专利名称：一种浮动式伺服阀的制作方法
技术领域：
本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种用于流体控制的浮动式伺服阀。
背景技术：
电控流体伺服阀是一种自动控制阀，它的功能是将小功率的电信号放大为大功率 的流体能输出，从而实现对负载的位置、速度、力等物理量的精密控制。在一些要求响应速 度快、控制精度高、输出功率大的自动化行业，都要使用伺服控制系统，伺服阀作为伺服控 制系统的核心部件，其性能的优劣对整个系统具有决定性的作用，因此，开发高性能的伺服 阀对自动化行业的发展有着重要的意义。中国专利ZL02252M6. 8公开的一种两级环式伺服阀，它由电驱动衔铁机构、先导 级流体控制机构和功率级流体控制机构构成，其衔铁与穿过上板的先导级转轴通过螺钉连 接，衔铁与配置在阀体上的支架之间装有板簧，电驱动衔铁机构的线圈输入控制电流后，电 磁力矩驱动衔铁克服板簧的弹性力并带动先导级转轴产生一个与电磁力矩成正比的转角 θ，同时带动先导级的控制环绕转轴转过角度θ，此时先导级的两个控制窗口同时打开，其 中一个控制窗口与高压Ps接通，使高压I3S进入与该控制窗口相通的功率级的活塞腔内；另 一个控制窗口与回流腔T接通，与该控制窗口相通的功率级的活塞腔与回流腔T接通。功 率级的两个活塞顶配在阀体的内墙壁上，在两个活塞腔的压差作用下，功率级跟随先导级 同向转动，当转过相同的角度θ，此时先导级的两个控制窗口同时关闭，功率级的两个活塞 腔压力平衡并停止转动，此时功率级的两个控制窗口打开一定面积，此面积与转角θ成正 比。这类伺服阀在技术上存在以下几个主要问题第一，由于磁性材料本身性能的限制，以及输出线性的要求，电驱动衔铁机构的转 角θ较小，因而功率级的输出流量也相应地受到限制。第二，电驱动衔铁机构与先导级控制机构间的连接方式为刚性连接，装配误差产 生的偏斜力施加于先导级转轴上，并且该偏斜力很难消除，将使先导级转轴与阀体转轴孔 间产生较大的摩擦力，从而使伺服阀的滞环、灵敏度、零位死区以及非线性误差等性能指标变差。第三，伺服阀工作中，先导级的转轴受阀体内腔的回流压力作用，对转轴将产生一 个向上顶的作用力，这个力会使先导级产生较大的摩擦力，从而使伺服阀的动静态性能下 降。第四，功率级的两个活塞顶配于阀体的内腔，在活塞腔压力作用下，活塞与阀体的 内腔壁产生较大摩擦力，易使功率级运动卡涩、不灵活，影响伺服阀的动静态性能。
发明内容
本发明创造的目的在于提供一种结构合理，输出流量可调，摩擦力较小且灵敏度 好的浮动式伺服阀。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种浮动式伺服阀，包括阀体，力矩马达，设于阀体内腔的先导级控制机构和功率级控制机构，阀体的上阀块、中隔板、下阀块 由紧固件叠接，其特征在于力矩马达的扭杆弹簧穿过衔铁中心，通过支架固定于阀体上； 先导级转轴与功率级转轴设于同一中心线，先导级转轴与上阀块的转轴孔间隙配合，功率 级转轴与下阀块的转轴孔过盈配合或间隙配合；该伺服阀还包括由拨叉和拨杆组成的位移 放大机构，拨叉转动中心位于先导级转轴的轴线上，拨杆转动中心位于扭杆弹簧的轴线上， 拨杆一端与力矩马达的扭杆弹簧下端相连，拨杆另一端与拨叉滑合传动连接。其中，拨杆和拨叉的连接方式可为点接触的球面和平面滑合传动、线接触的柱面 和平面滑合传动或线接触的齿轮滑合传动。拨杆转动中心距接触点的长度L1和拨叉转动中心距接触点的长度L2可调，L1可以 大于、等于或小于l2。所述先导级控制机构包括转轴、连杆和控制环，所述控制环由主控环、外环和内环 组成，所述转轴通过连杆与主控环相连，转轴外径开设环形槽，转轴在轴向设置通孔。所述功率级控制机构包括转轴、连杆、阀芯、阀芯转轴和控制环，所述转轴与连杆 的转轴孔间隙配合或过盈配合，阀芯与连杆的阀芯孔间隙配合，转轴与阀芯在外径上均开 设环形槽，阀芯转轴一端与阀芯外径中部的环形槽构成滑合传动机构，阀芯转轴另一端与 阀体固连。所述先导级的控制环包括主控环、外环和内环，外环在轴向一端开有对称其轴线 的切口，外环压配于功率级连杆相应的孔中，所述内环压配于外环的内孔中。所述功率级的控制环包括主控环、上外环、上内环、下外环和下内环，主控环与功 率级连杆过盈配合，所述上外环在轴向一端开有对称其轴线的切口，上外环压配于上阀体 相应的孔中，上内环压配于上外环的内孔；下外环的轴向一端开有对称其轴线的切口，下外 环压配于下阀体相应的孔中，下内环压配于下外环的内孔中。所述阀体下方还设有一转接板，该转接板与下阀块固连，转接板上设有流口，该流 口的工作位置可调，因此，可以适应多种不同的设备接口。相比现有技术方案，本发明的伺服阀的有益效果在于一，通过增设一位移放大机构，将力矩马达的转角放大后传递给先导级的转轴，放 大倍数为L1Zl2,从而使功率级有较大的输出流量。当然，该位移放大机构的放大倍数可根 据工作需要灵活配置，通过调节L1和L2的长度，还可实现对功率级流量的缩小。二，由于拨杆和拨叉采用点接触或线接触的滑合传动连接，力矩马达通过该位移 放大机构与先导级对接时，不会对先导级的转轴产生偏压力。因此，先导级转轴与阀体转轴 孔间的摩擦力相对较小，从而先导级控制机构运动灵活，阀的滞环、灵敏度、零位死区以及 非线性误差等性能指标均较佳。三，先导级转轴在轴向设有通孔，可以平衡回流腔压力对先导级转轴的轴向作用 力，使先导级摩擦力较小、运动灵活，阀的动静态性能得到提高。四，先导级和功率级的控制环端面均留有一定的工作间隙，工作时，先导级和功率 级的控制环都能够悬浮于阀体内腔中，不直接与阀体内壁贴合，机构运动时所受摩擦力小， 运动灵活。五，阀芯与功率级连杆的阀芯孔间隙配合，阀芯轴向受流体挤压，两端压力平衡， 消除了作用于阀芯转轴上的偏压力，因此，阀芯与阀芯转轴之间的摩擦力较小，阀芯运动灵活，相应的功率级摩擦力小，运动灵活。六，本发明的浮动式伺服阀在阀体下方增设一转接板，转接板上设有可调的流口， 因而可根据实际情况调节流口工作位置，从而满足各种设备的不同接口的需求。七，本发明的浮动式伺服阀将传统伺服阀的力矩马达中使用的弯曲变形的弹簧替 换为扭转变形的扭杆弹簧，提高了弹簧的疲劳寿命，相应的提高了阀的使用寿命。
图1是本发明的第一种实施方式的结构示意图；图2是力矩马达通过位移放大机构与先导级对接的示意图；图3是功率级窗口在零位时的A-A剖面图；图4是工作状态下功率级窗口打开时的A-A剖面图；图5是图1中的B-B剖面图；图6是先导级控制环在零位时图5中K部分的放大图；图7是先导级控制环转动角度β时图5中K部分的放大图；图8为本发明的第二种实施方式；图9为本发明的第三种实施方式。图中阀体10，上阀块11、中隔板12、下阀块13，力矩马达20，扭杆弹簧21，衔铁 22，支架23，磁钢Μ，线圈25，导磁体沈，拨杆31，拨叉32，先导级转轴41、先导级连杆42，先 导级主控环431，先导级外环432，先导级内环433，功率级转轴51，功率级连杆52，阀芯Μ， 阀芯转轴55，功率级主控环560，功率级上外环561，功率级上内环562，功率级下外环563， 功率级下内环564，转接板6，外罩7，电连接器8。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明如图1至图7所示，本发明的浮动式伺服阀主要由阀体10，力矩马达20，设于阀体 内腔的先导级控制机构和功率级控制机构组成。阀体10包括上阀块11、中隔板12和下阀块13，三者依次层叠，并通过螺钉90紧 固连接。中隔板12的上、下平面相互平行，中隔板12上设有两个流孔A和B，上阀块11和 下阀块13上分别设有与流孔Α、Β相对应的流孔，设于三者的相应流孔分别相通。外罩7扣 设于阀体10的上阀块11，通过螺钉91紧固。力矩马达20位于外罩7和阀体10构成的腔体内，它由一对导磁体26、一对磁钢 对、衔铁22、扭杆弹簧21和支架23组成。其中，支架23通过螺钉92固定于与上阀块11， 扭杆弹簧21穿过衔铁22中心，并与衔铁22固连，扭杆弹簧21通过与支架23连接固定于 阀体10上。导磁体沈中部绕有线圈25，线圈25通过导线与固定在外罩7的电连接器8相 连，导磁体沈和磁钢M固定于支架23上，并围绕扭杆弹簧21轴线分别对称布置，衔铁22 的工作面与导磁体26的工作面构成四个长度相等的工作磁隙δ (见图2)。位移放大机构由拨杆31和拨叉32组成，拨杆31与力矩马达20的扭杆弹簧下端相 连，拨杆转动中心在扭杆弹簧的轴线上，拨叉32通过螺钉93紧固于先导级转轴41的外径 中部，拨杆31与拨叉32为滑合传动连接，在两者接触处，拨杆一端呈球状，拨叉为“[”形的平面，构成球面与平面配合的无间隙滑合付。拨叉32与穿过拨叉的先导级转轴41相 连，拨叉转动中心在该先导级转轴41的轴线上。先导级控制机构包括转轴41、连杆42和控制环，所述控制环由主控环431、外环 432和内环433组成，控制环的轴线与转轴41平行，所述转轴41与设于上阀块11的转轴孔 间隙配合；转轴41的轴向设有通孔411，其外径轴向开设环形槽，转轴41通过连杆42与控 制环相连。功率级控制机构包括转轴51、连杆52、阀芯54、阀芯转轴55和控制环。功率级转 轴51与先导级转轴41设于同一中心线，转轴51外径上开设环形槽，并与连杆52的转轴孔 间隙配合，转轴51下端与设于下阀块13的转轴孔过盈配合。先导级的外环432在轴向一端开有对称其轴线的切口，外环432压配于功率级连 杆52相应的孔中，内环433压配于外环432的内孔中，形成两个窗口 Al、A2(参见图7)。先 导级主控环的下端面与两个窗口 Al、A2之间有一定的工作间隙，约为0. 0005 0. 003mm。功率级的控制环包括主控环560、上外环561、上内环562、下外环563和下内环 564，主控环560与功率级连杆52过盈配合。所述上外环561在轴向一端开有对称其轴线 的切口，上外环561压配于上阀体11相应的孔中，上内环562压配于上外环561的内孔，并 构成两个窗口 Cp C2，窗口 C1与流口 A相通，窗口 C2与流口 B相通；下外环563的轴向一端 开有对称其轴线的切口，下外环563压配于下阀体13相应的孔中，下内环564压配于下外 环563的内孔中，并构成两个窗口 D^ D2，窗口 D1与流口 A相通，窗口 D2与流口 B相通。其 中，功率级主控环的上端面与上阀块11的窗口 Cl、C2间有工作间隙，功率级主控环的下端 面与下阀块13的窗口 D1、D2之间存在工作间隙，上述工作间隙在0. 0005 0. 003mm之间。阀芯M与窗口 ApA2的轴线和主控环560的轴线构成的平面垂直，阀芯M外径上 开设环形槽，并与连杆52的阀芯孔间隙配合，阀芯转轴55 —端固定安装在阀体10上，另一 端与阀芯M中部的环形槽构成无间隙的滑合传动机构。其中，阀芯腔体F1与窗口 A1相通，阀芯腔体F2与窗口 A2相通。阀体下方设一转接板6，该转接板通过螺钉94与下阀块13紧固为一体，转接板上 设有高压流口 P、回流口 T及流口 A、B，其中，高压流口 P与先导级控制环的内腔、功率级控 制环的内腔相通，回流口 T与阀体的内腔相通，转接板上的流口 A、B分别与阀体的流孔A，B 相通。另外，转接板6上流口 P、T、A、B的位置可根据不同设备作相应调整，以适应不同的 接口类型。本发明创造的工作原理如下图3所示为功率级窗口在零位时的A-A剖面示意图，本发明的浮动式伺服阀在没 有信号电流输入时，先导级控制环和功率级控制环的内腔与高压P接通，此时，先导级的窗 口 ApA2处于关闭状态(如图5所示)，阀芯腔体FpF2压力平衡，功率级的窗口 CpC2和D1, D2也处于关闭状态，流口 A、B没有流量输出。图4所示为工作状态下功率级窗口打开时的A-A剖面示意图，当力矩马达20的线 圈25输入控制电流时，衔铁22在电磁力矩作用下，克服扭杆弹簧21的弹性力，绕扭杆弹簧 21的轴线顺时针转动一个角度Θ，转角θ与控制电流成正比。由于先导级转轴41穿过拨 叉32并与拨叉32连接，进而通过拨杆31和拨叉32的位移放大作用，使先导级转轴41带动先导级控制环逆时针转动一个角度β，β的大小满足 3 = ^0。 显然，当L1大于L2时，转角β比转角θ要大，通过控制L1和L2的大小，可以相应 地获取满足实际工作需要的输出流量。 此时，先导级控制环转动角度β，将控制窗口 A1和A2同时打开(如图6所示)，高 压P通过窗口 A1与阀芯腔体F1接通，阀芯腔体F2通过窗口 A2与阀体的回流T接通，在阀芯 腔体F1与阀芯腔体F2间形成压力差，在该压差作用下，推动功率级连杆52带动功率级主控 环560绕功率级转轴51逆时针转动。当主控环560转动到角度为β时，控制窗口 A1和A2 同时关闭，阀芯腔体F1与阀芯腔体F2间压力达到平衡，即压差为零，从而主控环560停止转 动，此时，窗口 Cp C2和Dp D2打开一定的面积，此面积与转角β成正比。高压P通过窗口 CpD1与流口 B接通，流口 B的输出流量与CpD1的打开面积成正比，相应地，也与控制电流 成正比，回流T通过窗口 C2、D2与流口 A接通。同理可知，若改变控制电流的极性，可实现高压P与流口 A的接通，回流T与流口 B的接通。上述仅为本发明浮动式伺服阀的一种实施例，本发明在结构上还可具有多种变 换，比如图8和图9为本发明的另外两种实施方式，其中，除了位移放大机构，伺服阀其余部 分结构同第一种实施方式。如图8所示，位移放大机构的拨叉为球面，拨杆为“]”形平面，两者构成点接 触的球面和平面滑合传动机构。如图9所示，位移放大机构的拨杆和拨叉为齿轮渐开线啮合，构成线接触的齿轮 滑合传动机构。可以理解，本发明浮动式伺服阀并不限于上述实施例的具体结构。对于本领域普 通技术人员而言显而易见的变换或改形均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种浮动式伺服阀，包括阀体，力矩马达，设于阀体内腔的先导级控制机构和功率级 控制机构，阀体的上阀块、中隔板、下阀块由紧固件叠接，其特征在于力矩马达的扭杆弹簧穿过衔铁中心，通过支架固定于阀体上；先导级转轴与功率级转轴设于同一中心线，先导级转轴与上阀块的转轴孔间隙配合， 功率级转轴与下阀块的转轴孔过盈配合或间隙配合；该伺服阀还包括由拨叉和拨杆组成的位移放大机构，拨叉转动中心位于先导级转轴的 轴线上，拨杆转动中心位于扭杆弹簧的轴线上，拨杆一端与力矩马达的扭杆弹簧下端相连， 拨杆另一端与拨叉滑合传动连接。
2.如权利要求1所述的浮动式伺服阀，其特征在于拨杆和拨叉为球面与平面滑合传 动，或柱面与平面滑合传动，或齿轮滑合传动。
3.如权利要求1或2所述的浮动式伺服阀，其特征在于拨杆转动中心距接触点的长度 L1大于或小于拨叉转动中心距接触点的长度L2。
4.如权利要求1所述的浮动式伺服阀，其特征在于先导级控制机构包括转轴、连杆和 控制环，所述控制环由主控环、内环和外环组成，所述转轴通过连杆与主控环相连，转轴外 径设环形槽。
5.如权利要求1所述的浮动式伺服阀，其特征在于功率级控制机构包括转轴、连杆、 阀芯、阀芯转轴和控制环，所述转轴与连杆的转轴孔间隙配合或过盈配合，转轴外径设环形 槽，阀芯与连杆的阀芯孔间隙配合，阀芯的外径设环形槽，阀芯转轴一端固定于阀体，另一 端通过阀芯的环形槽与阀芯滑合传动。
6.如权利要求1或4所述的浮动式伺服阀，其特征在于所述控制环包括主控环、外环和 内环，外环一端开有对称其轴线的切口，外环压配于功率级连杆相应的孔中，所述内环压配 于外环的内孔。
7.如权利要求1或5所述的浮动式伺服阀，其特征在于功率级的控制环包括主控环、上 外环、上内环、下外环和下内环，主控环与功率级连杆过盈配合，所述上外环一端开有对称 其轴线的切口，上外环压配于上阀体相应的孔中，上内环压配于上外环的内孔；下外环一端 开有对称其轴线的切口，下外环压配于下阀体相应的孔中，下内环压配于下外环的内孔。
8.如权利要求1或4所述的浮动式伺服阀，其特征在于先导级的转轴在轴向设置通孔。
9.如权利要求1所述的浮动式伺服阀，其特征在于阀体下方设一与下阀块固连的转接 板，其上设有流口。
全文摘要
本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种用于流体控制的浮动式伺服阀，包括阀体，力矩马达，先导级和功率级控制机构，阀体的上阀块、中隔板、下阀块由紧固件叠接，力矩马达的扭杆弹簧穿过衔铁中心，通过支架固定于阀体上；先导级转轴与功率级转轴设于同一中心线，先导级转轴与上阀块的转轴孔配合，功率级转轴与下阀块的转轴孔配合；该伺服阀还包括由拨叉和拨杆组成的位移放大机构，拨叉转动中心设于先导级转轴的轴线上，拨杆转动中心设于扭杆弹簧的轴线上，拨杆一端与力矩马达的扭杆弹簧下端相连，拨杆另一端与拨叉滑合传动连接。该浮动式伺服阀功率级的输出流量可调，动静态性能较佳，并具有摩擦小、运动灵活等优点。
文档编号F15B13/02GK102146940SQ20111011583
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者董华 申请人:杭州新坐标科技股份有限公司