一种液压伺服关节论文和设计-刘智

全文摘要

本实用新型公开了一种液压伺服关节，包括伺服电机、液压马达以及设置在伺服电机和液压马达之间的四边滑阀，所述液压马达上设置有第一进油口和第二进油口；所述阀芯靠近液压马达的一端通过滚珠丝杠副与液压马达的转轴尾端连接；阀芯的另一端通过传动机构与伺服电机连接，所述传动机构包括传动轴和连接圆柱；所述连接圆柱的两端分别开设有一个用于安装传动轴的方槽以及一个用于安装伺服电机输出轴的圆槽，所述传动轴包括圆轴部和方轴部，所述方轴部与方槽过渡配合，所述圆轴部与阀芯固定连接。与现有技术相比，通过伺服电机精准控制滑阀换向，从而使滑阀有效控制液压马达的转动，使关节臂获得大功率的驱动，整体造价相对较低，工作性能稳定。

主设计要求

1.一种液压伺服关节，其特征在于，包括伺服电机、液压马达以及设置在伺服电机和液压马达之间的四边滑阀，所述液压马达上设置有第一进油口和第二进油口；所述四边滑阀包括阀座以及可动地安装在四边滑阀内的阀芯，阀芯的外侧壁与阀座的内侧壁之间从左到右依次设有第一回油腔、第一供油腔、高压油腔、第二供油腔、第二回油腔；所述阀座上设有主进油口、第一回油口以及第二回油口，第一回油口和第二回油口对应与第一回油腔和第二回油腔连通；所述第一回油口和第二回油口分别与油箱接通，所述高压油腔通过主进油口与液压源接通；所述第一供油腔和第二供油腔分别通过导管对应与液压马达的第一进油口和第二进油口连接；所述阀芯靠近液压马达的一端通过滚珠丝杠副与液压马达的转轴尾端连接；阀芯的另一端通过传动机构与伺服电机连接，所述传动机构包括传动轴和连接圆柱；所述连接圆柱的两端分别开设有一个用于安装传动轴的方槽以及一个用于安装伺服电机输出轴的圆槽，所述传动轴包括圆轴部和方轴部，所述方轴部与方槽过渡配合，所述圆轴部与阀芯固定连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的液压伺服关节，其特征在于，所述伺服电机的输出轴通过键连接的方式与圆槽连接；所述方槽的底部开设一个与圆槽连通的第一螺纹孔，所述输出轴的端部通过锁紧螺钉和第一螺纹孔与圆槽的底部固定连接。

3.根据权利要求1所述的液压伺服关节，其特征在于，所述圆轴部的端部设置有外螺纹，所述阀芯对应圆轴部的端部设置有一个第二螺纹孔，所述圆轴部与第二螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的液压伺服关节，其特征在于，所述滚珠丝杠副包括相互传动连接的丝杠轴和丝杠螺母，所述液压马达的转轴尾端开设有一个盲孔，所述丝杠螺母安装在盲孔内并通过法兰与液压马达的转轴尾端固定连接。

5.根据权利要求4所述的液压伺服关节，其特征在于，所述丝杠轴的一端伸入盲孔内并与丝杠螺母传动连接，所述阀芯对应丝杠轴的端部设置有一个第三螺纹孔，所述丝杠轴的另一端设置有与第三螺纹孔紧固配合的外螺纹部；所述丝杠轴和阀芯之间通过外螺纹部和第三螺纹孔固定连接。

6.根据权利要求1所述的液压伺服关节，其特征在于，所述阀座的左右两侧设置有阀盖，每个阀盖上设置有一个内泄漏回油口，所述内泄漏回油口与油箱连通；所述阀芯的两端穿过对应的阀盖。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人关节结构领域，特别涉及一种液压伺服关节。

背景技术

随着工业机器人产业的不断发展，工业机器人在机械制造。汽车装备，特种装备，自动化等领域上被广泛应用。而目前，大部分工业机器人的关节结构采用伺服电机带动RV减速机或者谐波减速机的组合方式，从而驱动关节臂的运动；该关节结构的驱动方式具有控制精度高，易于控制，占用空间小等优点。但是这样的驱动方式的缺点是功率质量比较低，对于大功率的驱动臂往往需要花费高昂的成本购置减速机和电机。相比之下，液压驱动具有功率质量比高，对于一些控制精度要求不高，动作简单且要求大功率输出的自动化装置，由伺服电机与液压元件组成的关节结构无疑比由伺服电机与减速机组成的关节结构具有更高的性价比。

可见，对于现有的工业机器人的发展需求，亟需一种液压伺服关节，使其可以应用于大功率关节臂的驱动。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种液压伺服关节，旨在解决现有工业机器人的关节结构制造成本高，难以适用于大功率输出的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种液压伺服关节，包括伺服电机、液压马达以及设置在伺服电机和液压马达之间的四边滑阀，所述液压马达上设置有第一进油口和第二进油口；所述四边滑阀包括阀座以及可动地安装在四边滑阀内的阀芯，阀芯的外侧壁与阀座的内侧壁之间从左到右依次设有第一回油腔、第一供油腔、高压油腔、第二供油腔、第二回油腔；所述阀座上设有主进油口、第一回油口以及第二回油口，第一回油口和第二回油口对应与第一回油腔和第二回油腔连通；所述第一回油口和第二回油口分别与油箱接通，所述高压油腔通过主进油口与液压源接通；所述第一供油腔和第二供油腔分别通过导管对应与液压马达的第一进油口和第二进油口连接；所述阀芯靠近液压马达的一端通过滚珠丝杠副与液压马达的转轴尾端连接；阀芯的另一端通过传动机构与伺服电机连接，所述传动机构包括传动轴和连接圆柱；所述连接圆柱的两端分别开设有一个用于安装传动轴的方槽以及一个用于安装伺服电机输出轴的圆槽，所述传动轴包括圆轴部和方轴部，所述方轴部与方槽过渡配合，所述圆轴部与阀芯固定连接。

所述伺服电机的输出轴通过键连接的方式与圆槽连接；所述方槽的底部开设一个与圆槽连通的第一螺纹孔，所述输出轴的端部通过锁紧螺钉和第一螺纹孔与圆槽的底部固定连接。

所述圆轴部的端部设置有外螺纹，所述阀芯对应圆轴部的端部设置有一个第二螺纹孔，所述圆轴部与第二螺纹孔螺纹连接。

所述滚珠丝杠副包括相互传动连接的丝杠轴和丝杠螺母，所述液压马达的转轴尾端开设有一个盲孔，所述丝杠螺母安装在盲孔内并通过法兰与液压马达的转轴尾端固定连接。

所述丝杠轴的一端伸入盲孔内并与丝杠螺母传动连接，所述阀芯对应丝杠轴的端部设置有一个第三螺纹孔，所述丝杠轴的另一端设置有与第三螺纹孔紧固配合的外螺纹部；所述丝杠轴和阀芯之间通过外螺纹部和第三螺纹孔固定连接。

所述阀座的左右两侧设置有阀盖，每个阀盖上设置有一个内泄漏回油口，所述内泄漏回油口与油箱连通；所述阀芯的两端穿过对应的阀盖。

有益效果：

本实用新型提供了一种液压伺服关节，与现有技术相比，通过伺服电机精准控制滑阀换向，从而使滑阀有效控制液压马达的转动，使关节臂获得大功率的驱动，整体造价相对较低，工作性能稳定，使小功率伺服装置和大功率液压驱动装置相结合的关节结构获得更好的应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的液压伺服关节的立体图。

图2为本实用新型提供的液压伺服关节的俯视图。

图3为图2中A-A方向的剖视图。

具体实施方式

本实用新型提供一种液压伺服关节，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-图3，本实用新型提供一种液压伺服关节，包括伺服电机1、液压马达2以及设置在伺服电机和液压马达之间的四边滑阀3，所述液压马达2上设置有第一进油口21和第二进油口22；所述四边滑阀3包括阀座31以及可动地安装在四边滑阀内的阀芯32，阀芯32的外侧壁与阀座31的内侧壁之间从左到右依次设有第一回油腔33、第一供油腔34、高压油腔35、第二供油腔36、第二回油腔37；所述阀座上设有主进油口30、第一回油口38以及第二回油口39，第一回油口38和第二回油口39对应与第一回油腔33和第二回油腔37连通；所述第一回油口38和第二回油口39分别与油箱(图中未画出)接通，所述高压油腔35通过主进油口30与液压源接通；所述第一供油腔34和第二供油腔36分别通过导管对应与液压马达2的第一进油口21和第二进油口22连接；所述阀芯32靠近液压马达2的一端通过滚珠丝杠副4与液压马达2的转轴尾端23连接；阀芯3的另一端通过传动机构5与伺服电机1连接，所述传动机构5包括传动轴51和连接圆柱52；所述连接圆柱52的两端分别开设有一个用于安装传动轴51的方槽53以及一个用于安装伺服电机输出轴11的圆槽54，所述传动轴51包括圆轴部51a和方轴部51b，所述方轴部51b与方槽53过渡配合，所述圆轴部51a与阀芯32固定连接。通过设置方轴部51b保证传动轴可以同时传递伺服电机输出的转矩，以及受到滚珠丝杠副沿轴线方向上的牵引力，保证整体传动的平稳性和紧凑性。

需要说明的是，所述伺服电机的输出轴11、传动轴51、连接圆柱52、阀芯32、滚珠丝杠副4、液压马达的转轴尾端23均为同轴设置。所述液压源包括一个油箱和一个液压泵，所述液压泵的进液口通过导管与油箱连接，液压泵的出液口通过压力调节阀与高压油腔连接，此为现有技术，此处不再赘述。

本实施例中，请参阅图3，当阀芯32位于中位时，高压油腔35与第一供油腔34断开，高压油腔35与第二供油腔36断开，第一供油腔34与第一回油腔33断开、第二供油腔36与第二回油腔37断开，液压马达静止不动；当阀芯32向阀座的左端移动时，高压油腔35与第一供油腔34连通，第一供油腔34与第一回油腔33断开，高压油腔35与第二供油腔36断开，第二供油腔36与第二回油腔37连通，从而带动液压马达2的输出轴顺时针转动；当阀芯32向阀座的右端移动时，高压油腔35与第一供油腔34断开，第一供油腔34与第一回油腔33连通，高压油腔35与第二供油腔36连通，第二供油腔36与第二回油腔37断开，从而带动液压马达的输出轴逆时针转动。

具体的，请参阅图3，所述伺服电机的输出轴11通过键连接的方式与圆槽54连接；所述方槽53的底部开设一个与圆槽连通的第一螺纹孔55，所述伺服电机的输出轴11的端部通过锁紧螺钉56和第一螺纹孔55与圆槽54的底部固定连接。通过这样设置，实现连接圆柱52安装在伺服电机1的输出轴上的周向定位和轴向定位，而且拆装便捷，便于零件更换；较佳的是，所述第一螺纹孔55是一个沉头螺孔，避免锁紧螺钉的头部与传动轴发生干涉。

进一步的，请参阅图3，所述圆轴部51a的端部设置有外螺纹，所述阀芯32对应圆轴部51a的端部设置有一个第二螺纹孔32a，所述圆轴部51a与第二螺纹孔32a螺纹连接，需要说明的是，圆轴部与阀芯之间的螺纹连接为紧固连接，连接后的圆轴部和阀芯不会发生相对运动。

优选的，所述滚珠丝杠副4包括相互传动连接的丝杠轴41和丝杠螺母42，所述液压马达的转轴尾端开设有一个盲孔43，所述丝杠螺母42安装在盲孔43内并通过法兰44与液压马达的转轴尾端23固定连接，便于丝杠螺母固定与拆卸。通过采用滚珠丝杠副，传动摩擦阻力小，传动精度高。

为了进一步地缩短整体轴向尺寸，所述丝杠轴41的一端伸入盲孔43内并与丝杠螺母42传动连接，所述阀芯32对应丝杠轴41的端部设置有一个第三螺纹孔32b，所述丝杠轴41的另一端设置有与第三螺纹孔32b紧固配合的外螺纹部；所述丝杠轴41和阀芯之间通过外螺纹部和第三螺纹孔32b固定连接。所述盲孔43的深度根据丝杠轴41的伸入长度设置，保证丝杠轴的端部不会触及盲孔底部。需要说明的是，丝杠部和阀芯之间的螺纹连接为紧固连接，连接后的丝杠部和阀芯不会发生相对运动。

优选的，请参阅图1-图3，所述阀座31的左右两侧设置有阀盖6，每个阀盖6上设置有一个内泄漏回油口61，所述内泄漏回油口与油箱连通，通过这样设置，阀座内的泄漏油经内泄漏回油口回流到油箱；所述阀芯的两端穿过对应的阀盖。本实施例中，阀盖6通过螺钉固定在阀座31上，阀盖上设置有密封部件（如密封圈），防止液压油通过阀芯与阀盖的配合间隙泄漏。

本实施例中的液压马达2采用叶片式液压马达，由于叶片式液压马达存在动作死区，单叶片结构旋转死区为180°，双叶片结构旋转死区90°，即单叶片液压马达2工作旋转角度为0°~180°，双叶片液压马达工作旋转角度为0°~270°，在实际使用时根据关节臂需要的转动范围进行选用，以保证较高的稳定性和工作精度。

以下简述工作原理，（1）当液压马达需要驱动关节臂作顺时针转动时，启动伺服电机带动四边滑阀的阀芯作顺时针转动，从而带动丝杠轴作顺时针转动，由于丝杠轴与丝杠螺母传动连接，丝杠轴的自由端向盲孔底部方向伸入（即向左运动），使得阀芯向左运动，于是，高压油腔35与第一供油腔34连通，第一供油腔34与第一回油腔33断开，高压油腔35与第二供油腔36断开，第二供油腔36与第二回油腔37连通；液压油从第一供油腔流入第一进油口，第二进油口中的液压油经第二回油腔回到油箱，所以液压马达的转轴会立即做顺时针转动。此时，若液压马达的转轴与丝杠轴同步转动时（即两者转速相同），丝杠轴的自由端停止盲孔底部方向伸入。（2）当关节臂需要减慢顺时针转动时，通过减慢伺服电机的输出端的转速，使阀芯减慢作顺时针转动，导致液压马达的转轴与丝杠轴没有同步转动（即丝杠轴的转速低于液压马达的转速），从而使丝杠轴的自由端向远离盲孔底部方向伸出（即向右运动），使得阀芯向右运动，最终使丝杠轴与液压马达同步转动，阀芯轴向保持不动。（3）当关节臂需要停止做顺时针转动时，通过停止伺服电机的输出端的输出，使阀芯停止作顺时针转动，导致液压马达的转轴与丝杠轴没有同步转动（即丝杠轴的转速低于液压马达的转速），从而使丝杠轴的自由端向远离盲孔底部方向伸出（即向右运动），使得阀芯向右运动，最终使阀芯恢复中位时，高压油腔35与第一供油腔34断开，高压油腔35与第二供油腔36断开，第一供油腔34与第一回油腔33断开、第二供油腔36与第二回油腔37断开，液压马达静止不动。

同理，液压马达驱动关节臂作逆时针转动与上述液压马达驱动关节臂作顺时针转动的方式基本相同，通过改变伺服电机的转向即可实现，此处不再赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

设计图

一种液压伺服关节论文和设计

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