专利名称：紧凑型力倍增气动致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气动致动器。具体而言，本发明涉及一种紧凑型力倍增气动致动器(force multiplying pneumatic actuator)。更具体而言,本发明涉及这样一种致动器，在该致动器中，弹簧将输出构件偏压(偏置)到第一位置以关闭阀，而气动压カ抵抗弹簧偏压(spring bias)而将输出构件移动到第二位置，以使阀能够打开。
背景技术：
气动致动器是用来引起并控制运动的运动控制设备。这类致动器通常包括气动室，气动压力有选择地连接到该气动室并排气；以及位于该气动室中的活塞头，该活塞头受气动压力作用并由气动压カ移动。活塞头的运动传递到待移动的输出构件。一种气动致动器包括将输出构件偏压到第一或正常位置或者息止位置的弹簧(弹性件)。当将气动压カ连接到气动室而使其作用于活塞并使活塞移动时，活塞的这种运动造成输出构件抵抗弹簧的偏压而移动到第二或致动位置。对于这类气动致动器的某些应用而言，期望提供高的弹簧偏压カ及由此产生的输出构件的高输出力。这种高输出力能够将大的载荷移动到第一位置，并在无气动压カ输入的情况下使这些载荷在该位置处保持一不确定时长。还期望这种气动致动器利用低的、易获得的气动压力(通常称为车间气压)来克服高的弹簧カ的偏压，以引起并控制输出构件运动到第二位置。此外，期望提供一种适于在狭窄空间内使用的尺寸紧凑的气动致动器。以上描述的一般类型的气动致动器的ー种应用是操作用于控制高压流体流动的高压阀。在这种应用中，气动致动器可固定到高压阀上的标准安装装置，输出构件可控制该阀的操作。输出构件的弹簧偏压的第一位置使阀保持在ー个位置中，通过气动压カ对活塞头的操作使输出构件运动到其第二位置，使得阀能够移动到另一位置。
发明内容
本发明提供一种紧凑型力倍增气动致动器。该致动器可包括输入构件组件、载荷梁(load beam)组件、输出构件组件和偏压构件组件。还可以设有阀构件组件。输入构件组件、载荷梁组件、输出构件组件和偏压构件组件可以均以同轴对齐方式设置在公共壳体内。输入构件可包括设置在该壳体的一个端部区域内的一个或多个活塞头，载荷梁组件可包括设置在壳体的相反的端部区域内的一个或多个カ倍增载荷梁。在(多个)活塞头与(多个)载荷梁之间可以设置ー个或多个偏压构件和一输出构件。输入构件组件也可包括输入力传递构件，该输入力传递构件从ー个活塞头沿轴向延伸并经过(多个)偏压构件和输出构件，以与(多个)载荷梁可操作地连接。该输入力传递构件可沿径向设置在(多个)偏压构件与输出构件之间，使得(多个)偏压构件与输出构件径向地嵌套在输入力传递构件内。输入构件组件也可包括由壳体和(多个)活塞头限定的一个或多个可变容积的流体压カ室。流体压カ可被供给到流体压カ室或从流体压カ室排出(vent，排气)，以移动活塞头，活塞头的运动可由输入力传递构件传递到载荷梁。上述(多个)载荷梁可设置在基本上垂直于轴线的平面，并可安装为能绕枢转轴进行枢转运动，该枢转轴提供了较长的载荷梁臂和较短的载荷梁臂。输入力传递构件可被可操作地连接到较长的(多个)载荷梁臂，而(多个)较短的载荷梁臂可被可操作地连接为能够抵抗偏压构件的偏压而引起输出构件运动。阀构件组件可包括阀构件，该阀构件可操作地连接为能够响应于输出构件的运动而打开和关闭流体流动。
输入构件组件、载荷梁组件、输出构件组件、偏压构件组件和阀构件组件可均具有第一或正常或弹簧偏压位置，在该位置中当流体压カ从可变容积流体压カ室排出时，(多个)偏压构件将这些组件保持在这一位置。当流体压カ供给到该室吋，(多个)活塞头可轴向移动，输入力传递构件可对(多个)较长的臂起作用而使载荷梁构件枢转，并引起载荷梁构件的较短臂借助通过(多个)载荷梁的机械利益而倍增的力来对输出构件起作用。输出构件的运动通过ー输出轴传递到阀构件组件，该输出轴经过载荷梁组件朝向阀构件组件延伸。这样就导致输入构件组件、载荷梁组件、输出构件组件、偏压构件组件和阀构件组件都移动到并保持在第二或致动位置。本发明还提供在随附的权利要求书所描述的单独或结合的各种特征和结构，这些权利要求通过援引而结合在该发明内容中。
现在将參照附图进一歩描述本发明的实施例，其中图I是根据结合本发明中的某些原理的优选实施例的气动致动器的立体图。图2是沿图I中的參考剖开线2-2截取的侧剖视图，示出了处于第一位置并带有与该致动器连接的高压流动控制阀的气动装置。图3是在图I和图2所示的气动致动器中使用的载荷梁组件的放大立体图。图4是类似于图2的视图，但示出了处于第二位置并且移除了高压控制阀的气动致动器。
具体实施例方式在附图中示出并在此详细描述了本发明的原理、实施例和操作。这些附图和描述不应被解释为局限于本发明公开的具体示例形式。因此，对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离本发明的精神或范围的情况下，能够对本文的实施例做出各种更改。图I示出一种紧凑型力倍增气动致动器10。致动器10是用于接纳作为输入的流体压カ而引起并控制机械运动的运动控制设备。致动器10包括大体圆筒形的轴向延伸的杯状壳体U，壳体11具有第一轴向端部区域12和第二轴向端部区域13。端部区域12、13分别被第一盖14和第二盖15盖合，端部区域12、13从它们的各自端盖彼此相向地轴向延伸并基本上在壳体11的轴向中点会合。第一端盖14包括流体压カ端ロ 16，该流体压カ端ロ 16通过压カ控制阀向外连接到流体压カ源，压カ控制阀有选择性地使该源连接到端ロ 16或将该源从端ロ 16排气。在该优选实施例中， 第一端盖14是螺接到壳体11中的単独的部件，以便易于从顶部或第一端部区域12组装致动器10的各个组件。或者，假若例如致动器10的各个组件从底部或第二端部区域13组装，则端盖14可与壳体11 一体形成。壳体11，端盖14、15以及端ロ 16均沿纵轴线18设置。气动压力源、压カ控制阀和与端ロ 16的连接是众所周知的，所以在图I中未示出。在该优选实施例中，在约4. 5巴到约8. 5巴(约每平方英寸65磅到每平方英寸125磅)范围内的压カ下，流体压カ的源向端ロ 16提供气动压力。该压カ范围被称为“车间空气”压力，因为这是能够从许多エ厂车间区域的气压储藏室获得的气压。该压カ范围的下限是移动致动器(如下文进ー步描述的)的最小设计压力，该压カ范围的上限是附图所示的优选实施例的最大设计压力。可以依据致动器10的应用而使用其它的可选设计压力。第二端盖15包括螺接连接器和机械输出端ロ 17，其允许将致动器10可拆卸地连接到将由致动器10操作的任何设备，并允许致动器10的输出力传递到此设备。还可使用其它用以使致动器10可拆卸地或永久连接到该设备的备选的装置，例如螺栓法兰接头、卡环接头或其它公知的连接器装置。为了方便制造，优选的是实施例中的第二端盖15与壳体11 一体形成。或者，端盖15可以是单独的构件。操作的设备可以是电开关、离合器或任何需要运动控制来将该设备移动到一特定位置并使该设备保持在该位置的其它设备。在本发明的该优选实施例中，被操作的设备是高压流体控制阀20。现在參照图2，其示出致动器10的剖视图以及与该致动器关联的阀20的剖视图。致动器10和阀20包括输入构件组件24、载荷梁组件25、输出构件组件26、偏压构件组件27和阀构件组件28。若非附图或下文描述中特别指出，致动器10和阀20的大部分组成部件均为不锈钢制的，优选为根据美国钢铁协会规范440-C条件A或根据美国材料试验学会规范A276的高碳铬不锈钢。输入构件组件24包括大体平坦的第一活塞头31和大体平坦的第二活塞头32，每个活塞头均能在壳体11的第一端部区域12内轴向滑动。每个活塞头31、32均具有大体圆筒形的外周缘，每个活塞头31、32的外周缘上设有的合适O型密封圈提供与壳体11的内周表面的滑动密封接合。第一活塞头31、壳体11以及端盖14共同限定第一可变容积流体压力室33，第二活塞头32和壳体11以及大体平坦的分隔盘34共同限定第二可变容积流体压力室35。分隔盘34包括大体圆筒形的内周表面和外周表面，每个表面均包括周向凹槽，这些凹槽承载有合适的O型密封圈以提供与各自相邻表面的滑动密封接合。在壳体11的第一区域12的内周表面的周向凹槽中容置有卡环36，以防止分隔盘在壳体11内沿一个轴向运动，第二可变容积压カ室35中的流体压カ和第二活塞头32迫使分隔盘贴靠卡环36。壳体11中的第一端部区域12上的ー个或多个孔(图中未示)径向延伸完全穿过壳体11，并使来自壳体11的外部的环境大气压カ通到其中设置卡环36的凹槽。这些孔使由分隔盘34、壳体11的第一区域的内周表面及第一活塞头12所限定的排出室37连续地排气至环境大气压力。壳体11的第二端部区域13中的其它孔(图中未示)径向延伸完全穿过壳体11，并使来自壳体11外部的环境大气压カ通到位于活塞头32的相对于压力室35的相反侧的另一排出室38。端盖12包括从端盖12朝向输出构件组件26轴向延伸的中心圆柱形引导及停止构件41。在优选实施例中，引导及停止构件41与端盖12—体形成，然而，构件41也可以是可通过螺接或任何其它合适连接装置附接到端盖12的单个部件。端盖12和引导及停止构件41包括中心通道42、43，中心通道42、43分别在流体压カ端ロ 16与可变容积流体压カ室33、35之间形成开放的流体压カ连通。第一大体圆柱形输入力传递构件44从第一活塞头31轴向延伸，该构件44的内周表面相对于引导及停止构件41的外周表面滑动，以引导活塞头31的轴向运动，使活塞头31在壳体11内维持适当对齐，并使カ从活塞头31按下文更充分描述的方式传递到活塞头32。在该优选实施例中，输入力传递构件44与活塞头31一体形成。第二大体圆柱形输入力传递构件45从第二活塞头32经过输出构件组件26和偏压构件组件27朝向载荷梁组件25轴向延伸。在该优选实施例中，输入力传递构件45与活塞头32 —体形成。构件45引导活塞头32的轴向运动，使活塞头32在壳体11内维持适当对齐，并使カ从活塞头32按下文更充分描述的方式传递到载荷梁组件25。力传递构件45在壳体11与每个输出构件组件26及偏压构件组件27之间沿径向设置，使得当构件45在壳体11内轴向移动时，输出构件组件26和偏压构件组件27嵌套在构件45内，从而像下文更充分描述的那样操作载荷梁组件25。现在一井參照图2和图3，载荷梁组件25包括载荷梁安装板51、载荷梁52、53、载荷梁安装块54、55和56以及枢转销57、58。载荷梁安装板51是在致动器10操作期间搁靠于端盖15的大体平坦的圆板。中心安装块54和块55、56与安装板51 —体形成。或者，某些或所有安装块可以是通过合适的螺接紧固件或其它适当的装置紧固到安装板51的単独零件。而且，特别是如果致动器10的部件从端部区域13或壳体11的底部组装到壳体11，载荷梁安装板51可在图中所示的一体端盖15的适当位置为端部区域13或壳体11的底部提供可移除的端盖。枢转销57延伸穿过安装板55、54上合适的孔，以便绕由枢转销57限定的枢转轴 可枢转地设置(定位)载荷梁53。类似地，枢转销58延伸穿过安装块56、54上合适的孔，以便绕由枢转销58限定的枢转轴可枢转地设置载荷梁52。如期望的话，可将合适的轴承(图中未示)设置在枢转销57、58，以减少当载荷梁绕它们各自枢转轴移动时的摩擦和磨损。载荷梁52包括从枢转轴沿横向向外延伸到第一端60和第二端59的第一臂和第二臂,第一臂的长度远大于第一臂的长度。类似地，载荷梁53包括从枢转轴横向向外延伸到第一端62和第二端61的第一臂和第二臂，第一臂的长度远大于第一臂的长度。每个第一臂的长度比较短臂的长度大两倍以上，优选为大三倍以上。而且，该优选实施例中每个载荷梁52、53的长度至少约为壳体11内径的80%，以在如下文进ー步描述的操作期间通过较短臂提供最大的机械利益、行进长度及作用于输出构件26的致动カ的对称分布。或者，载荷梁的其它的长度、载荷梁的数量和机械利益可依据致动器的期望尺寸、可获得的气动压力及致动器10的输出力和行进要求来设置。例如，特别是如果紧凑的尺寸和强输出力并非是关键，那么载荷梁可沿更普遍而言的径向方向设置，具有更短的载荷梁和更大数量的载荷梁。如下文更充分地描述的，图2和图3的载荷梁52、53设置在正常或弹簧偏压或息止位置。在该位置中，载荷梁52及其端部59、60以及其绕枢转销57的枢转轴沿基本上垂直于壳体11的纵轴线18的纵轴线63设置。术语“基本上垂直”意指约90度，加减约20°。类似地，如下文更充分地描述的，图2和图3所示的载荷梁53也设置在正常或弹簧偏压或息止位置。在该位置中，载荷梁53及其端部61、62以及绕枢转销58的枢转轴沿基本上垂直于壳体11的纵轴线18的轴线64设置。限位开关安装块65和安装板54上的中心引导开ロ 66也由载荷梁组件25设置。如下文进ー步描述的那样，中心引导开ロ 66維持致动器10的其它部件对齐。限位开关安装块包括与载荷梁板51的对应开ロ对齐的螺接开ロ。限位开关(图中位置)螺接到载荷梁板51的开口和安装块65的开口中，提供信号来指示载荷梁53的位置，进而提供信号来指示输出构件组件26的位置。如果不使用限位开关，则将一合适的插塞螺接到载荷梁板51的开口和安装块65的开口中，以防止污染物进入壳体11的内部。再次參照图2，输出构件组件26包括输出构件板71。如下文更充分地描述的那样，输出构件板71被偏压构件组件27抵靠块54保持在图2所示的第一或正常或息止位置。输出构件致动器72被固定为与输出构件板71 一起运动，并且输出构件致动器72也被示出为处于图2中的其第一或正常或息止位置。输出构件致动器72从输出构件板71轴向延伸经 过引导开ロ 66并进入连接器和机械输出端ロ 17，引起并控制阀20或待致动的其它设备的运动。输出构件71设置在壳体11内，并沿轴向处于输入构件组件24与载荷梁组件25之间的位置，以及沿径向处于输入力传递构件45向内的位置。偏压构件组件27包括固定的偏压板79和弹簧81、82。偏压板79在所有操作条件下均保持抵靠引导及停止构件41，以提供用于供弹簧81、82抵靠作用的固定板。弹簧81、82可以是任何合适的弹性装置，在该优选实施例中弹簧81、82是按串联形式排列的贝氏弹簧，以提供由图2所示并在下文更充分地描述的第一或正常位置至图4所示的第二或致动位置的高弾力和高轴向行迸。可动的弹簧81、82的端部在所有条件下均作用在输出构件板71上。偏压构件组件27及其偏压构件81、82设置在壳体11内，沿轴向处于在输入构件组件24与载荷梁组件25之间，沿轴向处于输出构件板71与输入构件组件24之间，并沿径向处于输入力传递构件45内側。当偏压构件组件27处于图2所示的第一或正常位置时，偏压构件81、82处于部分压缩的位置，以施加一较大的力将输出构件板71抵靠块54稳固地偏压，并使输出构件板71克服任何反力而维持在这个第一或息止或弹簧偏压位置。在该优选实施例中，偏压构件81、82在其第一位置对输出构件71施加的カ在约175kg到约275kg(约400磅到600磅)的范围内。阀2和阀构件组件28是众所周知的，其包括阀套85 ;流体端ロ 86和87，其被连接以将阀构件组件28安置在流体系统(图中未示)的流体流中以控制流体流动；柔性阀构件88 ;以及阀构件致动器89。第一连接器91与致动器10的输出端ロ 17可释放地螺接接合，第二连接器92与阀套85螺接接合以使第一连接器91连接到阀套85。阀构件致动器89和阀构件88在图2中示出为处于第一关闭位置，以关闭阀套85并防止流体经由阀套85在端ロ 86与87之间流动。处于该位置(其为致动器10及其部件的第一或弹簧偏压或致动位置)的致动器10从输出构件71通过输出构件致动器72向阀构件致动器89施加恒定的较大力，以使阀构件88保持在该关闭位置。这个恒定的较大力足够大而能够克服阀20中流体压カ产生的反力，该カ沿倾向于打开阀构件88的方向作用于阀构件88。在该操作模式期间，可变容积室33、35中的气动压力排出至大气压力。活塞头31、32保持在图2所示的它们的第一或息止位置，第一输入力传递构件44和第二输入力传递构件45对载荷梁组件25不施加较大的力。当期望打开阀20吋，致动器10从图2所示的其第一或息止位置移动到图4所示的其第二或致动位置。为实现这一目的，由车间气压所提供的气压范围内的气动压カ经过端ロ 16和通道42、43供应到致动器10的可变容积室33、35。因为在所有条件下，排出室37、38均维持于环境大气压カ,所以第一活塞头31和第二活塞头32开始从它们各自的第一或息止位置沿朝向载荷梁组件25的方向移动，直到第二输入力传递构件45接合每个载荷梁52、53的较长臂。当该操作发生时，作用于第一活塞头31的第一室33中的气动压力所形成的第一输入力通过第一输入力传递构件44传递到第二活塞头32。该第一输入力加上第二输入力提供了由力传递构件45分别传递到载荷梁52、53的较长臂的端部60、62的总输入力，该第二输入力基本上等于第二室35中的、作用在第二活塞头32上的气动压力所形成的量值。当室33、35中的气动压力达到足够高的程度时，作用在载荷梁52、53的较长臂上的总输入力引起较长臂的端部60、62开始沿远离偏压构件81、82的方向轴向地移动。因此载荷梁52、53开始绕它们各自的分别由枢转销56、57限定的枢转轴进行枢转。这样就引起载荷梁52、53的较短臂的端部59、60开始抵抗输出构件71而朝向偏压构件81、82移动，进而沿使作用于阀致动器构件89上的正常力或息止力(at rest force)减小的方向移动输出构件71，并进ー步压缩弹簧81、82。由于较长臂的长度是较短臂的长度的倍数，因此载荷梁52、53提供ー机械利益。由载荷梁52、53的较短臂作用在输出板71上而使输出板71移离图2所示的其第一或正常或息止位置的カ是上文提到的输入构件组件24提供的总输入力的数倍。输出板71的这种运动引起输出致动器72移离阀致动器89和阀构件88，从而作用在阀构件88上的阀20中的流体压カ使阀构件88移离其阀座，进而开始通过阀20打开流体流。这种运动继续进行，直到输入构件组件24、载荷梁组件25、输出构件组件26和偏压构件组件27均处于图4所示的致动位置，阀构件组件28完全打开。參照图4，室33、35中的气动压力使活塞头32、33移动到图4所示的第二或致动位置，并使活塞头32、33保持在图4所示的第二或致动位置。在这个致动位置，输入力传递构件45使作用在暴露于这种压カ下的活塞头31、32的横向横截面上的室33、35的气动压力所形成的组合力分别传递到载荷梁52、53的端部60、62。施加于载荷梁52、53的较长臂的力乘以载荷梁52、53的机械利益，将输出板71移动至图4所示的致动位置，并使输出板71保持在图4所示的致动位置。在此位置中的偏压构件81、82在阀构件20打开的情况下被进ー步压缩，偏压构件81、82的弹簧偏压カ为最大。偏压构件组件27的这个最大力可以使致动器10返回其第一或息止位置，并在期望时关闭阀20。在该优选实施例中，偏压构件81、82对输出构件71的轴向カ在约450kg到约550kg (约1000磅到1200磅)的范围内，输出构件71从其第一位置到其第二位置的行进在约O. 7mm到I. 5mm (O. 030英寸到约O. 060英寸)的范围内。依据致动器10所操作的设备的条件，也可以设置其它的偏压カ和行进距离。当载荷梁52移动到图4所示的该第二或致动位置以允许阀20打开时，轴线63从图2所示的其第一位置旋转到图4所示的位置。另外，当此情况发生时，载荷梁52的较长 臂沿着沿轴向远离偏压构件组件27的方向移动，载荷梁52的较短臂沿着沿轴向朝向偏压构件27的方向移动。类似地，当载荷梁53移动到图4所示的其第二或致动位置时，轴线64也从图2所示的其第一位置旋转到图4所示的位置。而且，当此情况发生吋，载荷梁53的较长臂沿着沿轴向远离偏压构件组件27的方向移动，载荷梁53的较短臂沿着沿轴向朝向偏压构件27的方向移动。因为输入力传递构件45沿径向设置在壳体11、输出构件71与偏压构件81、82之间，所以载荷梁52、53的较短臂的这种枢转旋转和偏压构件81、82的压缩均沿径向发生在力传递构件45内，以缩短致动器10的轴向长度。另外，力传递构件45在邻近壳体11的位置引起的载荷梁52、53的较长臂的枢转运动，以进一歩提供载荷梁52、53的最大长度而同时不增大致动器10的轴向长度。阀20保持在其打开位置，直至室33、35中的气动压カ被释放，室33、35排气至大气。这样就减小和释放了力传递构件45作用在载荷梁52、53的较长臂上的力，以减小和释放载荷梁52、53的较短臂作用在输出板71上的力。这允许了在阀20关闭时，载荷梁52、53绕它们各自的枢转轴枢转而返回图2和图3所示的第一或息止位置。启动这种运动的カ是偏压构件81、82在其致动位置的上述力。
在附图中示出并在上文详细描述了本发明当前的优选实施例。然而，本发明不局限于这些特定的实施例。本发明能够进行各种改变和更改，这种更改并不背离随附的权利要求书所限定的本发明的教授内容和范围。
权利要求
1.一种致动器，包括 输入构件，其能在正常位置与致动位置之间轴向移动； 载荷梁，具有第一端和第二端，所述载荷梁可枢转地安装在所述第一端与所述第二端之间的枢转位置，用以在正常位置与致动位置之间进行枢转运动； 输出构件，沿轴向设置在所述输入构件与所述载荷梁之间，所述输出构件能在正常位置与致动位置之间轴向移动； 偏压构件，具有正常位置和致动位置；所述偏压构件可操作地接合所述输出构件，并且当所述偏压构件处于其所述正常位置时，所述偏压构件将所述输出构件偏压到所述输出构件的所述正常位置；并且 所述载荷梁基本上在所述第一端可操作地接合所述输入构件，并且当所述输入构件处于其所述致动位置时，所述输入构件使所述载荷梁保持在所述载荷梁的所述致动位置。
2.如权利要求I所述的致动器，其中，所述载荷梁基本上在其所述第二端可操作地连接到所述输出构件，并且当所述载荷梁处于其所述致动位置时，所述载荷梁使所述输出构件保持在所述输出构件的所述致动位置。
3.如权利要求2所述的致动器，其中，所述枢转位置与所述第一端之间的距离大于所述枢转位置与所述第二端之间的距离。
4.如前述权利要求中任一项所述的致动器，还包括壳体； 所述输入构件、所述输出构件、所述载荷梁以及所述偏压构件均设置在所述壳体内；以及 所述偏压构件沿轴向设置在所述输入构件与所述载荷梁之间。
5.如权利要求4所述的致动器，其中 所述壳体大体为圆筒形并具有第一轴向端部区域和第二轴向端部区域； 所述输入构件位于所述第一轴向端部区域内； 所述载荷梁位于所述第二轴向端部区域内；以及 所述载荷梁包括一纵轴线，当所述载荷梁处于所述正常位置时，所述纵轴线基本上垂直于的所述壳体的所述轴线。
6.如权利要求5所述的致动器，包括设置在所述第一轴向端部区域内的流体压カ室，所述流体压カ室具有正常容积和致动容积，所述致动容积远大于所述正常容积；以及 所述输入构件包括活塞头，所述活塞头具有暴露于并承受所述流体压カ室内的流体压力作用的轴向横截面。
7.如权利要求6所述的致动器，其中，所述致动器还包括输入力传递构件，并且当所述输入构件处于所述致动位置时，所述输入力传递构件从所述活塞头经过所述偏压构件和所述输出构件轴向延伸到所述载荷梁。
8.如权利要求7所述的致动器，其中，所述输入力传递构件设置在所述壳体内，处于所述偏压构件的径向外侧及所述输出构件的径向外侧，由此所述输出构件和所述偏压构件沿径向嵌套在所述输入力传递构件内，处于所述输出构件和所述偏压构件各自的沿轴向位于所述载荷梁构件与所述输入构件之间的位置中。
9.如权利要求4或8中任一项所述的致动器，还包括输出轴，所述输出轴可操作地连接到所述输出构件，所述输出轴从所述输出构件沿轴向延伸经过所述载荷梁。
10.如权利要求9所述的致动器，其中，所述输出构件沿轴向设置在所述载荷梁与所述偏压构件之间。
11.如权利要求10所述的致动器，包括沿轴向位于所述活塞头与所述载荷梁之间的固定构件，所述偏压构件在所述固定构件与所述输出构件之间起作用。
12.如权利要求5或11中任一项所述的致动器，其中，所述偏压构件包括贝氏弹簧，所述壳体具有一内径，所述载荷梁具有ー长度，所述载荷梁的所述长度至少约为所述壳体的所述内径的80%。
13.如权利要求5或11中任一项所述的致动器，包括设置在所述壳体内的另一流体压力室，所述另一流体压カ室具有正常容积和致动容积，所述致动容积远大于所述正常容积；以及 所述输入构件包括另ー活塞头，所述另ー活塞头具有暴露于并承受所述另一流体压カ室内的流体压カ作用的轴向横截面；并且 所述另ー活塞头可操作地连接到首次提到的所述活塞头以与所述活塞头一起进行轴向运动。
14.如权利要求1、9、12或13中任一项所述的致动器,还包括 连接到所述壳体的所述第二端部区域的阀，所述阀包括阀元件，所述阀元件控制经由所述阀的流体压カ连通；以及 所述输出构件可操作地连接到所述阀元件，并且当所述输出构件处于其所述正常位置时，所述输出构件使所述阀元件移动到预定位置并使所述阀元件保持在该预定位置。
15.ー种流体压カ操作的致动器，包括 轴向延伸的大体圆筒形的壳体； 输出构件，能在第一位置与第二位置之间相对于所述壳体运动； 偏压构件，其将所述输出构件偏压到所述第一位置； 活塞头，其能响应于流体压カ而相对于所述壳体从第一位置运动到第二位置； 载荷梁组件，其将所述活塞头的所述运动的至少一部分传递到所述输出构件，以使所述输出构件从其所述第一位置移动到其所述第二位置； 所述载荷梁组件包括可枢转地安装在所述壳体中的载荷梁，所述载荷梁具有第一臂和第二臂，所述第一臂比所述第二臂长得多，所述载荷梁具有基本上垂直于所述壳体的轴线的纵轴线。
16.如权利要求15所述的流体压カ操作的致动器，还包括 可操作地连接到所述壳体的阀，所述阀包括阀元件，所述阀元件控制经由所述阀的流体压カ连通；以及 所述输出构件可操作地连接到所述阀元件，并且当所述输出构件处于其所述正常位置时，所述输出构件使所述阀元件移动到预定位置并使所述阀元件保持在该预定位置。
17.如权利要求15或16所述的流体压カ操作的致动器，其中 所述壳体具有第一轴向端部区域和第二轴向端部区域； 所述输入构件位于所述第一轴向端部区域内； 所述载荷梁位于所述第二轴向端部区域；以及 所述偏压构件和所述输出构件沿轴向设置在所述载荷梁组件与所述活塞头之间。
18.如权利要求16所述的流体压カ操作的致动器，还包括 设置在所述第一轴向端部区域内的流体压カ室，所述流体压カ室具有第一容积和第二容积，所述第二容积远大于所述第一容积； 所述活塞头具有暴露于并承受所述流体压カ室内的流体压カ作用的轴向横截面； 力传递构件，当所述活塞头处于所述第二位置吋，所述カ传递构件从所述活塞头经过所述偏压构件和所述输出构件沿轴向延伸到所述载荷梁，所述カ传递构件设置在所述壳体内，处于所述偏压构件的径向外侧及所述输出构件的径向外侧，由此所述输出构件和所述偏压构件沿径向嵌套在所述カ传递构件内，处于所述输出构件和所述偏压构件的各自的沿轴向位于所述载荷梁构件与所述活塞头之间的位置中。
19.如权利要求18所述的流体压カ操作的致动器，还包括 输出轴，所述输出轴可操作地连接到所述输出构件，所述输出轴从所述输出构件沿轴向延伸经过所述载荷梁。
20.如权利要求17至19中任一项所述的流体压カ操作的致动器，还包括 另ー载荷梁，与所述第一载荷梁径向相对地设置在所述壳体的第二端部区域中，所述另ー载荷梁将所述活塞头的所述运动的至少一部分传递到所述输出构件，以使所述输出构件从其所述第一位置移动到其所述第二位置； 所述另ー载荷梁可枢转地安装在所述壳体中，所述另ー载荷梁具有第一臂和第二臂，所述第一臂比所述第二臂长得多，所述臂具有基本上垂直于所述壳体的所述轴线的纵轴线；以及 所述偏压构件和所述输出构件沿轴向设置在所述另ー载荷梁组件与所述活塞头之间。
21.如权利要求20所述的流体压カ操作的致动器，其中，所述输出轴沿轴向延伸经过所述另ー载荷梁，并处于首次提到的所述载荷梁与所述另ー载荷梁之间。
22.如权利要求21所述的流体压カ操作的致动器，还包括 枢转安装块，设置在所述壳体的所述第二端部区域内，每个所述载荷梁包括固定在所述枢转安装块内的枢转轴，所述枢转安装块包括处于所述载荷梁之间的轴向开ロ，所述输出轴可滑动地容置在所述轴向开口内。
23.如权利要求19所述的流体压カ操作的致动器，其中，所述壳体具有一内径，每个所述载荷梁具有ー长度，每个所述载荷梁的所述长度至少约为所述壳体的所述内径的80%。
全文摘要
本发明公开了一种紧凑型力倍增致动器(10)及其关联的阀(20)。致动器(10)和阀(20)包括活塞头(31、32)和力倍增载荷梁(52、53)。贝氏弹簧(81、82)沿轴向设置在活塞头(31、32)与载荷梁(52、53)之间。贝氏弹簧(81、82)通过输出构件(71)作用以使阀构件(88)保持在关闭位置。当对活塞头(31、32)施加气动压力时，活塞头(31、32)的运动通过力传递构件(45)传递并通过力倍增载荷梁(52、53)抵抗贝氏弹簧(81、82)的偏压来移动输出构件(71)，以使阀构件(88)能够打开。
文档编号F15B11/032GK102695883SQ201080050339
公开日2012年9月26日 申请日期2010年1月26日 优先权日2009年11月5日
发明者克莱·内斯比特 申请人:派克汉尼芬公司