CN117722310A - 一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达。包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构包括外壳体和外壳体内的齿轮轴、第一传动组件和第二传动组件，齿轮轴套装于第一传动组件和第二传动组件中，第一传动组件和第二传动组件相互垂直正交布置，液压控制回路分别和第一传动组件、第二传动组件连通，由液压控制回路带动第一传动组件和第二传动组件交替运动进而带动齿轮轴转动而实现齿轮轴连续转动。本发明凭借活塞式液压缸稳定地直线运动推动齿条移动，齿轮齿条啮合传动来实现直线运动变旋转运动，保证机构小尺寸的同时，提高输出扭矩，减小输出转速，实现高功率密度输出，且液压控制原理简单可靠、易于锁止。

Description

一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达

技术领域

本发明涉及液压传动领域，具体涉及了一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达。

背景技术

液压马达是一种输出旋转运动的液压执行元件。传统的液压马达通常使用径向柱塞式、叶片式等结构，针对低速重载的工况要求，传统的低速液压马达多采用径向柱塞式结构，但其由定子、缸体、配油轴和柱塞等原件组成，结构复杂，体积较大，不适用于一些特殊场景。

为实现低速液压马达的高功率密度，出现了一些复合式结构的低速高扭矩液压马达，但仍存在***复杂或扭矩不稳定等问题。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达。本发明将多组齿轮齿条传动机构和液压控制回路结合在一起，实现了低转速输出，适用于驱动具有低速大扭矩的工况的回转机构。

本发明采用的技术方案是：

包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构和液压控制回路之间通过管道连接；

机械传动机构包括外壳体和设置于外壳体内部的齿轮轴、第一传动组件和第二传动组件；齿轮轴套装于第一传动组件和第二传动组件中，第一传动组件和第二传动组件相互垂直正交布置，液压控制回路分别和第一传动组件、第二传动组件连通，由液压控制回路带动第一传动组件和第二传动组件交替运动进而带动齿轮轴转动而实现齿轮轴连续转动。

所述的液压控制回路包括油泵、油箱、两位四通电磁阀和控制装置；

两位四通电磁阀的进油口P通过油泵连接油箱，两位四通电磁阀的回油口T连接油箱，两位四通电磁阀的油口A和油口B均连接于所述第一传动组件和第二传动组件，所述控制装置和两位四通电磁阀之间电连接，控制装置控制两位四通电磁阀切换控制第一传动组件和第二传动组件交替工作带动齿轮轴连续转动。

所述第一传动组件包括第一液压缸和第一不完全齿轮；

所述第二传动组件包括第二液压缸和第二不完全齿轮；

将第一液压缸和第二液压缸的中部压缩以确保第一液压缸和第二液压缸相互垂直正交布置，第一液压缸内设有第一双齿条活塞，第一双齿条活塞的中部为扁平状，第一双齿条活塞和第一液压缸的内壁间隙配合以在第一液压缸内滑动；

第二液压缸设有第二双齿条活塞，第二双齿条活塞的中部为扁平状，第二双齿条活塞和第二液压缸的内壁间隙配合以在第二液压缸内滑动；

第一双齿条活塞啮合于第一不完全齿轮，第二双齿条活塞啮合于第二不完全齿轮，所述第一不完全齿轮和第二不完全齿轮均为四分之一圆周有齿的四分之一齿轮，第一不完全齿轮和第二不完全齿轮同轴固定于所述齿轮轴，第一不完全齿轮的齿和第二不完全齿轮的齿同角度设置，第一双齿条活塞和第二双齿条活塞同时往返运动交替啮合各自对应的第一不完全齿轮和第二不完全齿轮进而带动齿轮轴同轴连续转动。

所述两位四通电磁阀的油口A分别连接第一液压缸和第二液压缸的一侧腔，两位四通电磁阀的油口B分别连接第一液压缸和第二液压缸的另一侧腔；

所述油泵工作时，控制装置控制两位四通电磁阀切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸和第二液压缸的两腔中，进而带动第一双齿条活塞和第二双齿条活塞分别交替往复运动，第一双齿条活塞和第二双齿条活塞分别交替作为驱动力经齿轮齿条副带动齿轮轴连续旋转。

当所述两位四通电磁阀切换控制油液分别导通到第一液压缸和第二液压缸的一侧腔时，第一液压缸的第一双齿条活塞啮合于第一不完全齿轮进而带动齿轮轴旋转，此时第二液压缸的第二双齿条活塞和第二不完全齿轮之间不啮合进而未带动齿轮轴旋转；

当所述两位四通电磁阀切换控制油液分别导通到第一液压缸和第二液压缸的另一侧腔时，第二液压缸的第二双齿条活塞啮合于第二不完全齿轮进而带动齿轮轴旋转，此时第一液压缸的第一双齿条活塞和第一不完全齿轮之间不啮合进而未带动齿轮轴旋转。

所述第一不完全齿轮和第二不完全齿轮同时转动180度后控制装置控制两位四通电磁阀切换控制油液的进油出油，进而切换第一双齿条活塞和第二双齿条活塞的运动方向。

所述齿轮轴、第一不完全齿轮和第二不完全齿轮上设有键槽，键固定连接在键槽中，第一不完全齿轮和第二不完全齿轮分别和齿轮轴通过键同轴固定连接。

本发明利用油泵工作时，控制装置控制两位四通电磁阀切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸和第二液压缸的两腔中，进而带动第一双齿条活塞和第二双齿条活塞分别交替往复运动，第一双齿条活塞和第二双齿条活塞分别交替作为驱动力经齿轮齿条副带动齿轮轴连续旋转，通过液压活塞压力与齿轮齿条机构啮合获得低速大扭矩，交错式两组液压缸排布结构紧凑，可实现高功率密度连续低速旋转输出。

本发明的有益效果是：

1、本发明可实现齿轮轴的低速高扭矩输出。

2、本发明通过两组交叉布置的不完全齿轮和双齿条活塞液压缸组，实现转动的接力，可以实现连续旋转输出。

3、本发明实现了两组液压缸的反复直线运动，压油回路简单可靠，简化了控制难度，且使得液压马达的旋转连贯流畅，便于止锁。

附图说明

图1为本发明传动机构的总体示意图。

图2为本发明中传动机构侧视布局图。

图3为本发明中第一液压缸局部结构示意图。

图4本本发明中第一液压缸另一视角剖视图。

图5为液压控制***示意图。

图6为齿轮齿条接力式连续旋转运动状态示意图。

图中，1、外壳体；2、第一液压缸；3、齿轮轴；4、第二液压缸；5、第一双齿条活塞；6、第一不完全齿轮；7、控制装置；8、两位四通电磁阀；9、油箱；10、油泵；11、第二双齿条活塞；12、第二不完全齿轮。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的实施例的实施过程如下：

如图1、图2所示，包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构和液压控制回路之间通过管道连接；

机械传动机构包括外壳体1和设置于外壳体1内部的齿轮轴3、第一传动组件和第二传动组件；齿轮轴3套装于第一传动组件和第二传动组件中，第一传动组件和第二传动组件相互垂直正交布置，液压控制回路分别和第一传动组件、第二传动组件连通，由液压控制回路带动第一传动组件和第二传动组件交替运动进而带动齿轮轴3转动而实现齿轮轴3连续转动。

液压控制回路包括油泵10、油箱9、两位四通电磁阀8和控制装置7；

两位四通电磁阀8的进油口P通过油泵10连接油箱9，两位四通电磁阀8的回油口T连接油箱9，两位四通电磁阀8的油口A和油口B均连接于第一传动组件和第二传动组件，控制装置7和两位四通电磁阀8之间电连接，控制装置7控制两位四通电磁阀8切换控制第一传动组件和第二传动组件交替工作带动齿轮轴3连续转动。

第一传动组件包括第一液压缸2和第一不完全齿轮6；

第二传动组件包括第二液压缸4和第二不完全齿轮12；

如图3所示，将第一液压缸2和第二液压缸4的中部压缩以确保第一液压缸2和第二液压缸4相互垂直正交布置，第一液压缸2内设有第一双齿条活塞5，第一双齿条活塞5的中部为扁平状，第一双齿条活塞5和第一液压缸2的内壁间隙配合以在第一液压缸2内滑动；

第二液压缸4设有第二双齿条活塞11，第二双齿条活塞11的中部为扁平状，第二双齿条活塞11和第二液压缸4的内壁间隙配合以在第二液压缸4内滑动；

如图4所示，第一双齿条活塞5啮合于第一不完全齿轮6，第二双齿条活塞11啮合于第二不完全齿轮12，第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12同轴固定于齿轮轴3，第一不完全齿轮6的齿和第二不完全齿轮11的齿同角度设置，第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11同时往返运动交替啮合各自对应的第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮11进而带动齿轮轴3同轴连续转动。

第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12均为四分之一圆周有齿的四分之一齿轮。

两位四通电磁阀8的油口A分别连接第一液压缸2和第二液压缸4的一侧腔，两位四通电磁阀8的油口B分别连接第一液压缸2和第二液压缸4的另一侧腔；

油泵10工作时，控制装置7控制两位四通电磁阀8切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸2和第二液压缸4的两腔中，进而带动第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11分别交替往复运动，第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11分别交替作为驱动力经齿轮齿条副带动齿轮轴3连续旋转。

当第一液压缸2的第一双齿条活塞5作为驱动力经齿轮齿条副主动地带动轴旋转时，第二液压缸4的第二双齿条活塞11被油路带动做从动运动，此时第二不完全齿轮12未带动齿轮轴3旋转；

当第二液压缸4的第二双齿条活塞11作为驱动力经齿轮齿条副主动地带动轴旋转时，第一液压缸2的第一双齿条活塞5被油路带动做从动运动，此时第一不完全齿轮6未带动齿轮轴3旋转。

当两位四通电磁阀8切换控制油液分别导通到第一液压缸2和第二液压缸4的一侧腔时，第一液压缸2的第一双齿条活塞5啮合于第一不完全齿轮6进而带动齿轮轴3旋转，此时第二液压缸4的第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12之间不啮合进而未带动齿轮轴3旋转；

当两位四通电磁阀8切换控制油液分别导通到第一液压缸2和第二液压缸4的另一侧腔时，第二液压缸4的第二双齿条活塞11啮合于第二不完全齿轮12进而带动齿轮轴3旋转，此时第一液压缸2的第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6之间不啮合进而未带动齿轮轴3旋转。

第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12同时转动180度后控制装置7控制两位四通电磁阀8切换控制油液的进油出油，进而切换第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11的运动方向。

齿轮轴3、第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12上设有键槽，键固定连接在键槽中，第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12分别和齿轮轴3通过键同轴固定连接。

如图5所示，两位四通电磁阀8的油口A连接第一液压缸2的左腔和第二液压缸4的上腔，两位四通电磁阀8的油口B连接第二液压缸4的下腔和第一液压缸2的右腔，通过控制装置7控制两位四通电磁阀8切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸2和第二液压缸4的两腔中，

当油液在第一液压缸2的左腔进油右腔出油时，油液在第二液压缸4的下腔出油上腔进油，此时第一双齿条活塞5向右运动，第二齿条式活塞11向下运动；当油液在第一液压缸2的右腔进油左右腔出油时，油液在第二液压缸4的上腔出油下腔进油，此时第一双齿条活塞5向左运动，第二齿条式活塞11向上运动；

如图6的运动状态所示，第一不完全齿轮6和第二不完全齿轮12交错90°安装，以令齿轮轴3逆时针旋转为例：

如图6中的(a)，状态一，第一双齿条活塞5向右运动，同时第二齿条式活塞11向下运动，第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6啮合，此时第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12空程未啮合，第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6啮合带动齿轮轴3旋转90°后开始进入空程即状态二；

如图6中的(b)，状态二，第二齿条式活塞11向上运动，同时第一双齿条活塞5向左运动，第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12啮合，此时第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6空程未啮合，第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12啮合带动齿轮轴3旋转90°后开始进入空程即状态三；

如图6中的(c)，状态三，第一双齿条活塞5向左运动，同时第二齿条式活塞11向上运动，第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6啮合，此时第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12空程未啮合，第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6啮合带动齿轮轴3旋转90°后开始进入空程即状态四；

如图6中的(d)，状态四，第二齿条式活塞11向下运动，同时第一双齿条活塞5向右运动，第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12啮合，此时第一双齿条活塞5和第一不完全齿轮6空程未啮合，第二双齿条活塞11和第二不完全齿轮12啮合带动齿轮轴3旋转90°后开始进入空程回到状态一。

以上四状态反复循环，任一不完全齿轮每180°行程后，切换齿条移动方向，即切换双齿条式活塞的移动方向，即通过控制装置7切换进出油口，可实现二不完全齿轮同方向的接力式连续旋转，使该液压马达的连续低速高扭矩旋转输出。

本发明主要利用油泵10工作时，控制装置7控制两位四通电磁阀8切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸2和第二液压缸4的两腔中，进而带动第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11分别交替往复运动，第一双齿条活塞5和第二双齿条活塞11分别交替作为驱动力经齿轮齿条副带动齿轮轴3连续旋转，通过液压活塞压力与齿轮齿条机构啮合获得低速大扭矩，交错式两组液压缸排布结构紧凑，可实现高功率密度连续低速旋转输出。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

包括机械传动机构和液压控制回路，机械传动机构和液压控制回路之间通过管道连接；

机械传动机构包括外壳体(1)和设置于外壳体(1)内部的齿轮轴(3)、第一传动组件和第二传动组件；齿轮轴(3)套装于第一传动组件和第二传动组件中，第一传动组件和第二传动组件相互垂直正交布置，液压控制回路分别和第一传动组件、第二传动组件连通，由液压控制回路带动第一传动组件和第二传动组件交替运动进而带动齿轮轴(3)转动而实现齿轮轴(3)连续转动。

2.根据权利要求1所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述的液压控制回路包括油泵(10)、油箱(9)、两位四通电磁阀(8)和控制装置(7)；

两位四通电磁阀(8)的进油口P通过油泵(10)连接油箱(9)，两位四通电磁阀(8)的回油口T连接油箱(9)，两位四通电磁阀(8)的油口A和油口B均连接于所述第一传动组件和第二传动组件，所述控制装置(7)和两位四通电磁阀(8)之间电连接，控制装置(7)控制两位四通电磁阀(8)切换控制第一传动组件和第二传动组件交替工作带动齿轮轴(3)连续转动。

3.根据权利要求1所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述第一传动组件包括第一液压缸(2)和第一不完全齿轮(6)；

所述第二传动组件包括第二液压缸(4)和第二不完全齿轮(12)；

所述第一液压缸设有第一双齿条活塞(5)，第一双齿条活塞(5)啮合于第一不完全齿轮(6)，第二液压缸(4)设有第二双齿条活塞(11)，所述第一双齿条活塞(5)啮合于第一不完全齿轮(6)，所述第二双齿条活塞(11)啮合于第二不完全齿轮(12)，第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(12)同轴固定于所述齿轮轴(3)，第一不完全齿轮(6)的齿和第二不完全齿轮(11)的齿同角度设置，第一双齿条活塞(5)和第二双齿条活塞(11)同时往返运动交替啮合各自对应的第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(11)进而带动齿轮轴(3)同轴连续转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(12)均为四分之一圆周有齿的四分之一齿轮。

5.根据权利要求3所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述两位四通电磁阀(8)的油口A分别连接第一液压缸(2)和第二液压缸(4)的一侧腔，两位四通电磁阀(8)的油口B分别连接第一液压缸(2)和第二液压缸(4)的另一侧腔；

所述油泵(10)工作时，控制装置(7)控制两位四通电磁阀(8)切换控制油液分别泵入导通到第一液压缸(2)和第二液压缸(4)的两腔中，进而带动第一双齿条活塞(5)和第二双齿条活塞(11)分别交替往复运动，第一双齿条活塞(5)和第二双齿条活塞(11)分别交替作为驱动力经齿轮齿条副带动齿轮轴(3)连续旋转。

6.根据权利要求5所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

当所述两位四通电磁阀(8)切换控制油液分别导通到第一液压缸(2)和第二液压缸(4)的一侧腔时，第一液压缸(2)的第一双齿条活塞(5)啮合于第一不完全齿轮(6)进而带动齿轮轴(3)旋转，此时第二液压缸(4)的第二双齿条活塞(11)和第二不完全齿轮(12)之间不啮合进而未带动齿轮轴(3)旋转；

当所述两位四通电磁阀(8)切换控制油液分别导通到第一液压缸(2)和第二液压缸(4)的另一侧腔时，第二液压缸(4)的第二双齿条活塞(11)啮合于第二不完全齿轮(12)进而带动齿轮轴(3)旋转，此时第一液压缸(2)的第一双齿条活塞(5)和第一不完全齿轮(6)之间不啮合进而未带动齿轮轴(3)旋转。

7.根据权利要求3所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(12)同时转动180度后控制装置(7)控制两位四通电磁阀(8)切换控制油液的进油出油，进而切换第一双齿条活塞(5)和第二双齿条活塞(11)的运动方向。

8.根据权利要求3所述的一种基于不完全齿轮齿条传动的高功率密度液压马达，其特征在于：

所述齿轮轴(3)、第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(12)上设有键槽，键固定连接在键槽中，第一不完全齿轮(6)和第二不完全齿轮(12)分别和齿轮轴(3)通过键同轴固定连接。