一种具有浮动侧板及浮动叶片的叶片摆动液压缸的制作方法

本发明涉及一种叶片摆动液压缸，更具体涉及一种具有浮动侧板及浮动叶片的叶片摆动液压缸，属于液压元件及设备技术领域。

背景技术：

叶片摆动液压缸(以下简称“摆动缸”)，也叫叶片摆动液压马达，可直接将作用在叶片上的液压力转换成转矩输出，具有结构紧凑、无中间传动环节、转矩输出平稳、操控性好等优点，在船舶舵机、液压机械手、扭转试验测试设备、冶金机械和工程机械等领域具有广泛的应用。

常见的摆动缸包括定子、转子、端盖、密封件及联接件等，根据叶片的数量可以分为单叶片、双叶片和多叶片等几种型式，常用的为单叶片和双叶片型式；单叶片摆动缸只有一个定子叶片(也叫挡块，以下称定子叶片)和一个转子叶片，双叶片摆动缸有两个位于定子上的成180°对称布置的定子叶片和两个位于转子上的成180°对称布置的转子叶片；摆动缸的定子叶片和转子叶片将摆动缸内部由定子、转子和前后端盖所形成的密闭空间分隔成高压腔和低压腔，单叶片摆动缸有一个高压腔和一个低压腔，双叶片摆动缸有两个对称布置的高压腔和两个对称布置的低压腔，两个高压腔和两个低压腔之间有油道沟通；摆动缸利用高、低压腔内油液作用在转子叶片上的液压力之差，驱动转子旋转，并输出转矩和转速；改变液压油的进出方向，即可改变输出轴的旋转方向和输出转矩方向。

摆动缸内部高、低压腔之间油液的内泄漏，对其性能具有决定性影响；摆动缸的内泄漏途径主要有三个，一是定子叶片和转子叶片两端面与前后端盖之间的泄漏，二是转子叶片顶端与定子内表面之间的泄漏，三是定子叶片顶端与转子轴外表面之间的泄漏。

上述泄漏，受摆动缸工作压力及转子旋转角度影响较大，随着工作压力的升高和转子旋转角度的增大，叶片端面与端盖之间及叶片顶端与相配面之间的间隙也增大，泄漏量增加，采用传统的提高端盖刚度及改善密封材料和密封结构等方法很难有效解决高压工况下摆动缸的内泄漏问题。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的叶片摆动液压缸高、低压腔之间的内泄漏随工作压力及转子旋转角度而变化的问题，本发明提出了一种具有浮动侧板及浮动叶片的叶片摆动液压缸，其浮动侧板及浮动叶片通过弹簧力和液压静压力压紧在各自的配合面上，使叶片端面与浮动侧板的配合间隙以及叶片顶端与相配面的配合间隙不受工作压力及转子转角变化的影响，减小了高、低压腔之间油液的内泄漏，使摆动缸的额定工作压力、效率及可控性提高，寿命延长。

所述叶片摆动液压缸，其特征在于：包括定子组件，转子组件，浮动侧板组件、端盖组件和联接螺钉；所述转子组件置于定子组件内部，两个浮动侧板组件位于定子组件两端，定子叶片和转子叶片将定子、转子和两侧浮动侧板所形成的密闭空间分隔成摆动缸的高、低压工作腔；两个端盖组件沿轴向布置于两个浮动侧板组件外侧，与定子组件通过螺钉联接，形成一个封闭完整的液压摆动缸。

所述定子组件，包括定子、定子固定叶片、定子浮动叶片和定子浮动叶片压紧弹簧，定子固定叶片和定子浮动叶片共同构成定子叶片；所述定子为圆环结构，在其内表面有与定子成一体的定子固定叶片，在定子固定叶片的顶端有定子浮动叶片安装槽；定子浮动叶片为长方体，其顶端为内凹圆柱面，顶端中间部位有约0.5毫米深的封闭储油槽，储油槽与浮动叶片底面之间有阻尼孔，使储油槽与叶片底部沟通；定子浮动叶片底部还有定子浮动叶片压紧弹簧的安装孔，定子浮动叶片压紧弹簧安装在孔内；定子浮动叶片与压紧弹簧一起安装在定子固定叶片顶端的定子浮动叶片安装槽内，定子浮动叶片可以在槽内沿径向移动；在定子圆环上，定子固定叶片根部沿圆周方向的两侧，加工有进出油口。

所述转子组件，包括转轴、轴毂端面组合密封圈、转子浮动叶片和转子浮动叶片压紧弹簧；所述转轴为台阶轴结构，中间部分为轴毂，直径大，两侧直径小，作为摆动缸的输出轴；在轴毂部分的外圆面有与转轴成一体的转子固定叶片，在转子固定叶片的顶端有转子浮动叶片安装槽，在安装槽的底部有转子浮动叶片压紧弹簧安装孔，转子浮动叶片压紧弹簧安装在孔内；在转子固定叶片的两端面靠近叶片侧边的位置还加工有通油槽；转子浮动叶片为长方体，其顶端为外凸圆柱面，顶端中间部位有约0.5毫米深的封闭储油槽，储油槽与浮动叶片底面之间有阻尼孔，使储油槽与叶片底部沟通；转子浮动叶片安装在转子固定叶片顶端的安装槽内，并可以沿径向移动；在转轴轴毂部分的两端面圆周方向上，加工有轴毂端面密封圈槽，安装有轴毂端面组合密封圈；对于双叶片摆动缸，其转轴轴毂上靠近转子固定叶片根部还有两个交叉布置、互不相通的径向贯穿油道，将对称布置的两个高压腔和两个低压腔沟通。

所述浮动侧板组件，包括浮动侧板、压紧活塞、压紧活塞密封圈、浮动侧板密封圈、浮动侧板预压紧弹簧、浮动侧板定位销；所述浮动侧板为圆盘形，中间有通孔，供转子的转轴从通孔中穿过；浮动侧板的一侧为平面，与定子及转子叶片端面贴合；浮动侧板平面侧靠近外圆周部位加工有浮动侧板密封圈槽，安装有浮动侧板密封圈；浮动侧板的另外一侧加工有均匀布置的n个(n为大于1的自然数)圆形沉孔，沉孔内装有压紧活塞，压紧活塞为小圆柱体，活塞外圆面有密封圈槽，装有压紧活塞密封圈；压紧活塞与沉孔配合形成多个小密闭腔，压紧活塞在沉孔内可以轴向移动；在各沉孔底部与浮动侧板平面之间有通油孔，可以将高、低压腔的油液引入小密闭腔；在浮动侧板沉孔一侧的两个对称布置的沉孔内安装有浮动侧板预压紧弹簧，弹簧中心装有浮动侧板定位销，这两个沉孔底部没有通油孔。

所述端盖组件，包括端盖、滚针轴承和输出轴密封圈；端盖中心有通孔，通孔内靠近内端面部分，安装有滚针轴承；通孔内靠近外端面部分，加工有输出轴密封圈槽，安装有输出轴密封圈；端盖内端面有两个沉孔，其位置与浮动侧板上的浮动侧板预压紧弹簧和浮动侧板定位销相对应。

本发明所述的一种具有浮动侧板及浮动叶片的叶片摆动液压缸，其联接关系为：(1)所述定子组件与转子组件同轴装配在一起，定子浮动叶片安装在定子固定叶片顶部的安装槽内，在定子浮动叶片压紧弹簧的作用下压紧在转子轴毂的外圆面上，二者在接触面处的曲率一致，形成紧密配合；转子浮动叶片安装在转子固定叶片顶部的安装槽内，在转子浮动叶片压紧弹簧的作用下压紧在定子内环面上，二者在接触面处的曲率一致，形成紧密配合；(2)两个浮动侧板组件位于定子和转子组件两侧，浮动侧板平面侧与定子、定子叶片、转子、转子叶片端面贴合；(3)浮动侧板组件外侧为端盖组件，转子轴的两端轴头穿过浮动侧板组件及端盖组件的中心孔，支撑在两个端盖组件内孔的滚针轴承上；(4)端盖组件通过螺钉与定子组件联接在一起；(5)浮动侧板压紧活塞一侧与端盖之间留有约0.5毫米的间隙，浮动侧板被浮动侧板预压紧弹簧压紧在叶片端面，浮动侧板在外力的作用下可以沿轴向移动；压紧活塞在小密闭腔内油液压力的作用下可以伸出，与端盖内端面接触，将有小密闭腔内由压力油产生的压紧浮动侧板的液压力的反作用力作用在端盖上。

所述叶片摆动液压缸，其结构特点在于：(1)所述两个浮动侧板平面侧与定子、定子叶片、转子、转子叶片及转轴轴毂端面贴合，形成摆动缸的高、低压工作腔，浮动侧板上各压紧活塞与沉孔之间形成的小密闭腔通过其底部的通油孔与摆动缸的高、低压腔沟通，在高压油的作用下产生使浮动侧板压紧在叶片端面的压紧力，且其压紧力的大小与高压腔的压力及转子旋转角度有关，工作压力越高，转子转角越大，其产生的压紧力也越大；(2)所述定子叶片和转子叶片均分为固定叶片和浮动叶片两部分，固定叶片和浮动叶片之间有压紧弹簧，使浮动叶片压紧在相配面上，浮动叶片在固定叶片上的安装槽内可以沿径向移动；(3)所述定子及转子浮动叶片顶端加工有储油槽，储油槽与浮动叶片底端有阻尼孔沟通，使浮动叶片底部缝隙内的压力油通过阻尼孔进入浮动叶片顶端的储油槽，一方面可以产生部分液压力以平衡浮动叶片底部所受油液压力，另一方面可以保证浮动叶片顶端与相配面之间处于良好的油膜润滑状态，以减小摩擦和磨损；(4)所述转子固定叶片的两端面靠近叶片侧边的位置还加工有通油槽，用来调节转子在某个的转角位置时邻近的压紧活塞与高压腔的接通和断开状态，以调节压紧力的大小；(5)所述转子固定叶片顶端直径略小于定子内环面直径，约小1毫米，所述定子固定叶片顶端直径略大于转轴轴毂直径，约大1毫米；(6)所述定子浮动叶片及转子浮动叶片分别压紧在各自顶端配合面的状态下，浮动叶片底面与浮动叶片安装槽顶面之间留有约0.5毫米的间隙，使浮动叶片在外力作用下能缩回到安装槽内。

所述叶片摆动液压缸，其较优方案为：为了改善叶片端面与浮动侧板接触面的摩擦特性，使浮动侧板和转子基体为合金钢材料，在转子轴毂两端面及转子固定叶片两端面浇铸或烧结一层1到2毫米厚的铜合金，使浮动侧板与转轴轴毂端面及转子叶片端面之间的摩擦副为双金属摩擦副，以减小摩擦和磨损。

所述叶片摆动液压缸，其较优方案为：所述定子浮动叶片及转子浮动叶片均采用铜合金制造。

所述叶片摆动液压缸，其较优方案为：其端盖中心孔内的滚针轴承可以用滑动轴承替换，以减小径向尺寸。

所述叶片摆动液压缸，其较优方案为：其定子及定子固定叶片、转子及转子固定叶片可以不加工成一体，而是分开加工，然后通过焊接或螺栓联接等方式组合在一起，以改善其加工工艺性。

本发明的有益效果是：(1)摆动缸高压腔的压力油通过浮动侧板上的通油孔进入与高压腔对应的浮动侧板压紧活塞一侧的小密闭腔，从而产生将浮动侧板压紧在叶片端面的压紧力；当工作腔压力升高，产生的推开力增大时，小密闭腔内的油压也相应升高，所产生的压紧力也相应增大，与推开力相平衡，使浮动侧板始终压紧在叶片端面，保证一定的合理微小间隙，即摆动缸的叶片端面与浮动侧板之间的间隙不受工作压力高低的影响，因而摆动缸可以在较高的压力下工作，提高了其额定工作压力及效率。

(2)随着转子转动角度的增大，高压腔内的高压油作用在浮动侧板上的面积也增大，产生的推开力增大，与此同时，与高压腔相通的小密闭腔的数量也增加，其所产生的压紧浮动侧板的压紧力也相应增大，并与推开力相平衡，使叶片端面与浮动侧板之间保持一定的合理微小间隙，即摆动缸的叶片端面与浮动侧板之间的间隙不受转子转角变化的影响。

(3)定子浮动叶片和转子浮动叶片通过弹簧预压缩产生的弹簧力压紧在相配面上，此外，高压腔的压力油可以通过浮动叶片与固定叶片高压腔一侧的侧面间隙进入浮动叶片底面与固定叶片顶面之间的缝隙，对浮动叶片产生一个径向静压力，使浮动叶片与相配面压紧，叶片顶端与相配面之间保持一定的合理微小间隙，既能保证密封效果，又不影响转子的正常转动；另外定子浮动叶片和转子浮动叶片顶端都有储油槽，并有阻尼孔将储油槽与浮动叶片底部间隙沟通，使定子叶片顶端与相配面之间保持良好的油膜润滑状态，可以减小摩擦与磨损，提高摆动缸的可控性。

(4)由于浮动叶片能够在安装槽内沿径向移动，当浮动叶片顶端磨损后，会自动伸出以补偿磨损量，使浮动叶片与相配面的配合间隙保持不变，这既保证了密封效果，又延长了摆动缸的使用寿命。

(5)本发明的叶片摆动液压缸，由于采用了浮动侧板及浮动叶片结构方案，具有额定工作压力高、效率高、可控性高、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明的三维剖视示意图。

图2是本发明的单叶片摆动缸实施例各组成部分的分解示意图。

图3是本发明的单叶片摆动缸实施例定子组件结构示意图。

图4是本发明的单叶片摆动缸实施例转子组件结构示意图。

图5是本发明的浮动侧板组件结构示意图。

图6是本发明的端盖组件结构示意图。

图7示出了单叶片摆动缸转子在不同转角位置时高压腔油液的作用区域及产生压紧力的压紧活塞的作用区域。

图8是本发明的双叶片摆动缸实施例定子组件结构示意图。

图9是本发明的双叶片摆动缸实施例转子组件结构示意图。

图10是本发明的双叶片摆动缸实施例转轴轴毂上沟通两个高压腔或两个低压腔的油道示意图。

图中：1.定子组件，2.转子组件，3.浮动侧板组件，4.端盖组件，5.联接螺钉；101.定子，102.定子固定叶片，103.定子浮动叶片压紧弹簧，104.定子浮动叶片；201.转轴，202.轴毂端面组合密封圈，203.转子固定叶片，204.转子浮动叶片，205.转子浮动叶片压紧弹簧；301.浮动侧板，302.压紧活塞，303.压紧活塞密封圈，304.浮动侧板定位销，305.浮动侧板预压紧弹簧，306.浮动侧板密封圈；401.端盖，402.输出轴密封圈，403.滚针轴承；a.第一进出油口，b.第二进出油口，c.定子浮动叶片安装槽，d.定子浮动叶片储油槽，e.定子浮动叶片阻尼孔，f.定子浮动叶片压紧弹簧安装孔，g.转子浮动叶片压紧弹簧安装孔，h.转子浮动叶片安装槽，k.通油槽，m.轴毂端面密封圈槽，n.转子浮动叶片阻尼孔，p.转子浮动叶片储油槽，q.沉孔，r.浮动侧板密封圈槽，s.通油孔，t.浮动侧板预压紧弹簧及定位销安装孔，u.输出轴密封圈槽，v.对浮动侧板产生压紧力的压紧活塞作用区域，w.高压工作腔的作用区域，x.低压工作腔的作用区域，j.转轴轴毂上沟通两个高压腔或两个低压腔的油道。

具体实施方式

下面结合图1～10，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述，各实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围。

实施例1：参见图1，一种具有浮动侧板及浮动叶片的单叶片摆动液压缸，包括：定子组件1，转子组件2，浮动侧板组件3、端盖组件4和联接螺钉5；转子组件2置于定子组件1内部，两个浮动侧板组件3分别位于定子组件1和转子组件2的两侧，两个端盖组件4沿轴向布置于两个浮动侧板组件3外侧，与定子组件1通过螺钉5联接，形成一个封闭完整的液压摆动缸；图2为摆动缸各组成部分的分解示意图。

参见图3，定子组件1包括定子101、定子固定叶片102、定子浮动叶片104和定子浮动叶片压紧弹簧103，定子固定叶片102和定子浮动叶片104共同构成定子叶片；定子固定叶片102与定子101加工成一体，叶片上有定子浮动叶片安装槽c，在定子固定叶片102根部沿圆周方向的两侧，加工有第一进出油口a和第二进出油口b；定子浮动叶片104为长方体，其顶端为内凹圆柱面，在顶部中间位置有约0.5毫米深的封闭储油槽d，储油槽d与浮动叶片底面之间有阻尼孔e；浮动叶片底部有两个浮动叶片压紧弹簧安装孔f，将两个定子浮动叶片压紧弹簧103安装在孔f内，然后将定子浮动叶片104及其压紧弹簧103安装在槽c内，定子浮动叶片104可以在安装槽c内沿径向移动。

参见图4，转子组件2包括转轴201、轴毂端面组合密封圈202、转子固定叶片203、转子浮动叶片204和转子浮动叶片压紧弹簧205，转子固定叶片203和转子浮动叶片204共同构成转子叶片；转轴201为台阶轴结构，中间部分为轴毂，直径大，两端直径小；转子固定叶片203与转轴201轴毂部分加工成一体，叶片顶端有转子浮动叶片安装槽h，在安装槽h的底部有转子浮动叶片压紧弹簧安装孔g；转子浮动叶片204为长方体，其顶端为外凸圆柱面，在顶部中间位置有约0.5毫米深的封闭储油槽p，储油槽p与浮动叶片底面之间有阻尼孔n；将转子浮动叶片压紧弹簧205安装在孔g内，然后将转子浮动叶片204安装在槽h内，转子浮动叶片204可以在安装槽h内沿径向移动；在轴毂部分的两端面圆周方向上，加工有轴毂端面密封圈槽m，将两个轴毂端面组合密封圈202安装在轴毂两端的密封圈槽m中；在转子固定叶片203的两端面靠近叶片侧边的位置还加工有通油槽k。

用专用工装，压紧转子浮动叶片压紧弹簧205，使转子浮动叶片204缩进转子浮动叶片安装槽h内；同理，用专用工装压紧定子浮动叶片压紧弹簧103，使定子浮动叶片104缩进定子浮动叶片安装槽c内；将转子组件2装入定子组件1内，移开专用工装，使定子浮动叶片104压紧在转轴201轴毂的外圆面，使转子浮动叶片204压紧在定子101的内环面上。

参见图5，浮动侧板组件3包括浮动侧板301、压紧活塞302、压紧活塞密封圈303、浮动侧板定位销304、浮动侧板预压紧弹簧305、浮动侧板平面密封圈306；浮动侧板301为圆盘形，中间有通孔；浮动侧板301的一侧为平面，与定子及转子叶片端面配合；浮动侧板平面侧靠近外圆周部位有浮动侧板平面密封圈槽r，浮动侧板平面密封圈306安装在槽r内；侧板的另外一侧加工有n个(n为大于1的自然数)圆形沉孔q；压紧活塞302为小圆柱体，压紧活塞外壁有密封圈槽，压紧活塞密封圈303安装在压紧活塞外壁的密封圈槽内；将装有密封圈的压紧活塞302安装在沉孔q内，形成多个小密闭腔，压紧活塞302在沉孔q内可轴向移动；在各沉孔底部与浮动侧板平面之间有通油孔s；在浮动侧板沉孔一侧的两个对称布置的沉孔内安装有浮动侧板预压紧弹簧305，弹簧中心装有浮动侧板定位销304，这两个沉孔底部没有通油孔。

参见图6，端盖组件包括端盖401、输出轴密封圈402和滚针轴承403；端盖401中心有通孔，通孔内靠近外端面部分，加工有输出轴密封圈槽u；端盖401内端面成180°对称位置加工有两个沉孔t，其位置与浮动侧板组件3上的浮动侧板预压紧弹簧305和浮动侧板定位销304相对应；将滚针轴承403装入通孔内靠近内端面部分，输出轴密封圈402装入通孔内靠近外端面部分的输出轴密封圈槽u。

将两个浮动侧板组件3分别装入两个端盖组件4内，使浮动侧板组件3上的两组浮动侧板预压紧弹簧305及浮动侧板定位销304分别插入端盖组件4内端面相应的两个沉孔t内。

定子组件1，转子组件2、两个浮动侧板组件3和两个端盖组件4通过联接螺钉5联接在一起，两个端盖组件4和定子组件2之间有止口配合，形成一个封闭完整的单叶片摆动液压缸。

参见图7，在工作过程中，随着转子组件2旋转角度的增大，高压腔内的高压油作用在浮动侧板301上的阴影区域w增大，所产生的推开浮动侧板301的力也增大；与此同时，与高压腔相通的浮动侧板背面的小密闭腔的作用区域v也增大，所产生的压紧浮动侧板301的压紧力也相应增大，并与推开力相平衡，使叶片端面与浮动侧板之间保持一定的剩余压紧力和合理的微小间隙，从而使摆动缸的叶片端面间隙不受转子转角变化的影响；图7所示即为转子叶片与定子叶片成90°夹角时(图7a)和180°夹角时(图7b)高压油腔内油液对浮动侧板的作用区域及浮动侧板背面对浮动侧板产生压紧力的压紧活塞的作用区域；另外，在转子固定叶片203的两端面靠近叶片侧边的位置还加工有通油槽k，用来调节转子在某个的转角位置时转子叶片邻近的压紧活塞与高压腔的接通和断开状态，从而调节压紧活塞对浮动侧板的压紧力大小。

实施例2：一种具有浮动侧板及浮动叶片的双叶片摆动液压缸，其浮动侧板组件和端盖组件与单叶片摆动液压缸相同，其定子组件和转子组件与单叶片摆动液压缸不同，其定子组件的不同之处参见图8，定子组件有两个成180°对称布置的定子叶片，定子叶片的组成和结构与单叶片摆动缸的定子叶片相同；其转子组件的不同之处参见图9及图10，在图9中，转子组件有两个成180°对称布置的转子叶片，转子叶片的组成和结构与单叶片摆动缸的转子叶片相同，图10表示了双叶片摆动液压缸转轴轴毂上的两个互不相通的使两个高压腔或两个低压腔沟通油道j。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不能以此限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。