專利名稱：自舉動力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自舉動力機，是一種將壓力介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能，實現(xiàn)特定的步進式的回轉(zhuǎn)運動或輸出力矩的新型的動力機器。
現(xiàn)有技術(shù)中作為壓力傳動的執(zhí)行元件、種類很多，按其工作原理與構(gòu)造的不同可分為往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式如往復(fù)式活塞缸，擺動缸與葉片馬達、柱塞馬達等等。其中活塞缸具有較好的容積效率和工作特性，但受往復(fù)行程的限制，多用于往復(fù)推進系統(tǒng)且由于運動構(gòu)件的往復(fù)運動動量損失較大，工作速度受到限制。柱塞馬達利用了活塞缸的優(yōu)點而將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成為回轉(zhuǎn)運動從而克服了其應(yīng)用的局限，但結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，制造工藝、精度要求很高。葉片馬達一般容積效率低，低速特性差。而擺動缸僅用于往復(fù)擺動的機械、較不常用。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的執(zhí)行元件、它具有擺動缸容積效率高、結(jié)構(gòu)簡單、制造精度要求低、運動速度和輸出力矩控制調(diào)整簡便易行的諸多優(yōu)良特性、而克服了因往復(fù)擺動的能量損失、速度受到限制和不能進行旋轉(zhuǎn)運動的根本局限，現(xiàn)有技術(shù)中，擺動缸驅(qū)動一套棘輪機構(gòu)便可以實現(xiàn)步進旋轉(zhuǎn)運動，但這種驅(qū)動裝置系統(tǒng)仍然沒有擺脫往復(fù)機構(gòu)的固有局限，因為驅(qū)動的主體仍然是往復(fù)擺動的。本發(fā)明所提供的自舉動力機以一種新穎的組合方式對擺動缸實現(xiàn)了改進，產(chǎn)生了特殊的效果，使其工作過程、運動方式有了根本的改變，其特性已不再有往復(fù)機構(gòu)的特征和局限性，因為事實上已經(jīng)沒有了在工作過程中進行往復(fù)運動的構(gòu)件。壓力介質(zhì)傳遞能量所必然形成的工作腔的容積變化由構(gòu)成工作腔的兩個運動構(gòu)件的交替轉(zhuǎn)動，停止或交替變換不同的旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致的相對往復(fù)擺動來實現(xiàn)，因此大大減少了運動構(gòu)件在工作過程中的動量損失，且使之能適應(yīng)更大的旋轉(zhuǎn)速度范圍，提高了效率，無繁雜的運動形式變換裝置，結(jié)構(gòu)緊湊簡單。其根本的重要的改進就是使擺動缸中靜止的固定于支承的構(gòu)件-或是缸體或是內(nèi)葉輪變更為運動構(gòu)件，使構(gòu)成壓力介質(zhì)工作腔室的構(gòu)件均能相對于支承構(gòu)件轉(zhuǎn)動，并且增加了自舉離合器使之與支承構(gòu)件進行可分合的聯(lián)接，從而使工作過程發(fā)生了根本的變化，成為一種自舉步進的工作機器，即自舉動力機。
自舉動力機實質(zhì)上是一種步進驅(qū)動機械，但區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中的各種步進裝置，它不僅具有步進的效果，且以步進的方法去實現(xiàn)運動，具有更為嚴格的步進意義，因而稱之為自舉動力機。其意義是這種機器每一步進必以前一步為基礎(chǔ)，每一步進亦必自舉獲得一個已經(jīng)發(fā)生了角位移的支點為下一步的步進作為承受壓力介質(zhì)在期望運動方向或輸出力矩方向的反方向的作用力并將此作用力通過自舉離合器傳遞到支承構(gòu)件的基礎(chǔ)。如此一步一進、自舉累進獲得不斷步進的旋轉(zhuǎn)運動效果。
本發(fā)明所提供的自舉動力機基本是由擺動缸、自舉離合器、支承構(gòu)件和壓力介質(zhì)交變通道裝置所組成。其特征是所述擺動缸是由兩個或兩個以上的能相對往復(fù)擺動的運動構(gòu)件組合而成，兩兩構(gòu)件間形成工作腔室，其容積隨兩構(gòu)件的相對往復(fù)擺動而增大或相應(yīng)減小，并重復(fù)循環(huán)。上述運動構(gòu)件中至少有一個通過自舉離合器與支承構(gòu)件建立分合關(guān)系。分合關(guān)系是指分離即運動構(gòu)件可相對于支承構(gòu)件進行旋轉(zhuǎn)運動不受阻礙，合則保持相對靜止，并由此將壓力介質(zhì)作用于工作腔對該運動構(gòu)件所產(chǎn)生的力矩傳遞到支承構(gòu)件。所述自舉離合器可以是現(xiàn)有技術(shù)中的各種離合器、制動器、棘輪機構(gòu)，由于它們都可以根據(jù)設(shè)計需要組合到上述結(jié)構(gòu)中起到令與其聯(lián)接的運動構(gòu)件、支承構(gòu)件、建立分合關(guān)系，從而使運動構(gòu)件自動地或受控地自舉步進的作用，因此統(tǒng)稱之為自舉離合器。其中較為適用和方便的是超越離合器，因為其結(jié)構(gòu)簡單，在期望運動方向上自動與支承構(gòu)件分離且滾動摩擦小，在非期望運動方向上自動與支承構(gòu)件合在一起，且止動可靠，響應(yīng)快速。而受控的自舉離合器，應(yīng)首選壓力驅(qū)動的漲圈式摩擦離合器，因為可與擺動缸用同一種壓力介質(zhì)與相應(yīng)工作腔連通同步動作，其優(yōu)點是步進角位移準確，無超越。所述支承構(gòu)件是指作為整個機器的靜止參照物，而限定擺動缸的運動構(gòu)件只有旋轉(zhuǎn)自由度的構(gòu)件，為軸狀或圓柱狀殼體，壓力介質(zhì)通過其中的通道而引入擺動缸工作腔。所述壓力介質(zhì)交變通道裝置是指向所述擺動缸工作腔中注入壓力介質(zhì)和將其中壓力介質(zhì)泄放的通道和附加控制裝置。擺動缸工作腔中的通道口的設(shè)置是在該工作腔容積為最小的極限位置以外。由于所述擺動缸無相對支承構(gòu)件靜止的構(gòu)件、因此引入擺動缸工作腔的通道與支承構(gòu)件中通道的聯(lián)接采用旋轉(zhuǎn)連通方式。這兩點在現(xiàn)有技術(shù)中的擺動缸和旋轉(zhuǎn)活塞缸中是成熟的技術(shù)方案。當上述通道直接接入一個交變壓力源機器即可工作。當上述通道通過受控換向閥交替聯(lián)通壓力源和泄放回路亦相當于一個交變壓力源，其交變頻率應(yīng)與本機器的響應(yīng)速度相應(yīng)，或通過所擺動缸工作腔容積最大、最小極限位置的反饋信號控制交變頻率與其同步，獲得反饋信號的附加裝置，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)是容易實現(xiàn)的，例如通過設(shè)置于極限位置的電極和引線而獲得電信號，通過工作腔壓力介質(zhì)的壓力反饋的壓力信號等。當將換向閥設(shè)置于所述擺動缸中由極限位置行程控制換向則本機可外接于普通壓力源和介質(zhì)泄放回路。
上述結(jié)構(gòu)組合體再加上密封元件、緊固聯(lián)接件、即構(gòu)成自舉動力機。附

圖1即為自舉動力機的一個基本單元。以下結(jié)合附圖1說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)、功能和工作原理。圖1中①是支承構(gòu)件-固定軸②是外葉輪;⑩是內(nèi)葉輪、二者即為能進行相對往復(fù)擺動的運動構(gòu)件，構(gòu)成所述擺動缸，內(nèi)外葉輪各有一葉片④和⑧其間形成工作腔A和B、自舉離合器⑦和⑨分別將內(nèi)葉輪⑩外葉輪②與固定軸①聯(lián)接，使之順時針方向可超越轉(zhuǎn)動、逆時針方向則止動。③是B腔壓力介質(zhì)通道口，⑤是A腔壓力介質(zhì)通道口，圖中如⑥所示均為密封件，固定軸①兩端各有一通道以旋轉(zhuǎn)聯(lián)通方式與③、⑤連通如圖。
設(shè)由A腔注入壓力介質(zhì)，而令B腔連通泄放回路時，則內(nèi)葉輪⑩承受逆時針方向力矩，但由于超越離合器⑦的作用使之對于固定軸①不能作逆時針方向轉(zhuǎn)動，而外葉輪②承受順時針方向力矩，由于超越離合器⑨并不阻礙它作順時針方向轉(zhuǎn)動，因此在壓力介質(zhì)作用下外葉輪②順時針轉(zhuǎn)動，A腔容積增大，迫使B腔介質(zhì)通過③口泄放，B腔容積減小，直至達到A腔容積為最大，B腔容積為最小的極限位置，此時內(nèi)外葉輪間無相對運動，至于二者是否繞固定軸①作順時針方向旋轉(zhuǎn)與其自身慣量和外界負載有關(guān)。再由B腔注入壓力介質(zhì)，而令A(yù)腔連通泄放回路，則外葉輪②承受逆時針方向力矩，內(nèi)葉輪⑩承受順時針方向力矩，如果不考慮外葉輪的轉(zhuǎn)動慣量，則外葉輪將被超越離合器⑨制動使其不能逆轉(zhuǎn)，而內(nèi)葉輪在壓力介質(zhì)作用下將作順時針轉(zhuǎn)動，其結(jié)果B腔容積增大，A腔介質(zhì)經(jīng)⑤口泄放，直至達到B腔容積為最大，A腔容積為最小的極限位置，如是重復(fù)前述過程將循環(huán)動作，可見當AB腔通過固定軸①的通道接入一個交變的壓力系統(tǒng)則外葉輪將不停地旋轉(zhuǎn)運動或間歇地輸出力矩，其間歇期即為內(nèi)葉輪作自舉轉(zhuǎn)動的時期。事實上當外葉輪②慣量較大，負載無倒拖力矩，內(nèi)葉輪⑩轉(zhuǎn)動阻力較小時，外葉輪的兩個超越離合器⑨是可以去掉，而代之以軸承的。當令A(yù)腔經(jīng)⑤口交替接入一個較高的壓力源和泄放回路，而令B腔經(jīng)③口接入一個同種介質(zhì)而壓力較低的蓄能裝置，該壓力僅需能驅(qū)動內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)動并將接泄放回路的A腔中的介質(zhì)排出即可，如此則機器的壓力介質(zhì)回路更為簡單，且機器具有更高的容積效率。當自舉離合器⑦和⑨選用雙向超越離合器，則機器的運轉(zhuǎn)方向是可逆的，當選用液動漲圈式或氣囊式摩擦離合器則機器可用作步進執(zhí)行器，且有較高的步進角位移精度和數(shù)控特性。當將多個上述機器組合，其外葉輪聯(lián)接為一體，內(nèi)葉輪在各自缸體內(nèi)擺動即組合成一個多缸體的擺動缸，且錯開各內(nèi)葉輪的自舉動作時間，可使外葉輪連續(xù)運轉(zhuǎn)輸出力矩，無間歇。
結(jié)合附圖2、3說明本發(fā)明的一個具體實施例圖2所示是一個兩缸體的自舉動力機，圖3是圖2的D向視圖，兩圖中標注編號是一致的。①是外葉輪，由普通金屬制造的部件組成兩個圓柱形缸體，每個缸體中徑向裝設(shè)兩個葉片如②所示，而兩缸體中的葉片在同一平面上，內(nèi)葉輪⑩、(15)為圓筒狀，內(nèi)壁光滑、其材料應(yīng)使其能承受超越離合器的擠壓。內(nèi)葉輪⑩由雙向超越離合器(12)與固定軸(17)聯(lián)接，其上徑向裝設(shè)兩葉片，將一個缸體分隔為四個部分，由外葉輪殼體內(nèi)通道將該四部分兩兩對稱連通，形成兩個工作腔室，分別稱為A1、B1，內(nèi)葉輪(15)亦由另一雙向超越離合器與固定軸聯(lián)接，其上裝兩徑向葉片(14)將另一缸體分隔為四個部分，兩兩對稱連通形成兩個工作腔分別稱為A2、B2，如圖3所示。A、B腔室的容積隨內(nèi)外葉輪的相對擺動而一個增大另一個相應(yīng)減小，A腔室的意義是當該腔室中充入壓力介質(zhì)時，使輸出運動或力矩的外葉輪承受主要期望運動方向的力矩，而內(nèi)葉輪所承受的力矩使其被超越離合器制動。A腔室外的另一腔室則稱為B腔室。外葉輪中間隔斷兩缸體的殼體部分如圖2所示，與支承固定軸(17)為間隙配合，設(shè)有三個旋轉(zhuǎn)通道，由旋轉(zhuǎn)密封件(13)分隔各通道。三通道分別為P壓力源，O介質(zhì)泄放，P′接一壓力較P為低的蓄能器或低壓源。由固定軸(17)內(nèi)部通道分由兩端引出。各工作腔中介質(zhì)通道口的設(shè)置是在緊靠外葉輪葉片的兩側(cè)各腔室容積為最小時不被遮蓋的位置。P′經(jīng)前述外葉輪殼體內(nèi)通道直接連通兩缸體中的B腔室即由圖中⑥連通B1、B2并經(jīng)旋轉(zhuǎn)通道與P′連接。而A1A2腔的通道④⑦與P、O，同接入一個裝置在外葉輪殼體中的⑤即行程換向二位四通閥，該閥的換向受A1容積最大B1容積最小和A2容積最大，B2容積最小的兩種行程狀態(tài)控制，如圖所示③和⑧分別為置于外葉輪殼體中的契形擋塊或端部為球面的桿狀物，突出于B1和B2中緊靠外葉輪葉片的位置，當B2腔容積為最小即內(nèi)葉輪葉片(14)緊靠外葉輪葉片②的行程位置上⑧將被壓入外葉輪殼體并使換向閥⑤處于A1通P，A2通O狀態(tài)，反之B1腔容積為最小時③被壓入而使⑤處于A1通O，A2通P狀態(tài)。
分別將內(nèi)葉輪⑩、(15)與固定軸聯(lián)接的兩雙向超越離合器應(yīng)選超越方向上同時作為內(nèi)葉輪軸承的滾柱式超越離合器，否則應(yīng)另裝置軸承。在禁止轉(zhuǎn)動方向上，超越離合器應(yīng)能承受所要求輸出的最大工作負荷。兩超越離合器其超越方向相同，超越方向即期望機器運轉(zhuǎn)方向，并可操縱使其同時變更超越方向，使機器逆轉(zhuǎn)作非主要期望運動方向的運轉(zhuǎn)。
外葉輪通過其兩端蓋軸承(16)與固定軸聯(lián)接定位，其端蓋密封、葉片密封均與普通擺動缸無異，⑨是外葉輪葉片密封件(11)是內(nèi)葉輪葉片密封件。
于外葉輪上固定安裝輪轂、輪胎即為一壓力驅(qū)動車輪。其優(yōu)點是懸掛簡單、無復(fù)雜機械傳動件?？煞奖愕赝ㄟ^調(diào)節(jié)P介質(zhì)流量而實現(xiàn)無級調(diào)速。具有慣性超越特性。低速特性好。
權(quán)利要求
1.一種自舉動力機，它基本是由擺動缸，自舉離合器、支承構(gòu)件、壓力介質(zhì)交變通道裝置組成，其特征在于a、所述擺動缸是由兩個或兩個以上的能兩兩相對往復(fù)擺動、其間構(gòu)成工作腔室、腔室容積隨兩構(gòu)件的相對往復(fù)擺動而增大或相應(yīng)減小并重復(fù)循環(huán)的運動構(gòu)件組成，且上述運動構(gòu)件中至少有一個通過所述自舉離合器與所述支承構(gòu)件聯(lián)接；b、所述自舉離合器是指現(xiàn)有技術(shù)中的各種離合器、制動器、棘輪機構(gòu)，用以聯(lián)接構(gòu)成擺動缸的運動構(gòu)件與所述支承構(gòu)件，當與其聯(lián)接的運動構(gòu)件在壓力介質(zhì)作用下承受期望運動方向力矩時自動或受控呈分離狀態(tài)，該運動構(gòu)件作期望運動方向上的運動不受阻礙、反之在承受非期望運動方向力矩時自舉離合器自動或受控呈合狀態(tài)、禁止該運動構(gòu)件作非期望方向運動并將該運動構(gòu)件所承受的力矩傳遞到所述支承構(gòu)件；c、所述支承構(gòu)件是指作為上述運動構(gòu)件的靜止參照物、而限定所述擺動缸的運動構(gòu)件只有旋轉(zhuǎn)自由度的構(gòu)件，為軸狀或圓柱狀殼體；d、所述壓力介質(zhì)交變通道裝置是指向所述擺動缸工作腔交變地注入壓力介質(zhì)和將其中的介質(zhì)泄放的通道和附加控制裝置，其在擺動缸工作腔中的通道口的設(shè)置是在該工作腔容積為最小的極限位置以外、并采用旋轉(zhuǎn)聯(lián)通方式與所述支承構(gòu)件中的固定通道聯(lián)接，各通道間以旋轉(zhuǎn)密封元件分隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉動力機，其特征在于a、構(gòu)成所述擺動缸的運動構(gòu)件是用以輸出旋轉(zhuǎn)運動和力矩的具有圓柱形缸體和徑向葉片的外葉輪，和用以作自舉旋轉(zhuǎn)運動的具有可在上述圓柱形缸體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)擺動的有徑向葉片的內(nèi)葉輪;b、所述自舉離合器是超越離合器;c、所述支承構(gòu)件是固定軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的自舉動力機，其特征在于a、所述外葉輪具有兩個分隔的圓柱形缸體，每個缸體內(nèi)各有兩個徑向葉片，所有葉片均在同一軸向平面上，每個缸體內(nèi)各裝一所述內(nèi)葉輪其上裝有兩徑向葉片，內(nèi)、外葉輪葉片將缸體分為四個部分，兩兩對稱連通形成兩個工作腔室、兩工作腔室容積隨內(nèi)外葉輪相對擺動而一個增大另一個相應(yīng)減小，當充入壓力介質(zhì)而使外葉輪承受主要期望運動方向力矩的腔室稱為A腔室，另一腔室則稱為B腔室，兩內(nèi)葉輪分別以超越離合器與所述固定軸聯(lián)接，外葉輪則以普通軸承安裝于所述固定軸;b、所述超越離合器是雙向超越離合器，兩超越離合器超越方向相同，并可同時被操縱換向;c、所述壓力介質(zhì)交變通道裝置包括所述固定軸內(nèi)有P、O、P′三個通道分由兩端引出、內(nèi)接入外葉輪殼體內(nèi)通道，P為壓力源通道、O為介質(zhì)泄放通道、P′接一壓力較P為低的蓄能器或低壓源，P′經(jīng)上述外葉輪殼體內(nèi)通道直接連通所述兩缸體中的B腔，而兩缸體中A腔室通道與P、O同接入一個置于所述外葉輪殼體內(nèi)的行程換向二位四通閥，該閥的換向受所述兩A腔容積為最大的行程控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自舉動力機，是屬于壓力傳動領(lǐng)域中的一種步進式旋轉(zhuǎn)執(zhí)行元件。它是由可進行相對往復(fù)擺動的運動構(gòu)件—內(nèi)、外葉輪所構(gòu)成的擺動缸，自舉離合器，支承構(gòu)件和壓力介質(zhì)通道組成。其結(jié)構(gòu)簡單，無往復(fù)運動件，有良好的低速特性和容積效率，經(jīng)濟性佳。
文檔編號F01C9/00GK1086289SQ9211093
公開日1994年5月4日 申請日期1992年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月21日
發(fā)明者郭仁發(fā) 申請人:郭仁發(fā)