一种章动液压马达的制作方法

1.本发明涉及一种章动液压马达，其特点是功率密度高，特别适合需求低转速、大扭矩的应用场合，如起重运输设备、建筑工程机械、重型冶金机械，地质钻探设备等，属于机械与液压传动领域。


背景技术：

2.在起重运输、建筑工程、冶金，地质钻探、船舶机械、隧道设备、石油化工等领域，设备普遍载荷大、转速低，设备对驱动装置有低转速、大扭矩的要求。
3.液压马达具有功率密度高、输出扭矩大、寿命长等特点，目前在重型设备领域得到广泛应用，但其额定使用压力及排量受密封等条件限制。为获得更大的扭矩，通常配合行星减速器等大速比传动装置使用。相比行星减速器等传统齿轮减速器，章动齿轮减速器具有结构简单、功率密度大、效率高等特点。在同等大传动比条件下，章动齿轮减速器所需零件数量最少，可在较小空间内实现10:1—3000:1的传动比；章动齿轮的重合度远高于一般传统齿轮，承载能力强、接触强度高、啮合效率高等突出优点。
4.美国专利号“us5309041a”的专利，该专利将章动齿轮传动应用于交流电机，具有高转矩，低扭矩的特点，适用于工业机器人等行业，由于其涉及到交流变频等设备，其使用场所有要求，对于起重运输、建筑工程等重型设备不具备较好的应用价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：为进一步提高目前应用的低速、大扭矩驱动动力设备的载荷能力，进一步低设备的体积，并降低其对使用环境的要求，提供一种功率密度高、转速低、输出扭矩大、适用性强的章动液压马达，本发明将液压伺服技术与章动齿轮传动技术结合，充分发挥两者高承载能力、高功率密度的特点，并具备较低的使用条件要求，具备高可靠性。
6.本发明所采用的技术方案为：
7.一种章动液压马达，包括输出章动外锥齿轮轴，输入章动内锥齿轮轴，章动伺服液压驱动系统和高压油站；所述输出章动外锥齿轮轴由输出轴、支撑轴承、章动外锥齿轮组成；所述输入章动内锥齿轮轴由章动内锥齿轮、液压缸球形铰、中心防转球铰组成；所述输入章动内锥齿轮轴在中心防转球铰作用下只能进行章动运动，不能进行转动，输入章动内锥齿轮轴通过液压缸球形铰与伺服液压缸连接，适应在输入章动内锥齿轮轴进行章动运动时与伺服液压缸的角度变化，所述章动伺服液压驱动系统由伺服液压缸、伺服阀、控制输入设备、电子控制器、压力变送器、位移变送器组成，伺服阀的p口连接高压油站的高压油源，伺服阀的t口连接油箱，伺服阀的a口连接伺服液压缸的前腔，伺服阀的b口连接伺服液压缸的后腔；所述高压油站由蓄能器、油虑、调压阀、单向阀、变量泵组、油箱、冷却器组成，变量泵组提供流量可变的液压油，调压阀通过调节可控制高压油站的出口油压，在蓄能器、冷却器、油虑的作用下为伺服阀及液压缸提供压力稳定、恒温、清洁的高压油。
8.进一步的，在输入章动内锥齿轮轴轮辐背侧某半径的分度圆上均布一定数量的液
压缸球形铰，通过其连接均布的伺服液压缸，在章动内锥齿轮与章动外锥齿轮多齿啮合区域的伺服液压缸均可在章动伺服液压驱动系统的控制下按章动运动动力学关系进行不同位移的伸出，整个过程均布的各个驱动液压回路的伺服阀、伺服液压缸、位移变送器均形成闭环控制。
9.进一步的，在控制输入设备上输入设定的转动速度，电子控制器根据章动运动动力学关系而编制的程序向伺服阀的执行器发送信号，控制伺服阀的阀芯快速移动，从而实现伺服液压缸按运动关系实现伸缩运动，其中伺服液压缸上前后腔的压力变送器可进行压差反馈，从而计算出伺服液压缸的推力载荷，按章动运动动力学关系而编制的程序可计算出章动外锥齿轮轴的扭矩曲线。
10.进一步的，章动面负角度区a中的啮合区c及其附近的伺服液压缸由于要负载扭矩作用，其液压缸前后缸压形成一定压差，而在章动面正角度区b的伺服液压缸只按章动运动动力学关系进行不同位移的收缩，其液压缸前后缸压的压力油可形成一定阻尼作用，整套章动液压马达通过对啮合区域与非啮合区域的伺服液压缸的位移控制交替速度的改变，从而实现输出章动外锥齿轮轴的转速调节。
11.本发明的有益效果是：
12.本发明提供一种功率密度高、转速低、输出扭矩大的章动液压马达，其巧妙的结合了液压伺服传动技术与章动齿轮传动技术，利用伺服油缸的交替伸缩驱动输入轴实现章动运动，实现了高功率密度的低速、大扭矩驱动；利用章动齿轮传动大传动比、高功率密度的特点，相比行星减速器等传统齿轮减速器，用更少的零件的实现大传动比传动，同时具备更高的扭矩输出能力；利用液压伺服传动高功率密度、控制精度高的特点，利用伺服阀精确控制均布在输入章动内锥齿轮轮辐背侧的驱动液压缸交替伸缩，驱动输入内锥齿轮实现章动运动，结构简单，功率密度大，可实现伺服可控的章动运动。整套装置结构紧凑，占地面积小，对环境要求低的特点，可共用使用场地的高压油源，在起重运输、建筑工程、冶金，地质钻探、船舶机械、隧道设备、石油化工等领域，有较高的使用价值。
附图说明
13.图1是本发明的一种章动液压马达原理示意，展示本发明的系统组成及相互关系；
14.图2为章动液压马达的输入章动内锥齿轮轴侧向视图，展示输入章动内锥齿轮的驱动伺服液压缸的布置示意。
具体实施方式
15.图1为本发明的一种章动液压马达原理示意，展示本发明的系统组成及相互关系。本发明由输出章动外锥齿轮轴发明10发明，输入章动内锥齿轮轴发明20发明，章动伺服液压驱动系统发明30发明，高压油站发明40发明组成。
16.其中输出章动外锥齿轮轴发明10发明由输出轴发明11发明、支撑轴承发明12发明、章动外锥齿轮发明13发明组成；输入章动内锥齿轮轴发明20发明由章动内锥齿轮发明21发明、液压缸球形铰发明22发明、中心防转球铰发明23发明组成。输入章动内锥齿轮轴发明20发明在中心防转球铰发明23发明作用下只能进行章动运动，不能进行转动，因此输入章动内锥齿轮轴发明20发明不会给伺服液压缸发明31发明额外的扭矩。输入章动内锥齿轮
轴发明20发明通过液压缸球形铰发明22发明与伺服液压缸发明31发明连接，适应在输入章动内锥齿轮轴发明20发明进行章动运动时与伺服液压缸发明31发明的角度变化。章动内锥齿轮发明21发明与章动外锥齿轮发明13发明为少差齿的章动齿轮啮合副，可实现大传动比的章动传动。
17.其中章动伺服液压驱动系统发明30发明主要由伺服液压缸发明31发明、伺服阀发明32发明、控制输入设备发明33发明、电子控制器发明34发明、压力变送器发明35发明、位移变送器发明36发明组成。伺服阀发明32发明的p口连接高压油站发明40发明的高压油源，伺服阀发明32发明的t口连接油箱，伺服阀发明32发明的a口连接伺服液压缸发明31发明的前腔，伺服阀发明32发明的b口连接伺服液压缸发明31发明的后腔，伺服阀发明32发明的执行器通过控制器与伺服液压缸发明31发明上前后腔的压力变送器发明35发明及缸杆上的位移变送器发明36发明相连，与伺服液压缸发明31发明缸杆上的位移变送器发明36发明形成闭环控制，在控制输入设备发明33发明上输入设定的转动速度，电子控制器发明34发明根据章动运动动力学关系而编制的程序向伺服阀发明32发明的执行器发送信号，控制伺服阀发明32发明的阀芯快速移动，从而实现伺服液压缸发明31发明按运动关系实现伸缩运动，其中伺服液压缸发明31发明上前后腔的压力变送器发明35发明可进行压差反馈，从而计算出伺服液压缸发明31发明的推力载荷，按章动运动动力学关系而编制的程序可计算出章动外锥齿轮轴发明10发明的扭矩曲线。
18.其中高压油站发明40发明一般由蓄能器发明41发明、油虑发明42发明、调压阀发明43发明、单向阀(44)、变量泵组发明45发明、油箱发明46发明、冷却器发明47发明组成，变量泵组发明45发明提供流量可变的液压油，调压阀通过调节可控制高压油站的出口油压，在蓄能器发明41发明、冷却器发明47发明、油虑发明42发明的作用下为伺服阀及液压缸提供压力稳定、恒温、清洁的高压油。
19.图2为章动液压马达的输入章动内锥齿轮轴侧向视图，展示输入章动内锥齿轮轴的驱动伺服液压缸的布置示意。
20.其中在输入章动内锥齿轮轴发明20发明轮辐背侧某半径的分度圆上均布一定数量的液压缸球形铰发明22发明，通过其连接均布的伺服液压缸发明31发明。在章动内锥齿轮发明21发明与章动外锥齿轮发明13发明多齿啮合区域的伺服液压缸发明31发明均可在章动伺服液压驱动系统发明30发明的控制下按章动运动动力学关系进行不同位移的伸出，整个过程均布的各个驱动液压回路的伺服阀发明32发明、伺服液压缸发明31发明、位移变送器发明36发明均形成闭环控制。章动面负角度区发明a发明中的啮合区发明c发明及其附近的伺服液压缸发明31发明由于要负载扭矩作用，其液压缸前后缸压形成一定压差，而在章动面正角度区发明b发明的伺服液压缸发明31发明只按章动运动动力学关系进行不同位移的收缩，其液压缸前后缸压的压力油可形成一定阻尼作用。整套章动液压马达通过对啮合区域与非啮合区域的伺服液压缸发明31发明的位移控制交替速度的改变，可实现输出章动外锥齿轮轴发明10发明的转速调节，同时由于章动传动的速比较大，按章动运动动力学关系，啮合区域的伺服液压缸发明31发明的推力在输入章动内锥齿轮轴发明20发明合成的扭矩可被按传动比及效率放大，从而实现低转速、大扭矩的输出。
21.本发明由输出章动外锥齿轮轴，输入章动内锥齿轮轴，章动伺服液压驱动系统，高压油站组成。其中高压油站一般由蓄能器、油虑、调压阀、单向阀、变量泵组、油箱等组成，变
量泵组通过调节调压阀控制油源压力，在蓄能器、冷却器、油虑的作用下为伺服阀及液压缸提供压力稳定、恒温、清洁的高压油；章动外锥齿轮轴，输入章动内锥齿轮轴组成章动减速器，其在较小空间内，用较少零件实现了大载荷、大速比的齿轮传动，其中输入章动内锥齿轮轴在中心防转球铰作用下只能进行章动运动，不能进行转动。输入章动内锥齿轮轴通过背侧某分度圆上均布的球形铰与伺服液压缸连接，适应在章动运动时输入章动内锥齿轮轴与伺服液压缸的角度变化。伺服阀的入口连接高压油站的高压油源，伺服阀的泄油口连接油箱，伺服阀的两个出口分别连接伺服液压缸的前后腔，伺服阀的执行器、控制器、伺服液压缸上前后腔的压力变送器及缸杆上的位移变送器相连，缸杆位移与伺服阀的开度形成闭环控制。在章动内锥齿轮与章动外锥齿轮多齿啮合区域的伺服液压缸均可在章动伺服液压驱动系统的控制下按章动运动动力学关系进行不同位移的伸出，整个过程为伺服阀、伺服液压缸、位移变送器的闭环控制。整套章动液压马达通过对啮合区域与非啮合区域的伺服液压缸的交替位移控制的调节，可实现输出章动外锥齿轮轴的转速调节，同时由于章动传动的速比较大，按章动运动动力学关系，啮合区域的伺服液压缸的推力在输入章动内锥齿轮轴合成的扭矩可被按传动比及效率放大，从而实现低转速、大扭矩的输出。
22.综上所述，本发明提供了一种章动液压马达，其由伺服控制的液压缸驱动输入章动齿轮轴，从而在输出章动齿轮轴上获得低转速、大扭矩的输出。章动外锥齿轮轴，输入章动内锥齿轮轴组成章动减速器，其在较小空间内，用较少零件实现了大载荷、大速比的齿轮传动，输入章动内锥齿轮轴通过背侧某分度圆上均布的球形铰与伺服液压缸连接，适应在章动运动时输入章动内锥齿轮轴与伺服液压缸的角度变化。章动伺服液压驱动系统通过伺服阀的执行器、控制器、伺服液压缸上前后腔的压力变送器及缸杆上的位移变送器的闭环控制，实现各驱动液压缸按章动运动动力学关系进行不同位移的伸出。整套章动液压马达通过对啮合区域与非啮合区域的伺服液压缸的交替位移控制的调节，可实现输出章动外锥齿轮轴的转速调节，同时按章动运动动力学关系，啮合区域的多个伺服液压缸推力在输入章动内锥齿轮轴合成的大扭矩，并被按传动比及效率放大到输出章动外锥齿轮轴。其伺服液压驱动及章动减速器均具有功率密度高，结构紧凑，占地面积小，对环境要求低的特点，可共用使用场地的高压油源，在起重运输、建筑工程、冶金，地质钻探、船舶机械、隧道设备、石油化工等领域，有较高的使用价值。