一种弹簧复位电动执行器的制作方法

1.本实用新型涉及电动执行机构技术领域，具体涉及一种弹簧复位电动执行器。


背景技术：

2.电动执行器是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，其通过执行器的输出轴上下移动来控制阀体的开关，电动执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。
3.为了应对突发情况的发生，现有的电动执行器开始设置手动执行机构和复位执行机构，在碰到停电或电力来源因故被切断时等紧急情况时，能够手动控制或自动复位快速将阀体开启或关闭。
4.现有的电动执行器的手动执行机构和电动执行机构之间通过离合器来切换，切换不便捷，操作复杂，并且增设的离合器增大了产品成本，不利于带手动执行机构的电动执行器的普及使用。另外国内市场大部门电动执行机构制动方式用电机刹车制动，电机刹车长时间工作的稳定性和可靠性较差。
5.现有的电动执行机构的复位执行单元大多结构采用蜗簧蓄能复位，蜗簧蓄能因制作工艺限制导致复位的力矩无法超过500n.m，无法适用于高复位力矩场景，影响了复位执行单元的普及率。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种弹簧复位电动执行器，以解决现有技术中采用离合器切换手动执行和电动执行，切换不便捷，操作复杂，增大了产品成本，不利于普及使用，复位执行单元采用蜗簧蓄能复位，力矩较低，无法适用于高复位力矩场景的技术问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
8.一种弹簧复位电动执行器，包括依次传动连接的第一传动单元、第二传动单元、执行单元和弹簧蓄能器，所述第一传动单元传动连接有制动器和第一驱动单元，且第一传动单元用于将所述第一驱动单元动作传递给所述第二传动单元或将所述第二传动单元动作传递给所述制动器；所述第二传动单元传动连接有第二驱动单元，且第二传动单元用于将所述第一传动单元或所述第二驱动单元的动作传递给所述执行单元或将所述执行单元动作传递给所述第一传动单元，所述执行单元动作时带动所述弹簧蓄能器工作。
9.通过采用上述方案，当第一驱动单元动作时，制动器和第二驱动单元锁止，第一传动单元将动作传递给第二传动单元，第二传动单元将动作传递给执行单元进行执行，同时带动弹簧蓄能器工作蓄能；当第二驱动单元动作时，制动器和第一驱动单元锁止，第二传动单元将动作传递给执行单元进行执行，同时带动弹簧蓄能器工作蓄能；当需要复位时，制动器解锁，第一驱动单元和第二驱动单元锁止，弹簧蓄能器动作并带动执行单元动作实现复位，动作被第二传动单元传递给第一传动单元，第一传动单元将动作传递给制动器，实现整体系统的复位。
10.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
11.进一步的，所述第一传动单元包括输出轴a，所述制动器的输出端套设在所述输出轴a一端，且制动器的输出端外环面设有太阳轮a，所述输出轴a另一端与所述第二传动单元传动，所述太阳轮a外套设有与所述输出轴a固定的行星架a，所述行星架a上内嵌安装有与所述太阳轮a啮合的行星轮a，所述行星架a外套设有驱动蜗轮a，所述驱动蜗轮a内环面设有与所述行星轮a啮合的内齿面a，所述第一驱动单元的输出端与所述驱动蜗轮a传动连接控制驱动蜗轮a旋转。
12.通过采用上述方案，当第一驱动单元动作时，制动器处于锁止状态，此时第一驱动单元控制驱动蜗轮a旋转，带动行星轮a旋转，由于太阳轮a处于锁止状态，因此行星轮a的旋转会带动行星架a旋转，从而带动输出轴a旋转传递动作；当需要复位时，制动器解锁，第一驱动单元处于锁止状态，动作由第二传动单元传递给输出轴a，带动行星架a旋转，由于第一驱动单元和驱动蜗轮a处于锁止状态，因此行星架a的旋转动作会通过行星轮a带动太阳轮a旋转，将动作传递给制动器吸收动作实现传动终止。
13.进一步的，所述第一驱动单元包括设置在所述驱动蜗轮a旁的驱动电机，所述驱动电机的输出端端部设有齿线a，所述驱动蜗轮a外环面设有与所述齿线a匹配的外齿面a，所述外齿面a和所述齿线a啮合设置。
14.进一步的，所述输出轴a另一端设有太阳轮b，所述第二传动单元包括同轴固定设置的行星架b和输出轴b，所述行星架b套设在所述太阳轮b外，且行星架b内嵌安装有与所述太阳轮b啮合的行星轮b，所述行星架b外套设有驱动蜗轮b，所述驱动蜗轮b内环面设有与所述行星轮b啮合的内齿面b，所述第二驱动单元的输出端与所述驱动蜗轮b传动连接控制驱动蜗轮b旋转，所述输出轴b与所述执行单元传动连接。
15.通过采用上述方案，当第一驱动单元动作时，太阳轮b同步动作，带动行星轮b旋转，由于第二驱动单元和驱动蜗轮b处于锁止状态，因此行星轮b会带动行星架b旋转，带动输出轴b旋转，将动作传递给执行单元执行；第二驱动单元动作时，驱动蜗轮b旋转带动行星轮b旋转，由于太阳轮b处于锁止状态，因此行星轮b会带动行星架b旋转，带动输出轴b旋转，将动作传递给执行单元执行；当复位时，弹簧蓄能器的动作通过执行单元传递给输出轴b，带动行星架b旋转，此时驱动蜗轮b处于锁止状态，因此行星架b会通过行星轮b带动太阳轮b旋转，将动作传递给第一驱动单元。
16.进一步，所述第二驱动单元包括设置在所述驱动蜗轮b旁的手轮，所述手轮的输出端设有齿线b，所述驱动蜗轮b外环面设有与所述齿线b匹配的外齿面b，所述外齿面b和所述齿线b啮合设置。
17.进一步的，所述执行单元包括传动螺母、传动丝杆、执行齿条和执行齿轮，所述传动螺母套设在所述传送丝杆上，且传动螺母与所述输出轴b连接固定，所述传动丝杆沿轴向设置，且传动丝杆一端穿过所述输出轴b和行星架b，另一端与所述执行齿条一端连接固定，所述执行齿条另一端与所述弹簧蓄能器连接，所述执行齿轮设置在所述执行齿条旁与执行齿条啮合设置。
18.通过采用上述方案，输出轴b和传动螺母固定同步旋转，当输出轴b旋转时带动传动螺母旋转，实现传动丝杆的轴向行走，带动执行齿条的轴向行走，从而带动执行齿轮旋转进行阀门开启关闭操作，同步地弹簧蓄能器的作用端随执行齿条行走，实现蓄能；反之，通过弹簧蓄能器的主动势能，带动输出轴b的旋转，将动作一直传递至制动器吸能。
19.进一步的，所述输出轴b旁还设有编码单元，所述编码单元包括编码器，所述编码器的输入端设有信号齿轮杆，所述输出轴b外环面设有与所述信号齿轮杆匹配的齿面c，所述齿面c与所述信号齿轮杆啮合设置。
20.通过采用上述方案，当输出轴b旋转时，信号齿轮杆同步旋转并将动作传递给编码器，编码器通过信号齿轮杆的旋转角度能够实时监测执行单元的动作情况，并将传动和控制信号发送给控制系统，便于系统的监测和控制。
21.进一步的，所述弹簧蓄能器包括套筒，所述套筒内设有沿轴向设置的作用杆，所述作用杆一端穿出所述套筒后设有所述作用端，作用杆另一端固定有与所述套筒匹配的挡块，所述作用杆上套设有蓄能弹簧，所述蓄能弹簧位于所述挡块和所述套筒朝向所述作用端一侧面之间。
22.进一步的，所述制动器的输出端上套设传动连接有阻尼器。
23.通过采用上述方案，阻尼器转动会吸收弹簧蓄能器瞬间释放冲击势能，有效地保护了整套传动系统和阀门安全运行。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
25.1、本实用新型通过采用太阳轮a、行星轮a、行星架a、驱动蜗轮a、太阳轮b、行星轮b、行星架b、驱动蜗轮b的多级齿轮传动系统，能够实现无需离合器的手动、电动和复位切换，切换便捷、无扰动，简单安全，输出效率高，同时采用齿轮啮合方式传动，死区较小；
26.2、本实用新型采用弹簧蓄能器和制动器配合进行复位，通过齿轮传动，实现在紧急状态下的复位操作，复位力矩远高于现有技术中的蜗簧蓄能，最高复位力矩可达5000n.m，有广阔的市场应用前景；
27.3、本实用新型通过多级齿轮传动结构，相较于现有技术中的电机刹车制动方式有效提高了长时间工作的稳定性和可靠性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
29.图1是本实用新型的实施例的结构示意图。
30.图2是图1的剖视结构示意图。
31.图3是本实用新型的实施例的制动器的结构示意图。
32.图4是本实用新型的实施例的第一传动单元的结构示意图。
33.图5是本实用新型的实施例的第二传动单元的结构示意图。
34.图中所示：
35.1、制动器；101、太阳轮a；
36.2、第一传动单元；201、输出轴a；202、行星架a；203、行星轮a；204、驱动蜗轮a；205、内齿面a；206、外齿面a；207、太阳轮b
37.3、第二传动单元；301、输出轴b；302、行星架b；303、行星轮b；304、驱动蜗轮b；305、内齿面b；306、外齿面b；307、齿面c；
38.4、执行单元；401、传动螺母；402、传动丝杆；403、执行齿条；404、执行齿轮；
39.5、弹簧蓄能器；501、套筒；502、作用杆；503、作用端；504、挡块；505、蓄能弹簧；
40.6、驱动电机；601、齿线a；
41.7、手轮；701、齿线b；
42.8、编码器；801、信号齿轮杆；
43.9、阻尼器。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
45.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
46.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.本实施例公开了一种弹簧复位电动执行器，包括依次传动连接的第一传动单元2、第二传动单元3、执行单元4和弹簧蓄能器5，第一传动单元2传动连接有制动器1和第一驱动单元，且第一传动单元2用于将第一驱动单元动作传递给第二传动单元3或将第二传动单元3动作传递给制动器1。
51.第二传动单元3传动连接有第二驱动单元，且第二传动单元3用于将第一传动单元2或第二驱动单元的动作传递给执行单元4或将执行单元4动作传递给第一传动单元2，执行单元4动作时带动弹簧蓄能器5工作。
52.制动器1的输出端上套设传动连接有阻尼器9。阻尼器9转动会吸收弹簧蓄能器5瞬间释放冲击势能，有效的保护了整套传动系统和阀门安全运行。
53.当第一驱动单元动作时，制动器1和第二驱动单元锁止，第一传动单元2将动作传递给第二传动单元3，第二传动单元3将动作传递给执行单元4进行执行，同时带动弹簧蓄能器5工作蓄能；当第二驱动单元动作时，制动器1和第一驱动单元锁止，第二传动单元3将动作传递给执行单元4进行执行，同时带动弹簧蓄能器5工作蓄能；当需要复位时，制动器1解锁，第一驱动单元和第二驱动单元锁止，弹簧蓄能器5动作并带动执行单元4动作实现复位，动作被第二传动单元3传递给第一传动单元2，第一传动单元2将动作传递给制动器1，实现整体系统的复位。
54.第一传动单元2包括输出轴a201，制动器1的输出端套设在输出轴a201一端，且制动器1的输出端外环面设有太阳轮a101，输出轴a201另一端与第二传动单元3传动，太阳轮a101外套设有与输出轴a201固定的行星架a202，行星架a202上内嵌安装有与太阳轮a101啮合的行星轮a203，行星架a202外套设有驱动蜗轮a204，驱动蜗轮a204内环面设有与行星轮a203啮合的内齿面a205，第一驱动单元的输出端与驱动蜗轮a204传动连接控制驱动蜗轮a204旋转。
55.当第一驱动单元动作时，制动器1处于锁止状态，此时第一驱动单元控制驱动蜗轮a204旋转，带动行星轮a203旋转，由于太阳轮a101处于锁止状态，因此行星轮a203的旋转会带动行星架a202旋转，从而带动输出轴a201旋转传递动作；当需要复位时，制动器1解锁，第一驱动单元处于锁止状态，动作由第二传动单元3传递给输出轴a201，带动行星架a202旋转，由于第一驱动单元和驱动蜗轮a204处于锁止状态，因此行星架a202的旋转动作会通过行星轮a203带动太阳轮a101旋转，将动作传递给制动器1吸收动作实现传动终止。
56.第一驱动单元包括设置在驱动蜗轮a204旁的驱动电机6，驱动电机6的输出端端部设有齿线a601，驱动蜗轮a204外环面设有与齿线a601匹配的外齿面a206，外齿面a206和齿线a601啮合设置。
57.输出轴a201另一端设有太阳轮b207，第二传动单元3包括同轴固定设置的行星架b302和输出轴b301，行星架b302套设在太阳轮b207外，且行星架b302内嵌安装有与太阳轮b207啮合的行星轮b303，行星架b302外套设有驱动蜗轮b304，驱动蜗轮b304内环面设有与行星轮b303啮合的内齿面b305，第二驱动单元的输出端与驱动蜗轮b304传动连接控制驱动蜗轮b304旋转，输出轴b301与执行单元4传动连接。
58.当第一驱动单元动作时，太阳轮b207同步动作，带动行星轮b303旋转，由于第二驱动单元和驱动蜗轮b304处于锁止状态，因此行星轮b303会带动行星架b302旋转，带动输出轴b301旋转，将动作传递给执行单元4执行；第二驱动单元动作时，驱动蜗轮b304旋转带动行星轮b303旋转，由于太阳轮b207处于锁止状态，因此行星轮b303会带动行星架b302旋转，带动输出轴b301旋转，将动作传递给执行单元4执行；当复位时，弹簧蓄能器5的动作通过执行单元4传递给输出轴b301，带动行星架b302旋转，此时驱动蜗轮b304处于锁止状态，因此行星架b302会通过行星轮b303带动太阳轮b207旋转，将动作传递给第一驱动单元。
59.第二驱动单元包括设置在驱动蜗轮b304旁的手轮7，手轮7的输出端设有齿线b701，驱动蜗轮b304外环面设有与齿线b701匹配的外齿面b306，外齿面b306和齿线b701啮合设置。
60.执行单元4包括传动螺母401、传动丝杆402、执行齿条403和执行齿轮404，传动螺母401套设在传送丝杆上，且传动螺母401与输出轴b301连接固定，传动丝杆402沿轴向设
置，且传动丝杆402一端穿过输出轴b301和行星架b302，另一端与执行齿条403一端连接固定，执行齿条403另一端与弹簧蓄能器5连接，执行齿轮404设置在执行齿条403旁与执行齿条403啮合设置。
61.输出轴b301和传动螺母401固定同步旋转，当输出轴b301旋转时带动传动螺母401旋转，实现传动丝杆402的轴向行走，带动执行齿条403的轴向行走，从而带动执行齿轮404旋转进行阀门开启关闭操作，同步地弹簧蓄能器5的作用端503随执行齿条403行走，实现蓄能；反之，通过弹簧蓄能器5的主动势能，带动输出轴b301的旋转，将动作一直传递至制动器1吸能。
62.输出轴b301旁还设有编码单元，编码单元包括编码器8，编码器8的输入端设有信号齿轮杆801，输出轴b301外环面设有与信号齿轮杆801匹配的齿面c307，齿面c307与信号齿轮杆801啮合设置。
63.当输出轴b301旋转时，信号齿轮杆801同步旋转并将动作传递给编码器8，编码器8通过信号齿轮杆801的旋转角度能够实时监测执行单元4的动作情况，并将传动和控制信号发送给控制系统，便于系统的监测和控制。
64.弹簧蓄能器5包括套筒501，套筒501内设有沿轴向设置的作用杆502，作用杆502一端穿出套筒501后设有作用端503，作用杆502另一端固定有与套筒501匹配的挡块504，作用杆502上套设有蓄能弹簧505，蓄能弹簧505位于挡块504和套筒501朝向作用端503一侧面之间。
65.本实施例的具体工作过程如下：
66.1、电动驱动过程
67.驱动电机6工作，手轮7和制动器1处于锁止状态，驱动电机6输出端带动驱动蜗轮a204旋转，带动行星轮a203旋转，由于太阳轮a101处于锁止状态，行星轮a203会带动行星架a202旋转，从而带动输出轴a201和太阳轮b207旋转，带动行星轮b303旋转，由于驱动蜗轮b304和手轮7处于锁止状态，行星轮b303会带动行星架b302旋转，从而带动输出轴b301旋转，输出轴b301旋转带动传动螺母401和信号齿轮杆801旋转，信号齿轮杆801将旋转信号传递给编码器8，编码器8根据旋转角度监测执行单元4的动作情况，并将传动和控制信号发送给控制系统，便于系统的监测和控制；传动螺母401旋转带动传动丝杆402沿轴向行走，带动执行齿条403和作用杆502沿轴向行走，实现弹簧蓄能器5的蓄能和放能，同时执行齿轮404旋转进行阀门的开启或关闭的执行工作，实现电动驱动。
68.2、手动驱动过程
69.手轮7工作，驱动电机6和制动器1处于锁止状态，手轮7带动驱动涡轮b旋转，从而带动行星轮b303旋转，此时太阳轮b207处于锁止状态，因此行星轮b303会带动行星架b302旋转，从而带动输出轴b301旋转，输出轴b301旋转带动传动螺母401和信号齿轮杆801旋转，信号齿轮杆801将旋转信号传递给编码器8，编码器8根据旋转角度监测执行单元4的动作情况，并将传动和控制信号发送给控制系统，便于系统的监测和控制；传动螺母401旋转带动传动丝杆402沿轴向行走，带动执行齿条403和作用杆502沿轴向行走，实现弹簧蓄能器5的蓄能和放能，同时执行齿轮404旋转进行阀门的开启或关闭的执行工作，实现手动驱动。
70.3、复位过程
71.当需要复位时，制动器1解锁，驱动电机6和手轮7处于锁止状态，弹簧蓄能器5的作
用杆502在蓄能弹簧505作用下行走，带动执行齿条403和传动丝杆402行走，执行齿条403带动执行齿轮404旋转进行阀门的开启或关闭的复位工作，传动丝杆402带动传动螺母401旋转，从而控制输出轴b301旋转，输出轴b301旋转带动信号齿轮杆801和行星架b302旋转，信号齿轮杆801将旋转信号传递给编码器8，编码器8根据旋转角度监测执行单元4的动作情况，并将传动和控制信号发送给控制系统，便于系统的监测和控制；由于驱动蜗轮b304处于锁止状态，行星架b302的旋转会通过行星轮b303带动太阳轮b207旋转，从而带动输出轴a201和行星架a202旋转，由于驱动蜗轮a204处于锁止状态，因此行星架a202会通过行星轮a203带动太阳轮a101旋转，太阳轮a101的动作经过阻尼器9后被制动器1吸收，实现势能吸收，有效保护整套传动系统和阀门安全运行。
72.本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
73.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。