基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀制造技术

基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀，包括依次同轴连接的二维半桥式换向阀本体、永磁式环形气隙磁悬浮联轴节和直动线性电‑机械转换器；永磁式环形气隙磁悬浮联轴节本体包括相互连接的左端盖、右端盖底座，推杆组件上连接复位弹簧机构；内动子可旋转地置于外动子的两侧的第一斜面槽之间；同一侧的外动子的第一斜面槽和内动子第二斜面槽的相互平行，第一斜面槽的内侧与第二斜面槽的外侧相对，外动子磁片与内动子磁片以异磁性面相对的方式设置，外动子磁片与内动子磁片相对的一面是同心的圆柱弧面，外动子磁片与内动子磁片间的弧形气隙形成驱动2D阀芯转动的工作气隙。本实用新型专利技术能够减小工作气隙，使用更小的磁片即产生到较大转矩。

【技术实现步骤摘要】
基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀
本技术属于流体传动及控制领域中电液比例控制技术用的流量和换向控制阀，尤其涉及一种基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀。
技术介绍
电液伺服控制技术自上世纪四十年代出现以来，便以其功率重量比高、输出力(力矩)大和静动态特性优异等显著特点在机电传动与控制技术中占据了高端位置，重点应用于航空航天、军用武器、船舶、大型电站、钢铁等各种战略工业场合，从而取得了巨大成功。但电液伺服阀对油液污染极其敏感、应用和维护条件苛刻，加上追求零位特性以满足闭环控制的要求，对关键零部件的加工和装配精度要求十分严苛，较难被工业界接受，人们普遍希望能有一种性能可靠、物美价廉、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的控制技术，在此背景下电液比例控制技术应运而生。1967年瑞士布林格尔(Beringer)公司首次将比例式电-机械转换器(比例电磁铁)用于工业液压阀，生产出的KL型比例换向阀被认为是世界上最早的比例阀。到了二十世纪七、八十年代，由于压力、流量、位移和动压等各种反馈和电校正手段的应用，比例阀的静动态特性大大提高，加之与最新的插装技术深度融合，电液比例控制技术进入了一个黄金时代。发展到今天，几乎所有的传统流量、压力和换向阀，都可以找到对应的电液比例阀产品，其在工业生产中获得了越来越广泛的应用。比例换向阀要求实现对阀芯的位移(位置)进行连续的比例定位控制，最简单的方式就是通过弹簧将比例电磁铁输出的推力线性地转换为阀芯的位移，这也是单级或直动比例换向阀或流量阀的基本工作原理。然而，油液流经阀口由于伯努利效应，会对阀芯作用一个液动力(也称为伯努利力)，该力的大小与阀口的开口面积和压降乘积成正比，因而直动比例阀随着阀口压差的增大，阀的比例特性明显变差，甚至出现随着阀口压差增加，通过比例阀的流量反而减小的不正常现象。因而，按照电磁铁推力与弹簧力相平衡控制阀芯位置的原理只适用于小流量的比例阀，实际应用的最大工作流量一般在15L/min(最大工作压力为21MPa)以下。此外，为了实现轴向静压力的平衡，直动式比例换向阀或流量阀皆采用滑阀结构，容易受到摩擦力及油液污染的影响出现“卡滞”现象。直动式比例换向阀或流量阀如果要获得较好比例特性，阀芯与阀芯孔之间的配合必须达到较高精度，尤其是对摩擦力较为敏感的圆柱度。比如国外某公司φ6通径比例阀阀芯的精度，圆柱度在1微米以内，如此高的圆柱度已同伺服阀阀芯的精度要求相近，国内普通液压件生产厂家难以做到，这也是国产的直动比例换向阀性能不理想的主要原因之一。采用线性位移传感器(LVDT)对阀芯位置进行测量和闭环控制，构成电反馈型直动比例换向阀，可以在很大程度上提高阀芯的定位刚度和控制精度，最终使电反馈直动比例阀可以像伺服阀那样应用于液压系统的闭环控制(这种阀称为比例伺服阀)，但终因受到磁饱和限制，比例电磁铁输出力有限，无法从根本上解决高压、大流量下液动力的影响问题，在高压(压差大)和大流量的工作状态下仍然会出现流量饱和现象。消除液动力影响、提高液压阀的过流能力，最根本的办法是采用导控(先导控制)技术。早在1936年美国工程师HarryVickers为了解决因液动力影响直动溢流阀无法实现高压、大流量系统的压力控制问题专利技术了导控溢流阀，其基本思想是采用一通径较小的导阀控制静压力，驱动主阀芯运动，因该液压推力比油液流经阀口时所产生液动力大得多，足以消除其对主阀芯运动与控制产生的不利影响。导控的思想后来被广泛地应用于其它液压阀的设计，使液压系统高压、大流量控制成为了现实。后来的各种电液伺服控制元件也是沿用了先导控制的设计思想，其中也包括了电液比例阀。在众多的导控级结构创新之中，基于阀芯双运动自由度(TwoDimensional，2D或二维)设计的流量放大机构将原本分立的导控级和功率级合二为一，集成于单个阀芯上，不但结构简单、动态响应快，更重要的是阀的抗污染能力得到了极大的提高。阮健等提出一种直动-导控一体化的2D电液比例换向阀，通过压扭放大技术将2D阀与比例电磁铁相结合，使其兼具直动和导控电液比例换向阀各自的优点，加之抗污染能力强，对加工精度无特殊的高要求，具有很好的大规模生产与应用的前景。该阀的主要问题在于起到压扭放大作用的压扭联轴节为一滚轮斜面机械机构，其存在摩擦力和装配间隙等非线性环节，对于电液比例阀的线性度、重复度和滞环等静态特性会造成较大的影响。为了解决传统的2D电液比例换向阀的机械式压扭联轴器对其线性度、重复度和滞环等静态特性所造成的影响，孟彬等提出一种磁悬浮联轴节式电液伺服比例阀，通过磁悬浮联轴节与比例电磁铁相结合达到压扭放大的目的。磁悬浮联轴节的输入端与输出端是不接触的，通过磁排斥力来进行传动扭矩。这样就避免了固有的间隙、摩擦磨损对阀的线性度、重复度和滞环等静态特性带来的影响。由于磁悬浮联轴节式二维(2D)电液伺服比例阀的阀芯行程有±2mm，这使得磁悬浮联轴节得磁排斥力工作气隙无法缩小至很小(客观物理现象：磁力大小随着工作气隙的减小呈指数型增加)。而驱动阀芯转动需要较大的扭矩，这样必须设计大尺寸的永磁体进行扭矩传递工作，这就限制了功率重量比的的进一步提升。另外，大磁排斥力会导致整个磁悬浮联轴节的装配过程很困难。磁悬浮联轴节式二维(2D)电液伺服比例阀的阀体是板式阀体，其流通能力不高、模块化程度低、自动化程度低等不足。
技术实现思路
为了解决磁悬浮联轴节式电液伺服比例阀中存在的问题：1.磁悬浮联轴节无法做到极小的工作气隙；2.阀体是板式阀体，导致其流通能力不高、模块化程度低、自动化程度低等不足。本技术提供一种基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀。本技术的基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀，包括包括依次同轴连接的二维(2D)半桥式换向阀本体、永磁式环形气隙磁悬浮联轴节和直动线性电-机械转换器1。直动线性电-机械转换器1的输出端连接推杆组件的一端，推杆组件的另一端连接外动子4；本技术所述的纵向是指与中心轴平行的方向，本技术所述的同轴是共中心轴，本技术所称的外侧是指部件的远离中心轴的一侧，内侧是部件的靠近中心轴的一侧，同轴是指纵向中心轴在同一直线上，正向是指在中心轴上沿直动线性电-机械转换器1的输出的方向，反向是指上述正向的相反方向。所述的永磁式环形气隙磁悬浮联轴节本体包括相互连接的左端盖2、右端盖底座3，推杆组件上套有左弹簧座13、右弹簧座16，左弹簧座13、右弹簧座16之间设有弹簧14，左弹簧座13、右弹簧座16的轴向位置分别受限于左端盖2、右端盖底座3，推杆组件的第一轴肩沿正向抵靠左弹簧座13，推杆组件的第二轴肩沿反向抵靠右弹簧座16；外动子4大致呈U形，第一连杆的两侧各连接一个第一斜面槽，第一连杆垂直于中心轴，第一连杆上的第一中心螺纹孔位于中心轴上；第一斜面槽位于与中心轴平行的平面上，且与纵向成倾角β，两侧的第一斜面槽且均呈以垂直于中心轴180°阵列特征；第一斜面槽内安装外动子磁片18；为了使外动子4只能作水平直线运动，直线轴承17本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀，其特征在于：包括依次同轴连接的二维半桥式换向阀本体、永磁式环形气隙磁悬浮联轴节和直动线性电-机械转换器(1)；/n直动线性电-机械转换器(1)的输出端连接推杆组件的一端，推杆组件的另一端连接外动子(4)；/n纵向是指与中心轴平行的方向，外侧是指部件的远离中心轴的一侧，内侧是部件的靠近中心轴的一侧，同轴是指纵向中心轴在同一直线上，正向是指在中心轴上沿直动线性电-机械转换器(1)的输出的方向，反向是指上述正向的相反方向；/n所述的永磁式环形气隙磁悬浮联轴节本体包括相互连接的左端盖(2)、右端盖底座(3)，推杆组件上套有左弹簧座(13)、右弹簧座(16)，左弹簧座(13)、右弹簧座(16)之间设有弹簧(14)，左弹簧座(13)、右弹簧座(16)的轴向位置分别受限于左端盖(2)、右端盖底座(3)，推杆组件的第一轴肩沿正向抵靠左弹簧座(13)，推杆组件的第二轴肩沿反向抵靠右弹簧座(16)；/n外动子(4)大致呈U形，第一连杆的两侧各连接一个第一斜面槽，第一连杆垂直于中心轴，第一连杆上的第一中心螺纹孔位于中心轴上；第一斜面槽位于与中心轴平行的平面上，且与纵向成倾角β，两侧的第一斜面槽且均呈以垂直于中心轴180°阵列特征；第一斜面槽内安装外动子磁片(18)；为了使外动子(4)只能作水平直线运动，直线轴承(17)套在外动子(4)的圆柱上并安装于右端盖底座(3)；/n内动子(5)可旋转地置于外动子(4)的两侧的第一斜面槽之间，包括垂直于中心轴的第二连杆，第二连杆安装在2D阀芯(8)的一端；内动子(5)两侧各设置一个第二斜面槽，第二斜面槽位于与中心轴平行的平面上，且与纵向成倾角β；两侧的第二斜面槽且均呈以垂直于中心轴180°阵列特征，第二斜面槽内安装内动子磁片(19)；/n同一侧的第一斜面槽和第二斜面槽的相互平行，第一斜面槽的内侧与第二斜面槽的外侧相对，外动子磁片(18)与内动子磁片(19)以异磁性面相对的方式设置，外动子磁片(18)与内动子磁片(19)相对的一面是同心的圆柱弧面，外动子磁片(18)与内动子磁片(19)间的弧形气隙形成驱动2D阀芯(8)转动的工作气隙；/n所述的二维半桥式换向阀本体是由2D阀芯(8)和插装阀阀体(9)所组成的2D阀，插装阀阀体(9)的一端安装有螺纹端盖(6)，另一端安装圆柱堵头(10)；2D阀芯(8)可转动并可轴向移动地设置在插装阀阀体(9)内孔中；插装阀阀体(9)内孔上依次开有T口、A口、P口、B口、T口，其中P口为进油口，此处压力为系统压力；2D阀芯(8)中部上设有一个高压孔b和两个台肩，两个中部台肩分别位于A口和B口上方；2D阀的2D阀芯(8)和内动子(5)通过紧定螺钉进行连接；此外，在2D阀芯(8)上开设了与P口相通的左高压圆形孔a和右高压矩形槽c，还开设了与T口相通的右低压矩形槽d；在插装阀阀体(9)的右边内孔壁上开设一条与右敏感腔f相通的右感受通道g；右高压矩形槽c、右低压矩形槽d和T口构成了液压阻力桥；液压阻力桥控制2D阀芯(8)右两侧敏感腔f的压力；左高压腔e是由同心环(7)和2D阀芯(8)的左端第二台肩所形成的密闭容腔，右敏感腔f是由圆柱堵头(10)和2D阀芯(8)的右端部所形成的密闭容腔。/n...

【技术特征摘要】
20200812 CN 20202167339781.基于永磁式环形气隙磁悬浮联轴节的二维电液伺服比例阀，其特征在于：包括依次同轴连接的二维半桥式换向阀本体、永磁式环形气隙磁悬浮联轴节和直动线性电-机械转换器(1)；
直动线性电-机械转换器(1)的输出端连接推杆组件的一端，推杆组件的另一端连接外动子(4)；
纵向是指与中心轴平行的方向，外侧是指部件的远离中心轴的一侧，内侧是部件的靠近中心轴的一侧，同轴是指纵向中心轴在同一直线上，正向是指在中心轴上沿直动线性电-机械转换器(1)的输出的方向，反向是指上述正向的相反方向；
所述的永磁式环形气隙磁悬浮联轴节本体包括相互连接的左端盖(2)、右端盖底座(3)，推杆组件上套有左弹簧座(13)、右弹簧座(16)，左弹簧座(13)、右弹簧座(16)之间设有弹簧(14)，左弹簧座(13)、右弹簧座(16)的轴向位置分别受限于左端盖(2)、右端盖底座(3)，推杆组件的第一轴肩沿正向抵靠左弹簧座(13)，推杆组件的第二轴肩沿反向抵靠右弹簧座(16)；
外动子(4)大致呈U形，第一连杆的两侧各连接一个第一斜面槽，第一连杆垂直于中心轴，第一连杆上的第一中心螺纹孔位于中心轴上；第一斜面槽位于与中心轴平行的平面上，且与纵向成倾角β，两侧的第一斜面槽且均呈以垂直于中心轴180°阵列特征；第一斜面槽内安装外动子磁片(18)；为了使外动子(4)只能作水平直线运动，直线轴承(17)套在外动子(4)的圆柱上并安装于右端盖底座(3)；
内动子(5)可旋转地置于外动子(4)的两侧的第一斜面槽之间，包括垂直于中心轴的第二连杆，第二连杆安装在2D阀芯(8)的一端；内动子(5)两侧各设置一个第二斜面槽，第二斜面槽位于与中心轴平行的平面上，且与纵向成倾角β；两侧的第二斜面槽且均呈以垂直于中心轴180°阵列特征，第二斜面槽内安装内动子磁片(19)；
同一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟彬，徐豪，刘备，朱晨航，戴铭柱，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33