一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸及其工作方法

本发明涉及液压缸，尤其涉及一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸及其工作方法。

背景技术：

1、摆动液压缸具有输出扭矩大、结构紧凑、角度定位准确、运行平稳等优点，被广泛应用在工程机械、船舶、机器人、矿山机械等领域。目前，摆动液压缸主要有齿轮齿条式、叶片式、螺旋式三种。其中，叶片式摆动液压缸由叶片3、缸体2、输出轴1等组成，如图1所示，通过叶片3两侧工作腔油液压力差产生输出转矩，但叶片3与缸体2间隙控制困难，泄漏大，难以满足高压应用场景。

2、齿轮齿条摆动液压缸由带齿条结构柱塞4、带齿轮结构输出轴1、缸体2等组成，如图2所示，通过柱塞4两侧油液压力差驱动柱塞4往复直线运动，再通过齿轮9和齿条10啮合，输出轴1产生转矩驱动负载偏转，但其存在体积大，限制了其推广应用。

3、目前，螺旋式摆动液压缸最主要的结构是双螺旋结构，由带多线螺旋结构的缸体2、具有内螺旋副402和外螺旋副401结构的柱塞4、带多线螺旋结构的输出轴1等组成，如图3所示。其工作原理是柱塞4在两侧油液压力差和内外螺旋副共同作用下驱动输出轴产生转矩，实现负载偏转运动，具有摆动角度范围大、输出转矩高结构紧凑等特点，但其缸体2在摆动工作过程中受到柱塞4外螺旋副反作用力(螺旋副反作用力(包括n1和f1)，该反作用力水平方向分量产生轴向力，该轴向分力随着柱塞4轴向移动方向变换而变化，对摆动缸固定装置防松动提出了更高要求，而输出轴1在工作过程受到柱塞内螺旋副反作用力(包括n2和f2)，该反作用力竖直方向的分量用于产生输出轴转矩，而其水平方向分量用于产生输出轴轴向力，需要推力轴承或特殊结构来平衡抵消。随着液压缸工作压力等级提升，输出轴的轴向力显著提高，需要采用更大的推力轴承来平衡，从而限制了螺旋式摆动液压缸力密度提高和使用寿命。

4、因而，上述三种摆动液压缸都有各自的特点，简单来说叶片式摆动液压缸转动惯量小、转均匀，但叶片与缸体间隙泄漏大限制了其高压场景应用。齿条摆动液压缸摆动角度范围和输出转矩大，但其结构体积大，限制了使用和推广。双螺旋摆动液压缸具有摆动角度范围大、输出转矩高结构紧凑等特点，但其输出轴需要承受相当大液压向力，限制了螺旋式摆动缸密度提高和使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，具有输出转矩大、结构紧凑、运行平稳且寿命长的特点。

2、本发明的技术实施方案是：

3、一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，包括缸体，缸体的左侧和右侧分别设置有左端盖和右端盖，缸体内部沿其中轴线设置有输出轴，输出轴上设置有相互对称的左柱塞和右柱塞，输出轴、左柱塞和右柱塞相互配合将缸体内部分为工作腔a、工作腔b和工作腔c，缸体侧壁上的同一轴线上分别设置有油口a、油口b和油口c，油口a、油口b和油口c分别与工作腔a、工作腔b和工作腔c连通。

4、作为本发明的一种优选技术方案，输出轴的左侧和右侧分别设置有输出轴左侧外多线螺旋传动部和输出轴右侧外多线螺旋传动部，左柱塞和右柱塞的内壁分别设置有左柱塞内多线螺旋传动部和右柱塞内多线螺旋传动部，左柱塞内多线螺旋传动部与输出轴左侧外多线螺旋传动部转动连接，右柱塞内多线螺旋传动部与输出轴右侧外多线螺旋传动部转动连接。

5、作为本发明的另一种优选技术方案，左柱塞和右柱塞的外壁分别设置有左柱塞外多线螺旋传动部和右柱塞外多线螺旋传动部，缸体内壁上设置有缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部，左柱塞外多线螺旋传动部与缸体左侧内多线螺旋传动部转动连接，右柱塞外多线螺旋传动部与缸体右侧内多线螺旋传动部转动连接。

6、更进一步地，缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部的螺旋方向相反，其两者的螺旋角度范围均为30°-65°。

7、更进一步地，输出轴左侧外多线螺旋传动部与输出轴右侧外多线螺旋传动部的螺旋方向相反，其两者的螺旋角度范围均为30°-65°。

8、更进一步地，左柱塞内壁与输出轴之间设置有左柱塞内密封圈，左柱塞外壁与缸体内壁之间设置有左柱塞外密封圈。

9、更进一步地，右柱塞内壁与输出轴之间设置有右柱塞内密封圈，右柱塞外壁与缸体内壁之间设置有右柱塞外密封圈。

10、更进一步地，输出轴的输出端上设置有键结构，且输出轴的输出端贯穿出缸体的右端盖，且在输出轴外壁与右端盖之间设置有右端盖密封圈。

11、本发明的另一目的是提供一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸的工作方法，工作方法如下：

12、1)高压油液通过油口a和油口c同时进入工作腔a和工作腔c，工作腔b油液通过油口b排出时，在油液压力作用下，右柱塞与左柱塞沿着轴向相向运动，且在缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部约束下，右柱塞和左柱塞同时做旋转运动，再通过右柱塞内螺旋传动部与输出轴右外螺旋传动部耦合以及左柱塞内螺旋传动部与输出轴左外螺旋传动部耦合的共同作用，实现输出轴驱动负载进行旋转运动；

13、2)高压油液由油口b进入工作腔b，工作腔a和工作腔c中油液由油口a和油口c排出时，在油液压力作用下，右柱塞与左柱塞沿着轴向相反运动，且在缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部约束下，右柱塞和左柱塞同时做旋转运动，再通过右柱塞内螺旋传动部与输出轴右外螺旋传动部耦合以及左柱塞内螺旋传动部与输出轴左外螺旋传动部耦合的共同作用，实现输出轴反向旋转。

14、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

15、1、本发明的对称布置的带多线螺旋结构的摆动液压缸，采用对称布置多线螺旋结构的输出轴，能够依靠对称布局结构消除液压轴向分力，不需要像传统的螺旋摆动液压缸那样需要轴承来抵消输出轴上轴向力，解决输出轴的轴向力对螺旋摆动液压缸力密度提高限制。

16、2、本发明的输出轴采用对称布置的多线螺旋结构，其用于驱动负载的有效分力进行叠加，从而使输出轴驱动能力(输出转矩)增大一倍，提高螺旋摆动液压缸力密度。

17、3、本发明的缸体采用对称布置的多线螺旋结构，能够依靠对称布局结构消除液压轴向分力，减少了摆动液压缸工作过程对固定装置的轴向方向冲击。

18、4、本发明设计缸体和输出轴采用对称布置的多螺旋线结构能够保证输出轴的承载的平稳性，有利于提高其可靠性和使用寿命。

技术特征：

1.一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，包括缸体，缸体的左侧和右侧分别设置有左端盖和右端盖，缸体内部沿其中轴线设置有输出轴，其特征在于，输出轴上设置有相互对称的左柱塞和右柱塞，输出轴、左柱塞和右柱塞相互配合将缸体内部分为工作腔a、工作腔b和工作腔c，缸体侧壁上的同一轴线上分别设置有油口a、油口b和油口c，油口a、油口b和油口c分别与工作腔a、工作腔b和工作腔c连通。

2.根据权利要求1所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，输出轴的左侧和右侧分别设置有输出轴左侧外多线螺旋传动部和输出轴右侧外多线螺旋传动部，左柱塞和右柱塞的内壁分别设置有左柱塞内多线螺旋传动部和右柱塞内多线螺旋传动部，左柱塞内多线螺旋传动部与输出轴左侧外多线螺旋传动部转动连接，右柱塞内多线螺旋传动部与输出轴右侧外多线螺旋传动部转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，左柱塞和右柱塞的外壁分别设置有左柱塞外多线螺旋传动部和右柱塞外多线螺旋传动部，缸体内壁上设置有缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部，左柱塞外多线螺旋传动部与缸体左侧内多线螺旋传动部转动连接，右柱塞外多线螺旋传动部与缸体右侧内多线螺旋传动部转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，缸体左侧内多线螺旋传动部和缸体右侧内多线螺旋传动部的螺旋方向相反，其两者的螺旋角度范围均为30°-65°。

5.根据权利要求2所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，输出轴左侧外多线螺旋传动部与输出轴右侧外多线螺旋传动部的螺旋方向相反，其两者的螺旋角度范围均为30°-65°。

6.根据权利要求3所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，左柱塞内壁与输出轴之间设置有左柱塞内密封圈，左柱塞外壁与缸体内壁之间设置有左柱塞外密封圈。

7.根据权利要求3所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，右柱塞内壁与输出轴之间设置有右柱塞内密封圈，右柱塞外壁与缸体内壁之间设置有右柱塞外密封圈。

8.根据权利要求3所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，输出轴的输出端贯穿出缸体的右端盖，且在输出轴外壁与右端盖之间设置有右端盖密封圈。

9.根据权利要求1所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸，其特征在于，输出轴的输出端上设置有键结构。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸的工作方法，其特征在于，工作方法如下：

技术总结
本发明涉及液压缸技术领域，尤其涉及一种对称布置的多线螺旋摆动液压缸及其工作方法，该液压缸包括缸体，缸体的左侧和右侧分别设置有左端盖和右端盖，缸体内部沿其中轴线设置有输出轴，输出轴上设置有相互对称的左柱塞和右柱塞，输出轴、左柱塞和右柱塞相互配合将缸体内部分为工作腔A、工作腔B和工作腔C，缸体侧壁上的同一轴线上分别设置有油口A、油口B和油口C，油口A、油口B和油口C分别与工作腔A、工作腔B和工作腔C连通。其中，缸体和输出轴采用对称布置的多螺旋线结构，能够依靠对称布局结构消除液压轴向分力，解决输出轴的轴向力对螺旋摆动液压缸力密度提高限制。

技术研发人员：卿绿军,逯九利,刘美红,雷竹峰,周创辉,张庆阳
受保护的技术使用者：西安航空学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15