一種軸向柱塞浮力泵的製作方法
2023-04-27 02:47:16
一種軸向柱塞浮力泵的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種軸向柱塞浮力泵，包括驅動機構和由其驅動的滾珠絲槓，其特徵在於，所述驅動機構驅動套筒旋轉，所述套筒套裝在所述滾珠絲槓的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球軸承支撐，所述套筒的後端由角接觸球軸承支撐，所述套筒的中部由深溝球軸承支撐，所述角接觸球軸承、所述深溝球軸承和所述推力球軸承均安裝在軸承座內；所述滾珠絲槓的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安裝在柱塞缸內，在所述柱塞缸的前端固接有端蓋，在所述端蓋的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端蓋、所述柱塞缸和所述柱塞構成一密封容腔，在所述密封容腔內注入有液壓油，所述柱塞缸的後端與所述軸承座的前端固接。本發明承壓能力大，工作效率高。
【專利說明】一種軸向柱塞浮力泵
【技術領域】
[0001]本發明屬於機電一體化領域，特別是一種用於驅動海洋垂直剖面測量平臺做上浮和下潛運動的軸向柱塞浮力泵。
【背景技術】
[0002]浮力泵是液壓系統的一個重要裝置，它是通過柱塞在缸體中的往復運動，通過柱塞的吸油和壓油過程，從而使得密封容腔的體積發生變化，進而使得水下設備的浮力發生改變，實現設備的上浮和下潛。軸向浮力泵是柱塞的往復運動方向與缸體中心軸平行的柱塞泵。所述柱塞採用兩道O型圈的徑向密封形式，使得軸向浮力泵具有摩擦係數低、效率高，洩漏小(幾乎零洩漏)的優點。國際上常見的自主海洋垂直剖面測量平臺常用到浮力泵通過改變自身排水體積來調節自身淨浮力，從而實現在海洋一定深度範圍內周而復始的上浮和下潛運動，進而完成海洋不同深度處的環境觀測。對於這種測量平臺要求具備以下幾個特點:承壓能力大，因為水深與水壓成正比所以承壓能力越大，能到達的海域就越深；較強的可控性，在不同深度的海域處，就會有不同的海域信息，所以要能較精確地控制浮力泵的排水量，從而控制其到達相應的深度處；自我保護能力，剖面測量平臺在深水區域一旦遇到特殊情況無法受控時，很有可能造成不可回收的毀滅性事故，所以具備一定的自我保護能力在一定程度上能避免上述情況的發生。
[0003]在2013年12月18日，中國專利文獻CN103452832A公開了一種柔性卷邊柱塞浮力泵，耐壓殼體內部採用真空泵將氣壓抽成近似0.5個大氣壓，其前部外側與外皮囊固定連接；耐壓殼體與柱塞缸之間設置有卷邊柱塞；卷邊柱塞套在剛性內襯上，卷邊柱塞與耐壓殼體前端及外皮囊之間構成一個封閉的空間，該空間內注入液壓油；從動齒輪與主動齒輪嚙合，主動齒輪由直流電機驅動旋轉。由於上述浮力泵採用角接觸軸承支撐滾珠絲母，採用卷邊柱塞，導致該結構不能承受太大的壓力，只能承受200m的水深的壓力:隨著水壓的增大，角接觸軸承所承受的軸向力會增大，這樣角接觸軸承轉動時的摩擦會急劇增大，導致軸承需要較大的扭力才能轉動，大大降低了傳動效率。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種軸向柱塞浮力泵，該浮力泵的承壓能力大，工作效率高。
[0005]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種軸向柱塞浮力泵，包括驅動機構和由其驅動的滾珠絲槓，所述驅動機構驅動套筒旋轉，所述套筒套裝在所述滾珠絲槓的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球軸承支撐，所述套筒的後端由角接觸球軸承支撐，所述套筒的中部由深溝球軸承支撐，所述角接觸球軸承、所述深溝球軸承和所述推力球軸承均安裝在軸承座內；所述滾珠絲槓的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安裝在柱塞缸內，在所述柱塞缸的前端固接有端蓋，在所述端蓋的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端蓋、所述柱塞缸和所述柱塞構成一密封容腔，在所述密封容腔內注入有液壓油，所述柱塞缸的後端與所述軸承座的前端固接。
[0006]所述滾珠絲槓的螺杆設有導軌，所述導軌與所述驅動機構固接，在所述導軌上開設有導向槽，在所述導軌上固接有控制電路板，在所述控制電路板上按照前後順序並排安裝有多個霍爾傳感器；在所述滾珠絲槓的螺杆的後端設有伸入至所述導向槽內的導向防轉心軸，在所述導向防轉心軸上設有與所述霍爾傳感器適配的磁鐵。
[0007]在所述控制電路板的前後兩端各設有一與所述導向防轉心軸適配的限位開關。
[0008]所述驅動機構包括依次連接的直流電機減速機、主動齒輪和從動齒輪，所述從動齒輪與所述套筒固接，所述從動齒輪支撐在從齒輪座內，所述齒輪座的前端與所述軸承座的後端連接，所述齒輪座的後端與所述導軌固接。
[0009]在所述端蓋的前端設有橢球形整流罩。
[0010]本發明具有的優點和積極效果是:採用了推力球軸承和柱塞缸參與構成的密封容腔，使浮力泵的耐壓性能得以大大提高，因此，可以通過增大電機功率、增大減速器及齒輪組的減速比來增大浮力泵的輸出推力；並且推力球軸承的使用能夠提高浮力泵的傳動效率；通過在控制電路板上按前後順序排列多個霍爾傳感器的結構，使浮力泵能夠精確地控制滾珠絲槓的螺杆運動的位移量，進而控制浮力泵的排水量。控制電路板上前後兩端各有一個限位開關，在霍爾傳感器失控的情況下即使絲槓已運動到始末位置也能使電機自動停止旋轉，可在一定程度上避免系統遭遇傷害。綜上所述，本發明的可控精度高，承壓能力大，傳動效率高，並具有自我保護功能，特別適合於海洋剖面測量平臺。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的整體外觀圖；
[0012]圖2為本發明的結構示意圖。
[0013]圖中:I為直流電機減速機,2為主動齒輪,3為從動齒輪,4為從齒輪座,5為滾珠絲槓的螺杆，6為套筒,7為滾珠絲槓的螺母,8為柱塞,9為角接觸球軸承，10為深溝球軸承，11為推力球軸承，12為柱塞缸，13為軸承座，14為整流罩，15為外油囊，16為端蓋，17為外油囊壓緊圈，18為控制電路板，19為限位開關，20為導軌，21為導向防轉心軸，22為螺釘，23為密封圈。
【具體實施方式】
[0014]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0015]請參閱圖1和圖2，一種軸向柱塞浮力泵，包括驅動機構和由其驅動的滾珠絲槓，所述驅動機構驅動套筒6旋轉，所述套筒6套裝在所述滾珠絲槓的螺母上，二者固接，所述套筒6的前端由推力球軸承11支撐，所述套筒6的後端由角接觸球軸承9支撐，所述套筒6的中部由深溝球軸承10支撐,所述角接觸球軸承9、所述深溝球軸承10和所述推力球軸承11均安裝在軸承座13內；所述滾珠絲槓的螺杆5的前端固接有柱塞8，柱塞8採用螺釘22固定在所述滾珠絲槓的螺杆5的前端；所述柱塞8密封安裝在柱塞缸12內，二者之間採用密封圈23密封；在所述柱塞缸12的前端固接有端蓋16，在所述端蓋16的前端固接有外油囊15，外油囊15採用壓緊圈17固定在所述端蓋16的前端；所述外油囊15、所述端蓋16、所述柱塞缸12和所述柱塞8構成一密封容腔，在所述密封容腔內注入有液壓油，所述柱塞缸12的後端與所述軸承座13的如端固接。
[0016]角接觸球軸承9可承受來自傳動件的軸向載荷以及來自軸承座13的徑向載荷；中間位置的深溝球軸承10，可承受來自套筒6和軸承座13的徑向載荷；所述推力球軸承11可承受來自套筒6的軸向載荷。
[0017]為了實現高精度的控制，在本實施例中，所述滾珠絲槓的螺杆5設有導軌20，所述導軌20與所述驅動機構固接，在所述導軌20上開設有導向槽，在所述導軌20上固接有控制電路板18，在所述控制電路板18上按照前後順序並排安裝有多個霍爾傳感器；在所述滾珠絲槓的螺杆5的後端設有伸入至所述導向槽內的導向防轉心軸21，在所述導向防轉心軸21上設有與所述霍爾傳感器適配的磁鐵。為了減少導向防轉心軸21與所述導向槽之間的摩擦，可以在導向防轉心軸21上安裝軸承，使軸承與導向槽滾動摩擦連接。
[0018]為了實現自我保護功能，在本實施例中，在所述控制電路板的前後兩端各設有一與所述導向防轉心軸適配的限位開關。
[0019]當滾珠絲槓的螺杆5前後運動時，霍爾傳感器能夠感應磁場的變化，從而確定滾珠絲槓的螺杆5運動的位移。在限位開關19上有金屬彈片，當霍爾失效且滾珠絲槓的螺杆5已到達始末位置時，控制電路不會控制電機I停止旋轉，此時滾珠絲槓的螺杆5繼續前行，其上面的導向防轉心軸21就會觸碰到金屬彈片致使控制電路斷開，強行制止直流電機I旋轉，從而使整個浮力泵系統起到自我保護功能。
[0020]在本實施例中，所述驅動機構包括依次連接的直流電機減速機1、主動齒輪2和從動齒輪3,所述從動齒輪3與所述套筒6固接,所述從動齒輪3支撐在從齒輪座4內，所述齒輪座4的前端與所述軸承座13的後端連接，所述齒輪座4的後端與所述導軌20固接。
[0021]為了減小運行時的水流阻力，在本實施例中，在所述端蓋16的前端設有橢球形整流罩14。
[0022]本發明採用了推力球軸承和柱塞缸參與構成的密封容腔，可以通過增大電機功率、增大減速器及齒輪組的減速比來增大浮力泵的輸出推力。在本實施例中，浮力泵的驅動電機採用功率為的150W直流電機，相對現有浮力泵的90W電機功率變得更大。驅動電機前部採用減速比為1:113的減速器，齒輪組的減速比為1:3，這樣傳動結構的總減速比達到了1:339，相較現有浮力泵的結構，本發明對自主海洋垂直剖面測量平臺密封艙體內的空間利用更加充分，減速比變的更大，從而可以輸出更大的推力。
[0023]本發明通過採用推力球軸承能夠避免角接觸軸承不能承受較大軸向力的缺點，同時相比於角接觸軸承來說，降低了軸承轉動過程中的摩擦力，提高了傳動效率。
[0024]在本實施例中，浮力泵的密封材質具有高硬度、高耐磨和高耐水解性，能保證柱塞進行大強度和高往復運動；在深水中，由於水的壓強作用，會給柱塞帶來很大的推力，推力球軸承的選用能有效承受這種軸向推力，可極大地減小軸承轉動過程中所受到的摩擦，提高浮力泵的效率；主、從齒輪模數為2.25，齒厚較大，其材料依據機械設計手冊，主動齒輪選用具有高耐磨性的銅合金和從動齒輪採用合金鋼。通過對各環節零件尺寸的精心設計以及對材料的嚴格要求，這種應用於水下設備的軸向柱塞浮力泵的工作壓力可達6MPa，即可在水深為600米的海域工作。在工作過程中，當柱塞向後運動時，外油囊吸入海水，此時水下設備所受到的重力大於浮力，向下滑行；當柱塞往前運動時，柱塞推動密封腔裡的液壓油擠壓外油囊，將外油囊中的水排出水下設備，從而水下設備受到的浮力大於重力，水下設備向上滑行。如此通過柱塞的往復運動，使得水下設備上升和下潛。霍爾傳感器的選用能夠準確有效地控制浮力泵的排水量，從而控制水下設備上升或下潛的高度。
[0025]儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種軸向柱塞浮力泵，包括驅動機構和由其驅動的滾珠絲槓，其特徵在於，所述驅動機構驅動套筒旋轉，所述套筒套裝在所述滾珠絲槓的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球軸承支撐，所述套筒的後端由角接觸球軸承支撐，所述套筒的中部由深溝球軸承支撐，所述角接觸球軸承、所述深溝球軸承和所述推力球軸承均安裝在軸承座內；所述滾珠絲槓的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安裝在柱塞缸內，在所述柱塞缸的前端固接有端蓋，在所述端蓋的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端蓋、所述柱塞缸和所述柱塞構成一密封容腔，在所述密封容腔內注入有液壓油，所述柱塞缸的後端與所述軸承座的前端固接。
2.根據權利要求1所述的軸向柱塞浮力泵，其特徵在於，所述滾珠絲槓的螺杆設有導軌，所述導軌與所述驅動機構固接，在所述導軌上開設有導向槽，在所述導軌上固接有控制電路板，在所述控制電路板上按照前後順序並排安裝有多個霍爾傳感器；在所述滾珠絲槓的螺杆的後端設有伸入至所述導向槽內的導向防轉心軸，在所述導向防轉心軸上設有與所述霍爾傳感器適配的磁鐵。
3.根據權利要求2所述的軸向柱塞浮力泵，其特徵在於，在所述控制電路板的前後兩端各設有一與所述導向防轉心軸適配的限位開關。
4.根據權利要求2所述的軸向柱塞浮力泵，其特徵在於，所述驅動機構包括依次連接的直流電機減速機、主動齒輪和從動齒輪，所述從動齒輪與所述套筒固接，所述從動齒輪支撐在從齒輪座內，所述齒輪座的前端與所述軸承座的後端連接，所述齒輪座的後端與所述導軌固接。
5.根據權利要求2所述的軸向柱塞浮力泵，其特徵在於，在所述端蓋的前端設有橢球形整流罩。
【文檔編號】F04B53/00GK104265594SQ201410389541
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】王曉鳴, 杜歡興, 向曄, 魏建倉, 李寧寧 申請人:天津深之藍海洋設備科技有限公司