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一种双 螺纹 活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法

阅读：457发布：2023-03-11

专利汇可以提供一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法，属于液压缸领域，其解决了现有摆动液压缸结构复杂，体积庞大，不能应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境的问题。本发明的装置包括输出螺纹轴、活塞、空心螺杆和油缸缸体，还包括螺母，所述的活塞与空心螺杆连接，两者设置在油缸缸体内；所述的活塞上设有通孔；所述的输出螺纹轴与活塞组成第一级螺旋副；所述的螺母固定在油缸缸体内，螺母与空心螺杆组成第二级螺旋副；所述的第一级螺旋副和第二级螺旋副的旋向相反。本发明装置结构简单，体积小，传动精确；使用时利用较小的行程即可完成较大的摆角，适合应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境。，下面是一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，包括输出螺纹轴(1)、活塞(8)、空心螺杆(10)和油缸缸体(11)，其特征在于：还包括螺母(12)；所述的活塞(8)与空心螺杆(10)连接，活塞(8)与空心螺杆(10)设置在油缸缸体(11)内；所述的油缸缸体(11)左端设有端盖(4)；所述的活塞(8)中心部位设有通孔；所述的输出螺纹轴(1)依次穿过油缸缸体(11)左端的端盖(4)、活塞(8)内的通孔后伸入空心螺杆(10)内；活塞(8)与端盖(4)之间形成进油油腔；所述的进油油腔上设有进油口；所述的输出螺纹轴(1)与活塞(8)组成第一级螺旋副；所述的螺母(12)固定在油缸缸体(11)内，螺母(12)套接在空心螺杆(10)上，螺母(12)与空心螺杆(10)组成第二级螺旋副；所述的第一级螺旋副和第二级螺旋副的旋向相反；所述的输出螺纹轴(1)和空心螺杆(10)的材料为38CrMoAlA；所述的活塞(8)和螺母(12)的材料为ZCuSnl0Pbl；所述的第一级螺旋副的导程为S1，第二级螺旋副的导程为S2，空心螺杆(10)的行程为S3+r，并且其中所述的
2.根据权利要求1所述的一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，其特征在于：所述的第一级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α，螺旋升角为γ，旋转摩擦因数为f，则其当量摩擦角所述的第二级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α′，螺旋升角为γ′，旋转摩擦因数为f，则当量摩擦角
3.根据权利要求2所述的一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，其特征在于：所述的第一级螺旋副和第二级螺旋副的牙形角均为30°；所述第一级螺旋副的螺纹头数为22，螺旋升角为49.41°；所述的第二级螺旋副的螺纹头数为35，螺旋升角为50.14°。
4.根据权利要求1～3任意一项中所述的一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，其特征在于：所述的油缸缸体(11)的壁厚值为δ，内径为D，则
5.根据权利要求4所述的一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，其特征在于：所述的活塞(8)与空心螺杆(10)之间通过螺纹连接，该螺纹为单线螺纹，旋转摩擦因数为f，牙形角为α″，螺纹中径为d2，螺纹头数为N，螺距为P，则

说明书全文

一种双螺纹 活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于液压缸领域，具体地说，涉及一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法。

背景技术

[0002] 双螺旋摆动液压缸具有大螺旋升角、由最紧凑的结构实现较高扭矩的输出、高承载能力、抗冲击、零泄漏、安装灵活等显著优点，故广泛应用于高空作业平台车工作框的摆动；矿山设备钻臂的摆动定位；农业设备、工业设备的轮胎或履带转向；清扫叉车等执行机构的摆动；垃圾车、垃圾桶的翻转等。特别适用于安装空间有限的结构，实现机构的摆动。双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸的基本原理是基于一个多级的螺旋传动，通过持续加载于活塞上的液压力，将直线运动传递给螺旋副，在螺旋副的啮合作用下转化为旋转运动。随着直线行程的增加，旋转运动的旋转角度也随之增加。液压力通过一个完全相同的力矩转换的过程，直接被转换成输出轴的扭矩。因此，在传动轴上所输出的力矩在摆动的两个方向上大小是一致的。但现有技术制造双螺旋摆动液压缸过程中面临的困难较多，由于其传动的精度要求高，所以无论在选材、结构设计、装配设计等方面稍有欠缺就将带来完全不一样的状态效果，真所谓失之毫厘，谬以千里；常规的双螺旋摆动液压缸存在结构复杂，体积庞大，使用寿命低，传动不稳定等等缺点，这也是双螺旋摆动液压缸发展至今仍然没有大量普及的原因之一，如何克服这些困难，发挥双螺旋摆动液压缸的优点，使其广泛应用于工业制造和生产，是提高生产力的重要一步。

[0003] 中国专利申请号201410673194.1，公开日2015年4月1日的专利申请文件，公开了一种两级螺旋传动的摆动液压缸，所述液压缸主要包括具有圆柱形内表面的缸体、输出构件、活塞套筒、驱动套筒、止停构件、止停构件和缸体两端的两个端盖。所述驱动套筒的内壁的内螺纹和活塞套筒的外壁的外螺纹构成第一级螺旋传动，活塞套筒内壁的内螺纹和输出构件的轴的外壁的外螺纹构成第二级螺旋传动，并且两级螺旋传动的旋向相反。该发明的所述驱动套筒可以在两止停构件约束的空间内的一定范围内进行浮动，从而有效降低对缸体、驱动套筒、活塞套筒、输出构件的轴的同轴度的要求，降低加工成本。并且该驱动套筒可以进行拆卸，当螺旋传动部分或其他部件损坏时可对其进行更换。但该发明公开的技术方案结构复杂，体积较大，传动不稳定，不能进一步应用于传动精度要求高，安装空间狭小的环境。

发明内容

[0004] 1、要解决的问题

[0005] 针对现有摆动液压缸结构复杂，体积庞大，不能应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境的问题，本发明提供一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸及其使用方法，其装置结构简单，体积小，传动精确；使用时利用较小的行程即可完成较大的摆角，适合应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境。

[0006] 2、技术方案

[0007] 为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

[0008] 一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，包括输出螺纹轴、活塞、空心螺杆和油缸缸体，还包括螺母；所述的活塞与空心螺杆连接，活塞与空心螺杆设置在油缸缸体内；所述的油缸缸体左端设有端盖；所述的活塞中心部位设有通孔；所述的输出螺纹轴依次穿过油缸缸体左端的端盖、活塞内的通孔后伸入空心螺杆内；活塞与端盖之间形成进油油腔；所述的进油油腔上设有进油口；所述的输出螺纹轴与活塞组成第一级螺旋副；所述的螺母固定在油缸缸体内，螺母套接在空心螺杆上，螺母与空心螺杆组成第二级螺旋副；所述的第一级螺旋副和第二级螺旋副的旋向相反。

[0009] 优选地，所述的油缸缸体远离左端端盖的一端设有缸底；所述的缸底包含一个内腔，该内腔与油缸缸体内部相通。

[0010] 优选地，所述的输出螺纹轴和空心螺杆的材料为38CrMoAlA；所述的活塞和螺母的材料为ZCuSnl0Pbl。

[0011] 优选地，所述的第一级螺旋副的导程为S1，第二级螺旋副的导程为S2，空心螺杆的行程为S3+r，并且其中所述的

[0012] 优选地，所述的第一级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α，螺旋升角为γ，旋转摩擦因数为f，则其当量摩擦角所述的第二级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α′，螺旋升角为γ′，旋转摩擦因数为f，则当量摩擦角

[0013] 优选地，所述的第一级螺旋副和第二级螺旋副的牙形角均为30°；所述第一级螺旋副的螺纹头数为22，螺旋升角为49.41°；所述的第二级螺旋副的螺纹头数为35，螺旋升角为50.14°。

[0014] 优选地，所述的油缸缸体的壁厚值为δ，内径为D，则

[0015] 优选地，所述的活塞与空心螺杆之间通过螺纹连接，该螺纹为单线螺纹，牙形角为α″，螺纹中径为d2，螺纹头数为N，螺距为P，则

[0016] 一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸的使用方法，其步骤为：

[0017] 1)从进油油腔上的进油口通入高压油液，高压油液推动活塞从左向右运动；

[0018] 2)活塞的运动对空心螺杆产生从左向右的运动压力，迫使空心螺杆相对于螺母产生旋转运动，即第二级螺旋副开始旋转运动；该旋转运动反作用于活塞，也带动活塞旋转运动；

[0019] 3)活塞的旋转运动迫使活塞与输出螺纹轴之间形成靠近的运动趋势，为克服该运动趋势，输出螺纹轴产生与活塞相同旋向的旋转运动，即第一级螺旋副开始运动；

[0020] 4)输出螺纹轴伸出油缸缸体外的一端输出旋转扭矩。

[0021] 优选地，步骤2)中空心螺杆与螺母为右螺旋副；步骤3)中活塞与螺纹轴为左螺旋副。

[0022] 3、有益效果

[0023] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0024] (1)本发明的装置结构简单，体积小，传动精确；使用时活塞运动很小的行程即可通过采用旋向相反的第一级螺旋副和第二级螺旋副的放大作用输出较大的转矩，以实现大角度的摆动，适合应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境；

[0025] (2)本发明装置缸底的设置一方面能够方便本装置的装配，另一方面其内腔的设置能够提高油缸缸体承受空心螺杆和螺母在工作中相对运动所产生轴向力的能力，确保装置稳定、牢固、可靠；

[0026] (3)本发明装置结构紧凑，传动精度要求高，所需承受的压力大，一般材料无法满足要求，本发明装置的输出螺纹轴和空心螺杆的材料为38CrMoAlA；活塞和螺母的材料为ZCuSnl0Pbl；分析上述两种材料的抗拉强度和屈服强度，并结合本装置的结构，可以发现上述两种材料能够使装置发挥最佳优性能，进一步提高本发明装置稳定、紧凑、输出扭矩大等优点；

[0027] (4)本发明装置限定第一级螺旋副、第二级螺旋副的导程与空心螺杆的行程的关系以确保本装置能够在活塞运行较小行程的情况下使输出螺纹轴旋转超过360°的转角；

[0028] (5)本发明装置限定第一级螺旋副、第二级螺旋副牙形角与螺旋升角的关系以确保第一级螺旋副、第二级螺旋副在工作过程中不发生自锁，实现水平移动的同时进行旋转运动，最终带动输出螺纹轴的旋转运动；

[0029] (6)本发明装置油缸缸体壁厚的限定，能在满足本装置工作强度和寿命情况下最大化节约材料成本和加工成本；

[0030] (7)本发明装置活塞与空心螺杆之间通过螺纹连接，方便拆装、维护，同时其螺纹结构的限定可以使两者满足自锁要求，在活塞旋转运动过程中与空心螺杆不发生相对旋转运动；

[0031] (8)本发明的方法操作简单，能利用本发明装置内活塞较小的行程，完成较大的摆角，可以应用于传动精度要求高、安装和使用空间都很狭小的环境。附图说明

[0032] 图1为本发明装置的全剖示意图；

[0033] 图2为图1的左视图；

[0034] 图3为图1的俯视图。

[0035] 图中：1、输出螺纹轴；2、键；3、毡圈；4、端盖；5、垫片；6、端盖O型密封圈；7、角接触球轴承；8、活塞；9、活塞O型密封圈；10、空心螺杆；11、油缸缸体；12、螺母；13、缸底O型密封圈；14、螺钉；15、缸底。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图对本发明进行详细描述。

[0037] 如图1、图2和图3所示，一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，包括输出螺纹轴1、活塞8、空心螺杆10、油缸缸体11和螺母12；油缸缸体11的壁厚值为δ，内径为D，则mm；输出螺纹轴1和空心螺杆10的材料为38CrMoAlA；活塞8和螺母12的材料为ZCuSnl0Pbl；活塞8与空心螺杆10之间通过螺纹连接，该螺纹为单线螺纹，牙形角为α″，螺纹中径为d2，螺纹头数为N，螺距为P，则活塞8与空心螺杆10设置在油缸
缸体11内；活塞8的外壁与油缸缸体11内壁之间设有活塞O型密封圈9，油缸缸体11左端设有端盖4；活塞8的中心设有通孔；输出螺纹轴1依次穿过油缸缸体11左端的端盖4、活塞8内的通孔后伸入空心螺杆10内；活塞8与端盖4之间形成进油油腔，进油油腔上设有进油口；输出螺纹轴1伸出油缸缸体11外的一端设有键2，且该端与油缸缸体11之间设有角接触球轴承7，角接触球轴承7设置在端盖4的内侧；端盖4与油缸缸体11之间设有垫片5和端盖O型密封圈
6，端盖4与输出螺纹轴1之间设有毡圈3；油缸缸体11远离左端端盖的一端设有缸底15，缸底
15通过螺钉14固定在油缸缸体11上，且缸底15与油缸缸体11之间设有缸底O型密封圈13；缸底15包含一个内腔，该内腔与油缸缸体11内部相通；输出螺纹轴1与活塞8组成第一级螺旋副；螺母12固定在油缸缸体11内靠近缸底15的一端，螺母12与空心螺杆10组成第二级螺旋副；第一级螺旋副和第二级螺旋副的旋向相反；第一级螺旋副的导程为S1，第二级螺旋副的导程为S2，空心螺杆10的行程为S3+r，并且其中所述的
第一级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α，螺旋升角为γ，旋转摩擦因数为f，则其当量摩擦角第二级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α′，螺旋升角为
γ′，旋转摩擦因数为f，则当量摩擦角

[0038] 一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸的使用方法，其步骤为：

[0039] 1)从进油油腔上的进油口通入高压油液，高压油液推动活塞8从左向右运动；

[0040] 2)活塞8的运动对空心螺杆10产生从左向右的运动压力，迫使空心螺杆10相对于螺母12产生旋转运动，由于空心螺杆10与螺母12为右螺旋副，所以从端盖4方向观看，空心螺杆10的旋转方向为顺时针方向，即第二级螺旋副开始旋转运动；该旋转运动反作用于活塞8，也带动活塞8旋转运动；

[0041] 3)由于活塞8与螺纹轴1为左螺旋副，活塞8的旋转运动迫使活塞8与输出螺纹轴1之间形成靠近的运动趋势，为克服该运动趋势，输出螺纹轴1产生与活塞8相同旋向的旋转运动，即第一级螺旋副开始运动；

[0042] 4)输出螺纹轴1伸出油缸缸体11外的一端输出旋转扭矩。

[0043] 下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

[0044] 实施例1

[0045] 如图1、图2和图3所示，一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸，包括输出螺纹轴1、活塞8、空心螺杆10、油缸缸体11和螺母12；油缸缸体11的壁厚值为δ＝10mm，内径为D＝50mm，则输出螺纹轴1和空心螺杆10的材料为38CrMoAlA；活塞8和螺母12的材料为ZCuSnl0Pbl；活塞8与空心螺杆10之间通过螺纹连接，该螺纹为单线螺纹，牙形角为α″＝60°，螺纹中径为d2＝41.026mm，螺纹头数为N＝5，螺距为P＝1.5mm，则
活塞8与空心螺杆10设置在油缸缸体11
内；活塞8的外壁与油缸缸体11内壁之间设有活塞O型密封圈9，油缸缸体11左端设有端盖
4,；活塞8的中心设有通孔；输出螺纹轴1依次穿过油缸缸体11左端的端盖4、活塞8内的通孔后伸入空心螺杆10内；活塞8与端盖4之间形成进油油腔，进油油腔上设有进油口；输出螺纹轴1伸出油缸缸体11外的一端设有键2，且该端与油缸缸体11之间设有角接触球轴承7，角接触球轴承7设置在端盖4的内侧；端盖4与油缸缸体11之间设有垫片5和端盖O型密封圈6，端盖4与输出螺纹轴1之间设有毡圈3；油缸缸体11远离左端端盖的一端设有缸底15，缸底15通过螺钉14固定在油缸缸体11上，且缸底15与油缸缸体11之间设有缸底O型密封圈13；缸底15包含一个内腔，该内腔与油缸缸体11内部相通；输出螺纹轴1与活塞8组成第一级螺旋副；螺母12固定在油缸缸体11内靠近缸底15的一端，螺母12与空心螺杆10组成第二级螺旋副；第一级螺旋副为左旋螺纹，第二级螺旋副为右旋螺纹；选择第一级螺旋副的导程为S1＝NP＝
22×5mm＝110mm，则第二级螺旋副的导程为S2≈176mm，根据公式选择空心螺
杆10的行程为S3+r＝70+r，则空心螺杆的旋转的角度为：输出螺纹轴
相对空心螺杆旋转的角度为：输出螺纹轴输出的旋转角度为α＝α1
+α2＝143°+229°＝372°＞360°；为确保活塞有足够的活动空间，此处r＝6mm；第一级螺旋副为梯形螺纹，其牙形角为α＝30°，螺旋升角为γ＝49.41°，旋转摩擦因数为f＝0.08，螺纹头数为N＝22，则其当量摩擦角第二级螺旋副为梯形
螺纹，其牙形角为α′＝30°，螺旋升角为γ′＝50.14°，旋转摩擦因数为f＝0.08，螺纹头数为N＝35，则当量摩擦角

[0046] 一种双螺纹活塞螺旋式摆动液压缸的使用方法，其步骤为：

[0047] 1)从进油油腔上的进油口通入高压油液，高压油液推动活塞8从左向右运动；

[0048] 2)活塞8的运动对空心螺杆10产生从左向右的运动压力，迫使空心螺杆10相对于螺母12产生旋转运动，由于空心螺杆10与螺母12为右螺旋副，所以从端盖4方向观看(如图2所示方向)，空心螺杆10的旋转方向为顺时针方向，即第二级螺旋副开始旋转运动；该旋转运动反作用于活塞8，也带动活塞8旋转运动；

[0049] 3)由于活塞8与螺纹轴1为左螺旋副，活塞8的旋转运动迫使活塞8与输出螺纹轴1之间形成靠近的运动趋势，为克服该运动趋势，输出螺纹轴1产生与活塞8相同旋向的旋转运动，即第一级螺旋副开始运动；

[0050] 4)输出螺纹轴1伸出油缸缸体11外的一端输出旋转扭矩。

[0051] 本实施例中，输出螺纹轴1的材料为38CrMOALA，其抗屈服强度σs＝785MPa，则可以得到输出螺纹轴1的许用应力而根据工作情况，输出螺纹轴1在正常工况下受到的扭转强度为：

[0052]

[0053] 式中：

[0054] Wt为螺杆螺纹段的抗扭截面系数

[0055] 扭矩得出F＝7949.5N

[0056] d1为外螺纹小径26.5mm；d2为外螺纹中径30mm

[0057] 则σp≥σca＝78.126(N/mm2)，可以确保装置在高精度运行下依然保持稳定、牢固和可靠，且使用寿命长；同理，空心螺杆10的选材也与其结构相配合，确保了装置在高精度运行下依然保持稳定、牢固和可靠，且使用寿命长。

[0058] 实施例2

[0059] 与实施例1相同，所不同的是，第一级螺旋副为右旋螺纹，第二级螺旋副为左旋螺纹。

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