專利名稱：一種柔性反饋數(shù)字流體缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體工作系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說，尤其涉及一種柔性反饋數(shù) 字流體缸。
背景技術(shù)：
數(shù)字流體缸用于驅(qū)動(dòng)定位，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，與目 前常用的伺服油缸或比例油缸相比，具有精度高、穩(wěn)定性好、抗污染能力強(qiáng)、
溫度漂移少等優(yōu)點(diǎn)。中國專利ZL 200410069392. 3于2007年10月10日公告了 一種雙級(jí)螺旋內(nèi)反饋數(shù)字流體缸，包括缸體、中空活塞桿、反饋套、撥銷、大 導(dǎo)程精密槽形螺旋桿、連接銷、緊固件、推力軸承、壓蓋、螺母套、帶螺紋閥 芯、滑鍵、滑套、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)接螺釘、支架、外接油管、通前腔油路、回油 口、通后腔油路、進(jìn)油口、小擋銷等構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶 動(dòng)螺紋閥芯的同時(shí)控制閥口接通流體缸，活塞桿在液壓油的推動(dòng)下移動(dòng)，在運(yùn) 動(dòng)過程中通過中空活塞桿上的撥銷撥動(dòng)第一級(jí)大導(dǎo)程精密槽形螺旋桿、再帶動(dòng) 第二級(jí)螺母套反饋到控制閥芯上，由于第一級(jí)大導(dǎo)程精密槽形螺旋桿的放大作 用，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不高的情況下，實(shí)現(xiàn)了油缸的高速運(yùn)動(dòng)和位置跟蹤。以上 結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)如下
1、 需將活塞桿做成空心，降低了活塞桿的剛性。
2、 油缸不能只根據(jù)負(fù)載及行程設(shè)計(jì)，它的體積受到放入槽形螺旋桿尺寸的制約。
3、 活塞桿在載荷下如產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響油缸的定位誤差。
4、 由于采用剛性反饋，其脈沖當(dāng)量在設(shè)計(jì)時(shí)一旦確定下來就不可再變，這 給使用上帶來很大不便，其快速運(yùn)動(dòng)的速度極限受到步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的限制。
5、 大導(dǎo)程精密槽形螺旋桿其加工困難，制造周期長(zhǎng)，占整個(gè)數(shù)字流體缸的 大部分成本。
6、 不能直接采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)流體缸，維修、使用困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的柔性 反饋數(shù)字流體缸。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種柔性反饋數(shù)字流體缸，包括閥體、主動(dòng)
步進(jìn)電機(jī)、帶螺紋閥芯和活塞桿，在閥體上開設(shè)有進(jìn)油口、第一回油口、第二 回油口、第一出油口及第二出油口，所述帶螺紋閥芯設(shè)置在閥體內(nèi)，該帶螺紋
閥芯上設(shè)有起油路密封和切換作用的凸臺(tái)，其關(guān)鍵在于
A、 在所述閥體的兩端分別安裝被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，其中被動(dòng)步 進(jìn)電機(jī)的輸出軸與帶螺紋閥芯的一端連接，帶螺紋閥芯的另一端為螺桿結(jié)構(gòu)， 該螺桿從聯(lián)軸器的一端伸入，兩者螺紋配合，聯(lián)軸器的另一端與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 的輸出軸固定連接；
B、 在所述閥體的旁邊設(shè)置缸體，該缸體的工作腔內(nèi)安裝活塞桿，活塞桿的 桿部向前伸出缸體外，活塞桿的盤部將工作腔分隔成前、后兩個(gè)腔室，其中前 腔室通過前腔油管與閥體的第二出油口連通，后腔室通過后腔油管與閥體的第 一出油口相通；
C、 所述活塞桿的盤部與鋼絲繩的一端固定，鋼絲繩的另一端繞套在繞線螺母的外螺紋上，所述繞線螺母套裝于固定螺桿上，兩者螺紋配合，且繞線螺母 上設(shè)有主動(dòng)齒輪，該主動(dòng)齒輪與齒輪軸上的從動(dòng)齒輪嚙合，所述齒輪軸能相對(duì) 缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪軸上安裝有巻簧盒和傳感器，其中巻簧盒內(nèi)設(shè)有巻簧，所述 傳感器向被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反饋控制信號(hào)。
本實(shí)用新型中，主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接收到數(shù)字脈沖信號(hào)帶動(dòng)聯(lián)軸器正向或反向 轉(zhuǎn)動(dòng)，使帶螺紋閥芯相對(duì)閥體移動(dòng)，切換油路，高壓流體通過進(jìn)油口進(jìn)入后腔 油管或進(jìn)入前腔油管，此時(shí)第一回油口或第二回油口回油，高壓流體推動(dòng)活塞 桿移動(dòng)，同時(shí)活塞桿拉動(dòng)或放松與之相連的鋼絲繩，使繞繩螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，繞線螺 母上的主動(dòng)齒輪通過與之嚙合的從動(dòng)齒輪帶動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，齒輪軸上巻
簧盒內(nèi)的巻簧蓄能或釋放能量，始終保持鋼絲繩拉緊；同時(shí)，與齒輪軸相連的 傳感器將齒輪軸轉(zhuǎn)過的角度值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，反饋給被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)， 使被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)帶螺紋閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)并反向移動(dòng)，控制閥口關(guān)閉或具 有關(guān)閉趨勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)流體缸的數(shù)字控制和定位。
本實(shí)用新型由于采用鋼絲繩和傳感器作為柔性反饋，通過主-被動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 控制的方式，從而無需將活塞桿做成空心，可以縮小體積、提高剛度，缸體可 以直接采用普通油缸或氣缸，并且具有可變脈沖當(dāng)量，使用更方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本更低。
為了便于加工及裝配，上述閥體為直通管結(jié)構(gòu)，該閥體的一端面通過螺栓 與被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)相固定，閥體的另一端面通過螺栓與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)固定。
為了使結(jié)構(gòu)更緊湊，并方便內(nèi)部零件安裝，上述缸體由工作腔和容置腔構(gòu) 成，所述工作腔的敞口端與容置腔的敞口端對(duì)接固定，在容置腔內(nèi)設(shè)置繞線螺 母、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，繞線螺母上繞套的鋼絲繩引入工作腔中，并與活塞桿固定。
上述繞線螺母和主動(dòng)齒輪為一體結(jié)構(gòu)，以方便成型，保障強(qiáng)度。
為了保證固定螺桿安裝牢靠，上述固定螺桿與缸體的軸線相垂直，該固定 螺桿的兩端支撐在容置腔相對(duì)側(cè)的壁上。
為了方便齒輪軸裝配，并保證齒輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、可靠，上述齒輪軸與固定 螺桿相平行，該齒輪軸通過軸承支承在容置腔相對(duì)側(cè)的壁上。
為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步縮小體積，上述齒輪軸的一端伸出缸體外，且伸出 部分依次套裝巻簧盒和傳感器。
本實(shí)用新型的有益效果是
1、 無需將活塞桿做成空心，可以縮小活塞桿的體積、提高剛度。
2、 缸體可以直接采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)流體缸，維修、使用方便。
3、 活塞桿在載荷下如產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)影響流體缸的定位誤差，可靠性好。
4、 由于采用鋼絲繩和傳感器作為柔性反饋，通過主-被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控 制，使用方便，穩(wěn)定性好。
5、 各部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工及裝配容易，整體體積小，成本低。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明 如圖1所示，閥體16為直通管結(jié)構(gòu)，在閎體16的一端面通過螺栓固定被 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)ll，閥體16的另一端面通過螺栓固定主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17。在闊體16其中一邊的壁上開設(shè)第一出油口 21及第二出油口 22，閥體16另一邊的壁上開 設(shè)有進(jìn)油口 19、第一回油口 18和第二回油口 20，進(jìn)油口 19位于第一回油口 18 與第二回油口 20之間。帶螺紋閥芯12安裝在閥體16內(nèi)，該帶螺紋閥芯12上 設(shè)有兩個(gè)起油路密封作用的凸臺(tái)，兩個(gè)密封凸臺(tái)之間具有兩個(gè)起切換作用的凸 臺(tái)。所述被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)11的輸出軸伸入帶螺紋閥芯12 —端的孔內(nèi)，帶螺紋閥 芯12的另一端為螺桿結(jié)構(gòu)，該螺桿從聯(lián)軸器15的一端伸入，兩者螺紋配合， 聯(lián)軸器15的另一端與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17的輸出軸固定連接。
從圖1中可知，在閥體16的旁邊設(shè)置缸體8，該缸體8由工作腔和容置腔 構(gòu)成，所述工作腔的敞口端與容置腔的敞口端相對(duì)接，通過螺紋或者螺栓或者 其它等同的方式固定。在缸體工作腔內(nèi)安裝活塞桿7，活塞桿7的桿部向前伸出 缸體8夕卜，活塞桿7的盤部將工作腔分隔成前、后兩個(gè)腔室，前腔室通過前腔 油管14與閥體16的第二出油口 22連通，后腔室通過后腔油管13與閥體16的 第一出油口21相通。所述容置腔的外觀可為方形或其它形狀，在容置腔內(nèi)設(shè)置 繞線螺母5、主動(dòng)齒輪23和從動(dòng)齒輪24，繞線螺母5和主動(dòng)齒輪23為一體結(jié) 構(gòu)，套裝于固定螺桿4上，并與固定螺桿4螺紋配合，固定螺桿4的螺距與繞 線螺母5的外螺紋的螺距相等，該固定螺桿4與缸體8的軸線相垂直，固定螺 桿4的兩端支撐在容置腔相對(duì)側(cè)的壁上。所述繞線螺母5的外螺紋上繞套鋼絲 繩6，鋼絲繩6引入工作腔中，并與活塞桿7盤部的中央固定。
從圖1中進(jìn)一步可知，繞線螺母5上的主動(dòng)齒輪23與齒輪軸9上的從動(dòng)齒 輪24嚙合，齒輪軸9與固定螺桿4相平行，該齒輪軸9通過軸承3、 IO支承在 容置腔相對(duì)側(cè)的壁上。所述齒輪軸9的一端伸出容置腔外，且伸出部分依次套 裝巻簧盒2和傳感器1，其中巻簧盒2內(nèi)裝有巻簧2a，所述傳感器1向被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)ll反饋控制信號(hào)。
本實(shí)用新型是這樣工作的
主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17接收到數(shù)字脈沖信號(hào)帶動(dòng)聯(lián)軸器15正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使
帶螺紋閥芯12相對(duì)閥體16移動(dòng)，切換油路，高壓流體通過進(jìn)油口 19進(jìn)入后腔 油管13或進(jìn)入前腔油管14，此時(shí)第一回油口 18或第二回油口 20回油，高壓流 體推動(dòng)活塞桿7移動(dòng)，同時(shí)活塞桿7拉動(dòng)或放松與之相連的鋼絲繩6，使繞繩螺 母5轉(zhuǎn)動(dòng)，繞線螺母5上的主動(dòng)齒輪23通過與之嚙合的從動(dòng)齒輪24帶動(dòng)齒輪 軸9轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，齒輪軸9上巻簧盒內(nèi)的巻簧2a蓄能或釋放能量，始終保持鋼 絲繩6拉緊；同時(shí)，與齒輪軸9相連的傳感器1將齒輪軸9轉(zhuǎn)過的角度值轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的控制信號(hào)，如脈沖數(shù)，鋼絲繩的位移對(duì)應(yīng)齒輪軸9轉(zhuǎn)過的角度值(如 30ram/r)，而角度值對(duì)應(yīng)反饋脈沖數(shù)(如2000p/r，可調(diào))，則其脈沖當(dāng)量(如 0.015mra/p)可通過調(diào)整齒輪軸9轉(zhuǎn)過的角度值對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)可變，將控制 信號(hào)反饋給被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)11，使被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)11的輸出軸帶動(dòng)帶螺紋闊芯12 轉(zhuǎn)動(dòng)并反向移動(dòng)(也可設(shè)計(jì)為只移動(dòng)不轉(zhuǎn)動(dòng))，控制閥口關(guān)閉或具有關(guān)閉趨勢(shì)， 從而實(shí)現(xiàn)流體缸的數(shù)字控制和定位。
本實(shí)用新型中采用的流體可以是氣體或液體，鋼絲繩也可以是其它柔性繩 索；本實(shí)用新型采用的步進(jìn)電機(jī)也可以換為是其它電機(jī)與傳感器構(gòu)成的閉環(huán)控 制形式。本實(shí)用新型為一種柔性反饋數(shù)字流體缸，不需將活塞桿做成空心，可 以直接采用普通油缸或氣缸，并且具有可變脈沖當(dāng)量，使用更方便，成本更低。 其上傳感器l、巻簧盒2、固定螺桿4、帶齒輪繞繩螺母5、鋼絲繩6、齒輪軸9、 軸承3、 10及部分缸體，可組成作為一種高精度位移傳感器單獨(dú)使用；其上被 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)ll、帶螺紋閥芯12、后腔油管13、前腔油管14、連軸器15、闊體16、主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17、第一回油口 18、進(jìn)油口 19、第二回油口 20也可組成作
為一種數(shù)字閥單獨(dú)使用。
權(quán)利要求1、一種柔性反饋數(shù)字流體缸，包括閥體(16)、主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(17)、帶螺紋閥芯(12)和活塞桿(7)，在閥體(16)上開設(shè)有進(jìn)油口(19)、第一回油口(18)、第二回油口(20)、第一出油口(21)及第二出油口(22)，所述帶螺紋閥芯(12)設(shè)置在閥體(16)內(nèi)，該帶螺紋閥芯(12)上設(shè)有起油路密封和切換作用的凸臺(tái)，其特征在于A、在所述閥體(16)的兩端分別安裝被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(11)和主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(17)，其中被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(11)的輸出軸與帶螺紋閥芯(12)的一端連接，帶螺紋閥芯(12)的另一端為螺桿結(jié)構(gòu)，該螺桿從聯(lián)軸器(15)的一端伸入，兩者螺紋配合，聯(lián)軸器(15)的另一端與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(17)的輸出軸固定連接；B、在所述閥體(16)的旁邊設(shè)置缸體(8)，該缸體(8)的工作腔內(nèi)安裝活塞桿(7)，活塞桿(7)的桿部向前伸出缸體(8)外，活塞桿(7)的盤部將工作腔分隔成前、后兩個(gè)腔室，其中前腔室通過前腔油管(14)與閥體(16)的第二出油口(22)連通，后腔室通過后腔油管(13)與閥體(16)的第一出油口(21)相通；C、所述活塞桿(7)的盤部與鋼絲繩(6)的一端固定，鋼絲繩(6)的另一端繞套在繞線螺母(5)的外螺紋上，所述繞線螺母(5)套裝于固定螺桿(4)上，兩者螺紋配合，且繞線螺母(5)上設(shè)有主動(dòng)齒輪(23)，該主動(dòng)齒輪(23)與齒輪軸(9)上的從動(dòng)齒輪(24)嚙合，所述齒輪軸(9)能相對(duì)缸體(8)轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪軸(9)上安裝有卷簧盒(2)和傳感器(1)，其中卷簧盒(2)內(nèi)設(shè)有卷簧(2a)，所述傳感器(1)向被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(11)反饋控制信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所述閥 體(16)為直通管結(jié)構(gòu)，該閥體(16)的一端面通過螺栓與被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(11)相固定，閥體(16)的另一端面通過螺栓與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(17)固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所述缸體(8)'由工作腔和容置腔構(gòu)成，所述工作腔的敞口端與容置腔的敞口端對(duì)接固 定，在容置腔內(nèi)設(shè)置繞線螺母(5)、主動(dòng)齒輪(23)和從動(dòng)齒輪(24)，繞線螺 母(5)上繞套的鋼絲繩(6)引入工作腔中，并與活塞桿(7)固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所 述繞線螺母(5)和主動(dòng)齒輪(23)為一體結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所述固 定螺桿(4)與缸體(8)的軸線相垂直，該固定螺桿(4)的兩端支撐在容置腔 相對(duì)側(cè)的壁上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所述齒輪軸(9)與固定螺桿(4)相平行，該齒輪軸(9)通過軸承(3、 10)支承在 容置腔相對(duì)側(cè)的壁上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種柔性反饋數(shù)字流體缸，其特征在于所 述齒輪軸(9)的一端伸出缸體(8)夕卜，且伸出部分依次套裝巻簧盒(2)和傳 感器(1)。
專利摘要一種柔性反饋數(shù)字流體缸，在閥體的兩端分別安裝被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，其中被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與帶螺紋閥芯的一端連接，帶螺紋閥芯的另一端通過聯(lián)軸器與主動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接；在閥體的旁邊設(shè)置缸體，該缸體內(nèi)安裝活塞桿，活塞桿與鋼絲繩的一端固定，鋼絲繩的另一端繞套在繞線螺母的外螺紋上，所述繞線螺母套裝于固定螺桿上，繞線螺母上設(shè)有主動(dòng)齒輪，該主動(dòng)齒輪與齒輪軸上的從動(dòng)齒輪嚙合，在齒輪軸上安裝有卷簧盒和傳感器，傳感器向被動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反饋控制信號(hào)。本實(shí)用新型無需將活塞桿做成空心，可以縮小體積、提高剛度，缸體可以直接采用普通油缸或氣缸，并且具有可變脈沖當(dāng)量，使用更方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)F15B15/20GK201386711SQ20092012702
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者邱莉娜, 義 陳 申請(qǐng)人:邱莉娜;陳 義