專利名稱：致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及致動(dòng)器，特別地講，本發(fā)明涉及由致動(dòng)器控制的設(shè)備，其在需要維修或更換致動(dòng)器之前可以持續(xù)更多的運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)。
背景技術(shù)：
用齒輪齒條致動(dòng)器將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原理是本領(lǐng)域中公知的。傳統(tǒng)致動(dòng)器的困難之一是致動(dòng)器因反復(fù)使用經(jīng)常需要更換或維修。在某些應(yīng)用中，因?yàn)樵诰S修或更換致動(dòng)器時(shí)整個(gè)系統(tǒng)可能都需要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，所以致動(dòng)器的維修或更換次數(shù)應(yīng)達(dá)到最少。由于齒條活塞致動(dòng)器受力分布不均，要想得到齒輪齒條致動(dòng)器的長(zhǎng)使用壽命也就很困難了。本發(fā)明提供了一種不需要頻繁維修或更換的具有長(zhǎng)使用壽命的致動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)要地說(shuō)，本發(fā)明包括一種致動(dòng)器，其具有一組滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞的滑動(dòng)區(qū)至少有一個(gè)由彈性元件支承的耐磨元件。第二耐磨元件可以和第一耐磨元件橫向間隔放置，在兩者之間容納著潤(rùn)滑劑，以使兩者和圓柱形外殼壁保持潤(rùn)滑滑動(dòng)接合，從而限制了更換或維修致動(dòng)器的需要。為使油液能快速地從致動(dòng)器中的各個(gè)腔中流入流出，沿著每個(gè)活塞的延伸部分的背面都開(kāi)有一個(gè)流道，以快速排放油液。


圖1示出了本發(fā)明長(zhǎng)壽命齒輪齒條致動(dòng)器的局部剖切透視圖。
圖2示出了圖1中的致動(dòng)器的活塞的單獨(dú)的頂側(cè)透視圖。
圖3示出了圖1中的致動(dòng)器的活塞的單獨(dú)的底側(cè)透視圖。
圖4是沿圖1中的線4-4取的剖視圖。
圖5是沿圖1中的線5-5取的剖視圖。
圖5a是致動(dòng)器活塞上的滑動(dòng)區(qū)的一部分的放大圖。
圖6是沿圖1中的線6-6取的剖視圖。
圖7示出了一個(gè)傳輸系統(tǒng)，其利用本發(fā)明的致動(dòng)器控制圓盤閥。
圖8示出了一個(gè)傳輸系統(tǒng)，其利用帶有一對(duì)圓盤閥的一對(duì)致動(dòng)器控制材料輸送到一組料箱中。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本發(fā)明長(zhǎng)壽命齒輪齒條致動(dòng)器10的局部剖視圖。致動(dòng)器10包括一個(gè)外殼11，其在一端具有一個(gè)端蓋15，在相反端具有一個(gè)端蓋15a。一個(gè)轉(zhuǎn)軸16對(duì)中且可旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼11中，該轉(zhuǎn)軸具有上下各一組周邊齒16a。和齒16a嚙合的是活塞的延伸齒條12a，它從活塞12的表面向外延伸。當(dāng)活塞后退時(shí)，一組彈簧13和14為活塞提供了止擋作用。包含有止擋端22和螺母21的螺栓20可以對(duì)和活塞12的背側(cè)嚙合的止擋端22起到調(diào)節(jié)作用。雖然在圖1中只示出了一個(gè)活塞，但在致動(dòng)器10的另一端還有另一個(gè)活塞，因此致動(dòng)器是對(duì)稱的。
圖2示出了活塞12的單獨(dú)的頂側(cè)透視圖，活塞12具有圓柱形側(cè)緣30以及從活塞12的表面12a延伸出來(lái)的偏置延伸部分13。延伸部分13上設(shè)有構(gòu)成了齒條的齒13a，用于與轉(zhuǎn)軸16上的齒嚙合。排放流道20位于延伸部分13的底側(cè)，流體通過(guò)它流入流出。由于偏置延伸部分的齒13a相對(duì)于活塞12的中心也是偏置的，并且齒13a用以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸16，因而使得在活塞的表面上產(chǎn)生了固有的力失衡，這就在裝有密封元件的活塞側(cè)緣上產(chǎn)生了不平衡力，所述不平衡力會(huì)在活塞側(cè)緣部分上產(chǎn)生更大的磨損區(qū)域。
圖3示出了活塞12的單獨(dú)的頂側(cè)透視圖，其中顯示了沿著延伸部分13的下表面的軸向延伸的流道20，以及用于延伸部分13的整體式細(xì)長(zhǎng)加強(qiáng)肋13b。
圖4示出了沿圖1中的線4-4取的剖視圖，其中顯示了與轉(zhuǎn)軸16的齒16a嚙合的活塞12和活塞32?；钊?2和活塞12彼此相同。
在致動(dòng)器10運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果活塞端部腔40和活塞端部腔41中的壓力比中部腔35中的壓力大，則活塞12和32被驅(qū)動(dòng)而彼此相向移動(dòng)(如箭頭所示)，因此隨著活塞12和32各自的延伸部分上的齒與軸上的齒16a相嚙合并轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸16，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸16逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。類似地，如果中部腔35中的壓力比活塞端部腔40和41中的壓力大，則活塞就被驅(qū)動(dòng)而相互遠(yuǎn)離，因此，通過(guò)和齒16a的嚙合，使得轉(zhuǎn)軸16順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如此一來(lái)，通過(guò)控制活塞端部腔40和41及中部腔35中的壓力，就能驅(qū)動(dòng)活塞12和32在圓柱形側(cè)壁面11a內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)。
圖5是沿圖1中的線5-5取的剖視圖，其中顯示了與安裝在外殼11上的轉(zhuǎn)軸16相關(guān)的活塞12和32?；钊?2包含一個(gè)外周密封潤(rùn)滑區(qū)43，類似地，活塞32包含一個(gè)外周密封潤(rùn)滑區(qū)42。
圖5a示出了活塞32的滑動(dòng)區(qū)42的細(xì)節(jié)。外殼11具有一個(gè)圓柱形活塞壁面11a，活塞32沿所述壁面滑動(dòng)。三個(gè)圓周凹槽32a、32b和32c設(shè)在活塞32的側(cè)緣上。凹槽32a支承著一個(gè)環(huán)形耐磨元件51，以實(shí)現(xiàn)與壁面11a的滑動(dòng)嚙合。類似地，凹槽32c支承著一個(gè)耐磨元件52，以實(shí)現(xiàn)與壁面11a的滑動(dòng)嚙合。另外，凹槽32c支承著一個(gè)彈性密封元件53，例如彈性體，以防止從周圍泄露，并且用于將耐磨元件52保持彈性抵靠在壁面11a上，以允許活塞32沿圓柱形密封壁面11a的橫向滑動(dòng)。在圖示的實(shí)施例中，耐磨元件51和52是由諸如尼龍等比圓柱形密封壁面11a硬度低的剛性磨損材料制成的，所以耐磨元件51和52足夠耐磨，以經(jīng)得起反復(fù)的滑動(dòng)嚙合而不需要更換。
環(huán)形潤(rùn)滑凹槽32b位于凹槽32a和32c中間，以放置潤(rùn)滑劑。固態(tài)或粘性潤(rùn)滑劑可以放置在潤(rùn)滑凹槽32b中，以便在活塞32前后滑動(dòng)時(shí)使?jié)櫥瑒┍槐３衷诨钊麄?cè)緣中，從而能夠在密封元件51和52附近持續(xù)提供潤(rùn)滑劑。由此，可被保持在凹槽32b中的潤(rùn)滑劑70能夠使壁面11a持續(xù)潤(rùn)滑，所以在活塞32前后滑動(dòng)且耐磨元件51和53與圓柱形壁面11a滑動(dòng)接合時(shí)，可最大程度地減少磨損。
圖6示出了致動(dòng)器10的剖視圖，其中顯示了流道20與外殼中的通道11b之間存在流體連通，如此，當(dāng)活塞12和32前后移動(dòng)時(shí)流體就可以從中部腔35中排放。
本發(fā)明的致動(dòng)器10在許多種系統(tǒng)中都可使用。圖7示出了本發(fā)明的致動(dòng)器10，其安裝在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)閥例如圓盤閥63上。在圖示的實(shí)施例中，第一管路61和管路60相連接，兩者之間有圓盤閥63安置在它們的通路中。一個(gè)軸62攜帶著圓盤閥63，軸62的頂端62a與致動(dòng)器的轉(zhuǎn)軸16接合。底端62b為轉(zhuǎn)軸16的下端提供旋轉(zhuǎn)支承。致動(dòng)器10設(shè)有流體口10c和10d，它們和致動(dòng)器10中的各個(gè)腔相連，所以活塞12和32就能前后移動(dòng)，從而使軸16a轉(zhuǎn)動(dòng)，軸16a然后會(huì)帶動(dòng)軸62轉(zhuǎn)動(dòng)以打開(kāi)或關(guān)閉從管路61到管路62的通路。如圖7所示，圓盤閥63處于開(kāi)放的位置以使流體從圓盤閥63的一端流向另一端。為了關(guān)閉流體口，圓盤閥63要旋轉(zhuǎn)90度，所以此時(shí)圓盤閥63垂直于管路60和61。
圖8示出了一個(gè)系統(tǒng)，其中一組和圓盤閥連接的致動(dòng)器10和10’用于使材料在系統(tǒng)中的傳送。在圖8所示的系統(tǒng)中，材料通過(guò)管路72輸送到加料斗71中。然后材料流入管路73并進(jìn)入分支管路74和75中。如果致動(dòng)器10的閥處于開(kāi)放狀態(tài)，材料就流入料箱76，而此閥若處于關(guān)閉狀態(tài)，材料便不能進(jìn)入料箱76中。類似地，如果附屬于致動(dòng)器10’的閥處于開(kāi)放狀態(tài)，材料就進(jìn)入料箱77中，而此閥若處于關(guān)閉狀態(tài)，材料便不能進(jìn)入料箱77中。
通過(guò)本發(fā)明的耐磨元件和潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存部的組合，使得活塞運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)可以達(dá)到一百萬(wàn)次以上，而不需要更換或維修致動(dòng)器。
因此，本發(fā)明包含一種延長(zhǎng)齒輪齒條致動(dòng)器使用壽命的方法，其兩個(gè)步驟首先要形成至少兩個(gè)彼此隔開(kāi)的、且安裝在活塞的側(cè)緣上以和缸壁形成滑動(dòng)嚙合的耐磨元件；其次，在彼此隔開(kāi)的耐磨元件中至少一個(gè)附近放置一個(gè)彈性元件，以防止流體從中通過(guò)，并同時(shí)彈性地保持彼此隔開(kāi)的耐磨元件中至少一個(gè)與缸壁彈性接觸。另外，通過(guò)將粘性或固態(tài)潤(rùn)滑劑等不可流動(dòng)的潤(rùn)滑劑放置在彼此隔開(kāi)的耐磨元件中間這一步驟，就可實(shí)現(xiàn)耐磨元件的持續(xù)潤(rùn)滑。
因此，本發(fā)明包含一個(gè)使用致動(dòng)器的傳輸系統(tǒng)，致動(dòng)器具有一個(gè)轉(zhuǎn)軸和一組可在缸中滑動(dòng)的活塞，每個(gè)活塞具有一組齒以和轉(zhuǎn)軸上的一組齒相嚙合，從而活塞彼此相向或相離的移動(dòng)可引起轉(zhuǎn)軸的至少部分轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)活塞具有一個(gè)包含第一耐磨元件、潤(rùn)滑劑和第二耐磨元件的側(cè)緣。與耐磨元件之一鄰近的是一個(gè)內(nèi)部彈性體或彈性密封元件，其用于防止流體從中泄漏，并且潤(rùn)滑劑保持在其中，以使缸和耐磨元件之間處于潤(rùn)滑狀態(tài)，進(jìn)而使活塞反復(fù)的移動(dòng)并不需要更換密封元件或耐磨元件。
由于潤(rùn)滑凹槽沿每個(gè)活塞的側(cè)緣外圍圓周區(qū)域延伸，因此可在360度圓周上對(duì)耐磨元件進(jìn)行潤(rùn)滑。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括一個(gè)致動(dòng)器，所述致動(dòng)器具有一個(gè)轉(zhuǎn)軸和一組可在一個(gè)缸內(nèi)滑動(dòng)的活塞，每個(gè)所述活塞具有一組齒，用于和一個(gè)轉(zhuǎn)軸上的一組齒相嚙合，所述活塞之間彼此相向或相離的移動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸至少部分轉(zhuǎn)動(dòng)；每個(gè)所述活塞具有一個(gè)側(cè)緣，每個(gè)所述側(cè)緣上設(shè)有第一耐磨元件、潤(rùn)滑劑和一個(gè)密封元件，所述密封元件包含一個(gè)彈性元件，用于防止流體從中泄漏，并且保持外側(cè)的耐磨元件和缸接觸；所述潤(rùn)滑劑用以保持缸與耐磨元件之間的持續(xù)潤(rùn)滑狀態(tài)，使得活塞能夠反復(fù)移動(dòng)而不需要更換密封元件。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)管路和一個(gè)閥，在閥沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)管路被打開(kāi)，在閥沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)管路被關(guān)閉。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述致動(dòng)器的轉(zhuǎn)軸與閥相連，通過(guò)控制所述活塞的線性移動(dòng)可打開(kāi)和關(guān)閉所述閥。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述側(cè)緣上具有一個(gè)凹槽，每個(gè)所述凹槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)附加耐磨元件。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)在每個(gè)側(cè)緣上的潤(rùn)滑凹槽，其位于所述附加耐磨元件和所述耐磨元件之間。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述耐磨元件由一個(gè)聚合塑料元件構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)在所述側(cè)緣上的潤(rùn)滑凹槽保持著足夠量的潤(rùn)滑劑，以使所述活塞達(dá)到至少一百萬(wàn)移動(dòng)周期，而不必重新潤(rùn)滑或更換耐磨元件。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)活塞包含一個(gè)設(shè)有齒條的延伸部分。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)活塞的延伸部分上設(shè)有一組肋。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，包含沿每個(gè)延伸部分延伸的細(xì)長(zhǎng)流道，用以將位于所述一組活塞之間的中部腔內(nèi)的氣體排出。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，潤(rùn)滑劑包括粘性潤(rùn)滑劑。
12.一種齒輪齒條致動(dòng)器，包括一對(duì)可滑動(dòng)的活塞，每個(gè)所述活塞具有一個(gè)齒條，用于和一個(gè)轉(zhuǎn)軸嚙合；其特征在于，每個(gè)活塞的側(cè)緣具有一個(gè)改進(jìn)的滑動(dòng)區(qū)域，所述改進(jìn)的滑動(dòng)區(qū)域中容納著一個(gè)耐磨元件，所述耐磨元件被一個(gè)彈性密封元件支承著而壓力接觸一個(gè)缸壁。
13.如權(quán)利要求12所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，還包括位于每個(gè)活塞的側(cè)緣上的第二耐磨元件，其為每個(gè)活塞提供滑動(dòng)支承。
14.如權(quán)利要求13所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，還包括一個(gè)位于第一和第二耐磨元件之間的潤(rùn)滑凹槽，其沿著側(cè)緣的外周區(qū)域延伸，并容納著為耐磨元件的360度潤(rùn)滑所需的潤(rùn)滑劑。
15.如權(quán)利要求14所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，每耐磨元件固定在一個(gè)沿所述活塞的每個(gè)側(cè)緣的圓周延伸的凹槽中。
16.如權(quán)利要求15所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，彈性密封元件由一個(gè)彈性環(huán)構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)活塞包含一個(gè)延伸部分，其具有一個(gè)沿著其背側(cè)形成的流道，用于從齒輪齒條致動(dòng)器的一個(gè)中部腔排出流體。
18.如權(quán)利要求17所述的齒輪齒條致動(dòng)器，其特征在于，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤閥和齒輪齒條致動(dòng)器中的轉(zhuǎn)軸相連接，當(dāng)圓盤閥被安裝在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中后，可實(shí)現(xiàn)圓盤閥的打開(kāi)和關(guān)閉。
19.一種用于延長(zhǎng)齒輪齒條致動(dòng)器的使用壽命的方法，包括如下步驟形成一個(gè)可安裝在活塞的側(cè)緣上的耐磨元件，用以和缸壁形成滑動(dòng)嚙合；靠近耐磨元件安置一個(gè)彈性元件，用以防止流體從中通過(guò)，并彈性地保持耐磨元件和缸壁彈性接觸。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟將不可流動(dòng)的潤(rùn)滑劑放在彼此隔開(kāi)的耐磨元件之間，以實(shí)現(xiàn)耐磨元件的持續(xù)潤(rùn)滑。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟，在與每個(gè)所述活塞的側(cè)緣上的所述耐磨元件相隔一段距離處，將一個(gè)附加耐磨元件設(shè)置在側(cè)緣上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，潤(rùn)滑劑被放置在所述附加耐磨元件和所述耐磨元件之間。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，潤(rùn)滑劑被安置在每個(gè)活塞的側(cè)緣上的一個(gè)圓形凹槽中。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，潤(rùn)滑劑沿圓周方向圍繞每個(gè)活塞側(cè)緣放置。
全文摘要
一種致動(dòng)器具有一組包含滑動(dòng)區(qū)域的可滑動(dòng)活塞，所述滑動(dòng)區(qū)域包括至少一個(gè)由彈性元件支承著的第一耐磨元件以及一個(gè)與其橫向隔開(kāi)一段距離的第二耐磨元件，在這兩者中間設(shè)有一個(gè)潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存部，其使耐磨元件和圓柱形外殼壁之間保持潤(rùn)滑滑動(dòng)的狀態(tài)，以限制更換或維修致動(dòng)器的需要。為了使流體可進(jìn)入或流出致動(dòng)器的各個(gè)腔，沿活塞的背側(cè)設(shè)有一個(gè)流道，其可以使流體快速排放。
文檔編號(hào)F15B15/08GK1573131SQ20041004735
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者羅伯特·A·漢森 申請(qǐng)人:迪納米克空氣公司