，缸体(1)、传动组和内齿轮轴(5)均位于外壳体中，内齿轮轴(5)为具有空心内腔的空心轴，缸体(1)同轴固定安装于内齿轮轴(5)的空心内腔中，缸体(1)外周面沿圆周间隔均匀地设有多个圆柱空腔，每个圆柱空腔沿缸体(1)径向布置；每个圆柱空腔经一个传动组连接于内齿轮轴(5)的内壁，各个圆柱空腔和各自的液压控制回路联通；
每个传动组均包括柱塞(2)、连杆(3)和外齿轮轴(4)，柱塞(2)内端位于圆柱空腔中，柱塞(2)外端经连杆(3)与外齿轮轴(4)的偏心位置铰接，外齿轮轴(4)外周面加工为外齿圈，内齿轮轴(5)空心内腔的内周面加工为内齿圈，外齿轮轴(4)的外齿圈与内齿轮轴(5)的内齿圈啮合形成齿啮合传动副，且内齿轮轴(5)和外齿轮轴(4)始终保持同向旋转；
每个圆柱空腔的内底部均经缸体(1)内部的油路联通到液压控制回路；
液压控制回路包括一个油泵(6)、一个油箱(7)、若干个两位三通电磁阀(8)和一个控制装置(9)，每个圆柱空腔均连接有一个两位三通电磁阀(8)，圆柱空腔的数量和两位三通电磁阀(8)的数量相同；
每个两位三通电磁阀(8)均分别与油泵(6)和油箱(7)连接，每个两位三通电磁阀(8)均与控制装置(9)电连接；控制装置(9)协调切换每个两位三通电磁阀(8)的工作位状态，保持至少其中一个两位三通电磁阀(8)的工作位状态与其他各个两位三通电磁阀(8)的工作位状态不同，进而控制仅其中一个圆柱空腔进油，其他各个圆柱空腔内的柱塞(2)随动，进而控制各个传动组运动，从而经齿啮合传动副带动内齿轮轴(5)的连续定轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种低速大扭矩复合式液压马达，其特征在于：
所述的内齿轮轴(5)包括内齿轮以及与内齿轮的一端固定连接的轴，内齿轮轴(5)活动套装于外壳体一端面的通孔中；外齿轮轴(4)包括外齿轮以及与外齿轮的一端固定连接的轴，外齿轮轴(4)活动套装于外壳体另一端面的通孔中。
3.根据权利要求1所述的一种低速大扭矩复合式液压马达，其特征在于：
所述的外齿轮轴(4)端面偏心位置处设有销，连杆(3)的一端和销铰接。
4.根据权利要求1所述的一种低速大扭矩复合式液压马达，其特征在于：
所述的内齿轮轴(5)的齿数比外齿轮轴(4)的齿数多，外齿轮轴(4)和内齿轮轴(5)保持同向旋转，内齿轮轴(5)作为输出元件，按照减速比向外部提供输出转速和输出扭矩。
5.根据权利要求4所述的一种低速大扭矩复合式液压马达，其特征在于：所述的减速比等于内齿轮轴(5)的齿数与外齿轮轴(4)的齿数之比。
6.一种如权利要求1-5任一所述的低速大扭矩复合式液压马达的工作方法，其特征在于：
各个所述的柱塞(2)在各自的圆柱空腔内沿圆柱空腔轴向运动，沿内齿轮轴(5)旋转方向通过顺次依次控制每一个圆柱空腔进油、其余圆柱空腔内的柱塞(2)随动进而控制，具体如下：
1)当液压油流入当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油时，液压油推动柱塞(2)从当前的圆柱空腔内向外运动，通过铰接的连杆(3)带动外齿轮轴(4)绕自身轴线做定轴旋转运动，再通过啮合传动带动内齿轮轴(5)做定轴旋转运动；
2)当液压油充满当前的圆柱空腔，即当前的圆柱空腔进油完成时，柱塞(2)滑动到当前的圆柱空腔的顶部，下一个圆柱空腔中开始注入液压油，使得下一个圆柱空腔作为当前的圆柱空腔回到(1)进行工作，保持外齿轮轴(4)和内齿轮轴(5)始终沿同一方向旋转，外齿轮轴(4)和内齿轮轴(5)的定轴转动将推动位于未进油的圆柱空腔内的柱塞(2)从外向内运动，使得液压油从圆柱空腔中排出。
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