一种高动态低泄漏小型化叶片式液压摆动缸

技术领域

本发明属于电液伺服技术领域，尤其是一种高动态低泄漏小型化叶片式液压摆动缸。

背景技术

电液伺服系统是集机电液一体化的液压伺服系统，其采用电机、液压泵作为动力元件，采用伺服阀作为控制元件，通过电机带动液压泵工作，液压系统建压，通过向伺服阀施加信号，控制高压油的流动方向、流量大小等参数，从而控制执行机构的运动方向、运动速度、运动频率等对外输出参数，具有效率高、固有可靠性高、可维护性好、易实现大功率等优点。

目前现有电液伺服系统配套的摆缸多采用螺旋式、齿轮齿条式和链式，其中螺旋式摆缸通过高压油作用在螺旋副上，推动活塞直线运动，通过螺旋传动机构带动输出轴转动，实现对外输出扭矩和角度，由于其工作原理是将直线运动转化为旋转运动，因此其轴向要预留出活塞直线运动的空间，导致其轴向尺寸较长，同时螺旋副对零件的机加工艺和装配工艺要求均较高，机加和装配难度较大；齿轮齿条式摆缸齿轮和齿条啮合，工作原理是驱动齿条运动，齿条带动齿轮轴转动，实现对外输出扭矩和角度，将齿条的直线运动转换为齿轮轴的旋转运动，其中齿轮与齿条的机加工艺性较好，但是由于需要给齿条预留运动空间，导致摆缸在垂直于轴线方向尺寸较大，对安装空间要求较高；链式摆缸通过链条及链轮将链条的往复运动转化为链轮旋转运动，具有摆角大、加工工艺性较好的优点，但输出力矩较小，传动链较长，工作效率较低，动态响应较低，链轮链条维护性及抗污染能力较差。综上所述，螺旋式、齿轮齿条式和链式摆缸均存在外形尺寸大，对外安装接口要求较为复杂，机加工艺性和装配工艺性较差，动态响应较低，日常保养维护不便等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高动态低泄漏小型化叶片式液压摆动缸，具有高度集成、紧凑、小型化、低泄漏的有点，同时具有较高的动态响应能力，以解决在狭小空间内对于高动态、大扭矩往复旋转运动的需求问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种高动态低泄漏小型化叶片式液压摆动缸，包括缸体、输出轴、前端盖、管接头、伺服阀、后端盖和反馈电位器，还包括定叶片和动叶片，所述定叶片集成在缸体上，动叶片集成在输出轴上，输出轴上的动叶片外缘与缸体内圆面配合，缸体上的定叶片外缘与输出轴外圆面配合，定叶片和动叶片交替分布，将缸体内的液压油腔分为多个液压腔，通过液压腔间的油压差，推动输出轴转动。

优选地，所述输出轴上设有分别与每个液压腔连通的通油油道，使输出轴受力平衡。

优选地，所述定叶片和动叶片均为2个，定叶片对称集成在缸体上，动叶片对称集成在输出轴上，将缸体内的液压油腔分为4个液压腔，液压腔间的油压差为零时，4个液压腔的体积相等。

优选地，所述定叶片和动叶片上均加工有密封槽，密封槽内安装有密封件。

优选地，所述密封件采用胶料与聚四氟乙烯。

优选地，所述前端盖与后端盖上加工有与缸体内圆大小相同的止口凸台，止口凸台与缸体内圆面配合，为前端盖与后端盖提供径向定位，止口凸台通过螺钉安装于缸体上，用以限位输出轴。

优选地，所述止口凸台通过密封圈与输出轴和缸体密封。

优选地，所述伺服阀通过螺钉安装在缸体上，所述管接头上加工有螺纹，安装在缸体上，并通过密封圈与缸体密封。

优选地，所述反馈电位器通过螺钉安装在后端盖上，用以采集输出轴的转动角度并反馈。

优选地，所述定叶片通过机加直接与缸体一体化，动叶片通过机加直接与输出轴一体化。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：

(1)本发明叶片式液压摆动缸采用双叶片驱动形式，输出轴的受力更为均匀，提高了输出扭矩，具有较高的机械效率；(2)采用叶片与输出轴一体化设计、叶片与缸体一体化设计，减小了叶片摆缸的径向与轴向尺寸，降低了整机的重量；(3)采用胶料与聚四氟乙烯相结合的复合密封形式，降低了动密封处的摩擦力，提高了叶片摆缸的动态响应；(4)本发明设计的叶片摆动缸具有更紧凑的结构与更小的外包络尺寸，适合应用在足式机器人领域等需要输出高动态大扭矩旋转运动的场合；(5)本发明在输出轴上设计通油油道，使摆缸高低压腔对称分布，改善输出轴的受力情况，降低输出轴出现偏磨的风险，同时减少外部油道及管路的使用，提高摆缸的可靠性，为摆缸的小型化、轻量化提供了一种借鉴思路。

附图说明

图1(a)为叶片式摆缸前端轴侧示意图，图1(b)为叶片式摆缸后端轴侧示意图。

图2为叶片式摆缸的叶片结构示意图。

图3为缸体的示意图。

图4为输出轴轴侧示意图。

图5为输出轴正视图。

图6为输出轴剖视图。

图中：1-缸体，2-输出轴，3-前端盖，4-管接头，5-伺服阀，6-后端盖，7-反馈电位器，8-定叶片，9-动叶片，10-密封件，11-通油油道。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本实施例提供一种高动态低泄漏小型化叶片式液压摆动缸，其包括缸体1、输出轴2、前端盖3、管接头4、伺服阀5、后端盖6、反馈电位器7、定叶片8、动叶片9、密封件10和密封圈、紧固件等组成，其中定叶片8集成在缸体1上，动叶片9集成在输出轴2上，图1(a)和图1(b)展示了叶片摆缸的整体结构示意图，如图2展示了定叶片8、动叶片9与密封件的相对位置关系，缸体1上的定叶片8与输出轴2上的动叶片均加工有密封槽，密封件10安装在密封槽内，输出轴2上的动叶片外缘与缸体1内圆面配合，缸体1上的定叶片外缘与输出轴外圆面配合，前端3、后端盖6与缸体1接触的端面上加工有止口凸台，凸台外圆与缸体1相同尺寸内圆面配盖合，为前端盖3与后端盖6提供径向定位，通过螺钉安装于缸体1上，用以限位输出轴2，通过密封圈与输出轴2和缸体1密封，形成油腔，伺服阀5通过螺钉安装在缸体1上，用以控制高低压油路的切换，管接头4上加工有螺纹，安装在缸体上，通过密封圈与缸体密封，反馈电位器7通过螺钉安装在后端盖6上，用以采集输出轴2的转动角度并反馈，实现系统的闭环控制。

图2展示了本发明叶片的密封结构与工作原理。集成在缸体1上的两个叶片组成定叶片8，集成在输出轴2上的两个叶片组成动叶片9，动叶片9和定叶片8通过密封件10将摆缸的液压油腔分为A、B、C、D四个液压腔，其中A、C油腔与B、D油腔通过伺服阀5的控制，交替成为摆缸的高、低压腔，当A、C油腔为高压油腔，B、D油腔为低压油腔时，动叶片9在高压油的压力作用下，推动输出轴2顺时针转动；当B、D油腔为高压油腔，A、C油腔为低压油腔时，动叶片9在高压油的压力作用下，推动输出轴2逆时针转动。为降低叶片与缸体1、叶片与输出轴2之间的密封摩擦力，采用组合密封的形式，密封件10采用胶料与聚四氟乙烯制成，用以降低摩擦力，提高摆缸的输出扭矩和响应频率。

图3展示了本发明缸体1的结构，液压油道均集成至缸体1，避免了外部安装液压管路，同时将定叶片8通过机加直接与缸体1进行一体化设计，避免了叶片的安装，在保证缸体1强度的同时，进一步降低了缸体1的外形尺寸和重量，定叶片8上设计有密封槽，用于安装密封件10。

图4～图6展示了本发明输出轴2的结构，将动叶片9通过机加直接与输出轴2进行一体化设计，避免了叶片的安装，在保证输出轴2强度的同时，进一步降低了输出轴2的外形尺寸和重量，动叶片9上设计有密封槽，用于安装密封件10。为满足图1中A、C油腔与B、D油腔分别油压相同，在输出轴2上设计分别沟通A、C油腔与B、D油腔的通油油道11，使得高低压油腔对称分布，输出轴2受力平衡，避免输出轴2因为受力不均匀而导致的偏磨等问题，并在保证摆缸正常工作的同时，减少了一组阀控元件、管接头4和外接管路，使得摆缸外形尺寸的重量得以降低。

本发明采用双叶片结构作为摆缸的驱动方式，具有较高的机械效率，液压传动方式与传统的螺旋式、齿轮齿条式、链式摆缸完全不同，叶片式摆缸是将输出轴上加工出矩形叶片，叶片将摆缸隔离出高、低压腔，工作时高压油直接作用在叶片上，产生扭矩，输出轴对外直接输出扭矩和角度，极大地缩短了传动链，能够大幅度提高摆缸的动态性能，同时由于高压油液作为动力源直接作用在输出轴上，降低了由于管路、油道等产生的压降，提高了摆缸的传动效率和输出扭矩，同时降低了由于传动部件之间的磨损产生多余物影响系统的风险；由于取消了大部分的传动零部件，摆缸整体的重量和体积均有较高程度的降低，缩小了摆缸的安装需求空间，扩大了摆缸的使用场合，同时提高了摆缸的可靠性；本发明将动、静叶片分别集成在了输出轴和缸体上，进一步缩小了缸体和输出轴的外形尺寸，使得摆缸整体重量减小，同时本发明为双叶片结构，较单叶片的输出扭矩高一倍，进一步提高摆缸的功质比。

本发明的技术关键点和保护点主要在于：1)叶片处的密封形式；2)叶片的一体化设计与输出轴沟通油道设计；3)叶片与缸体、叶片与输出轴一体化集成设计。以上所述具体实例仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。