活塞式浮力调节装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种活塞式浮力调节装置，它包括防水舱体、活塞驱动机构、输油管路等部分。防水舱体包括防水舱体、上下两个防水舱盖以及连接于舱体上的法兰块等。活塞驱动机构包括电机、齿轮传动副、滚珠丝杠传动副以及机架等支撑件。输油管路包括油缸、阀块、开关阀、输油软管以及皮囊。通过移动活塞改变进入皮囊中油液的体积，从而改变皮囊大小，进而改变装置的浮沉状态。本发明专利技术提高了能量利用效率，尤其可以延长水中无缆设备的续航能力；采用活塞和缸体的形式，排油量和排油速度与反馈活塞的位置和运动速度呈线性关系，使得装置的状态易于控制；把油作为介质并且把皮囊与水环境隔开，使得运动部件免于腐蚀，从而延长装置的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
活塞式浮力调节装置
本专利技术涉及一种浮力调节装置，尤其涉及活塞式浮力调节装置。
技术介绍
水下机器人以及其他水下装备都需要在水下不同的深度进行工作，因此就需要能对其沉浮运动和深度进行控制。而且水下是一个能量补给困难的环境，因此通过主动的推进方式控制沉浮是不可取的。因此需要浮力调节装置，通过改变浮力的方式来实现沉浮。已有的浮力调节的方法有机械传动法、主动泵油的方法、抛载法、排水法以及相变法等。普通的机械传动法通过一系列机械传动改变执行部件的位置来改变装置的体积，从而控制沉浮。但因为需要在一段时间内维持装置体积不变，所以传动过程中需要有机械自锁结构。这就导致了整个装置的能量使用效率低下，浪费能量用于克服维持自锁的静摩擦力。主动泵油的方法是通过液压油路将油液泵入油囊，这种方法所使用的液压系统在重量上给装置造成了额外负担，而且液压系统由于渗漏等非线性的存在也会给控制带来额外的困难。抛载法是通过抛去重物，减小自身重力从而控制浮沉状态，然而这一过程是不可逆的，使得装置只能进行一次沉浮。排水法是通过高压气体的释放和压缩改变排出或吸入的水量，高压气体的压缩主要依靠水泵的工作，由于气体压缩过程是非线性的且影响因素很多导致控制困难，且水泵长时间接触海水可靠性低寿命较短。相变法主要是依靠特殊介质在相变过程中的体积变化来调节浮力，然而物体相变是复杂的非线性的热力学过程，且相变产生的气体易压缩，这就使得控制困难。
技术实现思路
针对现有技术所具有的缺陷，本专利技术提供了一种活塞式浮力调节装置，是一种使用寿命长，易于控制且低功耗的浮力调节解决方案。用于水下装置的浮沉控制、定深控制等。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种活塞式浮力调节装置，它包括：下舱盖、下法兰块、舱体、正齿轮、正齿轮、电机安装板、电机、上舱盖、皮囊、阀块、电磁阀、软管、缸体、整体式活塞、机架、导套、滚珠丝杠、丝杠螺母、推力球轴承、推力轴承座、深沟球轴承、锁紧螺母、支撑料、密封圈、上法兰块、控制单元、海水压力传感器、油路压力传感器；其中，舱体为管状，其两端外壁上具有外螺纹，上法兰块和下法兰块分别通过螺纹固定联接在舱体的上下两端外壁；下舱盖与舱体之间、上舱盖与舱体之间均设置有密封圈；下舱盖和下法兰块固定联接，上舱盖与上法兰块固定联接；软管的一端穿过上舱盖与皮囊相连；下舱盖具有凸台结构，用来对支撑料进行周向定位；电机通过电机安装板安装在机架上；第一正齿轮和电机输出轴联接，第二正齿轮和滚珠丝杠联接，第一正齿轮和第二正齿轮啮合传动，其传动比为1：1；滚珠丝杠上设置有两个推力球轴承和两个深沟球轴承；深沟球轴承安装于机架下端面的轴承孔中，在深沟球轴承两侧对称设置有两个推力轴承座；两个推力球轴承分别安装在两个推力轴承座内，设置在机架下端的推力球轴承通过锁紧螺母对推力球轴承进行轴向定位，滚珠丝杠在深沟球轴承、推力球轴承和锁紧螺母的约束下只能绕其自身轴旋转；整体式活塞固定在丝杠螺母上，丝杠螺母和滚珠丝杠啮合传动；导套固定联接在机架内；导套为筒状，其内孔形状与整体式活塞的活塞杆形状相同，用来引导整体式活塞的轴向移动和限制整体式活塞的轴向转动；机架上端面具有凸台，与缸体内表面配合，用于缸体的定位，缸体和机架联接；机架与下舱盖之间设置有一个支撑块，支撑块和机架联接；皮囊通过管螺纹联接在上舱盖上，并通过软管的另一端与电磁阀连通；电磁阀通过阀块与缸体相连，所述阀块为内部开有流道的金属块；海水压力传感器、油路压力传感器、电机和电磁阀均与控制单元相连。所述控制单元包括单片机、电源模块、复位电路、JTAG电路、AD转化模块、时钟电路、外接EEPROM存储器和通讯模块；电源模块与单片机的电源输入管脚相连，复位电路与单片机的复位管脚相连，JTAG电路与单片机的5个IO管脚相连，AD转换模块、时钟电路和外接EEPROM存储器均通过I2C串行总线与单片机的I2C管脚相连，通讯模块通过两个通讯管脚与单片机芯片相连；海水压力传感器和油路压力传感器均与AD转换模块相连，电机和电磁阀均与单片机的输出管脚相连。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是：1、采用电磁阀对皮囊内的油液进行锁定替代了自锁螺纹、斜面等传动效率很低的机械式的自锁传动方式，从而提高了能量利用效率，尤其可以延长水中无缆设备的续航。2、由于采用的是活塞和缸的形式，排油量和排油速度与反馈的活塞的位置和运动速度呈线性关系，使得装置的状态易于控制。3、本专利技术把油作为介质并且通过皮囊与水环境隔开，这样可以使运动部件免于腐蚀，从而使得装置使用寿命延长。附图说明图1为本专利技术下舱盖的等轴测图；图2为本专利技术支撑料的等轴测图；图3为本专利技术舱体零件图；图4为本专利技术机架的等轴测图；图5为本专利技术缸体零件图；图6为本专利技术上舱盖剖视图；图7为本专利技术整体式活塞的等轴测图；图8为本专利技术导套的剖视图；图9为本专利技术导套的俯视图；图10为本专利技术传动原理图；图11为本专利技术装配图；图12为本专利技术的局部放大图；图13为本专利技术控制单元连接框图；图中，下舱盖1、下法兰块2、舱体3、第一正齿轮4、第二正齿轮5、电机安装板6、电机7、上舱盖8、皮囊9、阀块10、电磁阀11、软管12、缸体13、整体式活塞14、机架15、导套16、滚珠丝杠17、丝杠螺母18、推力球轴承19、推力轴承座20、深沟球轴承21、锁紧螺母22、支撑料23、密封圈24、上法兰块25。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-图13所示，本专利技术包括下舱盖1、下法兰块2、舱体3、第一正齿轮4、第二正齿轮5、电机安装板6、电机7、上舱盖8、皮囊9、阀块10、电磁阀11、软管12、缸体13、整体式活塞14、机架15、导套16、滚珠丝杠17、丝杠螺母18、推力球轴承19、推力轴承座20、深沟球轴承21、锁紧螺母22、支撑料23、密封圈24、上法兰块25、控制单元、海水压力传感器、油路压力传感器。其中，舱体3为管状，其两端外壁上具有外螺纹，上法兰块25和下法兰块2分别通过螺纹固定联接在舱体3的上下两端外壁；下舱盖1与舱体3之间、上舱盖8与舱体3之间均设置有密封圈24，下舱盖1和下法兰块2通过螺钉固定联接，上舱盖8与上法兰块25通过螺钉固定联接；软管12的一端穿过上舱盖8与皮囊9相连；下舱盖1具有凸台结构，用来对支撑料23进行周向定位；电机7通过电机安装板6安装在机架15上；第一正齿轮4和电机7输出轴联接，第二正齿轮5和滚珠丝杠17联接，第一正齿轮4和第二正齿轮5啮合传动，其传动比为1：1；滚珠丝杠17上设置有两个推力球轴承19和两个深沟球轴承21；深沟球轴承21安装于机架15下端面的轴承孔中，在深沟球轴承21两侧对称设置有两个推力轴承座20；两个推力球轴承19分别安装在两个推力轴承座20内，设置在机架15下端的推力球轴承19通过锁紧螺母22对推力球轴承19进行轴向定位，滚珠丝杠17在深沟球轴承21、推力球轴承19和锁紧螺母22的约束下只能绕其自身轴旋转；整体式活塞14通过螺钉固定在丝杠螺母18上，丝杠螺母18和滚珠丝杠17啮合传动；导套16通过螺钉固定联接在机架15内；导套16为筒状，其内孔形状与整体式活塞14的活塞杆形状相同，用来引导整体式活塞14的轴向移动和限制整体式活塞14的轴向转动；机架15上端面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞式浮力调节装置，其特征在于，它包括：下舱盖（1）、下法兰块（2）、舱体（3）、第一正齿轮（4）、第二正齿轮（5）、电机安装板（6）、电机（7）、上舱盖（8）、皮囊（9）、阀块（10）、电磁阀（11）、软管（12）、缸体（13）、整体式活塞（14）、机架（15）、导套（16）、滚珠丝杠（17）、丝杠螺母（18）、推力球轴承（19）、推力轴承座（20）、深沟球轴承（21）、锁紧螺母（22）、支撑料（23）、密封圈（24）、上法兰块（25）、控制单元、海水压力传感器、油路压力传感器等；其中，舱体（3）为管状，其两端外壁上具有外螺纹，上法兰块（25）和下法兰块（2）分别通过螺纹固定联接在舱体（3）的上下两端外壁；下舱盖（1）与舱体（3）之间、上舱盖（8）与舱体（3）之间均设置有密封圈（24）；下舱盖（1）和下法兰块（2）固定联接，上舱盖（8）与上法兰块（25）固定联接；软管（12）的一端穿过上舱盖（8）与皮囊（9）相连；下舱盖（1）具有凸台结构，用来对支撑料（23）进行周向定位；电机（7）通过电机安装板（6）安装在机架（15）上；第一正齿轮（4）和电机（7）输出轴联接，第二正齿轮（5）和滚珠丝杠（17）联接，第一正齿轮（4）和第二正齿轮（5）啮合传动，其传动比为1：1；滚珠丝杠（17）上设置有两个推力球轴承（19）和两个深沟球轴承（21）；深沟球轴承（21）安装于机架（15）下端面的轴承孔中，在深沟球轴承（21）两侧对称设置有两个推力轴承座（20）；两个推力球轴承（19）分别安装在两个推力轴承座（20）内，设置在机架（15）下端的推力球轴承（19）通过锁紧螺母（22）对推力球轴承（19）进行轴向定位，滚珠丝杠（17）在深沟球轴承（21）、推力球轴承（19）和锁紧螺母（22）的约束下只能绕其自身轴旋转；整体式活塞（14）固定在丝杠螺母（18）上，丝杠螺母（18）和滚珠丝杠（17）啮合传动；导套（16）固定联接在机架（15）内；导套（16）为筒状，其内孔形状与整体式活塞（14）的活塞杆形状相同，用来引导整体式活塞（14）的轴向移动和限制整体式活塞（14）的轴向转动；机架（15）上端面具有凸台，与缸体（13）内表面配合，用于缸体（13）的定位，缸体（13）和机架（15）联接；机架（15）与下舱盖（1）之间设置有一个支撑块（23），支撑块（23）和机架（15）联接；皮囊（9）通过管螺纹联接在上舱盖（8）上，并通过软管（12）的另一端与电磁阀（11）连通；电磁阀（11）通过阀块（10）与缸体（13）相连，所述阀块（10）为内部开有流道的金属块；海水压力传感器、油路压力传感器、电机（7）和电磁阀（11）均与控制单元相连。...

【技术特征摘要】
1.一种活塞式浮力调节装置，其特征在于，它包括：下舱盖(1)、下法兰块(2)、舱体(3)、第一正齿轮(4)、第二正齿轮(5)、电机安装板(6)、电机(7)、上舱盖(8)、皮囊(9)、阀块(10)、电磁阀(11)、软管(12)、缸体(13)、整体式活塞(14)、机架(15)、导套(16)、滚珠丝杠(17)、丝杠螺母(18)、推力球轴承(19)、推力轴承座(20)、深沟球轴承(21)、锁紧螺母(22)、支撑料(23)、密封圈(24)、上法兰块(25)、控制单元、海水压力传感器、油路压力传感器；其中，舱体(3)为管状，其两端外壁上具有外螺纹，上法兰块(25)和下法兰块(2)分别通过螺纹固定联接在舱体(3)的上下两端外壁；下舱盖(1)与舱体(3)之间、上舱盖(8)与舱体(3)之间均设置有密封圈(24)；下舱盖(1)和下法兰块(2)固定联接，上舱盖(8)与上法兰块(25)固定联接；软管(12)的一端穿过上舱盖(8)与皮囊(9)相连；下舱盖(1)具有凸台结构，用来对支撑料(23)进行周向定位；电机(7)通过电机安装板(6)安装在机架(15)上；第一正齿轮(4)和电机(7)输出轴联接，第二正齿轮(5)和滚珠丝杠(17)联接，第一正齿轮(4)和第二正齿轮(5)啮合传动，其传动比为1：1；滚珠丝杠(17)上设置有两个推力球轴承(19)和两个深沟球轴承(21)；深沟球轴承(21)安装于机架(15)下端面的轴承孔中，在深沟球轴承(21)两侧对称设置有两个推力轴承座(20)；两个推力球轴承(19)分别安装在两个推力轴承座(20)内，设置在机架(15)下端的推力球轴承(19)通过锁紧螺母...

【专利技术属性】
技术研发人员：康昌霖，周春琳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33