专利名称：一种柔性反馈数字流体缸的制作方法
技术领域：
本实用新型属于流体工作系统领域，具体地说，尤其涉及一种柔性反馈数 字流体缸。
背景技术：
数字流体缸用于驱动定位，在工业领域中得到了广泛的应用和发展，与目 前常用的伺服油缸或比例油缸相比，具有精度高、稳定性好、抗污染能力强、
温度漂移少等优点。中国专利ZL 200410069392. 3于2007年10月10日公告了 一种双级螺旋内反馈数字流体缸，包括缸体、中空活塞杆、反馈套、拨销、大 导程精密槽形螺旋杆、连接销、紧固件、推力轴承、压盖、螺母套、带螺纹阀 芯、滑键、滑套、步进电机、联接螺钉、支架、外接油管、通前腔油路、回油 口、通后腔油路、进油口、小挡销等构成。步进电机接收数字脉冲信号转动带 动螺纹阀芯的同时控制阀口接通流体缸，活塞杆在液压油的推动下移动，在运 动过程中通过中空活塞杆上的拨销拨动第一级大导程精密槽形螺旋杆、再带动 第二级螺母套反馈到控制阀芯上，由于第一级大导程精密槽形螺旋杆的放大作 用，在步进电机转速不高的情况下，实现了油缸的高速运动和位置跟踪。以上 结构的主要缺点如下
1、 需将活塞杆做成空心，降低了活塞杆的刚性。
2、 油缸不能只根据负载及行程设计，它的体积受到放入槽形螺旋杆尺寸的制约。
3、 活塞杆在载荷下如产生微小转动，会严重影响油缸的定位误差。
4、 由于采用刚性反馈，其脉冲当量在设计时一旦确定下来就不可再变，这 给使用上带来很大不便，其快速运动的速度极限受到步进电机最大转速的限制。
5、 大导程精密槽形螺旋杆其加工困难，制造周期长，占整个数字流体缸的 大部分成本。
6、 不能直接采用市场上现有的标准流体缸，维修、使用困难。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、使用方便的柔性 反馈数字流体缸。
本实用新型的技术方案如下 一种柔性反馈数字流体缸，包括阀体、主动
步进电机、带螺纹阀芯和活塞杆，在阀体上开设有进油口、第一回油口、第二 回油口、第一出油口及第二出油口，所述带螺纹阀芯设置在阀体内，该带螺纹
阀芯上设有起油路密封和切换作用的凸台，其关键在于
A、 在所述阀体的两端分别安装被动步进电机和主动步进电机，其中被动步 进电机的输出轴与带螺纹阀芯的一端连接，带螺纹阀芯的另一端为螺杆结构， 该螺杆从联轴器的一端伸入，两者螺纹配合，联轴器的另一端与主动步进电机 的输出轴固定连接；
B、 在所述阀体的旁边设置缸体，该缸体的工作腔内安装活塞杆，活塞杆的 杆部向前伸出缸体外，活塞杆的盘部将工作腔分隔成前、后两个腔室，其中前 腔室通过前腔油管与阀体的第二出油口连通，后腔室通过后腔油管与阀体的第 一出油口相通；
C、 所述活塞杆的盘部与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端绕套在绕线螺母的外螺纹上，所述绕线螺母套装于固定螺杆上，两者螺纹配合，且绕线螺母 上设有主动齿轮，该主动齿轮与齿轮轴上的从动齿轮啮合，所述齿轮轴能相对 缸体转动，在齿轮轴上安装有巻簧盒和传感器，其中巻簧盒内设有巻簧，所述 传感器向被动步进电机反馈控制信号。
本实用新型中，主动步进电机接收到数字脉冲信号带动联轴器正向或反向 转动，使带螺纹阀芯相对阀体移动，切换油路，高压流体通过进油口进入后腔 油管或进入前腔油管，此时第一回油口或第二回油口回油，高压流体推动活塞 杆移动，同时活塞杆拉动或放松与之相连的钢丝绳，使绕绳螺母转动，绕线螺 母上的主动齿轮通过与之啮合的从动齿轮带动齿轮轴转动。此时，齿轮轴上巻
簧盒内的巻簧蓄能或释放能量，始终保持钢丝绳拉紧；同时，与齿轮轴相连的 传感器将齿轮轴转过的角度值转换成相应的控制信号，反馈给被动步进电机， 使被动步进电机的输出轴带动带螺纹阀芯转动并反向移动，控制阀口关闭或具 有关闭趋势，从而实现流体缸的数字控制和定位。
本实用新型由于采用钢丝绳和传感器作为柔性反馈，通过主-被动步进电机 控制的方式，从而无需将活塞杆做成空心，可以缩小体积、提高刚度，缸体可 以直接采用普通油缸或气缸，并且具有可变脉冲当量，使用更方便，结构简单， 成本更低。
为了便于加工及装配，上述阀体为直通管结构，该阀体的一端面通过螺栓 与被动步进电机相固定，阀体的另一端面通过螺栓与主动步进电机固定。
为了使结构更紧凑，并方便内部零件安装，上述缸体由工作腔和容置腔构 成，所述工作腔的敞口端与容置腔的敞口端对接固定，在容置腔内设置绕线螺 母、主动齿轮和从动齿轮，绕线螺母上绕套的钢丝绳引入工作腔中，并与活塞杆固定。
上述绕线螺母和主动齿轮为一体结构，以方便成型，保障强度。
为了保证固定螺杆安装牢靠，上述固定螺杆与缸体的轴线相垂直，该固定 螺杆的两端支撑在容置腔相对侧的壁上。
为了方便齿轮轴装配，并保证齿轮轴运转灵活、可靠，上述齿轮轴与固定 螺杆相平行，该齿轮轴通过轴承支承在容置腔相对侧的壁上。
为了简化结构，进一步縮小体积，上述齿轮轴的一端伸出缸体外，且伸出 部分依次套装巻簧盒和传感器。
本实用新型的有益效果是
1、 无需将活塞杆做成空心，可以縮小活塞杆的体积、提高刚度。
2、 缸体可以直接采用市场上现有的标准流体缸，维修、使用方便。
3、 活塞杆在载荷下如产生微小转动，不会影响流体缸的定位误差，可靠性好。
4、 由于采用钢丝绳和传感器作为柔性反馈，通过主-被动步进电机进行控 制，使用方便，稳定性好。
5、 各部件结构简单，加工及装配容易，整体体积小，成本低。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明 如图1所示，阀体16为直通管结构，在闳体16的一端面通过螺栓固定被 动步进电机ll，阀体16的另一端面通过螺栓固定主动步进电机17。在阔体16其中一边的壁上开设第一出油口 21及第二出油口 22，阀体16另一边的壁上开 设有进油口 19、第一回油口 18和第二回油口 20，进油口 19位于第一回油口 18 与第二回油口 20之间。带螺纹阀芯12安装在阀体16内，该带螺纹阀芯12上 设有两个起油路密封作用的凸台，两个密封凸台之间具有两个起切换作用的凸 台。所述被动步进电机11的输出轴伸入带螺纹阀芯12 —端的孔内，带螺纹阀 芯12的另一端为螺杆结构，该螺杆从联轴器15的一端伸入，两者螺纹配合， 联轴器15的另一端与主动步进电机17的输出轴固定连接。
从图1中可知，在阀体16的旁边设置缸体8，该缸体8由工作腔和容置腔 构成，所述工作腔的敞口端与容置腔的敞口端相对接，通过螺纹或者螺栓或者 其它等同的方式固定。在缸体工作腔内安装活塞杆7，活塞杆7的杆部向前伸出 缸体8夕卜，活塞杆7的盘部将工作腔分隔成前、后两个腔室，前腔室通过前腔 油管14与阀体16的第二出油口 22连通，后腔室通过后腔油管13与阀体16的 第一出油口21相通。所述容置腔的外观可为方形或其它形状，在容置腔内设置 绕线螺母5、主动齿轮23和从动齿轮24，绕线螺母5和主动齿轮23为一体结 构，套装于固定螺杆4上，并与固定螺杆4螺纹配合，固定螺杆4的螺距与绕 线螺母5的外螺纹的螺距相等，该固定螺杆4与缸体8的轴线相垂直，固定螺 杆4的两端支撑在容置腔相对侧的壁上。所述绕线螺母5的外螺纹上绕套钢丝 绳6，钢丝绳6引入工作腔中，并与活塞杆7盘部的中央固定。
从图1中进一步可知，绕线螺母5上的主动齿轮23与齿轮轴9上的从动齿 轮24啮合，齿轮轴9与固定螺杆4相平行，该齿轮轴9通过轴承3、 IO支承在 容置腔相对侧的壁上。所述齿轮轴9的一端伸出容置腔外，且伸出部分依次套 装巻簧盒2和传感器1，其中巻簧盒2内装有巻簧2a，所述传感器1向被动步进电机ll反馈控制信号。
本实用新型是这样工作的
主动步进电机17接收到数字脉冲信号带动联轴器15正向或反向转动，使
带螺纹阀芯12相对阀体16移动，切换油路，高压流体通过进油口 19进入后腔 油管13或进入前腔油管14，此时第一回油口 18或第二回油口 20回油，高压流 体推动活塞杆7移动，同时活塞杆7拉动或放松与之相连的钢丝绳6，使绕绳螺 母5转动，绕线螺母5上的主动齿轮23通过与之啮合的从动齿轮24带动齿轮 轴9转动。此时，齿轮轴9上巻簧盒内的巻簧2a蓄能或释放能量，始终保持钢 丝绳6拉紧；同时，与齿轮轴9相连的传感器1将齿轮轴9转过的角度值转换 成相应的控制信号，如脉冲数，钢丝绳的位移对应齿轮轴9转过的角度值(如 30ram/r)，而角度值对应反馈脉冲数(如2000p/r，可调)，则其脉冲当量(如 0.015mra/p)可通过调整齿轮轴9转过的角度值对应的脉冲数实现可变，将控制 信号反馈给被动步进电机11，使被动步进电机11的输出轴带动带螺纹阔芯12 转动并反向移动(也可设计为只移动不转动)，控制阀口关闭或具有关闭趋势， 从而实现流体缸的数字控制和定位。
本实用新型中采用的流体可以是气体或液体，钢丝绳也可以是其它柔性绳 索；本实用新型采用的步进电机也可以换为是其它电机与传感器构成的闭环控 制形式。本实用新型为一种柔性反馈数字流体缸，不需将活塞杆做成空心，可 以直接采用普通油缸或气缸，并且具有可变脉冲当量，使用更方便，成本更低。 其上传感器l、巻簧盒2、固定螺杆4、带齿轮绕绳螺母5、钢丝绳6、齿轮轴9、 轴承3、 10及部分缸体，可组成作为一种高精度位移传感器单独使用；其上被 动步进电机ll、带螺纹阀芯12、后腔油管13、前腔油管14、连轴器15、阔体16、主动步进电机17、第一回油口 18、进油口 19、第二回油口 20也可组成作
为一种数字阀单独使用。
权利要求1、一种柔性反馈数字流体缸，包括阀体(16)、主动步进电机(17)、带螺纹阀芯(12)和活塞杆(7)，在阀体(16)上开设有进油口(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)，所述带螺纹阀芯(12)设置在阀体(16)内，该带螺纹阀芯(12)上设有起油路密封和切换作用的凸台，其特征在于A、在所述阀体(16)的两端分别安装被动步进电机(11)和主动步进电机(17)，其中被动步进电机(11)的输出轴与带螺纹阀芯(12)的一端连接，带螺纹阀芯(12)的另一端为螺杆结构，该螺杆从联轴器(15)的一端伸入，两者螺纹配合，联轴器(15)的另一端与主动步进电机(17)的输出轴固定连接；B、在所述阀体(16)的旁边设置缸体(8)，该缸体(8)的工作腔内安装活塞杆(7)，活塞杆(7)的杆部向前伸出缸体(8)外，活塞杆(7)的盘部将工作腔分隔成前、后两个腔室，其中前腔室通过前腔油管(14)与阀体(16)的第二出油口(22)连通，后腔室通过后腔油管(13)与阀体(16)的第一出油口(21)相通；C、所述活塞杆(7)的盘部与钢丝绳(6)的一端固定，钢丝绳(6)的另一端绕套在绕线螺母(5)的外螺纹上，所述绕线螺母(5)套装于固定螺杆(4)上，两者螺纹配合，且绕线螺母(5)上设有主动齿轮(23)，该主动齿轮(23)与齿轮轴(9)上的从动齿轮(24)啮合，所述齿轮轴(9)能相对缸体(8)转动，在齿轮轴(9)上安装有卷簧盒(2)和传感器(1)，其中卷簧盒(2)内设有卷簧(2a)，所述传感器(1)向被动步进电机(11)反馈控制信号。
2、 根据权利要求1所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所述阀 体(16)为直通管结构，该阀体(16)的一端面通过螺栓与被动步进电机(11)相固定，阀体(16)的另一端面通过螺栓与主动步进电机(17)固定。
3、 根据权利要求1所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所述缸体(8)'由工作腔和容置腔构成，所述工作腔的敞口端与容置腔的敞口端对接固 定，在容置腔内设置绕线螺母(5)、主动齿轮(23)和从动齿轮(24)，绕线螺 母(5)上绕套的钢丝绳(6)引入工作腔中，并与活塞杆(7)固定。
4、 根据权利要求1或3所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所 述绕线螺母(5)和主动齿轮(23)为一体结构。
5、 根据权利要求3所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所述固 定螺杆(4)与缸体(8)的轴线相垂直，该固定螺杆(4)的两端支撑在容置腔 相对侧的壁上。
6、 根据权利要求5所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所述齿轮轴(9)与固定螺杆(4)相平行，该齿轮轴(9)通过轴承(3、 10)支承在 容置腔相对侧的壁上。
7、 根据权利要求1或6所述的一种柔性反馈数字流体缸，其特征在于所 述齿轮轴(9)的一端伸出缸体(8)夕卜，且伸出部分依次套装巻簧盒(2)和传 感器(1)。
专利摘要一种柔性反馈数字流体缸，在阀体的两端分别安装被动步进电机和主动步进电机，其中被动步进电机的输出轴与带螺纹阀芯的一端连接，带螺纹阀芯的另一端通过联轴器与主动步进电机的输出轴连接；在阀体的旁边设置缸体，该缸体内安装活塞杆，活塞杆与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端绕套在绕线螺母的外螺纹上，所述绕线螺母套装于固定螺杆上，绕线螺母上设有主动齿轮，该主动齿轮与齿轮轴上的从动齿轮啮合，在齿轮轴上安装有卷簧盒和传感器，传感器向被动步进电机反馈控制信号。本实用新型无需将活塞杆做成空心，可以缩小体积、提高刚度，缸体可以直接采用普通油缸或气缸，并且具有可变脉冲当量，使用更方便，结构简单，成本低。
文档编号F15B15/20GK201386711SQ20092012702
公开日2010年1月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者邱莉娜, 义 陈 申请人:邱莉娜;陈 义