CN115789005A - 一种结构紧凑的高压驱动执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压驱动执行机构,属于高压驱动执行机构技术领域,具体涉及一种结构紧凑的高压驱动执行机构,本发明通过气体和液体两种工作介质,利用活塞推动齿条移动,齿条带动齿轴做旋转运动,实现往复运动;由于高压执行机构的工作压力高,体积小,故动作速度快,为了减小冲击,本发明针对两种工作介质设计了两种缓冲结构,从而达到调节缓冲速度的目的,从而本发明具有使用介质压力高,动作速度快,体积小,安全可靠,结构简单,利于加工的优点。
Description
技术领域
本发明公开了一种高压驱动执行机构,属于高压驱动执行机构技术领域,具体涉及一种结构紧凑的高压驱动执行机构。
背景技术
在工业控制领域,气源在3-5bar的低压情况下使用很常见,这种使用压力较低的执行机构,由于本身驱动压力较低,故机身体积较大。
随着各个行业特别是国防工业对***高速度、高压的要求不断增加,需要更多关于高压执行机构的技术解决方案。
目前低压执行机构的设计比较成熟,而高压执行机构的解决方案较为薄弱,现有技术中在使用低压执行机构工作时,具有以下缺点:
1.低压执行机构实现动作执行较慢;
2.低压执行机构在输出扭矩或力的情况下,低压执行机构较重,体积大,对机构的材料成本和安装空间要求高;
3.当使用压缩空气作为介质时,由于空气的可压缩性,低压执行机构如果用于高压工况,使用期间的安全性能较低。
发明内容
发明目的:本发明专利提出一种可以满足高压介质的执行机构,该执行机构具有使用介质压力高,动作速度快,体积小,安全可靠,结构简单,利于加工的特点,解决上述提到的问题。
技术方案:一种结构紧凑的高压驱动执行机构,包括:箱体;
齿条和齿轴,所述齿条与所述齿轴啮合,所述齿条沿横向方向活动连接于所述箱体内,所述齿轴沿径向方向活动连接于所述箱体内;
左缸体和右缸体,所述左缸体和所述右缸体分别与所述箱体的两侧连接,所述左缸体和所述右缸体通过压力介质使所述齿条在第一状态、第二状态和第三状态之间切换;在所述第一状态下,所述左缸体和所述右缸体未有压力介质通过,所述齿轴位于所述齿条中部;在所述第二状态下,所述左缸体有压力介质通过,推动所述齿条向右移动,当所述齿条到达最右端时停止;在所述第三状态下,所述右缸体有压力介质通过,推动所述齿条向左移动,当所述齿条到达最左端时停止。
在进一步的实施例中,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,所述箱体顶部设有通过螺钉相连的箱盖、底部设有通过螺钉相连的下法兰,所述下法兰和箱体之间设有定位环。
在进一步的实施例中,所述齿条的两端均设有缓冲活塞,缓冲活塞通过螺钉与齿条相连,并且螺钉与齿条之间有弹簧垫圈起到防松作用,所述缓冲活塞与所述齿条之间有密封圈,所述齿条两端径向安装有紧定螺钉,所述紧定螺钉与螺钉锁紧,防止松动。
在进一步的实施例中,所述齿轴放置于箱体内,并且所述齿轴的两端分别与所述箱体底部和箱盖连接,且所述齿轴的两端连接处之间设有塑料垫,将所述齿轴与所述箱体和箱盖隔开,避免摩擦产生过度磨损;所述齿轴的上部和下部均设有密封圈和轴承。
在进一步的实施例中,所述左缸体和所述右缸体结构相同;所述缸体上开有缓冲气孔、气源孔和缓冲腔,所述缓冲气孔与所述气源孔联通,所述缸体内均安装有缓冲圈和调节针阀,所述缸体外侧安装有堵头,防止因对调节针阀7误操作而引起的零件被高压介质冲出风险
在进一步的实施例中,为了防止极限状况下缓冲气孔堵死,齿条两端设有凹槽。
在进一步的实施例中,所述箱体内两侧分别装有导向块,在每个导向块上装有密封圈、格莱圈和导向带。
在进一步的实施例中,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,且结构相同,所述缸体内设有连接的缓冲油缸,所述缓冲油缸外侧开有螺纹,所述缓冲油缸通过螺纹与所述缸体连接,所述缓冲油缸内部设有活塞,所述活塞上固定连接有活塞杆,所述活塞杆一端与所述活塞固定连接、另一端穿过所述缓冲油缸一侧端盖至箱体内,所述端盖与所述活塞杆之间设有密封圈,所述活塞上设有缓冲油孔,所述缓冲油缸另一侧端盖上开有进油口。
有益效果:本发明公开了一种高压驱动执行机构,属于高压驱动执行机构技术领域,具体涉及一种结构紧凑的高压驱动执行机构,本发明通过气体和液体两种工作介质,利用介质推动活塞和齿条移动,实现往复运动,其中活塞和齿条是一整体,齿条带动齿轴做旋转运动;由于高压执行机构的工作压力高,体积小,故动作速度快,为了减小冲击,本发明针对两种缓冲工作介质设计了两种缓冲结构,从而达到调节缓冲速度的目的,针对目前低压执行机构的设计比较成熟,而高压执行机构的解决方案较为薄弱,相较于低压执行机构,从而本高压执行机构的具有以下优点:
1.高压执行机构可实现更快的动作要求;
2.高压执行机构在输出同样扭矩或力的情况下,重量比低压执行机构更轻,体积更小,可大大节约材料成本和减小安装空间;
3.当使用压缩空气作为介质时,由于空气的可压缩性,相对于低压执行机构,高压执行机构对使用期间的安全性能提出更高的要求。
附图说明
图1是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的正视剖面图。
图2是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的俯视剖面图。
图3是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的俯视图
图4是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的仰视图
图5是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的左缸体剖视图
图6是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的右缸体剖视图
图7是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的齿条结构图
图8是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构的三维外观图
图9是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构以液压油为缓冲介质缸体示意图。
图10是本发明一种结构紧凑的高压驱动执行机构以液压油为缓冲介质缸体剖视图。
附图标记:第一调节螺栓1、第二调节螺栓2、第一密封螺母3、第二密封螺母4、第一堵头5、第二堵头6、第一调节针阀7、第二调节针阀8、第一缓冲圈9、第二缓冲圈10、第一弹簧垫圈11、第二弹簧垫圈12、左缸体13、右缸体14、箱体15、箱盖16、齿轴17、第一密封圈18、第一轴承19、第一塑料垫片20、第二密封圈21、下法兰22、第三密封圈23、定位环24、第二轴承25、第二塑料垫片26、第三螺栓27、第一缓冲活塞28、第二缓冲活塞29、第一螺钉30、第二螺钉31、第四密封圈32、第五密封圈33、第一紧定螺钉34、第二紧定螺钉35、第四密封圈36、第五密封圈37、第六密封圈38、第七密封圈39、第一导向块40、第二导向块41、第一导向带42、第二导向带43、第八密封圈44、第九密封圈45、第十密封圈46、第十一密封圈47、第一格莱圈48、第二格莱圈49、齿条50、第三螺钉51、第四螺钉52、第一缓冲气孔13-3、第一缓冲腔13-1、第一气源孔13-2、第二缓冲气孔14-3、第二缓冲腔14-1、第二气源孔14-2、第一凹槽50-1、第二凹槽50-2、第一螺纹孔16-1、第二螺纹孔22-1、内八角方接口17-1、缓冲油缸53、螺纹54、活塞55、活塞杆56、端盖57、第十二密封圈58、缓冲油孔59、进油口60。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述、显然、所描述的实施例是本发明一部分实施例、而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例、本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例、都属于本发明保护的范围。
一种结构紧凑的高压驱动执行机构,包括:箱体;
齿条和齿轴,所述齿条与所述齿轴啮合,所述齿条沿横向方向活动连接于所述箱体内,所述齿轴沿径向方向活动连接于所述箱体内;
左缸体和右缸体,所述左缸体和所述右缸体分别与所述箱体的两侧连接。
在一个实施例中,如图1和图2所示,所述左缸体和所述右缸体通过压力介质使所述齿条在第一状态、第二状态和第三状态之间切换;在所述第一状态下,所述左缸体和所述右缸体未有压力介质通过,所述齿轴位于所述齿条中部;在所述第二状态下,所述左缸体有压力介质通过,推动所述齿条向右移动,当所述齿条到达最右端时停止;在所述第三状态下,所述右缸体有压力介质通过,推动所述齿条向左移动,当所述齿条到达最左端时停止。
在一个实施例中,如图1所示,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,所述箱体顶部设有通过螺钉相连的箱盖、底部设有通过螺钉相连的下法兰,所述下法兰和箱体之间设有定位环。
在一个实施例中,如图2所示,所述齿条的两端均设有缓冲活塞,缓冲活塞通过螺钉与齿条相连,并且螺钉与齿条之间有弹簧垫圈起到防松作用,所述缓冲活塞与所述齿条之间有密封圈,所述齿条两端径向安装有紧定螺钉,所述紧定螺钉与螺钉锁紧,防止松动。
在一个实施例中,如图1所示,所述齿轴放置于箱体内,并且所述齿轴的两端分别与所述箱体底部和箱盖连接,且所述齿轴的两端连接处之间设有塑料垫,将所述齿轴与所述箱体和箱盖隔开,避免摩擦产生过度磨损;所述齿轴的上部和下部均设有密封圈和轴承。
在一个实施例中,如图5和图6所示,所述左缸体和所述右缸体结构相同;所述缸体上开有缓冲气孔、气源孔和缓冲腔,所述缓冲气孔与所述气源孔联通,所述缸体内均安装有缓冲圈和调节针阀,所述缸体外侧安装有堵头,防止因对调节针阀误操作而引起的零件被高压介质冲出风险。
在一个实施例中,如图1所示,为了防止极限状况下缓冲气孔堵死,齿条两端设有凹槽。
在一个实施例中,如图1所示,所述箱体内两侧分别装有导向块,在每个导向块上装有密封圈、格莱圈和导向带。
在一个实施例中,如图9和图10所示,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,且结构相同,所述缸体内设有连接的缓冲油缸,所述缓冲油缸外侧开有螺纹,所述缓冲油缸通过螺纹与所述缸体连接,所述缓冲油缸内部设有活塞,所述活塞上固定连接有活塞杆,所述活塞杆一端与所述活塞固定连接、另一端穿过所述缓冲油缸一侧端盖至箱体内,所述端盖与所述活塞杆之间设有密封圈,所述活塞上设有缓冲油孔,所述缓冲油缸另一侧端盖上开有进油口。
下文给出本发明的具体结构说明:
实施例1:
本发明采用齿轮齿条传动,工作介质可以是压缩空气或液压油。以下以压缩空气为例说明,图1至图8所示:
左缸体13和右缸体14通过八个第三螺栓27与箱体15相连,箱盖16通过四个第三螺钉51与箱体15相连,下法兰22通过四个第四螺钉52与箱体15相连,并且下法兰22和箱体15之间有定位环24。齿轴17放置于箱体15内,并且齿轴17与箱体15和箱盖16之间分别有第二塑料垫片26和第一塑料垫片20将两个金属零件隔开,避免金属和金属间的过度磨损。齿轴17的上部和下部分别有第一密封圈18、第三密封圈23和第一轴承19、第二轴承25。
齿条50的左右两端分别有第一缓冲活塞28和第二缓冲活塞29,第一缓冲活塞28和第二缓冲活塞29通过第一螺钉30和第二螺钉31与齿条50相连,并且第一螺钉30和第二螺钉31与齿条50之间有第一弹簧垫圈11和第二弹簧垫圈12起到防松作用,第一缓冲活塞28和第二缓冲活塞29与齿条50之间有第四密封圈32和第五密封圈33。第一紧定螺钉34和第二紧定螺钉35分别径向安装于齿条50上,并与第一螺钉30和第二螺钉31锁紧,防止松动。
第一缓冲圈9和第二缓冲圈10分别安装于左缸体13,右缸体14上。左缸体13,右缸体14上分别安装第一调节针阀7和第二调节针阀8(调节针阀带密封)。左缸体13上有第一缓冲气孔13-3和第一缓冲腔13-1,第一气源孔13-2;同理,右缸体14上有第二缓冲气孔14-3和第二缓冲腔14-1,第二气源孔14-2。右缸体14与左缸体13分别安装有调节第一螺栓1和第二螺栓2、第一密封螺母3和第二密封螺母4。第一调节针阀7和第二调节针阀8的外侧安装第一堵头5和第二堵头6,防止因对第一调节针阀7或第二调节针阀8误操作而引起的零件被高压介质冲出风险。。为了防止极限状况下第一缓冲气孔13-3和第二缓冲气孔14-3堵死,齿条50左右两端有第一凹槽50-1和第二凹槽50-2。
箱体15内两侧分别装有第一导向块40和第二导向块41,在第一导向块40和第二导向块41上装有第一导向带42、第二导向带43、第八密封圈44、第九密封圈45、第十密封圈46和第十一密封圈47
箱盖16上有四个第一螺纹孔16-1,第一螺纹孔符合NAMUR标准。下法兰22上有若干第二螺纹孔22-1,第二螺纹孔的数量和尺寸符合ISO5211的要求。齿轴17下端有内八角方接口17-1,该接口符合ISO5211的要求。
传统的活塞,一般将密封圈和导向带安装于活塞上。区别于传统活塞,本专利中活塞的密封和导向安装于箱体15上,这样齿条可以直接用钢棒加工,结构简单,加工成本更低,结构紧凑。
左缸体13和右缸体14以及箱体15同样结构简单,体积小,可以较为容易的用锻造工艺实现。
实施例2:
当本发明采用采用第二种缓冲方案,液压油为缓冲介质时,需要进行部分结构的更换,气体缓冲方案中左缸体13的第一气源孔13-2和第一调节螺栓1和右缸体14的第二气源孔14-2和第二调节螺栓2的位置需要做相应调整;同时去掉气体缓冲方案中的第一缓冲圈9和第二缓冲圈10以及相应的第一缓冲气孔13-3和第二缓冲气孔14-3。
所述缸体内设有连接的缓冲油缸,所述缓冲油缸外侧开有螺纹,所述缓冲油缸通过螺纹与所述缸体连接,所述缓冲油缸内部设有活塞,所述活塞上固定连接有活塞杆,所述活塞杆一端与所述活塞固定连接、另一端穿过所述缓冲油缸一侧端盖至箱体内,所述端盖与所述活塞杆之间设有密封圈,所述活塞上设有缓冲油孔,所述缓冲油缸另一侧端盖上开有进油口。
下文给出本发明两种不同缓冲介质的工作方法:
当采用压缩空气为缓冲介质时;以左侧进气口进气时:
如图1和图2所示,当气体从左缸体13的第一气源孔13-2进入箱体15内部的左腔时,一开始气源经过第一缓冲气孔13-3作用于齿条50左端的面,推动齿条50向右移动,齿条50带动齿轴17做旋转运动,当齿条50到达最右端时,齿轴17动作完成,根据设计要求,齿条17的动作行程可以为任意角度。由于高压执行机构的工作压力高,体积小,故动作速度快,为了减小冲击,在末端增加第一缓冲活塞28。当齿条50即将运动到最右端时,第一缓冲活塞28进入右缸体14的右侧第二缓冲腔14-1,此时右侧腔体内的压缩空气只能通过第二缓冲气孔14-3再到第二气源孔14-2,从而排出右缸体14外。通过调整第二调节针阀8旋进的深度,可以控制第二缓冲气孔14-3和第二气源孔14-2之间的流通截面积,从而达到调节缓冲速度的目的。
当齿条50到达最右端时会和第二调节螺栓2接触,通过调节第二调节螺栓2的缩进量,可以调节齿轴17的输出行程。第二密封螺母4要采用可以耐高压的密封螺母,当调节第二调节螺栓2位置调整完毕后,用第二密封螺母4锁紧固定。
当右侧进气口进气时,动作过程与上述过程相同,当气体从右缸体14的第二气源孔14-2进入箱体15内部的右腔时,一开始气源经过第二缓冲气孔14-3作用于齿条50右端的面,推动齿条50向左移动,齿条50带动齿轴17做旋转运动,当齿条50到达最左端时,齿轴17动作完成,为了减小冲击,在末端增加第二缓冲活塞29。当齿条50即将运动到最左端时,第二缓冲活塞29进入左缸体13的左侧第一缓冲腔13-1,此时左侧腔体内的压缩空气只能通过第一缓冲气孔13-3再到第一气源孔13-2,从而排出左缸体13外。通过调整第一调节针阀7旋进的深度,可以控制第一缓冲气孔13-3和第一气源孔13-2之间的流通截面积,从而达到调节缓冲速度的目的。
当齿条50到达最左端时会和第一调节螺栓1接触,通过调节第一调节螺栓1的缩进量,可以调节齿轴17的输出行程。第一密封螺母3要采用可以耐高压的密封螺母,当调节第一调节螺栓1位置调整完毕后,用第二密封螺母3锁紧固定。
当采用液压油为缓冲介质时,左缸体和右缸体的动作过程相同,这里只做一边阐述:
当齿条50向左运动与缓冲油缸53内的活塞杆56接触时。液压油从左腔通过缓冲油孔59进入右腔,执行机构进入缓冲行程,通过缓冲油孔59的节流起到缓冲作用。
当缓冲行程结束,为了避免弹簧并圈对弹簧造成损坏,缓冲油缸53的活塞55有凸起部分,在极限位置时,凸起位置与缓冲油缸53的端盖57接触。
当齿条向右运动时,在弹簧的作用下,缓冲油缸53的活塞55完成复位,为下一次缓冲做准备。
显然、上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,包括:
箱体;
齿条和齿轴,所述齿条与所述齿轴啮合,所述齿条沿横向方向活动连接于所述箱体内,所述齿轴沿径向方向活动连接于所述箱体内;
左缸体和右缸体,所述左缸体和所述右缸体分别与所述箱体的两侧连接,所述左缸体和所述右缸体通过压力介质使所述齿条在第一状态、第二状态和第三状态之间切换;在所述第一状态下,所述左缸体和所述右缸体未有压力介质通过,所述齿轴位于所述齿条中部;在所述第二状态下,所述左缸体有压力介质通过,推动所述齿条向右移动,当所述齿条到达最右端时停止;在所述第三状态下,所述右缸体有压力介质通过,推动所述齿条向左移动,当所述齿条到达最左端时停止。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,所述箱体顶部设有通过螺钉相连的箱盖、底部设有通过螺钉相连的下法兰,所述下法兰和箱体之间设有定位环。
3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述齿条的两端均设有缓冲活塞,缓冲活塞通过螺钉与齿条相连,并且螺钉与齿条之间有弹簧垫圈起到防松作用,所述缓冲活塞与所述齿条之间有密封圈,所述齿条两端径向安装有紧定螺钉,所述紧定螺钉与螺钉锁紧,防止松动。
4.根据权利要求2所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述齿轴放置于箱体内,并且所述齿轴的两端分别与所述箱体底部和箱盖连接,且所述齿轴的两端连接处之间设有塑料垫,将所述齿轴与所述箱体和箱盖隔开,避免摩擦产生过度磨损;所述齿轴的上部和下部均设有密封圈和轴承。
5.根据权利要求3所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述左缸体和所述右缸体结构相同;所述缸体上开有缓冲气孔、气源孔和缓冲腔,所述缓冲气孔与所述气源孔联通,所述缸体内均安装有缓冲圈和调节针阀,所述缸体外侧安装有堵头,防止因对调节针阀误操作而引起的零件被高压介质冲出风险。
6.根据权利要求5所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,为了防止极限状况下缓冲气孔堵死,齿条两端设有凹槽。
7.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述箱体内两侧分别装有导向块,在每个导向块上装有密封圈、格莱圈和导向带。
8.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高压驱动执行机构,其特征在于,所述左缸体和右缸体通过螺栓与所述箱体的两侧相连,且结构相同,所述缸体内设有连接的缓冲油缸,所述缓冲油缸外侧开有螺纹,所述缓冲油缸通过螺纹与所述缸体连接,所述缓冲油缸内部设有活塞,所述活塞上固定连接有活塞杆,所述活塞杆一端与所述活塞固定连接、另一端穿过所述缓冲油缸一侧端盖至箱体内,所述端盖与所述活塞杆之间设有密封圈,所述活塞上设有缓冲油孔,所述缓冲油缸另一侧端盖上开有进油口。
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- 2022-11-22 CN CN202211467641.9A patent/CN115789005A/zh active Pending
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