螺旋摆动油缸的工作效率分析及提高方法

　　0 引言

　　螺旋摆动油缸是利用大升角的螺旋实现输出摆动的一种特殊油缸，也叫来复油缸。与叶片摆动油缸相比，螺旋摆动油缸体积小、重量轻、结构紧凑、输出扭矩大，特别是它的摆动范围可以大于360°。因此，常用于分度机构、转位装置、机械手以及各种冶金机械、工程机械和矿山机械等^[1]。但是这种油缸的效率低，考虑泄漏、各种机械摩擦等，其总效率低于70%。为降低能耗，有必要对螺旋摆动油缸的总效率进行分析计算，并采取相应提高措施。

　　1 几种常用螺旋摆动油缸的工作原理

　　目前常用的螺旋摆动油缸有花键活塞式、导向杆式和双螺旋3 种^[2]。

　　图1 所示为花键活塞螺旋摆动油缸结构。

　　图中螺旋棒5 与缸体2 固定。活塞4 一端加工有花键。转动套3 的内圆表面也加工有花键并与活塞花键相啮合。当活塞受液压力作用沿螺旋棒直线运动时，同时也转动。这一旋转运动由转动套及法兰盘1输出。这种结构比较简单，容易加工，能传递较大扭矩。但由于转动套的轴向长度要大于或等于活塞上花键的长度，而当油缸摆角大于360°时，这一长度也大于一个导程。因此，这种结构轴向尺寸大。

　　图2 所示为带导向杆式螺旋摆动油缸。螺旋棒4通过两端锥轴承支撑于缸体1 上，两根导向杆2 穿过活塞3 固定在缸体上。当活塞在液压力的作用下沿螺旋棒运动时，要产生旋转运动。如果固定缸体，则由于导向杆也固定，所以活塞只能沿螺旋棒及导向杆直线运动，而旋转运动由螺旋棒输出。如果固定螺旋棒，则活塞通过导向杆带动缸体转动。但从密封角度来看活塞不宜转动。这种油缸结构简单，便于加工。但由于导向杆穿过活塞，使活塞有效面积减小。从而在传递相同扭矩时油缸径向尺寸增大。

　　图3 为双螺旋摆动油缸结构示意图。图中螺旋套2 和螺旋棒 4 螺旋线方向相反。螺旋套与缸体固定，当活塞沿螺旋套旋转并直线运动时，活塞内部的螺旋副使螺旋棒转动，反之亦然。一般来说两处螺旋导程相等，螺旋棒的螺旋升角大于螺旋套的螺旋升角。如果两处螺旋升角相等，螺旋棒的导程小于螺旋套的导程，当活塞旋转一周，螺旋棒转动范围就大于一周。这种油缸结构紧凑，输出力矩大。

　　2 螺旋摆动油缸的效率

　　螺旋摆动油缸的总效率η 可以用下式计算:

　　式中η_m1为螺旋传动机械效率; η_V2为内部泄漏容积效率; η_m3为其它机械摩擦效率; η_V4为外部泄漏容积效率。