專利名稱：自舉動力機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自舉動力機，是一種將壓力介質的能量轉化為旋轉機械能，實現特定的步進式的回轉運動或輸出力矩的新型的動力機器。
現有技術中作為壓力傳動的執行元件、種類很多，按其工作原理與構造的不同可分為往復式與旋轉式如往復式活塞缸，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，但受往復行程的限制，多用于往復推進系統且由于運動構件的往復運動動量損失較大，工作速度受到限制。柱塞馬達利用了活塞缸的優點而將往復運動轉換成為回轉運動從而克服了其應用的局限，但結構變得很復雜，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擺動的機械、較不常用。
本發明的目的在于提供一種新的執行元件、它具有擺動缸容積效率高、結構簡單、制造精度要求低、運動速度和輸出力矩控制調整簡便易行的諸多優良特性、而克服了因往復擺動的能量損失、速度受到限制和不能進行旋轉運動的根本局限，現有技術中，擺動缸驅動一套棘輪機構便可以實現步進旋轉運動，但這種驅動裝置系統仍然沒有擺脫往復機構的固有局限，因為驅動的主體仍然是往復擺動的。本發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了改進，產生了特殊的效果，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機構的特征和局限性，因為事實上已經沒有了在工作過程中進行往復運動的構件。壓力介質傳遞能量所必然形成的工作腔的容積變化由構成工作腔的兩個運動構件的交替轉動，停止或交替變換不同的旋轉速度導致的相對往復擺動來實現，因此大大減少了運動構件在工作過程中的動量損失，且使之能適應更大的旋轉速度范圍，提高了效率，無繁雜的運動形式變換裝置，結構緊湊簡單。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件-或是缸體或是內葉輪變更為運動構件，使構成壓力介質工作腔室的構件均能相對于支承構件轉動，并且增加了自舉離合器使之與支承構件進行可分合的聯接，從而使工作過程發生了根本的變化，成為一種自舉步進的工作機器，即自舉動力機。
自舉動力機實質上是一種步進驅動機械，但區別于現有技術中的各種步進裝置，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，每一步進亦必自舉獲得一個已經發生了角位移的支點為下一步的步進作為承受壓力介質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件的基礎。如此一步一進、自舉累進獲得不斷步進的旋轉運動效果。
本發明所提供的自舉動力機基本是由擺動缸、自舉離合器、支承構件和壓力介質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擺動的運動構件組合而成，兩兩構件間形成工作腔室，其容積隨兩構件的相對往復擺動而增大或相應減小，并重復循環。上述運動構件中至少有一個通過自舉離合器與支承構件建立分合關系。分合關系是指分離即運動構件可相對于支承構件進行旋轉運動不受阻礙，合則保持相對靜止，并由此將壓力介質作用于工作腔對該運動構件所產生的力矩傳遞到支承構件。所述自舉離合器可以是現有技術中的各種離合器、制動器、棘輪機構，由于它們都可以根據設計需要組合到上述結構中起到令與其聯接的運動構件、支承構件、建立分合關系，從而使運動構件自動地或受控地自舉步進的作用，因此統稱之為自舉離合器。其中較為適用和方便的是超越離合器，因為其結構簡單，在期望運動方向上自動與支承構件分離且滾動摩擦小，在非期望運動方向上自動與支承構件合在一起，且止動可靠，響應快速。而受控的自舉離合器，應首選壓力驅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與相應工作腔連通同步動作，其優點是步進角位移準確，無超越。所述支承構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件只有旋轉自由度的構件，為軸狀或圓柱狀殼體，壓力介質通過其中的通道而引入擺動缸工作腔。所述壓力介質交變通道裝置是指向所述擺動缸工作腔中注入壓力介質和將其中壓力介質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件靜止的構件、因此引入擺動缸工作腔的通道與支承構件中通道的聯接采用旋轉連通方式。這兩點在現有技術中的擺動缸和旋轉活塞缸中是成熟的技術方案。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，其交變頻率應與本機器的響應速度相應，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，應用現有技術是容易實現的，例如通過設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的壓力反饋的壓力信號等。當將換向閥設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泄放回路。
上述結構組合體再加上密封元件、緊固聯接件、即構成自舉動力機。附
圖1即為自舉動力機的一個基本單元。以下結合附圖1說明本發明的基本結構、功能和工作原理。圖1中①是支承構件-固定軸②是外葉輪;⑩是內葉輪、二者即為能進行相對往復擺動的運動構件，構成所述擺動缸，內外葉輪各有一葉片④和⑧其間形成工作腔A和B、自舉離合器⑦和⑨分別將內葉輪⑩外葉輪②與固定軸①聯接，使之順時針方向可超越轉動、逆時針方向則止動。③是B腔壓力介質通道口，⑤是A腔壓力介質通道口，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聯通方式與③、⑤連通如圖。
設由A腔注入壓力介質，而令B腔連通泄放回路時，則內葉輪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動，因此在壓力介質作用下外葉輪②順時針轉動，A腔容積增大，迫使B腔介質通過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作順時針方向旋轉與其自身慣量和外界負載有關。再由B腔注入壓力介質，而令A腔連通泄放回路，則外葉輪②承受逆時針方向力矩，內葉輪⑩承受順時針方向力矩，如果不考慮外葉輪的轉動慣量，則外葉輪將被超越離合器⑨制動使其不能逆轉，而內葉輪在壓力介質作用下將作順時針轉動，其結果B腔容積增大，A腔介質經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，如是重復前述過程將循環動作，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則外葉輪將不停地旋轉運動或間歇地輸出力矩，其間歇期即為內葉輪作自舉轉動的時期。事實上當外葉輪②慣量較大，負載無倒拖力矩，內葉輪⑩轉動阻力較小時，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腔經⑤口交替接入一個較高的壓力源和泄放回路，而令B腔經③口接入一個同種介質而壓力較低的蓄能裝置，該壓力僅需能驅動內葉輪轉動并將接泄放回路的A腔中的介質排出即可，如此則機器的壓力介質回路更為簡單，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行器，且有較高的步進角位移精度和數控特性。當將多個上述機器組合，其外葉輪聯接為一體，內葉輪在各自缸體內擺動即組合成一個多缸體的擺動缸，且錯開各內葉輪的自舉動作時間，可使外葉輪連續運轉輸出力矩，無間歇。
結合附圖2、3說明本發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兩個葉片如②所示，而兩缸體中的葉片在同一平面上，內葉輪⑩、(15)為圓筒狀，內壁光滑、其材料應使其能承受超越離合器的擠壓。內葉輪⑩由雙向超越離合器(12)與固定軸(17)聯接，其上徑向裝設兩葉片，將一個缸體分隔為四個部分，由外葉輪殼體內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，內葉輪(15)亦由另一雙向超越離合器與固定軸聯接，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腔室的容積隨內外葉輪的相對擺動而一個增大另一個相應減小，A腔室的意義是當該腔室中充入壓力介質時，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，設有三個旋轉通道，由旋轉密封件(13)分隔各通道。三通道分別為P壓力源，O介質泄放，P′接一壓力較P為低的蓄能器或低壓源。由固定軸(17)內部通道分由兩端引出。各工作腔中介質通道口的設置是在緊靠外葉輪葉片的兩側各腔室容積為最小時不被遮蓋的位置。P′經前述外葉輪殼體內通道直接連通兩缸體中的B腔室即由圖中⑥連通B1、B2并經旋轉通道與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，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。
分別將內葉輪⑩、(15)與固定軸聯接的兩雙向超越離合器應選超越方向上同時作為內葉輪軸承的滾柱式超越離合器，否則應另裝置軸承。在禁止轉動方向上，超越離合器應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方向，并可操縱使其同時變更超越方向，使機器逆轉作非主要期望運動方向的運轉。
外葉輪通過其兩端蓋軸承(16)與固定軸聯接定位，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、輪胎即為一壓力驅動車輪。其優點是懸掛簡單、無復雜機械傳動件。可方便地通過調節P介質流量而實現無級調速。具有慣性超越特性。低速特性好。
權利要求
1.一種自舉動力機，它基本是由擺動缸，自舉離合器、支承構件、壓力介質交變通道裝置組成，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擺動、其間構成工作腔室、腔室容積隨兩構件的相對往復擺動而增大或相應減小并重復循環的運動構件組成，且上述運動構件中至少有一個通過所述自舉離合器與所述支承構件聯接；b、所述自舉離合器是指現有技術中的各種離合器、制動器、棘輪機構，用以聯接構成擺動缸的運動構件與所述支承構件，當與其聯接的運動構件在壓力介質作用下承受期望運動方向力矩時自動或受控呈分離狀態，該運動構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、禁止該運動構件作非期望方向運動并將該運動構件所承受的力矩傳遞到所述支承構件；c、所述支承構件是指作為上述運動構件的靜止參照物、而限定所述擺動缸的運動構件只有旋轉自由度的構件，為軸狀或圓柱狀殼體；d、所述壓力介質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和將其中的介質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置是在該工作腔容積為最小的極限位置以外、并采用旋轉聯通方式與所述支承構件中的固定通道聯接，各通道間以旋轉密封元件分隔。
2.根據權利要求1所述的自舉動力機，其特征在于a、構成所述擺動缸的運動構件是用以輸出旋轉運動和力矩的具有圓柱形缸體和徑向葉片的外葉輪，和用以作自舉旋轉運動的具有可在上述圓柱形缸體內作旋轉擺動的有徑向葉片的內葉輪;b、所述自舉離合器是超越離合器;c、所述支承構件是固定軸。
3.根據權利要求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，每個缸體內各裝一所述內葉輪其上裝有兩徑向葉片，內、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外葉輪相對擺動而一個增大另一個相應減小，當充入壓力介質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，兩內葉輪分別以超越離合器與所述固定軸聯接，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、所述壓力介質交變通道裝置包括所述固定軸內有P、O、P′三個通道分由兩端引出、內接入外葉輪殼體內通道，P為壓力源通道、O為介質泄放通道、P′接一壓力較P為低的蓄能器或低壓源，P′經上述外葉輪殼體內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
本發明提供一種自舉動力機，是屬于壓力傳動領域中的一種步進式旋轉執行元件。它是由可進行相對往復擺動的運動構件—內、外葉輪所構成的擺動缸，自舉離合器，支承構件和壓力介質通道組成。其結構簡單，無往復運動件，有良好的低速特性和容積效率，經濟性佳。
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 優先權日1992年9月21日
發明者郭仁發 申請人:郭仁發