一种执行转动输出的液压驱动装置

技术领域

本发明涉及液压执行设备领域，具体是一种执行转动输出的液压驱动装置。

背景技术

液压执行元件有执行直线运动和执行旋转运动两种，即液压缸和摆动缸；摆动缸可以直接输出旋转运动，直接满足负载要求，不需中间传动转换，结构紧凑，但是由于结构原理所致，旋转件和缸体难以实现完全密封，因此普遍具有内泄漏，鉴于此，也有一些用直线液压缸通过中间传动构件实现旋转运动的应用，例如申请号202211062163.3的发明专利，其通过滚轮与凸轮的配合将液压缸的直线运动转换为输出轴的旋转运动，但是，其也具有一些弊端：

其一，利用凸轮转换运动，其单向转角最大仅能达到180度，也就是说其双向总行程也无法实现整周转动，这就使得其应用范围大大受限；

其二，每个输出端的双向转动需要两个液压缸配合才能完成，双端输出便需要四个液压缸配合，设备成本高，体积大，而且油路控制复杂；

其三，凸轮传动精度较低，因此其很少用于具有高精度要求的传动系统中，而且执行动作时，伸出侧的滚轮单独对凸轮施加推力，凸轮单侧承受推力产生弯矩，不平衡的负载容易导致构件变形、偏磨、输出端摆动等，再加上滚轮和凸轮的磨损和形变，致使其输出端的精度更难保证。

发明内容

基于本发明提供了一种执行转动输出的液压驱动装置，旨在解决摆动缸存在内漏，液压缸加传动机构的形式结构复杂、输出精度低的问题。

其解决的技术方案包括包括双作用液压缸，双作用液压缸由第一缸体、第一活塞和活塞杆组成，第一缸体的两端均设有油孔，双作用液压缸的活塞杆伸出侧设有转换单元，转换单元不与双作用液压缸连接的一端设有执行单元；转换单元包括一个与第一缸体同轴的第二缸体，第二缸体与第一缸体固定安装，第二缸体的轴线处装有一个与活塞杆同轴的柱体，柱体与第二缸体为间隙配合，活塞杆的伸出端与柱体可转动连接，活塞杆轴向移动可拉动柱体同步轴向移动，柱体的外壁上开有一个螺旋槽，第二缸体的侧壁内开有径向孔，径向孔内装有一个第二活塞和一个滚珠，滚珠位于第二活塞与柱体之间，且滚珠卡在柱体上的螺旋槽内，第一缸体的两端均经管路与径向孔的尾部连通，第一缸体的每端与管路的连接处均装有一个单向阀；执行单元包括一个与柱体平行的输出轴，输出轴位于第二缸体外，输出轴上固定安装有一个输出齿轮，柱体远离第一缸体的一端加工有轮齿，第二缸体的侧壁上开有一个弧形槽，输出齿轮经弧形槽切入第二缸体内部与柱体上的轮齿啮合。

所述的柱体的轴线处开有轴向的通孔，活塞杆穿透通孔，通孔两端与活塞杆之间均经轴承安装。

所述的活塞杆的端头处经螺纹旋装有一个螺纹套，用于对轴承进行轴向限位。

所述的径向孔、第二活塞和滚珠至少设有两组，多组沿螺旋槽等距布置，且在圆周方向上的均布，所有径向孔均经管路连通。

所述的双作用液压缸为双出杆液压缸，每端的活塞杆均连接有一组转换单元和一组执行单元。

所述的两组执行单元的两个输出轴同轴，且两个输出轴间装有一个离合式联轴器，离合式联轴器包括一个空心圆柱形的套筒，套筒与两个输出轴同轴，两个输出轴分别从两端插入套筒内，套筒内同轴装有第一连接体和第二连接体，第一连接体的左端开有花键孔，第二连接体的右端设有与花键孔配合的花键，第二连接体的右端插入花键孔内，第二连接体的右端与花键孔的右端之间安装有压簧，第一连接体的右端面上和第二连接体的左端面上均沿直径设有一个方条形凸起，每个输出轴位于套筒内的端面上均沿直径开有一个矩形槽，压簧伸长，第一连接体和第二连接体端面的方条形凸起卡入矩形槽内；压簧压缩时，第一连接体和第二连接体端面的方条形凸起从矩形槽内脱出。

所述的第一连接体和第二连接体的外壁上均开有一个环形槽，套筒的侧壁上开有两个轴向槽，套筒外壁上固定有一个位于两个轴向槽之间的销耳，离合式联轴器还包括两个拨杆和一个螺栓以及一个与螺栓配合的螺母，拨杆尾部开有一个与其垂直的销孔，拨杆的头部穿过轴向槽插入环形槽内，螺栓同时穿过两个销孔和销耳然后旋上螺母。

所述的管路上靠径向孔的一端装有泄压阀。

本发明转动输出角度范围大，设备成本低，设备体积小，控制和操作简单，传动精度高，安装和使用均具有良好的便利性和适配性。

附图说明

图1为本发明单输出端形式的主视剖视图。

图2为图1中A位置的放大图。

图3为图1中B位置的放大图。

图4为图1中C位置的放大图。

 图5 为本发明采用双出杆液压缸的双输出端形式的主视剖视图。

图6为本发明采用两个双作用单出杆液压缸的双输出端形式的主视剖视图。

图7为断开状态下离合式联轴器的主视剖视图。

图8为结合状态下离合式联轴器的主视剖视图。

图9为条形凸起块与矩形槽处的立体图。

实施方式

结合附图，本发明包括双作用液压缸，双作用液压缸由第一缸体1、第一活塞2和活塞杆3组成，第一缸体1的两端均设有油孔4，双作用液压缸的活塞杆3伸出侧设有转换单元，转换单元不与双作用液压缸连接的一端设有执行单元，转换单元衔接双作用液压缸和执行单元，双作用液压缸的活塞杆3的轴向运动经转换单元转换为执行单元的绕轴旋转运动；

转换单元包括一个与第一缸体1同轴的第二缸体5，第二缸体5与第一缸体1固定安装，第一缸体1与第二缸体5可采用焊接、法兰连接等方式，第二缸体5的轴线处装有一个与活塞杆3同轴的柱体6，柱体6与第二缸体5为间隙配合，从而使柱体6可在第二缸体5内轴向抽动和绕轴向转动，活塞杆3的伸出端与柱体6可转动连接，活塞杆3轴向移动可拉动柱体6同步轴向移动，柱体6的外壁上开有一个螺旋槽7，第二缸体5的侧壁内开有径向孔8，径向孔8内装有一个第二活塞9和一个滚珠10，滚珠10位于第二活塞9与柱体6之间，且滚珠10卡在柱体6上的螺旋槽7内，在滚珠10和螺旋槽7的配合作用下，柱体6在随活塞杆3轴向运动的同时，会配合绕轴线的转动，第一缸体1的两端均经管路11与径向孔8的尾部连通，第一缸体1的每端与管路11的连接处均装有一个单向阀12，每端的单向阀12安装在第一缸体1对应端的管路11支路上，第一缸体1高压侧的油液可通过管路11进入径向孔8内并将油压作用在第二活塞9背对滚珠10的一侧，而低压侧的单向阀12在反向压差的作用下关闭，避免径向孔8内的高压油液回流到第一缸体1的低压侧，也就是说第一缸体1哪侧为高压，哪侧与径向孔8接通，高压油液对第二活塞9施加朝向柱体6的压力，进而将滚珠10压紧，使滚珠10与螺旋槽7紧密配合无晃动余量，且可随时补偿因滚珠10和螺旋槽7磨损产生的配合间歇，从而使柱体6始终输出精确的旋转运动；

执行单元包括一个与柱体6平行的输出轴13，输出轴13位于第二缸体5外，且经轴承安装，轴承座固定在第二缸体5的外壁上，输出轴13上固定安装有一个输出齿轮14，柱体6远离第一缸体1的一端加工有轮齿15，即柱体6的该端为具有一定长度的齿轮轴形式，第二缸体5的侧壁上开有一个弧形槽16，输出齿轮14经弧形槽16切入第二缸体5内部与柱体6上的轮齿15啮合，齿轮轴的长度大于柱体6随活塞杆3往复运动的行程，即在柱体6轴向往复运动的过程中，输出齿轮14始终与齿轮轴啮合，柱体6将活塞杆3的轴向运动转换成轴向和旋转的复合运动，柱体6再通过输出齿轮14将复合运动转换成输出轴13旋转运动输出。

所述的柱体6的轴线处开有轴向的通孔17，活塞杆3穿透通孔17，通孔17两端与活塞杆3之间均经轴承安装，轴承选用可承受单向大轴向力的圆锥滚子轴承，两端的轴承为对柱体6提供相反的轴向止推力，使柱体6无法相对活塞杆3轴向移动。

所述的活塞杆3的端头处经螺纹旋装有一个螺纹套18，用于对轴承进行轴向限位，柱体6在活塞杆3上的安装方式如下：先将靠近第一缸体1的轴承安装在活塞杆3上，然后将柱体6套在活塞杆3上并使轴承配合到位，然后将另一个轴承安装在活塞杆3上并配合到位，最后旋上螺纹套18顶紧轴承即可。

所述的径向孔8、第二活塞9和滚珠10至少设有两组，多组沿螺旋槽7等距布置，且在圆周方向上的均布，多组滚珠10在抱紧柱体6的同时能保证柱体6所受径向合力为零，保证柱体6的传动精度，所有径向孔8均经管路11连通，第一缸体1高压侧的油压可同时作用与所有径向孔8内。

所述的双作用液压缸为双出杆液压缸，每端的活塞杆3均连接有一组转换单元和一组执行单元，从而可以同时具有两个旋转运动的输出端，如图5所示。

所述的两组执行单元的两个输出轴13同轴，且两个输出轴13间装有一个离合式联轴器19，离合式联轴器19包括一个空心圆柱形的套筒20，套筒20与两个输出轴13同轴，两个输出轴13分别从两端插入套筒20内，套筒20内同轴装有第一连接体21和第二连接体22，第一连接体21和第二连接体22位于两个输出轴13之间，第一连接体21与第二连接体22均为与套筒20同轴的柱状结构，第一连接体21的左端开有花键孔23，第二连接体22的右端设有与花键孔23配合的花键，第二连接体22的右端插入花键孔23内，从而使第一连接体21和第二连接体22可相对轴向滑动但只能同步转动，第二连接体22的右端与花键孔23的右端之间安装有压簧24，第一连接体21的右端面上和第二连接体22的左端面上均沿直径设有一个方条形凸起25，每个输出轴13位于套筒20内的端面上均沿直径开有一个矩形槽26，压簧24伸长，第一连接体21和第二连接体22端面的方条形凸起25卡入矩形槽26内，将两个输出轴13连接，由两端的转换单元和执行单元分摊负载合力输出，适用于两端负载均衡和大负载的情况，有利于大负载下输出的稳定性和设备的耐久性；压簧24压缩时，第一连接体21和第二连接体22端面的方条形凸起25从矩形槽26内脱出，两个输出轴13断开独立输出，适用于两端负载不均的情况，避免输出轴13两端产生扭矩差而发生扭转变形；若要实现更为独立的输出控制，可将双出杆液压缸替换成两个双作用单出杆液压缸，如图6所示，这样两个输出轴13断开时，两端的输出转速和相位差均互不影响，但是同步性略差，可根据需求自行选择。

所述的第一连接体21和第二连接体22的外壁上均开有一个环形槽27，套筒20的侧壁上开有两个轴向槽28，套筒20外壁上固定有一个位于两个轴向槽28之间的销耳29，离合式联轴器19还包括两个拨杆30和一个螺栓31以及一个与螺栓31配合的螺母32，拨杆30尾部开有一个与其垂直的销孔33，拨杆30的头部穿过轴向槽28插入环形槽27内，螺栓31同时穿过两个销孔33和销耳29然后旋上螺母32；向内旋进螺母32可拉动两个拨杆30向销耳29靠拢，从而拨动第一连接体21和第二连接体22使压簧24压缩，使方条形凸起25从矩形槽26内退出，两个输出轴13断开；向外旋松螺母32或拆下螺栓31，第一连接体21和第二连接体22在压簧24的作用下向两端伸出，方条形凸起25卡入矩形槽26内将两个输出轴13连接；若方条形凸起25与矩形槽26错位，则在输出轴13转动到对位时可自动卡进。

所述的管路11上靠径向孔8的一端装有泄压阀34，当执行过某次高压动作后，径向孔8内的压力过高致使滚珠10抱持过紧柱体6转动阻力过大，影响后续低负载低压动作的执行时，可开启泄压阀34泄压。

本发明的工作过程为：向第一缸体1的一侧泵入液压油加压，推动活塞杆3向另一侧运动，活塞杆3运动带动柱体6同步轴向运动，柱体6与第二缸体5发生轴向运动时，在多个滚珠10与螺旋槽7的配合下，柱体6会发生绕轴线转动，柱体6通过端部的轮齿15与输出齿轮14配合带动输出轴13转动，活塞杆3反向运动时，输出轴13反向转动，当第一缸体1的两端油孔4均关闭时，活塞杆3锁死，相应的柱体6和输出轴13锁死，因此该装置可实现双向的转动输出，且可在任意位置锁死。

在第一缸体1一侧加压时，高压侧的单向阀12开启，油液经管路11进入所有径向孔8内，第一缸体1高压侧的压力作用于所有第二活塞9背向滚珠10的一侧，第二活塞9将滚珠10向柱体6压紧，保证滚珠10与螺旋槽7的配合无晃动余量，从而使柱体6的轴向运动与转动之间具有确定的传动关系，确保柱体6转动输出的准确性，而且，负载越大，第一缸体1内的油压越高，滚珠10与螺旋槽7的配合压力也同比增大，使滚珠10与螺旋槽7的配合在高负载下不会出现滑脱，使其在任何负载下均具有可靠的稳定性。

对于双端输出的实施例，通过离合式联轴器19的接合与断开，可根据负载类型选择两个输出轴13的合力输出或独立输出。

本发明以液压作为驱动力，可以在小体积下输出大扭矩，能够作为一种可靠的大负载扭矩输出机构，与现有技术相比，本发明的转动输出角度范围在设计原理上不受限，理论上来说，随着螺旋槽7的加长，本发明的输出转角范围可无限提升，实际运用中，在保证输出精度和设备强度的情况下，也可轻松实现正反720度范围内的转动输出；

而且，本发明用一个双出杆双作用液压缸便可实现两个输出端正反双向的转动输出，大大降低了设备成本，缩减了设备体积的同时，相应的大大简化了液压油路以及油路的控制复杂度，降低了操作难度，双输出端与离合式联轴器19配合，还能够以多种输出形式适应多种负载类型；

另外，本发明整体为一个径向尺寸更小的轴状件，安装时更容易与设备契合，具有良好的便利性和适配性；

再有，本发明采用的螺旋槽7传动以及齿轮传动的方式，均具有高精度的特点，加上滚珠10与螺旋槽7的配合压力随负载同比增大的设计，使本发明在任何负载下均具有高精度的传动关系。