CN213231293U - 旋转驱动机构、臂架组件和工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及驱动设备，公开了一种旋转驱动机构、臂架组件及工程机械，其中，所述旋转驱动机构包括环形活塞(1)以及第一端盖(2)和第二端盖(3)，所述第一端盖(2)设置有第一端面齿(4)，所述第二端盖(3)设置有第二端面齿(5)，所述环形活塞(1)设置有能够与所述第一端面齿(4)啮合的第一齿部(6)和能够与所述第二端面齿(5)啮合的第二齿部(7)，所述环形活塞(1)能够被驱动为轴向往复移动，以在所述第一端面齿(4)和所述第二端面齿(5)的作用下周向转动。通过上述技术方案，使用单个活塞作为动力，减少了驱动件的数量，简化了结构，使得整体质量减轻，提高驱动效果，节约运行时间。

Description

旋转驱动机构、臂架组件和工程机械

技术领域

本实用新型涉及驱动设备，具体地涉及一种旋转驱动机构，并且涉及一种臂架组件，还涉及一种工程机械。

背景技术

用于高空作业的工程机械设备包括臂架组件，臂架组件包括多个臂节，其中一些相邻的臂节之间或者末节臂节与其他设备之间存在相对转动关系，以适应作业需要。

臂节之间或臂节与其他结构之间的相对转动可以通过变幅油缸实现，或者可以通过液压回转驱动器实现。其中，变幅油缸需要设置连杆机构，部件较多结构复杂；液压回转驱动器采用将直线运动转变为旋转的原理，但其中部件较多，结构复杂，整体重量较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种旋转驱动机构，以解决其结构复杂、运动部件过多的问题。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种旋转驱动机构，其中，所述旋转驱动机构包括环形活塞以及固定安装在所述环形活塞轴向两侧的第一端盖和第二端盖，所述第一端盖设置有朝向所述环形活塞的第一端面齿，所述第二端盖设置有朝向所述环形活塞的第二端面齿，所述环形活塞的轴向两端设置有能够与所述第一端面齿啮合的第一齿部和能够与所述第二端面齿啮合的第二齿部，所述环形活塞能够被驱动为轴向往复移动，以在所述第一端面齿和所述第二端面齿的作用下周向转动。

可选择的，所述旋转驱动机构包括能够与所述环形活塞同轴传动连接的输出轴。

可选择的，所述环形活塞能够相对于所述输出轴在解锁位置和锁定位置之间轴向移动，在所述锁定位置，所述环形活塞和所述输出轴彼此锁定以同步转动，在所述解锁位置，所述环形活塞和所述输出轴彼此脱离以能够相对彼此转动。

可选择的，所述第一端盖设置有周向均匀排列的所述第一端面齿，所述第二端盖设置有周向均匀排列的所述第二端面齿，所述第一端面齿和所述第二端面齿数量相同且结构相同，所述第一齿部和所述第二齿部周向均匀设置，所述第一齿部能够与所述第一端面齿完全啮合，第二齿部能够与所述第二端面齿完全啮合。

可选择的，所述第一齿部和所述第二齿部轴向对齐，所述第一端面齿和所述第二端面齿的周向错开且最小错开距离小于半个齿宽，所述环形活塞能够在第一齿部与所述第一端面齿部分啮合的第一位置和所述第二齿部与所述第二端面齿部分啮合的第二位置之间往复移动。

可选择的，所述环形活塞能够在所述第一齿部与所述第一端面齿开始啮合之前与开始所述输出轴锁定，并且能够在所述第二齿部与所述第二端面齿开始啮合之前开始与所述输出轴脱离。

可选择的，所述环形活塞能够轴向移动到所述第二齿部与所述第二端面齿完全啮合的位置，以改变所述第一齿部和所述第一端面齿的啮合面。

可选择的，所述输出轴上设置有棘轮，所述旋转驱动机构包括能够在限制所述棘轮正向转动的正向锁定位置和限制所述棘轮反向转动的反向锁定位置之间移动的棘爪。

另外，本实用新型还提供了一种臂架组件，其中，所述臂架组件设置有以上方案所述的旋转驱动机构。

另外，本实用新型还提供了一种工程机械，其中，所述工程机械设置有以上方案所述的臂架组件。

通过上述技术方案，使用单个活塞作为动力，减少了驱动件的数量，简化了结构，使得整体质量减轻，提高驱动效果，节约运行时间。

附图说明

图1是本实用新型实施方式所述的旋转驱动机构的立体图；

图2是本实用新型实施方式所述的环形活塞和输出轴的***图；

图3是本实用新型实施方式所述的环形活塞的运动过程原理图；

图4是本实用新型实施方式所述的环形活塞的转向过程原理图；

图5是本实用新型实施方式所述的棘轮和棘爪配合的原理图。

附图标记说明

1-环形活塞，2-第一端盖，3-第二端盖，4-第一端面齿，5-第二端面齿，6-第一齿部，7-第二齿部，8-输出轴，9-棘轮，10-棘爪。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供了一种旋转驱动机构，其中，所述旋转驱动机构包括环形活塞1以及固定安装在所述环形活塞1轴向两侧的第一端盖2和第二端盖3，所述第一端盖2设置有朝向所述环形活塞1的第一端面齿4，所述第二端盖3设置有朝向所述环形活塞1的第二端面齿5，所述环形活塞1的轴向两端设置有能够与所述第一端面齿4啮合的第一齿部6和能够与所述第二端面齿5啮合的第二齿部7，所述环形活塞1能够被驱动为轴向往复移动，以在所述第一端面齿4和所述第二端面齿5的作用下周向转动。

第一端盖2、环形活塞1和第二端盖3沿轴向排列，第一端盖2和第二端盖3固定安装，环形活塞1能够在第一端盖2和第二端盖3之间相对于轴向移动并能够转动；旋转驱动机构还可以包括壳体，第一端盖2和第二端盖3可以相对于壳体固定，而环形活塞1相对于壳体围绕其中心轴线转动，并沿中心轴线移动。其中，本方案所述的周向、轴向及中心轴线是以环形活塞1为参照的。

如图1所示，第一端盖2设置有朝向环形活塞1的第一端面齿4，其可以与环形活塞1上的第一齿部6彼此啮合，第二端盖3设置有朝向环形活塞1的第二端面齿5，其可以与环形活塞1上的第二齿部7彼此啮合。其中，第一端面齿4、第一齿部6、第二端面齿5、第二齿部7均为齿宽从齿根向齿顶逐渐减小的形式。

环形活塞1被驱动为朝向第一端盖2轴向移动的过程中，当第一齿部6开始与第一端面齿4啮合时，第一端面齿4的侧面引导第一齿部6的侧面，使得第一齿部6周向转动，从而带动环形活塞1周向转动，以向外输出扭矩；类似的，环形活塞1被驱动为朝向第二端盖3轴向移动的过程中，当第二齿部7开始与第二端面齿5啮合时，第二端面齿5的侧面可以引导第二齿部7的侧面，使得第二齿部7周向转动，从而带动环形活塞周向转动，以向外输出扭矩。

其中，环形活塞1可以通过气压或液压驱动，用于容纳驱动气体或流体的缸体可以设置在环形活塞1的两端、内周面或外周面上，缸体可以设置在其他部件上，例如外壳或以下所述的输出轴等。

在本方案中，只需要三个部件即可实现直线移动转变为扭矩输出，并且采用单活塞形式，动力驱动结构更为简单，可以简化整体的结构，体积更小，减轻整体重量。

另外，所述旋转驱动机构包括能够与所述环形活塞1同轴传动连接的输出轴8。输出轴8可以同轴***环形活塞1中，并且，环形活塞1可以相对于输出轴8轴向地滑动，以使得输出轴8在转动时轴向位置保持不变，以稳定地输出扭矩。如图2所示，输出轴8可以为管状，其内部可以允许其他结构穿过，例如液压油管等。

进一步的，所述环形活塞1能够相对于所述输出轴8在解锁位置和锁定位置之间轴向移动，在所述锁定位置，所述环形活塞1和所述输出轴8彼此锁定以同步转动，在所述解锁位置，所述环形活塞1和所述输出轴8彼此脱离以能够相对彼此转动。通过环形活塞1的轴向移动，使得环形活塞1能够与输出轴8锁定，以同步转动，并且能够彼此脱离，以允许输出轴8不跟随环形活塞1转动。环形活塞1和输出轴8中的一者可以设置轴向延伸的花键，另一者容纳花键的花键槽，以允许环形活塞1相对于输出轴8轴向滑动，并且在解锁位置花键脱离花键槽，以允许环形活塞1相对于输出轴8转动。

其中，所述第一端盖2设置有周向均匀排列的所述第一端面齿4，所述第二端盖3设置有周向均匀排列的所述第二端面齿5，所述第一端面齿4和所述第二端面齿5数量相同且结构相同，所述第一齿部6和所述第二齿部7周向均匀设置，所述第一齿部6能够与所述第一端面齿4完全啮合，第二齿部7能够与所述第二端面齿5完全啮合。第一端盖2和第二端盖3上均设置有周向排列的齿，这使得环形活塞1可以在周向上的任意角度与第一端盖2和第二端盖3啮合，当然，在其他实施方式中，第一端盖2和第二端盖3也可以仅在周向上的一部分形成齿，这种方式可以用于环形活塞1在周向上往复转动的形式。第一端面齿4和第二端面齿5的数量相同、结构相同，相应的，环形活塞1上的第一齿部6和第二齿部7的结构相同、数量相同，并且第一齿部6和第二齿部7周向均匀设置，这使得环形活塞1与第一端盖2或第二端盖3配合时，每个第一端面齿4均与第一齿部6啮合，或者每个第二端面齿5均与第二齿部7啮合，增加了啮合面积，可以在周向上均匀地作用于环形活塞1。

另外，所述第一齿部6和所述第二齿部7轴向对齐，所述第一端面齿4和所述第二端面齿5的周向错开且最小错开距离小于半个齿宽，所述环形活塞1能够在第一齿部6与所述第一端面齿4部分啮合的第一位置和所述第二齿部7与所述第二端面齿5部分啮合的第二位置之间往复移动。多个第一齿部6与多个第二齿部7一一轴向对齐，第一端面齿4和第二端面齿5彼此错开，在第一端面齿4和第二端面齿5结构相同的情况下，二者周向错开的最小错开距离可以小于半个齿宽，第一端面齿4的齿尖与第二端面齿5之间齿根错开。环形活塞1在轴向往复移动时，从第一端面齿4与第一齿部6啮合的位置移动到第二端面齿5与第二齿部7啮合的位置时，环形活塞1将会在第二端面齿5与第二齿部7的作用力下发生周向转动，类似的，从第二端面齿5与第二齿部7啮合的位置移动到第一端面齿4与第一齿部6啮合的位置时，环形活塞1也会发生周向转动。环形活塞1在第一位置和第二位置之间轴向移动时，环形活塞1并不是周向单方向的转动，而是在周向上也往复移动，并且移动范围小于半个齿宽(第一端面齿4或第二端面齿5的齿宽)。

进一步的，所述环形活塞1能够在所述第一齿部6与所述第一端面齿4开始啮合之前与开始所述输出轴8锁定，并且能够在所述第二齿部7与所述第二端面齿5开始啮合之前开始与所述输出轴8脱离。环形活塞1朝向第一端盖2轴向移动，当第一齿部6开始与第一端面齿4啮合时，环形活塞1已经与输出轴8锁定，此时，第一端面齿4使得第一齿部6开始周向转动，输出轴8也在环形活塞1的作用下同步转动，其转动方向可以设定为正向；相反的，环形活塞1朝向第二端盖3轴向移动，当第二齿部7开始与第二端面齿5啮合时，环形活塞1与输出轴8脱离，此时，第二端面齿5使得第二齿部7开始转动，该转动方向为反向，而输出轴8仍然保持正向转动，或者不转动。通过环形活塞1的往复转动，并辅以选择性地连接于输出轴8，从而可以带动输出轴8单方向转动。

此外，所述环形活塞1能够轴向移动到所述第二齿部7与所述第二端面齿5完全啮合的位置，以改变所述第一齿部6和所述第一端面齿4的啮合面。参考图3所示，第一齿部6和第二齿部7、第一端面齿4和第二端面齿5被平铺展开，其中，在(2)中，第一齿部6与第一端面齿4的下侧齿面啮合，第二齿部7与第二端面齿5的上侧齿面啮合，这里的彼此啮合的齿面即为所述的啮合面，图3所示的过程中，环形活塞1与第一端盖2配合时向下转动，而与第二端盖3配合时向上转动，并且可以带动输出轴8向下转动。参考图4所示，(1)中，第二齿部7开始与第二端面齿5啮合，可以看出，在此之前，第一齿部6与第一端面齿4的下侧齿面啮合，(2)中，第二齿部7与第二端面齿5完全啮合，(3)和(4)中，第一齿部6开始与第一端面齿4的上侧齿面啮合，第一齿部6分别与第一端面齿4的上侧和下侧齿面啮合时，其转动方向恰恰相反，也就是说，通过第二齿部7与第二端面齿5的完全啮合，可以使得第一齿部6与第一端面齿4的啮合时的相对位置变化，实现转向。

另外，所述输出轴8上设置有棘轮9，所述旋转驱动机构包括能够在限制所述棘轮9正向转动的正向锁定位置和限制所述棘轮9反向转动的反向锁定位置之间移动的棘爪10。如图1和图5所示，棘轮9可以设置在输出轴8的一端，其上的棘齿为关于直径基本对称的结构，棘爪10可转动地安装于支撑杆(未标记)上，通过转动棘爪10可以使得棘爪10的自由端选择性地位于棘齿的两侧中的一侧，从而限制棘轮9转动，即棘爪10可以转动到正向锁定位置和反向锁定位置，以限制棘轮9也就是输出轴8正向或反向转动，当通过环形活塞1带动输出轴8正向转动时，可以转动棘爪10到反向锁定位置，防止环形活塞1与输出轴8彼此脱离时，输出轴8反向转动，类似的，当环形活塞带动输出轴8反向转动时，可以将棘爪10转动到正向锁定位置，以防止输出轴8与环形活塞1脱离时正向转动。

以下将参考图3和图4，对本方案最优选实施方式的旋转驱动机构的原理进行说明：

首先参考图3，(1)中，第一齿部6开始与第一端面齿4啮合，此时，环形活塞1已经与输出轴8通过花键配合锁定，第一齿部6沿着第一端面齿4的下侧齿面移动，即轴向移动和周向转动的复合运动，环形活塞1开始带动输出轴8向下转动，直到第一齿部6到达(2)所示的部分啮合位置；环形活塞1从(2)所示的位置开始朝向第二端盖3轴向移动，在(3)所示的位置之前，环形活塞1与输出轴8脱离，(3)中，第二齿部7与第二端面齿5的上侧齿面开始啮合，第二齿部7沿着第二端面齿5的上侧齿面的移动，即轴向移动和周向转动的复合运动，使得环形活塞1向上转动，直到(4)所示的位置；然后环形活塞1被液压驱动为再次朝向第一端盖2轴向移动，并在与输出轴8重新锁定后，再次开始第一齿部6与第一端面齿4的下侧表面的啮合；通过不断重复以上过程，即可实现环形活塞1带动输出轴8向下转动；在输出轴8向下转动时，棘爪10位于限制棘轮9向上转动的位置；

参考图4，其中的(1)对应于图3中的(4)，在此之前，第一齿部6与第一端面齿4的下侧齿面啮合；在(2)中，第二齿部7与第二端面齿5完全啮合，此时，第一齿部6在之前位于第一端面齿4下侧的位置移动到了位于第一端面齿4上侧的位置，(3)和(4)中，第一齿部6与第一端面齿4的上侧齿面啮合，在第一端面齿4的上侧齿面的引导下，第一齿部6带动环形活塞1向上转动，然后环形活塞1移动到(5)所示的位置时，第二齿部7与第二端面齿5的下侧齿面啮合，使得环形活塞1向下转动，相对于图3所示的转动方式，图4中(1)-(5)所示的过程完成的环形活塞1的转向操作，如果希望再次转向，将环形活塞1移动到图4的(6)所示位置即可；另外，在实现转向时，也需要相应地操作棘爪10在正向锁定位置和反向锁定位置之间转换，以限制输出轴8向着与目标方向相反的方向转动。

另外，本实用新型还提供了一种臂架组件，其中，所述臂架组件设置有以上方案所述的旋转驱动机构。臂架组件包括多节臂节，旋转驱动机构可以安装于相邻的两个臂节上，可以驱动两个臂节相对于彼此转动，或者，臂架组件的末节臂节上设置有其他可转动的结构，例如，混凝土输送管等，可以通过旋转驱动机构驱动其转动。

另外，本实用新型还提供了一种工程机械，其中，所述工程机械设置有以上方案所述的臂架组件。所述工程机械可以为混凝土输送车、起重机等高空作业工作车，其臂架组件上设置有以上所述的旋转驱动机构。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动机构包括环形活塞(1)以及固定安装在所述环形活塞(1)轴向两侧的第一端盖(2)和第二端盖(3)，所述第一端盖(2)设置有朝向所述环形活塞(1)的第一端面齿(4)，所述第二端盖(3)设置有朝向所述环形活塞(1)的第二端面齿(5)，所述环形活塞(1)的轴向两端设置有能够与所述第一端面齿(4)啮合的第一齿部(6)和能够与所述第二端面齿(5)啮合的第二齿部(7)，所述环形活塞(1)能够被驱动为轴向往复移动，以在所述第一端面齿(4)和所述第二端面齿(5)的作用下周向转动。

2.根据权利要求1所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动机构包括能够与所述环形活塞(1)同轴传动连接的输出轴(8)。

3.根据权利要求2所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述环形活塞(1)能够相对于所述输出轴(8)在解锁位置和锁定位置之间轴向移动，在所述锁定位置，所述环形活塞(1)和所述输出轴(8)彼此锁定以同步转动，在所述解锁位置，所述环形活塞(1)和所述输出轴(8)彼此脱离以能够相对彼此转动。

4.根据权利要求3所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述第一端盖(2)设置有周向均匀排列的所述第一端面齿(4)，所述第二端盖(3)设置有周向均匀排列的所述第二端面齿(5)，所述第一端面齿(4)和所述第二端面齿(5)数量相同且结构相同，所述第一齿部(6)和所述第二齿部(7)周向均匀设置，所述第一齿部(6)能够与所述第一端面齿(4)完全啮合，第二齿部(7)能够与所述第二端面齿(5)完全啮合。

5.根据权利要求4所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述第一齿部(6)和所述第二齿部(7)轴向对齐，所述第一端面齿(4)和所述第二端面齿(5)的周向错开且最小错开距离小于半个齿宽，所述环形活塞(1)能够在第一齿部(6)与所述第一端面齿(4)部分啮合的第一位置和所述第二齿部(7)与所述第二端面齿(5)部分啮合的第二位置之间往复移动。

6.根据权利要求5所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述环形活塞(1)能够在所述第一齿部(6)与所述第一端面齿(4)开始啮合之前与开始所述输出轴(8)锁定，并且能够在所述第二齿部(7)与所述第二端面齿(5)开始啮合之前开始与所述输出轴(8)脱离。

7.根据权利要求6所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述环形活塞(1)能够轴向移动到所述第二齿部(7)与所述第二端面齿(5)完全啮合的位置，以改变所述第一齿部(6)和所述第一端面齿(4)的啮合面。

8.根据权利要求2所述的旋转驱动机构，其特征在于，所述输出轴(8)上设置有棘轮(9)，所述旋转驱动机构包括能够在限制所述棘轮(9)正向转动的正向锁定位置和限制所述棘轮(9)反向转动的反向锁定位置之间移动的棘爪(10)。

9.一种臂架组件，其特征在于，所述臂架组件设置有权利要求1-8中任意一项所述的旋转驱动机构。

10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械设置有权利要求9所述的臂架组件。

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